JPH04203419A - 直接噴射式ディーゼル機関のピストン構造 - Google Patents
直接噴射式ディーゼル機関のピストン構造Info
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- JPH04203419A JPH04203419A JP2334493A JP33449390A JPH04203419A JP H04203419 A JPH04203419 A JP H04203419A JP 2334493 A JP2334493 A JP 2334493A JP 33449390 A JP33449390 A JP 33449390A JP H04203419 A JPH04203419 A JP H04203419A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、直接噴射式ディーゼル機関から排出される窒
素酸化物を、ピストン構造を改良することで抑制するよ
うにした直接噴射式ディーゼル機関のピストン構造に関
する。
素酸化物を、ピストン構造を改良することで抑制するよ
うにした直接噴射式ディーゼル機関のピストン構造に関
する。
（従来の技術）
直接噴射式ディーゼル機関は、シリンダ内にまず空気だ
けを吸入させ、吸入された空気をピストンが着火温度以
上に高圧縮したときに、燃料噴射ポンプにより燃焼室内
に高圧の燃料を噴射し、霧状の燃料粒となった燃料を自
己着火させる方法をとっている。第６図は、直接噴射式
ディーゼル機関に適用された従来のピストン構造を例示
すものであり、ピストン１はシリンダ２の内壁により区
画形成された空間を往復動し、／リンダ端面を覆うシリ
ンダヘッド３内に保持された燃料噴射ノズル４から上死
点において燃料を噴射することで、−気に爆発燃焼に至
る。
けを吸入させ、吸入された空気をピストンが着火温度以
上に高圧縮したときに、燃料噴射ポンプにより燃焼室内
に高圧の燃料を噴射し、霧状の燃料粒となった燃料を自
己着火させる方法をとっている。第６図は、直接噴射式
ディーゼル機関に適用された従来のピストン構造を例示
すものであり、ピストン１はシリンダ２の内壁により区
画形成された空間を往復動し、／リンダ端面を覆うシリ
ンダヘッド３内に保持された燃料噴射ノズル４から上死
点において燃料を噴射することで、−気に爆発燃焼に至
る。
ピストン１は、ピストンリング５が嵌め込まれた有底筒
状の外殻６内に、燃焼室の一部となるキャビティ７を形
成するヘッド部８を鋳込むことで成型されており、本例
の場合、ヘッド部８の断面形状はωに近い形状としであ
る。すなわち燃料噴射ノズル４から噴射されて気化した
燃料が、ヘッド部８により画成されるキャビティ７内に
拡散し、燃料粒となってその表面から自己着火しやすい
ようなヘッド形状としである。
状の外殻６内に、燃焼室の一部となるキャビティ７を形
成するヘッド部８を鋳込むことで成型されており、本例
の場合、ヘッド部８の断面形状はωに近い形状としであ
る。すなわち燃料噴射ノズル４から噴射されて気化した
燃料が、ヘッド部８により画成されるキャビティ７内に
拡散し、燃料粒となってその表面から自己着火しやすい
ようなヘッド形状としである。
（発明が解決しようとするｔｉｎ＞
これまでの直接噴射式ディーゼル機関の燃料噴射圧は、
８００Ｋｇ／ｃｍ２程度と比較的低かったため、噴射さ
れた燃料粒子はキャビティの隅部まで届かずに狭い範囲
に固まってしまっていた。
８００Ｋｇ／ｃｍ２程度と比較的低かったため、噴射さ
れた燃料粒子はキャビティの隅部まで届かずに狭い範囲
に固まってしまっていた。
しかも、燃料噴射圧が低いために燃料粒の粒度も粗く、
従ってそのままでは燃焼しにくり、−旦蒸発して細粒化
し空気と混合したのちに自己着火するために、着火遅れ
が大きかった。すなわち、混合気は狭い空間範囲に閉じ
込められ、しかも着火遅れの分だけ遅れて燃焼するため
、爆発は一気加勢に行われることになり、どうしても燃
焼温度が高くなりやすく、多量の窒素酸化物が発生しや
すいといった欠点があった。
従ってそのままでは燃焼しにくり、−旦蒸発して細粒化
し空気と混合したのちに自己着火するために、着火遅れ
が大きかった。すなわち、混合気は狭い空間範囲に閉じ
込められ、しかも着火遅れの分だけ遅れて燃焼するため
、爆発は一気加勢に行われることになり、どうしても燃
焼温度が高くなりやすく、多量の窒素酸化物が発生しや
すいといった欠点があった。
そこで、最近では燃料噴射圧を１８００〜２０００Ｋｇ
／ｃｍ２に高め、噴射燃料粒の到達範囲を広くし、しか
も大きな噴射圧を利用して燃料粒を細かくし、直ちに空
気と混合させて自己着火させる工夫がなされるようにな
った。すなわち、混合気は噴射直後の早い時期から広い
空間範囲の周辺部から徐々に燃焼し始め、全体としては
燃焼が緩慢になって燃焼温度が低くなるふんだけ、窒素
酸化物の発生を抑えることができるようになった。
／ｃｍ２に高め、噴射燃料粒の到達範囲を広くし、しか
も大きな噴射圧を利用して燃料粒を細かくし、直ちに空
気と混合させて自己着火させる工夫がなされるようにな
った。すなわち、混合気は噴射直後の早い時期から広い
空間範囲の周辺部から徐々に燃焼し始め、全体としては
燃焼が緩慢になって燃焼温度が低くなるふんだけ、窒素
酸化物の発生を抑えることができるようになった。
しかし、それでもなお現実には、キャビティ７の広さの
制約があるために、混合気の先端部がキャビティ７を形
成するヘッド部８の壁にへばり付いたり、或はまた壁か
ら跳ね返って中央付近にまとまったりして、結果的に前
記周辺部での燃焼が妨げられて、上記低圧燃焼に似た燃
焼経過をたどり一気に爆発燃焼して窒素酸化物を発止す
る傾向が残っていた。
制約があるために、混合気の先端部がキャビティ７を形
成するヘッド部８の壁にへばり付いたり、或はまた壁か
ら跳ね返って中央付近にまとまったりして、結果的に前
記周辺部での燃焼が妨げられて、上記低圧燃焼に似た燃
焼経過をたどり一気に爆発燃焼して窒素酸化物を発止す
る傾向が残っていた。
本発明は、ピストンヘッド部のキャビティを拡張するこ
とで、燃焼室内温度の変化を緩慢にし、窒素酸化物濃度
を抑制するとともに、拡張された容積空間の熱保持能力
を高めることで混合気の気化を促進し、着火遅れを抑制
することを目的とする。
とで、燃焼室内温度の変化を緩慢にし、窒素酸化物濃度
を抑制するとともに、拡張された容積空間の熱保持能力
を高めることで混合気の気化を促進し、着火遅れを抑制
することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明は、直接噴射式ディー
ゼル機関のピストン上部に固着され、燃焼室の一部とな
るキャビティを形成するヘッド部と、該ヘッド部に形成
され、前記キャビティを拡張するポケット部と、該ポケ
ット部に埋設された耐熱材とを備えたことを特徴とする
ものである。
ゼル機関のピストン上部に固着され、燃焼室の一部とな
るキャビティを形成するヘッド部と、該ヘッド部に形成
され、前記キャビティを拡張するポケット部と、該ポケ
ット部に埋設された耐熱材とを備えたことを特徴とする
ものである。
［作用］
上記ピストン構造において、混合気の先端部はポケット
部内に収容されるため、混合気のヘッド部壁面へのへば
り付きや跳ね返りが防止され、これにより燃料噴射直後
はまずポケット内の混合気から続いてキャビティ中心部
の混合気というように、着火部位が混合気の周辺から中
心に徐々に移行する理想的な燃焼を実現することができ
る。また、着火遅れがないだけに、燃焼開始時期を早め
ると同時に熱伝達の開始時期を早めることができ、熱伝
達量が太き（なることで、燃焼温度の低下に寄与するこ
とができ、さらに燃焼熱がキャビティの周囲即ちシリン
ダの方向へ放散されるときに、キャビティ空間の軸方向
寸法（第１図の寸法ｌを参照）が大きい分だけ、熱を伝
える軸方向寸法範囲を従来よりも大きくとることができ
、それだけ燃焼室内の温度を速やかに下げることができ
、燃焼室内温度の低下とともに窒素酸化物濃度の低減が
可能である。
部内に収容されるため、混合気のヘッド部壁面へのへば
り付きや跳ね返りが防止され、これにより燃料噴射直後
はまずポケット内の混合気から続いてキャビティ中心部
の混合気というように、着火部位が混合気の周辺から中
心に徐々に移行する理想的な燃焼を実現することができ
る。また、着火遅れがないだけに、燃焼開始時期を早め
ると同時に熱伝達の開始時期を早めることができ、熱伝
達量が太き（なることで、燃焼温度の低下に寄与するこ
とができ、さらに燃焼熱がキャビティの周囲即ちシリン
ダの方向へ放散されるときに、キャビティ空間の軸方向
寸法（第１図の寸法ｌを参照）が大きい分だけ、熱を伝
える軸方向寸法範囲を従来よりも大きくとることができ
、それだけ燃焼室内の温度を速やかに下げることができ
、燃焼室内温度の低下とともに窒素酸化物濃度の低減が
可能である。
（実施例）
以下、本発明の実施例について、第１図ないし第５図を
参照して説明する。
参照して説明する。
第１図は、本発明の直接噴射式ディーゼル機関のピスト
ン構造の一実施例を示す断面図、第２図は、第１図の■
−■線に沿う矢視図、第３．４図は、それぞれクランク
角度と燃焼室内温度及び窒素酸化物濃度の関係を示す図
、第５図は、燃焼温度と窒素酸化物濃度の関係を示す図
である。第１゜２図において、直接噴射式ディーゼル機
関に使用するピストン１１は、その上部に固着されて燃
焼室の一部となるキャビティ１２を形成するヘッド部１
３に、キャゼティ１２の容積を拡張するポケット部１４
を形成し、さらにこのポケット部１４にセラミック材等
の耐熱材１５を、鋳ぐるみにより固着した構造をとる。
ン構造の一実施例を示す断面図、第２図は、第１図の■
−■線に沿う矢視図、第３．４図は、それぞれクランク
角度と燃焼室内温度及び窒素酸化物濃度の関係を示す図
、第５図は、燃焼温度と窒素酸化物濃度の関係を示す図
である。第１゜２図において、直接噴射式ディーゼル機
関に使用するピストン１１は、その上部に固着されて燃
焼室の一部となるキャビティ１２を形成するヘッド部１
３に、キャゼティ１２の容積を拡張するポケット部１４
を形成し、さらにこのポケット部１４にセラミック材等
の耐熱材１５を、鋳ぐるみにより固着した構造をとる。
すなわち、耐熱材１５は、ポケット部１４の内壁表面を
覆う形で埋設されることになる。
覆う形で埋設されることになる。
ピストン１１は、ヘッド部１３に半円形に近い断面形状
をもつポケット部１４が形成しであるため、ポケット部
１４が無い従来のピストン１と比べた場合、キャビティ
空間はポケット部１４の容積分だけ拡張される。また、
ポケット部１４は、燃料噴射ノズル４から噴射される燃
料を受ける態勢で開口しているため、混合気の先端部を
懐深く収容することができ、これにより混合気のヘッド
部１３壁面へのへばり付きや跳ね返りが防止される。そ
の結果、燃料噴射直後はまずポケット部位１４内の混合
気からキャビテイ１２中心部の混合気というように、着
火部位が周辺から徐々に中心に移行する理想的な燃焼を
実現することができる。
をもつポケット部１４が形成しであるため、ポケット部
１４が無い従来のピストン１と比べた場合、キャビティ
空間はポケット部１４の容積分だけ拡張される。また、
ポケット部１４は、燃料噴射ノズル４から噴射される燃
料を受ける態勢で開口しているため、混合気の先端部を
懐深く収容することができ、これにより混合気のヘッド
部１３壁面へのへばり付きや跳ね返りが防止される。そ
の結果、燃料噴射直後はまずポケット部位１４内の混合
気からキャビテイ１２中心部の混合気というように、着
火部位が周辺から徐々に中心に移行する理想的な燃焼を
実現することができる。
また、着火遅れがないだけに、燃焼開始時期を早くする
ことができ、それだけ熱伝達の開始時期が早められ、熱
伝達量が太き（なることで、燃焼温度を十分に下げるこ
とができる。また、燃焼熱がキャビティ１２の周囲に放
散されるときに、キャビティ空間が大きい分だけ、キャ
ビティ空間の熱をシリンダ２の方向へ伝える軸方向長さ
範囲（第１図中の寸法Ｉ）を従来例よりも大きくとるこ
とができ、これにより燃焼室内の温度を速やかに下げる
ことができ、燃焼室内温度の低下に拍車をかけることが
できる。
ことができ、それだけ熱伝達の開始時期が早められ、熱
伝達量が太き（なることで、燃焼温度を十分に下げるこ
とができる。また、燃焼熱がキャビティ１２の周囲に放
散されるときに、キャビティ空間が大きい分だけ、キャ
ビティ空間の熱をシリンダ２の方向へ伝える軸方向長さ
範囲（第１図中の寸法Ｉ）を従来例よりも大きくとるこ
とができ、これにより燃焼室内の温度を速やかに下げる
ことができ、燃焼室内温度の低下に拍車をかけることが
できる。
さらにまた、耐熱材１５としてセラミック材を使用する
ときは、熱伝導率の小さいセラミック材に熱がこもり易
く、これにより燃料粒の粒度をできるだけ小さくするこ
とができ、気化が促進されることで着火遅れが抑制され
る。
ときは、熱伝導率の小さいセラミック材に熱がこもり易
く、これにより燃料粒の粒度をできるだけ小さくするこ
とができ、気化が促進されることで着火遅れが抑制され
る。
このように、上記ピストン構造によれば、混合気が一気
に爆発燃焼する従来のピストン構造に比べ、ピストン１
１の上死点とその前後における燃焼室内温度の急激な変
化を抑制することができる。
に爆発燃焼する従来のピストン構造に比べ、ピストン１
１の上死点とその前後における燃焼室内温度の急激な変
化を抑制することができる。
すなわち、第３図に点線で示した従来のピストン構造の
燃焼過程と比較した場合に、燃焼室内温度の変化が緩慢
になり、特に上死点における燃焼室内温度のピークをか
なり低下させることができる。
燃焼過程と比較した場合に、燃焼室内温度の変化が緩慢
になり、特に上死点における燃焼室内温度のピークをか
なり低下させることができる。
また、ポケット部１４を設けたことによる燃焼過程の変
化が、燃焼室内温度の低下と窒素酸化物濃度の低下を招
くことは、第４図に比較対照したように、窒素酸化物濃
度の発生ピークがより従来よりも上死点側にシフトし、
なおかつピーク自体が低濃度側に変化していることから
も確認することができる。さらにまた、混合気の燃焼温
度と窒素酸化物濃度には、第５図に示したように、単調
増加する関数関係が成立しており、燃焼温度の低下によ
り窒素酸化物濃度が低下することが裏付けられる。
化が、燃焼室内温度の低下と窒素酸化物濃度の低下を招
くことは、第４図に比較対照したように、窒素酸化物濃
度の発生ピークがより従来よりも上死点側にシフトし、
なおかつピーク自体が低濃度側に変化していることから
も確認することができる。さらにまた、混合気の燃焼温
度と窒素酸化物濃度には、第５図に示したように、単調
増加する関数関係が成立しており、燃焼温度の低下によ
り窒素酸化物濃度が低下することが裏付けられる。
なお、上記実施例において、耐熱材１５としては、セラ
ニック材に限らず、他の熱伝導率の小さい耐熱材料を用
いることもできる。
ニック材に限らず、他の熱伝導率の小さい耐熱材料を用
いることもできる。
（発明の効果）
以上、説明したように、本発明の直接噴射式ディーゼル
機関のピストン構造によれば、ピストン上部に固着され
て燃焼室の一部となるキャビティを形成するヘッド部に
、キャビティを拡張するポケット部を形成し、さらにこ
のポケット部に耐熱材を埋設したから、ポケット部内に
混合気の先端部を収容することで、混合気のヘッド部壁
面へのへばり付きや跳ね返りが防止され、これにより燃
料噴射直後はまずポケット内の混合気から続いてキャビ
ティ中心部の混合気というように、着火部位が混合気の
周辺から中心に徐々に移行する理想的な燃焼を実現する
ことができ、また着火遅れがないだけに、燃焼開始時期
を早めると同時に熱伝達の開始時期を早めることができ
るゆえ、熱伝達量が大きくなることで、燃焼温度の低下
に寄与することができ、また燃焼熱がキャビティの周囲
に放散されるときに、キャビティ空間が大きい分だけ、
熱を伝える軸方向寸法範囲を従来よりも大きくとること
ができ、それだけ燃焼室内の温度を速やかに下げること
ができ、燃焼室内温度の低下ととも第１図は、本発明の
直接噴射式ディーゼル機関のピストン構造の一実施例を
示す断面図、第２図は、第１図のＵ−■線に沿う矢視図
、第３．４図は、それぞれクランク角度と燃焼室内温度
及び窒素酸化物濃度の関係を示す図、第５図は、燃焼温
度と窒素酸化物濃度の関係を示す図、 第６図は、従来の直接噴射式ディーゼル機関のピストン
構造の一例を示す断面図である。
機関のピストン構造によれば、ピストン上部に固着され
て燃焼室の一部となるキャビティを形成するヘッド部に
、キャビティを拡張するポケット部を形成し、さらにこ
のポケット部に耐熱材を埋設したから、ポケット部内に
混合気の先端部を収容することで、混合気のヘッド部壁
面へのへばり付きや跳ね返りが防止され、これにより燃
料噴射直後はまずポケット内の混合気から続いてキャビ
ティ中心部の混合気というように、着火部位が混合気の
周辺から中心に徐々に移行する理想的な燃焼を実現する
ことができ、また着火遅れがないだけに、燃焼開始時期
を早めると同時に熱伝達の開始時期を早めることができ
るゆえ、熱伝達量が大きくなることで、燃焼温度の低下
に寄与することができ、また燃焼熱がキャビティの周囲
に放散されるときに、キャビティ空間が大きい分だけ、
熱を伝える軸方向寸法範囲を従来よりも大きくとること
ができ、それだけ燃焼室内の温度を速やかに下げること
ができ、燃焼室内温度の低下ととも第１図は、本発明の
直接噴射式ディーゼル機関のピストン構造の一実施例を
示す断面図、第２図は、第１図のＵ−■線に沿う矢視図
、第３．４図は、それぞれクランク角度と燃焼室内温度
及び窒素酸化物濃度の関係を示す図、第５図は、燃焼温
度と窒素酸化物濃度の関係を示す図、 第６図は、従来の直接噴射式ディーゼル機関のピストン
構造の一例を示す断面図である。
１１・・・ピストン
１２・・・キャビティ
１３・・・ヘッド部
１４・・・ポケット部
１５・・・耐熱材
（外４名）
第 ／ 囲
ノ４
％２ 凹
第 、３ 凹
一吠
弔 ６ 凹
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 直接噴射式ディーゼル機関のピストン上部に固着され、
燃焼室の一部となるキャビティを形成するヘッド部と、 該ヘッド部に形成され、前記キャビティを拡張するポケ
ット部と、 該ポケット部に埋設された耐熱材と を備えたことを特徴とする直接噴射式ディーゼル機関の
ピストン構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2334493A JPH04203419A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 直接噴射式ディーゼル機関のピストン構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2334493A JPH04203419A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 直接噴射式ディーゼル機関のピストン構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04203419A true JPH04203419A (ja) | 1992-07-24 |
Family
ID=18278020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2334493A Pending JPH04203419A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 直接噴射式ディーゼル機関のピストン構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04203419A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007080746A1 (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-19 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | 予混合圧縮自着火燃焼機関 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5346508A (en) * | 1976-10-09 | 1978-04-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Piston in direct fuel-injection type diesel engine |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2334493A patent/JPH04203419A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5346508A (en) * | 1976-10-09 | 1978-04-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Piston in direct fuel-injection type diesel engine |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007080746A1 (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-19 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | 予混合圧縮自着火燃焼機関 |
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