JPH04262020A - 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室

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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スモーク及びＮＯＸ　
を低減させるための直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室
に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ディーゼル機関においてスモーク
及びＮＯＸ　の低減は重要な課題であり、その低減に向
けて排気ガス再循環法（ＥＧＲ）や燃焼方式の改善等に
おいて種々の提案が行われている。このうちＥＧＲは、
燃費及びスモークの悪化、排ガスによるＥＧＲ装置の腐
食、或いは機能低下等、耐久性及び信頼性の問題がある
。また、燃焼方式の観点から見れば、低圧噴射の場合、
噴霧はノズル近傍で着火した後全体が火炎に包まれなが
ら進行し、この時噴霧は、空気と同時に自己の生成した
既燃ガスを巻き込みながら燃焼するので、噴霧中心部に
おいて高温部、酸素不足部が形成されスモークの生成要
因となり、既燃ガスの巻き込みはマイナス要因として働
くと言われている。また、燃料と空気を迅速に混合する
ためにスワール、スキッシュ等により空気利用率を向上
しススを低減する方法が採られているが、これでは着火
遅れの間の燃料、空気混合速度も増大するため、予混合
燃焼の増加により燃焼初期の熱発生率が増大し、ＮＯＸ
の増大を招くという問題を有している。
【０００３】上記問題を解決するために、高圧噴射、小
噴孔径ノズル、浅皿燃焼室および低スワールを組合せる
方式が知られている。これを図７により説明すると、１
はピストン、２はピストンリング、３はシリンダライナ
ー、４はガスケット、５はシリンダヘッド、６はノズル
７を有する燃料噴射弁を示し、ピストン１の頂部には、
燃焼室９が形成されている。ピストン１が上昇し上死点
付近に達したとき、ノズル７から噴射された燃料Ｆは、
壁面１０で一気に着火した後、火炎はゆっくりと燃焼室
９中心に向かって膨張し、噴射の終了まで中心部は不燃
域として残る。すなわち、噴霧は壁面１０に到達するま
で燃焼室９中心に近い不燃域側で十分に空気を巻き込み
ながら進行し、壁面１０側では既燃ガスを導入しながら
壁面に衝突する二段の燃焼経路をたどり、低圧噴射と比
較してスモーク及びＮＯＸ　の低減を図ることができる
。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ＮＯＸ　の生
成を抑えかつスモークの生成を抑えるには、燃焼室壁面
までの混合気形成をできるだけ抑え、つまり、噴霧を乱
さず理論混合比に近い混合気を少なくし、濃混合気の状
態で燃焼させ、その後、燃焼室壁面へ衝突した噴霧火炎
への空気の混合速度を向上させることが重要である。し
かしながら、これを同時に達成することは非常に困難で
あり、これがＮＯＸ　とスモークの同時低減を困難にし
ている。
【０００５】すなわち、ＮＯＸ　の少ない燃焼を実現す
るには、時間的にも空間的にも着火燃焼領域での理論混
合比に近い混合気量を減少させる必要がある。しかしな
がら、従来の方式においては、燃料がシリンダ内に噴射
され、時間的に混合が進み理論混合比に近い混合気が充
分にできあがった時点で自己着火するため、この直後の
燃焼はＮＯＸ　抑制にとって不利な燃焼となる。この時
期の燃焼は初期燃焼或いは予混合燃焼といい、この燃焼
量をできるだけ抑えることが望ましい。そのためには着
火までに噴射される燃料をできるだけ抑える必要があり
、パイロット噴射やグロープラグによる着火遅れ期間を
短縮させる方法や、パイロット噴射や二段噴射による初
期噴射量を抑える方法が開発されている。しかし、いず
れの場合にも装置が複雑かつ高価のため実用化された例
は少ない。
【０００６】高圧噴射は低圧噴射と比較して、噴霧の持
つエネルギーが大きくスモークは大幅に低減するが、着
火までの空気の導入量が多いため前述したように壁面で
一気に着火し、同一タイミングで比較するとどうしても
ＮＯＸ　の発生量が多くなる。本発明は、上記問題を解
決するものであって、燃焼室の構造を変更するだけで、
スモーク及びＮＯＸ　の同時低減を図ることができる直
接噴射式ディーゼル機関の燃焼室を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのために本発明の直接
噴射式ディーゼル機関の燃焼室は、ピストン１の頂部に
形成される主燃焼室１１と、主燃焼室１１の内側に形成
される突出壁８と、突出壁８の内側に形成される副燃焼
室１２と、シリンダヘッド５に配設される燃料噴射弁６
とを有し、燃料噴射弁６から噴射される燃料が副燃焼室
１２の壁面１３に衝突した後、主燃焼室１１の壁面１０
に衝突するように構成することを特徴とする。
【０００８】なお、上記構成に付加した番号は、理解を
容易にするために図面と対比させるためのもので、これ
により本発明の構成が何ら限定されるものではない。
【０００９】
【作用】本発明においては、例えば図１（Ａ）に示すよ
うに、ピストン１が上昇し上死点付近に達したとき、燃
料は、ノズル７から副燃焼室１２に向けて噴射され、そ
の壁面１３に衝突して着火し、次に、（Ｂ）に示すよう
に、ピストン１が下降した状態で、噴霧はシリンダヘッ
ド５側より空気を、副燃焼室１２側より既燃ガスを導入
しながら主燃焼室１１の壁面１０に衝突し燃焼させるよ
うにし、既燃ガスの導入を促進させることにより混合気
形成を抑え、かつ着火遅れを短縮することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は、本発明の直接噴射式ディーゼル機関の
燃焼室の１実施例を示す断面図である。１はピストン、
２はピストンリング、３はシリンダライナー、４はガス
ケット、５はシリンダヘッド、６はノズル７を有する燃
料噴射弁を示し、ピストン１の頂部には主燃焼室１１が
形成され、主燃焼室１１の内側に突出壁８が設けられ、
突出壁８の内側に副燃焼室１２が形成されている。この
突出壁８は、ピストン１が上昇し上死点に達したとき突
出壁８とシリンダヘッド５との間に間隙Ｄを形成するよ
うに構成している。
【００１１】上記構成からなる本発明の作用について説
明する。図（Ａ）に示すように、ピストン１が上昇し上
死点付近に達したとき、燃料は、ノズル７から副燃焼室
１２に向けて噴射され、その壁面１３に衝突して着火す
る。次に、図（Ｂ）に示すように、ピストン１が下降し
た状態で、噴霧はシリンダヘッド５側より空気を、副燃
焼室１２側より既燃ガスを導入しながら主燃焼室１１の
壁面１０に衝突し燃焼する。従って、副燃焼室１２で燃
えた既燃ガスを吸い込みながら主燃焼室１１で燃焼させ
るため、また、径の小さい副燃焼室１２で着火させるた
め、既燃ガスの導入を促進し、かつ着火遅れを短縮する
ことができる。
【００１２】図２より図６は本発明の他の実施例を示し
、図１の実施例と同一の構成については同一番号を付け
て説明を省略する。
【００１３】図２の実施例においては、ピストン１に副
燃焼室ブロック１５を嵌合し、ネジ部１７をナット１９
により固定している。副燃焼室１２内の底面中央部には
、膨出部１６が形成されている。副燃焼室ブロック１５
は、セラミック等の断熱材で形成されるため、着火遅れ
をさらに短縮させることができる。なお、図１の実施例
において副燃焼室１２の内壁面にセラミック等の断熱材
を溶射するようにして断熱層を形成するようにしてもよ
い。また、図１及び図２の実施例において、パイロット
噴射を組み合わせることにより、更に効果を増大させる
ことができる。図３の実施例においては、副燃焼室１２
を図１の実施例よりも下方に位置させると共に、ノズル
７から噴射される燃料を主燃焼室１１及び副燃焼室１２
の両方の壁面１０、１３に衝突させるように噴射方向を
変えるように構成している。本実施例においては副燃焼
室１２内で燃焼が継続されるために、噴霧への既燃ガス
の導入がさらに増加する。図４の実施例は、図３の実施
例の副燃焼室１２の壁面１３を角度θで傾斜させた例を
示している。なお、図１及び図２の実施例において、副
燃焼室側１２のノズル７の噴口径を大きく、主燃焼室１
１側のノズル７の噴口径を小さくすれば、更に効果を増
大させることができる。
【００１４】図５の実施例においては、シリンダヘッド
５の下面に、副燃焼室１２の突出壁８と当接可能な突出
壁２０を形成し、図（Ａ）に示すように、ピストン１が
上昇し上死点付近に達したとき、副燃焼室１２が密閉空
間を形成するようにし、図（Ｂ）に示すように、ピスト
ン１が下降した状態で、噴霧は副燃焼室１２の突出壁８
とシリンダヘッド５の突出壁２０との間から、主燃焼室
１１の壁面１０に衝突させるように構成している。この
場合も、パイロット噴射を組み合わせることにより、更
に効果を増大させることができる。
【００１５】図６の実施例においては、副燃焼室１２の
底面に向けてノズル７からの燃料を噴射させるようにし
ている。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ピ
ストンの頂部に形成される主燃焼室と、該主燃焼室の内
側に形成される突出壁と、該突出壁の内側に形成される
副燃焼室と、シリンダヘッドに配設される燃料噴射弁と
を有し、該燃料噴射弁から噴射される燃料が前記副燃焼
室の壁面に衝突した後、前記主燃焼室の壁面に衝突する
ように構成し、副燃焼室で燃えた既燃ガスを吸い込みな
がら主燃焼室で燃焼させるため、また、径の小さい副燃
焼室で着火させるため、既燃ガスの導入を促進し、かつ
着火遅れを短縮することができる。従って、複雑で高価
な装置を使用することなく燃焼室の構造を変更するだけ
で、スモーク及びＮＯＸ　の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室の
１実施例を示す断面図
【図２】本発明の他の実施例を示す断面図
【図３】本発
明の他の実施例を示し、（Ａ）、（Ｂ）は断面図、（Ｃ
）は平面図
【図４】本発明の他の実施例を示す断面図
【図５】本発
明の他の実施例を示す断面図
【図６】本発明の他の実施
例を示す断面図
【図７】従来の直接噴射式ディーゼル機
関の燃焼室を示す断面図
【符号の説明】
１…ピストン、５…シリンダヘッド、６…燃料噴射弁、
７…ノズル、８…突出壁、１０…壁面、１１…主燃焼室
、１２…副燃焼室、１３…壁面、２０…突出壁。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ピストンの頂部に形成される主燃焼室と、
    該主燃焼室の内側に形成される突出壁と、該突出壁の内
    側に形成される副燃焼室と、シリンダヘッドに配設され
    る燃料噴射弁とを有し、該燃料噴射弁から噴射される燃
    料が前記副燃焼室の壁面に衝突した後、前記主燃焼室の
    壁面に衝突するように構成することを特徴とする直接噴
    射式ディーゼル機関の燃焼室。
  2. 【請求項２】前記副燃焼室の壁面を断熱材で形成するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の直接噴射式ディーゼル
    機関の燃焼室。
  3. 【請求項３】燃料を前記主燃焼室及び副燃焼室の両方の
    壁面に衝突させるようにすることを特徴とする請求項１
    又は請求項２に記載の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼
    室。
  4. 【請求項４】前記シリンダヘッド側に突出壁を形成し、
    該突出壁を前記副燃焼室の突出壁と当接可能にすること
    を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
    の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室。
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