JPH05106441A - 直接噴射式デイーゼル機関の燃焼室 - Google Patents
直接噴射式デイーゼル機関の燃焼室Info
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】燃焼室の構造を変更するだけでスモーク、ＮＯ
X を同時にかつ大幅に低減させる。 【構成】ピストン１の頂部に形成される燃焼室９と、シ
リンダヘッド５に配設される燃料噴射弁６と、燃料噴射
弁６のノズル７に設けられる複数の噴孔と、燃焼室９の
外周上部を覆う蓋体１２と、蓋体１２に形成されノズル
７の各噴孔に対向して設けられる噴口１５とを備える。
X を同時にかつ大幅に低減させる。 【構成】ピストン１の頂部に形成される燃焼室９と、シ
リンダヘッド５に配設される燃料噴射弁６と、燃料噴射
弁６のノズル７に設けられる複数の噴孔と、燃焼室９の
外周上部を覆う蓋体１２と、蓋体１２に形成されノズル
７の各噴孔に対向して設けられる噴口１５とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スモークおよびＮＯX
の大幅な低減を図るための直接噴射式ディーゼル機関の
燃焼室に関する。
の大幅な低減を図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】直接噴射式ディーゼル機関において、現
在広く用いられている低圧噴射の場合、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。このためスモークを低減するには、燃料と空気
を迅速に混合する必要があり、スワール、スキッシュ等
により空気利用率を向上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相反する問題を有してお
り、これがスモークとＮＯX の同時低減を困難にしてい
る。
在広く用いられている低圧噴射の場合、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。このためスモークを低減するには、燃料と空気
を迅速に混合する必要があり、スワール、スキッシュ等
により空気利用率を向上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相反する問題を有してお
り、これがスモークとＮＯX の同時低減を困難にしてい
る。
【０００３】上記問題を解決するために、高圧噴射（噴
射圧１０００ｋｇ／ｃｍ2 以上）、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３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の噴霧Ｆは、壁面１０近傍
で一気に着火した後、火炎Ｈは、燃焼室９中心に向かっ
て膨張するが、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１０に
衝突する二段の燃焼経路をたどる。高圧噴射の場合、噴
射時期を大幅に遅らせても火がつくため、噴射時期遅延
との組み合わせで、低圧噴射と比較してスモークおよび
ＮＯX の同時低減を図ることができる。
射圧１０００ｋｇ／ｃｍ2 以上）、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３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の噴霧Ｆは、壁面１０近傍
で一気に着火した後、火炎Ｈは、燃焼室９中心に向かっ
て膨張するが、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１０に
衝突する二段の燃焼経路をたどる。高圧噴射の場合、噴
射時期を大幅に遅らせても火がつくため、噴射時期遅延
との組み合わせで、低圧噴射と比較してスモークおよび
ＮＯX の同時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】しかしながら、高圧噴
射は低圧噴射と比較して、噴霧のエネルギーが大きいた
め、火炎は噴射エネルギーにより燃焼室９の中心に向か
って広がるのが抑制される。従って、噴霧はノズル７側
で常に新気を導入するので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く既燃ガスの巻き込み
が少ないため、前述したように壁面で一気に着火し、同
一噴射タイミングで比較するとどうしてもＮＯX の発生
量が多くなるという問題を有している。
射は低圧噴射と比較して、噴霧のエネルギーが大きいた
め、火炎は噴射エネルギーにより燃焼室９の中心に向か
って広がるのが抑制される。従って、噴霧はノズル７側
で常に新気を導入するので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く既燃ガスの巻き込み
が少ないため、前述したように壁面で一気に着火し、同
一噴射タイミングで比較するとどうしてもＮＯX の発生
量が多くなるという問題を有している。
【０００５】高圧噴射の場合、燃焼室径が小さいと衝突
による空気導入の増加、燃焼室内スワールの増加等によ
り、拡散燃焼初期の熱発生が活発となり、ＮＯX が増加
する。一方、燃焼室径が大きい場合、燃焼室径が小さい
場合と比較して上記の理由により、ＮＯX は低いがスモ
ークが高くなるという特性がある。
による空気導入の増加、燃焼室内スワールの増加等によ
り、拡散燃焼初期の熱発生が活発となり、ＮＯX が増加
する。一方、燃焼室径が大きい場合、燃焼室径が小さい
場合と比較して上記の理由により、ＮＯX は低いがスモ
ークが高くなるという特性がある。
【０００６】一般的には、着火迄の混合気形成をできる
だけ抑え、濃混合気の状態で燃焼させ（予混合燃焼の抑
制によるＮＯX の低減）、その後、空気導入の増加を図
る（拡散燃焼の活発化によるスモークの低減）ことがで
きれば理想的である。しかしながら、現状の浅皿燃焼室
は、スモークとＮＯX が最もよくなるような口径として
いるが、上記のような燃焼を実現することは困難であ
り、さらにＮＯX を低減させることは難しい。
だけ抑え、濃混合気の状態で燃焼させ（予混合燃焼の抑
制によるＮＯX の低減）、その後、空気導入の増加を図
る（拡散燃焼の活発化によるスモークの低減）ことがで
きれば理想的である。しかしながら、現状の浅皿燃焼室
は、スモークとＮＯX が最もよくなるような口径として
いるが、上記のような燃焼を実現することは困難であ
り、さらにＮＯX を低減させることは難しい。
【０００７】本発明は、上記課題を解決するものであっ
て、燃焼室の構造を従来の単純な浅皿燃焼室より改善す
るだけで、スモーク及びＮＯX を同時にかつ大幅に低減
させ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。
て、燃焼室の構造を従来の単純な浅皿燃焼室より改善す
るだけで、スモーク及びＮＯX を同時にかつ大幅に低減
させ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。
【０００８】
【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
形成される燃焼室９と、シリンダヘッド５に配設される
燃料噴射弁６と、燃料噴射弁６のノズル７に設けられる
複数の噴孔と、燃焼室９の外周上部を覆う蓋体１２と、
蓋体１２に形成されノズル７の各噴孔に対向して設けら
れる噴口１５とを備えることを特徴とする。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。
噴射式ディーゼル機関の燃焼室は、ピストン１の頂部に
形成される燃焼室９と、シリンダヘッド５に配設される
燃料噴射弁６と、燃料噴射弁６のノズル７に設けられる
複数の噴孔と、燃焼室９の外周上部を覆う蓋体１２と、
蓋体１２に形成されノズル７の各噴孔に対向して設けら
れる噴口１５とを備えることを特徴とする。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、着火迄の混合気形成をでき
るだけ抑え、濃混合気の状態で燃焼させることにより、
予混合燃焼の抑制によるＮＯX の低減を図り、その後、
空気導入を増加させることにより、拡散燃焼の活発化に
よるスモークの低減を図る。
るだけ抑え、濃混合気の状態で燃焼させることにより、
予混合燃焼の抑制によるＮＯX の低減を図り、その後、
空気導入を増加させることにより、拡散燃焼の活発化に
よるスモークの低減を図る。
【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実施例を示し、図Ａは平面図、図Ｂは図ＡのＸ
−Ｘ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
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実施例を示し、図Ａは平面図、図Ｂは図ＡのＸ
−Ｘ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【００１１】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、９は燃焼室を示
し、ノズル７には、燃料を噴射する６つの噴孔が設けら
れているが、噴孔の数は限定されるものではない。ピス
トン１の頂部には、外周平坦部１ｂより突出するように
突出部１ａが形成され、この突出部１ａと外周平坦部１
ｂとの間に窪み部１ｃが形成される。
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、９は燃焼室を示
し、ノズル７には、燃料を噴射する６つの噴孔が設けら
れているが、噴孔の数は限定されるものではない。ピス
トン１の頂部には、外周平坦部１ｂより突出するように
突出部１ａが形成され、この突出部１ａと外周平坦部１
ｂとの間に窪み部１ｃが形成される。
【００１２】そして、ピストン１の外周平坦部１ｂにボ
ルト１１により蓋体１２が固定される。蓋体１２の中央
部には筒状壁１３が形成され、蓋体１２の周囲には噴口
１５が形成される。この噴口１５は、ノズル７の噴孔か
らの燃料噴射方向にそれぞれ形成される。蓋体１２は、
噴口１５部の溶損を防ぐために、セラミックス、ステン
レス等の耐熱性材料で製造される。なお、材料を鋳鉄と
し蓋体１２をピストン１と一体に製造してもよいし、噴
口１５部に耐熱性材料を埋め込んだり、セラミックス溶
射等を施してもよい。
ルト１１により蓋体１２が固定される。蓋体１２の中央
部には筒状壁１３が形成され、蓋体１２の周囲には噴口
１５が形成される。この噴口１５は、ノズル７の噴孔か
らの燃料噴射方向にそれぞれ形成される。蓋体１２は、
噴口１５部の溶損を防ぐために、セラミックス、ステン
レス等の耐熱性材料で製造される。なお、材料を鋳鉄と
し蓋体１２をピストン１と一体に製造してもよいし、噴
口１５部に耐熱性材料を埋め込んだり、セラミックス溶
射等を施してもよい。
【００１３】上記構成からなる本発明の作用について説
明する。前述したように、着火迄の混合気形成をできる
だけ抑え、濃混合気の状態で燃焼させることにより予混
合燃焼の抑制によるＮＯX の低減を図り、その後、空気
導入を増加させることにより拡散燃焼の活発化によるス
モークの低減を図ることが望ましい。本発明は以下の理
由によりこれを実現することができる。
明する。前述したように、着火迄の混合気形成をできる
だけ抑え、濃混合気の状態で燃焼させることにより予混
合燃焼の抑制によるＮＯX の低減を図り、その後、空気
導入を増加させることにより拡散燃焼の活発化によるス
モークの低減を図ることが望ましい。本発明は以下の理
由によりこれを実現することができる。
【００１４】ピストン１の上死点直前あるいは上死点後
に噴射された燃料は、ノズル７から燃焼室９の窪み部１
ｃに衝突し、ピストン１の下降に伴い径の小さい筒状壁
１３に衝突する。噴射直後は燃焼室径が大きいために、
噴霧の壁面衝突による初期の空気導入が抑えられるた
め、濃混合気状態で燃焼し予混合燃焼割合が減少する結
果、ＮＯX の発生が抑制される。また、燃焼室９の底の
部分が噴霧に近い位置にあり、燃焼室９の上部は蓋体１
２で囲まれているため、噴霧への空気導入が抑えられ
る。従って、空気不足による濃混合気状態で、火炎は、
筒状壁１３および噴口１５からシリンダ内に吹き出し希
薄混合状態で燃焼する。ピストン１が下降するに伴い、
噴霧は筒状壁１３に衝突し、空気導入の増加および燃焼
室内スワールの増加により、拡散燃焼が活発となりスモ
ークが低減する。
に噴射された燃料は、ノズル７から燃焼室９の窪み部１
ｃに衝突し、ピストン１の下降に伴い径の小さい筒状壁
１３に衝突する。噴射直後は燃焼室径が大きいために、
噴霧の壁面衝突による初期の空気導入が抑えられるた
め、濃混合気状態で燃焼し予混合燃焼割合が減少する結
果、ＮＯX の発生が抑制される。また、燃焼室９の底の
部分が噴霧に近い位置にあり、燃焼室９の上部は蓋体１
２で囲まれているため、噴霧への空気導入が抑えられ
る。従って、空気不足による濃混合気状態で、火炎は、
筒状壁１３および噴口１５からシリンダ内に吹き出し希
薄混合状態で燃焼する。ピストン１が下降するに伴い、
噴霧は筒状壁１３に衝突し、空気導入の増加および燃焼
室内スワールの増加により、拡散燃焼が活発となりスモ
ークが低減する。
【００１５】図２は本発明の他の実施例を示し、図１Ａ
のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た断面図である。な
お、図１の実施例と同一の構成および作用については同
一番号を付けて説明を省略する。本実施例においては、
図１の筒状壁１３をなくし、ノズル７から噴射される燃
料が直接燃焼室９の奥壁に衝突する構造となっている。
この場合、噴口１５からの火炎の噴出により燃焼室９の
外側１６で火炎が乱され、スモークおよびＮＯX の低減
が促進される。
のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た断面図である。な
お、図１の実施例と同一の構成および作用については同
一番号を付けて説明を省略する。本実施例においては、
図１の筒状壁１３をなくし、ノズル７から噴射される燃
料が直接燃焼室９の奥壁に衝突する構造となっている。
この場合、噴口１５からの火炎の噴出により燃焼室９の
外側１６で火炎が乱され、スモークおよびＮＯX の低減
が促進される。
【００１６】なお、図１および図２の方式とも、パイロ
ット噴射と組み合わせ、燃焼室９側でパイロット噴射を
行い、燃焼室９の外側１６でメイン噴射を行うようにし
てもよい。
ット噴射と組み合わせ、燃焼室９側でパイロット噴射を
行い、燃焼室９の外側１６でメイン噴射を行うようにし
てもよい。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、ピストンの頂部に形成される燃焼室と、シリン
ダヘッドに配設される燃料噴射弁と、該燃料噴射弁のノ
ズルに設けられる複数の噴孔と、前記燃焼室の外周上部
を覆う蓋体と、該蓋体に形成され前記ノズルの各噴孔に
対向して設けられる噴口とを備える構成のため、高圧噴
射との組み合わせでスモークおよびＮＯX を同時にかつ
大幅に低減させることができる。
よれば、ピストンの頂部に形成される燃焼室と、シリン
ダヘッドに配設される燃料噴射弁と、該燃料噴射弁のノ
ズルに設けられる複数の噴孔と、前記燃焼室の外周上部
を覆う蓋体と、該蓋体に形成され前記ノズルの各噴孔に
対向して設けられる噴口とを備える構成のため、高圧噴
射との組み合わせでスモークおよびＮＯX を同時にかつ
大幅に低減させることができる。
【図１】本発明の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室の
１実施例を示し、図Ａは平面図、図Ｂは図ＡのＸ−Ｘ線
に沿って矢印方向に見た断面図
１実施例を示し、図Ａは平面図、図Ｂは図ＡのＸ−Ｘ線
に沿って矢印方向に見た断面図
【図２】本発明の他の実施例を示し、図１ＡのＸ−Ｘ線
に沿って矢印方向に見た断面図
に沿って矢印方向に見た断面図
【図３】従来の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室の例
を示し、図Ａは断面図、図Ｂは平面図
を示し、図Ａは断面図、図Ｂは平面図
１…ピストン、３…シリンダ、５…シリンダヘッド、６
…燃料噴射弁 ７…ノズル、９…燃焼室、１２…蓋体、１５…噴口
…燃料噴射弁 ７…ノズル、９…燃焼室、１２…蓋体、１５…噴口
フロントページの続き (72)発明者 辻村欽司 茨城県つくば市苅間2530番地 財団法人 日本自動車研究所内 株式会社新燃焼シス テム研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】ピストンの頂部に形成される燃焼室と、シ
リンダヘッドに配設される燃料噴射弁と、該燃料噴射弁
のノズルに設けられる複数の噴孔と、前記燃焼室の外周
上部を覆う蓋体と、該蓋体に形成され前記ノズルの各噴
孔に対向して設けられる噴口とを備えることを特徴とす
る直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3272377A JP2675935B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3272377A JP2675935B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05106441A true JPH05106441A (ja) | 1993-04-27 |
| JP2675935B2 JP2675935B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=17513044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3272377A Expired - Lifetime JP2675935B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2675935B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9506439B2 (en) | 2015-04-13 | 2016-11-29 | Caterpillar Inc. | Ducted combustion systems utilizing adjustable length ducts |
| US9587606B2 (en) | 2015-04-13 | 2017-03-07 | Caterpillar Inc. | Ducted combustion systems utilizing tubular ducts |
| US9803538B2 (en) | 2015-04-13 | 2017-10-31 | Caterpillar Inc. | Ducted combustion systems utilizing duct structures |
| JP2019138181A (ja) * | 2018-02-07 | 2019-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63162926A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-06 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関の燃焼室 |
| JPH03179127A (ja) * | 1989-12-07 | 1991-08-05 | Hino Motors Ltd | 直接噴射式ディーゼルエンジンの直接燃焼室構造 |
-
1991
- 1991-10-21 JP JP3272377A patent/JP2675935B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63162926A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-06 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関の燃焼室 |
| JPH03179127A (ja) * | 1989-12-07 | 1991-08-05 | Hino Motors Ltd | 直接噴射式ディーゼルエンジンの直接燃焼室構造 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9506439B2 (en) | 2015-04-13 | 2016-11-29 | Caterpillar Inc. | Ducted combustion systems utilizing adjustable length ducts |
| US9587606B2 (en) | 2015-04-13 | 2017-03-07 | Caterpillar Inc. | Ducted combustion systems utilizing tubular ducts |
| US9803538B2 (en) | 2015-04-13 | 2017-10-31 | Caterpillar Inc. | Ducted combustion systems utilizing duct structures |
| JP2019138181A (ja) * | 2018-02-07 | 2019-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2675935B2 (ja) | 1997-11-12 |
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