JPH0571346A - 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

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JPH0571346A
JPH0571346A JP3231764A JP23176491A JPH0571346A JP H0571346 A JPH0571346 A JP H0571346A JP 3231764 A JP3231764 A JP 3231764A JP 23176491 A JP23176491 A JP 23176491A JP H0571346 A JPH0571346 A JP H0571346A
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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と、ノズル7の噴孔に対向して交互に、
燃焼室9の壁面10に形成される突出壁面10aとを備
える。突出壁面10aで着火して火炎Aは、ノズル7中
心方向a、およびこれと直角な方向bに広がり、a方向
への火炎の広がりは、壁面10で着火した火炎Bの既燃
ガスの導入を促進し、さらに、火炎Aのb方向への膨
張、および火炎Bのc方向への膨張は、壁面10および
突出壁面10aにおける衝突面の速度ベクトルが異なる
ためバランスがくずれ、お互いに混合が促進され高温部
と低温部とが混ざり、温度が低下するため、NOx の発
生が抑制される。

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。
【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。
【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5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
は、壁面10で一気に着火した後、火炎は、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同一噴射時期ではNOx の発
生が多いという問題を有している。その理由としては、 燃焼室が円筒形状であるため、着火後の噴霧への既
燃ガスの導入が少ない。すなわち、図5(A)に示すよ
うに、AとBの火炎は壁面10で衝突するが、速度ベク
トルが同じであるため、力のバランスが保たれ、衝突に
よりお互いの火炎を乱すことなく、内側に曲げられ、燃
焼室9中心に向かって膨張する。しかし、噴霧の持つエ
ネルギーが火炎の膨張エネルギーより大きいため、図の
ように火炎と噴霧の間には空気層11が出来、噴射期間
中これが保たれ、既燃ガスの導入が起こらない。
【0005】 急速な圧力上昇による断熱圧縮により
火炎温度が高い。
【0006】 NOx 発生原因となる最高温度領域が
広い。
【0007】等のことがあげられる。
【0008】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。
【0009】
【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と、ノズル7
の噴孔に対向して交互に、燃焼室9の壁面10に形成さ
れる突出壁面10a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。
【0010】
【作用】画像解析を用いた二色法による火炎温度分布測
定結果によると、高圧噴射の場合、図5(A)に示すよ
うに、高温の火炎は、噴霧が壁面10に衝突し次々に燃
焼するに従って、燃焼室9の中心に向かって押し出され
ていく火炎の先端近傍に分布し、壁面10に近づくほど
温度が低いという不均一な温度分布となっている(図
中、TH、TM、TL は火炎温度を示し、TH>TM>T
L )。したがって、高温部と低温部をうまく混ぜあわ
せ、高温部分を少なくすることができれば、NOx の発
生を抑制することができる。
【0011】本発明においては、例えば図1に示すよう
に、ノズル7から噴射された燃料の噴霧は、壁面10お
よび突出壁面10aで着火した後、突出壁面10aで着
火した火炎Aは、ノズル7中心方向a、およびこれと直
角な方向bに広がり、a方向への火炎の広がりは、壁面
10で着火した火炎Bの既燃ガスの導入を促進し、さら
に、火炎Aのb方向への膨張、および火炎Bのc方向へ
の膨張は、壁面10および突出壁面10aにおける衝突
面の速度ベクトルが異なるためバランスがくずれ、お互
いに混合が促進され高温部と低温部が混ざり、温度が低
下するため、NOx の発生が抑制される。
【0012】
【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から見た断面図である。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、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。燃焼室9の形状は、ノズ
ル7の噴孔に対向して交互に、燃焼室9の壁面10に突
出壁面10aを形成している。なお、ノズル7と突出壁
面10aとの距離L1および衝突壁面10aの幅L2
は、スモークおよびNOx の排出状況に応じて適宜変更
する。
【0013】上記構成からなる本発明の作用について説
明する。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は、壁面10および
突出壁面10aで一気に着火した後、突出壁面10aで
着火した火炎Aは、ノズル7中心方向a、およびこれと
直角な方向bに広がり、a方向への火炎の広がりは、壁
面10で着火した火炎Bの既燃ガスの導入を促進する。
さらに、火炎Aのb方向への膨張、および火炎Bのc方
向への膨張は、壁面10および突出壁面10aにおける
衝突面の速度ベクトルが異なるためバランスがくずれ、
お互いに混合が促進され高温部と低温部が混ざり、温度
が低下するため、NOx の発生が抑制される。その結
果、高圧噴射によるスモーク低減効果を損なうこと無
く、NOx の大幅な低減が可能である。
【0014】なお、低圧噴射では、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、
このため、スワールを高くしてスモークを低減する必要
がある。ところが高圧噴射の場合、噴霧の持つエネルギ
ーが大きいため、スワールを殆ど必要としない。本発明
は高圧噴射ではじめて可能であり、低圧噴射で上記した
構造は、スワールの効果が低下するため、スモークが悪
化し成り立たない。図2および図3は本発明の他の実施
例を示す平面図であり、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。図
2の実施例においては、壁面10の曲率を小さくしてい
る。また、図3の実施例においては、突出壁面10aを
噴霧の方向に対して斜めにした例を示している。なお、
図3の例ではスワール方向は反時計方向である。
【0015】図4は突出壁面10aの他の実施例を示
し、図Aは曲面形状、図Bは断面三角形状、図Cは凹面
形状、図Dは凸面形状にした例を示し、図Eは突出壁面
10aにピストン運動方向に対して溝10bを形成し、
噴霧、火炎の衝突の広がりを制御するようにしている。
これらの選択は、スモークとNOx の排出状況に応じて
行うことにより、効果を更に向上させることができる。
【0016】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施
例においては、ノズル7の同一噴孔径から同時に燃料を
噴射しているが、壁面10と突出壁面10a用の噴孔径
を別々にしてもよいし、パイロット噴射により噴射時期
を変えて噴射するようにしてもよい。
【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
ズルと、該ノズルの噴孔に対向して交互に、前記燃焼室
の壁面に形成される突出壁面とを備えるため、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】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から見た断面図
【図2】本発明の他の実施例を示す平面図
【図3】本発明の他の実施例を示す平面図
【図4】図Aないし図Dは本発明の他の実施例を示す部
分平面図、図Eは本発明の他の実施例を示す斜視図
【図5】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は平面図、図Bは断面図
【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 9…燃焼室、10…壁面、10a…突出壁面

Claims (3)

    【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
    のノズルと、該ノズルの噴孔に対向して交互に、前記燃
    焼室の壁面に形成される突出壁面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。
  2. 【請求項2】前記突出壁面を噴霧方向に対して傾斜させ
    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】前記突出壁面にピストンの運動方向に対し
    て溝を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。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012010274A1 (de) * 2010-07-19 2012-01-26 Mtu Friedrichshafen Gmbh Kolben für brennkraftmaschinen, sowie brennkraftmaschine hierzu
JP2013534593A (ja) * 2010-07-28 2013-09-05 アウディ アクチェンゲゼルシャフト 自己着火式内燃機関
JP2013177844A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 Hino Motors Ltd 直接噴射式ディーゼルエンジン、及び直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストン
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