JPH0771255A - 直接噴射式ディーゼルエンジン - Google Patents
直接噴射式ディーゼルエンジンInfo
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- JPH0771255A JPH0771255A JP5215613A JP21561393A JPH0771255A JP H0771255 A JPH0771255 A JP H0771255A JP 5215613 A JP5215613 A JP 5215613A JP 21561393 A JP21561393 A JP 21561393A JP H0771255 A JPH0771255 A JP H0771255A
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- Japan
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- diesel engine
- combustion chamber
- squish
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
- F02B23/0648—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
- F02B23/0651—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition the fuel spray impinging on reflecting surfaces or being specially guided throughout the combustion space
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
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- F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 適正なスキッシュを生成し、そのスキッシュ
に効率良く噴霧を巻き込み拡散させ空気利用率を向上さ
せることができる直接噴射式ディーゼルエンジンを提供
することにある。 【構成】 ピストン頂面１０に燃焼室４を有し、同燃焼
室の略中心上に多噴孔燃料噴射弁５を備えた直接噴射式
ディーゼルエンジン１において、キャビティ４０１の底
面が中央部が略円錐型に形成された凸部１１と同凸部の
周辺の平坦部１２とから形成されるとともに、キャビテ
ィ４０１の開口縁にピストン頂面からキャビティ中央に
平坦部１２とほぼ平行に延びる環状の棚部１４を備え、
燃料噴射弁５から噴射される燃料噴霧が凸部１１の斜面
ｆ１に沿って噴射されることを特徴とする。
に効率良く噴霧を巻き込み拡散させ空気利用率を向上さ
せることができる直接噴射式ディーゼルエンジンを提供
することにある。 【構成】 ピストン頂面１０に燃焼室４を有し、同燃焼
室の略中心上に多噴孔燃料噴射弁５を備えた直接噴射式
ディーゼルエンジン１において、キャビティ４０１の底
面が中央部が略円錐型に形成された凸部１１と同凸部の
周辺の平坦部１２とから形成されるとともに、キャビテ
ィ４０１の開口縁にピストン頂面からキャビティ中央に
平坦部１２とほぼ平行に延びる環状の棚部１４を備え、
燃料噴射弁５から噴射される燃料噴霧が凸部１１の斜面
ｆ１に沿って噴射されることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は直接噴射式のディーゼル
エンジン、特に、圧縮上死点近傍での燃焼室がピストン
頂面のキャビティーによって成るよう構成された直接噴
射式のディーゼルエンジンに関する。
エンジン、特に、圧縮上死点近傍での燃焼室がピストン
頂面のキャビティーによって成るよう構成された直接噴
射式のディーゼルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、直接噴射式のディーゼルエンジン
では各ピストンの頂面のキャビティーから成る燃焼室に
燃料噴射弁のノズルをそれぞれ対向配備し、各燃料噴射
弁にはエンジン回転力を受けて駆動する高圧燃料噴射ポ
ンプによって加圧された高圧燃料を供給する。ここで、
高圧燃料噴射ポンプはエンジン回転力を受けて駆動する
カム軸を備え、これが対向するプランジャポンプ部をポ
ンプ作動させ高圧燃料を各燃料噴射弁に圧送する。各燃
料噴射弁からの噴霧はキャビティーの内周壁面に衝突
し、飛散した各燃料粒は圧縮上死点近傍にあるキャビテ
ィー内に生成される渦流に拡散し、自己着火し、燃焼行
程が行われている。
では各ピストンの頂面のキャビティーから成る燃焼室に
燃料噴射弁のノズルをそれぞれ対向配備し、各燃料噴射
弁にはエンジン回転力を受けて駆動する高圧燃料噴射ポ
ンプによって加圧された高圧燃料を供給する。ここで、
高圧燃料噴射ポンプはエンジン回転力を受けて駆動する
カム軸を備え、これが対向するプランジャポンプ部をポ
ンプ作動させ高圧燃料を各燃料噴射弁に圧送する。各燃
料噴射弁からの噴霧はキャビティーの内周壁面に衝突
し、飛散した各燃料粒は圧縮上死点近傍にあるキャビテ
ィー内に生成される渦流に拡散し、自己着火し、燃焼行
程が行われている。
【０００３】ところで、このように直接噴射式のディー
ゼルエンジンでは圧縮上死点近傍において、ノズルによ
って燃焼室に噴霧された燃料粒がエアと混合して燃焼す
る際に、充分に新気エアと撹拌され、高温に保持されて
いることが必要がある。この点で、ピストン頂面に内径
が比較的小さく比較的深い皿型キャビティーから成る燃
焼室を凹設した場合、その燃焼室の放熱面となる内周壁
の総面積を比較的小さくでき、燃焼室を高温に保持し易
く、圧縮上死点近傍においての燃焼室内での燃料粒の燃
焼促進を図りやすい。しかも、圧縮上死点近傍において
は、キャビティーから成る燃焼室にはキャビティー中心
線廻りの横向き旋回流であるスワール、及び燃焼室にピ
ストン頂面上より押し込まれて縦向きの渦流となるスキ
ッシュが生成される。このスワール及びスキッシュによ
り燃焼室に噴霧された燃料粒がエアと充分に撹拌され、
燃焼性を改善できる。
ゼルエンジンでは圧縮上死点近傍において、ノズルによ
って燃焼室に噴霧された燃料粒がエアと混合して燃焼す
る際に、充分に新気エアと撹拌され、高温に保持されて
いることが必要がある。この点で、ピストン頂面に内径
が比較的小さく比較的深い皿型キャビティーから成る燃
焼室を凹設した場合、その燃焼室の放熱面となる内周壁
の総面積を比較的小さくでき、燃焼室を高温に保持し易
く、圧縮上死点近傍においての燃焼室内での燃料粒の燃
焼促進を図りやすい。しかも、圧縮上死点近傍において
は、キャビティーから成る燃焼室にはキャビティー中心
線廻りの横向き旋回流であるスワール、及び燃焼室にピ
ストン頂面上より押し込まれて縦向きの渦流となるスキ
ッシュが生成される。このスワール及びスキッシュによ
り燃焼室に噴霧された燃料粒がエアと充分に撹拌され、
燃焼性を改善できる。
【０００４】例えば、特開昭６４−２９６１６号公報に
はピストン頂面に凹設されるキャビティーが四葉クロー
バ状の深皿低壁面部分と互いに９０°離れ且つ深皿低壁
面部分間に位置するセクタ状の浅皿低壁面部分とにより
形成される点が開示される。ここでは燃料噴霧を高速時
に浅皿低壁面部分に衝突させ、噴霧の拡散を図り、低速
時にはスワールによって燃料噴霧を浅皿低壁面部分に衝
突させないようにして、噴霧が浅皿低壁面部分に付着し
ないようにし、噴霧の拡散を図り、低速時であっても高
速時であっても空気利用率を改善しスモーク発生を防止
するというものである。
はピストン頂面に凹設されるキャビティーが四葉クロー
バ状の深皿低壁面部分と互いに９０°離れ且つ深皿低壁
面部分間に位置するセクタ状の浅皿低壁面部分とにより
形成される点が開示される。ここでは燃料噴霧を高速時
に浅皿低壁面部分に衝突させ、噴霧の拡散を図り、低速
時にはスワールによって燃料噴霧を浅皿低壁面部分に衝
突させないようにして、噴霧が浅皿低壁面部分に付着し
ないようにし、噴霧の拡散を図り、低速時であっても高
速時であっても空気利用率を改善しスモーク発生を防止
するというものである。
【０００５】特開平２−２４８６１５号公報にはピスト
ン頂面に凹設されるキャビティーが円錐形状の突出し
部、その周縁より斜め上方に延出する側壁、その側壁の
上端よりキャビティーの開口周縁にまで延びるリップ下
壁とによって形成され、しかも、キャビティーの開口縁
は半径方向に突出するリップを備える点が開示される。
ここで燃料噴射弁からの噴霧は側壁の上下方向の中間位
置にほぼ９０°で衝突するように設定される。この場
合、リップの突出量が比較的短縮され、軽負荷時にあっ
ても噴霧がリップの上面にもれず、キャビティー内に確
実に噴霧され、スモーク発生を防止するというものであ
る。特開昭６４−４５９６０号公報にはピストン頂面に
凹設されるキャビティーが円錐形状の突出部、その周縁
より開口部を成すリップ部の下斜面部とによって形成さ
れる点が開示される。ここでリップ部の下斜面部に燃料
噴射弁よりの燃料の噴霧が衝突するよう形成され、特に
衝突前に各一対の噴霧が交差衝突するように構成され
る。この場合、低負荷時であっても噴霧の拡散をより図
れ、スモーク発生を防止するというものである。
ン頂面に凹設されるキャビティーが円錐形状の突出し
部、その周縁より斜め上方に延出する側壁、その側壁の
上端よりキャビティーの開口周縁にまで延びるリップ下
壁とによって形成され、しかも、キャビティーの開口縁
は半径方向に突出するリップを備える点が開示される。
ここで燃料噴射弁からの噴霧は側壁の上下方向の中間位
置にほぼ９０°で衝突するように設定される。この場
合、リップの突出量が比較的短縮され、軽負荷時にあっ
ても噴霧がリップの上面にもれず、キャビティー内に確
実に噴霧され、スモーク発生を防止するというものであ
る。特開昭６４−４５９６０号公報にはピストン頂面に
凹設されるキャビティーが円錐形状の突出部、その周縁
より開口部を成すリップ部の下斜面部とによって形成さ
れる点が開示される。ここでリップ部の下斜面部に燃料
噴射弁よりの燃料の噴霧が衝突するよう形成され、特に
衝突前に各一対の噴霧が交差衝突するように構成され
る。この場合、低負荷時であっても噴霧の拡散をより図
れ、スモーク発生を防止するというものである。
【０００６】実開平１−８８０２６号公報にはピストン
頂面に凹設されるキャビティーがその開口部を成す環状
リップ部を備え、特に環状リップ部に凹状燃料反射面が
形成される点が開示される。ここで燃料噴射弁よりの燃
料の噴霧は凹状燃料反射面で衝突してからキャビティー
中心部に移動でき、空気利用率を高めてスモーク発生を
防止するというものである。実開昭６２−９７２２５号
公報にはピストン頂面に凹設されるキャビティーがその
開口部を成す固定の突出し部材と、ピストン中心廻りに
回動するキャビティー部材を備え、低速時には突出し部
材の突出し量が大きく成るように、高速時には突出し部
材の突出し量が小さく成るように自動調整できるように
構成した点が開示される。ここでは特に低速時の突出し
量を大きくして適正なスキッシュの生成を図り、空気利
用率を高めてスモーク発生を防止するというものであ
る。
頂面に凹設されるキャビティーがその開口部を成す環状
リップ部を備え、特に環状リップ部に凹状燃料反射面が
形成される点が開示される。ここで燃料噴射弁よりの燃
料の噴霧は凹状燃料反射面で衝突してからキャビティー
中心部に移動でき、空気利用率を高めてスモーク発生を
防止するというものである。実開昭６２−９７２２５号
公報にはピストン頂面に凹設されるキャビティーがその
開口部を成す固定の突出し部材と、ピストン中心廻りに
回動するキャビティー部材を備え、低速時には突出し部
材の突出し量が大きく成るように、高速時には突出し部
材の突出し量が小さく成るように自動調整できるように
構成した点が開示される。ここでは特に低速時の突出し
量を大きくして適正なスキッシュの生成を図り、空気利
用率を高めてスモーク発生を防止するというものであ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃焼行程に
おける空気利用率を向上させるには、噴霧の微細化を図
り、スワール及びスキッシュの適確な生成を図ることが
必要である。このため、特開昭６４−２９６１６号公報
に示された深皿低壁面部分間に位置するセクタ状の浅皿
低壁面部分は、スワール生成の上で障害物と成り、スワ
ールが減衰される問題がある。特開平２−２４８６１５
号公報に示されたキャビティーは斜め上方に延出する側
壁とその上端より開口周縁にまで延びるリップ下壁とに
よって形成され、しかも、突出量が比較的短縮されたリ
ップを備え、適確なスキッシュの生成に問題があり、特
に噴霧は側壁の上下方向の中間位置にほぼ９０°で衝突
するもので、燃料噴霧をスキッシュに効率良く巻き込み
拡散させることにも問題がある。特開昭６４−４５９６
０号公報に示された各一対の噴霧は互いに交差衝突した
上でリップ部の下斜面部に衝突し、近傍のスキッシュの
向きと逆方向に飛散する。このため、効率良くスキッシ
ュに巻き込み拡散させることができず問題がある。
おける空気利用率を向上させるには、噴霧の微細化を図
り、スワール及びスキッシュの適確な生成を図ることが
必要である。このため、特開昭６４−２９６１６号公報
に示された深皿低壁面部分間に位置するセクタ状の浅皿
低壁面部分は、スワール生成の上で障害物と成り、スワ
ールが減衰される問題がある。特開平２−２４８６１５
号公報に示されたキャビティーは斜め上方に延出する側
壁とその上端より開口周縁にまで延びるリップ下壁とに
よって形成され、しかも、突出量が比較的短縮されたリ
ップを備え、適確なスキッシュの生成に問題があり、特
に噴霧は側壁の上下方向の中間位置にほぼ９０°で衝突
するもので、燃料噴霧をスキッシュに効率良く巻き込み
拡散させることにも問題がある。特開昭６４−４５９６
０号公報に示された各一対の噴霧は互いに交差衝突した
上でリップ部の下斜面部に衝突し、近傍のスキッシュの
向きと逆方向に飛散する。このため、効率良くスキッシ
ュに巻き込み拡散させることができず問題がある。
【０００８】更に、実開平１−８８０２６号公報に示さ
れた噴霧は凹状燃料反射面よりキャビティー中心部に移
動し、近傍のスキッシュを横切る方向であり、効率良く
スキッシュに巻き込み拡散させることができず問題があ
る。実開昭６２−９７２２５号公報に示したキャビティ
ーは適正なスキッシュを生成できるが、そのスキッシュ
に対してどのような燃料噴射を行うのかの明確な開示が
無くまた記載されておらず、効率良く燃料噴霧をスキッ
シュに巻き込み拡散させ空気利用率を向上させる上で問
題がある。更に、図４（ａ）〜（ｅ）には公知の２０°
リエントラント型のキャビティーを備えたピストンを所
定の運転状態で運転した際の圧縮後期（ここではＢＴＤ
Ｃ−１０°）より燃焼初期（ここではＡＴＤＣ１０°）
に掛けての燃焼室内の気流の流動状況を示した。なお、
この際の運転状態は後述される図３（ａ）〜（ｅ）のデ
ータの採取時と同様の運転状態が採用された。
れた噴霧は凹状燃料反射面よりキャビティー中心部に移
動し、近傍のスキッシュを横切る方向であり、効率良く
スキッシュに巻き込み拡散させることができず問題があ
る。実開昭６２−９７２２５号公報に示したキャビティ
ーは適正なスキッシュを生成できるが、そのスキッシュ
に対してどのような燃料噴射を行うのかの明確な開示が
無くまた記載されておらず、効率良く燃料噴霧をスキッ
シュに巻き込み拡散させ空気利用率を向上させる上で問
題がある。更に、図４（ａ）〜（ｅ）には公知の２０°
リエントラント型のキャビティーを備えたピストンを所
定の運転状態で運転した際の圧縮後期（ここではＢＴＤ
Ｃ−１０°）より燃焼初期（ここではＡＴＤＣ１０°）
に掛けての燃焼室内の気流の流動状況を示した。なお、
この際の運転状態は後述される図３（ａ）〜（ｅ）のデ
ータの採取時と同様の運転状態が採用された。
【０００９】この場合、圧縮上死点近傍で開口縁からキ
ャビティーに押し込まれたエアは湾曲した側壁ｗの近傍
において上下二段のスキッシュＱａ，Ｑｂを形成する。
そして燃焼初期（図４（ｄ）参照）には上段スキッシュ
Ｑａを成すエアがシリンダヘッドとピストン上面の隙間
（この時点では放熱性が高く燃焼性が低い）ｔに排出さ
れて消滅している。このような燃焼室に燃料噴射が成さ
れた場合、スキッシュＱａに巻き込まれた燃料粒は燃焼
初期には隙間ｔに侵入し易く、燃焼性の悪化によりスモ
ーク発生率が高くなるという問題がある。本発明の目的
は、適正なスキッシュを生成し、そのスキッシュに効率
良く噴霧を巻き込み拡散させ空気利用率を向上させるこ
とができる直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼方法を
提供することにある。
ャビティーに押し込まれたエアは湾曲した側壁ｗの近傍
において上下二段のスキッシュＱａ，Ｑｂを形成する。
そして燃焼初期（図４（ｄ）参照）には上段スキッシュ
Ｑａを成すエアがシリンダヘッドとピストン上面の隙間
（この時点では放熱性が高く燃焼性が低い）ｔに排出さ
れて消滅している。このような燃焼室に燃料噴射が成さ
れた場合、スキッシュＱａに巻き込まれた燃料粒は燃焼
初期には隙間ｔに侵入し易く、燃焼性の悪化によりスモ
ーク発生率が高くなるという問題がある。本発明の目的
は、適正なスキッシュを生成し、そのスキッシュに効率
良く噴霧を巻き込み拡散させ空気利用率を向上させるこ
とができる直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼方法を
提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、一の発明は、ピストン頂面に皿型キャビティ燃焼室
を有し、同燃焼室の略中心上に位置するようにシリンダ
ヘッドに配設された多噴孔燃料噴射弁を備えた直接噴射
式ディーゼルエンジンにおいて、上記キャビティの底面
を中央部が略円錐型に形成された凸部と同凸部の周辺が
上記ピストン頂面とほぼ平行に形成された平坦部とから
構成されるとともに、上記キャビティの開口縁にピスト
ン頂面から上記キャビティ中央に上記平坦部とほぼ平行
に延びる環状の棚部を備え、上記燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料噴霧が上記凸部の斜面に沿って噴射されること
を特徴とする。一の発明において、特に、上記燃料噴射
弁が、１０００ｋｇ／ｃｍ2以上の高噴射圧を発生する
噴射ポンプにより駆動されることを特徴としても良い。
一の発明において、特に、上記ピストン外径をＤ0，上
記棚部内径をＤ1、上記燃焼室壁面内径をＤ2とした時、
それぞれの形状寸法比が、Ｄ1／Ｄ0＝０．４０〜０．５
５、Ｄ2／Ｄ0＝０、５５〜０．６５、且つＤ1／Ｄ2＝
０．７５〜０．９０であることを特徴としても良い。
め、一の発明は、ピストン頂面に皿型キャビティ燃焼室
を有し、同燃焼室の略中心上に位置するようにシリンダ
ヘッドに配設された多噴孔燃料噴射弁を備えた直接噴射
式ディーゼルエンジンにおいて、上記キャビティの底面
を中央部が略円錐型に形成された凸部と同凸部の周辺が
上記ピストン頂面とほぼ平行に形成された平坦部とから
構成されるとともに、上記キャビティの開口縁にピスト
ン頂面から上記キャビティ中央に上記平坦部とほぼ平行
に延びる環状の棚部を備え、上記燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料噴霧が上記凸部の斜面に沿って噴射されること
を特徴とする。一の発明において、特に、上記燃料噴射
弁が、１０００ｋｇ／ｃｍ2以上の高噴射圧を発生する
噴射ポンプにより駆動されることを特徴としても良い。
一の発明において、特に、上記ピストン外径をＤ0，上
記棚部内径をＤ1、上記燃焼室壁面内径をＤ2とした時、
それぞれの形状寸法比が、Ｄ1／Ｄ0＝０．４０〜０．５
５、Ｄ2／Ｄ0＝０、５５〜０．６５、且つＤ1／Ｄ2＝
０．７５〜０．９０であることを特徴としても良い。
【００１１】
【作用】一の発明によれば、圧縮上死点近傍に達した際
に、ピストン頂面とほぼ平行な平坦部と環状の棚部との
間の空間に適確にスキッシュを生成でき、凸部の斜面に
沿って噴射される噴霧を平坦部の上面近傍部分において
生成されたスキッシュに合流させ、そのスキッシュに効
率良く噴霧を巻き込み拡散させることができる。特に、
燃料噴射弁が、１０００ｋｇ／ｃｍ2以上の高噴射圧を
発生する噴射ポンプにより駆動されると、噴霧の微粒化
が促進され、拡散作用がより向上する。特に、ピストン
外径をＤ0，上記棚部内径をＤ1、上記燃焼室壁面内径を
Ｄ2とした時、それぞれの形状寸法比が、Ｄ1／Ｄ0＝
０．４０〜０．５５、Ｄ2／Ｄ0＝０、５５〜０．６５、
且つＤ1／Ｄ2＝０．７５〜０．９０であると、スキッシ
ュの生成がより確実に成される。
に、ピストン頂面とほぼ平行な平坦部と環状の棚部との
間の空間に適確にスキッシュを生成でき、凸部の斜面に
沿って噴射される噴霧を平坦部の上面近傍部分において
生成されたスキッシュに合流させ、そのスキッシュに効
率良く噴霧を巻き込み拡散させることができる。特に、
燃料噴射弁が、１０００ｋｇ／ｃｍ2以上の高噴射圧を
発生する噴射ポンプにより駆動されると、噴霧の微粒化
が促進され、拡散作用がより向上する。特に、ピストン
外径をＤ0，上記棚部内径をＤ1、上記燃焼室壁面内径を
Ｄ2とした時、それぞれの形状寸法比が、Ｄ1／Ｄ0＝
０．４０〜０．５５、Ｄ2／Ｄ0＝０、５５〜０．６５、
且つＤ1／Ｄ2＝０．７５〜０．９０であると、スキッシ
ュの生成がより確実に成される。
【００１２】
【実施例】本発明の一実施例である直接噴射式ディーゼ
ルエンジンを図１及び図２に沿って説明する。本発明で
用いる直接噴射式ディーゼルエンジン（以後端にエンジ
ンと記す）１はシリンダブロック２とシリンダヘッド３
を備え、これらによって複数の気筒（図１には１番気筒
のみ示した）が形成されている。各気筒の燃焼室４には
それぞれ燃料噴射弁５が対向配備され、この燃料噴射弁
５は図示しない噴射管を介して周知の燃料噴射ポンプ６
に連結されている。各気筒のシリンダ７には燃焼室４の
熱エネルギを往復運動として取り出し、図示しないコン
ロッド側に伝えるピストン９が嵌挿される。このピスト
ン頂面には深皿型のキャビティー４０１が形成されてお
り、キャビティー４０１は各気筒が圧縮上死点ＴＤＣ近
傍に達した際に燃焼室４の主要部を成す。燃焼室４には
図示しない吸気系及び排気系が接続され、吸気行程時に
吸気系からの新気が燃焼室４に流入し、圧縮後期にはキ
ャビティー４０１内に新気の横向き旋回流であるスワー
ルＳ（図２参照）や後述の縦向き旋回流であるスキッシ
ュＱが生じるように構成されている。ここで燃焼室４に
は圧縮上死点近傍で燃料噴射弁５のノズル５０１より燃
料粒が所定のパターン（図２参照）で噴霧され、スワー
ル及びスキッシュによってエアと混合された燃料粒が自
己着火され、燃焼行程が行われる。
ルエンジンを図１及び図２に沿って説明する。本発明で
用いる直接噴射式ディーゼルエンジン（以後端にエンジ
ンと記す）１はシリンダブロック２とシリンダヘッド３
を備え、これらによって複数の気筒（図１には１番気筒
のみ示した）が形成されている。各気筒の燃焼室４には
それぞれ燃料噴射弁５が対向配備され、この燃料噴射弁
５は図示しない噴射管を介して周知の燃料噴射ポンプ６
に連結されている。各気筒のシリンダ７には燃焼室４の
熱エネルギを往復運動として取り出し、図示しないコン
ロッド側に伝えるピストン９が嵌挿される。このピスト
ン頂面には深皿型のキャビティー４０１が形成されてお
り、キャビティー４０１は各気筒が圧縮上死点ＴＤＣ近
傍に達した際に燃焼室４の主要部を成す。燃焼室４には
図示しない吸気系及び排気系が接続され、吸気行程時に
吸気系からの新気が燃焼室４に流入し、圧縮後期にはキ
ャビティー４０１内に新気の横向き旋回流であるスワー
ルＳ（図２参照）や後述の縦向き旋回流であるスキッシ
ュＱが生じるように構成されている。ここで燃焼室４に
は圧縮上死点近傍で燃料噴射弁５のノズル５０１より燃
料粒が所定のパターン（図２参照）で噴霧され、スワー
ル及びスキッシュによってエアと混合された燃料粒が自
己着火され、燃焼行程が行われる。
【００１３】ここでは、特に、燃料噴射弁５及びキャビ
ティー４０１の特徴を説明する。燃料噴射弁５はシリン
ダヘッド３に支持され、燃料噴射弁５のノズル５０１は
圧縮上死点近傍に達したピストン９のキャビティー４０
１のほぼ中央に配置される。図２に示すように、ノズル
５０１は例えば５つの噴孔１５よりの各噴霧流をキャビ
ティー４０１の全域（平面視において）に分散して噴霧
できるように形成される。特に、各噴孔１５よりの各噴
霧流は後述の凸部１１のコーン状の底面ｆ１（斜面）に
沿って噴射され、各噴霧流が平坦部１２の平坦面ｆ２直
上部分（図１及び図３（ｃ）中の符号Ｐ位置参照）にお
いてスキッシュＱに容易に合流でき、スキッシュＱに効
率良く巻き込み拡散することができるように配備され
る。なお燃料噴射弁５に連結される燃料噴射ポンプ６は
１０００ｋｇ／ｃｍ2以上の高噴射圧を発生するものが
採用され、これによってノズル５０１より噴射される噴
霧の燃料粒径の微細化を促進し、空気利用率の向上を図
っている。
ティー４０１の特徴を説明する。燃料噴射弁５はシリン
ダヘッド３に支持され、燃料噴射弁５のノズル５０１は
圧縮上死点近傍に達したピストン９のキャビティー４０
１のほぼ中央に配置される。図２に示すように、ノズル
５０１は例えば５つの噴孔１５よりの各噴霧流をキャビ
ティー４０１の全域（平面視において）に分散して噴霧
できるように形成される。特に、各噴孔１５よりの各噴
霧流は後述の凸部１１のコーン状の底面ｆ１（斜面）に
沿って噴射され、各噴霧流が平坦部１２の平坦面ｆ２直
上部分（図１及び図３（ｃ）中の符号Ｐ位置参照）にお
いてスキッシュＱに容易に合流でき、スキッシュＱに効
率良く巻き込み拡散することができるように配備され
る。なお燃料噴射弁５に連結される燃料噴射ポンプ６は
１０００ｋｇ／ｃｍ2以上の高噴射圧を発生するものが
採用され、これによってノズル５０１より噴射される噴
霧の燃料粒径の微細化を促進し、空気利用率の向上を図
っている。
【００１４】ピストン頂面１０に凹設される皿型のキャ
ビティ４０１はピストン９の中心線Ｃ上に同心的に設け
られる。このキャビティー４０１は略円錐型に形成され
た凸部１１により形成されたコーン状の斜面（底面）ｆ
１と、平坦部１２により形成されると共に斜面ｆ１の周
囲に連続形成されピストン頂面１０とほぼ平行に形成さ
れた平坦面（底面）ｆ２と、環状の側壁１３により形成
されると共に平坦面ｆ２から湾曲面を経て垂直に延出す
る側壁面ｆ３と、キャビティー中央方向に突出量Ｂ突出
する環状の棚部１４により形成されると共に平坦部１２
とほぼ平行で側壁面ｆ３から湾曲面を経て延びる環状の
下向き面ｆ４を備え、これらによって深皿型のキャビテ
ィー４０１が形成されている。このような形状設定に当
たって、本発明者は平坦部１２と環状の棚部１４との間
の空間に適確にスキッシュＱを生成できる形状を数値流
体力学的計算を利用して選択した。
ビティ４０１はピストン９の中心線Ｃ上に同心的に設け
られる。このキャビティー４０１は略円錐型に形成され
た凸部１１により形成されたコーン状の斜面（底面）ｆ
１と、平坦部１２により形成されると共に斜面ｆ１の周
囲に連続形成されピストン頂面１０とほぼ平行に形成さ
れた平坦面（底面）ｆ２と、環状の側壁１３により形成
されると共に平坦面ｆ２から湾曲面を経て垂直に延出す
る側壁面ｆ３と、キャビティー中央方向に突出量Ｂ突出
する環状の棚部１４により形成されると共に平坦部１２
とほぼ平行で側壁面ｆ３から湾曲面を経て延びる環状の
下向き面ｆ４を備え、これらによって深皿型のキャビテ
ィー４０１が形成されている。このような形状設定に当
たって、本発明者は平坦部１２と環状の棚部１４との間
の空間に適確にスキッシュＱを生成できる形状を数値流
体力学的計算を利用して選択した。
【００１５】例えば、運転状態として、排気量２０００
cc／cylinderのエンジンで、エンジン回転数１０００ｒ
ｐｍ、４／４負荷時における燃焼室４内の各部の圧力情
報に基づき圧縮後期（ここではＢＴＤＣ−１０°）より
燃焼初期（ここではＡＴＤＣ１０°）に掛けての燃焼室
内の気流の流動状況を数値流体力学的計算を実施し、図
３（ａ）〜（ｅ）に示すような特性図を得た。ここで、
ピストン上面１０とシリンダヘッド３の隙間ｔに挾まっ
たエアはＴＤＣに向かうに従い棚部１４の先端を廻り込
んでキャビティー４０１に押し込まれ、縦向きの渦流で
あるスキッシュＱが平坦部１２と環状の棚部１４との間
の空間に生成され、同時にこのスキッシュＱに対して棚
部１４の先端よりピストン中心線Ｃ側には逆向きのスキ
ッシュＱ１が生成される。更に、ＴＤＣ付近においては
スキッシュＱ１の内側に小さな縦渦Ｑ２が一時的に形成
されることも測定された。特にここで、平坦部１２と環
状の棚部１４との間の空間に生成されたスキッシュＱは
燃焼初期（図３（ｄ）参照）に達しても大きく変形せ
ず、スキッシュＱ１のエアが隙間ｔに排出されるのみで
ある。このため、平坦部１２上のスキッシュＱの下部
（図１及び図３（ｃ）中の符号Ｐ位置）に噴霧が流れ込
む場合、スキッシュＱによって燃料粒が充分に撹拌さ
れ、平坦部１２と環状の棚部１４との間の空間（比較的
高温雰囲気を保持できる部位）での燃焼促進を充分に図
ることができる。
cc／cylinderのエンジンで、エンジン回転数１０００ｒ
ｐｍ、４／４負荷時における燃焼室４内の各部の圧力情
報に基づき圧縮後期（ここではＢＴＤＣ−１０°）より
燃焼初期（ここではＡＴＤＣ１０°）に掛けての燃焼室
内の気流の流動状況を数値流体力学的計算を実施し、図
３（ａ）〜（ｅ）に示すような特性図を得た。ここで、
ピストン上面１０とシリンダヘッド３の隙間ｔに挾まっ
たエアはＴＤＣに向かうに従い棚部１４の先端を廻り込
んでキャビティー４０１に押し込まれ、縦向きの渦流で
あるスキッシュＱが平坦部１２と環状の棚部１４との間
の空間に生成され、同時にこのスキッシュＱに対して棚
部１４の先端よりピストン中心線Ｃ側には逆向きのスキ
ッシュＱ１が生成される。更に、ＴＤＣ付近においては
スキッシュＱ１の内側に小さな縦渦Ｑ２が一時的に形成
されることも測定された。特にここで、平坦部１２と環
状の棚部１４との間の空間に生成されたスキッシュＱは
燃焼初期（図３（ｄ）参照）に達しても大きく変形せ
ず、スキッシュＱ１のエアが隙間ｔに排出されるのみで
ある。このため、平坦部１２上のスキッシュＱの下部
（図１及び図３（ｃ）中の符号Ｐ位置）に噴霧が流れ込
む場合、スキッシュＱによって燃料粒が充分に撹拌さ
れ、平坦部１２と環状の棚部１４との間の空間（比較的
高温雰囲気を保持できる部位）での燃焼促進を充分に図
ることができる。
【００１６】このような測定データの作成結果による
と、燃焼初期に達しても平坦部１２と環状の棚部１４と
の間の空間にスキッシュＱを確実に保持する上で、特に
有効な形状寸法比の範囲は、 Ｄ1／Ｄ0＝０．４０〜０．５５ Ｄ2／Ｄ0＝０、５５〜０．６５、 Ｄ1／Ｄ2＝０．７５〜０．９０ であることが判明した。このように、図１のエンジンで
は圧縮後期に続く燃焼行程において、燃焼初期に達して
も平坦部１２と環状の側壁１３及び棚部１４との間の空
間にスキッシュＱを確実に保持できる形状のキャビティ
ーを採用し、そのスキッシュＱの平坦面ｆ２直上部分Ｐ
に十分に微細化された噴霧を合流させるという燃焼方法
を採用した。
と、燃焼初期に達しても平坦部１２と環状の棚部１４と
の間の空間にスキッシュＱを確実に保持する上で、特に
有効な形状寸法比の範囲は、 Ｄ1／Ｄ0＝０．４０〜０．５５ Ｄ2／Ｄ0＝０、５５〜０．６５、 Ｄ1／Ｄ2＝０．７５〜０．９０ であることが判明した。このように、図１のエンジンで
は圧縮後期に続く燃焼行程において、燃焼初期に達して
も平坦部１２と環状の側壁１３及び棚部１４との間の空
間にスキッシュＱを確実に保持できる形状のキャビティ
ーを採用し、そのスキッシュＱの平坦面ｆ２直上部分Ｐ
に十分に微細化された噴霧を合流させるという燃焼方法
を採用した。
【００１７】このため、図１のエンジンでは、各気筒が
圧縮上死点ＴＤＣ近傍に達する毎に、燃料噴射弁５がそ
のノズルの噴孔１５より各噴霧流をキャビティー４０１
の全域に分散し微細化して噴霧する。この際、斜面ｆ１
（底面）に沿って噴射された各噴霧流は平坦面ｆ２直上
部分ＰにおいてスキッシュＱに合流し、スキッシュＱに
効率良く巻き込み拡散されることと成り、空気利用率が
向上し、燃焼初期に燃焼が充分に促進され、スモーク発
生を低減でき、出力向上をも図れる。
圧縮上死点ＴＤＣ近傍に達する毎に、燃料噴射弁５がそ
のノズルの噴孔１５より各噴霧流をキャビティー４０１
の全域に分散し微細化して噴霧する。この際、斜面ｆ１
（底面）に沿って噴射された各噴霧流は平坦面ｆ２直上
部分ＰにおいてスキッシュＱに合流し、スキッシュＱに
効率良く巻き込み拡散されることと成り、空気利用率が
向上し、燃焼初期に燃焼が充分に促進され、スモーク発
生を低減でき、出力向上をも図れる。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、平
坦部と棚部との間の空間に適確にスキッシュを生成し、
噴霧を平坦部の直上部分においてスキッシュに合流させ
るので、スキッシュが効率良く噴霧を巻き込み拡散させ
て空気利用率を向上でき、スモーク発生を低減できる。
坦部と棚部との間の空間に適確にスキッシュを生成し、
噴霧を平坦部の直上部分においてスキッシュに合流させ
るので、スキッシュが効率良く噴霧を巻き込み拡散させ
て空気利用率を向上でき、スモーク発生を低減できる。
【００１９】特に、１０００ｋｇ／ｃｍ2以上の高噴射
圧で燃料噴射を行うと、噴霧の微粒化が促進され、空気
利用率をより向上でき、スモーク発生をより低減でき
る。
圧で燃料噴射を行うと、噴霧の微粒化が促進され、空気
利用率をより向上でき、スモーク発生をより低減でき
る。
【００２０】特に、ピストン外径をＤ0，棚部内径を
Ｄ1、燃焼室壁面内径をＤ2とした時、それぞれの形状寸
法比が、Ｄ1／Ｄ0＝０．４０〜０．５５、Ｄ2／Ｄ0＝
０、５５〜０．６５、且つＤ1／Ｄ2＝０．７５〜０．９
０であると、スキッシュがより効率良く生成され、同ス
キッシュが噴霧を巻き込み拡散させて空気利用率を向上
でき、スモーク発生をより低減できる。
Ｄ1、燃焼室壁面内径をＤ2とした時、それぞれの形状寸
法比が、Ｄ1／Ｄ0＝０．４０〜０．５５、Ｄ2／Ｄ0＝
０、５５〜０．６５、且つＤ1／Ｄ2＝０．７５〜０．９
０であると、スキッシュがより効率良く生成され、同ス
キッシュが噴霧を巻き込み拡散させて空気利用率を向上
でき、スモーク発生をより低減できる。
【図１】本発明に係る直接噴射式ディーゼルエンジンで
用いるエンジンの要部断面図である。
用いるエンジンの要部断面図である。
【図２】図１のエンジン内のピストン上面の平面図であ
る。
る。
【図３】図１のエンジンの燃焼室で生成される気流の流
動状況を説明する図であり、（ａ）〜（ｅ）は圧縮上死
点前より後に掛けての所定クランク角毎の変化を説明す
る図である。
動状況を説明する図であり、（ａ）〜（ｅ）は圧縮上死
点前より後に掛けての所定クランク角毎の変化を説明す
る図である。
【図４】従来のエンジンの燃焼室で生成される気流の流
動状況を説明する図であり、（ａ）〜（ｅ）は圧縮上死
点前より後に掛けての所定クランク角毎の変化を説明す
る図である。
動状況を説明する図であり、（ａ）〜（ｅ）は圧縮上死
点前より後に掛けての所定クランク角毎の変化を説明す
る図である。
１ エンジン ４ 燃焼室 ４０１ キャビティー ５ 燃料噴射弁 ６ 燃料噴射ポンプ ９ ピストン １０ ピストン頂面 １１ 凸部 １２ 平坦部 １３ 側壁 １４ 棚部 １５ 噴孔 ｆ１ 斜面（底面） ｆ２ 平坦面 ｆ３ 側壁面ｆ３ ｆ４ 下向き面 Ｃ ピストン中心線 Ｑ スキッシュ Ｓ スワール
Claims (3)
- 【請求項１】ピストン頂面に皿型キャビティ燃焼室を有
し、同燃焼室の略中心上に位置するようにシリンダヘッ
ドに配設された多噴孔燃料噴射弁を備えた直接噴射式デ
ィーゼルエンジンにおいて、上記キャビティの底面を中
央部が略円錐型に形成された凸部と同凸部の周辺が上記
ピストン頂面とほぼ平行に形成された平坦部とから構成
するとともに、上記キャビティの開口縁にピストン頂面
から上記キャビティ中央に上記平坦部とほぼ平行に延び
る環状の棚部を備え、上記燃料噴射弁から噴射される燃
料噴霧が上記凸部の斜面に沿って噴射されることを特徴
とする直接噴射式ディーゼルエンジン。 - 【請求項２】上記燃料噴射弁が、１０００ｋｇ／ｃｍ2
以上の高噴射圧を発生する噴射ポンプにより駆動される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直接噴射
式ディーゼルエンジン。 - 【請求項３】上記ピストン外径をＤ0，上記棚部内径を
Ｄ1、上記燃焼室壁面内径をＤ2とした時、それぞれの形
状寸法比が、Ｄ1／Ｄ0＝０．４０〜０．５５、Ｄ2／Ｄ0
＝０、５５〜０．６５、且つＤ1／Ｄ2＝０．７５〜０．
９０であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の直接噴射式ディーゼルエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5215613A JPH0771255A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 直接噴射式ディーゼルエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5215613A JPH0771255A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 直接噴射式ディーゼルエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0771255A true JPH0771255A (ja) | 1995-03-14 |
Family
ID=16675318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5215613A Pending JPH0771255A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 直接噴射式ディーゼルエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0771255A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001065350A (ja) * | 1999-08-25 | 2001-03-13 | Tokyo Gas Co Ltd | 予混合圧縮自着火機関 |
-
1993
- 1993-08-31 JP JP5215613A patent/JPH0771255A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001065350A (ja) * | 1999-08-25 | 2001-03-13 | Tokyo Gas Co Ltd | 予混合圧縮自着火機関 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19981208 |