JPH10288038A - 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

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JPH10288038A
JPH10288038A JP9097716A JP9771697A JPH10288038A JP H10288038 A JPH10288038 A JP H10288038A JP 9097716 A JP9097716 A JP 9097716A JP 9771697 A JP9771697 A JP 9771697A JP H10288038 A JPH10288038 A JP H10288038A
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fuel
fuel injection
cavity
premixed combustion
injection
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JP9097716A
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Hiroshi Ogawa
弘志 小川
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、燃
料噴射率を制御して空気利用率の向上をはかる。 【解決手段】 運転条件に応じて着火遅れ期間を長くす
る予混合燃焼領域を設定する直接噴射式ディーゼルエン
ジンにおいて、予混合燃焼領域に予混合燃焼領域外より
旋回流を強めるとともに燃料噴射弁７の燃料噴射率を低
下させる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直接噴射式ディー
ゼルエンジンの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンの低公害化お
よび高出力化の要求が強まっており、燃焼室の形状につ
いて種々の提案がなされている。
【０００３】従来の直接噴射式ディーゼルエンジンの燃
焼室として、例えば図２２、図２３に示すようなものが
ある(特開昭６３−１６２９２５号公報、参照)。
【０００４】これについて説明すると、ピストン４の冠
部１５に凹状に窪むキャビティ５は、ピストン冠部１５
に対して円筒状に開口する入口部１２と、入口部１２に
対して凹状に窪む窪み部１３と、その底部中央から隆起
する隆起部１４によって画成される。
【０００５】燃料噴射弁７はキャビティ５の中央に臨ん
でいる。燃料噴射弁７は燃料を噴射する複数の噴口を有
し、各噴口から燃料噴霧をキャビティ５の窪み部１３に
向けて放射状に噴射するようになっている。
【０００６】燃料噴霧の大部分が吸気流の乱れの大きい
窪み部１３に到達することにより、キャビティ５におけ
る拡散燃焼が促進される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平７−
００４２８７号公報では、運転条件に応じて着火遅れ期
間を大幅に長くし、燃料のほとんどを予混合燃焼させ、
パティキュレートの発生を抑えるものが提案されてい
る。
【０００８】しかし、図２２、図２３に示す従来装置に
おいて、燃料のほとんどを予混合燃焼させようとする場
合、燃料噴射弁７から噴射される燃料噴霧が到達する領
域がキャビティ５の窪み部１３に設定されているため、
燃焼室に生起されるガス流動により燃料噴霧がキャビテ
ィ５に集まり、燃料を燃焼室の全域に分散させることが
できず、予混合燃焼が十分に行われない。この結果、パ
ティキュレート排出量を十分に抑えられないという問題
点があった。
【０００９】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室にお
いて、燃料噴射率を制御して空気利用率の向上をはかる
ことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の直接噴
射式ディーゼルエンジンは、吸気ポートからシリンダ内
に流入する吸気に旋回流を生起する旋回流生起手段と、
ピストンの冠部に凹状に窪むキャビティと、ピストンの
冠部との間で燃焼室を画成する燃焼室天井壁と、燃焼室
天井壁に取付けられて燃料をキャビティに向けて噴射す
る燃料噴射弁とを備え、運転条件に応じて着火遅れ期間
を長くする予混合燃焼領域を設定する直接噴射式ディー
ゼルエンジンにおいて、予混合燃焼領域に予混合燃焼領
域外より旋回流を強めるとともに燃料噴射率を低下させ
る構成とした。
【００１１】請求項２に記載の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンは、請求項１に記載の発明において、前記キャビ
ティに円筒状の入口部に対して凹状に窪む窪み部を形成
するものとした。
【００１２】請求項３に記載の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンは、請求項１または２に記載の発明において、前
記燃料噴射弁の針弁を収装するノズルボディに円錐形に
窪む座面を形成し、座面に開口する噴孔をその断面が上
下方向に延びる長穴に形成し、予混合燃焼領域に予混合
燃焼領域外より針弁のリフト量を抑える構成とした。
【００１３】請求項４に記載の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンは、請求項３に記載の発明において、前記噴孔を
座面に対して上向きに傾斜させて形成するものとした。
【００１４】請求項５に記載の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンは、請求項１から４のいずれか一つに記載の発明
において、前記予混合燃焼領域で燃料噴射時期を圧縮上
死点後まで遅らせるものとした。
【００１５】
【発明の作用および効果】請求項１に記載の直接噴射式
ディーゼルエンジンにおいて、予混合燃焼領域で、スワ
ール比を高めるとともに、燃料噴射率を低くすることに
より、燃料噴霧の貫徹力が低下し、燃料噴霧がキャビテ
ィの内外に拡散し、燃焼室の全体に広く分布する。この
結果、予混合燃焼が十分に行われ、排気中のスモーク濃
度を低減することができる。
【００１６】予混合燃焼領域外で、スワール比を低下さ
せるとともに、燃料噴射率を高めることにより、燃料噴
霧の貫徹力が高まり、燃料噴霧の多くがキャビティ内に
到達し、キャビティの外側に分布する燃料量が少なくな
る。これにより、キャビティにおける拡散燃焼が促進さ
れ、シリンダ壁の近傍で生成される未燃焼ＨＣやパティ
キュレートの発生量を抑えられるとともに、エンジンの
高出力化がはかれる。
【００１７】キャビティに円筒状の入口部に対して凹状
に窪む窪み部を形成請求項２に記載の直接噴射式ディー
ゼルエンジンにおいて、予混合燃焼領域で、スワール比
を高めるとともに、燃料噴射率を低くすることにより、
燃料噴霧の貫徹力が低下し、燃料噴霧がキャビティの窪
み部に集まることを抑制し、燃焼室の全体に広く分布す
る。この結果、予混合燃焼が十分に行われ、排気中のス
モーク濃度を低減することができる。
【００１８】予混合燃焼領域外において、スワール比を
低下させるとともに、燃料噴射率を高めることにより、
燃料噴霧の貫徹力が高まり、燃料噴霧の多くがキャビテ
ィの窪み部に到達し、窪み部に生起される強いガス流動
により拡散燃焼が促進され、シリンダ壁の近傍で生成さ
れる未燃焼ＨＣやパティキュレートの発生量を抑えられ
るとともに、エンジンの高出力化がはかれる。
【００１９】請求項３に記載の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンにおいて、予混合燃焼領域に針弁のリフト量を小
さくすることにより、針弁と座面の間から噴孔に流入す
る燃料が曲げられ、長穴状の噴孔における燃料の速度分
布がその上部より下部で大きくなり、噴孔から燃焼室に
噴射される燃料噴霧は噴孔の中心線より上方に曲げられ
る。これにより、燃料噴霧がキャビティ外の燃焼室に流
出しやすくなり、強いスワールによってキャビティの内
外に拡散して燃焼室の全体に広く分布する。この結果、
予混合燃焼が十分に行われ、排気中のスモーク濃度を低
減することができる。
【００２０】予混合燃焼領域外に針弁のリフト量を大き
くすることにより、噴孔における燃料の速度分布がその
上部と下部で対称的になり、噴孔から燃焼室に噴射され
る燃料噴霧は噴孔の中心線に沿って拡がる。そして燃料
噴射率が高まり、燃料噴霧の貫徹力が高まることによ
り、燃料噴霧の多くがキャビティ内に到達し、キャビテ
ィの内側に集められる。また、スワールが弱められるこ
とによっても、キャビティの外側に分布する燃料量が少
なくなり、キャビティにおける拡散燃焼が促進される。
この結果、シリンダ壁の近傍で生成される未燃焼ＨＣや
パティキュレートの発生量を抑えられるとともに、エン
ジンの高出力化がはかれる。
【００２１】請求項４に記載の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンにおいて、予混合燃焼領域に針弁のリフト量を小
さくすることにより、針弁と座面の間から噴孔に流入す
る燃料が９０°より大きく曲げられ、長穴状の噴孔にお
ける燃料の速度分布がその上部より下部で大きくなり、
噴孔から燃焼室に噴射される燃料噴霧は噴孔の中心線よ
り上方に曲げられる。これにより、燃料噴霧がキャビテ
ィ外の燃焼室に流出しやすくなり、強いスワールによっ
てキャビティの内外に拡散して燃焼室の全体に広く分布
する。この結果、予混合燃焼が十分に行われ、排気中の
スモーク濃度を低減することができる。
【００２２】請求項５に記載の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンにおいて、予混合燃焼領域で着火遅れ期間を長く
する手段として、燃料噴射時期を上死点後に制御するこ
とにより、着火遅れ期間を大幅に長くすることが可能と
なり、燃焼のほとんどが予混合燃焼として、パティキュ
レートの発生を有効に抑えることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。
【００２４】図２において、１はシリンダブロック、２
はシリンダ、４はピストン、５はピストン４の冠部に凹
状に窪むキャビティである。
【００２５】６はシリンダヘッド、５０はシリンダヘッ
ド６に形成された吸気ポート、９は吸気ポート５０を開
閉する吸気バルブ、１０はシリンダヘッド６に形成され
た排気ポート、１１は排気ポートを開閉する排気バルブ
である。
【００２６】シリンダヘッド１はピストン４との間で燃
焼室３を画成する燃焼室天井壁を有する。燃焼室天井壁
にはキャビティ５に燃料を放射状に噴射する燃料噴射弁
７が設置される。燃料噴射弁７はシリンダ中心線上に配
置され、キャビティ５の中央に臨んでいる。
【００２７】燃焼室天井壁には燃料噴射弁７を取り囲む
ように２本の吸気バルブ９と、２本の排気バルブ１１が
それぞれ設けられる。ピストン４が下降する吸気行程で
各吸気バルブ９が開かれるのに伴って各吸気ポート５０
からシリンダ２に空気を吸入し、この空気をピストン４
で圧縮し、ピストン４が上死点の近傍に達するときに燃
料噴射弁７から噴射される燃料を着火燃焼させる。燃焼
したガスはピストン４が上昇する行程で各排気バルブ１
１が開かれるのに伴って各排気ポート１０に排出され
る。これらの各行程が連続して繰り返される。ピストン
４の往復運動はコンロッド１９を介してクランクシャフ
トの回転運動に変換される。
【００２８】図１にも示すように、ピストン４の冠部１
５は、シリンダ中心線に対して直交する平面状に形成さ
れる。ピストン冠部１５は、キャビティ５のまわりに環
状に広がり、ピストン４が上死点付近に到達するとき、
シリンダヘッド６の燃焼室天井壁の間でシリンダ２内の
空気を圧縮してキャビティ５に流入するスキッシュ流を
生起するスキッシュエリアを構成する。
【００２９】キャビティ５は、ピストン冠部１５に対し
て円筒状に開口する側壁部１７と、その底部中央から隆
起する隆起部１４によって画成される。隆起部１４はピ
ストン４と同心の円錐面状に隆起して形成される。
【００３０】燃料噴射弁７は燃料を噴射する複数の噴口
を有し、各噴口から燃料噴霧をキャビティ５に向けて放
射状に噴射するようになっている。
【００３１】図２、図３に示すように、シリンダ１には
タンジンシャルポート５０とヘリカルポート５１と、２
本の排気ポート５７，５８がそれぞれ接続される。
【００３２】ヘリカルポート５１はその先端が平面図上
において渦巻き状に湾曲して、シリンダ５６内に横方向
に旋回する吸気流、いわゆるスワールを生起する。
【００３３】タンジェンシャルポート５０はその先端が
平面図上において直線状に延び、シリンダ５６に対して
その接線方向に接続している。
【００３４】タンジェンシャルポート５０にはバタフラ
イ式のスワール制御弁５２が介装される。スワール制御
弁５２の開度はコントロールユニット３１により運転条
件に応じて制御される。コントロールユニット３１は、
図８に示すマップに基づきエンジン回転数が低下するの
にしたがってスワール制御弁５２を閉じてスワール比が
高くなるように制御する。図８のマップにおいて、目標
スワール比は低回転域で従来装置より高められ、高回転
域で従来装置より低く設定されている。
【００３５】図４において、２１はディーゼルエンジン
本体、２３は吸気通路、２５は排気通路、２６は排気通
路２５と吸気通路２３とを連通するＥＧＲ通路、２７は
制御負圧に応動するダイアフラム式のＥＧＲ弁である。
２８は負圧制御弁であり、コントロールユニット３１か
らのデューティ信号に応じて負圧源からＥＧＲ弁２７の
ダイヤフラム室に導かれる負圧を調整し、ＥＧＲ弁２７
の開度を調節する。コントロールユニット３１では、エ
ンジン回転数センサ３３およびアクセル開度センサ３２
の各検出値を入力し、これら検出値から図示しないマッ
プに基づいて目標ＥＧＲ率を求め、ＥＧＲ量を制御す
る。
【００３６】図中２０は燃料噴射ポンプである。燃料噴
射ポンプ２０は高圧燃料を通路２５を介して各気筒の燃
料噴射弁７に圧送し、各燃料噴射弁７から所定のタイミ
ングで燃料を噴射する。各燃料噴射弁７に供給された余
剰燃料は通路２６を介して図示しないタンクに戻され
る。
【００３７】燃料噴射弁７はコントロールユニット３１
から送られる信号により開弁し、その開弁時期が調節さ
れることにより燃料噴射時期が制御されるとともに、図
示しない弁体のリフト量が調節されることにより燃料噴
射率が制御される。
【００３８】ところで、ＥＧＲ率を高めるとＮＯｘ濃度
を低減できるものの、その一方でパティキュレート濃度
が急激に上昇する傾向がある。
【００３９】これに対処するため、コントロールユニッ
ト３１は、図５に示すように、ＥＧＲ率が高くパティキ
ュレートの発生を抑制する必要がある予混合燃焼領域１
を設定し、この予混合燃焼領域１では、燃料の噴射時期
を上死点後まで遅らせるとともに、スワール比を高め
る。燃料の噴射時期を上死点後まで遅らせることによ
り、噴射時期の大幅な遅延によって吸気をより低温状態
にし、予混合燃焼の比率を増大させ、パティキュレート
の発生を抑制する。
【００４０】一方、ＥＧＲ率が低くパティキュレートの
発生を抑制する必要がない予混合燃焼領域外２では、噴
射時期を進めるとともに、スワール比を小さくする。こ
れにより、着火遅れ期間が長びくことに起因して排気中
のＨＣ濃度が高まることを抑制する。
【００４１】そして本発明の要旨とするところである
が、主として低温予混合燃焼が行われる予混合燃焼領域
１において、図６に示すように、燃料噴射率を従来装置
より低くする制御が行われる。燃料噴射率を低下させる
ことにより、噴射期間を長くし、燃料噴霧の貫徹力を低
下させる。
【００４２】予混合燃焼領域外２において、図７に示す
ように、燃料噴射率を従来装置より高くする制御が行わ
れる。噴射率を高めることにより、噴射期間を短縮し、
燃料噴霧の貫徹力を高める。
【００４３】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
【００４４】ディーゼルエンジン２１の燃焼は、着火遅
れ期間に形成される予混合気が一気に燃え上がる予混合
燃焼と、この燃焼に引き続いて起こる燃焼速度が空気と
燃料の拡散速度によって制限される拡散燃焼とからな
る。予混合燃焼領域１において、燃料噴射時期を上死点
後に制御する構成により、着火遅れ期間が大幅に長くな
り、燃料のほとんどが予混合燃焼し、パティキュレート
の発生を有効に抑えることができる。
【００４５】しかし、燃料噴射時期を圧縮上死点後に設
定する予混合燃焼領域１において、燃料噴射弁７から噴
射される燃料噴霧が到達する領域がキャビティ５の底部
に設定された場合、キャビティ５に生起されるガス流動
により燃料噴霧がキャビティ５に集まり、燃料を燃焼室
３の全域に分散させることができず、予混合燃焼が十分
に行われない。この結果、予混合燃焼領域１においてパ
ティキュレート発生量が増加する。
【００４６】本発明はこれに対処して、燃料噴射時期を
大幅に遅らせる予混合燃焼領域１において、スワール比
を高めるとともに、燃料噴射率を低くすることにより、
燃料噴霧の貫徹力が低下し、燃料噴霧がキャビティ５外
の燃焼室３に流出しやすくなり、図９に示すようにキャ
ビティ５の内外に拡散し、燃焼室３の全体に広く分布す
る。この結果、ＥＧＲガス温度が上昇する高負荷時にも
予混合燃焼が十分に行われ、図１１に本発明の特性を示
すように、従来例に比べて燃料噴射時期が遅れる予混合
燃焼領域１において排気中のスモーク濃度を低減するこ
とができる。
【００４７】燃料噴射時期を進める予混合燃焼領域外２
において、スワール比を低下させるとともに、燃料噴射
率を高めることにより、燃料噴霧の貫徹力が高まり、燃
料噴霧の多くがキャビティ５内に到達し、図９に示すよ
うにキャビティ５の内側に集められ、キャビティ５の外
側に分布する燃料量が少なくなり、キャビティ５におけ
る拡散燃焼が促進される。そして、スワール制御弁５２
が開弁することにより、シリンダ５６に吸入される吸気
がタンジンシャルポート５０とヘリカルポート５１の両
方を通り、吸気充填効率が高められる。この結果、シリ
ンダ２の壁面近傍で生成される未燃焼ＨＣやパティキュ
レートの発生量を抑えられるとともに、図１０に示すよ
うに、高速時の発生トルクを高められる。
【００４８】次に、図１２に示す実施形態について説明
する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００４９】キャビティ５は、ピストン冠部１５に対し
て円筒状に開口する入口部１２と、入口部１２に対して
凹状に窪む窪み部１３と、その底部中央から隆起する隆
起部１４によって画成される。
【００５０】入口部１２はピストン冠部１５に開口する
キャビティ５の側壁の上部を構成している。入口部１２
はピストン４と同心の直円筒面状に形成される。したが
って、入口部１２はその断面がピストン４の冠部１５に
対して直交している。この場合、入口部１２によってピ
ストン冠部１５とキャビティ５の内壁面がつくるエッジ
部が削除されるため、ピストン４の熱負荷が過大になる
ことを防止できる。
【００５１】窪み部１３はキャビティ５の側壁の下部と
底壁の外周部を構成している。窪み部１３はその断面が
円弧状に湾曲して形成される。窪み部１３はピストン４
と同心の環状に延びる。
【００５２】隆起部１４はキャビティ５の底面の中央部
を構成している。隆起部１４はピストン４と同心の円錐
面状に隆起して形成される。
【００５３】この場合も、燃料噴射時期を大幅に遅らせ
る予混合燃焼領域１において、スワール比を高めるとと
もに、燃料噴射率を低くすることにより、燃料噴霧の貫
徹力が低下し、燃料噴霧がキャビティ５の窪み部１３に
集まることが抑えられ、キャビティ５の内外に拡散し、
燃焼室３の全体に広く分布する。この結果、ＥＧＲガス
温度が上昇する高負荷時にも予混合燃焼が十分に行わ
れ、燃料噴射時期が遅れる予混合燃焼領域１において排
気中のスモーク濃度を低減することができる。
【００５４】燃料噴射時期を進める予混合燃焼領域外２
において、スワール比を低下させるとともに、燃料噴射
率を高めることにより、燃料噴霧の貫徹力が高まり、燃
料噴霧の多くがキャビティ５の窪み部１３に集められ、
窪み部１３に生起される強いガス流動により拡散燃焼が
促進される。そして、スワール制御弁５２が開弁するこ
とにより、シリンダ５６に吸入される吸気がタンジンシ
ャルポート５０とヘリカルポート５１の両方を通り、吸
気充填効率が高められる。この結果、シリンダ２の壁面
近傍で生成される未燃焼ＨＣやパティキュレートの発生
量を抑えられるとともに、高速時の発生トルクを高めら
れる。
【００５５】次に、図１３に示す実施形態について説明
する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００５６】燃料噴射弁７は、中空の筒状ノズルボディ
４１の内部に針弁４５が収装される。ノズルボディ４１
には円錐形に窪む座面４２が形成され、座面４２には複
数の噴孔４３がノズル中心線Ｏ1について放射状に形成
される。噴孔４３は座面４２に直交して形成され、水平
線に対して所定角度で下向きに傾斜し、キャビティ５の
内側に向けられている。
【００５７】針弁４５の先端には円錐形のシート面部４
６が形成される。ノズルボディ４１の座面４２に針弁４
５のシート面部４６が着座することにより、噴孔４３に
至る円錐筒状の燃料流路を閉塞するようになっている。
【００５８】そして本発明の要旨とするところである
が、噴孔４３の断面を上下方向に延びる長円形に形成す
る。
【００５９】図１４に示すように、針弁４５はスプリン
グ４７によって閉弁方向に付勢されている。針弁４５は
図示しない燃料噴射ポンプから針弁４５まわりの燃料室
４８に導かれる燃料圧力によりスプリング４７に抗して
リフトするようになっている。
【００６０】燃料噴射ポンプはプランジャをカムで往復
動させることにより燃料を加圧して各気筒の燃料噴射弁
７に送り、各燃料噴射弁７から所定のタイミングで燃料
を噴射する。分配型の燃料噴射ポンプ２０は燃料噴射時
期を調節するタイマーピストンを備え、タイマーピスト
ンに作用する駆動圧をタイミングコントロールバルブを
介してデューティ制御するようになっている。燃料噴射
率を調節する機構して、燃料噴射ポンプ２０の吐出圧を
調節する機構を備え、運転条件に応じて燃料噴射率を制
御するようになっている。
【００６１】図１５に示すように、ＥＧＲ率が高くパテ
ィキュレートの発生を抑制する必要がある予混合燃焼領
域１を設定し、この予混合燃焼領域１では、燃料の噴射
時期を上死点後まで遅らせるとともに、スワール比を高
める。燃料の噴射時期を上死点後まで遅らせることによ
り、噴射時期の大幅な遅延によって吸気をより低温状態
にし、予混合燃焼の比率を増大させ、パティキュレート
の発生を抑制する。
【００６２】一方、ＥＧＲ率が低くパティキュレートの
発生を抑制する必要がない予混合燃焼領域外２では、噴
射時期を進めるとともに、スワール比を小さくする。こ
れにより、着火遅れ期間が長びくことに起因して排気中
のＨＣ濃度が高まることを抑制する。
【００６３】図１６に示すように、低温予混合燃焼が行
われる予混合燃焼領域１において、針弁４５の最大リフ
ト量をＬ1と小さくし、最大燃料噴射圧をＰ1と小さく
し、燃料噴射率を低く抑える。
【００６４】予混合燃焼領域外２において、針弁４５の
初期リフト量をＬ1とし、最大リフト量をＬ2と大きく
し、最大燃料噴射圧をＰ2と大きくし、燃料噴射率を高
くする。
【００６５】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
【００６６】燃料噴射時期を大幅に遅らせる予混合燃焼
領域１において、図１７に示すように針弁４５の最大リ
フト量をＬ1と小さくすることにより、針弁４５と座面
４２の間から噴孔４３に流入する燃料が９０°だけ曲げ
られ、長穴状の噴孔４３における燃料の速度分布がその
上部より下部で大きくなるため、噴孔４３から燃焼室３
に噴射される燃料噴霧は噴孔４３の中心線より上方に曲
げられる。これにより、燃料噴霧がキャビティ５外の燃
焼室３に流出しやすくなり、強いスワールによってキャ
ビティ５の内外に拡散して燃焼室３の全体に広く分布す
る。この結果、ＥＧＲガス温度が上昇する高負荷時にも
予混合燃焼が十分に行われ、排気中のスモーク濃度を低
減することができる。
【００６７】燃料噴射時期を進める予混合燃焼領域外２
において、図１８に示すように針弁４５の最大リフト量
をＬ2と大きくすることにより、噴孔４３における燃料
の速度分布がその上部と下部で対称的になるため、噴孔
４３から燃焼室３に噴射される燃料噴霧は噴孔４３の中
心線に沿って拡がる。そして燃料噴射率が高まり、燃料
噴霧の貫徹力が高まることにより、燃料噴霧の多くがキ
ャビティ５内に到達し、キャビティ５の内側に集められ
る。また、スワールが弱められることによっても、キャ
ビティ５の外側に分布する燃料量が少なくなり、キャビ
ティ５における拡散燃焼が促進される。この結果、シリ
ンダ２の壁面近傍で生成される未燃焼ＨＣやパティキュ
レートの発生量を抑えられるとともに、高速時の発生ト
ルクを高められる。
【００６８】次に、図１９に示す実施形態について説明
する。なお、図１３との対応部分には同一符号を付す。
【００６９】燃料噴射弁７は、中空の筒状ノズルボディ
４１の内部に針弁４５が収装される。ノズルボディ４１
には円錐形に窪む座面４２が形成され、座面４２には複
数の噴孔４３がノズル中心線Ｏ1について放射状に形成
される。噴孔４３の断面は上下方向に延びる長円形に形
成される。
【００７０】噴孔４３は座面４２に対して上向きに傾斜
して形成される。すなわち、ノズル中心線Ｏ1を含む平
面図上において、噴孔４３の中心線と座面４２の為す角
度θが９０°より小さくなるように形成される。
【００７１】前記実施形態と同じく図１５に示すよう
に、ＥＧＲ率が高くパティキュレートの発生を抑制する
必要がある予混合燃焼領域１を設定し、この予混合燃焼
領域１では、燃料の噴射時期を上死点後まで遅らせると
ともに、スワール比を高める。燃料の噴射時期を上死点
後まで遅らせることにより、噴射時期の大幅な遅延によ
って吸気をより低温状態にし、予混合燃焼の比率を増大
させ、パティキュレートの発生を抑制する。
【００７２】一方、ＥＧＲ率が低くパティキュレートの
発生を抑制する必要がない予混合燃焼領域外２では、噴
射時期を進めるとともに、スワール比を小さくする。こ
れにより、着火遅れ期間が長びくことに起因して排気中
のＨＣ濃度が高まることを抑制する。
【００７３】図１６に示すように、低温予混合燃焼が行
われる予混合燃焼領域１において、針弁４５の最大リフ
ト量をＬ1と小さくし、最大燃料噴射圧をＰ1と小さく
し、燃料噴射率を低く抑える。
【００７４】予混合燃焼領域外２において、針弁４５の
初期リフト量をＬ1とし、最大リフト量をＬ2と大きく
し、最大燃料噴射圧をＰ2と大きくし、燃料噴射率を高
くする。
【００７５】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
【００７６】燃料噴射時期を大幅に遅らせる予混合燃焼
領域１において、図２０に示すように針弁４５の最大リ
フト量をＬ1と小さくすることにより、針弁４５と座面
４２の間から噴孔４３に流入する燃料が９０°より大き
く曲げられ、長穴状の噴孔４３における燃料の速度分布
がその上部より下部で大きくなるため、噴孔４３から燃
焼室３に噴射される燃料噴霧は噴孔４３の中心線より上
方に曲げられる。これにより、燃料噴霧がキャビティ５
外の燃焼室３に流出しやすくなり、強いスワールによっ
てキャビティ５の内外に拡散して燃焼室３の全体に広く
分布する。この結果、ＥＧＲガス温度が上昇する高負荷
時にも予混合燃焼が十分に行われ、排気中のスモーク濃
度を低減することができる。
【００７７】燃料噴射時期を進める予混合燃焼領域外２
において、図２１に示すように針弁４５の最大リフト量
をＬ2と大きくすることにより、噴孔４３における燃料
の速度分布がその上部と下部で対称的になるため、噴孔
４３から燃焼室３に噴射される燃料噴霧は噴孔４３の中
心線に沿って拡がる。そして燃料噴射率が高まり、燃料
噴霧の貫徹力が高まることにより、燃料噴霧の多くがキ
ャビティ５内に到達し、キャビティ５の内側に集められ
る。また、スワールが弱められることによっても、キャ
ビティ５の外側に分布する燃料量が少なくなり、キャビ
ティ５における拡散燃焼が促進される。この結果、シリ
ンダ２の壁面近傍で生成される未燃焼ＨＣやパティキュ
レートの発生量を抑えられるとともに、高速時の発生ト
ルクを高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すエンジンの断面図。
【図２】同じく吸気ポートの概略平面図。
【図３】同じく吸気ポートの概略正面図。
【図４】同じくエンジンのシステム図。
【図５】同じく予混合燃焼領域を設定した特性図。
【図６】同じく予混合燃焼領域における燃料噴射率を設
定した特性図。
【図７】同じく予混合燃焼領域外における燃料噴射率を
設定した特性図。
【図８】同じくエンジン回転数とスワール比の関係を設
定した特性図。
【図９】同じくスワール比と燃料噴射率を変更した場合
の上死点後３０°における燃料分布を三次元数値解析に
より算出した結果を示す図。
【図１０】同じくエンジン回転数と発生トルクの関係を
測定した特性図。
【図１１】同じく燃料噴射時期とスモーク濃度の関係を
測定した特性図。
【図１２】他の実施形態を示す実施形態を示すエンジン
の断面図。
【図１３】さらに他の実施形態を示す燃料噴射弁の断面
図。
【図１４】同じくエンジンの断面図。
【図１５】同じく予混合燃焼領域を設定した特性図。
【図１６】同じく針弁のリフト量と燃料噴射率および噴
射圧を設定した特性図。
【図１７】同じく予混合燃焼領域における燃料の速度分
布を示す図。
【図１８】同じく予混合燃焼領域外における燃料の速度
分布を示す図。
【図１９】さらに他の実施形態を示す燃料噴射弁の断面
図。
【図２０】同じく予混合燃焼領域における燃料の速度分
布を示す図。
【図２１】同じく予混合燃焼領域外における燃料の速度
分布を示す図。
【図２２】従来例を示すピストンの断面図。
【図２３】同じくピストンの平面図。
【符号の説明】
４ ピストン ５ キャビティ ７ 燃料噴射弁 １３ 窪み部 １５ ピストン冠部 １７ 側壁 ２０ 燃料噴射ポンプ ３１ コントロールユニット ４１ ノズルボディ ４２ 座面 ４３ 噴孔 ４５ 針弁 ５２ スワール制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/10 Ｆ０２Ｍ 61/10 Ｆ 61/18 ３２０ 61/18 ３２０Ｚ // Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｃ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気
    に旋回流を生起する旋回流生起手段と、 ピストンの冠部に凹状に窪むキャビティと、 ピストンの冠部との間で燃焼室を画成する燃焼室天井壁
    と、 燃焼室天井壁に取付けられて燃料をキャビティに向けて
    噴射する燃料噴射弁とを備え、 運転条件に応じて着火遅れ期間を長くする予混合燃焼領
    域を設定する直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、 予混合燃焼領域に予混合燃焼領域外より旋回流を強める
    とともに燃料噴射率を低下させる構成としたことを特徴
    とする直接噴射式ディーゼルエンジン。
  2. 【請求項２】前記キャビティに円筒状の入口部に対して
    凹状に窪む窪み部を形成した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エンジン。
  3. 【請求項３】前記燃料噴射弁の針弁を収装するノズルボ
    ディに円錐形に窪む座面を形成し、 座面に開口する噴孔をその断面が上下方向に延びる長穴
    に形成し、 予混合燃焼領域に予混合燃焼領域外より針弁のリフト量
    を抑える構成としたことを特徴とする請求項１または２
    に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。
  4. 【請求項４】前記噴孔を座面に対して上向きに傾斜させ
    て形成したことを特徴とする請求項３に記載の直接噴射
    式ディーゼルエンジン。
  5. 【請求項５】前記予混合燃焼領域で燃料噴射時期を圧縮
    上死点後まで遅らせることを特徴とする請求項１から４
    のいずれか一つに記載の直接噴射式ディーゼルエンジ
    ン。
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