JPH10325324A - ディーゼルエンジン - Google Patents
ディーゼルエンジンInfo
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- JPH10325324A JPH10325324A JP9135469A JP13546997A JPH10325324A JP H10325324 A JPH10325324 A JP H10325324A JP 9135469 A JP9135469 A JP 9135469A JP 13546997 A JP13546997 A JP 13546997A JP H10325324 A JPH10325324 A JP H10325324A
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- JP
- Japan
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- combustion chamber
- combustion
- air
- fuel injection
- chamber
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- 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
- F02B23/0618—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 having in-cylinder means to influence the charge motion
- F02B23/0627—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 having in-cylinder means to influence the charge motion having additional bores or grooves machined into the piston for guiding air or charge flow to the piston bowl
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- 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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- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 Ｃａｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ ｆ
ｏｒ Ｄｉｓｔｅｒｂａｎｃｅ（ＣＣＤ）のような高価
な付加装置を用いることなく、リッチ・リーンバーンを
実現してＮＯｘとスモークの同時低減を図る。 【解決手段】 ピストン頂面２に燃焼室３を凹設し、燃
焼室３下方のピストン１内部に空気を収容する空気室１
１を設け、空気室１１と燃焼室３とを連通する連絡通路
１３を設けると共に、燃焼室３に臨ませて、着火遅れ期
間ｔ中に全燃料噴射量Ｍの燃料噴射を実行する燃料噴射
ノズル４を設けた。空気室１１は、圧縮行程で空気を取
り入れて初期リッチ燃焼、スワール強化に貢献すると共
に、膨張行程ではそれを噴出させ、後期リーン燃焼、燃
焼ガスと空気との混合に寄与する。特に燃料噴射ノズル
４が着火遅れ期間ｔ中に全燃料噴射量Ｍの燃料を噴射す
るので、先の強化されたスワールで全量の燃料を均一に
混合させられ、均一リッチ燃焼できるようになる。
ｏｒ Ｄｉｓｔｅｒｂａｎｃｅ（ＣＣＤ）のような高価
な付加装置を用いることなく、リッチ・リーンバーンを
実現してＮＯｘとスモークの同時低減を図る。 【解決手段】 ピストン頂面２に燃焼室３を凹設し、燃
焼室３下方のピストン１内部に空気を収容する空気室１
１を設け、空気室１１と燃焼室３とを連通する連絡通路
１３を設けると共に、燃焼室３に臨ませて、着火遅れ期
間ｔ中に全燃料噴射量Ｍの燃料噴射を実行する燃料噴射
ノズル４を設けた。空気室１１は、圧縮行程で空気を取
り入れて初期リッチ燃焼、スワール強化に貢献すると共
に、膨張行程ではそれを噴出させ、後期リーン燃焼、燃
焼ガスと空気との混合に寄与する。特に燃料噴射ノズル
４が着火遅れ期間ｔ中に全燃料噴射量Ｍの燃料を噴射す
るので、先の強化されたスワールで全量の燃料を均一に
混合させられ、均一リッチ燃焼できるようになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、まずリッチバーン
させその後速やかにリーンバーンさせるようにした燃焼
室構造を採用するディーゼルエンジンに関するものであ
る。
させその後速やかにリーンバーンさせるようにした燃焼
室構造を採用するディーゼルエンジンに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンから排出されるＮＯ
ｘ量は、燃焼領域における空気過剰率と強い相関があ
り、図８に示すように、空気過剰率λｃが極端に低いリ
ッチ状態（λｃ＜0.8 ）か、極端に高いリーン状態（λ
ｃ＞1.6 ）で燃焼を行えば、ＮＯｘ（図ではＮＯ）の生
成を抑制できる。なお、λｃ＝１は理論空燃比に相当す
る。かかる特性を利用することにより、ＮＯｘの低減を
図る技術として、リッチ・リーンバーンの開発が進めら
れている。
ｘ量は、燃焼領域における空気過剰率と強い相関があ
り、図８に示すように、空気過剰率λｃが極端に低いリ
ッチ状態（λｃ＜0.8 ）か、極端に高いリーン状態（λ
ｃ＞1.6 ）で燃焼を行えば、ＮＯｘ（図ではＮＯ）の生
成を抑制できる。なお、λｃ＝１は理論空燃比に相当す
る。かかる特性を利用することにより、ＮＯｘの低減を
図る技術として、リッチ・リーンバーンの開発が進めら
れている。
【０００３】リッチ・リーンバーンは、１回の燃焼行程
を上記リッチ状態とリーン状態とだけを用いて行おうと
するもので、リッチ状態にて着火および初期の燃焼を行
い、その後リーン状態にて中〜後期の燃焼を行う。これ
により、ＮＯｘの発生を抑制しつつ、初期のリッチ燃焼
時に生成された可燃性の中間生成物（ＣＯ，ＨＣ，シア
ン等）やスモーク成分（Ｃ）を後期のリーン燃焼時に再
燃焼させて、全体としてＮＯｘおよびスモークの発生量
を抑制するものである。
を上記リッチ状態とリーン状態とだけを用いて行おうと
するもので、リッチ状態にて着火および初期の燃焼を行
い、その後リーン状態にて中〜後期の燃焼を行う。これ
により、ＮＯｘの発生を抑制しつつ、初期のリッチ燃焼
時に生成された可燃性の中間生成物（ＣＯ，ＨＣ，シア
ン等）やスモーク成分（Ｃ）を後期のリーン燃焼時に再
燃焼させて、全体としてＮＯｘおよびスモークの発生量
を抑制するものである。
【０００４】これを実現する燃焼室構造として、図６お
よび図７に示すものが知られている。この燃焼室構造
は、ピストンａの頂面ｂに無駄容積として環状溝ｃを形
成することにより、圧縮比の関係からピストン頂面ｂに
凹設される燃焼室ｄの小容積化を図り、ピストン上死点
近傍においてこの小容積の燃焼室ｄ内にて初期リッチ燃
焼を行うと共に、その後の膨張行程時において初期リッ
チ燃焼で生成された可燃性中間生成物やスモーク成分を
環状溝ｃ内の空気と混合させて後期リーン燃焼させるも
のである。
よび図７に示すものが知られている。この燃焼室構造
は、ピストンａの頂面ｂに無駄容積として環状溝ｃを形
成することにより、圧縮比の関係からピストン頂面ｂに
凹設される燃焼室ｄの小容積化を図り、ピストン上死点
近傍においてこの小容積の燃焼室ｄ内にて初期リッチ燃
焼を行うと共に、その後の膨張行程時において初期リッ
チ燃焼で生成された可燃性中間生成物やスモーク成分を
環状溝ｃ内の空気と混合させて後期リーン燃焼させるも
のである。
【０００５】なおここでは、初期リッチ燃焼には、燃料
噴射ノズルｅから噴射された燃料を衝突部材ｆに衝突さ
せる衝突拡散燃焼を用いている（特開昭62-63121号公
報、特開昭62-113822 号公報等参照）。また、後期リー
ン燃焼には、副室ｇ内に噴射された燃料の燃焼ガスをシ
リンダｊ内に噴出して攪乱流を生成するＣＣＤシステム
ｉ（Combustion Chamber for Disterbance）を併用して
いる（実公昭55-14749号公報、特開平7-26960 号公報等
参照）。
噴射ノズルｅから噴射された燃料を衝突部材ｆに衝突さ
せる衝突拡散燃焼を用いている（特開昭62-63121号公
報、特開昭62-113822 号公報等参照）。また、後期リー
ン燃焼には、副室ｇ内に噴射された燃料の燃焼ガスをシ
リンダｊ内に噴出して攪乱流を生成するＣＣＤシステム
ｉ（Combustion Chamber for Disterbance）を併用して
いる（実公昭55-14749号公報、特開平7-26960 号公報等
参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の燃焼
室構造にあっては、ピストン頂面ｂに無駄容積としての
環状溝ｃを形成しているので、カーブされた吸気ポート
からシリンダ内に導かれたスワールの一部が燃焼室ｄで
なく上記環状溝ｃに閉じ込められてしまい、燃焼室ｄ内
の空気流動が弱くなる。このため、燃焼室ｄ内での燃料
噴霧と空気との混合が不十分となって多量のスモーク成
分が発生することとなり、このスモーク成分を再燃焼さ
せるためにＣＣＤシステムｉを用いて後期リーン燃焼を
高攪乱する必要があるのである。
室構造にあっては、ピストン頂面ｂに無駄容積としての
環状溝ｃを形成しているので、カーブされた吸気ポート
からシリンダ内に導かれたスワールの一部が燃焼室ｄで
なく上記環状溝ｃに閉じ込められてしまい、燃焼室ｄ内
の空気流動が弱くなる。このため、燃焼室ｄ内での燃料
噴霧と空気との混合が不十分となって多量のスモーク成
分が発生することとなり、このスモーク成分を再燃焼さ
せるためにＣＣＤシステムｉを用いて後期リーン燃焼を
高攪乱する必要があるのである。
【０００７】従って、仮に初期リッチ燃焼において燃料
噴霧と空気とを十分混合できれば、スモーク成分の発生
を抑制できるのでＣＣＤシステムｉのような複雑な付加
装置を用いる必要はなく、この点で改良の余地が残され
ている。ＣＣＤシステムｉは、専用の副室ｇならびに副
噴射ノズルｈが必要となり、動弁機構および吸排気ポー
トのスペースを制限するため、量産エンジンには採用し
たくない。
噴霧と空気とを十分混合できれば、スモーク成分の発生
を抑制できるのでＣＣＤシステムｉのような複雑な付加
装置を用いる必要はなく、この点で改良の余地が残され
ている。ＣＣＤシステムｉは、専用の副室ｇならびに副
噴射ノズルｈが必要となり、動弁機構および吸排気ポー
トのスペースを制限するため、量産エンジンには採用し
たくない。
【０００８】また、ＣＣＤシステムｉからシリンダｊ内
に噴出されるガスはそれ自体既燃ガス（酸素が少ない）
であるために、このＣＣＤシステムｉを用いて後期リー
ン燃焼を攪乱した場合には、後期燃焼がリーン領域（λ
ｃ＞1.6 ）に移行しきれず、後期燃焼においてＮＯｘが
発生してしまう。
に噴出されるガスはそれ自体既燃ガス（酸素が少ない）
であるために、このＣＣＤシステムｉを用いて後期リー
ン燃焼を攪乱した場合には、後期燃焼がリーン領域（λ
ｃ＞1.6 ）に移行しきれず、後期燃焼においてＮＯｘが
発生してしまう。
【０００９】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、ＣＣＤシステムのような高価な付加装置を用い
ることなく、本来のリッチ・リーンバーンを実現してＮ
Ｏｘとスモークの同時低減を図り得るディーゼルエンジ
ンを提供することにある。
目的は、ＣＣＤシステムのような高価な付加装置を用い
ることなく、本来のリッチ・リーンバーンを実現してＮ
Ｏｘとスモークの同時低減を図り得るディーゼルエンジ
ンを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、ピストン頂面に燃焼室を凹設し、この燃焼室下
方のピストン内部に所定量の空気を収容する空気室を設
け、この空気室と上記燃焼室とを連通する連絡通路を設
けると共に、上記燃焼室に臨ませて、着火遅れ期間中に
全燃料噴射量の燃料噴射を実行する燃料噴射ノズルを設
けたものである。
発明は、ピストン頂面に燃焼室を凹設し、この燃焼室下
方のピストン内部に所定量の空気を収容する空気室を設
け、この空気室と上記燃焼室とを連通する連絡通路を設
けると共に、上記燃焼室に臨ませて、着火遅れ期間中に
全燃料噴射量の燃料噴射を実行する燃料噴射ノズルを設
けたものである。
【００１１】本発明においては、上記空気室が、後期リ
ーン燃焼のための空気を貯蔵するほか、従来の環状溝に
代わって燃焼室を小さくする無駄容積として機能する。
このため、ピストンが上死点に向かう圧縮行程におい
て、吸気ポートで生成されたスワールを全て燃焼室に閉
じ込め、燃焼室内でのスワール強化を達成できる。
ーン燃焼のための空気を貯蔵するほか、従来の環状溝に
代わって燃焼室を小さくする無駄容積として機能する。
このため、ピストンが上死点に向かう圧縮行程におい
て、吸気ポートで生成されたスワールを全て燃焼室に閉
じ込め、燃焼室内でのスワール強化を達成できる。
【００１２】一方、ピストン上死点近傍においては、燃
料噴射ノズルが着火遅れ期間中に全燃料噴射量の燃料噴
射を実行する。よって全燃料噴射量の燃料が着火前に強
スワールで攪乱されるようになり、混合気の均一化を図
れ、スモーク成分の発生を抑制して良好な初期リッチ燃
焼を達成できる。
料噴射ノズルが着火遅れ期間中に全燃料噴射量の燃料噴
射を実行する。よって全燃料噴射量の燃料が着火前に強
スワールで攪乱されるようになり、混合気の均一化を図
れ、スモーク成分の発生を抑制して良好な初期リッチ燃
焼を達成できる。
【００１３】また、ピストンが下降する膨張行程におい
ては、空気室内の空気が連絡通路を通って燃焼室内に流
出し、後期リーン燃焼に供されると共に燃焼室内の燃焼
ガスを燃焼室外に押し出すようになる。よって従来のＣ
ＣＤシステムを用いなくとも高い攪乱を生じさせられ、
空気利用率を高めてスモークの発生を抑制できる。
ては、空気室内の空気が連絡通路を通って燃焼室内に流
出し、後期リーン燃焼に供されると共に燃焼室内の燃焼
ガスを燃焼室外に押し出すようになる。よって従来のＣ
ＣＤシステムを用いなくとも高い攪乱を生じさせられ、
空気利用率を高めてスモークの発生を抑制できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００１５】図１に示すように、ピストン１の頂面２に
は、その内部をスワールが周回する燃焼室３が凹設され
ている。燃焼室３の平断面形状は、一般的な円形に限ら
ず図２(a),(b) に示すような四角形や凹凸形状とし、ス
ワールに乱れを与えるようにしてもよい。スワールは、
シリンダヘッドにカーブ形成された図示しない公知の吸
気ポートによってシリンダ内に周方向に生成され、ピス
トン１の上昇によって燃焼室３内に押し込まれる。
は、その内部をスワールが周回する燃焼室３が凹設され
ている。燃焼室３の平断面形状は、一般的な円形に限ら
ず図２(a),(b) に示すような四角形や凹凸形状とし、ス
ワールに乱れを与えるようにしてもよい。スワールは、
シリンダヘッドにカーブ形成された図示しない公知の吸
気ポートによってシリンダ内に周方向に生成され、ピス
トン１の上昇によって燃焼室３内に押し込まれる。
【００１６】燃焼室３は、ここではリエントラント形に
形成され、その開口部１４の周辺部には縮径部としての
リップ５が形成されている。リップ５の下方では、燃焼
室側面６が断面アール状の軌跡を描いて径方向外側に膨
出される。燃焼室側面６は同一のアール径を保ったまま
燃焼室底面７に連なる。燃焼室底面７の軸心領域には円
錘状に隆起された隆起部７ａが形成される。隆起部７ａ
はその外周側の燃焼室底面７に接線方向から連なる。
形成され、その開口部１４の周辺部には縮径部としての
リップ５が形成されている。リップ５の下方では、燃焼
室側面６が断面アール状の軌跡を描いて径方向外側に膨
出される。燃焼室側面６は同一のアール径を保ったまま
燃焼室底面７に連なる。燃焼室底面７の軸心領域には円
錘状に隆起された隆起部７ａが形成される。隆起部７ａ
はその外周側の燃焼室底面７に接線方向から連なる。
【００１７】一方、燃料噴射ノズル４が、燃焼室３の略
中央に臨ませてシリンダヘッド８に取り付けられてい
る。燃料噴射ノズル４はその先端部に複数の噴孔１０を
有し、平面から見て放射状に、正面から見て斜め下向き
に燃料噴射を行うようになっている。特に、その噴孔数
及び噴孔径は後述の如く決定される。
中央に臨ませてシリンダヘッド８に取り付けられてい
る。燃料噴射ノズル４はその先端部に複数の噴孔１０を
有し、平面から見て放射状に、正面から見て斜め下向き
に燃料噴射を行うようになっている。特に、その噴孔数
及び噴孔径は後述の如く決定される。
【００１８】かかる燃焼室３の下方のピストン１の内部
には、所定量の空気を収容する空気室１１が形成されて
いる。本実施形態では環状の空気室１１が形成されたピ
ストン本体１ａに燃焼室３が形成された燃焼室部材３ａ
を嵌め込み、これらを下からボルト１２で結合するよう
にしたが、これに限らず上からボルト止めしてもよい
し、燃焼室部材３ａをネジ込みによってピストン本体１
ａに取り付けてもよい。また、燃焼室３と空気室１１と
を鋳造時の中子等によって一体成形してもよい。
には、所定量の空気を収容する空気室１１が形成されて
いる。本実施形態では環状の空気室１１が形成されたピ
ストン本体１ａに燃焼室３が形成された燃焼室部材３ａ
を嵌め込み、これらを下からボルト１２で結合するよう
にしたが、これに限らず上からボルト止めしてもよい
し、燃焼室部材３ａをネジ込みによってピストン本体１
ａに取り付けてもよい。また、燃焼室３と空気室１１と
を鋳造時の中子等によって一体成形してもよい。
【００１９】空気室１１と燃焼室３とは、連絡通路１３
を介して連通されている。連絡通路１３は、周方向に所
定間隔を隔てて複数（４個程度）放射状に配置されてお
り、それぞれ空気室１１側から燃焼室３の側壁６の接線
方向に向けてθ＝45度＋α程度の角度で形成されてい
る。また、これら連絡通路１３の形状は、ピストン１の
下降時における空気室１１から燃焼室３への空気の流出
速度が速くなるように最適設計されている。例えば各連
絡通路１３を燃焼室３内のスワール方向に又はその逆方
向に螺旋状に捩って成形してもよい。
を介して連通されている。連絡通路１３は、周方向に所
定間隔を隔てて複数（４個程度）放射状に配置されてお
り、それぞれ空気室１１側から燃焼室３の側壁６の接線
方向に向けてθ＝45度＋α程度の角度で形成されてい
る。また、これら連絡通路１３の形状は、ピストン１の
下降時における空気室１１から燃焼室３への空気の流出
速度が速くなるように最適設計されている。例えば各連
絡通路１３を燃焼室３内のスワール方向に又はその逆方
向に螺旋状に捩って成形してもよい。
【００２０】燃焼室３と空気室１１の容積は次のように
して決定する。まず、燃焼室３の容積を、ＮＯｘ低減効
果を得たい運転領域（例えばＮＯｘ排出量の多くなる中
負荷以上の運転領域）における燃料噴射ノズル４からの
燃料噴射量に対して、燃焼室３内の空気過剰率λｃがλ
ｃ＜0.8 となるように設定する。初期リッチバーンを行
うためである。そして、その燃焼室３の容積と予め設定
された圧縮比に基づいて、空気室１１の容積を決定す
る。空気室１１と燃焼室３とが連絡通路１３で連通され
ているので、圧縮比はこれら空気室１１と燃焼室３とを
加算した容積に関係するのである。
して決定する。まず、燃焼室３の容積を、ＮＯｘ低減効
果を得たい運転領域（例えばＮＯｘ排出量の多くなる中
負荷以上の運転領域）における燃料噴射ノズル４からの
燃料噴射量に対して、燃焼室３内の空気過剰率λｃがλ
ｃ＜0.8 となるように設定する。初期リッチバーンを行
うためである。そして、その燃焼室３の容積と予め設定
された圧縮比に基づいて、空気室１１の容積を決定す
る。空気室１１と燃焼室３とが連絡通路１３で連通され
ているので、圧縮比はこれら空気室１１と燃焼室３とを
加算した容積に関係するのである。
【００２１】具体的には、燃焼室３の容積：空気室１１
の容積＝３：７〜７：３程度が好ましい。この関係であ
れば、空気室１１内に圧縮行程中に蓄えられた空気が続
く膨張行程時に連絡通路１３から噴出したとき、燃焼室
３内の初期リッチバーンによって生成された可燃性中間
生成物（ＣＯ，ＨＣ，シアン等）やスモーク成分（Ｃ）
が燃焼室３の上方に押し出され易く、初期リッチバーン
（λｃ＜0.8 ）から速やかに後期リーンバーン（λｃ＞
1.6 ）に移行し易いからである。
の容積＝３：７〜７：３程度が好ましい。この関係であ
れば、空気室１１内に圧縮行程中に蓄えられた空気が続
く膨張行程時に連絡通路１３から噴出したとき、燃焼室
３内の初期リッチバーンによって生成された可燃性中間
生成物（ＣＯ，ＨＣ，シアン等）やスモーク成分（Ｃ）
が燃焼室３の上方に押し出され易く、初期リッチバーン
（λｃ＜0.8 ）から速やかに後期リーンバーン（λｃ＞
1.6 ）に移行し易いからである。
【００２２】また、燃焼室３の開口部１４の内径Ｄは、
燃焼室３内に閉じ込められたスワールの溢流を抑えるべ
く、ある程度絞ることが好ましい。また、上死点におけ
るピストン頂面２とシリンダヘッド８との隙間ｔは、ス
キッシュ流を強くするため、出来るだけ小さくすること
が好ましい。
燃焼室３内に閉じ込められたスワールの溢流を抑えるべ
く、ある程度絞ることが好ましい。また、上死点におけ
るピストン頂面２とシリンダヘッド８との隙間ｔは、ス
キッシュ流を強くするため、出来るだけ小さくすること
が好ましい。
【００２３】次に、以上の構成からなる本実施形態の作
用を図３乃至図５を用いて説明する。
用を図３乃至図５を用いて説明する。
【００２４】先ず本実施形態に係るリッチ・リーンバー
ンを簡単に説明する。図３に示すように、ピストン１の
上死点近傍において、燃料噴射ノズル４の噴孔１０から
燃料Ｆが噴射されると、その燃料Ｆが燃焼室３内のスワ
ールＳ等によって図４に示すように均一に混合され、着
火、燃焼される。これによって初期リッチ燃焼が達成さ
れる。その後、図５に示すように、膨張行程においてピ
ストン１が下降すると、空気室１１内の空気が連絡通路
１３を通って燃焼室３内に流出し、速やかに後期リーン
燃焼に移行される。これにより、図８におけるリッチ領
域（λｃ＜0.8）およびリーン領域（λｃ＞1.6 ）で燃
焼を行うことができ、低ＮＯｘを実現できる。
ンを簡単に説明する。図３に示すように、ピストン１の
上死点近傍において、燃料噴射ノズル４の噴孔１０から
燃料Ｆが噴射されると、その燃料Ｆが燃焼室３内のスワ
ールＳ等によって図４に示すように均一に混合され、着
火、燃焼される。これによって初期リッチ燃焼が達成さ
れる。その後、図５に示すように、膨張行程においてピ
ストン１が下降すると、空気室１１内の空気が連絡通路
１３を通って燃焼室３内に流出し、速やかに後期リーン
燃焼に移行される。これにより、図８におけるリッチ領
域（λｃ＜0.8）およびリーン領域（λｃ＞1.6 ）で燃
焼を行うことができ、低ＮＯｘを実現できる。
【００２５】ここで、上記空気室１１は、後期リーン燃
焼のための空気を貯蔵するだけではなく、燃焼室３を小
さくするための無駄容積としても機能する。そのため、
従来ピストン頂面に無駄容積として設けられていた環状
溝（図８参照）が不要となり、吸気ポートで生成された
スワールＳをピストン上死点において全て燃焼室３に閉
じ込められると共に、燃焼室３の小容量化（小径化）に
より燃焼室３内のスワールＳの流量と流速を従来に比し
大きくできる。これにより燃焼室３内でのスワール強化
を達成できる。
焼のための空気を貯蔵するだけではなく、燃焼室３を小
さくするための無駄容積としても機能する。そのため、
従来ピストン頂面に無駄容積として設けられていた環状
溝（図８参照）が不要となり、吸気ポートで生成された
スワールＳをピストン上死点において全て燃焼室３に閉
じ込められると共に、燃焼室３の小容量化（小径化）に
より燃焼室３内のスワールＳの流量と流速を従来に比し
大きくできる。これにより燃焼室３内でのスワール強化
を達成できる。
【００２６】このとき、燃焼室３の開口部１４の内径Ｄ
が絞られているためスワールの溢流が抑えられる。また
上死点におけるピストン頂面２とシリンダヘッド８との
隙間ｔが狭められているため、燃焼室３内に巻き込むス
キッシュ流Ｘが強められ、このスキッシュ流Ｘによって
も、燃焼室３内の燃料と空気との混合を促進できる。
が絞られているためスワールの溢流が抑えられる。また
上死点におけるピストン頂面２とシリンダヘッド８との
隙間ｔが狭められているため、燃焼室３内に巻き込むス
キッシュ流Ｘが強められ、このスキッシュ流Ｘによって
も、燃焼室３内の燃料と空気との混合を促進できる。
【００２７】特にこの実施形態においては、燃料噴射ノ
ズル４が、着火遅れ期間中に全燃料噴射量の燃料噴射を
実行するようになっている。このようにすると、上記の
如く強化されたスワールＳ等によって、全燃料噴射量の
燃料を速やかに空気と混合し、均一の混合気とした後リ
ッチ燃焼させられるようになる。特にこの燃料噴射がピ
ストン上死点近傍で終了するので、ピストン下降により
スワールＳ等が弱められる前に、混合を終了させ、均一
リッチ燃焼できるようになる。こうして、初期リッチ燃
焼に際してスモーク成分の発生を抑制できるようにな
る。
ズル４が、着火遅れ期間中に全燃料噴射量の燃料噴射を
実行するようになっている。このようにすると、上記の
如く強化されたスワールＳ等によって、全燃料噴射量の
燃料を速やかに空気と混合し、均一の混合気とした後リ
ッチ燃焼させられるようになる。特にこの燃料噴射がピ
ストン上死点近傍で終了するので、ピストン下降により
スワールＳ等が弱められる前に、混合を終了させ、均一
リッチ燃焼できるようになる。こうして、初期リッチ燃
焼に際してスモーク成分の発生を抑制できるようにな
る。
【００２８】ここで、燃料噴射ノズル４は、その噴孔数
ｎ及び噴孔径Ｄ(mm)が以下式に基づき決定されている。
ｎ及び噴孔径Ｄ(mm)が以下式に基づき決定されている。
【００２９】Ｍ＝ｃπＤ2 Ｖ0 ｎｔ なおＭは全燃料噴射量( mm3 ) 、ｃは燃料噴射ノズルの
縮流係数、πは円周率、Ｖ0 は平均燃料噴射速度(m/s)
、ｔは着火遅れ期間(ms)である。平均燃料噴射速度Ｖ
0 は燃料噴射圧力Ｐｉに依存し、燃料噴射圧力Ｐｉは燃
料噴射ポンプの能力に応じて決定される。例えば、Ｍ＝
120(mm3 /st)、ｃ＝0.8 、Ｖ0 ＝400(m/s)（Ｐｉ≒100
(MPa)）、ｎ＝７、ｔ＝0.5(ms) のエンジンを考えた場
合、その着火遅れ期間終了に合わせて全燃料噴射量を噴
射するには、噴孔径をＤ≒0.185(mm) と定めればよい。
しかしながら、噴射後の混合期間も考慮して、燃料噴射
は着火遅れ期間終了前に終了している必要があり、この
ため、噴孔径はＤ＞0.185(mm) に設定するのがよい。
縮流係数、πは円周率、Ｖ0 は平均燃料噴射速度(m/s)
、ｔは着火遅れ期間(ms)である。平均燃料噴射速度Ｖ
0 は燃料噴射圧力Ｐｉに依存し、燃料噴射圧力Ｐｉは燃
料噴射ポンプの能力に応じて決定される。例えば、Ｍ＝
120(mm3 /st)、ｃ＝0.8 、Ｖ0 ＝400(m/s)（Ｐｉ≒100
(MPa)）、ｎ＝７、ｔ＝0.5(ms) のエンジンを考えた場
合、その着火遅れ期間終了に合わせて全燃料噴射量を噴
射するには、噴孔径をＤ≒0.185(mm) と定めればよい。
しかしながら、噴射後の混合期間も考慮して、燃料噴射
は着火遅れ期間終了前に終了している必要があり、この
ため、噴孔径はＤ＞0.185(mm) に設定するのがよい。
【００３０】次に、ピストン下降時において空気室１１
から燃焼室３へ噴射される空気流Ｙの発生メカニズムを
説明する。先ずピストン上昇時において、シリンダ内の
空気が燃焼室３および連絡通路１３を通って空気室１１
内に圧縮状態で貯蔵される。そしてピストン１の上死点
近傍にて上述のような初期リッチ燃焼が行われると、こ
のときの燃焼圧力により空気室１１内の圧力がさらに高
圧となる。よって、その後図５に示すようにピストン１
が下降すると、燃焼室３内の圧力が急速に下がるため、
空気室１１内の空気が連絡通路１３を通って燃焼室３内
に高速で噴出することとなる。
から燃焼室３へ噴射される空気流Ｙの発生メカニズムを
説明する。先ずピストン上昇時において、シリンダ内の
空気が燃焼室３および連絡通路１３を通って空気室１１
内に圧縮状態で貯蔵される。そしてピストン１の上死点
近傍にて上述のような初期リッチ燃焼が行われると、こ
のときの燃焼圧力により空気室１１内の圧力がさらに高
圧となる。よって、その後図５に示すようにピストン１
が下降すると、燃焼室３内の圧力が急速に下がるため、
空気室１１内の空気が連絡通路１３を通って燃焼室３内
に高速で噴出することとなる。
【００３１】この空気流Ｙおよびピストン下降時に生じ
る逆スキッシュ流Ｚによって、燃焼室３内の燃焼ガス
（未燃の混合気があればこれを含む）は、攪乱されつつ
燃焼室３外に押し出されるようになり、空気流Ｙや、ピ
ストン１及びシリンダヘッド８間の空気と速やかに混合
されるようになる。こうして、ＣＣＤシステムを用いな
くとも、空気利用率が大幅に高められると同時に燃焼室
全体での混合促進が図れ、図８に示す初期リッチ燃焼
（λｃ＜0.8 ）から、ＮＯｘ発生量が多い0.8 ≦λｃ≦
1.6 の領域を瞬時に通過して、速やかに後期リーン燃焼
（λｃ＞1.6 ）に移行し、ＮＯｘの発生を抑制できる。
また、初期リッチ燃焼時に生成されるスモーク成分や可
燃性中間生成物も再燃焼し、スモークの発生も抑制でき
るようになる。
る逆スキッシュ流Ｚによって、燃焼室３内の燃焼ガス
（未燃の混合気があればこれを含む）は、攪乱されつつ
燃焼室３外に押し出されるようになり、空気流Ｙや、ピ
ストン１及びシリンダヘッド８間の空気と速やかに混合
されるようになる。こうして、ＣＣＤシステムを用いな
くとも、空気利用率が大幅に高められると同時に燃焼室
全体での混合促進が図れ、図８に示す初期リッチ燃焼
（λｃ＜0.8 ）から、ＮＯｘ発生量が多い0.8 ≦λｃ≦
1.6 の領域を瞬時に通過して、速やかに後期リーン燃焼
（λｃ＞1.6 ）に移行し、ＮＯｘの発生を抑制できる。
また、初期リッチ燃焼時に生成されるスモーク成分や可
燃性中間生成物も再燃焼し、スモークの発生も抑制でき
るようになる。
【００３２】なお、本発明の実施形態は他にも考えら
れ、燃料噴射ノズルの噴孔数や噴孔径、空気室形状、連
絡通路の数や向き等は任意に設定できる。また燃焼室形
状についても様々考えられ、例えば従来例で示した衝突
拡散燃焼を行うもの（OSKA式燃焼室）などが採用でき
る。
れ、燃料噴射ノズルの噴孔数や噴孔径、空気室形状、連
絡通路の数や向き等は任意に設定できる。また燃焼室形
状についても様々考えられ、例えば従来例で示した衝突
拡散燃焼を行うもの（OSKA式燃焼室）などが採用でき
る。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｃ
ＣＤシステムのような複雑高価な付加装置を用いること
なく、リッチ・リーンバーンを実現でき、ＮＯｘとスモ
ークの同時低減を図ることができる。
ＣＤシステムのような複雑高価な付加装置を用いること
なく、リッチ・リーンバーンを実現でき、ＮＯｘとスモ
ークの同時低減を図ることができる。
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの要部を示す
縦断正面図である。
縦断正面図である。
【図２】燃焼室の平断面形状を示す図である。
【図３】本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射時
の様子を示す縦断正面図である。
の様子を示す縦断正面図である。
【図４】本発明に係るディーゼルエンジンの均一混合状
態の様子を示す縦断正面図である。
態の様子を示す縦断正面図である。
【図５】本発明に係るディーゼルエンジンの後期リーン
燃焼時の様子を示す縦断正面図である。
燃焼時の様子を示す縦断正面図である。
【図６】従来のディーゼルエンジンの要部を示す縦断正
面図である。
面図である。
【図７】図６の V-V線矢示図である。
【図８】空気過剰率λｃとＮＯ発生量との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
１ ピストン ２ ピストン頂面 ３ 燃焼室 ４ 燃料噴射ノズル １１ 空気室 １３ 連絡通路 Ｆ 燃料 Ｍ 全燃料噴射量 ｔ 着火遅れ期間
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ａ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｄ
Claims (1)
- 【請求項１】 ピストン頂面に燃焼室を凹設し、該燃焼
室下方のピストン内部に所定量の空気を収容する空気室
を設け、該空気室と上記燃焼室とを連通する連絡通路を
設けると共に、上記燃焼室に臨ませて、着火遅れ期間中
に全燃料噴射量の燃料噴射を実行する燃料噴射ノズルを
設けたことを特徴とするディーゼルエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9135469A JPH10325324A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | ディーゼルエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9135469A JPH10325324A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | ディーゼルエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10325324A true JPH10325324A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15152450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9135469A Pending JPH10325324A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | ディーゼルエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10325324A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008012992A1 (fr) * | 2006-07-25 | 2008-01-31 | Yanmar Co., Ltd. | Procédé de commande de synchronisation de soupapes de moteur diesel |
-
1997
- 1997-05-26 JP JP9135469A patent/JPH10325324A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008012992A1 (fr) * | 2006-07-25 | 2008-01-31 | Yanmar Co., Ltd. | Procédé de commande de synchronisation de soupapes de moteur diesel |
| JP2008025551A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Yanmar Co Ltd | ディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法 |
| US8042516B2 (en) | 2006-07-25 | 2011-10-25 | Yanmar Co., Ltd. | Method of controlling valve timing of diesel engine |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050613 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050621 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060207 |