JPH11336550A - 直接噴射式ディ―ゼル機関 - Google Patents
直接噴射式ディ―ゼル機関Info
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- JPH11336550A JPH11336550A JP11058032A JP5803299A JPH11336550A JP H11336550 A JPH11336550 A JP H11336550A JP 11058032 A JP11058032 A JP 11058032A JP 5803299 A JP5803299 A JP 5803299A JP H11336550 A JPH11336550 A JP H11336550A
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- 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
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 排気有害物質を低減すること。
【解決手段】 ピストン１、シリンダヘッド２、シリン
ダで囲まれ、前記ピストン１の頂面１０に浅皿型燃焼室
４が形成され、燃料噴射弁５から燃料が噴射され噴霧を
燃焼させる直接噴射式ディーゼル機関において、圧縮上
死点近傍における前記浅皿型燃焼室４の開口壁部のリッ
プ部近傍での噴霧速度Ｖｓｐに対する主に前記ピストン
１の頂面１０と前記シリンダヘッド２との相対向するス
キッシュエリア６により形成される前記浅皿型燃焼室４
からスキッシュエリアに向かう逆スキッシュ流の流速Ｖ
ｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５以下となるように前
記浅皿型燃焼室４の相対向する壁部間距離としての径を
決定するとともに、前記スキッシュエリア６が前記燃焼
室４の一部を構成するようにした直接噴射式ディーゼル
機関。
ダで囲まれ、前記ピストン１の頂面１０に浅皿型燃焼室
４が形成され、燃料噴射弁５から燃料が噴射され噴霧を
燃焼させる直接噴射式ディーゼル機関において、圧縮上
死点近傍における前記浅皿型燃焼室４の開口壁部のリッ
プ部近傍での噴霧速度Ｖｓｐに対する主に前記ピストン
１の頂面１０と前記シリンダヘッド２との相対向するス
キッシュエリア６により形成される前記浅皿型燃焼室４
からスキッシュエリアに向かう逆スキッシュ流の流速Ｖ
ｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５以下となるように前
記浅皿型燃焼室４の相対向する壁部間距離としての径を
決定するとともに、前記スキッシュエリア６が前記燃焼
室４の一部を構成するようにした直接噴射式ディーゼル
機関。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンの頂面に
浅皿型燃焼室が形成され、燃料噴射弁から燃料が噴射さ
れ噴霧を燃焼させる直接噴射式ディーゼル機関におい
て、前記浅皿型燃焼室の相対向する壁部間距離を所定に
設定するとともに、主に前記ピストンの頂面とシリンダ
ヘッドとの相対向するスキッシュエリアが前記燃焼室の
一部を構成するようにすることにより、圧縮上死点近傍
において前記スキッシュエリアにより形成される前記浅
皿型燃焼室からスキッシュエリアに向かう逆スキッシュ
流の流速をＶｓとするとともに、前記浅皿型燃焼室の開
口壁部のリップ部近傍での噴霧速度をＶｓｐとすると
き、当該比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５以下となるように
して、噴霧とスキッシュ流との速度バランスの適正化を
図り、前記浅皿型燃焼室およびスキッシュエリアにて燃
料を均一に分布させ、且つ均一燃焼させるようにして、
排気有害物質を低減する直接噴射式ディーゼル機関およ
びその燃焼方法に関する。
浅皿型燃焼室が形成され、燃料噴射弁から燃料が噴射さ
れ噴霧を燃焼させる直接噴射式ディーゼル機関におい
て、前記浅皿型燃焼室の相対向する壁部間距離を所定に
設定するとともに、主に前記ピストンの頂面とシリンダ
ヘッドとの相対向するスキッシュエリアが前記燃焼室の
一部を構成するようにすることにより、圧縮上死点近傍
において前記スキッシュエリアにより形成される前記浅
皿型燃焼室からスキッシュエリアに向かう逆スキッシュ
流の流速をＶｓとするとともに、前記浅皿型燃焼室の開
口壁部のリップ部近傍での噴霧速度をＶｓｐとすると
き、当該比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５以下となるように
して、噴霧とスキッシュ流との速度バランスの適正化を
図り、前記浅皿型燃焼室およびスキッシュエリアにて燃
料を均一に分布させ、且つ均一燃焼させるようにして、
排気有害物質を低減する直接噴射式ディーゼル機関およ
びその燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のディーゼル機関における燃焼は、
ピストンキャビティ内でのみ行うのが殆どで、スキッシ
ュエリアにおける燃焼を避けていた。
ピストンキャビティ内でのみ行うのが殆どで、スキッシ
ュエリアにおける燃焼を避けていた。
【０００３】近年自動車用小型直接噴射式ディーゼル機
関においては、排気有害物質の低減が社会的に強く要求
されている。これを実現するためには、燃料噴射ノズル
を小噴孔径化して、燃料の微粒化を促進することが有効
であり、このためノズル噴孔径は小さくなる傾向にあ
る。
関においては、排気有害物質の低減が社会的に強く要求
されている。これを実現するためには、燃料噴射ノズル
を小噴孔径化して、燃料の微粒化を促進することが有効
であり、このためノズル噴孔径は小さくなる傾向にあ
る。
【０００４】一方、温室効果ガスであるＣＯ2 を削減す
る見地からは、排気量当りの出力を従来よりも高く（比
出力を大きく）できれば、従来と同等の出力をより小型
のエンジンで得られることになり、車両重量が軽量化さ
れ、燃費が向上すると予測される。このためにはターボ
チャージャなどを用いて過給を行ない、より多くの空気
をシリンダ内に押し込んだ上で、ガソリンエンジン並み
の高速運転を行なうことが望ましい。
る見地からは、排気量当りの出力を従来よりも高く（比
出力を大きく）できれば、従来と同等の出力をより小型
のエンジンで得られることになり、車両重量が軽量化さ
れ、燃費が向上すると予測される。このためにはターボ
チャージャなどを用いて過給を行ない、より多くの空気
をシリンダ内に押し込んだ上で、ガソリンエンジン並み
の高速運転を行なうことが望ましい。
【０００５】すなわち将来のディーゼル機関は、排気有
害物質を低減する観点より、小噴孔径化、高過給化、高
速運転化の課題を実現することが望まれる。
害物質を低減する観点より、小噴孔径化、高過給化、高
速運転化の課題を実現することが望まれる。
【０００６】なお船舶用や定地用などの大型ディーゼル
機関は、機関回転数が低く燃焼が終了するまでに十分な
時間があるうえ、ノズルから壁面までの距離が長く壁面
衝突を伴わない燃焼であるなど、燃焼自体が、自動車用
小型ディーゼル機関とは本質的に異なる特徴を持つもの
である。
機関は、機関回転数が低く燃焼が終了するまでに十分な
時間があるうえ、ノズルから壁面までの距離が長く壁面
衝突を伴わない燃焼であるなど、燃焼自体が、自動車用
小型ディーゼル機関とは本質的に異なる特徴を持つもの
である。
【０００７】従来の乗用車および商用車用小型直接噴射
式ディーゼル機関（特開平８−２９６４４２）における
ピストン燃焼室の考え方は、ピストンが上死点近くに留
まっている間、すなわちスキッシュエリアの占める容積
の割合が小さい間に、燃料をスキッシユエリアに吹き出
させずに、ピストンに設けた燃焼室内で燃焼を完了させ
るというものであり、これに適した燃焼室は、燃焼室径
の小さいすなわちおよそピストン径に対する燃焼室最外
径の比が、０．５２以下の燃焼室であった。
式ディーゼル機関（特開平８−２９６４４２）における
ピストン燃焼室の考え方は、ピストンが上死点近くに留
まっている間、すなわちスキッシュエリアの占める容積
の割合が小さい間に、燃料をスキッシユエリアに吹き出
させずに、ピストンに設けた燃焼室内で燃焼を完了させ
るというものであり、これに適した燃焼室は、燃焼室径
の小さいすなわちおよそピストン径に対する燃焼室最外
径の比が、０．５２以下の燃焼室であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のディーゼル
機関は、前記将来に望まれる小噴孔径化、高過給化、高
速運転化とした時に、前記ピストンキャビティ内で燃料
を均一燃焼することができない。すなわち小噴孔径化お
よび高過給化により噴霧の速度が減少するにも拘らず高
速運転化によりスキッシュ流速が増加して両者の速度バ
ランスが崩れて燃料が燃焼室の上部からスキッシュエリ
ア部にかけて偏在し、燃料の不均一な空間分布を生ずる
ことにより、排気有害物質が増加するという問題があっ
た。
機関は、前記将来に望まれる小噴孔径化、高過給化、高
速運転化とした時に、前記ピストンキャビティ内で燃料
を均一燃焼することができない。すなわち小噴孔径化お
よび高過給化により噴霧の速度が減少するにも拘らず高
速運転化によりスキッシュ流速が増加して両者の速度バ
ランスが崩れて燃料が燃焼室の上部からスキッシュエリ
ア部にかけて偏在し、燃料の不均一な空間分布を生ずる
ことにより、排気有害物質が増加するという問題があっ
た。
【０００９】すなわち前述の小噴孔径化、高過給化、高
速運転化のうち、小噴孔化と高過給化（すなわち燃料噴
射時の空気密度増加）は、噴霧の速度を減少させるにも
拘らず、高速運転化は気流すなわちスキッシュ速度を増
加させることになる。結果として、従来の燃焼コンセプ
トに基づく燃焼室では噴霧と気流の速度バランスが崩れ
て、気流に対して噴霧が弱くなり過ぎて燃料が燃焼室の
上部からスキッシュエリア部にかけて偏在し、燃焼室下
部の空気が利用されなくなる。この燃料の不均一な空間
分布が排気有害物質の低減を阻むことになる。
速運転化のうち、小噴孔化と高過給化（すなわち燃料噴
射時の空気密度増加）は、噴霧の速度を減少させるにも
拘らず、高速運転化は気流すなわちスキッシュ速度を増
加させることになる。結果として、従来の燃焼コンセプ
トに基づく燃焼室では噴霧と気流の速度バランスが崩れ
て、気流に対して噴霧が弱くなり過ぎて燃料が燃焼室の
上部からスキッシュエリア部にかけて偏在し、燃焼室下
部の空気が利用されなくなる。この燃料の不均一な空間
分布が排気有害物質の低減を阻むことになる。
【００１０】さらに上記３つの傾向自体が、従来の燃焼
コンセプトに相反するようになってきた。すなわち、小
噴孔径化では時間当りの噴射量が減少することから噴射
期間が長くなる傾向にあり、高過給化でも吸入空気量が
増えた分だけ燃料噴射量を増すために噴射期間が長くな
ることになり、さらに高速化によっても時間当りのクラ
ンク角が長くなるために噴射に要するクランク角は長く
なることになる。以上の全ての実現課題を同時に満たそ
うとすると、相乗効果によって燃料の噴射に要する期間
は４０度クランクアングルにも達するほど長いことにな
る。
コンセプトに相反するようになってきた。すなわち、小
噴孔径化では時間当りの噴射量が減少することから噴射
期間が長くなる傾向にあり、高過給化でも吸入空気量が
増えた分だけ燃料噴射量を増すために噴射期間が長くな
ることになり、さらに高速化によっても時間当りのクラ
ンク角が長くなるために噴射に要するクランク角は長く
なることになる。以上の全ての実現課題を同時に満たそ
うとすると、相乗効果によって燃料の噴射に要する期間
は４０度クランクアングルにも達するほど長いことにな
る。
【００１１】このように燃料噴射期間が長くなると、燃
料の噴射が終了する頃にはピストンは既に下降してお
り、従来の燃料をスキッシュエリアに吹きこぼれさせず
に、ピストンに設けた燃焼室内で燃焼させるという燃焼
コンセプトは成立しなくなる。従って従来の燃焼コンセ
プトでは上記３つの実現課題を同時に満たす燃焼室は成
立しないことになる。
料の噴射が終了する頃にはピストンは既に下降してお
り、従来の燃料をスキッシュエリアに吹きこぼれさせず
に、ピストンに設けた燃焼室内で燃焼させるという燃焼
コンセプトは成立しなくなる。従って従来の燃焼コンセ
プトでは上記３つの実現課題を同時に満たす燃焼室は成
立しないことになる。
【００１２】そこで本発明者は、ピストン、シリンダヘ
ッド、シリンダで囲まれ、ピストンの頂面に浅皿型燃焼
室が形成され、燃料噴射弁から前記ピストンの頂面に向
けて燃料が噴射され噴霧を燃焼させる直接噴射式ディー
ゼル機関において、前記浅皿型燃焼室の相対向する壁部
間距離を所定に設定するとともに、スキッシュエリアが
前記燃焼室の一部を構成することにより、圧縮上死点近
傍において主に前記ピストンの頂面と前記シリンダヘッ
ドとの相対向するスキッシュエリアにより形成される前
記浅皿型燃焼室からスキッシュエリアに向かう逆スキッ
シュ流の流速をＶｓとするとともに、前記浅皿型燃焼室
の開口壁部のリップ部近傍での噴霧速度をＶｓｐとする
とき、当該比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５以下となるよう
にするという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開
発を重ねた結果、噴霧とスキッシュ流との速度バランス
の適正化を図り、前記浅皿型燃焼室およびスキッシュエ
リアにて燃料を均一に分布させ、且つ均一燃焼させるよ
うにして排気有害物質を低減するという目的を達成する
本発明に到達した。
ッド、シリンダで囲まれ、ピストンの頂面に浅皿型燃焼
室が形成され、燃料噴射弁から前記ピストンの頂面に向
けて燃料が噴射され噴霧を燃焼させる直接噴射式ディー
ゼル機関において、前記浅皿型燃焼室の相対向する壁部
間距離を所定に設定するとともに、スキッシュエリアが
前記燃焼室の一部を構成することにより、圧縮上死点近
傍において主に前記ピストンの頂面と前記シリンダヘッ
ドとの相対向するスキッシュエリアにより形成される前
記浅皿型燃焼室からスキッシュエリアに向かう逆スキッ
シュ流の流速をＶｓとするとともに、前記浅皿型燃焼室
の開口壁部のリップ部近傍での噴霧速度をＶｓｐとする
とき、当該比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５以下となるよう
にするという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開
発を重ねた結果、噴霧とスキッシュ流との速度バランス
の適正化を図り、前記浅皿型燃焼室およびスキッシュエ
リアにて燃料を均一に分布させ、且つ均一燃焼させるよ
うにして排気有害物質を低減するという目的を達成する
本発明に到達した。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の直接噴射式ディーゼル機関は、ピスト
ン、シリンダヘッド、シリンダで囲まれ、前記ピストン
の頂面に浅皿型燃焼室が形成され、燃料噴射弁から燃料
が噴射され噴霧を燃焼させる直接噴射式ディーゼル機関
において、圧縮上死点近傍において主に前記ピストンの
頂面と前記シリンダヘッドとの相対向するスキッシュエ
リアにより形成される前記浅皿型燃焼室からスキッシュ
エリアに向かう逆スキッシュ流の流速をＶｓとするとと
もに、前記浅皿型燃焼室の開口壁部のリップ部近傍での
噴霧速度をＶｓｐとするとき、当該比Ｖｓ／Ｖｓｐが、
１．２５以下となるように前記浅皿型燃焼室の相対向す
る壁部間距離を決定するとともに、前記スキッシュエリ
アが前記燃焼室の一部を構成するようにしたものであ
る。ここで、リップ部とは燃焼室入口の最小径部をい
う。またスキッシュエリアにより形成される燃焼室はシ
リンダヘッドがフラットタイプやペントルーフタイプ等
に適用実施可能である。
の第１発明）の直接噴射式ディーゼル機関は、ピスト
ン、シリンダヘッド、シリンダで囲まれ、前記ピストン
の頂面に浅皿型燃焼室が形成され、燃料噴射弁から燃料
が噴射され噴霧を燃焼させる直接噴射式ディーゼル機関
において、圧縮上死点近傍において主に前記ピストンの
頂面と前記シリンダヘッドとの相対向するスキッシュエ
リアにより形成される前記浅皿型燃焼室からスキッシュ
エリアに向かう逆スキッシュ流の流速をＶｓとするとと
もに、前記浅皿型燃焼室の開口壁部のリップ部近傍での
噴霧速度をＶｓｐとするとき、当該比Ｖｓ／Ｖｓｐが、
１．２５以下となるように前記浅皿型燃焼室の相対向す
る壁部間距離を決定するとともに、前記スキッシュエリ
アが前記燃焼室の一部を構成するようにしたものであ
る。ここで、リップ部とは燃焼室入口の最小径部をい
う。またスキッシュエリアにより形成される燃焼室はシ
リンダヘッドがフラットタイプやペントルーフタイプ等
に適用実施可能である。
【００１４】すなわち従来のディーゼルエンジンにおけ
る燃焼は、ピストンキヤビテイ内でのみ行なわれるべき
であり、燃焼室外（スキッシュエリア）での燃焼はスモ
ーク・ＨＣなどの排気有害物質の増加を招くため避ける
べきと考えられてきた。そして、このような燃焼コンセ
プトを実現するため、小型ディーゼル機関では燃焼室径
の小さいすなわちおよそピストン径に対する燃焼室最外
径の比が０．５２以下の燃焼室が用いられてきた。
る燃焼は、ピストンキヤビテイ内でのみ行なわれるべき
であり、燃焼室外（スキッシュエリア）での燃焼はスモ
ーク・ＨＣなどの排気有害物質の増加を招くため避ける
べきと考えられてきた。そして、このような燃焼コンセ
プトを実現するため、小型ディーゼル機関では燃焼室径
の小さいすなわちおよそピストン径に対する燃焼室最外
径の比が０．５２以下の燃焼室が用いられてきた。
【００１５】他方船舶用、定置用、大型トラック用など
の大型ディーゼル機関では、燃焼室径の大きい浅皿型燃
焼室が用いられる。この理由は、これら大型ディーゼル
機関では機関回転数が低く燃焼が終了するまでに十分な
時間があり、ノズルから壁面までの距離が長く壁面衝突
を伴わない燃焼であるなど、上述した小型ディーゼル機
関とは異なるものである。
の大型ディーゼル機関では、燃焼室径の大きい浅皿型燃
焼室が用いられる。この理由は、これら大型ディーゼル
機関では機関回転数が低く燃焼が終了するまでに十分な
時間があり、ノズルから壁面までの距離が長く壁面衝突
を伴わない燃焼であるなど、上述した小型ディーゼル機
関とは異なるものである。
【００１６】しかし本発明者らの研究により、上記に示
したような小噴孔径化、高過給化、高速運転化の課題を
同時に実現しようとすると、従来の燃焼コンセプトに基
づくピストン燃焼室では、燃料をシリンダ内で均一に燃
焼させることができなくなり、排気有害物質の低減を阻
む要因となっていることが分かった
したような小噴孔径化、高過給化、高速運転化の課題を
同時に実現しようとすると、従来の燃焼コンセプトに基
づくピストン燃焼室では、燃料をシリンダ内で均一に燃
焼させることができなくなり、排気有害物質の低減を阻
む要因となっていることが分かった
【００１７】この原因は、小噴孔化と、高過給化すなわ
ち燃料噴射時の空気密度の増加により噴霧の速度が減少
するにも拘らず、高回転化により気流すなわちスキッシ
ュ速度は増加することであり、結果として両者の速度バ
ランスが崩れて燃料が燃焼室の上部およびスキッシュエ
リア部に偏在し、燃料の不均一な空間分布を生じること
にある。
ち燃料噴射時の空気密度の増加により噴霧の速度が減少
するにも拘らず、高回転化により気流すなわちスキッシ
ュ速度は増加することであり、結果として両者の速度バ
ランスが崩れて燃料が燃焼室の上部およびスキッシュエ
リア部に偏在し、燃料の不均一な空間分布を生じること
にある。
【００１８】本発明者らは次に、シリンダ内での均一な
燃料分布の実現方法を、噴霧と気流の速度バランスに着
目して検討を行なった。その結果上記三つの課題を同時
に満たしつつ燃料の均一な分布を得るには、スキッシュ
エリアも燃焼室の一部とみなし、従来は悪いと言われて
きたここでの燃焼を積極的に利用する燃焼コンセプトが
有効であることを見い出した。
燃料分布の実現方法を、噴霧と気流の速度バランスに着
目して検討を行なった。その結果上記三つの課題を同時
に満たしつつ燃料の均一な分布を得るには、スキッシュ
エリアも燃焼室の一部とみなし、従来は悪いと言われて
きたここでの燃焼を積極的に利用する燃焼コンセプトが
有効であることを見い出した。
【００１９】このコンセプトは、燃焼室口径部での噴霧
速度とスキッシュで代表した気流速度がある適切な比と
なるように燃焼室径を決定することで実現される。すな
わち、圧縮上死点近傍における逆スキッシュ流速Ｖｓと
リップ部近傍での噴霧速度Ｖｓｐを後述する理論式から
見積もり、その比Ｖｓ／Ｖｓｐが１．２５以下となるよ
うに燃焼室径を決定することで実現されるものである。
速度とスキッシュで代表した気流速度がある適切な比と
なるように燃焼室径を決定することで実現される。すな
わち、圧縮上死点近傍における逆スキッシュ流速Ｖｓと
リップ部近傍での噴霧速度Ｖｓｐを後述する理論式から
見積もり、その比Ｖｓ／Ｖｓｐが１．２５以下となるよ
うに燃焼室径を決定することで実現されるものである。
【００２０】また、本発明（請求項２に記載の第２発
明）の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明にお
いて、比出力が４０ＫＷ／ｌ以上に設定されているもの
である。
明）の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明にお
いて、比出力が４０ＫＷ／ｌ以上に設定されているもの
である。
【００２１】また、本発明（請求項３に記載の第３発
明）の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明また
は第２発明において、燃焼室深さに対する燃焼室入口最
小径の比を３．３以上、好ましくは３．５以上に設定さ
れているものである。
明）の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明また
は第２発明において、燃焼室深さに対する燃焼室入口最
小径の比を３．３以上、好ましくは３．５以上に設定さ
れているものである。
【００２２】また、本発明（請求項４に記載の第４発
明）の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明ない
し第３発明のいずれかにおいて、シリンダのボア径に対
する燃焼室入口最小径の比を０．５以上、好ましくは
０．５２以上に設定されているものである。
明）の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明ない
し第３発明のいずれかにおいて、シリンダのボア径に対
する燃焼室入口最小径の比を０．５以上、好ましくは
０．５２以上に設定されているものである。
【００２３】また、本発明（請求項５に記載の第５発
明）の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明ない
し第４発明のいずれかにおいて、燃料噴射弁の噴孔径を
０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ程度以下に設
定されているものである。
明）の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明ない
し第４発明のいずれかにおいて、燃料噴射弁の噴孔径を
０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ程度以下に設
定されているものである。
【００２４】
【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の
直接噴射式ディーゼル機関は、圧縮上死点近傍において
前記浅皿型燃焼室の開口壁部のリップ部近傍での噴霧速
度Ｖｓｐに対する主に前記ピストンの頂面と前記シリン
ダヘッドとの相対向するスキッシュエリアにより形成さ
れる前記浅皿型燃焼室からスキッシュエリアに向かう逆
スキッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２
５以下に設定されているとともに、前記スキッシュエリ
アを前記燃焼室の一部として利用するので、噴霧とスキ
ッシュ流との速度バランスの適正化を図り、前記浅皿型
燃焼室およびスキッシュエリアにて燃料を均一に分布さ
せ、且つ均一燃焼させるようにして排気有害物質を低減
するという効果を奏する。
直接噴射式ディーゼル機関は、圧縮上死点近傍において
前記浅皿型燃焼室の開口壁部のリップ部近傍での噴霧速
度Ｖｓｐに対する主に前記ピストンの頂面と前記シリン
ダヘッドとの相対向するスキッシュエリアにより形成さ
れる前記浅皿型燃焼室からスキッシュエリアに向かう逆
スキッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２
５以下に設定されているとともに、前記スキッシュエリ
アを前記燃焼室の一部として利用するので、噴霧とスキ
ッシュ流との速度バランスの適正化を図り、前記浅皿型
燃焼室およびスキッシュエリアにて燃料を均一に分布さ
せ、且つ均一燃焼させるようにして排気有害物質を低減
するという効果を奏する。
【００２５】すなわち図９に示されるように、噴霧速度
Ｖｓｐに対する逆スキッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／
Ｖｓｐを小さくするに伴ってスモークが減少し、Ｖｓ／
Ｖｓｐが１．２５以下の範囲では低い値でほぼ一定とな
るため、噴霧速度Ｖｓｐに対する逆スキッシュ流の流速
Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが１．２５以下になるように設
定される。
Ｖｓｐに対する逆スキッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／
Ｖｓｐを小さくするに伴ってスモークが減少し、Ｖｓ／
Ｖｓｐが１．２５以下の範囲では低い値でほぼ一定とな
るため、噴霧速度Ｖｓｐに対する逆スキッシュ流の流速
Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが１．２５以下になるように設
定される。
【００２６】しかし噴霧速度Ｖｓｐに対する逆スキッシ
ュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが１．３２でも、上
述した従来に比べて約１０パーセント程度スモークを低
減することが出来る。
ュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが１．３２でも、上
述した従来に比べて約１０パーセント程度スモークを低
減することが出来る。
【００２７】上記構成よりなる第２ないし第５発明の各
発明の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明とほ
ぼ同様に、噴霧とスキッシュ流との速度バランスの適正
化を図り、前記浅皿型燃焼室およびスキッシュエリアに
て燃料を均一に分布させ、且つ均一燃焼させるようにし
て、排気有害物質を低減するという作用効果を実奏す
る。
発明の直接噴射式ディーゼル機関は、前記第１発明とほ
ぼ同様に、噴霧とスキッシュ流との速度バランスの適正
化を図り、前記浅皿型燃焼室およびスキッシュエリアに
て燃料を均一に分布させ、且つ均一燃焼させるようにし
て、排気有害物質を低減するという作用効果を実奏す
る。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき説
明する。
明する。
【００２９】（実施形態）本第１実施形態の直接噴射式
ディーゼル機関は、比出力が４０ＫＷ／ｌ以上に設定さ
れているものである。
ディーゼル機関は、比出力が４０ＫＷ／ｌ以上に設定さ
れているものである。
【００３０】本実施形態は、小型で高速且つ高出力な自
動車用ディーゼルエンジンを対象とするものである。デ
ィーゼルエンジンには、定置用、船舶用、大型トラック
用、自動車用、小型汎用と多くの種類がある。これらの
うち、排気量１ｌ当りの出力（比出力）が最も高いのは
自動車用である。
動車用ディーゼルエンジンを対象とするものである。デ
ィーゼルエンジンには、定置用、船舶用、大型トラック
用、自動車用、小型汎用と多くの種類がある。これらの
うち、排気量１ｌ当りの出力（比出力）が最も高いのは
自動車用である。
【００３１】この自動車用ディーゼルエンジンにおいて
は、現在市販されている国産エンジンの比出力レベルは
約３５ＫＷ／ｌ程度であり、４０ＫＷ／ｌが現在の開発
の対象となっている。
は、現在市販されている国産エンジンの比出力レベルは
約３５ＫＷ／ｌ程度であり、４０ＫＷ／ｌが現在の開発
の対象となっている。
【００３２】本第１実施形態が、対象とするのはこのよ
うな小型で高速且つ高出力な自動車用ディーゼルエンジ
ンであるため、上記の数値に設定されている。
うな小型で高速且つ高出力な自動車用ディーゼルエンジ
ンであるため、上記の数値に設定されている。
【００３３】また本第２実施形態の直接噴射式ディーゼ
ル機関は、燃焼室深さに対する燃焼室入口最小径の比を
３．５以上に設定されるものである。
ル機関は、燃焼室深さに対する燃焼室入口最小径の比を
３．５以上に設定されるものである。
【００３４】本第３実施形態の直接噴射式ディーゼル機
関は、シリンダのボア径に対する燃焼室入口最小径の比
を０．５２以上に設定されるものである。
関は、シリンダのボア径に対する燃焼室入口最小径の比
を０．５２以上に設定されるものである。
【００３５】本第４実施形態の直接噴射式ディーゼル機
関は、燃料噴射弁の噴孔径を０．１５ｍｍ程度以下に設
定されるものである。
関は、燃料噴射弁の噴孔径を０．１５ｍｍ程度以下に設
定されるものである。
【００３６】上記第２実施形態ないし第４実施形態にお
いては、将来の厳しい排気規制に対応すべく有害物質大
幅に低減することと、上述したような高出力を両立させ
るものである。
いては、将来の厳しい排気規制に対応すべく有害物質大
幅に低減することと、上述したような高出力を両立させ
るものである。
【００３７】すなわちこれからのディーゼルエンジン
は、有害排気物質の大幅な低減のためにノズル噴孔径を
小さくする傾向にあり、ノズル噴孔径は好ましくは０．
１５ｍｍ程度以下になると考えられる。このような小さ
な噴孔径の条件下で、燃焼室寸法が決まると燃焼室深さ
およびシリンダのボア径に対する燃焼室入口最小径の比
を上記範囲に設定することにより、上記Ｖｓ／Ｖｓｐを
１．２５以下を実現することが出来るのである。
は、有害排気物質の大幅な低減のためにノズル噴孔径を
小さくする傾向にあり、ノズル噴孔径は好ましくは０．
１５ｍｍ程度以下になると考えられる。このような小さ
な噴孔径の条件下で、燃焼室寸法が決まると燃焼室深さ
およびシリンダのボア径に対する燃焼室入口最小径の比
を上記範囲に設定することにより、上記Ｖｓ／Ｖｓｐを
１．２５以下を実現することが出来るのである。
【００３８】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を用いて
具体的に説明する。
具体的に説明する。
【００３９】本実施例の直接噴射式ディーゼル機関は、
図１ないし図６に示されるようにピストン１、シリンダ
ヘッド２、シリンダ３で囲まれ、前記ピストン１の頂面
１０に浅皿型燃焼室４が形成され、燃料噴射弁５から燃
料が噴射され噴霧を燃焼させる直接噴射式ディーゼル機
関において、圧縮上死点近傍における前記浅皿型燃焼室
４の開口壁部のリップ部近傍での噴霧速度Ｖｓｐに対す
る主に前記ピストン１の頂面１０と前記シリンダヘッド
２との相対向するスキッシュエリア６により形成される
前記浅皿型燃焼室４からスキッシュエリアに向かう逆ス
キッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５
以下となるように前記浅皿型燃焼室４の相対向する壁部
間距離としての径を決定するとともに、前記スキッシュ
エリア６が前記燃焼室４の一部を構成するようにしたも
のである。
図１ないし図６に示されるようにピストン１、シリンダ
ヘッド２、シリンダ３で囲まれ、前記ピストン１の頂面
１０に浅皿型燃焼室４が形成され、燃料噴射弁５から燃
料が噴射され噴霧を燃焼させる直接噴射式ディーゼル機
関において、圧縮上死点近傍における前記浅皿型燃焼室
４の開口壁部のリップ部近傍での噴霧速度Ｖｓｐに対す
る主に前記ピストン１の頂面１０と前記シリンダヘッド
２との相対向するスキッシュエリア６により形成される
前記浅皿型燃焼室４からスキッシュエリアに向かう逆ス
キッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５
以下となるように前記浅皿型燃焼室４の相対向する壁部
間距離としての径を決定するとともに、前記スキッシュ
エリア６が前記燃焼室４の一部を構成するようにしたも
のである。
【００４０】本実施例の直接噴射式ディーゼル機関は、
図１および図３に示されるように前記シリンダヘッド２
の下部に配設される前記シリンダ３内に上下往復動自在
に介挿された前記ピストン１の頂面１０に前記浅皿型燃
焼室４が形成される。
図１および図３に示されるように前記シリンダヘッド２
の下部に配設される前記シリンダ３内に上下往復動自在
に介挿された前記ピストン１の頂面１０に前記浅皿型燃
焼室４が形成される。
【００４１】前記シリンダヘッド２の吸気孔および排気
孔に開閉自在に配設された吸気弁２１および排気弁２２
が斜めに並設され、前記吸気弁２１および排気弁２２の
間に前記ピストン１の頂面１０の前記浅皿型燃焼室４に
噴孔が開口された前記燃料噴射弁５が垂直に配設されて
いる。
孔に開閉自在に配設された吸気弁２１および排気弁２２
が斜めに並設され、前記吸気弁２１および排気弁２２の
間に前記ピストン１の頂面１０の前記浅皿型燃焼室４に
噴孔が開口された前記燃料噴射弁５が垂直に配設されて
いる。
【００４２】噴霧速度Ｖｓｐに対する逆スキッシュ流の
流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５以下となるよ
うに前記浅皿型燃焼室４の相対向する壁部間距離として
の径を決定するベースとなる逆スキッシュ流の流速Ｖｓ
および噴霧速度Ｖｓｐの算出方法について説明する。
流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５以下となるよ
うに前記浅皿型燃焼室４の相対向する壁部間距離として
の径を決定するベースとなる逆スキッシュ流の流速Ｖｓ
および噴霧速度Ｖｓｐの算出方法について説明する。
【００４３】まず以下に述べるように代表スキッシュ速
度Ｖｓを算出する。代表スキッシュ速度Ｖｓはリップ部
位置におけるスキッシュ速度とし、以下のように算出さ
れる。すなわち、図２に示されるように任意の半径位置
ｄ1 におけるスキッシュ流の流速ｗ1 は、以下の数１で
表される。
度Ｖｓを算出する。代表スキッシュ速度Ｖｓはリップ部
位置におけるスキッシュ速度とし、以下のように算出さ
れる。すなわち、図２に示されるように任意の半径位置
ｄ1 におけるスキッシュ流の流速ｗ1 は、以下の数１で
表される。
【数１】 ここで ｘ：クランク角度θにおけるシリンダヘッド下
面よりピストン頂面最上部までの距離をいい、これには
吸気弁２１、排気弁２２の沈み部や燃料噴射弁５の突き
出し部を含まなく、また、ピストン頂面最上部には局所
的な突起を含まないものとする。 Ｖｋ：燃焼室容積 ただしピストン頂面に設けられたバルブリセスなどの容
積は含まない。また、ピストン最上面とリップ部（燃焼
室入口最小径部）最上部との間に容積を有するピストン
の場合、その容積のうちリップ部よりシリンダヘッド側
で、かつリップ部より外周側の容積は含まないものとす
る。 Ｄ：ピストン径 ｄ：燃焼室径
面よりピストン頂面最上部までの距離をいい、これには
吸気弁２１、排気弁２２の沈み部や燃料噴射弁５の突き
出し部を含まなく、また、ピストン頂面最上部には局所
的な突起を含まないものとする。 Ｖｋ：燃焼室容積 ただしピストン頂面に設けられたバルブリセスなどの容
積は含まない。また、ピストン最上面とリップ部（燃焼
室入口最小径部）最上部との間に容積を有するピストン
の場合、その容積のうちリップ部よりシリンダヘッド側
で、かつリップ部より外周側の容積は含まないものとす
る。 Ｄ：ピストン径 ｄ：燃焼室径
【００４４】ここで、ｄｘ／ｄｔは、以下の数２とな
る。
る。
【数２】 θ＝クランク角度 ｒ＝ストローク／２ ω＝２π・Ｎｅ／６０ ρ＝ｒ／コンロッド長さ ただしＮｅ：エンジン回転数
【００４５】図８にｄ1 ＝ｄにおけるスキッシュ速度の
クランク角径過を計算した例を示す。スキッシュ速度が
最大となるクランク角はｄ／Ｄによって異なるため、ス
キッシュ速度の最大値を代表スキッシュ速度Ｖｓとす
る。
クランク角径過を計算した例を示す。スキッシュ速度が
最大となるクランク角はｄ／Ｄによって異なるため、ス
キッシュ速度の最大値を代表スキッシュ速度Ｖｓとす
る。
【００４６】なお、本例のような解析的算出において
は、「逆スキッシュ流の流速」は「スキッシュ流の流
速」に対して上死点（クランク角＝０）を挾んで符号の
み逆で絶対値は等しい関係がある。したがって「流速の
大きさ」としては「スキッシュ速度」で代用できる。
は、「逆スキッシュ流の流速」は「スキッシュ流の流
速」に対して上死点（クランク角＝０）を挾んで符号の
み逆で絶対値は等しい関係がある。したがって「流速の
大きさ」としては「スキッシュ速度」で代用できる。
【００４７】次に噴霧代表速度Ｖｓｐの算出について述
べる。信頼性の高い実験式である「広安」の式に基づき
算出する。（出展：自動車技術会論文集Ｎｏ．２１，１
９８０） 噴射開始後の時間ｔにおける噴霧到達距離Ｓは、以下の
数３で表される。
べる。信頼性の高い実験式である「広安」の式に基づき
算出する。（出展：自動車技術会論文集Ｎｏ．２１，１
９８０） 噴射開始後の時間ｔにおける噴霧到達距離Ｓは、以下の
数３で表される。
【数３】 ΔＰ：噴射圧とガス圧との圧力差 ここで、噴射圧とはコモンレール式噴射装置のように噴
射期間中の噴射圧力が一定に保たれるものについてはコ
モンレール圧力とし、ジャーク式のように噴射期間中の
圧力が漸増するものについては噴射期間中の最大噴射圧
とする。ガス圧とは燃料噴射開始時の筒内ガス圧力をも
って代表させる。なお、複数回に分けて燃料を噴射する
場合、上死点に最も近い時期での噴射（最も効率がよい
時期での噴射）の開始時期での筒内ガス圧力をもって代
表させる。 ρa ：雰囲気密度 ρa は燃料噴射開始時の筒内雰囲気密度をもって代表さ
せる。おな、複数回に分けて燃料を噴射する場合、上死
点に最も近い時期での噴射（最も効率がよい時期での噴
射）の開始時期での筒内雰囲気密度をもって代表させ
る。 ｄo ：噴孔径 機関運転条件によってノズル噴口径を変化させる機能を
有する場合、ｄ０には最大出力条件時に用いるノズルの
径を用いる。また最大出力条件時に、例えば可変噴孔型
燃料噴射弁で噴孔径の異なる噴孔を同時に使用するもの
については、ｄ０には最大の噴口径を用いることとす
る。
射期間中の噴射圧力が一定に保たれるものについてはコ
モンレール圧力とし、ジャーク式のように噴射期間中の
圧力が漸増するものについては噴射期間中の最大噴射圧
とする。ガス圧とは燃料噴射開始時の筒内ガス圧力をも
って代表させる。なお、複数回に分けて燃料を噴射する
場合、上死点に最も近い時期での噴射（最も効率がよい
時期での噴射）の開始時期での筒内ガス圧力をもって代
表させる。 ρa ：雰囲気密度 ρa は燃料噴射開始時の筒内雰囲気密度をもって代表さ
せる。おな、複数回に分けて燃料を噴射する場合、上死
点に最も近い時期での噴射（最も効率がよい時期での噴
射）の開始時期での筒内雰囲気密度をもって代表させ
る。 ｄo ：噴孔径 機関運転条件によってノズル噴口径を変化させる機能を
有する場合、ｄ０には最大出力条件時に用いるノズルの
径を用いる。また最大出力条件時に、例えば可変噴孔型
燃料噴射弁で噴孔径の異なる噴孔を同時に使用するもの
については、ｄ０には最大の噴口径を用いることとす
る。
【００４８】よって、噴霧速度ｄＳ／ｄｔは、以下の数
４で表される。
４で表される。
【数４】
【００４９】上記数３および数４より噴霧速度ｄＳ／ｄ
ｔは、到達距離Ｓの関数として、以下の数５で表され
る。
ｔは、到達距離Ｓの関数として、以下の数５で表され
る。
【数５】 ここで、上記数５におけるＣは、以下の数６で表され
る。
る。
【数６】
【００５０】噴霧代表速度Ｖｓｐは、前記噴霧到達距離
Ｓをリップ部半径とした場合の噴霧速度ｄＳ／ｄｔと
し、上記数５に従い算出される。このようにして前記代
表逆スキッシュ速度の大きさＶｓおよび前記噴霧代表速
度Ｖｓｐを求め、前記噴霧代表速度に対する前記代表ス
キッシュ速度の比Ｖｓ／Ｖｓｐが１．２５以下になるよ
うに、径が決定される。Ｖｓ／Ｖｓｐが最大になるの
は、最大出力時であり、最大出力時にＶｓ／Ｖｓｐ≦
１．２５としておけば、すべての運転条件でＶｓ／Ｖｓ
ｐ≦１．２５となる。
Ｓをリップ部半径とした場合の噴霧速度ｄＳ／ｄｔと
し、上記数５に従い算出される。このようにして前記代
表逆スキッシュ速度の大きさＶｓおよび前記噴霧代表速
度Ｖｓｐを求め、前記噴霧代表速度に対する前記代表ス
キッシュ速度の比Ｖｓ／Ｖｓｐが１．２５以下になるよ
うに、径が決定される。Ｖｓ／Ｖｓｐが最大になるの
は、最大出力時であり、最大出力時にＶｓ／Ｖｓｐ≦
１．２５としておけば、すべての運転条件でＶｓ／Ｖｓ
ｐ≦１．２５となる。
【００５１】上記代表逆スキッシュ速度の大きさＶｓお
よび前記噴霧代表速度Ｖｓｐを決定するのに必要な諸元
を、以下に述べる。 噴孔径 ボア×ストローク ピストン燃焼室の容積 ピストン燃焼室のリップ径 シリンダのボア径 最大出力を得る機関回転数 最大出力を得る時の噴射圧力 最大出力を得る時の体積効率 である。
よび前記噴霧代表速度Ｖｓｐを決定するのに必要な諸元
を、以下に述べる。 噴孔径 ボア×ストローク ピストン燃焼室の容積 ピストン燃焼室のリップ径 シリンダのボア径 最大出力を得る機関回転数 最大出力を得る時の噴射圧力 最大出力を得る時の体積効率 である。
【００５２】本実施例の直接噴射式ディーゼル機関は、
小型で高速且つ高出力な自動車用ディーゼルエンジンを
対象とし、現在市販されている国産エンジンの比出力レ
ベルは約３５ＫＷ／ｌ程度であるが、本実施例ではそれ
より大きな比出力が４０ＫＷ／ｌ以上に設定されてい
る。
小型で高速且つ高出力な自動車用ディーゼルエンジンを
対象とし、現在市販されている国産エンジンの比出力レ
ベルは約３５ＫＷ／ｌ程度であるが、本実施例ではそれ
より大きな比出力が４０ＫＷ／ｌ以上に設定されてい
る。
【００５３】本実施例の直接噴射式ディーゼル機関は、
図４に示されるように燃焼室４の深さｃｄに対する燃焼
室４の入口最小径ｉｄの比が３．３以上好ましくは３．
５以上に設定されるとともに、シリンダのボア径に対す
る燃焼室４の入口最小径ｉｄの比が０．５以上好ましく
は０．５２以上に設定されるものである。ここで３．３
以上は、図４に示す燃焼室の底部形状が相当し、３．５
以上は、図１ないし図３に示す燃焼室の底部形状が相当
する。また０．５以上は、図１、図３、図４に示すリッ
プ部が相当し、０．５２以上は図２に示すリップ部が相
当する。
図４に示されるように燃焼室４の深さｃｄに対する燃焼
室４の入口最小径ｉｄの比が３．３以上好ましくは３．
５以上に設定されるとともに、シリンダのボア径に対す
る燃焼室４の入口最小径ｉｄの比が０．５以上好ましく
は０．５２以上に設定されるものである。ここで３．３
以上は、図４に示す燃焼室の底部形状が相当し、３．５
以上は、図１ないし図３に示す燃焼室の底部形状が相当
する。また０．５以上は、図１、図３、図４に示すリッ
プ部が相当し、０．５２以上は図２に示すリップ部が相
当する。
【００５４】上記構成よりなる実施例の直接噴射式ディ
ーゼル機関は、圧縮上死点近傍において前記浅皿型燃焼
室４の開口壁部のリップ部４１近傍での噴霧速度Ｖｓｐ
に対する主に前記ピストン１の頂面１０と前記シリンダ
ヘッド２との相対向するスキッシュエリア６により形成
される前記浅皿型燃焼室４からスキッシュエリアに向か
う逆スキッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、
１．２５以下になる。
ーゼル機関は、圧縮上死点近傍において前記浅皿型燃焼
室４の開口壁部のリップ部４１近傍での噴霧速度Ｖｓｐ
に対する主に前記ピストン１の頂面１０と前記シリンダ
ヘッド２との相対向するスキッシュエリア６により形成
される前記浅皿型燃焼室４からスキッシュエリアに向か
う逆スキッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、
１．２５以下になる。
【００５５】高速運転状態および中・低速運転状態にお
いて、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の前記浅皿型
燃焼室４および前記スキッシュエリア６における噴霧状
態はすなわち、燃料噴霧と蒸発燃料の分布状態が、図５
に示されるようになる。すなわち中・低速運転状態にお
いては、燃料は前記浅皿型燃焼室４の壁面に沿って流
れ、前記スキッシュエリア６にはそれほど流出しない
が、高速運転状態においては、燃料は前記浅皿型燃焼室
４に流入するだけでなく前記スキッシュエリア６に流出
する。
いて、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の前記浅皿型
燃焼室４および前記スキッシュエリア６における噴霧状
態はすなわち、燃料噴霧と蒸発燃料の分布状態が、図５
に示されるようになる。すなわち中・低速運転状態にお
いては、燃料は前記浅皿型燃焼室４の壁面に沿って流
れ、前記スキッシュエリア６にはそれほど流出しない
が、高速運転状態においては、燃料は前記浅皿型燃焼室
４に流入するだけでなく前記スキッシュエリア６に流出
する。
【００５６】しかも噴霧とスキッシュ流との速度バラン
スの適正化を図り、前記浅皿型燃焼室４および前記スキ
ッシュエリア６にて燃料を均一に分布させ、且つ均一燃
焼させるため前記スキッシュエリア６が、前記浅皿型燃
焼室４の一部として利用されるのである。
スの適正化を図り、前記浅皿型燃焼室４および前記スキ
ッシュエリア６にて燃料を均一に分布させ、且つ均一燃
焼させるため前記スキッシュエリア６が、前記浅皿型燃
焼室４の一部として利用されるのである。
【００５７】上記作用を奏する実施例の直接噴射式ディ
ーゼル機関は、前記浅皿型燃焼室４および前記スキッシ
ュエリア６において、均一に分布した燃料を均一燃焼さ
せるので、スモーク、ＨＣその他の排気有害物質を低減
するという効果を奏する。
ーゼル機関は、前記浅皿型燃焼室４および前記スキッシ
ュエリア６において、均一に分布した燃料を均一燃焼さ
せるので、スモーク、ＨＣその他の排気有害物質を低減
するという効果を奏する。
【００５８】すなわち、小噴孔化、高加給化、高速運転
化を実現するノズル噴孔径０．１４４ｍｍ、機関回転数
４０００ｒｐｍ、体積効率１７０％の条件において、全
負荷の最大出力に相当する量の燃料を噴射したときのス
モーク排出量を、図９を用いて比較してみる。
化を実現するノズル噴孔径０．１４４ｍｍ、機関回転数
４０００ｒｐｍ、体積効率１７０％の条件において、全
負荷の最大出力に相当する量の燃料を噴射したときのス
モーク排出量を、図９を用いて比較してみる。
【００５９】上述した従来の燃焼室では、噴霧速度Ｖｓ
ｐと逆スキッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐは、
およそ１．４となり、多量のスモークを排出するのに対
して、本実施例の燃焼室は、上記従来の燃焼室に比べて
燃焼室の径を拡大して、噴霧速度Ｖｓｐと逆スキッシュ
流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐは、およそ１．２５と
なるようにすることで、図９に示されるようにスモーク
を大幅に低減出来ることが明らかとなる。
ｐと逆スキッシュ流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐは、
およそ１．４となり、多量のスモークを排出するのに対
して、本実施例の燃焼室は、上記従来の燃焼室に比べて
燃焼室の径を拡大して、噴霧速度Ｖｓｐと逆スキッシュ
流の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐは、およそ１．２５と
なるようにすることで、図９に示されるようにスモーク
を大幅に低減出来ることが明らかとなる。
【００６０】すなわち噴霧速度Ｖｓｐと逆スキッシュ流
の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５より大きな
１．３８に設定された比較例においては、図６に示され
る燃焼室およびスキッシュエリアのハッチングが付され
た一部、即ち、この場合６噴孔ノズルから噴射される６
本の噴霧のうちの１本の噴霧に対応する燃焼室空間にお
ける燃料分布を示す図７の左列に示されるように、燃料
が激しい逆スキッシュ流に煽られ、燃焼室キャビティ外
に多く存在して、不均一な分布となり、燃焼室キャビテ
ィ内は使われていないことになる。
の流速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５より大きな
１．３８に設定された比較例においては、図６に示され
る燃焼室およびスキッシュエリアのハッチングが付され
た一部、即ち、この場合６噴孔ノズルから噴射される６
本の噴霧のうちの１本の噴霧に対応する燃焼室空間にお
ける燃料分布を示す図７の左列に示されるように、燃料
が激しい逆スキッシュ流に煽られ、燃焼室キャビティ外
に多く存在して、不均一な分布となり、燃焼室キャビテ
ィ内は使われていないことになる。
【００６１】また噴霧速度Ｖｓｐと逆スキッシュ流の流
速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５より小さな１．
２１または１．２２に設定された実施例おいては、図７
の右列に示されるように燃料が、燃焼室の内外に均一に
分布して、全体で均一な混合が実現されていることが分
かる。
速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５より小さな１．
２１または１．２２に設定された実施例おいては、図７
の右列に示されるように燃料が、燃焼室の内外に均一に
分布して、全体で均一な混合が実現されていることが分
かる。
【００６２】また噴霧速度Ｖｓｐと逆スキッシュ流の流
速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５より小さな１．
０８または１．０９においても、図７の右列に示される
のと同様に燃料が、燃焼室の内外に均一に分布して、全
体で均一な混合が実現されることになる。
速Ｖｓとの比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５より小さな１．
０８または１．０９においても、図７の右列に示される
のと同様に燃料が、燃焼室の内外に均一に分布して、全
体で均一な混合が実現されることになる。
【００６３】また本実施例の直接噴射式ディーゼル機関
は、現在市販されている約３５ＫＷ／ｌ程度の国産エン
ジンの比出力レベルより大きな比出力である４０ＫＷ／
ｌ以上に設定されているので、小型で高速且つ高出力な
自動車用ディーゼルエンジンを実現するという効果を奏
する。
は、現在市販されている約３５ＫＷ／ｌ程度の国産エン
ジンの比出力レベルより大きな比出力である４０ＫＷ／
ｌ以上に設定されているので、小型で高速且つ高出力な
自動車用ディーゼルエンジンを実現するという効果を奏
する。
【００６４】しかも本実施例の直接噴射式ディーゼル機
関は、燃焼室深さに対する燃焼室入口最小径の比を３．
３以上好ましくは３．５以上に設定されるとともに、シ
リンダのボア径に対する燃焼室入口最小径の比を０．５
以上好ましくは０．５２以上に設定されるので、Ｖｓ／
Ｖｓｐを満たす噴射ノズルは低エミッション型の小噴孔
径ノズルとなる。このため、将来の厳しい排気規制に対
応すべく有害物質大幅に低減することと、上述したよう
な高出力を両立させるという効果を奏する。
関は、燃焼室深さに対する燃焼室入口最小径の比を３．
３以上好ましくは３．５以上に設定されるとともに、シ
リンダのボア径に対する燃焼室入口最小径の比を０．５
以上好ましくは０．５２以上に設定されるので、Ｖｓ／
Ｖｓｐを満たす噴射ノズルは低エミッション型の小噴孔
径ノズルとなる。このため、将来の厳しい排気規制に対
応すべく有害物質大幅に低減することと、上述したよう
な高出力を両立させるという効果を奏する。
【００６５】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図１】本発明の実施形態および実施例の直接噴射式デ
ィーゼル機関における逆スキッシュ流の概念を示す概念
図である。
ィーゼル機関における逆スキッシュ流の概念を示す概念
図である。
【図２】本実施形態および実施例における要部およびス
キッシュ流の計算の諸元を示す説明図である。
キッシュ流の計算の諸元を示す説明図である。
【図３】本実施形態および実施例の直接噴射式ディーゼ
ル機関を示す断面図である。
ル機関を示す断面図である。
【図４】本実施形態および実施例における燃焼室入口最
小径、燃焼室深さ、およびピストン径を説明するための
説明図である。
小径、燃焼室深さ、およびピストン径を説明するための
説明図である。
【図５】本実施形態および実施例における中・低速運転
および高速運転における燃焼室キャビティ内の燃料噴霧
と蒸発燃料の分布状態を示す説明図である。
および高速運転における燃焼室キャビティ内の燃料噴霧
と蒸発燃料の分布状態を示す説明図である。
【図６】本実施形態および実施例における燃焼室キャビ
ティおよびスキッシュエリアの燃料噴霧を観察する部位
を説明するための説明図である。
ティおよびスキッシュエリアの燃料噴霧を観察する部位
を説明するための説明図である。
【図７】本実施例および比較例における燃焼室キャビテ
ィおよびスキッシュエリアの燃料分布を説明した図であ
る。
ィおよびスキッシュエリアの燃料分布を説明した図であ
る。
【図８】本実施例におけるスキッシュ流速の計算例を示
す線図である。
す線図である。
【図９】本実施例および従来の比較例のディーゼル機関
におけるスモークを比較した線図である。
におけるスモークを比較した線図である。
１ ピストン ２ シリンダヘッド ３ シリンダ ４ 浅皿型燃焼室 ５ 燃料噴射弁 ６ スキッシュエリア １０ 頂面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 和久 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 堀田 義博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 冬頭 孝之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 ピストン、シリンダヘッド、シリンダで
囲まれ、前記ピストンの頂面に浅皿型燃焼室が形成さ
れ、燃料噴射弁から燃料が噴射され噴霧を燃焼させる直
接噴射式ディーゼル機関において、 圧縮上死点近傍において主に前記ピストンの頂面と前記
シリンダヘッドとの相対向するスキッシュエリアにより
形成される前記浅皿型燃焼室からスキッシュエリアに向
かう逆スキッシュ流の流速をＶｓとするとともに、前記
浅皿型燃焼室の開口壁部のリップ部近傍での噴霧速度を
Ｖｓｐとするとき、 当該比Ｖｓ／Ｖｓｐが、１．２５以下となるように前記
浅皿型燃焼室の相対向する壁部間距離を決定するととも
に、 前記スキッシュエリアが前記燃焼室の一部を構成するよ
うにしたことを特徴とする直接噴射式ディーゼル機関。 - 【請求項２】 直接噴射式ディーゼル機関は、比出力が
４０ＫＷ／ｌ以上に設定されていることを特徴とする請
求項１記載の直接噴射式ディーゼル機関。 - 【請求項３】 直接噴射式ディーゼル機関は、燃焼室深
さに対する燃焼室入口最小径の比を３．３以上に設定さ
れていることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の直接噴射式ディーゼル機関。 - 【請求項４】 直接噴射式ディーゼル機関は、シリンダ
のボア径に対する燃焼室入口最小径の比を０．５以上に
設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項
３のいずれかに記載の直接噴射式ディーゼル機関。 - 【請求項５】 直接噴射式ディーゼル機関は、燃料噴射
弁の噴孔径を０．２ｍｍ以下に設定されていることを特
徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の直
接噴射式ディーゼル機関。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP05803299A JP3751462B2 (ja) | 1998-03-27 | 1999-03-05 | 直接噴射式ディーゼル機関 |
| US09/276,732 US6161518A (en) | 1998-03-27 | 1999-03-26 | Direct-injection diesel engine and combustion method for the same |
| DE69907793T DE69907793T3 (de) | 1998-03-27 | 1999-03-26 | Dieselbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung |
| EP99106327A EP0945602B2 (en) | 1998-03-27 | 1999-03-26 | Direct-injection diesel engine |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10027498 | 1998-03-27 | ||
| JP10-100274 | 1998-03-27 | ||
| JP05803299A JP3751462B2 (ja) | 1998-03-27 | 1999-03-05 | 直接噴射式ディーゼル機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11336550A true JPH11336550A (ja) | 1999-12-07 |
| JP3751462B2 JP3751462B2 (ja) | 2006-03-01 |
Family
ID=26399122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05803299A Expired - Lifetime JP3751462B2 (ja) | 1998-03-27 | 1999-03-05 | 直接噴射式ディーゼル機関 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6161518A (ja) |
| EP (1) | EP0945602B2 (ja) |
| JP (1) | JP3751462B2 (ja) |
| DE (1) | DE69907793T3 (ja) |
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| JP2020112058A (ja) * | 2019-01-09 | 2020-07-27 | 株式会社豊田自動織機 | ディーゼルエンジン |
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