JPH01147116A - 直噴式ディーゼル機関の燃焼方法および燃焼室 - Google Patents

直噴式ディーゼル機関の燃焼方法および燃焼室

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JPH01147116A
JPH01147116A JP62303327A JP30332787A JPH01147116A JP H01147116 A JPH01147116 A JP H01147116A JP 62303327 A JP62303327 A JP 62303327A JP 30332787 A JP30332787 A JP 30332787A JP H01147116 A JPH01147116 A JP H01147116A
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JP
Japan
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fuel
cavity
piston
convex
reflecting surface
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JP62303327A
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English (en)
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Ichiro Sakata
一郎 阪田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0648Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
    • F02B23/0651Means 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直噴式ディーゼル機関の燃焼方法および燃焼室
に関する。
〔従来の技術〕
ピストン頂面に形成したキャビティ内周面の上端部に内
方に向けて突出する環状のリップを形成し、この環状リ
ップの内周面を下方に向けて拡開する円錐状に形成し、
燃料噴射弁から燃料を環状リップの円錐状内周面に向け
て噴射させ、円錐状内周面において反射した噴射燃料の
一部をキャビティ中心部に集め、円錐状内周面に付着し
た液状燃料をキャビティ周辺部に送り込むようにしたデ
ィーゼル機関が公知である(実開昭59−56324号
公報参照)。このディーゼル機関では噴射燃料がキャビ
ティ中心部およびキャビティ周辺部に分散せ、しめられ
るので空気利用率を高めることができる。
しかしながらこのディーゼル機関ではキャビティ内のど
こで燃焼が開始されるかわからず、−気に燃焼が開始さ
れると急激な圧力上昇が生じて激しい燃焼騒音が発生す
るという問題を生ずる。また、急激な圧力上昇によって
燃焼温度が高くなるとNOxの発生量が増大するという
問題もある。
また、空気利用率が高くなるといってもキャビティ中心
部とキャビティ周辺部間には噴射燃料が供給されないた
めにキャビティ中心部とキャビティ周辺部間の空気が十
分に利用されず、斯くして多量の未燃HC,Coが発生
するという問題がある。
このような問題を解決するためにピストン頂面に形成さ
れたキャビティ内周壁面上に断面円弧状の凹状燃料反射
面を形成して燃料噴射弁から凹状燃料反射面に向けて燃
料を噴射させ、凹状燃料反射面の形成位置および断面形
状を凹状燃料反射面において反射した噴射燃料がピスト
ンの上昇に伴ってキャビティ周辺部からキャビティ中心
部まで順次移動するように定めた直噴式ディーゼル機関
が本出願人により既に提案されている(特願昭62−1
41450号参照)。このディーゼル機関ではキャビテ
ィ周辺部で開始された燃焼がキャビティ中心部に向けて
緩やかに進行するので燃焼騒音の発生やNoにの発注が
抑制され、しかも空気利用率が高くなるために未燃HC
,Coの発生も抑制することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら特に機関始動時にはキャビティ周壁面の温
度は低く、従ってキャビティ周辺部から燃焼を開始させ
ると火炎が冷却されて火炎が十分に成長しないために良
好な燃焼が得られないばかりでなく、未燃燃料がそのま
ま排出されて白煙や刺激臭が発生するという問題がある
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために本発明によれば燃料噴射時
においてピストン頂面に形成されたキャビティ内壁面に
向かう噴射燃料進行方向をキャビティ中心部からキャビ
ティ周辺部まで順次移動せしめ、着火火炎をキャビティ
中心部からキャビティ周辺部に向けて伝播せしめるよう
にしている。
更に上記問題点を解決するために本発明によればピスト
ン頂面に形成されたキャビティ内周壁面上に断面円弧状
の凸状燃料反射面を形成して燃料噴射弁から凸状燃料反
射面に向けて燃料を噴射させ、凸状燃料反射面の形成位
置および断面形状を凸状燃料反射面において反射した噴
射燃料がピストンの上昇に伴ってキャビティ中心部から
キャビティ周辺部まで順次移動するように定めている。
〔実施例] 第1図に直噴式ディーゼル機関の側面断面図を示す。第
1図を参照すると、■はシリンダブロック、2はシリン
ダブロックl内で往復動可能なピストン、3はシリンダ
ブロック1に固締されたシリンダヘッド、4はシリンダ
ブロック1の平坦な内壁面とピストン2間に形成された
燃焼室、5は燃焼室4の頂部中央に配置された燃料噴射
弁を夫々示す。図面には示さないがシリンダブロック1
内には吸気ポートおよび排気ポートが形成され、これら
吸気ポートおよび排気ポートの燃焼室4内への開口部に
は夫々吸気弁および排気弁が配置される。燃焼室4内に
流入する吸入空気に旋回流を与えるために吸気ポートと
してヘリカル型吸気ポートが使用されており、或いは吸
気弁としてシュラウド付吸気弁が使用されている。無給
、吸気ボートを燃焼室4内に燃焼室4の周辺方向に向け
て連結する等の他の手段により、燃焼室4内に流入する
吸入空気に旋回流を与えることができる。第1図に示さ
れる実施例ではこれら吸排気弁や吸排気ポートとの干渉
を避けるために燃料噴射弁5が斜めに配置されている。
第1図および第2図に示されるようにピストン2は平坦
な頂面2aを有し、この平坦なピストン頂面2aにキャ
ビティ6が形成される。キャビティ6の周壁面6aの上
端部には内方に向けて突出する環状のリップ7が形成さ
れ、この環状リップ7の内周面7aはピストン頂面2a
から湾曲しつつ環状のリップ7の下壁面7bまで滑らか
に延びる。従って環状リップ内周面は断面円弧状の凸状
湾曲面をなす。一方、環状リップ下壁面7bはピストン
頂面2aとほぼ平行をなしており、この環状リップ下壁
面7bはキャビティ下側周壁面6bとほぼ直角をなして
交わる。キャビティ6の底部6cは中央部が隆起したほ
ぼ円錐状に形成されているが無給平坦面から形成しても
よい。
燃料噴射弁5は1個若しくは複数個のノズル孔を具備し
、第1図において矢印Fで示されるように1個若しくは
複数個のノズル孔から環状リップ内周面7aに向けて燃
料が噴射される。この噴射燃料の一部は内周面7aにお
いて反射し、従って以下この内周面7aを凸状燃料反射
面と称する。
本発明においてはこの凸状燃料反射面7aの機能が重要
であり、従ってまず始めに第3図を参照して凸状燃料反
射面7aの機能について説明する。
第3図(a)から(e)は燃料噴射開始から燃料噴射路
りまでを経時的に示している。第3図(a)はピストン
2が上死点の少し手前にあって燃料噴射が開始されたと
きを示している。第3図(b)はピストン2が上死点に
向けて少し上昇したときを示しており、第3図(C)は
ピストン2が上死点に達したときを示している。第3図
(d)はピストン2が上死点を越えて少し下降したとこ
ろを示しており、第3図(e)はピストン2が更に下降
した噴射完了時を示している。第3図(a)に示される
ように燃料噴射開始時には噴射燃料Fが凸状燃料反射面
7aの上方部に衝突し、第3図(C)に示されるように
ピストン2が上死点に達したときには噴射燃料Fが凸状
燃料反射面7aの下方部に衝突する。即ち、言い換える
と凸状燃料反射面7aの位置および燃料噴射弁5からの
燃料噴射方向は燃料噴射開始時に噴射燃料Fが凸状燃料
反射面7aの上方部に衝突し、ピストン2が上死点に達
したときには噴射燃料Fが凸状燃料反射面7aの下方部
に衝突するように定められる。
一方、凸状燃料反射面7aは前述したように断面円弧状
をなしている。従って第3図(a)から(C)に示され
るようにピストン2が上昇するにつれて燃料衝突点にお
ける凸状燃料反射面7aと噴射燃料Fとのなす角は次第
に減少し、従って凸状燃料反射面7aに向かう噴射燃料
Fの軸線と凸状燃料反射面7aにおいて反射した反射燃
料Gの軸線とのなす角はピストン2が上昇するにつれて
次第に大きくなる。第3図(a)に示されるように燃料
噴射開始時には反射燃料Gがキャビティ6の中心部に向
かい、第3図(b)に示されるようにピストン2が少し
上昇すると反射燃料Gの進行方向がキャビティ6の中心
部から周辺部に向けて移動し、第3図(C)に示される
ようにピストン2が上死点に達すると反射燃料Gはキャ
ビティ6の周辺部に向かう。即ち、燃料噴射が開始され
てからピストン2が上死点に達するまでに反射燃料Gの
進行方向がキャビティ6の中心部から周辺部に向けて連
続的に移動する。言い換えると凸状燃料反射面7aの形
状は燃料噴射が開始されてからピストン2が上死点に達
するまでに反射燃料Gの進行方向がキャビティ6の中心
部から周辺部に向けて連続的に移動するように定められ
ている。第3図の(C)から(e)に示されるようにピ
ストン2が上死点に達してから燃料噴射が完了するまで
は反射燃料Gはキャビティ6の周辺部から中心部に向け
て連続的に移動する。
第3図(a)に示されるように燃料噴射が開始されると
噴射燃料Fが凸状燃料反射面7aの上方部に衝突する。
このとき粒径の比較的大きな燃料粒子は凸状燃料反射面
7a上に付着し、その他の燃料粒子は凸状燃料反射面7
aにおいて反射して矢印Gに示されるようにキャビテイ
6中心部の上方空間に向かう。また、第3図(a)に示
すようにピストン2が上死点に近づくとピストン頂面2
aの周辺部とシリンダヘッド3間に形成されるスキッシ
ュエリア8から燃焼室4の中心部に向けてスキッシュ流
が流出する。このスキッシュ流は矢印Sで示されるよう
に凸状燃料反射面7aに沿って下方に向けて流れる。従
ってこのスキッシュ流Sにより燃料がキャビティ6内か
ら流出するのが阻止されるばかりでなく、凸状燃料反射
面7aに付着した燃料の気化が、促進される。また、凸
状燃料反射面7aに付着した燃料の一部は環状リップ下
壁面7b上に流れるがこの環状リップ下壁面7bはピス
トン頂面2aとほぼ平行であって水平をなしているので
燃料はキャビティ下側周壁面6bに達することなく、環
状リップ下壁面7b上に滞留する。
次いで第3図但)に示されるようにピストン2が上昇す
ると反射燃料Gの進行方向がキャビティ6の周辺部に向
けて移動する。一方、燃料粒子の温度が十分に高まると
キャビティ6の中心部の上方空間の混合気が着火燃焼せ
しめられる。この着火火炎は周囲のキャビティ周壁面6
aから離れているのでキャビティ周壁面6aによって冷
却されることがなく、従って着火火炎は良好に成長する
この燃焼火炎はキャビティ6の周辺部に向けて伝播し、
従って第3図(b)かられかるように反射燃料Qを追い
かけるように火炎が伝播することになる。
言い換えると反射燃料Gによって混合気が形成されると
この混合気にタイミングよく直ちに火炎が伝播し、混合
気が燃焼せしめられることになる。
従って第3図(C)に示されるように反射燃料Gがキャ
ビティ6の周辺部に向かうとこの反射燃料Gによってキ
ャビティ6の周辺部に形成された混合気が周辺部に向か
う火炎によって着火燃焼せしめられる。一方、キャビテ
ィ6の中心部から周辺部に向けて着火火炎が伝播しだす
と環状リップ7の凸状燃料反射面7aおよび環状リップ
下壁面7bに付着した燃料が壁面蒸発を開始し、従って
環状リップ7に付着した燃料は少しずつ緩やかに燃焼せ
しめられる。一方、キャビティ6の下側周壁面6b上に
は液状燃料が存在しないのでこれらの液状燃料がキャビ
ティ周壁面により冷却されて未燃のまま排出されるのが
阻止される。このように着火火炎により噴射燃料が順次
燃焼せしめられ、しかも環状リップ7に付着した燃料は
順次壁面蒸発して緩やかに燃焼せしめられるので未燃H
C,COの排出量を低減できると共にNOxの発生を抑
制することができる。
次いで第3図(d)から(e)に示されるようにピスト
ン2が下降を開始して反射燃料Gの進行方向がキャビテ
ィ6の周辺部から中心部に移動すると反射燃料Gは余剰
の空気を利用して燃焼せしめられる。
(発明の効果) 噴射燃料の進行方向がキャビティの中心部から周辺部に
順次移動していくので空気利用率を高めることができる
。また、キャビティの中心部から周辺部に向けて順次進
行方向が移動していく噴射燃料に火炎がタイミングよく
伝播するので急激な圧力上昇を伴わない、制御された燃
焼を確保することができる。また、燃焼がキャビティ中
心で開始されるので着火火炎がキャビティ周壁面によっ
て冷却されることがなく、従って機関始動時であっても
着火火炎が確実に成長するので良好な燃焼を確保するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるディーゼル機関の側面断面図、第
2図は第1図の拡大側面断面図、第3図は燃焼方法を説
明するための図である。 2・・・・・・ピストン、    3・・・・・・シリ
ンダヘッド、5・・・・・・燃料噴射弁、   6・・
・・・・キャビティ、7・・・・・・環状リップ、  
 7a・・・凸状燃料反射面。 81図 5・・・燃料噴射弁    7a・、、凸状燃料反射面
ζ 第2図 第3図 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.燃料噴射時においてピストン頂面に形成されたキャ
    ビティ内壁面に向かう噴射燃料進行方向をキャビティ中
    心部からキャビティ周辺部まで順次移動せしめ、着火火
    炎をキャビティ中心部からキャビティ周辺部に向けて伝
    播せしめるようにした直噴式ディーゼル機関の燃焼方法
  2. 2.ピストン頂面に形成されたキャビティ内周壁面上に
    断面円弧状の凸状燃料反射面を形成して燃料噴射弁から
    凸状燃料反射面に向けて燃料を噴射させ、凸状燃料反射
    面の形成位置および断面形状を凸状燃料反射面において
    反射した噴射燃料がピストンの上昇に伴ってキャビティ
    中心部からキャビティ周辺部まで順次移動するように定
    めた直噴式ディーゼル機関の燃焼室。
JP62303327A 1987-12-02 1987-12-02 直噴式ディーゼル機関の燃焼方法および燃焼室 Pending JPH01147116A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7213564B2 (en) 2002-10-02 2007-05-08 Westport Power Inc. Direct injection combustion chamber geometry

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7213564B2 (en) 2002-10-02 2007-05-08 Westport Power Inc. Direct injection combustion chamber geometry

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