JPH05296046A - 直噴型ディーゼルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 直噴型ディーゼルエンジンのとくに燃焼後期
拡散燃焼を燃焼室内の空気や燃焼ガスの衝突によって活
発化し、黒煙およびパティキュレートの低減を図ること
を目的とする。 ［構成］ 通常の直噴型ディーゼルエンジンにおいて
は、燃焼室をピストンの頂面に形成するようにしている
が、本発明においてはシリンダヘッド１５のバルブポケ
ット側に主燃焼室２１を設置するようにしており、しか
もピストン１２の頂面側には小さな副燃焼室２２を形成
し、しかもその入口部分を絞って火炎衝突部２３を形成
するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直噴型ディーゼルエンジ
ンに係り、とくに燃料噴射ノズルによってシリンダ内に
燃料を噴射し、自然着火によって燃焼させるようにした
直噴型ディーゼルエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンはピストンを上死点
側へ移動させることによって、シリンダ内の吸気を圧縮
して高温の状態にしておき、ピストンがほぼ上死点に達
するのに同期して燃料噴射ノズルから燃料を噴射するよ
うにし、燃料の噴霧を吸気の熱によって自然着火させて
燃焼を行なうようにしている。

【０００３】燃料噴射ノズルから噴射された燃料の噴霧
はピストンの頂面に形成されている凹部から成る燃焼室
内において吸気と混合されて混合気を形成し、この混合
気が燃焼されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】良好な混合気が形成さ
れることが燃焼のために必要である。局部的に燃料の噴
霧のみが存在し、空気との混合が十分でないと、その部
分の燃料の噴霧が燃焼せず、黒煙やパティキュレートの
発生の原因になる。そこでピストンの頂面に形成されて
いる燃焼室の形状を工夫するようにし、例えばその壁面
に凹部を設けたり、あるいはまた燃焼室をリエントラン
ト型にする等の工夫がこらされている。あるいはまた燃
焼室を上から見たときに四角い角型の燃焼室としたもの
がある。

【０００５】このような対策によって、燃焼室内におけ
る空気の流動を活発化し、燃料噴霧との混合をよくして
煙の発生を抑えるようにしている。しかし従来の直噴型
ディーゼルエンジンにおいては、燃料と吸気との混合を
完全に行なうことができず、これによって煙の発生をゼ
ロにすることができない。このような問題点に鑑みて燃
料の高圧噴射が試みられているが、噴射装置のコストが
高くなる欠点がある。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、直噴型ディーゼルエンジンのとくに燃
焼後期の拡散燃焼を燃焼室内の空気や燃焼ガスの衝突に
よって活発化し、これによって黒煙およびパティキュレ
ートの低減を図るようにした直噴型ディーゼルエンジン
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、燃料噴射
ノズルによってシリンダ内に燃料を噴射し、自然着火に
よって燃焼させるようにした直噴型ディーゼルエンジン
において、シリンダの内部空間に臨むシリンダヘッドの
表面であってバルブポケットに主燃料室を設け、前記燃
料噴射ノズルによって前記主燃焼室に燃料を噴射するよ
うにし、しかもピストンの頂面に副燃焼室を設け、前記
副燃焼室の入口部分を絞るようにしたことを特徴とする
直噴型ディーゼルエンジンに関するものである。

【０００８】

【作用】燃料噴射ポンプによって加圧された燃料は燃料
噴射ノズルによって、シリンダの内部空間に臨むシリン
ダヘッドの表面であってバルブポケットに形成された主
燃焼室に噴射されるようになり、この燃料の噴霧が自然
着火されることによってピストンを押して出力を発生す
ることになる。そして上記主燃焼室に噴射された燃料に
よる噴霧によって生じた火炎が絞られた入口部分を通し
てピストンの頂面に形成されている副燃焼室に侵入する
ようになり、このときに大きな運動エネルギが与えられ
て衝突し、拡散燃焼後期でさらに燃焼が活発になって黒
煙やパティキュレートの発生が抑制されることになる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る燃料噴射装置
を備えるディーゼルエンジンの要部を示すものであっ
て、シリンダブロック１０には貫通孔から成るシリンダ
１１が設けられており、このシリンダ１１内にピストン
１２が摺動可能に配されている。そしてピストン１２は
ピストンピン１３によってコンロッド１４と連結される
ようになっている。

【００１０】シリンダ１１の上部開口はシリンダヘッド
１５によって閉塞されるようになっており、しかもこの
シリンダヘッド１５には吸気ポート１６と排気ポート１
７とがそれぞれ形成されている。これらの吸気ポート１
６および排気ポート１７はそれぞれ吸気バルブ１８およ
び排気バルブ１９によって開閉されるようになってい
る。またシリンダヘッド１５には燃料噴射ノズル２０が
取付けられており、シリンダヘッド１５の下面に形成さ
れている燃焼室２１に向けて燃料を噴射するようにして
いる。

【００１１】シリンダヘッド１５の下面であってシリン
ダ１１に臨む吸気バルブ１８および排気バルブ１９の下
側のバルブポケットの部分に主燃焼室２１が形成されて
いる。シリンダヘッド１５のほぼ中央部に取付けられて
いる燃料噴射ノズル２０はこの主燃焼室２１に向けて燃
料を噴射するようにしている。またピストン１２の頂面
であって燃料噴射ノズル２０の先端部とほぼ対向する位
置には凹部から成る副燃焼室２２が形成されている。そ
してこの副燃焼室２２の入口側が絞り通路２３に構成さ
れている。

【００１２】燃料噴射ノズル２０は図２に示すように、
噴射管２４によって燃料噴射ポンプ２５の対応するポン
プユニット２６に接続されている。燃料噴射ポンプ２５
はメカニカルガバナ２７を備え、このメカニカルガバナ
２７によってコントロールラック２８を動かし、１回に
噴射される燃料の供給量を調整するようにしている。ま
た燃料噴射ポンプ２５はカムシャフト２９を備え、この
カムシャフト２９に取付けられているカム３０が各ポン
プユニット２６を駆動するようになっている。またカム
シャフト２９にはタイマ３１が設けられており、このタ
イマ３１によって噴射のタイミングを調整するようにし
ている。

【００１３】燃料噴射ノズル２０は図２に示すように、
その先端部がノズル本体３４から構成されており、この
ノズル本体３４の先端部に２個の噴口３５が形成されて
いる。そしてノズル本体３４はリテーナ３６によってノ
ズルホルダ３７に取付けられている。ノズル本体３４内
にはノズルニードル３８が摺動可能に保持されている。
そしてこのノズルニードル３８の上端は押圧ロッド３９
を介してノズルホルダ３７内の圧縮コイルばね４０によ
って下方へ押圧されるようになっている。これによって
ノズルニードル３８はノズル本体３４に形成されている
バルブシート４１に圧着され、燃料の遮断を行なうよう
になっている。またノズルホルダ３７には噴射管２４と
連通する燃料通路４２が形成されている。この燃料通路
４２はノズル本体３４の燃料通路４３と連通されるよう
になっている。燃料通路４３の終端には燃料だめ５１が
形成されている。

【００１４】押圧ロッド３９を押圧しているばね４０は
その上端がばね受け４４によって受けられている。そし
てこのばね受け４４の上端側には調整ねじ４５が取付け
られるようになっている。そしてこの調整ねじ４５はノ
ズルホルダ３７の内周面に形成されている雌ねじ４６と
螺合している。またノズルホルダ３７の側面側には突部
４８が形成されており、この突部４８には雄ねじ４９が
形成され、この雄ねじ４９と螺合する接続用ナット５０
によって噴射管２４がノズルホルダ３７に接続されるよ
うになっている。

【００１５】つぎに燃料噴射ポンプ２５の各ポンプユニ
ットの構成を説明すると、図３に示すように、プランジ
ャ５４の下端部にはタペット５５が取付けられている。
そしてタペット５５は圧縮コイルばね５６によって下方
に押圧されており、これによってカム３０の外周面に押
付けられている。そしてプランジャ５４が摺動可能に嵌
合しているバレル５７にはスピルポート５８が形成され
るとともに、このスピルポート５８とほぼ対向するよう
に、プランジャ５４の外周面には傾斜溝５９が形成され
ている。

【００１６】バレル５７の外周側にはピニオン６０が回
転可能に支持されている。そしてこのピニオン６０には
コントロールスリーブ６１が固着されるとともに、この
コントロールスリーブ６１に形成されている切欠き６２
は係合板６３を受入れている。この係合板６３はプラン
ジャ５４に固着されている。

【００１７】各ポンプユニット２６の出口側にはデリベ
リバルブ６４が設けられており、ケーシング６５の下部
に設けられているバルブシート６６上に配されている。
そしてコイルばね６７によってデリベルバルブ６４はバ
ルブシート６６側に押圧されている。

【００１８】つぎに以上のような構成に成る直噴型ディ
ーゼルエンジンの動作の概要を説明する。

【００１９】エンジンの出力の一部によってタイマ３１
を介してカムシャフト２９が駆動されると、図３に示す
ような形状のカム３０がタペット５５のローラを押上げ
ることになり、これによってプランジャ５４がバレル５
７内を上方へ移動する。するとプランジャ５４の頂面が
スピルポート５８を閉じ、燃料の圧送を開始する。プラ
ンジャ５４がさらに上方へ移動すると、やがて傾斜溝５
９がスピルポート５８に整合し、これによってプランジ
ャ５４の上側の空間の圧力が傾斜溝５９を通してスピル
ポート５８側に逃げるようになり、燃料の圧送が終了す
る。

【００２０】燃料噴射ポンプ２５のメカニカルガバナ２
７がコントロールラック２８を移動させると、ピニオン
６０が回転され、これによってコントロールスリーブ６
１が回転されるようになる。このコントロールスリーブ
６１の回転は切欠き６２および係合板６３を介してプラ
ンジャ５４に伝達され、バレル５７内においてプランジ
ャ５４が回転されることになる。従ってスピルポート５
８と整合する傾斜溝５９の位置によって決まる有効スト
ロークが変化するようになり、燃料の調量が行なわれ、
１回に噴射される燃料の供給量が制御されるようにな
る。また燃料噴射ポンプ２５のカムシャフト２９に設け
られているタイマ３１によって、カムシャフト２９の位
相角が制御され、燃料の噴射のタイミングが調整される
ようになっている。

【００２１】バレル５７内においてプランジャ５４が燃
料を圧送すると、デリベリバルブ６４が開かれ、噴射管
２４を通して燃料噴射ノズル２０に燃料が圧送されるよ
うになる。図２に示す燃料噴射ノズル２０の燃料通路４
２および４３を通して燃料だめ５１に燃料圧が加えられ
ると、ノズルニードル３８はロッド３９を介してばね４
０を圧縮しながら上方へ移動するようになり、これによ
ってノズルニードル３８の先端側の部分がバルブシート
４１から離れ、噴口３５を通して燃料が噴射されるよう
になる。燃料の圧送を終了すると、ばね４０の弾性復元
力によってロッド３９を介してノズルニードル３８が下
方へ押圧され、その先端部がバルブシート４１に圧着さ
れて燃料の噴射を停止する。

【００２２】燃料の噴霧は燃料噴射ノズル２０の噴口３
５から、図１に示すシリンダヘッド１５の下面に形成さ
れている燃焼室２１に向けて噴射されるようになる。そ
してこの燃料の噴霧は、圧縮された吸気の熱によって自
然着火され、シリンダ１１内で燃焼が起り、ピストン１
２が下方へ押され、エンジンの出力が取出されるように
なる。そしてこの後に排気弁１９が開かれ、排気ポート
１７を通して排気ガスが排出されるようになる。

【００２３】しかもこの直噴型ディーゼルエンジンにお
いては、主燃焼室がピストン１２の頂面ではなく、シリ
ンダヘッド１５の下面であって吸気バルブ１８および排
気バルブ１９の下面のバルブポケット側に設けられてい
る。そして絞り通路２３から成る火炎衝突部を介してピ
ストン１２の頂面に形成されている副燃焼室２２に主燃
焼室２１が連通されるようになっている。なお火炎衝突
部を構成する絞り通路２３は適度に絞られている。

【００２４】燃料噴射ノズル２０からの燃料の噴霧は、
主燃焼室２１に向けて斜め上方に噴射される。このよう
な燃料噴霧によって生じた火炎は図４に示すように主燃
焼室２１の外周側から中心側に向けて拡がり、中央部に
おいて大きな運動エネルギを伴って衝突する。すなわち
副燃焼室２２の入口部分の絞り通路２３によって運動エ
ネルギが与えられ、副燃焼室２２内において活発に燃焼
する。従って拡散燃焼後期でさらに燃焼が活発になり、
黒煙やパティキュレートの発生が抑制されることにな
る。

【００２５】このように本実施例に係る直噴型ディーゼ
ルエンジンにおいては、主燃焼室２１をシリンダヘッド
１５の下面のバルブポケット側に設け、燃料噴射ノズル
２０によって噴射された燃料の噴霧に伴う火炎が外周側
から中心に向って拡がるとともに、副燃焼室２２の入口
側の絞り通路２３の部分で衝突するようにした燃焼方式
をとるようにしている。従って直噴型ディーゼルエンジ
ンのとくに燃焼後期の拡散燃焼を燃焼室内の空気や燃焼
ガスの衝突によって活発化し、黒煙およびパティキュレ
ートの低減を図ることが可能になる。

【００２６】図５は変形例の直噴型ディーゼルエンジン
を示しており、ここでは燃料噴射ノズル２０によって両
側の主燃焼室２１に燃料を噴射するばかりでなく、ピス
トン１２の頂面に形成されている副燃焼室２２へも燃料
を直接噴射するようにしたものである。従ってこの場合
には、主燃焼室２１の外周側で生じた火炎と、副燃焼室
２２の内部で生じた火炎とがともに燃料噴射ノズル２０
の先端部に向って拡がり、絞り通路２３の入口部分にお
いてこれらが激しくぶつかり合うようになる。この結果
拡散燃焼後期でさらに燃焼が活発になり、より理想的な
燃焼が行なわれることになる。従って黒煙やパティキュ
レートの発生が一段と抑制されることになる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、シリンダの内部空間に臨むシ
リンダヘッドの表面であってバルブポケットに主燃焼室
を設け、燃料噴射ノズルによって主燃焼室に燃料を噴射
するようにし、しかもピストンの頂面に副燃焼室を設け
るようにし、この副燃焼室の入口部分を絞るようにした
ものである。従ってバルブポケットに形成された主燃焼
室において燃料噴射ノズルから噴射された燃料の噴霧が
自然着火されて膨張し、ピストンの頂面の全体を押圧す
ることによって出力を生ずるようになる。しかも火炎が
主燃焼室の外周側から中心側に向って拡がることによっ
て、中心部において燃焼ガスの衝突によって燃焼後期拡
散燃焼を活発に行なわせることが可能になり、黒煙やパ
ティキュレートの低減を図ることが可能になる。また主
燃焼室の外周側から中心側に向って拡がる火炎が副燃焼
室の絞られた入口部分で激しくぶつかり合うようにな
り、この部分で運動エネルギが与えられることになり、
拡散燃焼後期にさらに燃焼が活発になって黒煙やパティ
キュレートの発生を抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る直噴型ディーゼルエン
ジンの要部縦断面図である。

【図２】燃料噴射ノズルの構造を示す縦断面図である。

【図３】燃料噴射ポンプの要部の斜視図である。

【図４】エンジンの内部構造を示す要部拡大断面図であ
る。

【図５】変形例のエンジンの要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１０ シリンダブロック １１ シリンダ １２ ピストン １３ ピストンピン １４ コンロッド １５ シリンダヘッド １６ 吸気ポート １７ 排気ポート １８ 吸気バルブ １９ 排気バルブ ２０ 燃料噴射ノズル ２１ 主燃焼室 ２２ 副燃焼室 ２３ 絞り通路 ２４ 噴射管 ２５ 燃料噴射ポンプ ２６ ポンプユニット ２７ メカニカルガバナ ２８ コントロールラック ２９ カムシャフト ３０ カム ３１ タイマ ３４ ノズル本体 ３５ 噴口 ３６ リテーナ ３７ ノズルホルダ ３８ ノズルニードル ３９ 押圧ロッド ４０ ばね ４１ バルブシート ４２、４３ 燃料通路 ４４ ばね受け ４５ 調整ねじ ４６ 雌ねじ ４７ キャップ ４８ 突部 ４９ 雄ねじ ５０ 接続用ナット ５１ 燃料だめ ５４ プランジャ ５５ タペット ５６ コイルばね ５７ バレル ５８ スピルポート ５９ 傾斜溝 ６０ ピニオン ６１ コントロールスリーブ ６２ 切欠き ６３ 係合板 ６４ デリベリバルブ ６５ ケーシング ６６ バルブシート ６７ コイルばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 孝幸 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車工業株式会社内 (72)発明者 藤井 恒介 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車工業株式会社内 (72)発明者 遠藤 真 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射ノズルによってシリンダ内に燃
   料を噴射し、自然着火によって燃焼させるようにした直
   噴型ディーゼルエンジンにおいて、 シリンダの内部空間に臨むシリンダヘッドの表面であっ
   てバルブポケットに主燃焼室を設け、前記燃料噴射ノズ
   ルによって前記主燃焼室に燃料を噴射するようにし、 しかもピストンの頂面に副燃焼室を設け、前記副燃焼室
   の入口部分を絞るようにしたことを特徴とする直噴型デ
   ィーゼルエンジン。