JPH05296047A - 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
の拡散燃焼を活発化し、黒煙およびパティキュレートの
低減を図るとともに、窒素酸化物の発生をも抑えるよう
にすることを目的とする。 ［構成］ シリンダヘッド１５の下面であってバルブポ
ケット側に主燃焼室を形成するとともに、ピストン１２
の頂面に容量の小さな副燃焼室２２を形成し、しかもこ
の副燃焼室２２の入口部分を絞り通路２３から構成す
る。そして副燃焼室２２へ向けて燃料噴射ノズル２０に
よって燃料を噴射する。

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】本発明は、燃料噴射ノズ
ルによって燃料を噴射し、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ように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形成するとともに、ピス
トンの頂面に副燃焼室を形成し、しかも該副燃焼室の入
口を絞るようにし、前記燃料噴射ノズルによって前記副
燃焼室に燃料を噴射す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】燃料噴射ノズルによってピストンの頂面に形成
されている副燃焼室に燃料が噴射される。このような燃
料の噴霧によって生じた火炎は、副燃焼室の入口によっ
て絞られて運動エネルギが与えられ、シリンダの内部空
間に臨むようにシリンダヘッドの表面であってバルブポ
ケットに形成されている主燃焼室内に激しく拡散しなが
ら拡がるようになる。

【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１１内に燃料を噴射するよ
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。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。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はこの副
燃焼室２２に向けて燃料を噴射するようにしている。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に示すピストン１２の頂面に形成されてい
る副燃焼室２２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１２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１
７を通して排気ガスが排出されるようになる。

【００２３】とくにこの直噴型ディーゼルエンジンにお
いては、シリンダヘッド１５の吸気バルブ１８および排
気バルブ１９の下側のバルブポケット側に主燃焼室２１
が設けられている。これらの主燃焼室２１は絞り通路２
３を介してピストン１２の頂面に形成されている容量の
小さな副燃焼室２２と連通されるようになっている。し
かも燃料噴射ノズル２０による燃料は、図４に示すよう
に、ピストン１２の頂面の副燃焼室２２に噴射されるよ
うになっている。

【００２４】副燃焼室２２内に噴射された燃料は燃焼し
ながら膨張し、図５に示すように絞り通路２３によって
絞られて運動エネルギが付与され、主燃焼室２１内に噴
流となって拡散するように噴出する。従って主燃焼室２
１においては大きな乱れが生じ、このために燃焼後期の
拡散燃焼が活発になる。このような活発な拡散燃焼によ
って、黒煙やパティキュレートの発生が抑制され、排ガ
ス改善が行なわれる。

【００２５】しかも燃料噴射ノズル２０による燃料の噴
霧は、容量の小さな副燃焼室２２内に噴射されるように
なっており、酸素不足の状態で初期の燃焼が行なわれ
る。このことは初期の燃焼を抑えるようになり、急激な
温度および圧力の上昇を防止し、初期の燃焼を緩慢なも
のにする。従って燃焼の初期の高温による窒素酸化物の
発生が抑えられるようになり、窒素酸化物の低減が容易
に達成されることになる。

【００２６】このように本実施例に係る直噴型ディーゼ
ルエンジンは、シリンダヘッド１５の下面であってバル
ブポケット側に主燃焼室２１を設けるとともに、ピスト
ン１２の頂面に副燃焼室２２を設け、しかもその入口部
分を絞り通路２３から構成するようにしたものである。
従ってとくに燃焼後期の拡散燃焼を副燃焼室２２からの
火炎の噴流によって活発化し、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。同時に容量の小さ
な副燃焼室２２によって初期の燃焼を行なわせることに
より、初期の燃焼を酸素不足の状態で行なわせるように
し、これによって窒素酸化物の低減を図ることが可能に
なる。従って厳しい規制の直噴型ディーゼルエンジンの
排ガス対策が容易になる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明は、シリンダの内部
空間に臨むように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形成するとともに、ピストンの頂
面に副燃焼室を形成し、しかもこの副燃焼室の入口を絞
るようにし、燃料噴射ノズルによって副燃焼室に燃料を
噴射するようにしたものである。従って燃料噴射ノズル
によって噴射された燃料はまず副燃焼室内で燃焼して火
炎を生じ、この火炎が副燃焼室の入口部分で運動エネル
ギを付与されて主燃焼室内に激しく拡散し、燃焼後期の
拡散燃焼を活発化することが可能になる。これによって
黒煙およびパティキュレートの低減が図られる。しかも
初期の燃焼を容量の小さな副燃焼室内で行なうことによ
って、酸素不足の状態での初期の燃焼を行なうことが可
能になり、これによって初期の燃焼が緩慢になる。従っ
て燃焼の初期に急激に圧力および温度が上昇することが
抑制され、窒素酸化物の発生が抑えられるようになる。

【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】火炎の拡散を示す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 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ように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形成するととも
   に、 ピストンの頂面に副燃焼室を形成し、しかも該副燃焼室
   の入口を絞るようにし、 前記燃料噴射ノズルによって前記副燃焼室に燃料を噴射
   す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。