JPH0768903B2 - 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室

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JPH0768903B2
JPH0768903B2 JP4065849A JP6584992A JPH0768903B2 JP H0768903 B2 JPH0768903 B2 JP H0768903B2 JP 4065849 A JP4065849 A JP 4065849A JP 6584992 A JP6584992 A JP 6584992A JP H0768903 B2 JPH0768903 B2 JP H0768903B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スモークおよびNOX
の大幅な低減を図るための直接噴射式ディーゼル機関の
燃焼室に関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼル機関において、NOX の生成
を抑えかつスモークの生成を抑えるには、燃焼室壁面ま
での混合気形成を抑え、つまり噴霧を乱さず理論混合比
に近い混合気を少なくし、濃混合気の状態で燃焼させ
(予混合燃焼の抑制によるNOXの低減)、その後、燃
焼室壁面に衝突した噴霧火炎への空気の混合速度を増大
させること(拡散燃焼の活発化によるスモークの低減)
が重要である。
【0003】この燃焼方式に最も近い方式が、図4に示
す予燃焼室式ディーゼル機関である。1はピストン、2
はピストンリング、3はシリンダライナー、4はガスケ
ット、5はシリンダヘッド、6は燃料噴射弁、7は噴口
を示し、燃料噴射弁6と噴口7との間には予燃焼室8が
形成され、ピストン1とシリンダヘッドの間には主燃焼
室9が形成され、予燃焼室8内で濃混合気の状態で燃焼
させ、主燃焼室9内で希薄混合気状態で燃焼させる方式
である。しかし、この方式は、予燃焼室8での燃焼速度
が遅く、また、予燃焼室8から燃焼ガスが噴出するとき
の絞り損失および予燃焼室8からの冷却損失が大きいた
め燃費が悪化し、さらに、熱負荷が高いため過給には適
さないので、現在では大型車用としては殆ど採用されて
いない。一方、直接噴射式は、予燃焼室式に比べ燃費が
良いが上記のような燃焼を実現することは非常に困難で
ある。これらを解決するために、予燃焼室をベースとし
て直接噴射式と予燃焼室式の間をねらった構造として、
主燃焼室と副室との間に開閉弁を設ける方式(特開昭6
3−106321号公報)や、ピストン頭部に突出ピン
を設け上死点近くで予燃焼室の噴口を絞る方式(内燃機
関19巻241号第32頁)や、主燃焼室と副室の両方
に燃料噴射弁を設ける方式(特開昭63−219831
号公報)等が提案されているが、いずれも装置が複雑で
あり満足する性能が得られず実用化には至っていない。
【0004】ところで直接噴射式ディーゼル機関におい
ては、スモークおよびNOX の低減に向けて排気ガス再
循環法(EGR)や燃焼方式の改善等において種々の提
案が行われている。このうちEGRには、燃費の悪化、
スモークの増大、排ガスによるEGR装置の腐食、或い
は機能低下等、耐久性および信頼性の問題がある。
【0005】また、燃焼方式の観点から見れば、現在広
く用いられている低圧噴射の場合、噴霧はノズル近傍で
着火した後、全体が火炎に包まれながら進行し、この
時、噴霧は、空気と同時に自己の生成した既燃ガスを巻
き込みながら燃焼するので、噴霧中心部において高温
部、酸素不足部が形成されスモークの生成要因となり、
既燃ガスの巻き込みはマイナス要因として働くと言われ
ている。このためスモークを低減するには、燃料と空気
を迅速に混合する必要があり、スワール、スキッシュ等
により空気利用率を向上する方法が採られているが、こ
れでは着火遅れの間の燃料、空気混合速度も増大するた
め、予混合燃焼の増加により燃焼初期の熱発生率が増大
し、NOX の増大を招くという相反する問題を有してお
り、これがスモークとNOX の同時低減を困難にしてい
る。
【0006】上記問題を解決するために、高圧噴射(1
000kg/cm2 以上)、小噴口径ノズル、浅皿燃焼
室および低スワールを組合せる方式が提案されている。
これを図5により説明すると、1はピストン、2はピス
トンリング、3はシリンダライナー、4はガスケット、
5はシリンダヘッド、6はノズル7を有する燃料噴射弁
を示し、ピストン1の頂部には燃焼室9が形成されてい
る。ピストン1が上昇し上死点付近に達したとき、ノズ
ル7から噴射された燃料の噴霧Fは、壁面10近傍で一
気に着火した後、火炎Hは燃焼室9中心に向かって膨張
するが、噴射の終了まで燃焼室中心部は不燃域として残
る。すなわち、噴霧Fは壁面10に到達するまで燃焼室
9中心に近い不燃域側で十分に新気Aを巻き込みながら
進行し、壁面10側では既燃ガスを導入しながら壁面1
0に衝突する二段の燃焼経路をたどる。高圧噴射の場
合、噴射時期を大幅に遅らせても火がつくため噴射時期
遅延との組み合わせで、低圧噴射と比較してスモークお
よびNOX の同時低減を図ることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高圧噴
射は低圧噴射と比較して、噴霧の持つエネルギーが大き
いため、火炎Hは噴射エネルギーにより燃焼室9の中心
に向かって広がるのが抑制される。従って、噴霧Fはノ
ズル7側で常に新気Aを導入しながら燃焼するので、拡
散燃焼が活発化しスモークは大幅に低減するが、着火ま
での空気の導入量が多く既燃ガスの巻き込みが少ないた
め、前述したように壁面近傍で一気に着火し初期燃焼が
増加し、同一噴射タイミングで比較するとどうしてもN
X の発生量が多くなるという問題を有している。
【0008】本発明は、上記問題を解決するものであっ
て、従来の単純な浅皿燃焼室の構造を改善するだけで、
スモーク及びNOX を同時にかつ大幅に低減させること
ができる直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】そのために本発明の直接
噴射式ディーゼル機関の燃焼室は、シリンダヘッド5に
設けられる燃料噴射弁6と、燃料噴射弁6のノズル7に
形成される複数の噴口と、ピストン1の上部に形成され
る外周平坦部1aと、外周平坦部1aの内側に形成され
る燃焼室9と、燃焼室9の底面1bに、ノズル7の噴口
からの燃料噴射方向に沿って形成される溝部10と、溝
部10とピストン1の外周平坦部1aとを連通する貫通
口12とを備えることを特徴とする。なお、上記構成に
付加した番号は、理解を容易にするために図面と対比さ
せるためのもので、これにより本発明の構成が何ら限定
されるものではない。
【0010】
【作用】本発明においては、着火迄の混合気形成をでき
るだけ抑え、濃混合気の状態で燃焼させることにより、
予混合燃焼の抑制によるNOX の低減を図り、その後、
空気導入を増加させることにより、拡散燃焼の活発化に
よるスモークの低減を図る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図1は、本発明の直接噴射式ディーゼル機関の
燃焼室の1実施例を示し、図Aはピストンの平面図、図
Bは図AのY−Y線に沿って矢印方向に見た断面図、図
Cおよび図Dは図AのX−X線に沿って矢印方向に見た
断面図であり、図Cはピストンが上死点での噴射直後の
状態を、図Dはピストンが下降した状態を示している。
【0012】1はピストン、2はピストンリング、3は
シリンダライナー、4はガスケット、5はシリンダヘッ
ド、6はノズル7を有する燃料噴射弁、9は燃焼室を示
している。ノズル7には、燃料を噴射する6つの噴口が
設けられている。なお、ノズル7の噴口の数は図の実施
例に限定されるものではなく適宜、変更が可能である。
【0013】ピストン1の上部には、外周平坦部1aが
形成され、その内側に皿形状の燃焼室9が形成される。
燃焼室9の底面1bは中心部から外周にいくに従い深く
なるように形成される。燃焼室9の底面1bには、底面
1bの傾斜に沿って中心部から径方向に溝部10が形成
される。この溝部10は、ノズル7の噴口からの燃料噴
射方向に沿って形成されるとともに、溝部10の先端に
はピストン1の外周平坦部1aの下部まで延設される円
口11が切削され、さらに、この円口11とピストン1
の外周平坦部1aとを連通させる貫通口12が切削され
る。
【0014】上記構成からなる本発明の作用について説
明する。前述したように、着火迄の混合気形成をできる
だけ抑え、濃混合気の状態で燃焼させることにより予混
合燃焼の抑制によるNOX の低減を図り、その後、空気
導入を増加させることにより拡散燃焼の活発化によるス
モークの低減を図ることが望ましい。本発明は以下の理
由によりこれを実現することができる。
【0015】ピストン1の上死点直前あるいは上死点
後、燃料は、ノズル7の噴口から燃焼室9に向けて噴射
される。このとき、噴霧は、燃焼室9の底面1bに形成
された溝部10に沿ってのみ噴射されるため、燃焼初期
における噴霧への空気導入が抑えられる。燃料噴霧の一
部は、燃焼室9の壁面に衝突し着火し、また一部の燃料
噴霧は、溝部10の先端に形成された円口11から貫通
口12を通ってシリンダヘッド5側に噴き出し、濃混合
気状態で燃焼し予混合燃焼割合が減少するため、NOX
の発生が抑制される。ピストン1が下降するに伴い、噴
霧は溝部10より上方に噴射されるため、空気導入が促
進され拡散燃焼が活発となりスモークが低減する。
【0016】図2および図3は、本発明の直接噴射式デ
ィーゼル機関の燃焼室の他の実施例を示し、それぞれ図
Aはピストンの平面図、図Bは図AのX−X線に沿って
矢印方向に見た断面図である。なお、図1の実施例と同
一の構成および作用については同一番号を付けて説明を
省略する。
【0017】図2の実施例においては、円口11および
貫通口12を、図1の実施例のような切削加工ではな
く、中子を使って鋳造により形成している。
【0018】図3の実施例においては、図2の実施例に
さらに、貫通口12の底部すなわち円口11と貫通口1
2の交点の部分に環状通路13を形成している。これに
より、既燃ガスの一部が環状通路13内に溜まり、吸入
行程においてこの既燃ガスがシリンダ内に放出されるた
め、内部EGR作用により効果的にNOX の低減を図る
ことができる。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、ピストンの上部に形成される外周平坦部と、該
外周平坦部の内側に形成される燃焼室と、該燃焼室の底
面に、ノズルの噴口からの燃料噴射方向に沿って形成さ
れる溝部と、該溝部と前記ピストンの外周平坦部とを連
通する貫通口とを備える構成のため、従来の単純な浅皿
燃焼室の構造を改善するだけで、スモーク及びNOX
同時にかつ大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室の
1実施例を示し、図Aはピストンの平面図、図Bは図A
のY−Y線に沿って矢印方向に見た断面図、図Cおよび
図Dは図AのX−X線に沿って矢印方向に見た断面図で
あり、図Cはピストンが上死点での噴射直後の状態を、
図Dはピストンが下降した状態を示している。
【図2】本発明の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室の
他の実施例を示し、図Aはピストンの平面図、図Bは図
AのX−X線に沿って矢印方向に見た断面図
【図3】本発明の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室の
他の実施例を示し、図Aはピストンの平面図、図Bは図
AのX−X線に沿って矢印方向に見た断面図
【図4】従来の予燃焼室式ディーゼル機関の例を示す断
面図
【図5】従来の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室の例
を示し、図Aは断面図、図Bは平面図
【符号の説明】
1…ピストン、1a…外周平坦部、1b…底面、5…シ
リンダヘッド 6…燃料噴射弁、7…ノズル、9…燃焼室、10…溝
部、12…貫通口 13…環状通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻村欽司 茨城県つくば市苅間2530番地 財団法人 日本自動車研究所内 株式会社 新燃焼シ ステム研究所内 (56)参考文献 特開 平3−179127(JP,A) 特開 平5−106441(JP,A) 特開 昭63−106321(JP,A) 実開 昭51−139801(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダヘッドに設けられる燃料噴射弁
    と、燃料噴射弁のノズルに形成される複数の噴口と、ピ
    ストンの上部に形成される外周平坦部と、該外周平坦部
    の内側に形成される燃焼室と、該燃焼室の底面に、前記
    ノズルの噴口からの燃料噴射方向に沿って形成される溝
    部と、該溝部と前記ピストンの外周平坦部とを連通する
    貫通孔とを備えることを特徴とする直接噴射式ディーゼ
    ル機関の燃焼室。
  2. 【請求項2】前記貫通孔の底部を連通させる環状通路を
    設けることを特徴とする請求項1に記載の直接噴射式デ
    ィーゼル機関の燃焼室。
JP4065849A 1992-03-24 1992-03-24 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室 Expired - Lifetime JPH0768903B2 (ja)

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JPH05272338A JPH05272338A (ja) 1993-10-19
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US9909549B2 (en) 2014-10-01 2018-03-06 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Ducted fuel injection
US10161626B2 (en) 2015-07-01 2018-12-25 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Ducted fuel injection
US10138855B2 (en) 2015-07-01 2018-11-27 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Ducted fuel injection with ignition assist
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