JPH08226332A

JPH08226332A - 直噴式ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JPH08226332A
Application number: JP7030766A
Authority: JP
Inventors: Yukio Matsui; 幸雄松井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-02-20
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】直噴式ディーゼルエンジンの排気エミッショ
ンを改善する。【構成】低速低負荷域で中速中負荷域よりＥＧＲ率を
高め、かつ燃料噴射時期を遅らせる燃焼制御手段を備え
る直噴式ディーゼルエンジンにおいて、ピストン１５
の頂部に画成されるピストン燃焼室１６を備え、ピスト
ン燃焼室１６の中央部に臨んで燃料を噴射する噴射ノズ
ル１７を備え、噴射ノズル１７からピストン燃焼室１６
に噴射される燃料噴霧の形態を面状にする手段を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直噴式ディーゼルエン
ジンの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス中の有害成分であるＮＯｘの発
生を抑制するために、吸気管に不活性の排出ガスを再循
環させる、いわゆるＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓ
Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が周知である。この
ＥＧＲ装置では、ＥＧＲ通路（排出ガスの一部を吸気管
に戻すための通路）にＥＧＲ弁を装着しておき、ＥＧＲ
の必要な領域でＥＧＲ弁を開いて一定量の排出ガス（Ｅ
ＧＲガス）を吸入空気に混合させることにより燃焼時の
最高温度を下げるのである。

【０００３】ところで、ＥＧＲ率（＝（ＥＧＲ量／新気
量）×１００）［％］が大きくなると、スモークの排出
濃度が増す。このため、特開昭６０−１６２０１８号公
報では、ＥＧＲ率が大きくなるのに合わせてスワールを
強化している。

【０００４】これは、ＥＧＲ率が大きくなると、スワー
ルを強くして燃焼時の空気と燃料のミキシングを改善す
ることで、スモーク排出量を低減しようというのであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置では、ＥＧＲ率を大幅に高くしたときのスモーク排
出量を抑えるためにスワールを過剰に強くすると、吸気
抵抗が増加して燃費を増大させるとともに、吸入空気量
の不足によってスモーク排出量が増大する。

【０００６】また、スモーク排出量を低減する対策とし
て、ピストンの燃焼室に噴射ノズルから噴射される燃料
噴霧を衝突させる突起部を形成して、燃料と空気の混合
を促進するものがあった(実開昭５８−５１２０４号公
報、実開昭６２−１２２１２７号公報、参照)。

【０００７】しかし、低速低負荷域において着火遅れ期
間が十分に得られないと、燃料噴射圧の低下に伴って、
噴射ノズルから噴射される燃料噴霧と空気の混合が十分
に行われず、スモーク排出量が増えるという問題点があ
る。

【０００８】本発明は上記の問題点を解消し、直噴式デ
ィーゼルエンジンの排気エミッションを改善することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の直噴式
ディーゼルエンジンは、低速低負荷域で中速中負荷域よ
りＥＧＲ率を高め、かつ燃料噴射時期を遅らせる燃焼制
御手段を備える直噴式ディーゼルエンジンにおいて、ピ
ストンの頂部に画成される燃焼室を備え、燃焼室の中央
部に臨んで燃料を噴射する噴射ノズルを備え、噴射ノズ
ルから燃焼室に噴射される燃料噴霧の形態を面状にする
手段を備える。

【００１０】請求項２に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１に記載の発明において、噴射ノズルに燃
料を噴射する噴口を形成し、噴射ノズルの内部に噴口を
開閉するニードルを介装し、ニードルの先端から噴口を
貫通するスプレーピンを突出させ、スプレーピンの途中
からその先端にかけて次第に拡径する傘部を形成する。

【００１１】請求項３に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１に記載の発明において、ピストンの頂部
に画成される燃焼室の底面から噴射ノズルに対向して隆
起する衝突台を備え、衝突台に噴射ノズルから噴射され
る燃料噴霧を反射させる案内面を形成する。

【００１２】請求項４に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１に記載の発明において、シリンダヘッド
に噴射ノズルに対向する衝突台を支柱を介して吊り下
げ、衝突台に噴射ノズルから噴射される燃料噴霧を反射
させる案内面を形成する。

【００１３】請求項５に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１から４のいずれか一つに記載の発明にお
いて、低速低負荷域に燃料噴射時期を上死点より遅らせ
る燃焼制御手段を備える。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の直噴式ディーゼルエンジンに
おいて、噴射ノズルから噴射される燃料は、微粒化、蒸
発、空気との混合を経て燃焼に至る。

【００１５】噴射ノズルは燃料噴霧の形態を面状にする
構造のため、開口径の小さい噴口を複数備える噴射ノズ
ルに比べて、燃料の噴射速度を高めることが難しい。

【００１６】低速低負荷域にＥＧＲ率を低くし、かつ燃
料噴射時期を上死点より進める燃焼制御が行われる場
合、着火遅れ期間が短いため、低速低負荷域における燃
料噴射圧の低下に伴って、噴射ノズルから面状に噴射さ
れる燃料噴霧の貫徹力が不足する。

【００１７】これに対して本発明は、低速低負荷域で中
速中負荷域よりＥＧＲ率を高め、かつ燃料噴射時期を遅
らせる燃焼制御を行う構成により、低速低負荷域では緩
やかな燃焼となって、着火遅れ期間が長くなるため、低
速低負荷域に燃料噴射圧が低下しても、噴射ノズルから
面状に噴射される燃料噴霧の貫徹力は十分に確保され
る。

【００１８】このため、低速低負荷域でも、噴射ノズル
から噴射される燃料噴霧は、長い着火遅れ期間中に燃焼
室の広い範囲に渡って到達するため、燃焼室に生起され
るスワールの勢力を弱めることが可能となる。スワール
の勢力を弱めることにより、吸気抵抗を減らして燃費を
低減するとともに、吸入空気量の不足によって排気微粒
子量が増大することを防止できる。

【００１９】請求項２に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいて、噴射ノズル内に圧送される燃料は、ニード
ルが噴射ノズルの噴口を開くのに伴って、噴口とスプレ
ーピンの間に画成された流路から燃焼室へと噴出する。
噴口から燃焼室へと噴出する燃料は、スプレーピンの先
端で拡径した傘部に衝突することにより、円錐面状の噴
霧形態となって燃焼室に広がる。

【００２０】低速低負荷域で中速中負荷域よりＥＧＲ率
を高め、かつ燃料噴射時期を遅らせる燃焼制御を行い、
着火遅れ期間が長くすることにより、噴射ノズルから円
錐面状に噴射される燃料噴霧の貫徹力は十分に確保され
る。

【００２１】請求項３に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいて、噴射ノズルから燃焼室へと噴出する燃料
は、ピストンの燃焼室底面から隆起した衝突台の案内面
に反射して面状の噴霧形態となって燃焼室に広がる。

【００２２】低速低負荷域で中速中負荷域よりＥＧＲ率
を高め、かつ燃料噴射時期を遅らせる燃焼制御を行い、
着火遅れ期間が長くすることにより、衝突台の案内面に
反射して面状に広がる燃料噴霧の貫徹力は十分に確保さ
れる。

【００２３】請求項４に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいて、噴射ノズルから燃焼室へと噴出する燃料
は、シリンダヘッドから吊り下げられた衝突台の案内面
に反射して面状の噴霧形態となって燃焼室に広がる。

【００２４】低速低負荷域で中速中負荷域よりＥＧＲ率
を高め、かつ燃料噴射時期を遅らせる燃焼制御を行い、
着火遅れ期間が長くすることにより、衝突台の案内面に
反射して面状に広がる燃料噴霧の貫徹力は十分に確保さ
れる。

【００２５】請求項５に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいて、低速低負荷域で中速中負荷域よりＥＧＲ率
を高め、かつ燃料噴射時期を上死点より遅らせる燃焼制
御を行う構成により、低速低負荷域では緩やかな燃焼と
なって、着火遅れ期間が長くなるため、低速低負荷域に
燃料噴射圧が低下しても、噴射ノズルから面状に噴射さ
れる燃料噴霧の貫徹力は十分に確保される。

【００２６】このため、低速低負荷域でも、噴射ノズル
から噴射される燃料噴霧は、長い着火遅れ期間中に燃焼
室の広い範囲に渡って到達するため、燃焼室に生起され
るスワールの勢力を弱めることが可能となる。スワール
の勢力を弱めることにより、吸気抵抗を減らして燃費を
低減するとともに、吸入空気量の不足によって排気微粒
子量が増大することを防止できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００２８】図１において、２０は、燃料の噴射時期と
燃料の噴射量が電子制御される燃料噴射ポンプである。
燃料噴射ポンプ２０から圧送される燃料が、配管１８を
通って噴射ノズル１７に導かれる。

【００２９】２３は吸気通路、２５は排気通路、４１は
排気中のパーティキュレート等を捕集するフィルタ、４
２は排気音を低減する排気マフラである。

【００３０】２６は排気通路２５と吸気通路２３とを連
通するＥＧＲ通路、２７は制御負圧に応動するダイアフ
ラム式のＥＧＲ弁である。

【００３１】２８は負圧制御弁で、コントロールユニッ
ト３１からのデューティ信号に応じてバキュームポンプ
２９からの一定負圧を３段階に調整する。たとえば、負
圧調整弁２８へのＯＦＦデューティ（一定周期のＯＦＦ
時間割合）が最大値で一定負圧がそのままＥＧＲ弁２７
に導入されるときは、排出ガスの５０％が還流される。
これはＥＧＲ率（＝ＥＧＲ量／新気量×１００％）が１
００％に相当する。ＯＦＦデューティが段階的に小さく
なると、ＥＧＲ弁２７への制御負圧の減少によりＥＧＲ
弁開度が小さくなってＥＧＲ流量が少なくなる。つま
り、ＯＦＦデューティを小さくするごとにＥＧＲ率が６
０％、３０％と小さくなる。

【００３２】こうして得られる３段階のＥＧＲ率は、運
転条件に対して図５のように設定している。図におい
て、中速中負荷域と低速の全負荷域でＥＧＲ率は１００
％である。これに対して、高速高負荷域においては、燃
焼期間が長びいてスモークの発生を完全に抑えることが
できないため、さらには排気温度の上昇およびＥＧＲ流
量の増大で吸気温度が上昇し、ＥＧＲによるＮＯｘ低減
の効果が減少することなどのため、ＥＧＲ率を６０％、
３０％と段階的に減少させている。

【００３３】ＥＧＲ率をエンジンの運転条件に応じて制
御するため、マイコンからなるコントロールユニット３
１が設けられ、コントロールユニット３１では、アクセ
ル開度（アクセルペダル開度）を検出するセンサ、エア
クリーナ３５を介して吸気通路２３に取り入れられる吸
入空気量Ｑを検出するエアフローメータ３３からの信号
と、後述するリファレンスパルス、スケールパルスにも
とづいてＥＧＲ流量を段階的に制御する。

【００３４】エンジンの発生するトルクとエンジン回転
数に対して図５に示したＥＧＲ率（目標ＥＧＲ率）の特
性が得られるように、アクセル開度（エンジン負荷相当
量）Ａｃｃとエンジン回転数Ｎｅをパラメータとするマ
ップ（図示せず）を設定しておき、このマップをルック
アップして、そのときの目標ＥＧＲ率を求める。これと
エアフローメータ流量（新気量）とからＥＧＲ流量をＥＧＲ流量＝エアフローメータ流量×目標ＥＧＲ率により計算し、この流量のＥＧＲガスが流れるように負
圧制御弁２８へのＯＦＦデューティを決定するのであ
る。

【００３５】燃焼室１６に流入する吸気にスワールを生
起する手段として、図６と図７に示すように（図１には
図示せず）、いわゆるヘリカル型の吸気ポート４６（略
直線状の吸気路４６ａと吸気弁軸回りの渦巻状路４６ｂ
とで形成される）の渦巻状路４６ｂの近くに位置して回
転自在に設けられる回転ブレード４７と、このブレード
４７に連結させたリンク機構４９、このリンク機構４９
を駆動するアクチュエータからなり、ブレード４７の回
転位置でスワール比の調整が可能である。たとえば、図
６のブレード位置で高スワール比となり、ブレード４７
が図７の位置までくると低スワール比になる。この回転
ブレード方式はレスポンスも早く、広範囲でスワール制
御が可能である。そのため、スワール比に敏感に反応す
るＨＣの制御に適している。

【００３６】運転条件に対するスワール比の特性を図８
に示すと、低速になるほどスワール比を高くしている。
高速域では高スワール比に伴う体積効率の低下があらわ
になるし、噴射圧の高圧化による燃焼改善がスワールの
必要性を弱めることから、回転数が大きくなるほど段階
的にスワール比を減少させるのである。

【００３７】なお、可変スワール用のアクチュエータ
は、図示しないが２ステージスプリング付きのダイアフ
ラム式アクチュエータと、このアクチュエータに負圧源
からの一定負圧に大気を希釈することにより３段階に制
御負圧を作り出す負圧制御弁とから構成する。

【００３８】ところで、ＥＧＲ率を大きくするとＮＯｘ
濃度を低減できるものの、その一方でスモーク濃度が急
激に上昇する。この場合に、スワールを強化することに
よって拡散燃焼時のミキシングを向上させるだけの対策
だと、高ＥＧＲ率でのスモーク濃度が十分に低減されな
い。

【００３９】これに対処するため、コントロールユニッ
ト３１では、図８に示すマップに基づき、１／２負荷よ
りも低い低速低負荷域では、ＥＧＲ率を高め、スワール
比を高めるとともに、燃料噴射時期を上死点より遅らせ
る制御を行う。燃料噴射時期を上死点より遅らせること
により、拡散燃焼より予混合気燃焼の占める割合を大き
くし、ＮＯｘ濃度とスモーク濃度の両方を低減する。

【００４０】コントロールユニット３１では電磁弁１４
の開くタイミング（噴射時期相当量）を制御する。図１
０は燃料の噴射時期と噴射期間（噴射量）を制御するた
めのフローチャートで、一定周期で実行する。

【００４１】まず、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度
Ａｃｃ、冷却水温ＴＷおよび燃料温度ＴＦを読み込む
（ステップ１）。なお、エンジン回転数Ｎｅは、リファ
レンスパルス（噴射ポンプ２０の１回転当たり１個のパ
ルス）とスケールパルス（噴射ポンプ２０の１回転当た
り３６個のパルス）から計算する。冷却水温ＴＷと燃料
温度ＴＦは各センサ３４，３５で検出している。

【００４２】読み込まれたエンジン回転数Ｎｅとアクセ
ル開度Ａｃｃからは燃料の基本噴射時期Ｉｔｍと燃料の
基本噴射期間Ａｖｍの各マップをそれぞれルックアップ
して求める（ステップ２）。

【００４３】基本噴射時期Ｉｔｍのマップは、予め定め
られた噴射時期特性が得られるようにアクセル開度Ａｃ
ｃとエンジン回転数Ｎｅをパラメータとして定めたマッ
プ（図示せず）である。基本噴射期間Ａｖｍは、図１１
のようにアクセル開度Ａｃｃが大きくなるほど長くして
いる。

【００４４】一方、燃料温度ＴＦと冷却水温ＴＷからは
噴射時期補正量ΔＩｔｍを求め、これを基本噴射時期Ｉ
ｔｍに加算することによって燃料噴射時期を補正する
（ステップ３，４）。

【００４５】噴射時期補正量ΔＩｔｍは２つの補正量Δ
Ｉｔｍ₁、ΔＩｔｍ₂の和で、図１２が燃料温度補正量Δ
Ｉｔｍ₁の特性、図１３が水温補正量ΔＩｔｍ₂の特性で
ある。いずれの特性においても低温になるほど進角補正
量を大きくするのは、低温になるほど燃焼速度が遅くな
るからである。言い換えると温度補償を行うのである。

【００４６】こうして得た噴射時期ＩＴ（＝Ｉｔｍ＋Δ
Ｉｔｍ）と基本噴射期間Ａｖｍとは所定のアドレスに格
納する（ステップ５）。この噴射時期ＩＴで上記の電磁
弁１４が閉じられ、その閉弁タイミングより基本噴射期
間Ａｖｍが経過したタイミングで電磁弁１４が開かれる
のである。

【００４７】図１４は燃料噴射時期を上死点前にした場
合と上死点後にした場合のＥＧＲ率に対するＮＯｘとス
モークの各濃度特性を示し、上死点前の噴射時期（ＩＴ
＝−４ＡＴＤＣ）ではＥＧＲ率が高くなるのに伴い、Ｎ
Ｏｘ濃度は減少するもののスモーク濃度が急激なカーブ
で上昇している。

【００４８】これに対して、上死点後の噴射時期（ＩＴ
＝＋４ＡＴＤＣ）になると、スモーク濃度までが低下傾
向を示している。スモーク濃度がこのように減少するの
は、図中に示した熱発生パターンをみればわかるよう
に、噴射時期の極端な遅延と高ＥＧＲ率の組み合わせに
より、着火遅れ期間が大幅に長くなり、燃焼の大半が予
混合気燃焼になっているためと思われる。つまり、ＥＧ
Ｒ率があまり高くない場合に燃料噴射時期を上死点後ま
で遅らせたのでは、図１５に示したようにスモーク濃度
の上昇傾向を抑制することはできないのであるが、この
例では燃焼の大半が予混合気燃焼となるため、高ＥＧＲ
率の運転域でもスモーク濃度を大幅に低減できるのであ
る。

【００４９】図１４には上死点後のクランク角度が４度
の例で示しているが、予混合気燃焼と拡散燃焼の臨界点
はエンジンの機種により異なるので、上死点後何度にす
るかはエンジンごとのマッチングにより定めることにな
る。

【００５０】また、図１６に燃料消費率の特性を示す
と、この例での噴射時期の遅延により等容度は悪化する
ものの、その一方で燃焼温度の低下によって冷却損失が
大幅に低減するため、燃料噴射時期を遅延させるからと
いって燃料消費率が悪化することはない。なお、等容度
とは仕事変換効率を意味させており、仕事変換効率は仕事変換効率＝図示仕事／熱発生量＝図示効率／（１−
冷却損失）により定義される値のことである。

【００５１】この例では燃料温度や冷却水温が低くなる
ほど燃料噴射時期を進角補正することで温度補償を行
い、これによって低温時にも高温時と同じ着火時期が得
られる。

【００５２】図２において、１０はシリンダヘッド、１
１はシリンダ、１５はピストンである。ピストン１５の
頂部には円柱状の空間であるピストン燃焼室１６が開口
し、上死点の近傍にあるピストン１５の頂部とシリンダ
ヘッド１０の間に円盤状の空間であるクリアランス燃焼
室１４が画成される。

【００５３】シリンダヘッド１０にはピストン燃焼室１
６の中央部に臨む噴射ノズル１７が設けられる。

【００５４】図３に示すように、噴射ノズル１７の内部
には、ニードル９が介装される。噴射ノズル１７はニー
ドル９を着座させるシート面８と、シート面８の先端に
開口した噴口７を有する。シート面８はこれに接合する
ニードル９と同じく円錐面状に形成される。噴口７は円
柱状に形成され、ニードル９と同軸上配置される。

【００５５】ニードル９は図示しないリターンスプリン
グを介してシート面８に押し付けられており、燃料噴射
ポンプ２０から噴射ノズル１７に送られる燃料の圧力が
上昇するのに伴ってニードル９がシート面８からリフト
し、噴口７から燃料を噴射するようになっている。

【００５６】燃料噴霧の形態を面状にする手段して、ニ
ードル９の先端には噴口７を貫通したスプレーピン６が
形成される。スプレーピン６は噴口７から突出した部位
から先端にかけて次第に拡径した傘部５を有する。傘部
５の先端は中心角θを持つ円錐面に沿った曲面に形成さ
れる。

【００５７】スプレーピン６は噴口７から噴射される燃
料をそのかさぶ５に衝突させて、噴射ノズル１７から燃
焼室１６に噴射される燃料噴霧の形態を、図１、図４に
それぞれ示すように、円錐面状（傘状）にする。

【００５８】燃料噴霧の広がり角度は、傘部５の先端の
中心角θとほぼ等しい。傘部５の先端の中心角θを任意
に設定し、燃料の噴射方向が、図２に示すようにピスト
ン１５が上死点付近にあるとき、ピストン燃焼室１６の
側壁部１９に向けられるようにする。

【００５９】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００６０】噴射ノズル１７から噴射される燃料は、微
粒化、蒸発、空気との混合を経て燃焼に至る。

【００６１】しかし、噴射ノズル１７の噴口７はスプレ
ーピン６との間に環状の流路を画成する構造のため、開
口径の小さい噴口を複数備える従来の噴射ノズルに比べ
て、燃料の噴射速度を高めることが難しい。

【００６２】そのため、低速低負荷域で中速中負荷域よ
りＥＧＲ率を高め、かつ燃料噴射時期を上死点より遅ら
せる燃焼制御を行わない場合、着火遅れ期間が短いた
め、低速低負荷域における燃料噴射圧の低下に伴って、
噴射ノズル１７から噴射される燃料噴霧の貫徹力が不足
する。このため、噴射ノズル１７から噴射される燃料噴
霧は、ピストン燃焼室１６の側壁部１９まで広がること
ができず、ピストン燃焼室１６の側壁部１９の付近の空
気が利用されにくいという問題点が考えられる。

【００６３】これに対して本発明は、低速低負荷域で中
速中負荷域よりＥＧＲ率を高め、かつ燃料噴射時期を上
死点より遅らせる燃焼制御を行う構成により、低速低負
荷域における燃焼が緩やかに行われて、着火遅れ期間が
長くなるため、低速低負荷域に燃料噴射圧が低下して
も、噴射ノズル１７の噴口７とスプレーピン６の間から
円錐面状に噴射される燃料噴霧の貫徹力は十分に確保さ
れる。

【００６４】このため、低速低負荷域でも、噴射ノズル
１７から噴射される燃料噴霧は、長い着火遅れ期間中に
ピストン燃焼室１６の側壁部１９まで広がり、ピストン
燃焼室１６における側壁部１９の付近にある空気を取り
込んで燃焼する。

【００６５】このように噴射ノズル１７から面状に噴射
される燃料噴霧は、ピストン燃焼室１６の広い範囲に渡
って到達するため、ピストン燃焼室１６に生起されるス
ワールの勢力を弱めることが可能となる。スワールの勢
力を弱めることにより、吸気抵抗を減らして燃費を低減
するとともに、吸入空気量の不足によって排気微粒子量
が増大することを防止できる。

【００６６】次に、図１７に示す他の実施例について説
明する。なお、図２等との対応部分には同一符号を用い
て説明する。

【００６７】燃料噴霧の形態を面状にする手段して、ピ
ストン１５には、ピストン燃焼室１６の底面１２の中央
部から円柱状に隆起する衝突台３２が形成される。

【００６８】衝突台３２は噴射ノズル１７の噴口に対向
する案内面３６がシリンダ軸と直交する平面状に形成さ
れる。

【００６９】この場合、ピストン１５が上死点付近にあ
るとき、噴射ノズル１７からピストン燃焼室１６に噴射
された燃料は、図のように衝突台３２の案内面３６に反
射して、ピストン燃焼室１６の側壁部１９に向けて円盤
状に広がる。

【００７０】低速低負荷域で中速中負荷域よりＥＧＲ率
を高め、かつ燃料噴射時期を上死点より遅らせる燃焼制
御を行い、着火遅れ期間を長くすることにより、低速低
負荷域に燃料噴射圧が低下しても、衝突台３２に反射し
て円盤状に広がる燃料噴霧の貫徹力は十分に確保され
る。

【００７１】このため、低速低負荷域でも、衝突台３２
に反射して円盤状に広がる燃料噴霧は、長い着火遅れ期
間中にピストン燃焼室１６の側壁部１９まで広がり、ピ
ストン燃焼室１６において側壁部１９の付近にある空気
を取り込んで燃焼する。この結果、ピストン燃焼室１６
に生起されるスワールの勢力を弱めることが可能とな
る。

【００７２】次に、図１８に示す他の実施例について説
明する。なお、図２等との対応部分には同一符号を用い
て説明する。

【００７３】燃料噴霧の形態を面状にする手段して、シ
リンダヘッド１０には衝突台３７が支柱３９を介して吊
り下げるようにして取付けられる。

【００７４】衝突台３７は噴射ノズル１７の噴口に対向
する案内面３８を有する。衝突台３７の案内面３８はシ
リンダ軸と直交する平面状に形成される。

【００７５】この場合、噴射ノズル１７から噴射された
燃料は、図のように衝突台３７の案内面３８に反射し
て、ピストン燃焼室１６の側壁部１９に向けて円盤状に
広がる。

【００７６】低速低負荷域で中速中負荷域よりＥＧＲ率
を高め、かつ燃料噴射時期を上死点より遅らせる燃焼制
御を行い、着火遅れ期間を長くすることにより、低速低
負荷域に燃料噴射圧が低下しても、衝突台３７に反射し
て円盤状に広がる燃料噴霧の貫徹力は十分に確保され
る。

【００７７】このため、低速低負荷域でも、衝突台３７
に反射して円盤状に広がる燃料噴霧は、長い着火遅れ期
間中にピストン燃焼室１６の側壁部１９まで広がり、ピ
ストン燃焼室１６において側壁部１９の付近にある空気
を取り込んで燃焼する。この結果、ピストン燃焼室１６
に生起されるスワールの勢力を弱めることが可能とな
る。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の直
噴式ディーゼルエンジンは、低速低負荷域で中速中負荷
域よりＥＧＲ率を高め、かつ燃料噴射時期を遅らせる燃
焼制御手段を備える直噴式ディーゼルエンジンにおい
て、ピストンの頂部に画成される燃焼室を備え、燃焼室
の中央部に臨んで燃料を噴射する噴射ノズルを備え、噴
射ノズルから燃焼室に噴射される燃料噴霧の形態を面状
にする手段を備えたため、低速低負荷域でも、噴射ノズ
ルから噴射される燃料噴霧は、長い着火遅れ期間中に燃
焼室の広い範囲に渡って到達するため、燃焼室に生起さ
れるスワールの勢力を弱めて、燃費を低減するととも
に、排気エミッションを改善することができる。

【００７９】請求項２に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１に記載の発明において、噴射ノズルに燃
料を噴射する噴口を形成し、噴射ノズルの内部に噴口を
開閉するニードルを介装し、ニードルの先端から噴口を
貫通するスプレーピンを突出させ、スプレーピンの途中
からその先端にかけて次第に拡径する傘部を形成したた
め、噴口から燃焼室へと噴出する燃料は、スプレーピン
の先端で拡径した傘部に衝突することにより、円錐面状
の噴霧形態となって燃焼室に広がり、長い着火遅れ期間
中に燃焼室の広い範囲に渡って到達して、排気エミッシ
ョンを改善することができる。

【００８０】請求項３に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１に記載の発明において、ピストンの頂部
に画成される燃焼室の底面から噴射ノズルに対向して隆
起する衝突台を備え、衝突台に噴射ノズルから噴射され
る燃料噴霧を反射させる案内面を形成したため、噴射ノ
ズルから燃焼室へと噴出する燃料は、ピストンの燃焼室
底面から隆起した衝突台の案内面に反射して面状の噴霧
形態となって燃焼室に広がり、長い着火遅れ期間中に燃
焼室の広い範囲に渡って到達して、排気エミッションを
改善することができる。

【００８１】請求項４に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１に記載の発明において、シリンダヘッド
に噴射ノズルに対向する衝突台を支柱を介して吊り下
げ、衝突台に噴射ノズルから噴射される燃料噴霧を反射
させる案内面を形成したため、噴射ノズルから燃焼室へ
と噴出する燃料は、シリンダヘッドから吊り下げられた
衝突台の案内面に反射して面状の噴霧形態となって燃焼
室に広がり、長い着火遅れ期間中に燃焼室の広い範囲に
渡って到達して、排気エミッションを改善することがで
きる。

【００８２】請求項５に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、低速低負荷域に燃料噴射時期を上死点より遅らせ
る燃焼制御を行う構成により、低速低負荷域では緩やか
な燃焼となって、着火遅れ期間が長くなるため、低速低
負荷域に燃料噴射圧が低下しても、噴射ノズルから面状
に噴射される燃料噴霧の貫徹力は十分に確保され、排気
エミッションを改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すシステム図。

【図２】エンジンの断面図。

【図３】噴射ノズルの断面図。

【図４】ピストン等の斜視図。

【図５】ＥＧＲ率の特性図。

【図６】高スワール時の回転ブレード位置を示す斜視
図。

【図７】低スワール時の回転ブレード位置を示す斜視
図。

【図８】スワール比の特性図。

【図９】吸気を加熱する運転域を設定したマップ。

【図１０】噴射時期と噴射期間の制御を説明するための
フローチャート。

【図１１】基本噴射期間Ａｖｍの特性図。

【図１２】燃料温度補正量ΔＩｔｍ₁の特性図。

【図１３】燃料温度補正量ΔＩｔｍ₂の特性図。

【図１４】ＥＧＲ率に対するスモークとＮＯｘの各濃度
特性図。

【図１５】噴射時期に対するスモークとＮＯｘの各濃度
特性図。

【図１６】ＥＧＲ率に対する冷却損失、等容度、燃料消
費率の各特性図。

【図１７】他の実施例を示すエンジンの断面図。

【図１８】さらに他の実施例を示すエンジンの断面図。

【符号の説明】

６スプレーピン７噴口９ニードル１０シリンダヘッド１５ピストン１６ピストン燃焼室１７噴射ノズル２０燃料噴射ポンプ２１直噴式ディーゼルエンジン２３吸気通路２５排気通路２６ＥＧＲ通路２７ＥＧＲ弁２８負圧制御弁３１コントロールユニット３２衝突台３６案内面３７衝突台３８案内面３９支柱

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低速低負荷域で中速中負荷域よりＥＧＲ率
を高め、かつ燃料噴射時期を遅らせる燃焼制御手段を備
える直噴式ディーゼルエンジンにおいて、ピストンの頂部に画成される燃焼室を備え、燃焼室の中央部に臨んで燃料を噴射する噴射ノズルを備
え、噴射ノズルから燃焼室に噴射される燃料噴霧の形態を面
状にする手段を備えたことを特徴とする直噴式ディーゼ
ルエンジン。
【請求項２】噴射ノズルに燃料を噴射する噴口を形成
し、噴射ノズルの内部に噴口を開閉するニードルを介装し、ニードルの先端から噴口を貫通するスプレーピンを突出
させ、スプレーピンの途中からその先端にかけて次第に拡径す
る傘部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の直
噴式ディーゼルエンジン。
【請求項３】ピストンの頂部に画成される燃焼室の底面
から噴射ノズルに対向して隆起する衝突台を備え、衝突台に噴射ノズルから噴射される燃料噴霧を反射させ
る案内面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の
直噴式ディーゼルエンジン。
【請求項４】シリンダヘッドに噴射ノズルに対向する衝
突台を支柱を介して吊り下げ、衝突台に噴射ノズルから噴射される燃料噴霧を反射させ
る案内面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の
直噴式ディーゼルエンジン。
【請求項５】低速低負荷域に燃料噴射時期を上死点より
遅らせる燃焼制御手段を備えたことを特徴とする請求項
１から４のいずれか一つに記載の直噴式ディーゼルエン
ジン。