JPH0996241A - ディーゼルエンジンの燃焼装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの燃焼装置

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JPH0996241A
JPH0996241A JP7254942A JP25494295A JPH0996241A JP H0996241 A JPH0996241 A JP H0996241A JP 7254942 A JP7254942 A JP 7254942A JP 25494295 A JP25494295 A JP 25494295A JP H0996241 A JPH0996241 A JP H0996241A
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injection
fuel
diesel engine
pilot
combustion
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Kazutoshi Mori
一俊 森
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Mitsubishi Motors Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 衝突拡散燃焼方式のディーゼルエンジンに単
に従来方式のパイロット噴射を適用すると、黒鉛発生を
招きやすい。黒鉛発生がなく、燃費が良く、特にNOX
の低減、騒音の低減を図れる衝突拡散燃焼方式のディー
ゼルエンジンが求められている。 【解決手段】ディーゼルエンジン8のピストン9の頂面
に凹設された燃焼室Cと同燃焼室の底面のほぼ中央に隆
起された燃料衝突用の突起902と同突起に燃料を衝突
せしめるように対向して配置される噴孔12を有する燃
料噴射弁10と、同燃料噴射弁から噴射される燃料の噴
射時期Tと噴射圧力p及び噴射量Qを独立して制御する
ECU66とを備え、ECU66によって主噴射時期の
所定時間以前Δtにパイロット噴射を行うことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は衝突拡散燃焼方式を
採用するディーゼルエンジンの燃焼装置、特に、燃料噴
射系が蓄圧式を採用し、ディーゼルエンジンの全運転領
域での噴射時期と噴射圧力および噴射量を可変でき、か
つ、パイロット噴射も可能なディーゼルエンジンの燃焼
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンはその燃焼方式とし
て、直噴式(DI)と予燃焼室式や渦流室式(IDI)
とに大別でき、直噴式ディーゼルエンジンは燃費が良好
であるが、着火遅れによる急激な燃焼に伴う熱発生率の
急増が生じ、これが騒音レベルを高めると共に燃焼温度
の上昇によるNOXの急増を招く。一方、予燃焼室式ま
たは渦流室式(IDI)ディーゼルエンジンは予燃焼室
や渦流室で燃料が予燃焼されてから主燃焼室で主燃焼が
なされるため、着火遅れが少なく、初期の熱発生率を比
較的低く押えられ、NOxの発生が低いが、熱損失やポ
ンプ損失が大きく燃費が比較的低い。
【0003】直噴式(DI)ディーゼルエンジンの燃焼
方式の一例として衝突拡散燃焼方式がある。例えば、特
開昭59−79031号公報には、ピストン頂面に凹設
されたキャビティーからなる燃焼室に突起を形成し、突
起に噴射ノズルより燃料を直接噴射して燃料粒を衝突拡
散させ、これにより燃焼促進を図るという技術が開示さ
れる。更に、図20(a)、(b)に示すような衝突拡
散燃焼方式のものでは、ディーゼルエンジンのピストン
1の頂面にキャビティー2を凹設し、シリンダヘッド3
のシリンダ対向壁4に噴射ノズル5を設ける。特にシリ
ンダ対向壁4には噴射ノズル5の近傍に取付部6を固定
される衝突部材7を垂下するように装備する。この場
合、ピストンの位置に関係無く、噴射ノズル5からの燃
料噴霧は一定位置の衝突部材7に衝突して衝突拡散し、
キャビティー2内で空気と混合し、燃焼行程に進む。と
ころで、比較的燃費の良い直噴式(DI)ディーゼルエ
ンジンでは、特にNOXの低減、騒音の低減が要求され
ており、その解決策の一つにパイロット噴射方式が有効
とされ、その改良が進められている。
【0004】従来、直噴式(DI)ディーゼルエンジン
でパイロット噴射を行う場合、図18(a),(b)に
示すように、燃焼室Cにはクランク角のTDC近傍で燃
料噴射弁Iによって比較的少燃料量のパイロット噴射が
成され、次いで、図19(a),(b)に示すように、
比較的多燃料量の主噴射が成される。この場合、燃焼室
Cには吸気系の働きでスワールSが発生しており、パイ
ロット噴射された燃料噴霧f1は燃焼し、かつその火炎
は燃焼室CでスワールSの作用を受け、図19(a),
(b)に符号f1’で示すようにスワールS方向に位置
をずらせており、そこに、主噴射された燃料噴霧f2が
混入し、先に着火燃焼しているパイロット火炎f1’や
既に燃えた既燃ガスが主噴射された燃料噴霧f2の内部
に導入されることとなる。そのため噴霧内への新しい空
気の導入が抑制され黒煙が増大する。
【0005】一方、直噴式の一例である衝突拡散燃焼方
式のディーゼルエンジンでは実際上なかなか困難である
が、もしパイロット噴射を行うことが出来た場合、図2
0(a),(b)に示すように、燃焼室2にはTDC近
傍で燃料噴射弁5によってパイロット噴射が成され、次
いで、図21(a),(b)に示すように、主噴射が成
される。この場合、パイロット噴射された燃料噴霧f3
は燃焼室2に拡散し燃焼するが、それを追い掛けて燃料
噴霧f4が主噴射され、先に着火燃焼しているパイロッ
ト燃料噴霧f3の火炎がこの燃料噴霧f4の燃焼促進を
抑制することとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図19(a),(b)
に示すように、直噴式(DI)ディーゼルエンジンの場
合、パイロット燃料噴霧f3の火炎を主噴射された燃料
噴霧f2が取り囲むため、主噴射燃料の空気との混合が
不良となり、黒鉛発生の要因と成っている。一方、図2
1(a),(b)に示すように、衝突拡散燃焼方式のデ
ィーゼルエンジンでは、パイロット噴霧f3の火炎が主
噴射された燃料噴霧f4によって燃焼室の内周壁面側に
押し込まれ、混合が不良となり、黒鉛発生の要因と成っ
ている。
【0007】このように、通常の直噴式ディーゼルエン
ジンのみならず燃焼室での燃料の拡散性が良い衝突拡散
燃焼方式のディーゼルエンジンを用い、これにパイロッ
ト噴射方式を適用することによって、比較的燃費が良
く、NOXの低減、騒音の低減を図れる衝突拡散燃焼方
式のディーゼルエンジンを得ようとするには、黒煙発生
という問題が生じており、その改善が望まれている。本
発明の目的は、黒煙発生を抑え、燃費が良く、NOXの
低減、騒音の低減を図れる衝突拡散燃焼方式のディーゼ
ルエンジンを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項1記載の発明は、ディーゼルエンジンのピ
ストン頂面に凹設された燃焼室と同燃焼室の底面のほぼ
中央に隆起された燃料衝突用の突起と同突起に燃料を衝
突せしめるように対向して配置される噴孔を有する燃料
噴射弁と、同燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射時期
と噴射圧力および噴射量を制御する燃料供給制御手段と
を備え、上記燃料供給制御手段によって主噴射時期の所
定時間以前にパイロット噴射を行うことを特徴とする。
【0009】請求項2の発明は、請求項1に記載された
ディーゼルエンジンの燃焼装置において、ソレノイド通
電時間の制御によって供給量と噴射圧力が可変可能な供
給ポンプと、同供給ポンプから供給された燃料を一旦蓄
えておく蓄圧室と、同蓄圧室からの燃料を噴射と無噴射
とに切り換えるべく3方電磁弁とを有する燃料供給手段
とを備え、上記燃料供給手段により、燃料噴射時に上記
3方電磁弁を切り換え制御することによりパイロット噴
射及び主噴射をさせることを特徴とする。
【0010】請求項3の発明は、請求項2に記載された
ディーゼルエンジンの燃焼装置において、上記燃料供給
制御手段により主噴射の開始時期に対して3msec以
上前にパイロット噴射を開始するよう、前記3方電磁弁
を切り換え制御することを特徴とする。
【0011】請求項4の発明は、請求項1に記載された
ディーゼルエンジンの燃焼装置において、上記燃料噴射
弁の噴孔が上記突起に向かって鉛直下方に指向し、同噴
孔の長さが噴孔径の3倍より大きいことを特徴とする。
【0012】
【実施例】図1のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装
置は直列多気筒ディーゼルエンジン(以後単にエンジン
と記す)8に装備される。なお、ここでは各気筒とも同
様構成を採ることより第1気筒を主に説明する。エンジ
ン8の燃焼室Cには燃料噴射弁10の噴口12より燃料
が噴射され、この燃料噴射弁10が燃料供給手段A及び
燃料供給制御手段としてのエンジンコントロールユニッ
ト(以後単にECUと記す)66に接続される。
【0013】ここで、エンジン8は各気筒毎に燃焼室C
を備え、この燃焼室Cは図示しないシリンダブロックと
シリンダヘッド801及びシリンダブロック内で摺動す
るピストン9とにより形成され、ピストン9の頂面には
キャビティー901が凹設される。このキャビティー9
01の底部中央には衝突部材902が突設され、その衝
突部材の頂面を成す衝突壁903はピストン頂面より所
定量h低く形成され、これによりエンジンが上死点(T
DC)近傍位置に達っしていない下方に位置している時
においても、衝突燃料噴霧がピストン頂面とシリンダヘ
ッドのシリンダ対向壁との間の隙間tに飛散することを
抑制している。なお、衝突壁903は耐熱性、耐摩耗性
を考慮してセラミック等で形成することも可能である。
【0014】このエンジンのシリンダヘッド801に支
持された燃料噴射弁10内のノズル16の噴口12は衝
突壁903に対し、その直上側に対向配備される。ここ
で、ノズル16の噴口12と衝突壁903の間隔や燃料
噴射圧力に応じて衝突壁903より衝突飛散する燃料噴
霧の分散特性が変化し、空気との混合蒸発が変化し、燃
焼も変化すると見做される。従って、衝突燃焼方式では
燃焼の最適化のため、この間隔が長い時には噴射圧力を
高く、短いときには圧力を低くするなど、噴射時期と噴
射圧力を独立に制御可能な噴射装置の適用が必要とな
る。燃料供給手段Aに接続される燃料噴射弁10はシリ
ンダヘッド801に支持されるノズルホルダ20を備
え、この下端にノズル16が一体的に支持される。ノズ
ル16内には燃料溜14と噴口12とを断続可能なノズ
ルニードル18が摺動自在に収容される。
【0015】噴口12は単一口であり、衝突壁903に
向かって鉛直下方に指向するように形成される。ここ
で、図6に示すように、噴口12の長さlは噴孔径dの
3倍より大きく設定される。このl/d≧3の設定に当
たっては、次のような特性を考慮して設定した。即ち、
図7に示すように、噴射圧力を150MPaに保ち、噴
口からの間隔70mmの位置での噴霧角θ°を、噴口1
2の長さlと噴孔径dの比率を変化させて、順次測定し
た。この結果、噴霧角θ°はl/d≧3において、十分
に狭まり、比較的細い噴霧が得られた。しかも、図8に
示すように、噴霧の流量分布を見た場合も、l/d=1
の場合と比較し、l/d=3では流量分布が十分に絞ら
れ、衝突拡散方式に適することが判明した。なお、図9
には噴口がl/d=2.0の場合と、l/d=3.8の
場合の噴射方向のずれ角の振れを測定回数に沿ってプロ
ットした線図を示した。ここでも、噴口がl/d=3.
8の場合、l/d=2.0の場合と比べ、そのずれ角の
振れが極めて小さくなり、噴射方向が安定することが明
らかである。
【0016】燃料噴射弁10のノズルニードル18はノ
ズルホルダ20内に収容されたプッシュロッド22を介
してコマンドピストン28の上側の油室26にかかる油
圧(燃料圧)で閉弁方向に押圧される。ノズルホルダ2
0内の油室26には、油圧ピストン28が摺動可能に嵌
挿されている。油室26の上端には互いに並列状態に配
設される一方弁30及びオリフィス32を介し第1三方
電磁弁34の出口bが接続される。第1三方電磁弁34
は畜圧器36に連通する入口a及び燃料タンク38に連
通する第2出口cを備える。入口aは電磁アクチュエー
タ40により駆動される弁体42により、第1出口b又
は第2出口cに選択的に接続され、電磁アクチュエータ
のオフ時に入口aと第1出口bが連通し、オン時に入口
bと第2出口cが連通するよう構成される。ノズルホル
ダ20及びノズル16内には燃料溜14を畜圧器36に
接続するフィードホール44が設けられている。
【0017】畜圧器36には高圧燃料供給ポンプ46が
接続され、同ポンプはエンジン8の図示しないクランク
軸に連動し駆動されるカム48により往復動されるプラ
ンジャ50を備える。プランジャ50が嵌挿されたポン
プ室54には低圧のフィードポンプ52を介し燃料タン
ク38が接続され、プランジャ50の駆動時に、フィー
ドポンプ52から供給された燃料をポンプ室54で加圧
し、一方向弁56を介し畜圧器36に圧送する。
【0018】ポンプ室54の吐出側通路58とフィード
ポンプ52に連通する吸い込み側通路60との間に、電
磁アクチュエータ62に駆動される第1電磁弁としての
スピル弁64が介装される。これら電磁アクチュエータ
62や電磁アクチュエータ40は各々ECU66に接続
され、特に、第1電磁弁としてのスピル弁64を開閉制
御することにより畜圧器36内に貯溜する燃料液圧を後
述の第一乃至第三の運転状態に対応する圧力に調整でき
る。なお、図1には第1気筒の燃料噴射弁10及びその
燃料供給系を示したが、その他の気筒も同様構成の燃料
噴射弁及びその燃料供給手段Aを備え、それらの各電磁
アクチュエータも各々ECU66に接続される。
【0019】ECU66は多気筒エンジンの個々のシリ
ンダを判別する気筒判別装置68、エンジン回転数及び
クランク角検知装置70、エンジン負荷検知装置72及
び畜圧器36の内部の燃料圧を検知する燃料圧力センサ
74、並びに必要に応じてエンジンの運転状況に影響を
及ぼす、気温Ta、大気圧Pa、燃料温度Tf等の補助
情報を大気温センサ80、大気圧センサ81、燃料温セ
ンサ82等より取り込み、電磁アクチュエータ40,6
2を制御する。ここで、ECU66は、燃料噴射弁10
から噴射される燃料の噴射時期Tと噴射圧力および噴射
量Qを制御する燃料供給制御手段としての機能を備え、
燃料噴射時に第1三方電磁弁34を切り換え制御するこ
とによりパイロット噴射及び主噴射をさせる。特に、主
噴射の開始時期に対して3msec以上前にパイロット
噴射を開始するよう、第1三方電磁弁34を切り換え制
御する。
【0020】ここでECU66の図示しないリードオン
リーメモリ(ROM)には図14に示すような噴射時期
T、パイロット噴射間隔Δθ、パイロット噴射量q及び
主噴射量Qの算出用の噴射マップMpおよび図示しない
噴射圧力マップが記憶処理される。この噴射マップMp
は例えばエンジン回転数Neに沿った3つの閾値Ne
i,Ne1,Ne2と、エンジン負荷Lに応じた3つの
閾値Lo(無負荷),L1,L2で仕切られた9つの領
域毎に各制御値が設定される。図示しない噴射圧力マッ
プはエンジン負荷Lが低負荷か高負荷かに応じて噴射圧
力pを大小所定の設定値としてそれぞれ算出出来るよう
に設定される。なお、ここでの噴射マップMp、図示し
ない噴射圧力マップの領域は状況に応じて更に細かく分
割され、それぞれの各制御値が設定される。
【0021】ここでは、常時所定圧を確保する畜圧器3
6の燃料を第1三方電磁弁34のオン時に燃料噴射弁1
0によって燃焼室Cに噴霧し、かつそれを2度繰り返
し、パイロット噴射と主噴射の両方を噴射することが可
能で、しかもその間隔を自由に設定出来る噴射系を用い
る。このため、図5に破線で示すように、蓄圧式でない
従来の燃料噴射系と比較し、実線で示すように、主噴射
及びパイロット噴射の時期や噴射率を噴射期間内で自由
に設定出来る。しかも、蓄圧式でない従来の燃料噴射系
の場合、噴射圧力は低回転域ほど低くなり、低回転時に
は燃料の微粒化特性が低下し、黒煙発生量も多くなると
いう問題があったが、蓄圧式である本装置では回転域に
よらず噴射圧力を高く設定可能なため、燃料の微粒化特
性が良好で黒煙の発生量を抑制できる。
【0022】一方、本装置では、各運転域毎に噴射時期
Tが設定されるが、ここでは、図5に示すように、各噴
射時期の設定に当たっては、噴射開始時期tp1,t1
に加え噴射終了時期tp2、t2も設定され、これに伴
い、パイロット噴射期間(tp1−tp2)および主噴
射期間(t1−t2)、即ち噴射量も設定されることと
なる。さらに、パイロット噴射時期tp1と主噴射時期
t1との間隔(クランク角でΔθ、或いは時間間隔Δ
t)を少なくとも3msec以上離して設定することと
している。これによって、パイロット噴射された燃料噴
霧の燃焼を完了した上で、主噴射を行い、黒煙を抑制
し、NOXの低減を図る。更に、騒音の低減、燃費の改
善を図るべく、各運転域での最適値が実験的に選択され
る。
【0023】なお、この噴射マップMpの設定に当たっ
て用いられたデータの一例を図10〜図12に示す。た
だし、このデータは本燃料噴射装置を通常の直噴式ディ
ーゼルエンジンに適用し、パイロット噴射を実施した場
合の例である。即ち、図10には1620rpmで20
%負荷の運転域E1(図14参照)でのエンジン運転時
の筒内平均温度K℃、熱発生率J/deg、筒内圧力M
Paの各クランク角変化に応じた燃焼特性線図が示され
る。ここで、噴射管圧は40MPa、パイロット噴射量
は3mm3/stであった。
【0024】この1620rpmで20%負荷の運転域
E1では、パイロット噴射が主噴射より、クランク角間
隔でΔθ1=34.0deg、時間間隔でΔt=3.5
0msecだけ早く行われた。この場合、特に、熱発生
率において、実線で示す非パイロット噴射に対し、破線
(Δθ1=34.0deg)や一転鎖線(Δθ1=1
5、0deg)で示すパイロット噴射の方が低く抑えら
れ、最高の筒内圧力MPaも実線で示す非パイロット噴
射に対し、破線(Δθ1=34.0deg)や一転鎖線
(Δθ1=15、0deg)で示すパイロット噴射の方
がなだらかとなっており、NOXや騒音低減を期待でき
る。
【0025】図11には1620rpmで40%負荷の
運転域E2(図14参照)でのエンジン運転時の筒内平
均温度K℃、熱発生率J/deg、筒内圧力MPaの各
クランク角変化に応じた燃焼特性線図が示される。ここ
で、噴射管圧は40MPa、パイロット噴射量は3mm
3/stであった。この1620rpmで40%負荷の
運転域E2では、パイロット噴射が主噴射より、クラン
ク角間隔でΔθ2=34.0deg、時間間隔でΔt=
3.50msecだけ早く行われた。この場合、最高の
筒内圧力MPaはパイロット噴射に対しなだらかであっ
た。しかも、熱発生率において、実線で示す非パイロッ
ト噴射に対し、破線(Δθ2=34.0deg)や一転
鎖線(Δθ2=15、0deg)で示すパイロット噴射
の方が低く抑えられ、やはりNOXや騒音の低減を期待
できる。
【0026】図12には1620rpmで80%負荷の
運転域E3(図14参照)でのエンジン運転時の筒内温
度K℃、熱発生率J/deg、筒内圧力MPaの各クラ
ンク角変化に応じた燃焼特性線図が示される。ここで、
噴射管圧は55MPa、パイロット噴射量は3mm3/
stであった。この1620rpmで80%負荷の運転
域E3では、パイロット噴射が主噴射より、クランク角
間隔でΔθ3=32.0deg、時間間隔でΔt=3.
29msecだけ早く行われた。この場合、熱発生率に
おいて、実線で示す非パイロット噴射、破線(Δθ3=
32.0deg)や一転鎖線(Δθ3=15、0de
g)で示すパイロット噴射との間に大きな相違は無く、
実線で示す非パイロット噴射に対し、破線や一転鎖線で
示すパイロット噴射の方が筒内温度の立上りが早く、筒
内圧力の上昇も大きい点のみ相違している。このため、
このポイントではNOXの低減はこのパイロット噴射条
件では期待出来ない。例えば、パイロット噴射間隔をさ
らに大きくするとか、パイロット噴射量を低減するとか
の方法を用いれば、このポイントでもNOXや騒音低減
が期待できる。
【0027】その他の運転域でも同様にデータが採取さ
れ、これらのデータを考慮し、特に、全運転域でパイロ
ット噴射が主噴射より時間間隔Δtで3msec以上前
に行われるように設定した。その理由は、パイロット噴
射された燃料の燃焼を主噴射が行われる前に完了させ、
燃焼室の内部に適量の既燃ガスを分散させ、主噴射が行
われる時には完全な内部EGR効果を持たせることによ
り、NOXや騒音の十分な低減を図るためである。さら
に、図15にはパイロット噴射量qの特性線図を示し
た。ここでは、低負荷時の最大パイロット噴射量qma
xを3mm3/stとし、高負荷域に向かうに従い3m
m3/st以下に設定し、黒煙低減を図った。図15の
パイロット噴射量qに沿って図14の噴射マップMp中
のパイロット噴射量qが設定されている。なお、図14
の噴射時期及び噴射圧力算出マップでは9つの運転域を
設定したが、その他の数に運転域を区分して設定しても
良い。
【0028】このようなエンジン1が駆動された場合、
ECU66は所定のメインルーチンを実行し、その途中
で、図16に示す噴射量演算ルーチンに達する。ここで
は、ステップs1〜s2において、各エンジンの運転情
報を各センサより取り込み、現在の運転域が算出され
る。この場合、ECU66は現在のエンジン回転数Ne
及びエンジン負荷Lを取り込む。次いで、各運転域E毎
に設定されているそれぞれ隣合う運転域との間でのエン
ジン回転数の閾値Ne1、Ne2(図14参照)と現在
のエンジン回転数Neが比較され、Neがどのエンジン
回転数の閾値間に有るかを判断する。同様に各運転域E
毎に設定されているそれぞれ隣合う運転域との間でのエ
ンジン負荷の閾値L1、L2(図14参照)と現在のエ
ンジン負荷Lが比較され、Lがどのエンジン負荷の閾値
間に有るかを判断する。これらエンジン回転数と負荷と
で決まる運転域上での位置より現在の運転域Enを判断
する。
【0029】ステップs3では、このように算出された
現在の運転域Enに基づき、図14の噴射マップMpよ
りその時の噴射時期T、パイロット噴射時期tp1と主
噴射時期t1との間隔Δθ(Δt)、パイロット噴射量
q、主噴射量Q及び噴射圧力pが順次算出され、これら
のデータに応じて、パイロット噴射開始時期tp1、パ
イロット噴射停止時期tp2、主噴射開始時期t1、主
噴射終了時期t2が算出され、図示しないメインルーチ
ンにリターンする。この間、継続してECU66はクラ
ンク角dθをカウントしており、各気筒の基準クランク
角位置θ0を検出する。
【0030】メインルーチンの制御途中で、基準クラン
ク角位置θ0が検出されると、ECU66は割込み処理
として、図17の電磁弁駆動ルーチンに進む。ここでは
基準クランク角位置θ0に達した該当気筒の噴射時期制
御回路に最新のカウント値をセットする。即ち、ステッ
プa1では、噴射時期制御回路内のパイロットオンカウ
ンタにパイロット噴射開始時期tp1が、パイロットオ
フカウンタにパイロット噴射停止時期tp2がそれぞ
れ、セットされる。更に、ステップa2では、噴射時期
制御回路内の主噴射開始カウンタに主噴射開始時期t1
が、主噴射終了カウンタに主噴射終了時期t2がそれぞ
れセットされ、ステップa3で各カウンタがスタートさ
れ、図示しないメインルーチンにリターンする。
【0031】この結果、各カウンタがカウントを完了
し、パイロット噴射開始時期tp1に達すると、第1三
方電磁弁34の電磁アクチュエータ40をオン駆動し、
常閉のノズルニードル18を開弁作動させ、パイロット
噴射終了時期tp2までのパイロット噴射期間に設定噴
射量の噴射を行う。次いで、パイロット噴射時期tp1
と主噴射時期t1との時間間隔Δt(間隔Δθ相当の時
間)を経過後、主噴射開始時期t1に達すると、第1三
方電磁弁34の電磁アクチュエータ40をオン駆動し、
常閉のノズルニードル18を開弁作動させ、主噴射終了
時期t2までの主噴射期間に設定噴射量の噴射を行うこ
ととなる。
【0032】更に、ECU66は図示しない電磁アクチ
ュエータ62を介しスピル弁64を駆動し、燃料圧力セ
ンサ74の圧力が図示しない噴射圧力Pnマップで設定
される圧力となるように制御する。これにより、現在の
運転域Enに応じ設定された噴射圧力Pnで、設定され
た噴射時期Tに燃料噴射弁10よりパイロット噴射及び
主噴射を、時間間隔Δt(間隔Δθ相当の時間)を隔て
行うこととなる。
【0033】この結果、全運転域E1〜E9において、
図2(a),(b)に示すように、燃料噴射弁10がパ
イロット噴射した燃料が指向性良く、衝突壁面903に
衝突して、燃焼室C内に拡散分布された後燃焼を完了
し、次いで、図3(a),(b)に示すように、時間間
隔Δt(間隔Δθ相当の時間)の経過後に、噴射された
主噴射燃料は衝突壁面903に衝突し、その燃料粒はス
キッシュ流SKを受け、燃焼室Cに拡散する。図4
(a),(b)に示すように、衝突壁面903に衝突し
て、燃焼室C内に拡散分布された主噴射燃料は燃焼室内
の空気と混合し主燃焼が行われる。この主燃焼はパイロ
ット噴射燃料が燃焼してできた既燃ガスが内部EGR効
果を引きだすこととなり、NOX低減を図れる。
【0034】またパイロット噴射により着火遅れを短縮
することより、騒音低減を図れ、有利である。なお、図
13(a)〜(c)には、図10〜図12の各運転条件
(運転域E1、E2、E3)において、クランク角間隔
Δθの変化に応じて得られたNOX発生量g/kWhの
特性線図を示す。ここで、図13(a),(b)に示す
20%、40%負荷の各場合において、クランク角間隔
Δθが25deg以上でNOXの低減効果は明らかであ
り、図13(c)に示す80%負荷の場合、NOXの増
減変化は無いが、この結果より、本発明でも中低負荷域
でのNOXの低減効果を図れることが明らかと考えられ
る。
【0035】以上のように、図1のディーゼルエンジン
の燃焼装置は、燃料噴射弁10からの燃料を突起902
に衝突させて拡散するよう構成しておき、その上で、そ
の燃料の噴射時期Tと噴射量Qを制御するECU66に
よって、主噴射時期の所定時間以前Δθにパイロット噴
射を行う。このため、燃焼室Cにパイロット噴射された
燃料噴霧は十分に燃焼室内空気と混合しかつ燃焼を完了
し、その後に主噴射が成されることにより、内部EGR
の効果を期待出来、着火遅れの短縮が図れると共に燃焼
がマイルドに成り、低NOX、低騒音を達成出来る。
【0036】特に、図1のディーゼルエンジンの燃焼装
置は、供給ポンプ38から供給された燃料を一旦蓄えて
おく蓄圧室36と、蓄圧室36からの燃料を噴射と無噴
射とに切り換える第1三方電磁弁34を有する燃料供給
手段Aとを備え、ECU66により燃料噴射時に第1三
方電磁弁34を切り換え制御することによりパイロット
噴射及び主噴射をさせる。このため、主噴射時期とパイ
ロット噴射を確実に実行出来、内部EGRの効果を期待
出来、着火遅れの短縮が図れると共に燃焼がマイルドに
成り、低NOX、低騒音を達成できる。
【0037】更に、図1のディーゼルエンジンの燃焼装
置は、ECU66により主噴射の開始時期に対して3m
sec以上前にパイロット噴射を開始するよう、第1三
方電磁弁34を切り換え制御する。このため、主噴射時
期より十分前にパイロット噴射された燃料粒を確実に燃
焼完了させることが出来、十分に内部EGRの効果を期
待出来、着火遅れの短縮が図れると共に燃焼がマイルド
に成り、低NOX、低騒音を達成できる。更に、図1の
ディーゼルエンジンの燃焼装置は、燃料噴射弁10の噴
孔12が突起902に向かって鉛直下方に指向し、同噴
孔12の長さlが噴孔径dの3倍より大きい。このた
め、噴射時の噴霧分布のバラツキを防止出来、突起90
2との衝突後の燃焼粒の拡散を安定化出来、燃料粒を確
実に燃焼させることが出来、十分に内部EGRの効果を
期待出来、着火遅れの短縮が図れると共に燃焼がマイル
ドに成り、低NOX、低騒音を達成できる。
【0038】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明は、燃焼
室の底面のほぼ中央に燃料衝突用の突起を隆起させ、燃
料噴射弁からの燃料を突起に衝突させて拡散するよう構
成しておき、その上で、その燃料の噴射時期と噴射圧力
を及び噴射量を制御する燃料供給制御手段によって、主
噴射時期の所定時間以前にパイロット噴射を行う。この
ため、主噴射時期とパイロット噴射の間が所定時間以上
時間差があり、パイロット噴射された燃料噴霧が燃焼を
完了し拡散した後で主噴射が成され、内部EGRの効果
を期待出来、着火遅れの短縮が図れ、かつマイルドな燃
焼が可能となり、低NOX、低騒音を達成出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としてのディーゼルエンジン
の燃焼装置の概略構成図である。
【図2】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置のパイロ
ット噴射時の噴射作動説明図であり、(a)はその側断
面図、(b)は平面図である。
【図3】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置のパイロ
ット噴射後の主噴射された噴霧のスキッシュ流による拡
散作動説明図であり、(a)はその側断面図、(b)は
平面図である。
【図4】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置の主噴射
時の噴射作動説明図であり、(a)はその側断面図、
(b)は平面図である。
【図5】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置のパイロ
ット噴射と主噴射の噴射時期と噴射間隔及び噴射率を説
明する特性線図である。
【図6】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置が用いる
燃料噴射弁の針弁部の部分断面図である。
【図7】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置が用いる
燃料噴射弁の噴孔の形状設定で用いた噴霧角−L/D特
性線図である。
【図8】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置が用いる
燃料噴射弁の噴孔の形状設定で用いた流量分布−角度特
性線図である。
【図9】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置が用いる
燃料噴射弁の噴孔の形状設定で用いた噴射方向のずれ角
−測定回数の特性線図である。
【図10】通常のディーゼルエンジンの燃焼装置の制御
装置が採用したパイロット噴射時期と主噴射時期との間
隔の設定において用いた、クランク角変化に応じた温
度、熱発生率及び筒内圧力の特性線図であり、20%負
荷域での特性線図を示す。
【図11】通常のディーゼルエンジンの燃焼装置の制御
装置が採用したパイロット噴射時期と主噴射時期との間
隔の設定において用いた、クランク角変化に応じた温
度、熱発生率及び筒内圧力の特性線図であり、40%負
荷域での特性線図を示す。
【図12】通常のディーゼルエンジンの燃焼装置の制御
装置が採用したパイロット噴射時期と主噴射時期との間
隔の設定において用いた、クランク角変化に応じた温
度、熱発生率及び筒内圧力の特性線図であり、80%負
荷域での特性線図を示す。
【図13】通常のディーゼルエンジンの燃焼装置の運転
時におけるNOX発生率のデータであり、(a)は20
%負荷域(図10に相当)でのデータ、(b)は40%
負荷域(図11に相当)でのデータ、(c)は80%負
荷域(図12に相当)でのデータである。
【図14】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置の制御
装置に採用する噴射マップの概略図の一例である。
【図15】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置の制御
装置に採用するパイロット噴射量マップの概略図の一例
である。
【図16】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置の制御
装置が用いる噴射量算出プログラムのフローチャートで
ある。
【図17】図1のディーゼルエンジンの燃焼装置の制御
装置が用いる噴射駆動プログラムのフローチャートであ
る。
【図18】直噴式ディーゼルエンジンのパイロット噴射
時の噴射作動説明図であり、(a)はその側断面図、
(b)は平面図である。
【図19】直噴式ディーゼルエンジンの主噴射時の噴射
作動説明図であり、(a)はその側断面図、(b)は平
面図である。
【図20】従来の衝突拡散式ディーゼルエンジンのパイ
ロット噴射時の噴射作動説明図であり、(a)はその側
断面図、(b)は平面図である。
【図21】従来の衝突拡散式ディーゼルエンジンの主噴
射時の噴射作動説明図であり、(a)はその側断面図、
(b)は平面図である。
【符号の説明】
8 エンジン 801 シリンダヘッド 9 ピストン 901 キャビティー 902 衝突部材 10 燃料噴射弁 12 噴口 16 ノズル 34 第1三方電磁弁 36 畜圧器 40 電磁アクチュエータ 46 畜圧器燃料供給ポンプ 62 電磁アクチュエータ 64 スピル弁 66 ECU 68 気筒判別装置 70 エンジン回転数及びクランク角検知装置 72 エンジン負荷検知装置 h 間隔 A 燃料供給手段 C 燃焼室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02M 61/14 310 F02M 61/14 310D 61/18 320 61/18 320Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディーゼルエンジンのピストン頂面に凹設
    された燃焼室と同燃焼室の底面のほぼ中央に隆起された
    燃料衝突用の突起と同突起に燃料を衝突せしめるように
    対向して配置される噴孔を有する燃料噴射弁と、同燃料
    噴射弁から噴射される燃料の噴射時期と噴射圧力および
    噴射量を制御する燃料供給制御手段とを備え、上記燃料
    供給制御手段によって主噴射時期の所定時間以前にパイ
    ロット噴射を行うことを特徴とするディーゼルエンジン
    の燃焼装置。
  2. 【請求項2】ソレノイド通電時間の制御によって供給量
    と噴射圧力が可変可能な供給ポンプと、同供給ポンプか
    ら供給された燃料を一旦蓄えておく蓄圧室と、同蓄圧室
    からの燃料を噴射と無噴射とに切り換えるべく3方電磁
    弁とを有する燃料供給手段とを備え、上記燃料供給制御
    手段により、燃料噴射時に上記3方電磁弁を切り換え制
    御することによりパイロット噴射及び主噴射をさせるこ
    とを特徴とする請求項1に記載されたディーゼルエンジ
    ンの燃焼装置。
  3. 【請求項3】上記燃料供給制御手段により主噴射の開始
    時期に対して3msec以上前にパイロット噴射を開始
    するよう、前記3方電磁弁を切り換え制御することを特
    徴とする請求項2に記載されたディーゼルエンジンの燃
    焼装置。
  4. 【請求項4】上記燃料噴射弁の噴孔が上記突起に向かっ
    て鉛直下方に指向し、同噴孔の長さが噴孔径の3倍より
    大きいことを特徴とする請求項1に記載されたディーゼ
    ルエンジンの燃焼装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002502931A (ja) * 1998-02-07 2002-01-29 ダイムラークライスラー アーゲー 4サイクル内燃機関を作動するための方法
WO2013152871A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Mwm Gmbh Piston of an internal combustion engine
US9464593B2 (en) 2012-04-13 2016-10-11 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Piston of an internal combustion engine
US9476381B2 (en) 2012-04-13 2016-10-25 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Piston of an internal combustion engine
US9670829B2 (en) 2012-04-13 2017-06-06 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Piston of an internal combustion engine

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002502931A (ja) * 1998-02-07 2002-01-29 ダイムラークライスラー アーゲー 4サイクル内燃機関を作動するための方法
WO2013152871A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Mwm Gmbh Piston of an internal combustion engine
CN104428508A (zh) * 2012-04-13 2015-03-18 卡特彼勒能源方案有限公司 内燃发动机的活塞
US9464593B2 (en) 2012-04-13 2016-10-11 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Piston of an internal combustion engine
US9476381B2 (en) 2012-04-13 2016-10-25 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Piston of an internal combustion engine
US9670829B2 (en) 2012-04-13 2017-06-06 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Piston of an internal combustion engine

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