JP2002349267A - ディーゼルエンジンの燃焼システム - Google Patents

ディーゼルエンジンの燃焼システム

Info

Publication number
JP2002349267A
JP2002349267A JP2001159412A JP2001159412A JP2002349267A JP 2002349267 A JP2002349267 A JP 2002349267A JP 2001159412 A JP2001159412 A JP 2001159412A JP 2001159412 A JP2001159412 A JP 2001159412A JP 2002349267 A JP2002349267 A JP 2002349267A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel injection
fuel
combustion chamber
stage
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001159412A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Yanagisawa
直樹 柳澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP2001159412A priority Critical patent/JP2002349267A/ja
Publication of JP2002349267A publication Critical patent/JP2002349267A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0696—W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0648—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
    • F02B23/0651—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition the fuel spray impinging on reflecting surfaces or being specially guided throughout the combustion space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0621—Squish flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0636—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston the combustion space having a substantially flat and horizontal bottom
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0669—Details related to the fuel injector or the fuel spray having multiple fuel spray jets per injector nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】浅皿型の燃焼室を採用する場合に、燃料噴射ノ
ズルを複雑な構造にすることなく燃料の噴射を多段階に
実施して排気ガスの改善効果を得るための構成を提供す
る。 【解決手段】シリンダ内に往復動可能に配設されたピス
トンの頂面部に設けられ、底壁部と該底壁部の外周端か
らピストンの頂面に向けて徐々に拡径した側壁部とを有
する燃焼室と、該燃焼室に向けて多段階に燃料噴射可能
な燃料噴射装置とを具備するディーゼルエンジンの燃焼
システムにおいて、該燃料噴射装置は、ピストンが圧縮
上死点近傍にあるとき該燃焼室の該底壁部と側壁部の接
続部近傍に向けて燃料を噴射する燃料噴射角度を備えた
燃料噴射ノズルを有し、ピストンが圧縮上死点近傍にあ
るとき第１段目を噴射し、その後第１段目の燃料噴射タ
イミングよりもピストンが降下した位置にあるとき該燃
焼室に向けて第２段目を噴射するようにした、ことを特
徴とするディーゼルエンジンの燃焼システムを提供する

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はピストン頂面部に設
けられた燃焼室に直接的に燃料を噴射するディーゼルエ
ンジンの燃焼システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンはその燃焼室の形式
によって大きく副燃焼室式（以下副室式）と直接噴射式
（以下直噴式）に分けられているが、近年は特に低燃費
化の要求を受けて、絞り損失を持たず、副室式に比べ熱
損失の少ない直噴式のディーゼルエンジンが多く採用さ
れるようになっている。
【０００３】直噴式ディーゼルエンジンは、シリンダ内
に往復動可能に配設されたピストンの頂面部に燃焼室を
設け、この燃焼室に直接燃料を噴射する。そして、燃焼
室内の空気が圧縮され着火温度に達すると燃料が自己着
火し燃焼を開始してシリンダ内が膨張し、ピストンを降
下せしめて回転エネルギーに変換する。
【０００４】ディーゼルエンジンは、上記したように燃
料が自己着火する方式で着火装置（点火プラグ等）を持
たないため、シリンダ内をガソリンエンジンに比べ高圧
に圧縮する必要がある。特に、直噴式ディーゼルエンジ
ンでは高圧縮雰囲気中のシリンダ内に燃料を噴射するこ
とになるため、燃料噴射圧力も高圧になる。しかし燃料
噴射圧力が高圧になることで燃焼室内の燃料噴霧の到達
距離も増大し燃焼室への壁面付着燃料が増大する。この
結果、燃料の微粒化や燃焼室における空気との混合が阻
害されるため、直噴式ディーゼルエンジンは空気過剰率
が大きいにもかかわらず排気ガス（黒煙）の悪化を招く
おそれがあった。
【０００５】一方、近年におけるディーゼルエンジンで
は、任意のタイミング、任意の噴射圧力で燃料を噴射で
き、その噴射回数も自由に設定が可能である蓄圧式燃料
噴射装置が多く採用されるようになった。蓄圧式燃料噴
射装置は、図４に示すようにエンジンによって駆動され
るサプライポンプ１と、サプライポンプ１の圧送量を調
節するサプライポンプ制御弁２、サプライポンプ１から
配管３を通じて圧送される燃料を高圧に蓄圧するコモン
レール４、コモンレール４と配管５によって接続された
燃料噴射ノズル６、燃料噴射ノズルの燃料噴射開始と終
了をＯＮ／ＯＦＦ制御するための電磁弁１０、燃料噴射
ノズルからのリーク燃料を燃料タンク８へ放出する配管
７、燃料タンク８からサプライポンプ１に燃料を送出す
る配管９、コモンレール４内の圧力を検出する圧力セン
サ１１、およびサプライポンプ制御弁２と燃料噴射ノズ
ルの電磁弁１０を含めエンジンの制御を実行するエンジ
ンントロールユニット（ＥＣＵ）１２を有している。
【０００６】エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１２は、図示しないアクセル開度センサ、エンジン回転
速度センサからの検出信号を入力し、これら各センサの
検出値をパラメータとして燃料噴射量を決定する。そし
て、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２は、
燃料噴射量とエンジン回転速度からコモンレールの目標
圧力を決定し、圧力センサ１１から検出される現在のコ
モンレール内の圧力との偏差からサプライポンプ１の圧
送量を決定して、サプライポンプの圧送量を調整する電
磁弁２の開閉タイミングをコントロールする。
【０００７】コモンレール４にはエンジンの運転状態に
応じた圧力にて燃料が蓄圧されており、燃料噴射ノズル
６に設けられた電磁弁１０のＯＮ，ＯＦＦを制御するこ
とによりコモンレール４、配管５および燃料噴射ノズル
６を通して噴射される燃料の噴射タイミングおよび燃料
噴射量が制御される。また、上記したようにコモンレー
ル４内の圧力はエンジンの運転状態により変化させる
が、一般的には高回転および高負荷である程高い圧力と
なるように制御される。なお、蓄圧式燃料噴射装置にお
いてはその構造上、コモンレール４内の圧力がそのまま
燃料噴射圧力となる。
【０００８】上記したように、高圧化した直噴式ディー
ゼルエンジンでは、燃料噴射圧力の上昇により却って排
気ガス（黒煙）が悪化するという問題がある。その対策
として更なる噴霧の微粒化を図るべく多噴孔、小噴孔径
化も試みられているが、蓄圧式燃料噴射装置の特性を生
かし、主噴射を複数回に分割する多段噴射も試みられて
いる（例えば特開平１１−１８２３１１号）。この多段
噴射方式は、先に噴射される燃料の燃焼を後に噴射する
燃料の燃焼によって撹乱し、より燃焼室の空気利用率を
高め燃費の悪化など招かずに排気ガス（黒煙）の改善を
図ろうとするものである。上記従来技術の２段噴射の例
を図５に示す。図５に示す燃焼システムは燃料噴射ノズ
ル６を備え、シリンダヘッドＨとシリンダブロックＢに
より形成されるシリンダ内を往復動するピストンＰを備
えており、ピストンＰの頂面部には凹状に形成された燃
焼室Ｃを備えている。燃焼室Ｃは深皿型で中央が***し
た底壁部と底壁部からピストンＰの頂面に向けて口径が
絞られた側壁部によって形成され、いわゆるリエントラ
ント型燃焼室となっている。また燃料噴射ノズル６の軸
線と燃料噴霧の軸線とで形成される噴射角度βはおよそ
７２．５°である。昨今のディーゼルエンジンで広く用
いられている燃焼室形状である。
【０００９】図５の（ａ）は、圧縮行程上死点のタイミ
ングで燃料噴射ノズル６から第１段目の燃料噴射が行わ
れる状態を示す。図５の（ｂ）は上死点後膨張行程に入
り噴霧が燃焼室Ｃの外周下方に拡がりつつ着火遅れ期間
を経て着火が開始されている状態を示す。図５の（ｃ）
は、ピストンＰが降下し、第１段目の燃焼ガスが燃焼室
Ｃの口径絞りによって保持されつつピストンＰとともに
下方に移動しながら燃焼室Ｃの外周の下方に回り込み、
さらに燃料噴射ノズル６から第２段目の噴射が行われ、
第１段目の燃焼ガス上方に向かって第２段目の噴霧が拡
がっていく状態を示している。図５の（ｄ）は、第２段
目の燃料噴射が第1 段目の燃料噴射による燃焼ガスの上
方に向けて進行し、着火および燃焼が第1 段目の燃焼ガ
スが利用していない上方で拡がっていることを示す。
【００１０】上記した燃焼室を利用する燃料噴射ノズル
の噴射角度（β角度）は口径絞り部位近傍乃至その下方
をねらって噴射されるものであり、およそ７０°以上に
設定されているのが一般的である。そして図５に示すよ
うに多段噴射を行うことで燃焼室の全体を利用し（第１
段目の燃焼噴射で燃焼室下方を、第２段目の燃料噴射で
燃焼室上方を利用する）、空気利用率を高めてスモーク
の発生を抑制する。
【００１１】ところで図５のリエントラント型燃焼室は
その深い形状と口径絞りの効果でスワール保存性に優
れ、燃焼室内のスモーク発生を抑制するものとして利用
されてきたが、昨今では噴射圧の高まりとともに燃焼室
を浅皿型にしてスワールをそれ程発生させないようした
形状が検討され始めている。また浅皿型の燃焼室は、燃
焼室の容積に対する表面積が低減するため、熱損失が低
減することにより燃費改善にも貢献することも注目され
てきている。この浅皿型燃焼室に前記した図５のような
２段噴射を適用することも考えられるが、浅皿型燃焼室
に２段噴射による燃焼を実行する場合における問題点に
ついて図６を用いて説明する。
【００１２】図６の（ａ）は、圧縮行程上死点前のタイ
ミングで燃料噴射ノズル６から第１段目の燃料噴射が行
われる状態を示す。図６の（ｂ）は上死点後膨張行程に
入り噴霧が拡がりつつ着火遅れ期間を経て着火が開始さ
れている状態を示す。図６の（ｃ）は、燃料噴射ノズル
６から第２段目の噴射が行われ、ピストンＰが降下し噴
霧が拡がりながら第１段目の噴射による燃焼ガスに向か
って第２段目の噴射が拡がっていく状態を示している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、通常
の燃料噴射ノズルでは複数回実施される多段噴射の燃料
噴射角度が大きく噴射方向が同一であり、また浅皿型燃
焼室では口径絞りがないためピストンが移動すると燃焼
ガスが燃焼室に保持されず、またスワールも小さいため
第１段目の燃料噴射による燃焼ガスに向けて第２段の燃
料噴射が突入し、却って空気の利用率を下げ排気ガス
（黒煙）の改善効果が得られないという問題が発生す
る。この問題を解決するには多段噴射において第１段目
と第２段目の噴射方向を変更し、第１段目の燃焼と第２
段目の燃焼を異なる空間部位にて実行させることが考え
られるが燃料噴射ノズルの噴射を多段にしつつ方向を変
更することは極めて困難なことであり、たとえ実現でき
たとしても構造が複雑になってしまい、コスト上も好ま
しいものではない。つまり浅皿型の燃焼室を採用する場
合に、燃料噴射ノズルを複雑な構造にすることなく燃料
の噴射を多段階に実施して上述したような排気ガスの改
善効果を得るための構成は未だ明らかにされていない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を達成す
るために、本発明においては、シリンダ内に往復動可能
に配設されたピストンの頂面部に設けられ、底壁部と該
底壁部の外周端からピストンの頂面に向けて徐々に拡径
した側壁部とを有する燃焼室と、該燃焼室に向けて多段
階に燃料噴射可能な燃料噴射装置とを具備するディーゼ
ルエンジンの燃焼システムにおいて、該燃料噴射装置
は、ピストンが圧縮上死点近傍にあるとき該燃焼室の該
底壁部と側壁部の接続部近傍に向けて燃料を噴射する燃
料噴射角度を備えた燃料噴射ノズルを有し、ピストンが
圧縮上死点近傍にあるとき第１段目を噴射し、その後第
１段目の燃料噴射タイミングよりもピストンが降下した
位置にあるとき該燃焼室に向けて第２段目を噴射するよ
うにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼
システムを提供する。
【００１５】上記燃焼システムにおける燃料噴射角度は
燃料噴射ノズルの軸線と燃料噴霧の軸線とで形成される
角度であり、６２．５度から６７．５度であることが好
ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明に好適
な実施例について詳細に説明する。図１は本発明に基づ
く一実施形態であり、シリンダヘッド３０とシリンダブ
ロック３２によって形成されるシリンダ内を往復動する
ピストンＰが具備されている。そしてピストンＰに設け
られた燃焼室２０は、その底壁部２１ａの中央が凸状
（円錐状）に形成されたものであり、底壁部２１ａの外
周端に位置する接続部２２ａを経て燃焼室の頂面まで湾
曲状に拡径している側壁部２３ａにより形成されてい
る。そしてピストンＰの頂面２４とシリンダヘッド３０
のシリンダヘッド下面３１により形成される空間部と上
記燃焼室２０とで燃焼空間が形成され、燃料噴射により
形成される燃料噴霧の軸線Ｆ１と燃料噴射ノズルの軸線
により形成される噴射角度βはピストンが上死点位置に
あるとき上記接続部２２ａに向けた燃料噴射角度となる
ようにおよそ６２．５°に設定されている。
【００１７】また、本発明に基づく燃焼システムでは、
ピストンＰが圧縮上始点付近に上昇した時に第１段目の
燃料が噴射され、その燃料噴霧の軸線Ｆ１による噴射角
度βは燃焼室２０の底壁部２１ａと側壁部２３ａの接続
部２２ａ近傍に噴霧が衝突するように設定されている。
また第１段目の燃料噴射が実施された後、ピストンＰが
さらに降下したときに第２段目の燃料噴射が燃焼室内に
向けて実行される。
【００１８】本実施形態に示す燃焼システムにおいて本
発明に基づく第１段目および第２段目の燃料噴射を実行
した場合の燃焼の進行について図２を用いて説明する。
なお、この実施形態ではエンジンは高負荷状態であり燃
料の５０％を第１段目に噴射し、残りの５０％を第２段
目で噴射するように設定されている。また噴射タイミン
グは圧縮上死点を０°とするクランクアングル（ＣＡ）
で示す。
【００１９】図２−（ａ）ＣＡ＝０°：ピストンＰは圧
縮上死点にあり、このタイミングで第１段目の燃料噴射
が実行される。この第１段目の燃料噴射による燃料噴霧
は底壁部２１ａと側壁部２３ａの接続部２２ａ近傍に向
けられている。そして接続部２２ａ近傍に衝突しその進
行角度を変更して、燃焼室２０の側壁部２３ａに沿って
上方へと向かっていく。
【００２０】図２−（ｂ）ＣＡ＝４°：第１段目の燃料
噴射が終了し噴霧は接側部２２ａから側壁部２３ａに沿
って上方へと拡がっていく。また着火遅れ期間を経て着
火が開始され始める。
【００２１】図２−（ｃ）ＣＡ＝１２°：第１段目に噴
射された燃料は燃焼をさらに進行させながら、燃料噴射
ノズル６より噴射された時の勢いにより接続部２２ａか
ら側壁部２３ａ、そしてピストンＰの頂面２４へとさら
に拡がっていく。
【００２２】図２−（ｄ）ＣＡ＝２０°：第１段目の燃
料噴射による燃焼ガスは燃焼室２０の側壁部２３ａから
ピストンＰの頂面２４およびシリンダヘッド下面３１に
より形成される燃焼空間に到達し、燃焼室２０の中央部
および下部には利用されない空気エリアが形成される。
このタイミングで燃焼室２０内のその空気エリアに第２
段目の燃料噴射が実行される。なお、この第２段目の燃
料噴射は少なくとも燃焼室２０内に向けられるような燃
料噴射タイミングで噴射されることが好ましい。
【００２３】図２−（ｅ）ＣＡ＝２４°：第１段目の燃
料噴射による燃焼ガスにより燃焼室２０の側壁部２３ａ
付近およびシリンダヘッド下面３１とピストンＰの頂面
２４で囲まれる空間は高温高圧となっており、第２段目
の燃料噴霧の貫通力が阻害され燃料噴霧は外周まで到達
せずに中央付近に押し留められる。またその一方で、第
１段目の燃料噴射による燃焼ガスは第２段目の燃料噴射
による噴射圧力により燃焼室底部付近に残留している燃
焼ガスはより燃焼室２０の上方或いはピストンＰの頂面
２４およびシリンダヘッド下面３１とピストンＰの頂面
２４により形成される空間部に押し上げられる。
【００２４】図２−（ｆ）ＣＡ＝２８°：第１段目の燃
料噴射による燃焼ガスは主として燃焼室２０の上方、ピ
ストンＰの頂面２４およびシリンダヘッドＰの下面３１
によって形成される空間部において燃焼が進行し、第２
段目の燃料噴射による燃焼ガスは主として燃焼室２０内
の中央および底部付近において燃焼が進行せしめられ
る。
【００２５】図２および上述した説明から明らかなとお
り、第１段目の燃料噴射は従来の燃焼システムにおける
燃料噴射角度よりも狭く設定されており、燃料噴射方向
はピストンの頂面部３１の開口部乃至その下部付近では
なく、燃焼室２０の底壁部２１ａと側壁部２３ａの接続
部２２ａ近傍に向けて噴射されているものであり、燃焼
室２０は側壁部２３ａが底壁部２１ａの外周端から燃焼
室の上端に向けて拡径するように形成された、すなわち
口径の絞りがない形状とされている。この形状により、
ピストンＰの圧縮上死点付近において実施される第１段
目の燃料噴射による燃料噴霧は底壁部２１ａの外周端付
近すなわち側壁部２３ａとの接続部２２ａ近傍に到達す
るとその底壁部２１ａから側壁部２３ａに向けて角度を
変えて滑らかに進行する。そして側壁部２３ａは拡径し
ながら絞りがないように形成されているため燃料噴射さ
れた時の勢いによってそのままピストンＰの上方へと流
れていく。したがって燃焼室２０の中央部あるいは下部
に燃焼に利用されない空間が形成される。その燃焼室２
０の下部方向に第２段の燃料噴射を行うことにより、そ
の燃料噴射の勢いによって第１段目の燃料噴射による燃
焼ガスはさらに上方に押し上げられるとともに、第２段
目の燃料噴射による燃料噴霧は燃焼室２０の中央部およ
び下部に押し留められる。結果的に上記第１段目の燃料
噴射による燃焼ガスは主に燃焼室２０の上方とピストン
の頂面２４およびシリンダヘッド下面３１により形成さ
れる空間部において燃焼し、第２段目の燃料噴射による
燃焼ガスは燃焼室２０内部の中央部分および下方部分の
空間部において燃焼し、全体としてシリンダ内部の燃焼
空間を偏りなく利用することになり空気の利用率が向上
してスモークの悪化を招くことなく燃焼を進行させるこ
とが出来る。
【００２６】さらには、上述した燃料噴射ノズルの軸線
と燃料噴霧の軸線とで形成される燃料噴射ノズルの燃料
噴射角度βを６２．５°〜６７．５°の間に設定し、燃
焼室２０についてはピストンが上死点近傍にある時、こ
の噴射角度において燃焼室の底壁部と側壁部の接続部近
傍に衝突するように形状を設定すれば、第１段の燃料噴
射による燃料噴霧および燃焼ガスがより速やかに燃焼室
の上方、およびシリンダヘッド下面とピストン頂面部と
で囲まれる空間に移動することとなり、第２段目の燃料
噴射による燃焼空間がより効率的に生み出されることと
なる。
【００２７】なお、図１で示した実施形態では底壁部２
１ａが凸状すなわち円錐状に形成された燃焼室２０を用
いた燃焼システムを示したが、燃焼室形状は必ずしもこ
れに限定されるものではなく、図３に示すように平坦状
に形成された底壁部２１ｂと底壁部２１ｂの外周端すな
わち接続部２２ｂからピストンＰの頂面に向けて拡径し
ているように形成された側壁部２３ｂを有するような燃
焼システムでも良い。このような燃焼室形状であっても
本発明に基づき第１段目の燃料噴射時の噴射角度が上記
接続部２２ｂに向けたものとして設定した上で図２で示
すような２段噴射を行えば本発明が目的としている効果
が得られる。但し、燃焼空間における空気利用率を向上
させることを目的としていることを考慮すれば、図１に
示した実施形態の燃焼室２０の底壁部２１ａ形状の方が
利用が難しい燃焼室２０内の中央下部部分の容積を減ら
せるのでより好ましい結果が期待できる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、ピストン頂面部に設け
られた燃焼室を、底壁部と、底壁部の外周端すなわち接
続部からピストンＰの頂面に向けて拡径するように形成
した側壁部とから形成し、燃料噴射を第１段目と第２段
目に分割し、ピストンが圧縮上死点付近にあるときに実
行される第１段目の燃料噴射が、燃焼室の底壁部と側壁
部の接続部近傍に衝突するような燃料噴射角度とし、ピ
ストンが第１段目の燃料噴射時よりも降下した位置にお
いて燃焼室に向けて第２段目の燃料噴射を実行するよう
にしたので、第１段目の燃料噴射による燃料噴霧および
燃焼ガスが接続部近傍に衝突した後、速やかに燃焼室の
上方、およびピストン頂面とシリンダヘッド下面により
形成される空間部に移動せしめられ、燃焼室中央及び下
方部分に形成された第１段目の燃焼において利用されな
い空間部分に第２段目の燃料噴射を実行することにな
る。すなわち第１段目の燃料噴射による燃焼ガスに第２
段目の燃料噴射が突入することがなく燃焼空間全体の空
気を効率よく利用することができ黒煙の悪化を招くこと
なく多段噴射が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における燃焼システム
【図２】本発明の燃焼システムによって実施される２段
噴射の燃料噴霧と燃焼ガスの拡散を示す図
【図３】本発明の他の実施形態における燃焼システム
【図４】直噴式ディーゼルエンジンに利用される蓄圧式
燃料噴射装置
【図５】従来例のリエントラント型燃焼室における直噴
式ディーゼルエンジンの２段噴射を示す図
【図６】従来例の浅皿型燃焼室における直噴式ディーゼ
ルエンジンの２段噴射を示す図
【符号の説明】
１：サプライポンプ ２：サプライポンプ制御弁 ３、５、７：配管 ４：コモンレール ６：燃料噴射ノズル ８：燃料タンク １０：電磁弁 １１：圧力センサ １２：コントローラ ２０：燃焼室 ２１ａ、２１ｂ：底壁部 ２２ａ、２２ｂ：接続部 ２３ａ、２３ｂ：側壁部 ２４：ピストンの頂面部 ３０：シリンダヘッド ３１：シリンダヘッド下面 ３２：シリンダブロック
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 61/18 ３２０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３２０Ｚ Ｆターム(参考） 3G023 AA03 AA04 AB05 AC05 AD02 AD09 AD29 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA24 CC06U CC48 CE22 DA09 DC04 DC09 3G301 HA02 JA21 JA24 LB11 MA18 PE01A PF03A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダ内に往復動可能に配設されたピ
    ストンの頂面に設けられ、底壁部と該底壁部の外周端か
    らピストンの頂面に向けて徐々に拡径した側壁部とを有
    する燃焼室と、該燃焼室に向けて多段階に燃料噴射可能
    な燃料噴射装置とを具備するディーゼルエンジンの燃焼
    システムにおいて、 該燃料噴射装置は、ピストンが圧縮上死点近傍にあると
    き該燃焼室の該底壁部と側壁部の接続部近傍に向けて燃
    料を噴射する燃料噴射角度を備えた燃料噴射ノズルを有
    し、ピストンが圧縮上死点近傍にあるとき第１段目を噴
    射し、その後第１段目の燃料噴射タイミングよりもピス
    トンが降下した位置にあるとき該燃焼室に向けて第２段
    目を噴射するようにした、 ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼システム。
  2. 【請求項２】 上記燃料噴射角度は燃料噴射ノズルの軸
    線と燃料噴霧の軸線とで形成される角度であり、６２．
    ５度から６７．５度であることを特徴とする請求項１記
    載のディーゼルエンジンの燃焼システム。
JP2001159412A 2001-05-28 2001-05-28 ディーゼルエンジンの燃焼システム Pending JP2002349267A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001159412A JP2002349267A (ja) 2001-05-28 2001-05-28 ディーゼルエンジンの燃焼システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001159412A JP2002349267A (ja) 2001-05-28 2001-05-28 ディーゼルエンジンの燃焼システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002349267A true JP2002349267A (ja) 2002-12-04

Family

ID=19002998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001159412A Pending JP2002349267A (ja) 2001-05-28 2001-05-28 ディーゼルエンジンの燃焼システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002349267A (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006006308A1 (ja) * 2004-07-09 2006-01-19 Yanmar Co., Ltd. 直噴式ディーゼル機関の燃焼室形状
WO2006038500A1 (ja) * 2004-10-01 2006-04-13 Isuzu Motors Limited ディーゼルエンジン
FR2881182A1 (fr) * 2005-01-21 2006-07-28 Peugeot Citroen Automobiles Sa Moteur a combustion interne a injection directe, et vehicule correspondant
CN100462534C (zh) * 2004-10-01 2009-02-18 五十铃自动车株式会社 柴油机
EP2204560A1 (en) 2008-12-17 2010-07-07 Honda Motor Co., Ltd Direct fuel-injection engine
EP2221463A1 (en) * 2007-12-21 2010-08-25 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
WO2011117968A1 (ja) * 2010-03-23 2011-09-29 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射制御装置
US8813713B2 (en) 2010-12-22 2014-08-26 Caterpillar Inc. Piston with cylindrical wall
CN104632353B (zh) * 2014-12-26 2018-06-05 江苏大学 一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧***
WO2023160274A1 (zh) * 2022-02-25 2023-08-31 潍柴动力股份有限公司 卷流燃烧室的喷油方法、卷流燃烧室、车辆及存储介质

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7472678B2 (en) 2004-07-09 2009-01-06 Yanmar Co., Ltd. Combustion chamber shape of direct injection type diesel engine
CN100504048C (zh) * 2004-07-09 2009-06-24 洋马株式会社 直喷式柴油机的燃烧室形状
WO2006006308A1 (ja) * 2004-07-09 2006-01-19 Yanmar Co., Ltd. 直噴式ディーゼル機関の燃焼室形状
WO2006038500A1 (ja) * 2004-10-01 2006-04-13 Isuzu Motors Limited ディーゼルエンジン
JP2006125376A (ja) * 2004-10-01 2006-05-18 Isuzu Motors Ltd ディーゼルエンジン
CN100462534C (zh) * 2004-10-01 2009-02-18 五十铃自动车株式会社 柴油机
US7640094B2 (en) 2004-10-01 2009-12-29 Isuzu Motors Limited Diesel engine
FR2881182A1 (fr) * 2005-01-21 2006-07-28 Peugeot Citroen Automobiles Sa Moteur a combustion interne a injection directe, et vehicule correspondant
EP2221463A4 (en) * 2007-12-21 2011-10-05 Honda Motor Co Ltd DIRECT INJECTION ENGINE
EP2221463A1 (en) * 2007-12-21 2010-08-25 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
US8714136B2 (en) 2007-12-21 2014-05-06 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
EP2204560A1 (en) 2008-12-17 2010-07-07 Honda Motor Co., Ltd Direct fuel-injection engine
US8627798B2 (en) 2008-12-17 2014-01-14 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
WO2011117968A1 (ja) * 2010-03-23 2011-09-29 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射制御装置
US8813713B2 (en) 2010-12-22 2014-08-26 Caterpillar Inc. Piston with cylindrical wall
CN104632353B (zh) * 2014-12-26 2018-06-05 江苏大学 一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧***
WO2023160274A1 (zh) * 2022-02-25 2023-08-31 潍柴动力股份有限公司 卷流燃烧室的喷油方法、卷流燃烧室、车辆及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6401688B2 (en) Auto-ignition combustion management in internal combustion engine
US6505601B1 (en) Method for operating a reciprocating-piston internal combustion engine
JP4542018B2 (ja) エンジンの燃料噴射制御方法、及び、それに用いられるインジェクタを有するエンジン
US20060037563A1 (en) Internal combustion engine with auto ignition
US20060124104A1 (en) Methods for operating a spark-ignition internal combustion engine
JP4007310B2 (ja) ２種類の燃料を用いる予混合圧縮自着火運転可能な内燃機関
CN1985084A (zh) 自动点火汽油机燃烧室和方法
JP2002349267A (ja) ディーゼルエンジンの燃焼システム
JP3820750B2 (ja) ディーゼルエンジン
JP4046611B2 (ja) 内燃機関への流体の噴射を制御する方法
CN107407223B (zh) 直喷发动机的燃料喷射控制装置
JP2005054733A (ja) 筒内直噴式ガソリン機関
JPS5979031A (ja) 直接噴射式デイ−ゼル機関
JP2002276375A (ja) ディーゼルエンジンの燃焼システム
JP3042931B2 (ja) 直噴型ディーゼルエンジン
US20190107041A1 (en) Internal Combustion Engine Control Device
JPH11182247A (ja) 筒内噴射式エンジンの燃焼室構造
JPH11351091A (ja) 燃料噴射弁
JP3903724B2 (ja) ディーゼルエンジンの燃焼システム
JP2002285844A (ja) 圧縮自己着火式内燃機関
JPH08254123A (ja) 内燃機関の燃焼室
JP2002317734A (ja) ディーゼルエンジンの燃料噴射装置
JPH11182311A (ja) 蓄圧式燃料噴射装置
JPH10141062A (ja) ディーゼルエンジン
JPH1182029A (ja) 内燃機関の成層燃焼方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041217

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060425

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060829