JP3042931B2 - 直噴型ディーゼルエンジン - Google Patents

直噴型ディーゼルエンジン

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JP3042931B2 JP4119742A JP11974292A JP3042931B2 JP 3042931 B2 JP3042931 B2 JP 3042931B2 JP 4119742 A JP4119742 A JP 4119742A JP 11974292 A JP11974292 A JP 11974292A JP 3042931 B2 JP3042931 B2 JP 3042931B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は直噴型ディーゼルエンジ
ンに係り、とくにピストンの頂面に凹部から成る燃焼室
を形成し、燃料噴射ノズルによって上記ピストンの燃焼
室に燃料を噴射す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
高くなるという欠点がある。
【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、ピストンの頂
面に凹部から成る燃焼室を形成し、燃料噴射ノズルによ
って前記燃焼室内に燃料噴射をするようにした直噴型デ
ィーゼルエンジンにおいて、前記燃焼室は前記燃料噴射
ノズルによる噴射位置を中心に半径方向外周側に向って
拡がる互いに対称な複数の拡張部を有し、該拡張部は中
心側から外周側にゆくに従って円周方向の幅が次第に広
くなっており、該拡張部の外周部は前記ピストンの外周
とほぼ同心円状の周壁面から構成され、しかも前記燃焼
室のほぼ中央部は前記複数の拡張部とそれぞれ連結しし
かも前記拡張部に比べて円周方向に十分絞られて、複数
の拡張部の外周側から中心部へ向う火炎が互いに衝突す
る衝突燃焼部が形成され、前記燃料噴射ノズルから前記
燃焼室のそれぞれの拡張部の周壁面のほぼ中央部に向け
てほぼ直角に燃料が噴射される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】燃料噴射ノズルから噴射される燃料は、噴射位
置を中心に半径方向外周側に向って拡がる互いに対称な
複数の拡張部の周壁部にほぼ直角に噴射されるようにな
り、このような燃料噴霧によって発生した火炎が上記拡
張部の外周側から燃焼室の中心部へ向けて拡がる際に運
動エネルギが高められ、中心側へ向う火炎が衝突燃焼部
で激しくぶつかり合って拡散燃焼後期にさらに燃焼が活
発に行なわれることになる。これによって残存する燃料
噴霧が酸素と会合して黒煙やパティキュレートの発生が
抑制されるようになる。
【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、ピストン１２の頂面に形成されてい
る燃焼室２１に向けて燃料を噴射するようにしている。
【００１１】上記ピストン１２の燃焼室２１は図４およ
び図５に示すように特徴ある形状を有している。すなわ
ち噴射ノズル２０による噴射位置を中心として半径方向
外周側へ拡がるように一対の拡張部７０が形成されてお
り、２噴口のノズル２０からの燃料の噴霧がこれらの拡
張部７０の外周側の壁面に衝突するようになっている。
しかも燃焼室２１のほぼ中央部は衝突燃焼部７１から構
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
る燃焼室２１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１７を
通して排気ガスが排出されるようになる。
【００２３】上記燃料噴射ノズル２０によって燃料の噴
射が噴射されるピストン１２の頂部側の燃焼室２１は図
４に示すように、燃料噴射ノズル２０を中心に外周側に
拡がっている一対の拡張部７０を有している。そしてノ
ズル２０による噴射位置の附近であって燃焼室２１の中
央部は絞られ、衝突燃焼部７１を構成している。
【００２４】従って燃料噴射ノズル２０から上述の如く
燃料の噴霧が図４および図５に示すように噴射される
と、この燃料の噴霧は拡張部７０の壁面に当るととも
に、着火によって生じた火炎が図６に示すように拡張部
７０の内周壁から中央部に向って拡がる。このときには
すでに拡散燃焼過程になっている。火炎は燃焼室２１の
ほぼ中央部に達したときに大きな運動エネルギを有して
いる。
【００２５】そして図６に示すように左右の火炎が空気
および燃焼ガスを伴って衝突することになり、このとき
に絞られた衝突燃焼部７１が空気と燃焼ガスの衝突をよ
り活発化する。この結果拡散燃焼後期においてさらに燃
焼が活発になる。このことは未燃のままで残存する燃焼
噴霧の油滴による黒煙やパティキュレートの発生を抑制
することになる。
【００２６】このようにノズル２０を中央部に配し、噴
射後に中心部に向う火炎が図６に示すように絞られた衝
突燃焼部７１で衝突するようにした燃焼室２１を有する
ピストン１２を用いることによって、直噴型ディーゼル
エンジンの燃焼であって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、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。これによって直噴型ディーゼルエンジンの排ガス対
策が非常に容易になる利点をもたらす。
【００２７】図７は４噴口のノズル２０に対応した燃焼
室２１を有するピストン１２を示すものである。ここで
燃焼室２１はノズル２０の４噴口に対応してその中心か
ら４つの方向に拡がる４個の拡張部７０を備えている。
このような構成によれば、４噴口ノズル２０に対応して
上記と同様の燃焼後期の拡散燃焼の活発化を図ることが
可能になり、これによって上記実施例と同様の作用効果
を奏することが可能になる。
【００２８】図８および図９は別の変形例を示してい
る。この変形例においては、中央のノズル２０の位置に
体積を有する凹部７２を形成するとともに、その外周側
に衝突燃焼部７１を形成するようにしたものである。従
ってこの場合には、凹部７２の外周側の衝突燃焼部７１
において燃焼後期の拡散燃焼を活発化することが可能に
なるとともに、その後に凹部７２において火炎が衝突す
るようになり、火炎の衝突の直前で衝突燃焼部７１で燃
焼ガスに高い運動エネルギを与えることが可能になる。
【００２９】
【発明の効果】以上のように本発明は、ピストンの頂面
に形成されている凹部から成る燃焼室が燃料噴射ノズル
による噴射位置を中心に半径方向外周側に向って拡がる
互いに対称な複数の拡張部を有し、該拡張部は中心側か
ら外周側にゆくに従って円周方向の幅が次第に広くなっ
ており、該拡張部の外周部はピストンの外周とほぼ同心
円状の周壁面から構成され、しかも燃焼室のほぼ中央部
は複数の拡張部とそれぞれ連結ししかも拡張部に比べて
円周方向に十分絞られて、複数の拡張部の外周側から中
心部へ向う火炎が互いに衝突する衝突燃焼部が形成さ
れ、燃料噴射ノズルから燃焼室のそれぞれの拡張部の周
壁面のほぼ中央部に向けてほぼ直角に燃料が噴射される
ようにしたものである。従ってピストンの外周とほぼ同
心円状の拡張部の周壁面に対してほぼ直角に噴射された
燃料によって生じた火炎が拡張部を中心側へ向う際にこ
の拡張部の円周方向の幅の変化によって運動エネルギが
与えられ、さらに拡張部に対して円周方向に十分絞られ
た燃焼室のほぼ中央部の衝突燃焼部において複数の拡張
部からの火炎が互いに激しくぶつかり合うようになり、
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を図ることが可能にな
り、厳しい排ガス規制に対する対応が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明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】燃料噴射ノズルの縦断面図である。
【図３】燃料噴射ポンプの要部斜視図である。
【図４】ピストンの平面図である。
【図５】図４におけるＶ〜Ｖ線断面図である。
【図６】火炎の衝突を示すピストンの平面図である。
【図７】変形例のピストンの平面図である。
【図８】別の変形例のピストンの平面図である。
【図９】図８におけるＩＸ〜ＩＸ線断面図である。
【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 燃焼室 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 ７０ 拡張部 ７１ 衝突燃焼部 ７２ 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｄ (72)発明者 鈴木 孝幸 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 (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 (56)参考文献 特開 平５−86864（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 23/04 F02B 23/06 F02F 3/26 F02M 61/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ピストンの頂面に凹部から成る燃焼室を形
    成し、燃料噴射ノズルによって前記燃焼室内に燃料噴射
    をするようにした直噴型ディーゼルエンジンにおいて、 前記燃焼室は前記燃料噴射ノズルによる噴射位置を中心
    に半径方向外周側に向って拡がる互いに対称な複数の拡
    張部を有し、該拡張部は中心側から外周側にゆくに従っ
    て円周方向の幅が次第に広くなっており、該拡張部の外
    周部は前記ピストンの外周とほぼ同心円状の周壁面から
    構成され、 しかも前記燃焼室のほぼ中央部は前記複数の拡張部とそ
    れぞれ連結ししかも前記拡張部に比べて円周方向に十分
    絞られて、複数の拡張部の外周側から中心部へ向う火炎
    が互いに衝突する衝突燃焼部が形成され、 前記燃料噴射ノズルから前記燃焼室のそれぞれの拡張部
    の周壁面のほぼ中央部に向けてほぼ直角に燃料が噴射さ
    れることを特徴とする直噴型ディーゼルエンジン。
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