JP2001214742A - ディーゼルエンジンの直噴式燃焼室 - Google Patents

ディーゼルエンジンの直噴式燃焼室

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JP2001214742A
JP2001214742A JP2000023565A JP2000023565A JP2001214742A JP 2001214742 A JP2001214742 A JP 2001214742A JP 2000023565 A JP2000023565 A JP 2000023565A JP 2000023565 A JP2000023565 A JP 2000023565A JP 2001214742 A JP2001214742 A JP 2001214742A
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combustion chamber
arc
diesel engine
wall surface
fuel
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Katsusada Tsukiji
勝定 築地
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気と噴霧燃料との混合を一層促進して、良
好な燃焼とエンジンの出力向上を図る。 【解決手段】 ピストン１の頂面に燃焼室２を凹設す
る。この燃焼室２の内壁面を平面視円弧状の複数の円弧
壁面３で形成し、この燃焼室２の底面中央に隆起部５を
形成する。燃焼室２内に燃料噴射器６の噴射部７を臨ま
せて複数の噴孔より噴霧燃料Ｑを放射状に噴射させ、上
記円弧壁面３・３間の各境界突部４に向けて噴射した各
噴霧燃料Ｑが吸気スワールによりその下流側の円弧壁面
３に偏向するように構成する。各円弧壁面３をその延長
線Ｊがピストン１の下死点位置Ｌでシリンダボア８のト
ップ内縁８ａの近傍に向かうようにテーパ状に拡大す
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、ディーゼルエンジ
ンの直噴式燃焼室に関し、特にピストンの頂面に燃焼室
を凹設した形式の直噴式燃焼室に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の直噴式燃焼室としては、従来よ
り例えば特公昭４９−１６８８１号公報に開示されたも
のが知られている。この直噴式燃焼室は、図３に示すよ
うに、ピストン１の頂面に燃焼室２を凹設し、この燃焼
室２の内壁面を平面視円弧状の複数の円弧壁面３で形成
するとともに、当該燃焼室２の底面中央部に隆起部５を
形成し、上記燃焼室２に燃料噴射器６の噴射部７を臨ま
せて複数の噴孔より噴霧燃料Ｑを放射状に噴射させ、円
弧壁面３間の各境界突部４に向けて噴射した各噴霧燃料
Ｑが、吸気スワールによりその下流側の円弧壁面３のＰ
点に偏向するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この直噴式燃焼室で
は、吸気スワールにより燃焼室２内に生じた主渦流Ａ
が、各円弧壁面３・３間の境界突部４に接してその下流
側に微小渦流を発生させ、そこへ上記噴霧燃料Ｑが衝突
して空気と噴霧燃料との混合が促進されることから、良
好な燃焼が期待できるが、なお、以下の点で改善の余地
がある。
【０００４】上記従来例では、圧縮行程において、上記
微小渦流は燃焼室２の底面に沿って反転し上昇するが、
図３（Ａ）に示すように、各円弧壁面３がほぼ垂直に立
ち上がっていることから、微小渦流の中央部へ向かう分
力が弱く、それが反転上昇する速度が遅くなり、当該微
小渦流は主渦流Ａに吸収されて消滅してしまう。このた
め、従来例では微小渦流が空燃混合を促進するには不十
分であった。本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、空燃混合を一層促進して、良好な
燃焼とエンジンの出力向上を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は以下の基本構成
を備える。ピストン１の頂面に燃焼室２を凹設し、この
燃焼室２の内壁面を平面視円弧状の複数の円弧壁面３で
形成するとともに、当該燃焼室２の底面中央に隆起部５
を形成する。上記燃焼室２内に燃料噴射器６の噴射部７
を臨ませて複数の噴孔より噴霧燃料Ｑを放射状に噴射さ
せ、上記円弧壁面３・３間の各境界突部４に向けて噴射
した各噴霧燃料Ｑが、吸気スワールによりその下流側の
円弧壁面３に偏向するように構成する。
【０００６】請求項１に記載の発明は、前記課題を解決
するために、上記基本構成を備えるディーゼルエンジン
の直噴式燃焼室において、上記円弧壁面３を、その延長
線Ｊがピストン１の下死点位置Ｌでシリンダボア８のト
ップ内縁８ａの近傍に向かうようにテーパ状に拡大し
た、ことを特徴とするものである。
【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
したディーゼルエンジンの直噴式燃焼室において、高速
エンジンでは、上記延長線Ｊをシリンダボア８のトップ
内縁８ａよりも内側寄りに傾斜させ、低速エンジンで
は、当該延長線Ｊをシリンダボア８のトップ内縁８ａよ
りも外側寄りに傾斜させて構成した、ことを特徴とする
ものである。
【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載したディーゼルエンジンの直噴式燃焼室に
おいて、上記円弧壁面３の下縁３ｂを、その上縁３ａに
対して主渦流Ａの下流方向へ偏位させた、ことを特徴と
する。
【０００９】
【発明の作用・効果】請求項１に記載の発明では、前記
基本構成を備えるディーゼルエンジンの直噴式燃焼室に
おいて、例えば図１（Ａ）に示すように、上記円弧壁面
３を、その延長線Ｊがピストン１の下死点位置Ｌでシリ
ンダボア８のトップ内縁８ａの近傍に向かうようにテー
パ状に拡大したことから、以下の作用・効果を奏する。
【００１０】（イ）空燃混合を一層促進して、良好な燃
焼とエンジンの出力向上を図ることことができる。即
ち、図１（Ｂ）に示すように、吸気スワールにより燃焼
室２内に主渦流Ａが生じ、この主渦流Ａは各円弧壁面３
・３間の境界突部４に接してその下流側に微小渦流ｂを
発生させる。そして圧縮行程において、上記微小渦流ｂ
はテーパ状に拡大している円弧壁面３に沿って流下し、
燃焼室２の中央部へ移動して反転し、中央部の隆起５に
沿って上昇する。
【００１１】本発明では、図１（Ａ）に示すように、各
円弧壁面３の延長線Ｊがピストン１の下死点位置Ｌでシ
リンダボア８のトップ内縁８ａの近傍に向かうようにテ
ーパ状に拡大していることから、微小渦流ｂの燃焼室中
央部へ向かう分力が大きく、その反転上昇速度が速くな
るため、当該微小渦流ｂは前記隆起部５の上側で相互に
衝突した後、広がり角θで反発し、シリンダヘッド１０
の燃焼室対抗面１１により再び反転して主渦流Ａと合流
する。このとき円弧壁面３・３間の各境界突部４に向け
て噴射された各噴霧燃料Ｑは、吸気スワールで形成され
た上記主渦流Ａにより、その下流側の円弧壁面３のＰ点
に偏向し、この噴霧燃料Ｑは上記Ｐ点で円弧壁面３に対
して鋭角で衝突し、この噴霧燃料Ｑと前記微小渦流ｂと
が程よく撹拌混合され、空燃混合が一層促進されて、良
好な燃焼とエンジンの出力向上を図ることことができ
る。
【００１２】（ロ）請求項２に記載の発明では、請求項
１に記載したディーゼルエンジンの直噴式燃焼室におい
て、高速エンジンでは、上記延長線Ｊをシリンダボア８
のトップ内縁８ａよりも内側寄りに傾斜させ、低速エン
ジンでは、当該延長線Ｊをシリンダボア８のトップ内縁
８ａよりも外側寄りに傾斜させたことから、それぞれの
エンジンに最適なタイミングで空燃混合がなされ、良好
な燃焼とエンジンの出力向上を図ることことができる。
【００１３】即ち、高速エンジンでは、各円弧壁面３の
傾斜が若干急勾配となるので、微小渦流ｂの燃焼室中央
部へ向かう分力が若干小さく、その反転上昇速度が若干
遅くなり、当該微小渦流ｂの広がり角θも若干小さくな
るが、ピストン１の相対的な上昇速度が速くなること
で、主渦流Ａと微小渦流ｂと噴霧燃料との混合タイミン
グが合致する。これにより、高速エンジンでは、最適な
タイミングで空燃混合がなされ、良好な燃焼とエンジン
の出力向上を図ることことができる。
【００１４】他方、低速エンジンでは、各円弧壁面３の
傾斜が若干緩やかな勾配となるので、微小渦流ｂの燃焼
室中央部へ向かう分力が若干大きく、その反転上昇速度
が若干速くなり、当該微小渦流ｂの広がり角θも若干大
きくなるが、ピストン１の相対的な上昇速度が遅くなる
ことで、主渦流Ａと微小渦流ｂと噴霧燃料との混合タイ
ミングが合致する。これにより、低速エンジンでは、最
適なタイミングで空燃混合がなされ、良好な燃焼とエン
ジンの出力向上を図ることことができる。
【００１５】（ハ）請求項３に記載の発明では、請求項
１又は請求項２に記載したディーゼルエンジンの直噴式
燃焼室において、例えば図２に示すように、上記円弧壁
面３の下縁３ｂを、その上縁３ａに対して上記主渦流Ａ
の下流方向へ偏位させたことから、上記主渦流Ａが上記
微小渦流ｂを巻き込んで最適な空燃混合がなされ、良好
な燃焼とエンジンの出力向上を図ることことができる。
【００１６】即ち、吸気スワールにより燃焼室２内に主
渦流Ａが生じ、この主渦流Ａは各円弧壁面３・３間の境
界突部４に接してその下流側に微小渦流ｂを発生させ
る。この発明では、各円弧壁面３の下縁３ｂが、その上
縁３ａに対して主渦流Ａの下流方向へ偏位しているの
で、図２（Ｂ）に示すように、上記主渦流Ａは、各円弧
壁面３に沿って斜め下方へ流下するが、圧縮行程におい
て、上記主渦流Ａは微小渦流ｂを巻き込んで、旋回しな
がら燃焼室２の中央部へ移動し、中央部の隆起５に沿っ
て旋回しながら反転上昇する。つまり、主渦流Ａが微小
渦流ｂを巻き込んで旋回しながら反転上昇するので、一
層良好な空燃混合が実現される。これにより、良好な燃
焼とエンジンの出力向上を図ることことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るデーゼルエン
ジンの直噴式燃焼室の実施形態を添付図面に基づいて説
明する。図１は本発明の第１の実施形態を示し、図１
（Ａ）はその直噴式燃焼室の縦断面図、図１（Ｂ）はそ
の直噴式燃焼室の平面図である。この直噴式燃焼室は、
従来例と同様の基本構成を備えている。
【００１８】即ち、この直噴式燃焼室は、図１（Ａ）
（Ｂ）に示すように、ピストン１の頂面に燃焼室２を凹
設し、この燃焼室２の内壁面を平面視円弧状の複数の円
弧壁面３で形成するとともに、当該燃焼室２の底面中央
に隆起部５を形成する。上記燃焼室２内に燃料噴射器６
の噴射部７を臨ませて複数の噴孔より噴霧燃料Ｑを放射
状に噴射させるように構成し、上記円弧壁面３・３間の
各境界突部４に向けて噴射した各噴霧燃料Ｑが、吸気ス
ワールで形成された主渦流Ａによりその下流側の円弧壁
面３のＰ点に偏向するように構成されている。
【００１９】この実施形態では、２弁式吸排気弁を備え
るシリンダヘッド１０に燃料噴射器６が斜めに装着され
ている。なお、図１（Ａ）中の符号１２は吸気弁を、１
３は吸気スワールポート１３をそれぞれ示し、吸気行程
において、シリンダボア８内に吸気スワールが導入され
るように構成されている。
【００２０】第１の実施形態では、図１（Ａ）に示すよ
うに、上記円弧壁面３を、その延長線Ｊがピストン１の
下死点位置Ｌでシリンダボア８のトップ内縁８ａに向か
うようにテーパ状に拡大して構成されている。これは、
空気と噴霧燃料Ｑとの混合を一層促進して良好な燃焼と
エンジンの出力向上を図ること意図したものである。即
ち、図１（Ｂ）に示すように、吸気スワールにより燃焼
室２内に主渦流Ａが生じ、この主渦流Ａが各円弧壁面３
間の境界突部４に接してその下流側に微小渦流ｂを発生
させる。そして圧縮行程において、上記微小渦流ｂはテ
ーパ状に拡大している円弧壁面３に沿って流下し、燃焼
室２の中央部へ移動して反転し、中央部の隆起５に沿っ
て上昇する。
【００２１】そして図１（Ａ）に示すように、各円弧壁
面３の延長線Ｊがピストン１の下死点位置Ｌでシリンダ
ボア８のトップ内縁８ａの近傍に向かうように拡大して
いることで、微小渦流ｂの燃焼室中央部へ向かう分力が
大きく、その反転上昇速度が速くなるため、当該微小渦
流ｂは前記隆起部５の上側で相互に衝突した後、広がり
角θで反発し、シリンダヘッド１０の燃焼室対抗面１１
により再び反転して上記主渦流Ａと合流する。このとき
円弧壁面３・３間の各境界突部４に向けて噴射された各
噴霧燃料Ｑは、吸気スワールで形成された主渦流Ａによ
り、その下流側の円弧壁面３のＰ点に偏向する。この噴
霧燃料ＱはＰ点で円弧壁面３に対して鋭角で衝突し、こ
の噴霧燃料Ｑと前記微小渦流ｂとが程よく撹拌混合さ
れ、空燃混合が一層促進されて良好な燃焼とエンジンの
出力向上を図ることことができる。
【００２２】ここで、高速エンジンでは、上記延長線Ｊ
をシリンダボア８のトップ内縁８ａよりも内側寄りに３
°〜５°傾斜させ、低速エンジンでは、当該延長線Ｊを
シリンダボア８のトップ内縁８ａよりも外側寄りに３°
〜５°傾斜させるのが望ましい。これは、それぞれのエ
ンジンに最適なタイミングで空燃混合がなされ、良好な
燃焼とエンジンの出力向上を図ることを意図したもので
ある。
【００２３】即ち、高速エンジンでは、各円弧壁面３の
傾斜が若干急勾配となるので、微小渦流ｂの燃焼室中央
部へ向かう分力が若干小さく、その反転上昇速度が若干
遅くなり、当該微小渦流ｂの反発後の広がり角θも若干
小さくなるが、ピストン１の相対的な上昇速度が速くな
ることで、主渦流Ａと微小渦流ｂと噴霧燃料との混合タ
イミングが合致する。
【００２４】他方、低速エンジンでは、各円弧壁面３の
傾斜が若干緩やかな勾配となるので、微小渦流ｂの燃焼
室中央部へ向かう分力が若干大きく、その反転上昇速度
が若干速くなり、当該微小渦流ｂの反発後の広がり角θ
も若干大きくなるが、ピストン１の相対的な上昇速度が
遅くなることで、主渦流Ａと微小渦流ｂと噴霧燃料との
混合タイミングが合致する。これにより、それぞれのエ
ンジンでは最適なタイミングで空燃混合がなされ、良好
な燃焼とエンジンの出力向上を図ることことができる。
【００２５】図２は本発明の第２の実施形態を示し、図
２（Ａ）はその直噴式燃焼室の平面図、図２（Ｂ）はそ
の直噴式燃焼室の内壁面の部分展開図である。この第２
の実施形態では、上記円弧壁面３の下縁３ｂを、その上
縁３ａに対して上記主渦流Ａの下流方向へ偏位させてあ
る。これは、上記主渦流Ａが上記微小渦流ｂを巻き込ん
で最適な空燃混合がなされ、良好な燃焼とエンジンの出
力向上とを意図したものである。
【００２６】即ち、吸気スワールにより燃焼室２内に主
渦流Ａが生じ、この主渦流Ａは各円弧壁面３・３間の境
界突部４に接してその下流側に微小渦流ｂを発生させ
る。この実施形態では、各円弧壁面３の下縁３ｂが、そ
の上縁３ａに対して主渦流Ａの下流方向へ偏位している
ので、図２（Ｂ）に示すように、上記主渦流Ａは各円弧
壁面３に沿って斜め下方へ流下するが、圧縮行程におい
て、上記主渦流Ａは微小渦流ｂを巻き込んで、旋回しな
がら燃焼室２の中央部へ移動し、中央部の隆起部５に沿
って旋回しながら反転上昇する。つまり、主渦流Ａが微
小渦流ｂを巻き込んで旋回しながら反転上昇するので、
一層良好な空燃混合が実現される。これにより、良好な
燃焼とエンジンの出力向上を図ることことができる。
【００２７】なお、図１（Ａ）において、円弧壁面３の
延長線Ｊの開き角度、円弧壁面３の下縁の曲率半径Ｒ、
及び燃焼室中央部の隆起部５の頂角βを、エンジンの回
転速度やシリンダの内径に応じて適宜設定することによ
り、渦流ｂが当該隆起部５に沿って反転上昇する速度の
最適化、ひいては燃焼の最適化を図ることができる。例
えば、円弧壁面３の延長線Ｊの開き角度を一定にした場
合には、円弧壁面３の下縁の曲率半径Ｒ及び上記隆起部
５の頂角βを変更することにより燃焼の最適化を図り、
上記曲率半径Ｒ及び上記隆起部５の頂角βを一定にした
場合には、円弧壁面３の延長線Ｊの開き角度を変更する
ことにより燃焼の最適化を図る。
【００２８】本発明は上記の実施形態に限定されるもの
ではなく、この発明の要旨を変更しない範囲内において
種々の設計変更を施すことが可能である。例えば、上記
の実施形態では、燃焼室２の内面に４つの円弧壁面３を
形成したものについて例示したが、この円弧壁面３を複
数備えたものであれば差し支えない。また、上記の実施
形態では、２弁式吸排気弁を備えるシリンダヘッド１０
に燃料噴射器６を斜めに装着したものについて例示した
が、４弁式吸排気弁を備えるシリンダヘッドに燃料噴射
器６を垂直に装着したものでも差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、図１（Ａ）は
その直噴式燃焼室の縦断面図、図１（Ｂ）はその直噴式
燃焼室の平面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示し、図２（Ａ）は
その直噴式燃焼室の平面図、図２（Ｂ）はその直噴式燃
焼室の内壁面の部分展開図である。
【図３】従来例に係る図１相当図である。
【符号の説明】
１…ピストン、２…燃焼室、３…円弧壁面、４…円弧壁
面間の境界突部、５…隆起部、６…燃料噴射器、７…噴
射部、８…シリンダボア、８ａ…トップ内縁、３ａ…円
弧壁面の上縁、３ｂ…円弧壁面の下縁、Ａ…主渦流、ｂ
…微小渦流、Ｊ…円弧壁面の延長線、Ｌ…ピストンの下
死点位置、Ｑ…噴霧燃料。
───────────────────────────────────────────────────── 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 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストン（１）の頂面に燃焼室（２）を
    凹設し、この燃焼室（２）の内壁面を平面視円弧状の複
    数の円弧壁面（３）で形成するとともに、当該燃焼室
    （２）の底面中央に隆起部（５）を形成し、 上記燃焼室（２）内に燃料噴射器（６）の噴射部（７）
    を臨ませて複数の噴孔より噴霧燃料（Ｑ）を放射状に噴
    射させ、上記円弧壁面（３・３）間の各境界突部（４）
    に向けて噴射した各噴霧燃料（Ｑ）が、吸気スワールに
    よりその下流側の円弧壁面（３）に偏向するように構成
    したディーゼルエンジンの直噴式燃焼室において、 上記円弧壁面（３）を、その延長線（Ｊ）がピストン
    （１）の下死点位置（Ｌ）でシリンダボア（８）のトッ
    プ内縁（８ａ）の近傍に向かうようにテーパ状に拡大し
    た、ことを特徴とするディーゼルエンジンの直噴式燃焼
    室。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載したディーゼルエンジン
    の直噴式燃焼室において、 高速エンジンでは、上記延長線（Ｊ）をシリンダボア
    （８）のトップ内縁（８ａ）よりも内側寄りに傾斜さ
    せ、低速エンジンでは、当該延長線（Ｊ）をシリンダボ
    ア（８）のトップ内縁（８ａ）よりも外側寄りに傾斜さ
    せて構成した、ことを特徴とするディーゼルエンジンの
    直噴式燃焼室。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載したディー
    ゼルエンジンの直噴式燃焼室において、 上記円弧壁面（３）の下縁（３ｂ）を、その上縁（３
    ａ）に対して主渦流（Ａ）の下流方向へ偏位させた、こ
    とを特徴とするディーゼルエンジンの直噴式燃焼室。
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