JP2504569B2 - 渦流室式ディ―ゼル機関の燃焼室 - Google Patents

渦流室式ディ―ゼル機関の燃焼室

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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は渦流室式ディーゼル機関の燃焼室形状の改良
に関する。
(従来の技術) 渦流室式ディーゼル機関の燃焼改善のために、第6
図、第7図に示すような燃焼室に形成した提案がある
(実開昭63−79435号公報)。
シリンダヘッド4に設けた渦流室5が、ピストン3の
上方の主燃焼室9と噴口6を介して連通しており、ピス
トン3の頂面には渦流室5の噴口6からの噴流を案内す
るために、噴口下面から中心に向けて半径方向に延びる
溝状のトレンチ部11、及びトレンチ部11の先端から両側
方に広がる一対の略円形の浅いキャビティ部10が凹設さ
れ、これらによりいわゆるクローバーリーフ型のピスト
ンキャビティを形成している。
圧縮上死点近傍で渦流室5に噴射される燃料の着火に
伴い、燃焼火炎が噴口6から主燃焼室9に噴出する。こ
の噴流はピストン3のトレンチ部11によって主燃焼室9
の中心部へと導かれ、さらに矢印aで示すように両キャ
ビティ部10の内周に沿う旋回流となって拡散していき、
主燃焼室9の空気と混合しながら、主として第7図の破
線で示す領域で燃焼する。
(発明が解決しようとする課題) しかしながらこのようなピストンキャビティでは、噴
口6からそのままトレンチ部11に沿って中心部に向かう
直線的な噴流の勢いが強過ぎるため、両キャビティ部10
に向けて分散する旋回流の勢力が弱くなり、主燃焼室9
の広い領域に燃焼火炎が拡散しにくく、この結果、空気
利用率が低下し、運転条件によってはスモークやHC、CO
が増大するという問題があった。
本発明はこのような問題を解決することを目的とす
る。
(課題を解決するための手段) そこで本発明は、主燃焼室の中央に噴流が向かうよう
に渦流室からの噴口を主燃焼室の周辺部に開口した渦流
室式ディーゼル機関において、ピストンの頂面に前記噴
口からピストン中心方向に向かう噴流の中心線上でかつ
噴口寄りに位置するように分散台を隆起させると共に、
この分散台の先方両側に互いに連通して略円形に広がる
と共に前記噴口からの噴流が進入する部分からその下流
側に向かって次第に曲率が大きくなる外郭形状となるよ
うに大キャビティ部を凹設すると共に、分散台の手前の
両側に互いに連通する側方キャビティ部を凹設し、各大
キャビティ部に対して分散台の両側において各側方キャ
ビティ部を連通させ、かつ各側方キャビティ部を画成す
る外郭の一部に、噴口からピストン中心方向に向かう噴
流が分散台よりも下流側にて左右大キャビティ部に分流
して生じる旋回流に対して、分散台下流のピストン中心
方向に向けて接線方向から合流するように側方キャビテ
ィ部を通過する噴流を導く案内部を形成するものとし
た。
(作用) 渦流室からの燃料を含む燃焼ガスの噴流は、一部が分
散台を乗り越えて左右の大キャビティ部へと分流してそ
れぞれに旋回流を形成し、また一部は分散台との衝突に
より左右の側方キャビティ部に分流し、案内部に導かれ
てピストンの中心方向に向かい、前記大キャビティ部の
旋回流に接線方向から合流する。
分散台の先方において略円形に広がる左右の大キャビ
ティ部を画成する外郭の曲率は噴口からの噴流が進入す
る部分では小さく、その下流に向かうにしたがって徐々
に大きくなるので、噴口からの勢いの強い燃焼ガス噴流
は大キャビティ部入口部分の大きな曲率の部分で徐々に
方向を転じながら旋回を開始する。このため大キャビテ
ィを乗り越えてシリンダボアに衝突していた噴流成分が
減少すると同時に、それだけ大キャビティ部で生起され
る旋回流が強化されるので、キャビティ内での燃料と空
気との混合が効率よく促進される。
このようにして大キャビティ部での旋回流を増強する
ことにより、主燃焼室の広範囲にわたって空気を巻き込
みながら燃焼を拡散していく。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図、第2図に示す第1の実施例において、シリン
ダヘッド4の渦流室5から燃料を含む噴流を噴出させる
噴口6は、ピストン3の上方の主燃焼室9の周辺部に開
口し、その平面上、主燃焼室9の中心に向かう噴流中心
線l上に位置して、ピストン3の頂面8には、噴口6に
近い位置に分散台13が形成される。
略菱形に隆起して形成された分散台13の先方には、一
対の略円形の大キャビティ部12が噴流中心線lをはさん
で左右対称的に配した円弧形状の外郭17によって画成さ
れる。
略円形の大キャビティ部12を画成する外殻17の曲率は
噴流の中心線lから離れるに従って徐々に大きくなるよ
うに設定され、これにより大キャビティ部12で生起され
る旋回流を強め、かつキャビティを乗り越えてシリンダ
ボアに衝突する噴流成分を減少させる。
また外郭17の一部には前記噴流中心線l上に位置して
略V字状に突出する対向壁部17Aが形成される。
また、分散台13の手前には同じく左右に互いに連通す
る側方キャビティ部14が形成され、この側方キャビティ
部14は分散台13の両側面において大キャビティ部12とも
に連通する。
側方キャビティ部14を画成する外郭18は、噴口6の背
面側がピストン3の外周に沿って円弧状に形成されると
共に、大キャビティ部12との接続側において、徐々にそ
の曲率が大きくなるように湾曲させた案内部18Aが形成
され、側方キャビティ部14から大キャビティ部12に流入
する噴流ガスを、大キャビティ部12で生起される旋回流
の接線方向から合流させるように分散台13の先方に向け
て案内する。
以上のように構成され、その他、第6図、第7図と同
一部分には同符号を付し、次に作用について説明する。
圧縮上死点から膨張行程に移行するに従い、渦流室5
から噴口6を介して主燃焼室9に噴出した未燃焼燃料を
含む火炎噴流は、一部が噴流の直前に位置する分散台13
に衝突して、第1図の矢印bで示すように左右の側方キ
ャビティ部14に分流し、また一部は分散台13を乗り越え
た後、噴流中心線上の略V字状の対向壁部17Aを境にし
て左右の大キャビティ部12に矢印cで示すような旋回流
を生起する。
この場合、略円形の大キャビティ部12を画成する外郭
17は、噴流の中心線1から離れるにしたがってその曲率
が徐々に大きくなるように形成されており、すなわち噴
口6からの勢いの強い噴流が進入する部分では比較的曲
率が小さくて徐々に噴流の向きが変化するので、外郭17
を乗り越えてシリンダボアに衝突する噴流成分が減り、
消炎される燃焼火炎を減少させられる。また、このこと
により、大キャビティ部12で生起される旋回流をいっそ
う強化して燃料と空気との混合を充分に促進することが
できる。
また分散台13の手前から矢印bで示すように側方キャ
ビティ部14に分流した噴流は、円弧状の外郭18から連続
する案内部18Aによって分散台13の先方の噴流中心線l
に向かうように内方に導かれ、大キャビティ部12の旋回
流に接線方向から合流することにより、流入速度を低下
させることなくかつ、合流部分でよどみを生じることな
しに旋回流をさらに増強することができる。
このようにして未燃焼燃料成分を含む噴流は、大キャ
ビティ部12において強い旋回流を生起しつつ空気を取り
取込みながら外側へと燃焼を拡散していき、第1図に点
線で示す、主燃焼室9の広範な領域に火炎を伝播、拡散
していく。
この結果、主燃焼室9の全域にわたって空気利用率の
高い良好な燃焼を確保し、低負荷時の未燃焼燃料分(H
C、SOF等)や、高負荷時のスモークの排出量を大幅に低
減させることができる。
次ぎに第3図の実施例を説明すると、これは略円形の
大キャビティ部12を画成する外郭17の曲率を、噴流の中
心線lから左右に離れるに従って大きくするために、大
キャビティ部12と側方キャビティ部14とを接続する部分
において、案内部18Aの背面を大キャビティ部12の内方
に湾曲して突出させ、この突出面18Bによって旋回流を
キャビティ中心側に向ける。
これによっても、大キャビティ部12における旋回流の
離散を防いで、旋回流を強化すると共にシリンダボアに
衝突する噴流成分を減少させられる。
次に第4図、第5図に示す実施例を説明すると、これ
は左右の大キャビティ部12の外郭17の一部、とくに噴流
の中心線lに対向する部分をピストン頂面8から隆起さ
せ、この隆起部17Cに対応してシリンダヘッド4の下面
にくぼみ4Aを形成し、噴口6からの噴流が衝突したとき
にキャビティを乗り越えることなく、大キャビティ部12
の内周に沿って旋回するように案内するもので、大キャ
ビティ部12で生起される旋回流をさらに強化することが
できる。
このようにして大キャビティ部12での旋回流を強化す
ることにより、未燃焼燃料と空気との混合が一層促進さ
れ、さらに効率のよい燃焼を行わせることができる。
(発明の効果) 以上のように本発明によれば、噴口からの噴流の一部
を分散台の手前から浅い側方キャビティ部に分流、拡散
して初期燃焼割合を高め、さらに分散台を乗り越えて大
キャビティ部に進入した噴流による旋回流に前記側方キ
ャビティ部からの噴流を合流させることにより、大キャ
ビティ部での旋回流を強めて燃料と空気との混合を促進
でき、特に、大キャビティ部の外郭形状を噴流の進入部
分から下流に向かって次第に曲率が大きくなるようにし
て、噴流が外郭を乗り越えて燃焼火炎のクエンチを起こ
すのを防止するとともに大キャビティ部での旋回流の勢
いをより強めるようにしたことから、主燃焼室の全域に
わたって空気利用率の高い良好な燃焼を確保でき、した
がって低負荷時の未燃燃料成分(HC,SOF等)や、高負荷
時のスモークの排出量を確実に低減できるという効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の平面図、第2図は第1
図のA−A線断面図、第3図は第2の実施例の平面図、
第4図は第3の実施例の断面図、第5図は同じくその隆
起部の説明図、第6図は従来例の平面図、第7図は同じ
く断面図である。 3…ピストン、3B…底面、4…シリンダヘッド、5…渦
流室、6…噴口、9…主燃焼室、12…大キャビティ部、
13…分散台、14…側方キャビティ部、18A…案内部。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主燃焼室の中央に噴流が向かうように渦流
    室からの噴口を主燃焼室の周辺部に開口した渦流室式デ
    ィーゼル機関において、ピストンの頂面に前記噴口から
    ピストン中心方向に向かう噴流の中心線上でかつ噴口寄
    りに位置するように分散台を隆起させると共に、この分
    散台の先方両側に互いに連通して略円形に広がると共に
    前記噴口からの噴流が進入する部分からその下流側に向
    かって次第に曲率が大きくなる外郭形状となるように大
    キャビティ部を凹設すると共に、分散台の手前の両側に
    互いに連通する側方キャビティ部を凹設し、各大キャビ
    ティ部に対して分散台の両側において各側方キャビティ
    部を連通させ、かつ各側方キャビティ部を画成する外郭
    の一部に、噴口からピストン中心方向に向かう噴流が分
    散台よりも下流側にて左右大キャビティ部に分流して生
    じる旋回流に対して、分散台下流のピストン中心方向に
    向けて接線方向から合流するように側方キャビティ部を
    通過する噴流を導く案内部を形成したことを特徴とする
    渦流室式ディーゼル機関の燃焼室。
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