JP2508708Y2 - 直接噴射式デイ−ゼル機関の燃焼室構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、ピストンの上面に形成される燃焼室窪み
にこの燃焼室窪みを上下に分割する狭窄部を設けたタイ
プの直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室構造に関する。

〔従来の技術〕

直接噴射式ディーゼル機関ではピストン上面に燃焼室
窪みが形成され、この燃焼室窪みによって燃焼室が形成
される。燃焼室窪みの形状としては所謂パーキンス・リ
ップ型の入口部に燃焼室窪みを上下に分割する狭窄部を
設けスキッシュ流の強化を図ったものが提案されてい
る。特開昭53−136111号に記載の燃焼室構造もこの一例
である。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上述タイプの燃焼室を持った直接噴射式ディーゼル機
関では、燃料噴射弁からの燃料は狭窄部の下側における
燃焼室窪みの内面を目指して噴射される。そのため、低
速低負荷域のように燃焼室内のスワールが弱いときは、
スワールを貫徹した燃料噴霧は燃焼室壁面に付着し易く
なる。その結果、燃料の混合拡散が不十分となり、低速
低負荷域での燃焼性が悪くなり、炭化水素（HC）や、窒
素酸化物（NOx）の排出量が多くなる。

この考案は、このような問題点を解決し、燃焼室壁面
への燃料付着量を最小に止め、燃料拡散を促進すること
ができる燃料室構造を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案によれば、ピストン上面に燃焼室窪みが設け
られ、該燃焼室窪みに該燃焼室窪みを上下に分割する狭
窄部を形成した直接噴射式ディーゼル機関において、前
記狭窄部は該狭窄部より上方の燃焼室窪みの内面と狭窄
部より下方の燃焼室窪みの内面との接合部として形成さ
れ、前記狭窄部より下側における燃焼室窪みの内面は１
段目の部分と２段目との異なった形状の凹面部分より成
る二段に形成され、１段目の凹面部分は前記狭窄部より
非連続的に燃焼室窪みの中心から離間する方向に曲げら
れ、かつ１段目の凹面部分と２段目の凹面部分との接合
領域において２段目の凹面部分は１段目の凹面部分に対
して非連続的に更に前記方向に曲げられ、狭窄部の上側
における燃焼室窪みの内面は狭窄部からピストン上面に
滑らかに連なっており、前記１段目の凹面部分は燃料噴
射弁からの噴霧が当たる局部的な部位においてもピスト
ン上下方向に曲率を有する凹面をなしており、かつ前記
１段目の凹面部分はその全面が燃焼室窪みの下方に向く
よう該凹面の全法線が水平より下方に傾斜しており、更
に、狭窄部をピストン上面に連ならせる燃焼室窪みの内
面は凸面をなしていることを特徴とする燃焼室構造が提
供される。

〔作用〕

燃料噴射弁よりの燃料は狭窄部より下方の第１段目の
凹面に向けて噴射される。

第１段目の凹面で反射される燃料の反射方向は反射面
がピストン上下方向に曲率を有する凹面であるためピス
トンの移動によって変化し、燃焼室内において分散され
る。また、前記第１段目の凹面部分はその全面が燃焼室
窪みの下方に向けて拡開しており、凹面に当たった後に
燃料噴霧の反射方向は燃焼室窪みの内方となる。

圧縮行程においてスキッシュ流が発生し、このスキッ
シュ流は狭窄部より上側における内面より円滑に燃焼室
窪み内に導入される。

窪み内に導入されたスキッシュ流は狭窄部及び第１段
目と第２段目との接合部分で剥離されマイクロボルテッ
クスを構成する。このマイクロボルテックスにより狭窄
部より下方の内面に付着した燃料は空気と混合され燃焼
室内に拡散される。

〔実施例〕

第２図において、10はシリンダブロックであり、シリ
ンダボア12を備える。シリンダボア12にピストン13が上
下摺動自在に嵌合される。14はシリンダヘッドであり、
シリンダブロック10に固定される。シリンダヘッド14に
吸気ポート14A、排気ポート14Bが形成され、吸気弁15
A、排気弁15Bによって開閉される（第３図）。シリンダ
ヘッド14に燃料噴射弁17が取付けられる。ピストン13の
上面に燃焼室窪み18が形成される。ピストン13が上死点
又はその近くに位置するとき燃焼室窪み18とシリンダヘ
ッド16下面との間に燃焼室が形成される。燃焼室窪み18
はその入口のところに狭窄部22を有し、燃焼室窪み18は
上下に分割される。狭窄部22の上側における燃焼室窪み
18の内面23はピストン上面に滑らかに連なる曲面をなし
ている。狭窄部22の下側における燃焼室窪みの内面24は
上側の第１段目の凹面部分24Aとこれにつながる第２段
目の凹面部分24Bとより成る。これらの部分24A,24Bは夫
々凹曲面を呈する。第１段目の部分24Aは狭窄部22より
燃焼室窪み18の中心から離間する方向に曲折される。ま
た、同部分24Aはその全面が燃焼室窪み18の下方に向け
て拡開している。第１段目の部分24Aと第２段目の部分2
4Bとの接合部28において、第２段目の部分24Bは第１段
目の部分24Aに対して非連続的に燃焼室窪み18の中心か
ら離間する方向に更に曲げられている。

燃料噴射弁17は噴口17Aを備え、燃焼室窪み18に向か
う噴霧を形成するものであり、その中心線を32で示す。

次に第１図によって燃焼室窪み18の好ましい形状につ
いて説明する。燃料噴射弁17の噴口17Aからは圧縮行程
の終期における燃料噴射期間において燃料が噴射される
が、ピストン上面からの狭窄部22の距離Hcは、この噴射
期間中にわたって燃料噴霧の中心線32が狭窄部22の下方
に位置するように設定される。また、狭窄部22の下方の
燃焼室窪みの内面24の第１段目の部分24Aの長さHfは、
噴射期間中に燃料噴霧の中心線32が殆んどの期間、好ま
しくは80％の期間にわたってその部分24Aに当たるよう
に設定される。そのため、燃料噴霧はその殆んどが第１
の曲面部分24Aで受け止められることになる。狭窄部22
と、その狭窄部22の下側における燃焼室窪み18の第１の
部分24Aと第２の部分との接続点28とを結ぶ弦34が噴霧
中心線32に対してなす角度Ａは、第１部分24Aの長さを
あまり長くしないで噴口17Aからの燃料が噴射期間中に
当たるように設定する必要があるが、好ましくは40°以
下である。

また、第１段めの曲面部分24Aと第２段めの曲面部分2
4Bとの接合部28において、前述のように第２段目の部分
24Bは第１段目の部分24Bに対して非連続的に燃焼室窪み
18の中心から離間する方向に曲げられているが、これ
は、一旦１段目の曲面部分24Aで受け止められた噴霧が
２段目の曲面部分24Bに行かずに剥離されるのに必要な
要件であり、これにより空気との混合を良好とすること
ができる。好ましくは、第１段めの曲面部分24Aと第２
段めの曲面部分24Bとの接合部28において第２の曲面部
分24Bに引いた接線36と第１の曲面部分24Aに引いた接線
38とのなす角度Ｂは多くとも150°を超えないように設
定される。

また、第１段目の曲面部分24Aがなす弦34とピストン
頂面がなす角度Ｅは燃料噴射弁17の傾斜角度によって相
対的に決まるものであるが45°〜60°が好ましい。

また、狭窄部をピストン上面に連ならせる燃焼室窪み
の内面23は凸面をなしている。内面23が平坦面であると
すると狭窄部22は急峻な鋭角をなし肉厚が薄くなるが、
内面23を凸面とすることにより、狭窄部22の肉厚が薄く
なることを緩和している。

以下、この考案の作動を説明すると、ピストン13の下
降する吸入行程時吸気ポート14Aからの空気がシリンダ
ボア12内に導入される。圧縮行程に入るとシリンダボア
12内の空気は圧縮を受け、ピストン13の上面とシリンダ
ヘッド14の下面との間に生じたスキッシュ流が矢印ｍ
（第２図）のように燃焼室窪み18に流入される。この
際、狭窄部22より上側の窪みの内面23は狭窄部22まで滑
らかに繋がっているので、スムースなスキッシュ流の導
入が行われる。

このスキッシュ流は矢印n,pのように狭窄部22の下方
の曲面部分24A,24Bに沿って流れ、その際に狭窄部22及
び第１部分24Aと第２部分24Bの交点28のところで剥離を
生じ、その後流にマイクロボルテックスq,q′を生ず
る。圧縮行程の終期のピストン13が上死点に近づいたと
きに燃料噴射弁17が駆動され、噴霧が32のように狭窄部
22の下方の燃焼室窪み18の内面の第１段目の部分24Aに
当てられ、その衝突後その向きが代わり、第２段目の曲
面部分24Bとの接合部28のところで燃料流は壁面より離
脱され、壁面への燃料の付着は最小限に抑えられる。即
ち、第１段目の内面部分24Aと２段目の内面部分24Bとの
接合部28のところで第２段目の部分24Bが第１段目の部
分24Aに対し非連続的に燃焼室窪み18の中心から離間す
る方向に曲げられる形状を呈していることで、１段目の
曲面部分24Bに付着した燃料はその終端28で液流が途切
れ剥離するのである。このようにして剥離された燃料は
スワールとスキッシュ流で吹き飛ばされ、混合が促進さ
れ、未燃焼ガスである炭化水素の排出量が減少される。
更に、第１段目の曲面部分24Aに付着した燃料はマイク
ロボルテックスｑにより混合拡散が促進され、これも炭
化水素の低減及び燃焼効率の向上に寄与する。また、噴
霧が当たる第１段目の面24Aが曲面であるため、圧縮行
程におけるピストンの移動により噴霧が当たる曲面24A
の位置が変化し、燃焼室中心に向かう反射方向が変化す
るため、燃料が燃焼室中央部において分散され、燃焼性
の改善を図ることができる。

尚、１段目の曲面部分24Aは燃料噴霧がある程度付着
する距離をとってあるので燃焼が緩やかとなり燃焼温度
があまり高くならないので窒素酸化物の排出量を抑える
ことができる。

燃焼室の温度に対し、狭窄部22は弱い部分となるが、
狭窄部22をピストン上面に接続する内面23は凸面として
いるため、狭窄部22の肉厚が薄くなることが緩和され、
燃焼室の高温による損傷の防止を図ることができる。

〔考案の効果〕

この考案によれば、狭窄部22の下方の燃焼室窪み18の
内面24を１段目の曲面部分24Aと２段目の曲面部分24Bと
の二段構成とし、かつ１段目と２段目との接合部28にお
いて２段目の部分24Bを１段目の部分24Aに対して非連続
的に燃焼室窪み18の中心から離間する方向に曲げること
により、壁面流を剥離させ、空気との混合を促進させる
ことができ、かつ噴霧32が当たる第１段目が曲面24Aで
あるため、ピストンの移動によって反射方向が変化し、
燃焼室中央部での燃料の分散が良好となるため、燃焼が
良好となり、排気ガス中の炭化水素成分の排出量を低減
することができる。本願考案によればこの凹面24Aは噴
霧された燃料が当たる部位も含めてピストン上下方向に
曲率を有する凹面をなしている。このような曲率を有す
る凹面をなしていることから燃料が当たる凹面24A上の
部位の変化に応じて反射方向が変化し、燃焼室窪み18の
広い範囲に反射噴霧を拡散させることができ、燃焼室窪
み18内での空気利用効率が高められる効果がある。以上
に加えて、燃料噴射弁17からの噴霧が当たる１段目の凹
面部分24Aはその全面が燃焼室窪み18の下方に向けて拡
開していることから噴霧の反射方向は常に燃焼室窪み18
の内方となるので反射された燃料が燃焼室窪み18の外側
に飛散することを確実に防止することができる。即ち、
噴霧された燃料が燃焼室窪みの外側に飛散すると未燃焼
燃料となってエミッション悪化の恐れがあったが補正後
の本願考案ではこの恐れを解消することができる。

また、狭窄部をピストン上面に連ならせる燃焼室窪み
の内面23は凸面をなしている。そのため、燃焼室の高温
に対して狭窄部への熱的な影響を軽減することができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃焼室窪みの拡大部分図。 第２図はこの考案の燃焼室の全体構成図。 第３図は上面図。 13……ピストン 18……燃焼室窪み 22……狭窄部 23……狭窄部より上側の燃焼室窪み内面 24……狭窄部より下側の燃焼室窪み内面 24A……第１段目部分 24B……第２段目部分 28……第１段目と第２段目との交点

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−38615（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−106023（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−136111（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−148424（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−171625（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−54232（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−190935（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−73532（ＪＰ，Ｕ) 特許132126（ＪＰ，Ｃ２)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン上面に燃焼室窪みが設けられ、該
   燃焼室窪みに該燃焼室窪みを上下に分割する狭窄部を形
   成した直接噴射式ディーゼル機関において、前記狭窄部
   は該狭窄部より上方の燃焼室窪みの内面と狭窄部より下
   方の燃焼室窪みの内面との接合部として形成され、前記
   狭窄部より下側における燃焼室窪みの内面は１段目の部
   分と２段目との異なった形状の凹面部分より成る二段に
   形成され、１段目の凹面部分は前記狭窄部より非連続的
   に燃焼室窪みの中心から離間する方向に曲げられ、かつ
   １段目の凹面部分と２段目の凹面部分との接合領域にお
   いて２段目の凹面部分は１段目の凹面部分に対して非連
   続的に更に前記方向に曲げられ、狭窄部の上側における
   燃焼室窪みの内面は狭窄部からピストン上面に滑らかに
   連なっており、前記１段目の凹面部分は燃料噴射弁から
   の噴霧が当たる局部的な部位においてもピストン上下方
   向に曲率を有する凹面をなしており、かつ前記１段目の
   凹面部分はその全面が燃焼室窪みの下方に向くよう該凹
   面の全法線が水平より下方に傾斜し、さらに狭窄部をピ
   ストン上面に連ならせる燃焼室窪みの内面は凸面をなし
   ていることを特徴とする燃焼室構造。