JP2510170Y2 - Combustion chamber of internal combustion engine - Google Patents

Combustion chamber of internal combustion engine

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JP2510170Y2
JP2510170Y2 JP1990052181U JP5218190U JP2510170Y2 JP 2510170 Y2 JP2510170 Y2 JP 2510170Y2 JP 1990052181 U JP1990052181 U JP 1990052181U JP 5218190 U JP5218190 U JP 5218190U JP 2510170 Y2 JP2510170 Y2 JP 2510170Y2
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Japan
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combustion chamber
swirl
side wall
fuel
recess
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清孝 福井
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Isuzu Motors Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は内燃機関の燃焼室に係り、特に燃焼室に局部
的に小渦流を生成するための手段を設けた内燃機関の燃
焼室に関する。
The present invention relates to a combustion chamber of an internal combustion engine, and more particularly to a combustion chamber of an internal combustion engine provided with means for locally generating a small vortex in the combustion chamber.

[従来の技術] 供給燃料を圧縮空気の熱によって蒸発させ自発的な燃
焼を生起するように構成した内燃機関の燃焼室、すなわ
ちディーゼル機関の燃焼室では、燃焼室の底壁中央に垂
直断面が山形の突起を形成して積極的に燃焼室内にスワ
ールを生成して燃料噴霧の蒸発と、燃焼室内の空気と燃
料の蒸気との効果的な混合を促進するようにしている。
[Prior Art] In a combustion chamber of an internal combustion engine configured to evaporate a supplied fuel by heat of compressed air to cause spontaneous combustion, that is, in a combustion chamber of a diesel engine, a vertical cross section is formed at a center of a bottom wall of the combustion chamber. A chevron-shaped protrusion is formed to positively generate a swirl in the combustion chamber to promote evaporation of the fuel spray and effective mixing of air in the combustion chamber and vapor of the fuel.

しかし、上記突起が形成するスワールは、突起周りを
旋回するスワールとなり局部的に乱して混合気の生成を
促進するような小渦流を作ることができないため、従
来、上記突起の裾野に相当する部分に垂直なピンを立設
し、ピン周りに小渦流を生成すると共に、円周方向に隣
り合いの関係にあるピン間に燃料噴霧を供給するように
した提案(実開昭56-127326号公報)がなされている [考案が解決しようとする課題] 上記提案のようにピンを立設すると小渦流によって燃
料噴霧の微粒子化、蒸発を局部的に行わせることができ
るようになる反面、ピンに煤が付着して排気行程時に黒
鉛として排出されるようになり、また、提案の位置にピ
ンを立設することによって火炎伝播の成長が妨げられる
ようになる。この結果、燃焼未燃物が生成されやすくな
りHCが増加し、出力が低下してしまう虞や、小渦流の生
成位置が燃焼室の中心側寄りであるため、スワールの強
度が弱くなる低温始動時などに燃料が側壁に付着するよ
うになり、これを原因としてHC(白煙)が多量に排出さ
れるという虞れがある。
However, since the swirl formed by the protrusion becomes a swirl that swirls around the protrusion and cannot locally generate a small vortex that disturbs the generation of the air-fuel mixture, it conventionally corresponds to the skirt of the protrusion. Proposed that vertical pins are erected on the part to generate a small vortex flow around the pins and that fuel spray is supplied between the pins that are in the circumferentially adjacent relationship (Shokai Sho 56-127326). [Problems to be Solved by the Invention] When the pin is erected as in the above proposal, it becomes possible to locally atomize and vaporize the fuel spray by a small vortex flow, while the pin is provided. Soot adheres to and is discharged as graphite during the exhaust stroke, and the pin is erected at the proposed position to prevent the growth of flame propagation. As a result, combustion unburned matter is likely to be generated, HC increases, output may decrease, and the swirl strength weakens because the small vortex flow generation position is closer to the center of the combustion chamber. In some cases, fuel may adhere to the side wall, and as a result, a large amount of HC (white smoke) may be discharged.

つまり、小渦流の形成手段と形成位置を再検討する必
要がある。
That is, it is necessary to reexamine the formation means and the formation position of the small vortex flow.

[課題を解決するための手段] 本考案は上記課題を解決することを目的とし、ピスト
ン頂部にスワールを収容すべく凹設された燃焼室と、該
燃焼室の底壁に側壁近傍に位置して形成された小円形状
の窪み部と、該窪み部より径方向内方に位置して上記底
壁に形成された水平部と、上記窪み部のスワール直上流
側へ向けて燃料を噴霧する噴射ノズルとを備えたもので
ある。
[Means for Solving the Problems] The present invention is intended to solve the above problems, and a combustion chamber recessed to accommodate a swirl at the top of the piston and a bottom wall of the combustion chamber located near the side wall. Formed in a small circular shape, a horizontal portion formed on the bottom wall radially inward of the depression, and spraying fuel toward the swirl upstream side of the depression. And an injection nozzle.

[作用] 上記構成によれば、燃焼室内を周回するスワールは、
燃焼室の底壁の径方向内方に形成された水平部によりそ
の流れ(メインスワール)が保持されつつ、その外側の
側壁近傍に位置する窪み部の上方にマイクロスワールを
生成する。
[Operation] According to the above configuration, the swirl circulating in the combustion chamber is
While the flow (main swirl) is held by the horizontal portion formed radially inward of the bottom wall of the combustion chamber, the micro swirl is generated above the recessed portion located near the outer side wall.

メインスワールは、窪み部にてマイクロスワールを生
成するのみならず、一旦生成されたマイクロスワールの
強度を維持させるように働く。何故なら、メインスワー
ルが周回する水平部が径方向内方に位置し、マイクロス
ワールが生成される窪み部が径方向外方(側壁近傍)に
位置しているため、メインスワールの流れの一部がマイ
クロスワールをアシストするように働くからである。
The main swirl acts not only to generate the microswirl in the depression, but also to maintain the strength of the microswirl once generated. Because the horizontal part around the main swirl is located inward in the radial direction, and the hollow part where the microswirl is generated is located outward in the radial direction (near the side wall). Because it works to assist the micro swirl.

よって、このマイクロスワールのスワール(メインス
ワールのこと)直上流側に燃料を噴霧することにより、
始動時等のスワール速度が遅い場合であっても良好な混
合を得ることができる。
Therefore, by spraying fuel just upstream of the swirl (main swirl) of this micro swirl,
Good mixing can be obtained even when the swirl speed is low at the time of starting.

[実施例] 以下本考案の好適一実施例を添付図面に基づいて説明
する。
[Embodiment] A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第2図に示すようにピストン1の頂部2には軸方向に
沿って窪ませられて燃焼室3が形成されている。燃焼室
3はその直線状の4つの側壁4を所定曲率のコーナ壁5
で滑らかに接続して水平断面が四角形を構成するように
形成されている。
As shown in FIG. 2, a combustion chamber 3 is formed in the top portion 2 of the piston 1 by being recessed along the axial direction. The combustion chamber 3 has four linear side walls 4 and a corner wall 5 having a predetermined curvature.
And are connected smoothly to form a quadrangular horizontal section.

そして燃焼室3の底壁6には、その側壁4近傍の位置
に、軸心方向に沿って小円形断面の窪み部7が形成さ
れ、該窪み部7より径方向内方に位置してリング状に形
成された水平部6aが形成されている。実施例にあって窪
み部7は上記側壁4に対してそのほぼ中央の位置に形成
されている。これに対して燃焼室3のほぼ軸心位置に
は、燃料の噴射部8を燃焼室3内に臨ませて噴射ノズル
9が設けられている。
A recess 7 having a small circular cross section is formed in the bottom wall 6 of the combustion chamber 3 at a position near the side wall 4 along the axial direction, and the ring 7 is positioned radially inward of the recess 7. The horizontal portion 6a is formed in the shape of a circle. In the embodiment, the recessed portion 7 is formed at a position substantially central to the side wall 4. On the other hand, an injection nozzle 9 is provided substantially in the axial center of the combustion chamber 3 with the fuel injection portion 8 facing the inside of the combustion chamber 3.

一方、上記噴射ノズル9は周知のホール型噴射ノズル
から構成され、燃料を集合させる容積を有して形成され
たホール部10には、燃料を霧化して噴射させるための複
数の噴口11,12,13,14…が円周方向に間隔をおいて形成
されている。これら噴口11,12,13,14…は、上記各窪み
7の直上流側に向かって燃焼噴霧を供給する位置にそれ
ぞれ形成されている。
On the other hand, the injection nozzle 9 is composed of a well-known Hall type injection nozzle, and a plurality of injection holes 11 and 12 for atomizing and injecting fuel are provided in a hole portion 10 having a volume for collecting fuel. , 13, 14 ... Are formed at intervals in the circumferential direction. These injection ports 11, 12, 13, 14, ... Are respectively formed at positions where the combustion spray is supplied toward the immediately upstream side of each of the depressions 7.

次に実施例の作用について説明する。 Next, the operation of the embodiment will be described.

第1図及び第2図に示すように圧縮行程時、燃焼室3
内にはピストンの上昇速度と、ピストンの直径と上記燃
焼室3の開口径との比に依存した強度のスワールSが生
成される。このスワールSは、側壁4とコーナー壁5と
の接続部分で剥離して側壁4寄りから半径方向内方側に
方向を修正され、そして直下流の側壁4に衝突して再度
直下流の側壁4に沿って旋回される過程を繰返し、その
結果としてコーナー壁5近傍にマイクロスワールS1を生
成しながら適度に順次減衰されて燃焼室3内を流動化す
る。すなわち、燃焼室3内を周回するスワールSは、燃
焼室3の底壁6の径方向内方に形成された水平部6aによ
りその流れ(メインスワール)が保持されて、燃焼室3
内を周回する。
As shown in FIGS. 1 and 2, during the compression stroke, the combustion chamber 3
A swirl S having a strength depending on the rising speed of the piston and the ratio of the diameter of the piston to the opening diameter of the combustion chamber 3 is generated therein. The swirl S is separated at the connecting portion between the side wall 4 and the corner wall 5 to correct the direction inward from the side wall 4 inward in the radial direction, and collides with the side wall 4 immediately downstream, and again the side wall 4 immediately downstream. The process of being swung along is repeated, and as a result, the microswirl S1 is generated in the vicinity of the corner wall 5 and is appropriately damped in order to fluidize the inside of the combustion chamber 3. That is, the swirl S that circulates in the combustion chamber 3 has its flow (main swirl) held by the horizontal portion 6a formed radially inward of the bottom wall 6 of the combustion chamber 3, and the swirl S
Orbit inside.

スワールSは同時に上記窪み部7内に流入し、その窪
み部7上に強い小渦流S2を発生させる。つまり燃焼室3
内にスワールSを生成するのと同様の原理にて、各窪み
部7を燃焼室3に対して開放された円形断面で形成し、
かつその窪み部7の直径を小さなものとしたことによ
り、より強い小渦流S2を形成できる。すなわち、燃焼室
3内を周回するスワールSは、燃焼室壁底壁6の径方向
内方に形成された水平部6aによりその流れ(メインスワ
ールS)が保持されつつ、その外側に位置する窪み部7
の上方にマイクロスワール(小渦流)S2を生成する。ス
ワールSはこの小渦流S2を生成すると共に、常に生成さ
れた小渦流S2の強度を少なくとも維持させるように働
く。何故なら、メインスワールが周回する水平部6aが径
方向内方に位置し、マイクロスワールが生成される窪み
部7が径方向外方(側壁近傍)に位置しているため、メ
インスワールSの流れの一部がマイクロスワールS2をア
シストするように働くからである。
At the same time, the swirl S flows into the depression 7 and generates a strong small vortex S2 on the depression 7. That is, combustion chamber 3
Based on the same principle as generating the swirl S inside, each recess 7 is formed with a circular cross section open to the combustion chamber 3,
Moreover, by making the diameter of the recess 7 small, a stronger small vortex S2 can be formed. That is, the swirl S that circulates in the combustion chamber 3 retains its flow (main swirl S) by the horizontal portion 6a that is formed radially inward of the bottom wall 6 of the combustion chamber wall, and the dent located outside thereof. Part 7
A micro-swirl (small vortex) S2 is generated above. The swirl S produces | generates this small vortex flow S2, and it always works so that the intensity | strength of the small vortex flow S2 produced | generated may be maintained at least. Because the horizontal portion 6a around which the main swirl circulates is located inward in the radial direction, and the depression 7 in which the microswirl is generated is located radially outward (near the side wall), so the flow of the main swirl S This is because some of them work to assist the Micro Swirl S2.

圧縮行程の終期には上記噴射ノズル9の各噴口11,12,
13,14…から燃料噴霧f1,2,3,4…がそれぞれ噴射されて
各小渦流S2に巻込まれ乱されて加速的に微粒子化、蒸発
化される。この結果、側壁4への燃料の付着量は極端に
減少する。そして小渦流S2によって生成された混合気お
よび噴射の途上でスワールSによって下流へ運ばれつつ
圧縮空気熱によって蒸発された混合気の総量が、燃焼室
3に対して十分な量となるため空気利用率が大巾に向上
し、着火遅れ期間が短縮された燃焼騒音の少ない燃焼が
実現される。そして側壁4に付着される燃料を減少させ
た結果、黒鉛,青白煙,スモーク,HCが減少する。
At the end of the compression stroke, each of the injection holes 11, 12,
The fuel sprays f 1,2,3,4, ... Are injected from 13, 14, .. As a result, the amount of fuel attached to the side wall 4 is extremely reduced. The total amount of the air-fuel mixture generated by the small vortex S2 and the air-fuel mixture evaporated by the heat of the compressed air while being carried downstream by the swirl S during the injection is sufficient for the combustion chamber 3 The rate is greatly improved, and combustion with less combustion noise with a shorter ignition delay period is realized. As a result of reducing the amount of fuel attached to the side wall 4, graphite, bluish white smoke, smoke, and HC are reduced.

なお上記窪みに代えて第3図に示すように小円形の溝
7aを窪ませて形成しても上記窪み7と同様に小渦流S2を
生成し同様の作用効果を生起させることができる。また
実施例の説明にあって上記窪み7を円周方向における側
壁のほぼ中央位置でかつ、側壁4寄りに形成する説明を
したが、これら窪み7(または溝7a)を側壁4寄りでか
つスワール方向に沿って互いに近接する位置に多数形成
してスワール方向に沿って帯状に混合気を分布させて確
実な火炎伝播燃焼を行わせることも可能である。そして
燃焼室3の水平断面は上記四角等の多角形燃焼室に限る
ことなく、円形の燃焼室または側壁上部に棚状の段部を
有する燃焼の底部もしくはその棚状の段部に上述のよう
にして窪み7(または溝7a)を設けることも当然可能で
ある。さらに上述の燃焼室3に使用する燃料は軽油は勿
論、アルコール等の揮発性・低セタン価燃料を使用する
ことも可能である。
It should be noted that instead of the above-mentioned depression, a small circular groove as shown in FIG.
Even if the recess 7a is formed, a small vortex S2 can be generated similarly to the recess 7, and the same effect can be produced. Further, in the description of the embodiment, the recess 7 is formed substantially at the center of the side wall in the circumferential direction and near the side wall 4, but the recess 7 (or the groove 7a) is located near the side wall 4 and swirl. It is also possible to form a large number of air-fuel mixtures in positions close to each other along the direction and distribute the mixture in a band shape along the swirl direction to perform reliable flame propagation combustion. The horizontal cross section of the combustion chamber 3 is not limited to the polygonal combustion chamber such as the above-mentioned square, but the circular combustion chamber or the combustion bottom having a shelf-like step on the upper side wall or the shelf-like step as described above. Of course, it is also possible to provide the recess 7 (or the groove 7a). Further, as the fuel used in the above-mentioned combustion chamber 3, not only light oil, but also volatile low cetane number fuel such as alcohol can be used.

[考案の効果] 以上説明したことから明らかなように本考案によれ
ば、次の如き優れた効果を発揮する。
[Effects of the Invention] As is apparent from the above description, the present invention exhibits the following excellent effects.

(1) 燃焼室の底壁に形成された水平部によりメイン
スワールを保つことができると共に、窪み部によりマイ
クロスワールを生成できるので、始動時等のアウワール
速度が遅い場合であっても、黒煙、青白煙、スモーク、
HCを減少させた失火のない確実な火炎伝播燃焼を行わせ
ることができる。
(1) Main swirl can be maintained by the horizontal part formed on the bottom wall of the combustion chamber, and micro swirl can be generated by the recessed part, so black smoke can be generated even when the aural speed is slow at the time of starting. , Blue-white smoke, smoke,
It is possible to perform reliable flame propagation combustion with reduced HC and without misfire.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案の好適−実施例を示す平面図、第2図は
第1図のII-II線断面図、第3図は本考案に係る溝の要
部拡大断面図である。 図中1はピストン、2はピストンの頂部、3は燃焼室、
4は側壁、6は底壁、6aは水平部、7は窪み部、9は噴
射ノズル、Sはスワール、S2は小渦流である。
FIG. 1 is a plan view showing a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of an essential part of a groove according to the present invention. In the figure, 1 is a piston, 2 is the top of the piston, 3 is a combustion chamber,
4 is a side wall, 6 is a bottom wall, 6a is a horizontal part, 7 is a hollow part, 9 is an injection nozzle, S is a swirl, and S2 is a small vortex.

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of utility model registration request] 【請求項1】ピストン頂部にスワールを収容すべく凹設
された燃焼室と、該燃焼室の底壁に側壁近傍に位置して
形成された小円形状の窪み部と、該窪み部より径方向内
方に位置して上記底壁に形成された水平部と、上記窪み
部のスワール直上流側へ向けて燃料を噴霧する噴射ノズ
ルとを備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼室。
Claim: What is claimed is: 1. A combustion chamber which is recessed to accommodate a swirl at the top of the piston, a small circular recess formed in the bottom wall of the combustion chamber near the side wall, and a diameter smaller than the recess. A combustion chamber of an internal combustion engine, comprising: a horizontal portion located inward in the direction and formed on the bottom wall; and an injection nozzle that sprays fuel toward the upstream side of the swirl of the recess.
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