JP2532390Y2 - 直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、直噴式ディーゼルエン
ジンの燃焼室に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、直接噴射式のディーゼルエンジ
ンにおいては、ピストンの頂部に適宜形成された燃焼室
を備えている。

【０００３】図７に示すように、従来この種の燃焼室
は、ピストン１の頂部２に、軸芯位置３を中心とし所定
深さ及び内径を有した円形のキャビティ４として形成さ
れ、シリンダヘッド５には、このキャビティ４に適宜臨
むように保持された燃料噴射ノズル６が設けられてい
る。そしてピストン１が上昇して上始点に到達したタイ
ミングで、燃料噴射ノズル６の噴口７からキャビティ４
の側壁８に向かって放射状に燃料噴霧９が吹き付けら
れ、燃焼室内の吸入空気と混合されて、所定の燃焼が行
われることになる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】ところで上記従来の直
噴式ディーゼルエンジンにあっては、燃料を完全に霧化
するため噴射圧力が高められたときに、燃料噴霧９が燃
焼室のキャビティ側壁８と干渉してしまうおそれがあっ
た。即ち図７中、二点鎖線１０にて示したように、燃料
噴霧９はキャビティ４の側壁８に達してもその噴射圧力
が残存しており、これによってピストン上面１１とシリ
ンダヘッド５との隙間に燃料が流出してしまう。またキ
ャビティ中央部（燃料噴射ノズルの下方）１２において
は、吸入空気が新空気のまま残り、噴霧との混合に寄与
しない。このため適切な空気混合が行われず、スモーク
が発生してしまうという問題があった。

【０００５】一方、燃料の空気混合を促進するために、
吸入空気の乱れ（スキッシュ）を生じさせるように、キ
ャビティ４の開口上縁に径方向内方に突出した棚部（図
示せず）を設けた燃焼室も種々提案されている。このよ
うな棚部を設けることで、燃料噴霧の流出はある程度防
ぐことができると予想されるが、より良好な燃焼を得る
には、吸入空気の乱れが強い部分に、燃料噴霧が適切に
当たるようにすることが望ましい。

【０００６】そこで本考案は、上記事情に鑑み、燃料の
流出や吸入した新空気の残存などがなく、しかも燃料噴
霧と吸入空気とを適切に混合できる直噴式ディーゼルエ
ンジンの燃焼室を提供すべく創案されたものである。

【０００７】なお、本考案に対比すべき従来技術とし
て、燃焼室の底部に溝部を設けて、ピストン昇降時にバ
ルブリセス外縁部に渦状の乱気流を発生させるもの（実
開昭５７−７５１２４号公報）が提案されている。但し
この提案では、単にピストン頂部のバルブリセス外周部
に滑らかな弧でつながった断面の溝部を設けるとしただ
けであり、吸入空気の乱れと燃料噴霧との関係に配慮が
なされておらず、上記目的を達成するには不充分である
と考えられる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案は、燃料噴霧が吹
き付けられるキャビティ側壁に、この側壁上端よりも所
定高さだけ下方の位置から下端に至るまで径方向外方に
曲線状にえぐられた窪み部を設け、キャビティ底壁に窪
み部から滑らかに接続する傾斜面を有した台形状の底部
を設けると共に、窪み部の側壁上端からの所定高さが側
壁上端から下端までの燃焼室深さの略１／６以上に、底
部の上面の深さが上記燃焼室深さの略１／２になるよう
に形成し、窪み部の内側近傍に吸入空気の渦状の乱れを
生じさせて、その乱れの中心に燃料噴霧の中心が当るよ
うに構成したものである。

【０００９】

【作用】上記構成によって、窪み部は、キャビティ側壁
に吹き付けられた噴霧をとらえて、ピストン上面へ流出
するのを防ぐと共に、窪み部の上方の垂直な側壁ととも
に、窪み部の近傍に渦状の空気の乱れを生じさせる。底
部は、空気利用の少ない空間を減じ、その上面は、噴口
からの燃料噴射方向に影響を与えること無く、燃料噴霧
を空気の乱れの中心に当てさせ、燃料と空気との混合を
促す。

【００１０】

【実施例】以下、本考案の実施例を添付図面に従って説
明する。

【００１１】図１は、本考案に係わる直噴式ディーゼル
エンジンの燃焼室の一実施例を示したものであり、従来
と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略す
る。この燃焼室は、燃料噴霧９が吹き付けられるキャビ
ティ側壁２１に、径方向外方に曲線状にえぐられた窪み
部２２が設けられ、キャビティ底壁２３に台形状の底部
２４が設けられて構成されている。

【００１２】燃料を噴射するための噴口７は、噴霧角度
θが約20度になるように形成されており、キャビティ側
壁２１及び窪み部２２に到達したときの噴霧の広がり
が、上端位置を0 、下端位置を1 とした燃焼室全高（深
さ）Ｈに対して、その1/8 から3/4 程度の範囲となるよ
うに形成されている。

【００１３】窪み部２２は、側壁上端２５よりも所定高
さＡだけ下方の位置から燃焼室下端２６となる位置に至
るまで形成され、本実施例にあっては、その縦断面が略
半円形になるような適宜な曲面を以て形成されている。
そして窪み部２２の上方に残されたキャビティ側壁２１
となる側壁垂直部２７は、その高さ（深さ）Ａが燃焼室
深さＨの1/6 になるように形成されている。即ち燃焼室
深さＨが24mmであれば、Ａ＝4mm になるように形成され
ている。

【００１４】底部２４は、窪み部２２から滑らかに接続
する傾斜面２８と、軸芯位置３を中心にした所定の幅に
形成された平坦な上面２９とで成る。傾斜面２８の上向
き角度αは、燃料噴霧９の噴射通過領域下限３０の傾斜
と略並行になるように形成されている。また上面２９
は、その深さ（本実施例にあっては上死点におけるシリ
ンダヘッド５の下面からの距離）ｈが燃焼室深さＨの1/
2 になるように形成されている。即ち燃焼室深さＨが24
mmであれば、ｈ＝12mmになるように形成されている。

【００１５】これら窪み部２２及び底部２４の形状は、
本考案者が行った吸入空気の乱れ及びスモーク発生テス
ト（シミュレーション）の結果を考慮して設定したもの
である。

【００１６】図２に示すように、吸入空気の乱れの強さ
は、燃焼室の深さ方向の位置（Ｈ）でみて、上端２５よ
りも若干下方の位置において最大（渦流中心）となるよ
うな、上方に凸の曲線で表わされる。そしてこの空気の
乱れは、側壁垂直部２７の高さＡによって異なるもので
ある。即ち側壁垂直部２７がない場合（Ａ＝０）は、噴
霧通過領域から外れた上端２５近傍にピークＰがあり、
その高さＡを大きくするにつれて、ピークＰは噴霧通過
領域の中心（図１中の一点鎖線Ｑ）に近づく。そして前
記した値である、Ａ＝４／２４Ｈ（＝１／６Ｈ）である
ときに、ピークＰは噴霧通過領域の略中心Ｑに位置され
る。従って、Ａ≧略１／６Ｈであれば、燃料噴霧９の中
心Ｑと空気の乱れの中心Ｐとが当たって、燃料と空気と
の混合が促進され、また、ピストン上面１１への燃料流
出がないと結論した。

【００１７】また図３に示すように、上面２９の高さｈ
も、吸入空気の乱れの位置に影響を及ぼす。その傾向
は、Ａ＝4/24Ｈの条件下で見るかぎり、ｈ＝16/24 〜10
/24 Ｈであれば、そのピークＰは噴霧通過領域に収まる
ものであるが、前記したように、ｈ＝12/24 Ｈ（＝1/2
Ｈ）が最も適切な深さであると考えられる。

【００１８】そして図４及び図５に示すように、スモー
ク発生状況は、側壁垂直部２７の高さＡ及び底部上面２
９の深さｈと相関があり、空気の乱れの中心Ｐと噴霧通
過領域の中心Ｑとが一致するような形状において最も良
好である。即ち、噴霧の中心Ｑに空気の乱れの中心Ｐを
形成させることが、スモークを良好にするものであると
いうことが裏付けられた。

【００１９】このように、キャビティ側壁２１の上端２
５よりも所定高さＡだけ下方の位置に窪み部２２を設
け、底壁２３に窪み部２２から滑らかに接続する傾斜面
２８を有した台形状の底部２４を設けると共に、側壁垂
直部２７の高さＡを燃焼室深さＨの1/6 に、底部２４の
上面２９の深さｈを燃焼室深さＨの1/2 にしたので、燃
料噴霧９がピストンの上面１１へと流出することがな
く、キャビティ内の吸入空気を有効に利用することがで
きると共に、側壁垂直部２７及び窪み部２２の内側近傍
で且つ側壁上端２５よりも下方の適切な位置に、吸入空
気の乱れの中心Ｐを生じせしめることができる。

【００２０】この様子を、キャビティ内の吸入空気流動
状況（格子点における空気の動き）のシミュレーション
図にて示す（図６）。同図は、図１に示した実施例を使
用した場合において求めたものであり、空気の乱れの中
心Ｐは、側壁垂直部２７と窪み部２２の間の内側近傍に
現われており、燃料噴霧９の中心Ｐと略一致することが
伺われる。即ち、図１の構成により、燃料と空気との混
合が促進されて、良好な燃焼が得られ、スモークの低減
が達成されるものである。

【００２１】なお、底部の形状に関しては、空気利用の
少ない空間を減じると言う意味では、その断面形状を台
形とせずに、三角形状にしたほうがよいが、その頂点部
分が噴口７に近くなると、燃料噴霧９が底部側へと引き
寄せられ、底部と噴霧９との干渉が懸念されるものであ
る。従って底部の上部は平坦であって、噴口７と所定の
距離（ｈ）を隔てていることが要求される。

【００２２】また本考案は、上記実施例で示した側壁垂
直部２７の高さＡ及び底部２４の上面２９の深さｈに限
るものではなく、当然、その前後の寸法であっても同等
の作用効果を奏するものである。特に側壁垂直部２７の
高さＡは、略１／６Ｈ以上であればよい。

【００２３】そして上記した以外のキャビティの寸法
は、圧縮比などによって適宜選択されるものである。例
えば燃焼室の径Ｄ_C は、ピストン外径との比で 0.65 、
また側壁垂直部２７の径方向の突出長さＢは、燃焼室径
Ｄ_C の0.05程度とすることができる。

【００２４】

【考案の効果】以上要するに本考案によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００２５】キャビティ側壁に上端よりも所定高さだけ
下方に窪み部を設け、キャビティ底壁に台形状の底部を
設けると共に、所定高さが燃焼室深さの略1/6 以上に、
底部の上面の深さが燃焼室深さの略1/2 になるように形
成したので、燃料噴霧が燃焼室外に流出するのを防止で
き、吸入空気を有効に利用することができると共に、側
壁近傍の適切な位置に吸入空気の乱れの中心を生じせし
め、これに燃料噴霧を当てることができ、燃料と空気と
の混合が促進されて、スモークの低減が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係わる直噴式ディーゼルエンジンの燃
焼室の一実施例を示した側断面図である。

【図２】本考案の作用を説明するための所定高さに影響
される燃焼室深さと空気の乱れとの関係を示した図であ
る。

【図３】本考案の作用を説明するための上面深さに影響
される燃焼室深さと空気の乱れとの関係を示した図であ
る。

【図４】本考案の作用を説明するための所定高さとスモ
ークとの関係を示した図である。

【図５】本考案の作用を説明するための上面深さとスモ
ークとの関係を示した図である。

【図６】本考案の作用効果を説明するための吸入空気の
流れを示した図である。

【図７】従来の直噴式ディーゼルエンジンを示した側断
面図である。

【符号の説明】

９ 燃料噴霧 ２１ キャビティ側壁 ２２ 窪み部 ２３ キャビティ底壁 ２４ 底部 ２５ 側壁上端 ２６ 下端 ２８ 傾斜面 ２９ 上面 Ａ 所定高さ Ｈ 燃焼室深さ ｈ 上面の深さ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴霧が吹き付けられるキャビティ側
   壁に、該側壁上端よりも所定高さだけ下方の位置から下
   端に至るまで径方向外方に曲線状にえぐられた窪み部を
   設け、キャビティ底壁に上記窪み部から滑らかに接続す
   る傾斜面を有した台形状の底部を設けると共に、上記窪
   み部の側壁上端からの所定高さが上記側壁上端から下端
   までの燃焼室深さの略１／６以上に、上記底部の上面の
   深さが上記燃焼室深さの略１／２になるように形成し、
   上記窪み部の内側近傍に吸入空気の渦状の乱れを生じさ
   せて、その乱れの中心に上記燃料噴霧の中心が当るよう
   に構成したことを特徴とする直噴式ディーゼルエンジン
   の燃焼室。