JP2770376B2 - エンジンのピストン - Google Patents
エンジンのピストンInfo
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- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B23/0669—Details related to the fuel injector or the fuel spray having multiple fuel spray jets per injector nozzle
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
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- F02B23/0648—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
- F02B23/0651—Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition the fuel spray impinging on reflecting surfaces or being specially guided throughout the combustion space
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、燃料噴霧を直接供給する多角形のキャビ
ティをピストン頂部に形成したエンジンのピストンに関
する。
ティをピストン頂部に形成したエンジンのピストンに関
する。
［従来の技術］ 通常、ターボ過給機付ディーゼルエンジンの高出力を
追及する場合は、エンジンの最大出力点、即ち燃料流量
最大の点で過給機圧力を最大に設定し、その最大出力点
で発生する燃焼圧力がエンジンの機械強度以下になるよ
うに圧縮比を下げるのが一般であり、低い圧縮比にする
ほど低燃費を期待できる。
追及する場合は、エンジンの最大出力点、即ち燃料流量
最大の点で過給機圧力を最大に設定し、その最大出力点
で発生する燃焼圧力がエンジンの機械強度以下になるよ
うに圧縮比を下げるのが一般であり、低い圧縮比にする
ほど低燃費を期待できる。
このように最大出力点で最適マッチングさせたエンジ
ンは、低速・軽負荷域、即ち過給機圧力が低い範囲で圧
縮圧力、温度そして燃焼室（キャビティ）温度が低くな
る傾向を示す。一般に、インジェクションノズルから噴
射された燃料は、通常、ピストン側壁に衝突して跳返り
火炎中で完全燃焼し、側壁に付着した燃料もその火炎に
よって完全に蒸発または炭化してしまう。しかし、上述
のようにターボ過給機エンジン用にマッチングさせた低
圧縮比エンジンでは、側壁に衝突して反射した燃料が未
着火であったり、側壁に付着した燃料の蒸発の遅れよ
り、より低温度の燃焼室底部に達して液化し、火炎に晒
されてキャビティ内に未燃燃料として浮游し、これが排
気行程で排出されて青白煙（HC）、排気刺激臭を生む。
ンは、低速・軽負荷域、即ち過給機圧力が低い範囲で圧
縮圧力、温度そして燃焼室（キャビティ）温度が低くな
る傾向を示す。一般に、インジェクションノズルから噴
射された燃料は、通常、ピストン側壁に衝突して跳返り
火炎中で完全燃焼し、側壁に付着した燃料もその火炎に
よって完全に蒸発または炭化してしまう。しかし、上述
のようにターボ過給機エンジン用にマッチングさせた低
圧縮比エンジンでは、側壁に衝突して反射した燃料が未
着火であったり、側壁に付着した燃料の蒸発の遅れよ
り、より低温度の燃焼室底部に達して液化し、火炎に晒
されてキャビティ内に未燃燃料として浮游し、これが排
気行程で排出されて青白煙（HC）、排気刺激臭を生む。
この理由からディーゼルエンジンの低圧縮比は、フリ
クション低減、過給率アップによる高出力化が可能であ
るにもかかわらず採用に至っていない。
クション低減、過給率アップによる高出力化が可能であ
るにもかかわらず採用に至っていない。
そこで、低圧縮比過給エンジンを得るためには、キャ
ビティに供給する燃料の状態（蒸発、分散、分布）を良
好な状態に制御し、正確な着火を生じさせて火炎伝播を
図らねばならない。
ビティに供給する燃料の状態（蒸発、分散、分布）を良
好な状態に制御し、正確な着火を生じさせて火炎伝播を
図らねばならない。
この種の課題を前提とした提案には、本出願人提案の
「直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室」（実開昭58−10
2720号公報）がある。
「直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室」（実開昭58−10
2720号公報）がある。
提案は、水平断面が四角形のキャビティを形成し、そ
のキャビティの入り口を形成する開口周縁に半径方向内
方へ突出されたリップを形成し、キャビティの側壁を燃
料噴射ノズルの燃料噴射線に対して直角となるように形
成し、キャビティ底中央にトロイダル方向の撹拌流を生
成する円錐形状の突出部を形成して構成したもので、側
壁に燃料を直角に衝突させることによって、噴射燃料の
一部分の燃料の粒子をさらに細かく砕きつつ、側壁に対
する燃料の残部分がその側壁に薄膜状に付着して拡散す
るようにし、そして上記リップが、側壁で粉砕した燃
料，蒸発した燃料そして薄膜状に付着させる燃料をキャ
ビティ内に閉込めようにしている。
のキャビティの入り口を形成する開口周縁に半径方向内
方へ突出されたリップを形成し、キャビティの側壁を燃
料噴射ノズルの燃料噴射線に対して直角となるように形
成し、キャビティ底中央にトロイダル方向の撹拌流を生
成する円錐形状の突出部を形成して構成したもので、側
壁に燃料を直角に衝突させることによって、噴射燃料の
一部分の燃料の粒子をさらに細かく砕きつつ、側壁に対
する燃料の残部分がその側壁に薄膜状に付着して拡散す
るようにし、そして上記リップが、側壁で粉砕した燃
料，蒸発した燃料そして薄膜状に付着させる燃料をキャ
ビティ内に閉込めようにしている。
つまり、提案は、燃料噴霧の微粒子化を促進して、着
火および火炎伝播に必要な混合気を生成する一方で、撹
拌流の強度に依存させて薄膜状の燃料及び側壁付近に存
在する蒸気を側壁側から剥離させ、これをキャビティの
中心側に運んで火炎を伝播させ、燃焼を良好にするよう
にしている。
火および火炎伝播に必要な混合気を生成する一方で、撹
拌流の強度に依存させて薄膜状の燃料及び側壁付近に存
在する蒸気を側壁側から剥離させ、これをキャビティの
中心側に運んで火炎を伝播させ、燃焼を良好にするよう
にしている。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、上述の提案を上述の低圧縮比エンジンに採用
するためには、次の課題を解決する必要がある。
するためには、次の課題を解決する必要がある。
燃料噴射ノズルを燃焼室の軸心上に配設し、そのノ
ズルからキャビティの側壁へ燃料を噴射するように構成
すると、噴霧到達距離（噴射点から側壁までの距離）が
短いため噴射の過程でキャビティ内の空気と混合する燃
料の割合が少なく側壁に付着する燃料量が多くなる。
ズルからキャビティの側壁へ燃料を噴射するように構成
すると、噴霧到達距離（噴射点から側壁までの距離）が
短いため噴射の過程でキャビティ内の空気と混合する燃
料の割合が少なく側壁に付着する燃料量が多くなる。
低速・軽負荷程、噴射燃料量に対して空気過剰率が
高く、且つ、噴射燃料がスワールによってキャビティ内
で拡散するためにキャビティ全体として過大な稀薄混合
比となり、着火不良、消炎効果が強く未燃焼燃料の排出
割合が増加する。
高く、且つ、噴射燃料がスワールによってキャビティ内
で拡散するためにキャビティ全体として過大な稀薄混合
比となり、着火不良、消炎効果が強く未燃焼燃料の排出
割合が増加する。
エンジンの最大出力点は回転数が高く燃料噴射量も
多く噴射ポンプの角速度が大きいため動的な噴射タイミ
ングはかなり遅角する。このため最大出力点で最適タイ
ミングに設定すると低速回転では動的な噴射時期が進角
する。これがと相乗して上死点前のかなり早い時期に
燃料が噴射されてピストン頂面（リップ上面）に付着す
るため、付加装置として噴射時期を自動的に調節するオ
ートタイマが必要になる。
多く噴射ポンプの角速度が大きいため動的な噴射タイミ
ングはかなり遅角する。このため最大出力点で最適タイ
ミングに設定すると低速回転では動的な噴射時期が進角
する。これがと相乗して上死点前のかなり早い時期に
燃料が噴射されてピストン頂面（リップ上面）に付着す
るため、付加装置として噴射時期を自動的に調節するオ
ートタイマが必要になる。
以上，，から明らかなように過給圧力の低い範
囲（低速・軽負荷）では過大量のHC（青白煙）が発生す
る。
囲（低速・軽負荷）では過大量のHC（青白煙）が発生す
る。
［課題を解決するための手段］ この発明は上記課題を解決することを目的とし、ピス
トン頂面に凹設するキャビティの水平断面を正五角形と
して中央側から燃料噴霧を供給するコーナを形成し、コ
ーナを含む上記キャビティの側壁を燃料噴霧線に対し略
直角とし、上記キャビティの底面に円錐状の突出部を、
開口縁にリップを形成してエンジンのピストンを構成し
たものである。
トン頂面に凹設するキャビティの水平断面を正五角形と
して中央側から燃料噴霧を供給するコーナを形成し、コ
ーナを含む上記キャビティの側壁を燃料噴霧線に対し略
直角とし、上記キャビティの底面に円錐状の突出部を、
開口縁にリップを形成してエンジンのピストンを構成し
たものである。
［作用］ 水平断面が正五角形で開口縁にリップが形成されたキ
ャビティは、キャビティ内に導入される空気流を、一旦
リップで減衰する。つまり、空気流の強度減少に伴い噴
射燃料の貫徹力を相対的に増加させ側壁への到達力を増
加させる。
ャビティは、キャビティ内に導入される空気流を、一旦
リップで減衰する。つまり、空気流の強度減少に伴い噴
射燃料の貫徹力を相対的に増加させ側壁への到達力を増
加させる。
したがって、燃料噴霧の貫徹力が小さい低速・軽負荷
時にあっても、燃料噴霧が各コーナに到達する。燃料噴
霧はコーナを形成する側壁に衝突して一部が反射して拡
散し、一部がその側壁に燃料膜として付着し拡散する。
反射及び拡散の程度は、コーナ及び側壁が燃料噴霧線に
対する傾斜角によって一義的に決定するが、これを略直
角とすると燃料噴霧の中心軸対象として反射及び拡散が
なされ、その程度もほぼ均一になる。燃料の貫徹力が速
度，負荷に応じて増加すると、反射及び拡散の程度も増
加するが、燃料室外への流出はリップが生成するスキッ
シュ流によって阻まれる。つまり、スキッシュ流の強度
も速度，負荷に応じて増加するからである。したがって
コーナ内にはあらゆる速度・負荷域で供給した燃料が分
布し、コーナ内には衝突によってさらに細かく砕かれて
微粒子化し蒸発する燃料、側壁で蒸発する燃料が生成さ
れる。これら燃料は、上記スキッシュ流中に取込まれて
上下方向に旋回し、コーナ内に着火性，火炎の伝播性能
の優れた混合気（予混合気）を生成する。つまり、低速
・軽負荷にあっても側壁を過度に冷却することのない貫
徹力で部分的に燃料の供給が可能になり、部分的にリッ
チな混合気を生成できるようになる。
時にあっても、燃料噴霧が各コーナに到達する。燃料噴
霧はコーナを形成する側壁に衝突して一部が反射して拡
散し、一部がその側壁に燃料膜として付着し拡散する。
反射及び拡散の程度は、コーナ及び側壁が燃料噴霧線に
対する傾斜角によって一義的に決定するが、これを略直
角とすると燃料噴霧の中心軸対象として反射及び拡散が
なされ、その程度もほぼ均一になる。燃料の貫徹力が速
度，負荷に応じて増加すると、反射及び拡散の程度も増
加するが、燃料室外への流出はリップが生成するスキッ
シュ流によって阻まれる。つまり、スキッシュ流の強度
も速度，負荷に応じて増加するからである。したがって
コーナ内にはあらゆる速度・負荷域で供給した燃料が分
布し、コーナ内には衝突によってさらに細かく砕かれて
微粒子化し蒸発する燃料、側壁で蒸発する燃料が生成さ
れる。これら燃料は、上記スキッシュ流中に取込まれて
上下方向に旋回し、コーナ内に着火性，火炎の伝播性能
の優れた混合気（予混合気）を生成する。つまり、低速
・軽負荷にあっても側壁を過度に冷却することのない貫
徹力で部分的に燃料の供給が可能になり、部分的にリッ
チな混合気を生成できるようになる。
また、供給する燃料噴霧の飛翔距離は、コーナ前後の
側壁に対する飛翔距離に対して増加するから、その飛翔
距離の増加に応じて、飛翔途上での空気と混合時間を増
加させて、突出部周りに火炎伝播を主体的に行う混合気
を拡散分布させる。したがって、噴霧の飛翔距離の増加
は、コーナ内に到達する燃料量を相対的に減少させ、そ
の結果として側壁に付着する燃料の膜厚を薄くするよう
に機能する一方で、この時間的遅れがピストンの実圧縮
比を増加させたときと一致させるように機能する。即
ち、低速・軽負荷において、噴射時期の進角を、燃料の
飛翔距離増に伴う時間遅れで相対的に吸収し、噴射時期
をエンジンの回転速度に同期させることが可能になる。
側壁に対する飛翔距離に対して増加するから、その飛翔
距離の増加に応じて、飛翔途上での空気と混合時間を増
加させて、突出部周りに火炎伝播を主体的に行う混合気
を拡散分布させる。したがって、噴霧の飛翔距離の増加
は、コーナ内に到達する燃料量を相対的に減少させ、そ
の結果として側壁に付着する燃料の膜厚を薄くするよう
に機能する一方で、この時間的遅れがピストンの実圧縮
比を増加させたときと一致させるように機能する。即
ち、低速・軽負荷において、噴射時期の進角を、燃料の
飛翔距離増に伴う時間遅れで相対的に吸収し、噴射時期
をエンジンの回転速度に同期させることが可能になる。
この結果、ピストン頂面に燃料を噴射して付着させる
ことを防止しつつ、側壁に付着する燃料の膜厚を適正に
減少し、未燃燃料の大巾な減少を図りつつ燃料の蒸発性
能の向上を図ることができる。
ことを防止しつつ、側壁に付着する燃料の膜厚を適正に
減少し、未燃燃料の大巾な減少を図りつつ燃料の蒸発性
能の向上を図ることができる。
ところで、四角形のキャビティに対して五角形のキャ
ビティを形成すると、コーナ数の増加によ円周方向にお
ける燃料噴霧間隔内に拡散混合気を分布させる割合が増
加するから噴霧間の稀薄部分の存在比率を減少する。
ビティを形成すると、コーナ数の増加によ円周方向にお
ける燃料噴霧間隔内に拡散混合気を分布させる割合が増
加するから噴霧間の稀薄部分の存在比率を減少する。
したがって、コーナでの着火によって生じた火炎が隣
接する拡散混合気に伝播するようになり、迅速な火炎伝
播燃焼が行われるようになる。
接する拡散混合気に伝播するようになり、迅速な火炎伝
播燃焼が行われるようになる。
［実施例］ 以下、この発明の好適一実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
第１図及び第２図に示すように、小型直接噴射デーゼ
ルエンジンに採用される一般のピストン１は、ピストン
直径が小さく、そのピストン１に形成するキャビティ２
の位置は燃料噴射ノズル３の配設位置によって一義的に
定まる。つまり、燃料噴射ノズル３の噴口部４の位置を
シリンダ中心軸O1から半径方向外側にx1オフセットさせ
たときは、キャビィの中心軸O2も燃料噴射ノズル３側に
x2オフセットさせた位置に形成する。オフセットx1,x2
の関係は通常、x2＝x1/2とする。
ルエンジンに採用される一般のピストン１は、ピストン
直径が小さく、そのピストン１に形成するキャビティ２
の位置は燃料噴射ノズル３の配設位置によって一義的に
定まる。つまり、燃料噴射ノズル３の噴口部４の位置を
シリンダ中心軸O1から半径方向外側にx1オフセットさせ
たときは、キャビィの中心軸O2も燃料噴射ノズル３側に
x2オフセットさせた位置に形成する。オフセットx1,x2
の関係は通常、x2＝x1/2とする。
このような関係を満足するエンジンにあっては、噴口
部４の各噴口（各噴射点）からキャビティ２の側壁５ま
でを等距離とすることは困難である。
部４の各噴口（各噴射点）からキャビティ２の側壁５ま
でを等距離とすることは困難である。
そこで、この実施例にあっては、燃料噴射ノズル３の
噴口数と、噴口から噴射する燃料噴霧の広がり角θに対
応した形状のキャビティ２をピストン頂面26に形成す
る。
噴口数と、噴口から噴射する燃料噴霧の広がり角θに対
応した形状のキャビティ２をピストン頂面26に形成す
る。
燃料噴射ノズル３は噴口部４に円周方向に等間隔をお
いて５個の噴口を有して形成され、内部に収容したニー
ドル弁等の弁体（図示せず）の開弁時に同時に円周方向
に対して５つの方向（斜め下方）へ燃料噴霧を噴射する
ように構成する。
いて５個の噴口を有して形成され、内部に収容したニー
ドル弁等の弁体（図示せず）の開弁時に同時に円周方向
に対して５つの方向（斜め下方）へ燃料噴霧を噴射する
ように構成する。
これに対してキャビティ２の水平断面は正五角形形状
とし、そのキャビティ２の入り口10を形成する開口周縁
に円周方向に沿って半径方向内方へ突出させたリップ６
を形成する。リップ６の先端（突出端）７は、リップ先
端７よりリップ６の半径方向外方に中心を置く曲率で円
弧状に丸め、上記キャビティ２の側壁５の中位より上部
と、その円弧８と接線方向のリップ下面９で連続させ
る。リップ下面９との接続部より下方の側壁５は、その
接続部分より半径方向内方へ傾斜させて、斜め上方を向
く傾斜面として成形する。この傾斜面の角度θは、上記
燃料噴射ノズル３からの燃料噴霧線に対して90゜〜110
゜の範囲の傾斜面とし、かつ、その傾斜面の深さ方向の
間隔は、上記燃料噴霧F1〜F5の拡散間隔l2と同等以上と
しつつ底面11と側壁５とが形成する半径方向の間隔D
1は、同一断面におけるリップ先端７間の間隔D2とほぼ
同等程度とする。
とし、そのキャビティ２の入り口10を形成する開口周縁
に円周方向に沿って半径方向内方へ突出させたリップ６
を形成する。リップ６の先端（突出端）７は、リップ先
端７よりリップ６の半径方向外方に中心を置く曲率で円
弧状に丸め、上記キャビティ２の側壁５の中位より上部
と、その円弧８と接線方向のリップ下面９で連続させ
る。リップ下面９との接続部より下方の側壁５は、その
接続部分より半径方向内方へ傾斜させて、斜め上方を向
く傾斜面として成形する。この傾斜面の角度θは、上記
燃料噴射ノズル３からの燃料噴霧線に対して90゜〜110
゜の範囲の傾斜面とし、かつ、その傾斜面の深さ方向の
間隔は、上記燃料噴霧F1〜F5の拡散間隔l2と同等以上と
しつつ底面11と側壁５とが形成する半径方向の間隔D
1は、同一断面におけるリップ先端７間の間隔D2とほぼ
同等程度とする。
キャビティ２の底面11は水平面とし、その底面11の中
央に、キャビティ２の中心軸O2を中心としキャビティ２
の底面11を底とする円錐形状の突出部13を形成する（第
２図）。ただし、その突出部13の頂点は、リップ下面９
以下の高さ位置にあるようにし、突出部13の底外周と側
壁５との間には半径方向に一定の間隔を形成する。
央に、キャビティ２の中心軸O2を中心としキャビティ２
の底面11を底とする円錐形状の突出部13を形成する（第
２図）。ただし、その突出部13の頂点は、リップ下面９
以下の高さ位置にあるようにし、突出部13の底外周と側
壁５との間には半径方向に一定の間隔を形成する。
ところ、上記各側壁５とリップ下面９とは一定の曲率
の円弧で滑らかに接続する。この曲率は圧縮行程終期に
リップ６によって生成されるスキッシュ流Ｖをリップ下
面９側から剥離させてキャビティ２の底面11側に反転さ
せることのできる曲率とする。他の接続部分は、流体の
乱れ、爆発、圧力上昇等に対して応力集中を改善する曲
率の円弧でそれぞれ滑らかに接続する。また、上記キャ
ビティ１の角コーナ14,15,16,17,18は隣接する側壁５相
互をそれぞれ円周方向の曲面19,20,21,22,23で滑らかに
接続して形成する。この曲面19〜23も燃料噴霧線に対し
ては90゜〜110゜範囲の傾斜面で形成する。このように
形成されたキャビティ２に対し各コーナ19〜23相互を円
周方向に接続する曲面19〜23の範囲内へ燃料噴霧F1〜F5
の到達域があるように、上記燃料噴射ノズル３の噴口の
形成位置を決定する。また、第２図に示すように各曲面
19〜23に対して燃料噴霧の開始点、及び終了点をそれぞ
れA,Bとし、これら各点A,Bと燃料噴射ノズル３中心O2と
の成す角をθｒとするとき、燃料噴霧F1〜F5の広がり角
θがθｒ＞θであるように噴口直径を定める。
の円弧で滑らかに接続する。この曲率は圧縮行程終期に
リップ６によって生成されるスキッシュ流Ｖをリップ下
面９側から剥離させてキャビティ２の底面11側に反転さ
せることのできる曲率とする。他の接続部分は、流体の
乱れ、爆発、圧力上昇等に対して応力集中を改善する曲
率の円弧でそれぞれ滑らかに接続する。また、上記キャ
ビティ１の角コーナ14,15,16,17,18は隣接する側壁５相
互をそれぞれ円周方向の曲面19,20,21,22,23で滑らかに
接続して形成する。この曲面19〜23も燃料噴霧線に対し
ては90゜〜110゜範囲の傾斜面で形成する。このように
形成されたキャビティ２に対し各コーナ19〜23相互を円
周方向に接続する曲面19〜23の範囲内へ燃料噴霧F1〜F5
の到達域があるように、上記燃料噴射ノズル３の噴口の
形成位置を決定する。また、第２図に示すように各曲面
19〜23に対して燃料噴霧の開始点、及び終了点をそれぞ
れA,Bとし、これら各点A,Bと燃料噴射ノズル３中心O2と
の成す角をθｒとするとき、燃料噴霧F1〜F5の広がり角
θがθｒ＞θであるように噴口直径を定める。
以上のように構成すると、上記リップ下面9,上記側壁
５下部そして突出部13によってリップ下面９下には、キ
ャビティ２内に供給される燃焼用の空気の旋回流S1をト
ロイダル方向の撹拌流S2としつつ、上下方向には、圧縮
行程終期のスキッシュ流Ｖを導入する空間24（以下スワ
ール旋回部という）を形成する。
５下部そして突出部13によってリップ下面９下には、キ
ャビティ２内に供給される燃焼用の空気の旋回流S1をト
ロイダル方向の撹拌流S2としつつ、上下方向には、圧縮
行程終期のスキッシュ流Ｖを導入する空間24（以下スワ
ール旋回部という）を形成する。
次に作用を説明する。
キャビィの水平断面を従来の四角形から正五角形に形
成すると、角数の増加によって、旋回流S1として導入さ
れる空気流をピストン頂面26で一旦減衰する。つまり、
旋回流S1の強度減少に伴い燃料噴霧F1〜F5の貫徹力を相
対的に増加させて各コーナ14〜18への燃料の到達率を増
加させる。一方、各コーナ14〜18間に噴口から燃料噴霧
F1〜F5を供給する場合、燃料噴霧F1〜F5の噴霧飛翔距離
l1は、リップ先端７間距離Ｄを同一とする四角形キャビ
ティ２の場合と比較すると、l1＝0.323Dからl1＝0.353D
に増加する。つまり、噴霧飛翔距離l1の増加に応じて、
キャビティ２内の燃焼用の空気と混合する時間が増加
し、その飛翔途上で突出部13周りに火炎伝播に必要な拡
散混合気を生成する。また、噴霧飛翔距離l1が増加する
と、拡散混合気の生成量の増加に反比例して、側壁５へ
の燃料の到達量が減少する。この結果、低速・軽負荷に
あって噴射時期を遅角させることになり、ピストン１の
実圧縮比を増加させた場合と結果的に一致する。この結
果、側壁５に付着する燃料膜の膜厚が、側壁５を過度に
冷却するような厚膜となり得ず壁面の蒸発能力は低速・
軽負荷時にあっても一定以上に維持されるようになる。
成すると、角数の増加によって、旋回流S1として導入さ
れる空気流をピストン頂面26で一旦減衰する。つまり、
旋回流S1の強度減少に伴い燃料噴霧F1〜F5の貫徹力を相
対的に増加させて各コーナ14〜18への燃料の到達率を増
加させる。一方、各コーナ14〜18間に噴口から燃料噴霧
F1〜F5を供給する場合、燃料噴霧F1〜F5の噴霧飛翔距離
l1は、リップ先端７間距離Ｄを同一とする四角形キャビ
ティ２の場合と比較すると、l1＝0.323Dからl1＝0.353D
に増加する。つまり、噴霧飛翔距離l1の増加に応じて、
キャビティ２内の燃焼用の空気と混合する時間が増加
し、その飛翔途上で突出部13周りに火炎伝播に必要な拡
散混合気を生成する。また、噴霧飛翔距離l1が増加する
と、拡散混合気の生成量の増加に反比例して、側壁５へ
の燃料の到達量が減少する。この結果、低速・軽負荷に
あって噴射時期を遅角させることになり、ピストン１の
実圧縮比を増加させた場合と結果的に一致する。この結
果、側壁５に付着する燃料膜の膜厚が、側壁５を過度に
冷却するような厚膜となり得ず壁面の蒸発能力は低速・
軽負荷時にあっても一定以上に維持されるようになる。
このようにコーナ14〜18内には、比較的リッチ濃度の
混合気が存在し、そのコーナ14〜18の円周方向前後のス
ワール旋回部24内に火炎伝播に適した濃度の拡散混合気
が存在するようになる。つまり、低速・軽負荷運転時の
キャビティ２内の燃焼条件（混合気の濃度、キャビティ
内雰囲気温度等）が改善され、HCの排出量が減少する。
混合気が存在し、そのコーナ14〜18の円周方向前後のス
ワール旋回部24内に火炎伝播に適した濃度の拡散混合気
が存在するようになる。つまり、低速・軽負荷運転時の
キャビティ２内の燃焼条件（混合気の濃度、キャビティ
内雰囲気温度等）が改善され、HCの排出量が減少する。
着火が開始すると、生成した火炎が円周方向に火炎伝
播され、比較的急速に燃焼する。つまり、燃焼温度が向
上して一定のエンジン出力が確保され、これ伴ってHCの
排出量が減少する、 次に、上述のキャビティ２を備えたピストン１を、低
圧縮比過給エンジン用として採用した場合のHCの排出量
に関する四角形のキャビティと五角形のキャビティ２の
比較性能を第３図乃至第６図に示すテストデータに基づ
いて説明する。
播され、比較的急速に燃焼する。つまり、燃焼温度が向
上して一定のエンジン出力が確保され、これ伴ってHCの
排出量が減少する、 次に、上述のキャビティ２を備えたピストン１を、低
圧縮比過給エンジン用として採用した場合のHCの排出量
に関する四角形のキャビティと五角形のキャビティ２の
比較性能を第３図乃至第６図に示すテストデータに基づ
いて説明する。
第３図は、回転数が変化しても四角形のキャビティに
対して五角形のキャビティ２の性能が優れていること、
また、回転数の大小を問わず四角形のキャビティに対し
て五角形のキャビティ２の性能が優れていることを示
し、第４図は回転数、圧縮比を固定し、噴射時期を変化
させた場合において、噴射時期を上死点前約18゜とする
とHCの排出量が減少することを示している。
対して五角形のキャビティ２の性能が優れていること、
また、回転数の大小を問わず四角形のキャビティに対し
て五角形のキャビティ２の性能が優れていることを示
し、第４図は回転数、圧縮比を固定し、噴射時期を変化
させた場合において、噴射時期を上死点前約18゜とする
とHCの排出量が減少することを示している。
一方、第５図は、回転数1000RPM,2200RPMにおけるHC
の排出量と圧縮比εとの関係を調べたものである。この
結果、各回転数について圧縮比εを下げることによって
HCの排出量が減少することが確認できた。
の排出量と圧縮比εとの関係を調べたものである。この
結果、各回転数について圧縮比εを下げることによって
HCの排出量が減少することが確認できた。
以上の結果から明らかなように、上述のような構成の
五角形のキャビティ２は、低圧縮比エンジンに好適であ
り、圧縮比εを約15.4、燃料の噴射時期を約18゜（BTD
C）とすると、着実な着火と火炎伝播燃焼が保障される
ようになる。
五角形のキャビティ２は、低圧縮比エンジンに好適であ
り、圧縮比εを約15.4、燃料の噴射時期を約18゜（BTD
C）とすると、着実な着火と火炎伝播燃焼が保障される
ようになる。
したがって、低圧縮比エンジンにおいて自動タイマを
用いて噴射時期の調整必要性がなく、低速・軽負荷運転
にあっても青白煙（HC）、刺激臭を減少でき、燃費を向
上できる。
用いて噴射時期の調整必要性がなく、低速・軽負荷運転
にあっても青白煙（HC）、刺激臭を減少でき、燃費を向
上できる。
尚、実施例はキャビティ２の中心軸に対して燃料噴射
ノズル３をオフセットさせる例を説明したものである
が、燃料噴射ノズル３の噴射点とキャビティ２の中心軸
とを一致させることも当然可能であり、また、大形のピ
ストンであれば、シリンダボア、キャビティ２、燃料噴
射ノズル３の中心軸を一致させることも当然可能であ
る。さらに、オフセット必要である場合に噴口の口径を
調整して燃料噴霧F1〜F5の貫徹力，霧化程度を調整する
ことも当然可能である。
ノズル３をオフセットさせる例を説明したものである
が、燃料噴射ノズル３の噴射点とキャビティ２の中心軸
とを一致させることも当然可能であり、また、大形のピ
ストンであれば、シリンダボア、キャビティ２、燃料噴
射ノズル３の中心軸を一致させることも当然可能であ
る。さらに、オフセット必要である場合に噴口の口径を
調整して燃料噴霧F1〜F5の貫徹力，霧化程度を調整する
ことも当然可能である。
［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように、ピストン頂面
に凹設するキャビティの水平断面を正五角形として中央
側から燃料噴霧を供給するコーナを形成し、コーナを含
む上記キャビティの側壁を燃料噴霧線に対し略直角と
し、上記キャビティの底面に円錐状の突出部を、開口縁
にリップを形成したピストン頂面に各コーナ内に直接燃
料噴霧が供給する水平断面正五角形のキャビティを凹設
し、このキャビティの上部にリップを形成したから、低
速・低負荷運転にあっても自動タイマを用いることなく
青白煙（HC），刺激臭を減少できるキャビティを有した
エンジンのピストンを提供できる。
に凹設するキャビティの水平断面を正五角形として中央
側から燃料噴霧を供給するコーナを形成し、コーナを含
む上記キャビティの側壁を燃料噴霧線に対し略直角と
し、上記キャビティの底面に円錐状の突出部を、開口縁
にリップを形成したピストン頂面に各コーナ内に直接燃
料噴霧が供給する水平断面正五角形のキャビティを凹設
し、このキャビティの上部にリップを形成したから、低
速・低負荷運転にあっても自動タイマを用いることなく
青白煙（HC），刺激臭を減少できるキャビティを有した
エンジンのピストンを提供できる。
第１図はこの発明の好適一実施例を示す断面図、第２図
は第１図のII−II線矢視図、第３図乃至第６図は四角形
と五角形のHC性能を示す性能線図である。 図中、１はピストン、２はキャビティ、５は側壁、６は
リップ、14〜18はコーナである。
は第１図のII−II線矢視図、第３図乃至第６図は四角形
と五角形のHC性能を示す性能線図である。 図中、１はピストン、２はキャビティ、５は側壁、６は
リップ、14〜18はコーナである。
Claims (1)
- 【請求項１】ピストン頂面に凹設するキャビティの水平
断面を正五角形として中央側から燃料噴霧を供給するコ
ーナを形成し、コーナを含む上記キャビティの側壁を燃
料噴霧線に対し略直角とし、上記キャビティの底面に円
錐状の突出部を、開口縁にリップを形成したことを特徴
とするエンジンのピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1052075A JP2770376B2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | エンジンのピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1052075A JP2770376B2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | エンジンのピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02233822A JPH02233822A (ja) | 1990-09-17 |
| JP2770376B2 true JP2770376B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=12904699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1052075A Expired - Lifetime JP2770376B2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | エンジンのピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2770376B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100946517B1 (ko) * | 2005-04-19 | 2010-03-11 | 얀마 가부시키가이샤 | 직접 분무식 디젤 기관 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2872855A1 (fr) * | 2004-07-09 | 2006-01-13 | Renault Sas | Moteur a combustion interne comportant un piston muni d'une cavite a paroi tronconique |
| JP2006112312A (ja) | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Yanmar Co Ltd | 直噴式ディーゼル機関の燃焼室形状 |
| DE102010032442B4 (de) | 2010-07-28 | 2014-10-30 | Audi Ag | Selbstzündende Brennkraftmaschine mit Kolbenmulden mit Drallstufung |
-
1989
- 1989-03-06 JP JP1052075A patent/JP2770376B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100946517B1 (ko) * | 2005-04-19 | 2010-03-11 | 얀마 가부시키가이샤 | 직접 분무식 디젤 기관 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02233822A (ja) | 1990-09-17 |
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