JP2819854B2 - 直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室 - Google Patents
直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室Info
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- Japan
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- combustion chamber
- depression
- flow
- diesel engine
- direct injection
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- 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
- F02B23/0618—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 having in-cylinder means to influence the charge motion
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
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- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は直接噴射式ディーゼルエ
ンジンの燃焼室に係り、特に燃焼室内に攪拌流を生じさ
せてＮＯｘ，ＨＣ等の改善を図る直接噴射式ディーゼル
エンジンの燃焼室に関するものである。
ンジンの燃焼室に係り、特に燃焼室内に攪拌流を生じさ
せてＮＯｘ，ＨＣ等の改善を図る直接噴射式ディーゼル
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、直接ディーゼルエンジンは、出
力や燃費が良い反面、ＮＯｘや黒煙の排出が副室式より
多いという問題がある。
力や燃費が良い反面、ＮＯｘや黒煙の排出が副室式より
多いという問題がある。
【０００３】この問題の解決のために従来、多くの改善
策が講じられている。図４及び図５に排出ガスに対して
従来最も効果のあった四角燃焼室とリエントラント型の
燃焼室（特開昭63-105227 号公報等）が示されている。
四角燃焼室ａ１は、四隅のコ−ナ−ｂでスワ−ルＳ１の
一部を壊わしコ−ナ−ｂ付近に小さな渦Ｓ２（マイクロ
スワ−ル）を積極的に生じさせて、燃料と空気とのミキ
シングを改善するように形成した燃焼室であり、リエン
トラント型の燃焼室ａ２は、その内周面ｃを半径方向内
方へリップ的に傾斜させてピストン頂面ｄの面積を増
し、燃焼室内ａ２に強いスキッシュ流Ｖを流入させるよ
うにした燃焼室である。スキッシュ流Ｖは、リップ先端
の鋭いエッジｅによって乱流を生成しながら燃焼室ａ２
内に入り、特に燃焼室ａ２の内周面ｃ側に縦渦Ｖ１と乱
れＲとを生じさせて燃焼室ａ内を攪拌し燃料と空気との
ミキシングを改善する。
策が講じられている。図４及び図５に排出ガスに対して
従来最も効果のあった四角燃焼室とリエントラント型の
燃焼室（特開昭63-105227 号公報等）が示されている。
四角燃焼室ａ１は、四隅のコ−ナ−ｂでスワ−ルＳ１の
一部を壊わしコ−ナ−ｂ付近に小さな渦Ｓ２（マイクロ
スワ−ル）を積極的に生じさせて、燃料と空気とのミキ
シングを改善するように形成した燃焼室であり、リエン
トラント型の燃焼室ａ２は、その内周面ｃを半径方向内
方へリップ的に傾斜させてピストン頂面ｄの面積を増
し、燃焼室内ａ２に強いスキッシュ流Ｖを流入させるよ
うにした燃焼室である。スキッシュ流Ｖは、リップ先端
の鋭いエッジｅによって乱流を生成しながら燃焼室ａ２
内に入り、特に燃焼室ａ２の内周面ｃ側に縦渦Ｖ１と乱
れＲとを生じさせて燃焼室ａ内を攪拌し燃料と空気との
ミキシングを改善する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】リエントラント型の燃
焼室にあって、リップ部付近に生じる乱れは、リップ先
端をシャープエッジとすることによって強くなり、スモ
−ク（黒鉛）低減に大きな効果を発揮するようになる
が、シャ−プエッジとするとその耐久性において問題が
生じてしまう。一方、リップの縁を大きく丸めると、ス
キッシュ流がその縁に沿ってスムーズに燃焼室に入り燃
焼室内に相当強い縦渦が生成されることが空気流動の計
算によって証明されている。縦渦は燃料と空気との混合
に効果的であり、相当のスモ−ク低減の効果が確認され
ているが、リップの先端をシャ−プエッジとしたものと
比較すると爆発（膨張）行程の乱流が弱まってしまうと
いう問題がある。
焼室にあって、リップ部付近に生じる乱れは、リップ先
端をシャープエッジとすることによって強くなり、スモ
−ク（黒鉛）低減に大きな効果を発揮するようになる
が、シャ−プエッジとするとその耐久性において問題が
生じてしまう。一方、リップの縁を大きく丸めると、ス
キッシュ流がその縁に沿ってスムーズに燃焼室に入り燃
焼室内に相当強い縦渦が生成されることが空気流動の計
算によって証明されている。縦渦は燃料と空気との混合
に効果的であり、相当のスモ−ク低減の効果が確認され
ているが、リップの先端をシャ−プエッジとしたものと
比較すると爆発（膨張）行程の乱流が弱まってしまうと
いう問題がある。
【０００５】本発明の目的は、今後の厳しい排出ガス規
制に対応するために、スキッシュ流の流入性を良好とし
つつも爆発（膨張）行程において強い乱流を生成するこ
とができる新規な直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼
室を提供するにある。
制に対応するために、スキッシュ流の流入性を良好とし
つつも爆発（膨張）行程において強い乱流を生成するこ
とができる新規な直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼
室を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ピストン頂部に深さ方向に順次拡径した窪
みを形成し、該窪みの開口にコアンダー効果を発生させ
る半径の縁取り面を形成し、該縁取り面はその延長線が
窪みの内面に滑らかに繋がるように形成され、該延長線
と窪みの内面との交点より上方で上記縁取り面より下方
の窪みの内面に溝状の段差部を形成し、該段差部は窪み
の開口から底面への流れよりも底面から開口への流れに
抵抗を与えるべくカエリ状に形成されているものであ
る。
に本発明は、ピストン頂部に深さ方向に順次拡径した窪
みを形成し、該窪みの開口にコアンダー効果を発生させ
る半径の縁取り面を形成し、該縁取り面はその延長線が
窪みの内面に滑らかに繋がるように形成され、該延長線
と窪みの内面との交点より上方で上記縁取り面より下方
の窪みの内面に溝状の段差部を形成し、該段差部は窪み
の開口から底面への流れよりも底面から開口への流れに
抵抗を与えるべくカエリ状に形成されているものであ
る。
【０００７】
【作用】圧縮行程時に生じたスキッシュ流は、コアンダ
ー効果により窪みの開口に設けられた縁取り面に沿って
窪み内に流入し、その後、縁取り面の延長線が窪みの内
周面に滑らかに繋がるように形成されており、その延長
線と窪みの内面との交点より上方で縁取り面より下方の
窪みの内面に形成された段差部がカエリ状となっている
ため、その段差部によって大きな影響を受けることなく
スムーズに底面へと流れ、窪みの底面で反転する。この
結果、圧縮行程時、窪み内に強い縦渦が発生する。この
縦渦は、窪み内に噴射された燃料噴霧を巻き込んで蒸発
させ、予混気（燃料と空気との混合気）を生成し、これ
を窪み内に分布させておく作用を発揮する。このため、
着火は、主に窪みの内周面側で生じる。
ー効果により窪みの開口に設けられた縁取り面に沿って
窪み内に流入し、その後、縁取り面の延長線が窪みの内
周面に滑らかに繋がるように形成されており、その延長
線と窪みの内面との交点より上方で縁取り面より下方の
窪みの内面に形成された段差部がカエリ状となっている
ため、その段差部によって大きな影響を受けることなく
スムーズに底面へと流れ、窪みの底面で反転する。この
結果、圧縮行程時、窪み内に強い縦渦が発生する。この
縦渦は、窪み内に噴射された燃料噴霧を巻き込んで蒸発
させ、予混気（燃料と空気との混合気）を生成し、これ
を窪み内に分布させておく作用を発揮する。このため、
着火は、主に窪みの内周面側で生じる。
【０００８】続く爆発（膨脹）行程では、ピストンの下
降に伴って窪みの底面から内周面に沿って開口へと流れ
る逆スキッシュ流（燃焼ガス）が生じるが、この逆スキ
ッシュ流は、上記段差部が窪みの開口から底面への流れ
よりも底面から開口への流れに抵抗を与えるべくカエリ
状に形成されているため当該段差部によって乱され、乱
流となる。この乱流は、未燃燃料や一度発生した煤に攪
拌を与え、その再燃焼を促進する。
降に伴って窪みの底面から内周面に沿って開口へと流れ
る逆スキッシュ流（燃焼ガス）が生じるが、この逆スキ
ッシュ流は、上記段差部が窪みの開口から底面への流れ
よりも底面から開口への流れに抵抗を与えるべくカエリ
状に形成されているため当該段差部によって乱され、乱
流となる。この乱流は、未燃燃料や一度発生した煤に攪
拌を与え、その再燃焼を促進する。
【０００９】
【実施例】以下本発明の好適一実施例を添付図面に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００１０】図１は、直接噴射式ディ−ゼル機関に使用
されるピストンの縦断面が、第２図にはピストン頂部の
水平断面が示されている。図１に示す如くピストン１の
頂部２には、ピストン頂面３に、軸芯方向に深く窪ませ
た窪み４により実質的に燃焼室５が区画されている。窪
み４は、底面６と、その底面６との接続部を中心として
半径方向内方へ鋭角にかつリップ状に傾斜させて形成さ
れた内周面７と、底面６の中心部にピストン頂面３側に
突出されて形成された円錘状の突出部８と、その突出部
８の基部と内周面７の下端部とが相互に滑らかに接続さ
れるよう、上記底面６を修正し、形成された凹状曲面部
９とによって構成されている。窪み４の水平断面は、図
２に示すように四角断面に形成されトロイダル方向の旋
回流に対して四隅に円弧状のコ−ナ−１０で乱れ（マイ
クロスワ−ル）を生じさせ、燃料と燃焼用空気の混合を
促進するように形成されている。
されるピストンの縦断面が、第２図にはピストン頂部の
水平断面が示されている。図１に示す如くピストン１の
頂部２には、ピストン頂面３に、軸芯方向に深く窪ませ
た窪み４により実質的に燃焼室５が区画されている。窪
み４は、底面６と、その底面６との接続部を中心として
半径方向内方へ鋭角にかつリップ状に傾斜させて形成さ
れた内周面７と、底面６の中心部にピストン頂面３側に
突出されて形成された円錘状の突出部８と、その突出部
８の基部と内周面７の下端部とが相互に滑らかに接続さ
れるよう、上記底面６を修正し、形成された凹状曲面部
９とによって構成されている。窪み４の水平断面は、図
２に示すように四角断面に形成されトロイダル方向の旋
回流に対して四隅に円弧状のコ−ナ−１０で乱れ（マイ
クロスワ−ル）を生じさせ、燃料と燃焼用空気の混合を
促進するように形成されている。
【００１１】つまり窪み４は、ピストン頂面３に、燃焼
用空気及び燃料噴霧の入口となる最も絞られた開口１１
を形成し、かつ内周面７をスキッシュ流を上下に回転さ
せるためのリップ１２に成形する。このような窪み４を
もつピストン１は、通常の直接噴射式ディ−ゼル燃焼室
（トロイダル型燃焼室など）を有したピストン１と比較
してピストン頂面３の面積が大巾に増加し、圧縮行程終
期に強いスキッシュ流Ｖを生じさせる。
用空気及び燃料噴霧の入口となる最も絞られた開口１１
を形成し、かつ内周面７をスキッシュ流を上下に回転さ
せるためのリップ１２に成形する。このような窪み４を
もつピストン１は、通常の直接噴射式ディ−ゼル燃焼室
（トロイダル型燃焼室など）を有したピストン１と比較
してピストン頂面３の面積が大巾に増加し、圧縮行程終
期に強いスキッシュ流Ｖを生じさせる。
【００１２】本発明は、この強いスキッシュ流Ｖを、窪
み４内の攪拌流として有効に利用するために、上記開口
１１を縁取る部分、すなわちリップ１２の先端に、コア
ンダ−効果が生じる比較的大きな半径の縁取り面１３を
形成している。このため、スキッシュ流Ｖは、何等支障
なく窪み４内に入り、窪み４の内周面７側に縦渦Ｖ１を
生成するようになる。
み４内の攪拌流として有効に利用するために、上記開口
１１を縁取る部分、すなわちリップ１２の先端に、コア
ンダ−効果が生じる比較的大きな半径の縁取り面１３を
形成している。このため、スキッシュ流Ｖは、何等支障
なく窪み４内に入り、窪み４の内周面７側に縦渦Ｖ１を
生成するようになる。
【００１３】しかしリップ１２の先端に比較的大きな縁
取り面１３を形成すると、上述のように爆発（膨張）行
程での乱れが弱まり、大きなスモ−ク低減効果を得るこ
とは困難になる。
取り面１３を形成すると、上述のように爆発（膨張）行
程での乱れが弱まり、大きなスモ−ク低減効果を得るこ
とは困難になる。
【００１４】そこで本発明に係る直接噴射式ディーゼル
エンジンの燃焼室では、縁取り面１３の下位に、スキッ
シュ流Ｖの流入性を阻害することなく爆発過程において
のみ乱れを生じさせるための段差部１４を設けている。
エンジンの燃焼室では、縁取り面１３の下位に、スキッ
シュ流Ｖの流入性を阻害することなく爆発過程において
のみ乱れを生じさせるための段差部１４を設けている。
【００１５】段差部１４は、縁取り面１３の下端部と凹
状曲面部９とを結ぶ下部内周面７ａを、その傾斜角を鈍
角側に修正することにより形成され、スキッシュ流Ｖに
対してその流れを何等阻害することがなく、そのスキッ
シュ流Ｖと反対方向の流れに対してのみ乱流Ｒを発生さ
せる。本発明の実施例では、段差部１４にてさらに強い
乱流Ｒを発生させるために、段差面にＶ乃至Ｕ形断面の
溝加工を施し、段差部１４をカエリ状の突起様に修正し
ている。
状曲面部９とを結ぶ下部内周面７ａを、その傾斜角を鈍
角側に修正することにより形成され、スキッシュ流Ｖに
対してその流れを何等阻害することがなく、そのスキッ
シュ流Ｖと反対方向の流れに対してのみ乱流Ｒを発生さ
せる。本発明の実施例では、段差部１４にてさらに強い
乱流Ｒを発生させるために、段差面にＶ乃至Ｕ形断面の
溝加工を施し、段差部１４をカエリ状の突起様に修正し
ている。
【００１６】次に作用を説明する。
【００１７】図１に示すように圧縮行程終期に発生する
スキッシュ流Ｖは、縁取り面１３のコアンダ−効果によ
って縁取り面１３の半径に沿って下降する層流となる。
スキッシュ流Ｖは、段差部１４との端末部において剥離
を開始し、凹状曲面部９の曲率に沿って反転する。この
ため圧縮行程に段差部１４は乱流Ｒを積極的に生成する
ことはなく、窪み４の内周面７側に上下方向に回転する
縦渦Ｖ１を形成する。この縦渦Ｖ１によって窪み４内は
大きな攪拌を受ける。したがって燃料噴射ノズル（ピン
ト−ノズル，マルチジェットノズルなど）から燃料噴霧
を縦渦Ｖ１へ向けて供給すると、燃料噴霧はその縦渦Ｖ
１内に巻き込まれ蒸発、予混合気化し、着火、燃焼す
る。
スキッシュ流Ｖは、縁取り面１３のコアンダ−効果によ
って縁取り面１３の半径に沿って下降する層流となる。
スキッシュ流Ｖは、段差部１４との端末部において剥離
を開始し、凹状曲面部９の曲率に沿って反転する。この
ため圧縮行程に段差部１４は乱流Ｒを積極的に生成する
ことはなく、窪み４の内周面７側に上下方向に回転する
縦渦Ｖ１を形成する。この縦渦Ｖ１によって窪み４内は
大きな攪拌を受ける。したがって燃料噴射ノズル（ピン
ト−ノズル，マルチジェットノズルなど）から燃料噴霧
を縦渦Ｖ１へ向けて供給すると、燃料噴霧はその縦渦Ｖ
１内に巻き込まれ蒸発、予混合気化し、着火、燃焼す
る。
【００１８】図３に示すように爆発行程時には、凹状曲
面部９によって燃焼ガスが、修正された下部内周面７ａ
をシリンダヘッド側へ上昇する。このとき段差部１４
は、強い乱流Ｒを発生させ、未燃の燃料や一度発生した
すすを攪拌しこれを再燃焼させる。
面部９によって燃焼ガスが、修正された下部内周面７ａ
をシリンダヘッド側へ上昇する。このとき段差部１４
は、強い乱流Ｒを発生させ、未燃の燃料や一度発生した
すすを攪拌しこれを再燃焼させる。
【００１９】このように本発明は、圧縮行程では窪み４
内にスム−ズに流入されたスキッシュ流Ｖと、コ−ナ−
１０によるマイクロスワ−ルにより、燃料と燃焼用空気
とのミキシング性能を改善し、爆発（膨張）行程では段
差部１４によって、窪み４内を強い乱流Ｒを生じさせ
て、大幅なスモ−ク（黒鉛）及びＣＯ，ＨＣの低減を達
成する。また、スモ−クが大幅に低減できるので、ＥＧ
Ｒ量（排気ガス再循環量）を大きくできるようになり、
ＮＯｘをも低減させることができる。なお段差部１４の
耐久性を改善するために、段差部１４の部位のみをセラ
ミックスやニレジスト鋳鉄等の熱に対する耐久性のある
材料で形成し、その耐久性を確保することも当然可能で
ある。
内にスム−ズに流入されたスキッシュ流Ｖと、コ−ナ−
１０によるマイクロスワ−ルにより、燃料と燃焼用空気
とのミキシング性能を改善し、爆発（膨張）行程では段
差部１４によって、窪み４内を強い乱流Ｒを生じさせ
て、大幅なスモ−ク（黒鉛）及びＣＯ，ＨＣの低減を達
成する。また、スモ−クが大幅に低減できるので、ＥＧ
Ｒ量（排気ガス再循環量）を大きくできるようになり、
ＮＯｘをも低減させることができる。なお段差部１４の
耐久性を改善するために、段差部１４の部位のみをセラ
ミックスやニレジスト鋳鉄等の熱に対する耐久性のある
材料で形成し、その耐久性を確保することも当然可能で
ある。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る直接噴
射式ディーゼルエンジンの燃焼室によれば、圧縮行程終
期にピストン頂面に生じたスキッシュ流がスムーズに窪
み内に導入されるので窪み内に縦渦が生成されて燃料と
空気との混合が良好になり、続く爆発（膨張）行程時に
窪み底部から内周面に沿って開口へと流れる逆スキッシ
ュ流（燃焼ガス）に乱流が生じるので燃焼が良好にな
る。このため、スモーク（黒煙）、ＣＯおよびＨＣの大
幅な低減を達成できる。
射式ディーゼルエンジンの燃焼室によれば、圧縮行程終
期にピストン頂面に生じたスキッシュ流がスムーズに窪
み内に導入されるので窪み内に縦渦が生成されて燃料と
空気との混合が良好になり、続く爆発（膨張）行程時に
窪み底部から内周面に沿って開口へと流れる逆スキッシ
ュ流（燃焼ガス）に乱流が生じるので燃焼が良好にな
る。このため、スモーク（黒煙）、ＣＯおよびＨＣの大
幅な低減を達成できる。
【図１】本発明に係る直接噴射式ディ−ゼル燃焼室の好
適一実施例を示す断面図である。
適一実施例を示す断面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】本発明に係る直接噴射式ディ−ゼル燃焼室の作
用を説明するための断面図である。
用を説明するための断面図である。
【図４】従来の四角燃焼室を示す平面図である。
【図５】従来のリエントラント型燃焼室を示す断面図で
ある。
ある。
２ ピストン頂部 ４ 窪み ５ 燃焼室 ７ 内周面 ７ａ 下部内周面 １２ リップ １３ 縁取り面 １４ 段差部
Claims (1)
- 【請求項１】 ピストン頂部に深さ方向に順次拡径した
窪みを形成し、該窪みの開口にコアンダー効果を発生さ
せる半径の縁取り面を形成し、該縁取り面はその延長線
が窪みの内面に滑らかに繋がるように形成され、該延長
線と窪みの内面との交点より上方で上記縁取り面より下
方の窪みの内面に溝状の段差部を形成し、該段差部は窪
みの開口から底面への流れよりも底面から開口への流れ
に抵抗を与えるべくカエリ状に形成されていることを特
徴とする直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3098998A JP2819854B2 (ja) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | 直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3098998A JP2819854B2 (ja) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | 直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04330328A JPH04330328A (ja) | 1992-11-18 |
| JP2819854B2 true JP2819854B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=14234645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3098998A Expired - Lifetime JP2819854B2 (ja) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | 直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2819854B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE542894C2 (en) | 2018-05-30 | 2020-08-18 | Scania Cv Ab | Diesel engine |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6057738U (ja) * | 1983-09-29 | 1985-04-22 | いすゞ自動車株式会社 | 直噴式エンジンのピストン |
| JP2508708Y2 (ja) * | 1985-12-09 | 1996-08-28 | トヨタ自動車株式会社 | 直接噴射式デイ−ゼル機関の燃焼室構造 |
| JP2581866Y2 (ja) * | 1989-05-18 | 1998-09-24 | 日産ディーゼル工業株式会社 | 直噴式ディーゼル機関の燃焼室 |
| JPH0411215U (ja) * | 1990-05-17 | 1992-01-30 |
-
1991
- 1991-04-30 JP JP3098998A patent/JP2819854B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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| JPH04330328A (ja) | 1992-11-18 |
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