JP2853421B2 - 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、渦流室式ディーゼル
機関の燃焼室の改良、特にピストン側のキャビティ構造
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】渦流室式ディーゼル機関においては、ピ
ストン頂面に、噴口下方からピストン中心に向けて延び
た溝状のトレンチ部を設けるとともに、該トレンチ部の
先端に一対の大キャビティ部を連続させてなる所謂クロ
ーバーリーフ型のキャビティを凹設した構成（例えば実
開昭６３−７９４３５号公報）が一般的であるが、この
種のキャビティ構造では、噴口からそのままトレンチ部
に沿って直進しようとする噴流の流れが強すぎるため、
大キャビティ部を乗り越えてシリンダボアに衝突し消炎
する火炎の割合が比較的多く、かつ主燃焼室の広い領域
に火炎が拡散しにくい。

【０００３】そこで、本出願人は、先に、特開平１−２
０００１２号公報等において、ピストン頂面に、噴口か
らの噴流の中心線を挟んで一対の大キャビティ部を凹設
するとともに、上記中心線上でかつ噴口寄りに分散台を
島状に隆起させ、かつこの分散台の手前側の両側に、上
記大キャビティ部と連通する側方キャビティ部を形成し
てなる燃焼室構造を提案している。

【０００４】このものでは、渦流室から初期に噴出した
噴流が分散台に衝突して側方キャビティ部に拡散すると
ともに、この衝突により直進速度成分を弱められた一部
のガスが分散台を乗り越えて大キャビティ部内に流入
し、ここで旋回流を生起させる。また、ピストンの下降
に伴い、噴流の多くは、分散台を乗り越えて大キャビテ
ィ部内に流入するが、この段階では、その直進速度成分
が弱いため、やはり、大キャビティ部内周に沿って旋回
流を生起させる。従って、主燃焼室内での空気利用率を
良好に得ることができる。

【０００５】尚、側方キャビティ部は、初期の段階の拡
散燃焼を積極的に行わせるために設けられているもの
で、初期に分散台に衝突して分散した燃焼ガスがこの側
方キャビティ部に広がって該側方キャビティ部内の空気
を直ちに取り込むため、主燃焼室側での初期の拡散燃焼
が促進されるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにピストン頂面に大キャビティ部のほかに側方キャ
ビティ部を凹設した構成では、主燃焼室全体の容積が比
較的大きくなり、上記のように初期燃焼が促進される反
面、渦流室の容積比率や圧縮比の点では不利となる。

【０００７】尚、本出願人は側方キャビティ部と大キャ
ビティ部の底面を連続した傾斜面とし、大キャビティ部
側が深くなるようにした構成（特願平１−１７７７６６
号）のものも提案しているが、このものでは、噴流の直
進速度成分を徐々に減じさせる効果はあるものの、大キ
ャビティ部を極端に浅くすることは火炎のシリンダボア
への衝突防止等の上で困難なため、主燃焼室容積の削減
効果はそれほど得ることができない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、主燃焼室の
周辺部に開口し、かつ渦流室からの噴流が主燃焼室の中
心に向かうように傾斜した噴口と、ピストン頂面に凹設
され、かつ上記噴流の中心線を挟んで左右にそれぞれ略
円形に広がった一対の大キャビティ部と、上記大キャビ
ティ部の噴口寄りでかつ上記中心線上の位置に隆起した
分散台と、ピストン頂面の噴口寄りの位置に凹設され、
かつ噴口下方付近からピストン周縁に沿って左右に広が
るとともに、上記分散台の両側で上記大キャビティ部に
連通した側方キャビティ部と、この側方キャビティ部を
画成する外郭の一部をなし、側方キャビティ部からの噴
流を大キャビティ部での旋回流の略接線方向に導く案内
壁部と、一対の大キャビティ部の接続部に、その外郭の
一部として形成され、かつ噴口に向かって延びた対向壁
部と、を備えてなる渦流室式ディーゼル機関の燃焼室に
おいて、上記側方キャビティ部の底面および大キャビテ
ィ部の底面を、上記中心線に沿って噴流下流側が徐々に
深くなるようにピストン頂面に対し傾斜面とし、かつそ
れぞれの底面を両者の境界線において互いに一致させる
とともに、側方キャビティ部底面の傾斜角を大キャビテ
ィ部底面の傾斜角よりも大きく設定したことを特徴とし
ている。

【０００９】また上記大キャビティ部内に、底面がバル
ブ下面と平行なバルブリセスを凹設するようにしても良
い。

【００１０】

【作用】渦流室から噴口を通して噴出した燃焼ガスは、
分散台に衝突することによって一部が左右の側方キャビ
ティ部に拡散し、また一部は分散台を乗り越えて大キャ
ビティ部内に流入するとともに対向壁部に案内されて大
キャビティ部内に旋回流を生起する。そして、上記の側
方キャビティ部へ向かった噴流は、案内壁部に沿って大
キャビティ部内に旋回流の略接線方向から合流する。

【００１１】ここで、側方キャビティ部底面および大キ
ャビティ部底面は、傾斜面となっており、主燃焼室とし
てのクリアランスが徐々に拡大するため、噴流の直進速
度成分が徐々に減少し、大キャビティ部を乗り越えてシ
リンダボアに衝突する火炎は少なくなる。

【００１２】そして、側方キャビティ部底面は大キャビ
ティ部底面よりも大きく傾斜しているため、それだけ側
方キャビティ部の容積が減少する。つまり、大キャビテ
ィ部との境界線の深さを基準とすると、側方キャビティ
部底面の傾斜角が大きくなっている結果、境界線と反対
側の噴口後方側部分の深さが一層浅くなり、側方キャビ
ティ部の容積が減少する。従って、大キャビティ部の深
さや対向壁部付近の段差を十分に確保しつつ主燃焼室側
の容積を削減できる。

【００１３】また大キャビティ部内にバルブリセスを凹
設した構成では、バルブ形状に対応する部分のみが凹む
ので、それだけ大キャビティ部を浅くできる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１５】図１および図２は、この発明の第１実施例
を示すもので、１がシリンダブロック、２がシリンダヘ
ッド、３がピストンを示している。シリンダボア４の上
面を覆うシリンダヘッド２下面は平坦面に形成されてお
り、ピストン３頂面との間に主燃焼室５が形成されてい
る。

【００１６】渦流室６は、シリンダヘッド２の側部に沿
って位置し、かつ該渦流室６から延びた噴口７が主燃焼
室５の周辺部に開口している。この噴口７は幅方向がや
や広くなった偏平な通路断面を有し、かつ渦流室６から
の噴流が主燃焼室５の中心に向かうように傾斜してい
る。図１には、上記の噴流のピストン３平面上における
中心線を符号Ｌにて示してある。

【００１７】主燃焼室５を画成するピストン３の頂面に
は、ピストン３中央部付近に、略円形をなす一対の大キ
ャビティ部８が凹設されている。この大キャビティ部８
は、上記中心線Ｌを挟んで左右に広がっており、全体と
して８の字状をなすとともに、中心線Ｌに沿った中央部
分が互いに連続して一体となっている。そして、両者の
接続部となる中心線Ｌ上の外郭は、噴口７に向かって舌
片状に延びており、両大キャビティ部８を仕切る対向壁
部９を形成している。尚、上記大キャビティ部８は、吸
排気弁のバルブリセスを兼ねている。

【００１８】上記大キャビティ部８の噴口７寄りの位置
には、ピストン３頂面と同一高さまで島状に隆起した分
散台１０が設けられている。この分散台１０は、噴口７
と対向するように上記中心線Ｌ上に位置し、かつ大キャ
ビティ部８の外殻の一部をなすように略菱形の平面形状
を有している。

【００１９】またピストン３頂面の噴口７寄りの位置に
は、噴口７下方付近からピストン３周縁に沿って左右に
広がつた側方キャビティ部１１が凹設されている。この
側方キャビティ部１１は、分散台１０の左右両側で大キ
ャビティ部８と互いに一体に連通している。そして、側
方キャビティ部１１の噴口７後方側の外郭１２ａはピス
トン３周縁に沿った円弧形をなしている。また左右両側
の外郭は、ピストン３中心側へ向かうように滑らかに湾
曲しており、側方キャビティ部１１から出る噴流を大キ
ャビティ部８で生起される旋回流の略接線方向に導く案
内壁部１２ｂを形成している。尚、大キャビティ部８や
側方キャビティ部１１を形成する外郭の壁面は、ピスト
ン３頂面に対し垂直面をなしている。

【００２０】ここで上記大キャビティ部８の底面８ａお
よび側方キャビティ部１１の底面１１ａは、図２に示す
ように、噴流中心線Ｌに沿って噴流下流側へ向かうほど
徐々に深くなるようにピストン３頂面に対し傾斜した傾
斜面となっている。特に、両者の境界線１３を境とし
て、大キャビティ部８の底面８ａは比較的小さな傾斜角
θ１でもって傾斜しており、かつ側方キャビティ部１１
の底面１１ａは上記θ１よりも大きな傾斜角θ２でもっ
て傾斜している。また両底面８ａ，１１ａの高さは、境
界線１３において一致している。尚、上記中心線Ｌに直
交する断面で見た場合には、図３に示すように、各底面
８ａ，１１ａは左右に傾いておらず、各部で同一の深さ
となっている。

【００２１】次に上記実施例の構成における作用につい
て説明する。

【００２２】圧縮上死点前に渦流室６に噴射された燃料
は渦流室６内で着火し、圧縮上死点付近で未燃燃料を含
む火炎となって噴口７から噴出する。この燃焼ガスの噴
流は、先ず噴口７が対向する側方キャビティ部１１中央
部の底面１１ａに衝突し、図１に矢印ａで示すように周
囲に拡散する。また初期に噴口７から中心線Ｌに沿って
直進しようとする噴流の多くは分散台１０に衝突し、図
１に矢印ｂで示すように左右に分流する。従って、これ
らの燃焼ガスが側方キャビティ部１１に広く拡散し、そ
の周囲の空気を取り込んで行く。そして、この側方へ向
かった噴流は、側方キャビティ部１１の案内壁部１２ｂ
に沿って大キャビティ部８側へ案内され、大キャビティ
部８での旋回流に接線方向から滑らかに合流する。尚、
側方キャビティ部１１底面１１ａが傾斜面であり、かつ
噴口７自体もピストン３中心へ向かって傾斜しているの
で、噴口７後方からシリンダボア４壁面に衝突して消炎
してしまう火炎は非常に少なくなる。

【００２３】一方、噴口７から中心線Ｌに沿って直進し
た噴流の一部は分散台１０を乗り越えて大キャビティ部
８内に流入し、かつ対向壁部９により左右に分流され
て、矢印ｃのように、それぞれの大キャビティ部８内で
旋回流を生起させる。これにより、空気を取り込みなが
ら燃焼が拡散していく。

【００２４】このとき、側方キャビティ部１１および大
キャビティ部８は、そのキャビティ深さが中心線Ｌに沿
って徐々に増していくため、直進しようとする噴流の速
度成分が減衰し、対向壁部９や大キャビティ部８の外郭
を乗り越えてシリンダボア４に衝突する成分が少なくな
る。つまり、大キャビティ部８内に円滑に案内され、上
述した側方キャビティ部１１から流れ込む燃焼ガスとと
もに強い旋回流を生起させることができる。

【００２５】そして、上記構成では、大キャビティ部８
底面８ａが比較的緩く傾斜し、かつ側方キャビティ部１
１底面１１ａが比較的大きく傾斜しているので、図５か
ら明らかなように、側方キャビティ部１１の噴口７後方
側の外郭１２ａ寄り部分の深さが相対的に浅くなり、側
方キャビティ部１１底面１１ａの傾斜を大キャビティ部
８底面８ａと同一とした場合に比較して、それだけ側方
キャビティ部１１の容積が小さくなる。従って、大キャ
ビティ部８の外郭の高さを十分に保ちつつ側方キャビテ
ィ部１１の容積を小さくすることができる。つまり、主
燃焼室８側の容積を削減でき、圧縮比の向上や渦流室６
の容積比率の増大を図ることができる。これによってＨ
Ｃやスモークを一層低減できる。

【００２６】尚、側方キャビティ部１１底面１１ａの傾
斜を大きくすると、上死点付近で噴口７出口部に存在す
る主燃焼室５側の空気量が少なくなるが、噴口７と底面
１１ａとのクリアランスが小さくなる結果、噴流の衝突
による拡散が強くなり、側方キャビティ部１１等への燃
焼の拡散速度が大きくなる。従って、主燃焼室５側での
初期燃焼は特に悪化することはない。

【００２７】また、上死点近傍からピストン３が下降す
るに伴い、噴口７から噴出する噴流の多くは分散台１０
を乗り越えて直進するようになるが、この段階では直進
速度成分が弱くなっているため、対向壁部９により左右
に分流され、引き続き大キャビティ部８内に強い旋回流
を生起させることができる。

【００２８】次に、図４〜図６は、この発明の第２実施
例を示している。この実施例においては、大キャビティ
部８内に、吸排気弁との干渉を避けるための真円形のバ
ルブリセス１４がそれぞれ凹設されている。このバルブ
リセス１４の底面１４ａは、バルブ底面と平行となって
いる。尚、図示例では、吸排気弁が垂直に配置されるた
め、ピストン３の頂面と平行となっている。

【００２９】従って、この実施例では、大キャビティ部
８の底面８ａの高さ位置が吸排気弁との干渉に左右され
ないため、前述した第１実施例に比して大キャビティ部
８を浅く設定することが可能となり、主燃焼室５側の容
積を一層削減できる。尚、大キャビティ部８をある程度
浅くしても、中心線Ｌに沿って直進してきた噴流は、バ
ルブリセス１４の外郭および大キャビティ部８の外殻の
双方で左右に案内されるため、シリンダボア４への衝突
が防止され、確実に旋回流を生起することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る渦流室式ディーゼル機関の燃焼室によれば、主燃
焼室側での初期燃焼を何ら悪化させることなく側方キャ
ビティ部の容積を削減することができ、圧縮比の向上や
渦流室容積比率の増大が図れる。そのため、ＨＣやスモ
ークを一層低減することができる。

【００３１】また、大キャビティ部内にバルブリセスを
凹設した構成によれば、主燃焼室側の容積の一層の削減
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る燃焼室の第１実施例を示すピス
トン頂面の平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った燃焼室要部の断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿ったピストン頂部の断面
図。

【図４】この発明に係る燃焼室の第２実施例を示すピス
トン頂面の平面図。

【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿った燃焼室要部の断面図。

【図６】図４のＤ−Ｄ線に沿ったピストン頂部の断面
図。

【符号の説明】

３…ピストン ５…主燃焼室 ６…渦流室 ７…噴口 ８…大キャビティ部 ９…対向壁部 １０…分散台 １１…側方キャビティ部 １２ｂ…案内壁部 １４…バルブリセス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 1/00 - 23/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主燃焼室の周辺部に開口し、かつ渦流室
   からの噴流が主燃焼室の中心に向かうように傾斜した噴
   口と、ピストン頂面に凹設され、かつ上記噴流の中心線
   を挟んで左右にそれぞれ略円形に広がった一対の大キャ
   ビティ部と、上記大キャビティ部の噴口寄りでかつ上記
   中心線上の位置に隆起した分散台と、ピストン頂面の噴
   口寄りの位置に凹設され、かつ噴口下方付近からピスト
   ン周縁に沿って左右に広がるとともに、上記分散台の両
   側で上記大キャビティ部に連通した側方キャビティ部
   と、この側方キャビティ部を画成する外郭の一部をな
   し、側方キャビティ部からの噴流を大キャビティ部での
   旋回流の略接線方向に導く案内壁部と、一対の大キャビ
   ティ部の接続部に、その外郭の一部として形成され、か
   つ噴口に向かって延びた対向壁部と、を備えてなる渦流
   室式ディーゼル機関の燃焼室において、上記側方キャビ
   ティ部の底面および大キャビティ部の底面を、上記中心
   線に沿って噴流下流側が徐々に深くなるようにピストン
   頂面に対し傾斜面とし、かつそれぞれの底面を両者の境
   界線において互いに一致させるとともに、側方キャビテ
   ィ部底面の傾斜角を大キャビティ部底面の傾斜角よりも
   大きく設定したことを特徴とする渦流室式ディーゼル機
   関の燃焼室。
2. 【請求項２】 上記大キャビティ部内に、底面がバルブ
   下面と平行なバルブリセスを凹設したことを特徴とする
   請求項１記載の渦流室式ディーゼル機関の燃焼室。