JP3013567B2 - 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、特にピストン頂面に分散台を有す
る燃焼室の噴口形状の改良に関する。

【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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように噴口に対向して分散台を配置した構成では、噴口
から出る噴流の速度が大きい場合などに、分散台に強く
衝突した噴流が過度に飛散してしまい、大キャビティ部
側への拡散がスムースに進まないことも考えられる。

【０００６】この発明は、上記の点に鑑み、噴口の開口
形状の改良によって、主燃焼室内での噴流の流れが更に
良好なものとなるようにすることを目的とする。

【０００７】

【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
画成する外殻の一部をなし、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、その外殻の
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、上記噴口の開口前縁の中央部を、該前縁が対峙
する上記分散台の噴口側先端縁と略相似形をなすように
噴口内側に凹ませたことを特徴としている。

【０００８】

【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。

【０００９】ここで、噴口の開口前縁の中央部が分散台
先端縁と略相似形をなすように噴口内側に凹んでいるの
で、噴口から出る噴流の分布としては、噴口の左右両側
で比較的多く、かつ中央部で比較的少なくなる。また開
口前縁から分散台までの距離も各部で均等となる。その
ため、分散台先端縁に過度に強く衝突することなくスム
ースに分散作用を受け、かつ大キャビティ内に一層強い
旋回流を生起する。

【００１０】

【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。

【００１１】図１および図２は、この発明の一実施例を
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。

【００１２】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は後述するよ
うに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。

【００１３】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が一定の深さで凹設されている。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上の外殻は、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。

【００１４】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。具体的には、図３に詳示するように、略
直線状をなす一対の後縁１０ａが大キャビティ部８の外
殻の一部を形成し、かつ噴口７側の略直線状をなす一対
の前縁１０ｂが噴流中心線Ｌを中心として適宜な傾斜面
を形成している。そして、噴口７側の先端縁１０ｃは比
較的小さな曲率半径ｒでもって湾曲している。尚、この
分散台１０周囲の壁面は、ピストン３頂面に対し垂直面
をなしている。

【００１５】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
広がった側方キャビティ部１１が一定の深さで凹設され
ている。この側方キャビティ部１１は、大キャビティ部
８と同一深さを有し、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後方側の外殻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
殻は、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を形成する外殻の壁面は、分散台１０
と同様にピストン３頂面に対し垂直面をなしている。

【００１６】図４は、上記噴口７のシリンダヘッド２下
面における開口形状を示しており、また図１，図３に
は、ピストン３上死点時に上記噴口７をその傾斜のまま
延長して側方キャビティ部１１底面に投影した延長投影
形状を想像線でもって示してある。これらの図に示すよ
うに、噴口７は、分散台１０の左右方向の幅と略等しい
幅を有し、かつピストン３半径方向の長さがこれよりも
短い偏平形状をなしている。そして、分散台１０の先端
縁１０ｃと対峙する開口前縁７ａの中央部が、上記先端
縁１０ｃと相似形をなすように噴口７の内側に凹んでい
る。つまり、開口前縁７ａの左右両端部が大キャビティ
部８側へ相対的に膨らんでおり、かつ中央部が分散台１
０の先端縁１０ｃと等しい曲率半径ｒでもって、凹んで
いる。また、開口後縁７ｂは、一定の曲率半径Ｒを有す
る円弧形に形成されているが、図３に詳示するように、
側方キャビティ部１１の噴口７後方側の外殻１２ａの曲
率半径をＲ´とすると、ピストン３上死点時の延長投影
形状における開口後縁７ｂと上記外殻１２ａとが略同心
円をなすように、上記曲率半径Ｒが設定されている。

【００１７】次に上記実施例の構成における作用につい
て説明する。

【００１８】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
部の底面に衝突し、図１に矢印ａで示すように周囲に拡
散する。つまり、側方キャビティ部１１内の空気が直ち
に取り込まれ、主燃焼室５側での初期燃焼が開始する。
このとき、噴口７後方側へも燃焼ガスの一部が廻り込も
うとするが、側方キャビティ部１１の外殻１２ａと噴口
７の開口後縁７ｂとが略同心の位置関係を保っており、
つまり局部的に近接した箇所がないため、外殻１２ａを
乗り越えてシリンダボア４壁面に衝突する火炎は少なく
なる。

【００１９】また噴口７から出た噴流の多くは噴流中心
線Ｌに沿って直進しようとするため、その一部が分散台
１０に衝突し、図１に矢印ｂで示すように左右に分散す
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燃焼する。
ここで、噴口７から出る噴流の分布としては、開口前縁
７ａの形状に対応して噴口７の左右両端部で比較的多く
流れ、かつ中央部で少なくなる。しかも、開口前縁７ａ
の中央部が分散台１０先端縁１０ｃと相似形に凹んでい
るため、互いに対峙する両者間で略均等な距離が保た
れ、中央部での距離が過度に小さくなることもない。そ
のため、直進した噴流が分散台１０の先端縁１０ｃに過
度に強く衝突することはなく、流れに対し傾斜した左右
の前縁１０ｂにスムースに衝突して広く分散するように
なる。

【００２０】また噴口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
流を生起する。このとき、噴流の直進速度成分は分散台
１０により弱められているので、対向壁部９を乗り越え
て消炎する火炎は非常に少ない。また、前述のように側
方キャビティ部１１内に一旦広がった噴流は、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内の旋回流に接線方
向から滑らかに合流するため、その旋回流が一層強めら
れる。これにより、大キャビティ部８周辺の空気を取り
込みながら燃焼が拡散していく。また噴口７の左右両側
から噴流の多くが出ることから、分散台１０の左右を通
って大キャビティ部８へ流入する成分が比較的多くな
り、大キャビティ部８での旋回流を一層強めることがで
きる。

【００２１】このようにして主燃焼室５の全域に火炎が
スムースに拡散していくようになり、空気利用率が向上
してＨＣやＣＯ、スモークを低減できる。

【００２２】

【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、分散
台先端縁に過度に強く噴流が衝突することがなく、主燃
焼室各部にスムースに噴流を拡散させて空気利用率の向
上を図ることができる。従って、ＨＣやＣＯ、スモーク
を更に一層低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る燃焼室の一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の要部の拡大図。

【図４】図２のＢ矢視図。

【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

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−267312（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−200012（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−118122（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−79435（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−71417（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−159827（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−1218（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−64828（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 19/08 - 19/18

Claims (1)

(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殻の一部をな
   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、その外殻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、上記噴口の開口
   前縁の中央部を、該前縁が対峙する上記分散台の噴口側
   先端縁と略相似形をなすように噴口内側に凹ませたこと
   を特徴とする渦流室式ディーゼル機関の燃焼室。