JP3013569B2 - 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、特に吸気２弁式機関におけるピス
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の中で、各気筒
毎に２つの吸気弁と１つの排気弁を備えた吸気２弁式機
関では、ピストン頂面に、バルブリセスを兼ねた合計３
個の円形キャビティ部を凹設するのが一般的である。例
えば特開昭５８−９１３２７号公報には、ピストン頂面
において、噴口から噴出する噴流の上流側に噴流中心線
を挟んで一対の吸気側バルブリセス兼用のキャビティ部
を凹設するとともに、噴流下流側でかつ噴流中心線上に
排気側バルブリセス兼用のキャビティ部を凹設し、かつ
これらの３個のキャビティ部を、噴口下方から上記噴流
中心線に沿って延びた溝状のトレンチ部で連通させた構
成が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、噴口からそのままピストン中心側へ向か
って直進しようとする噴流の直進成分が強過ぎるため、
左右へ広がる吸気側バルブリセス兼用キャビティ部への
拡散ならびに該キャビティ部内での流動が弱い。また直
進した噴流が排気側バルブリセス兼用キャビティ部をも
乗り越えてシリンダボア壁面に衝突し、消炎し易い。従
って、主燃焼室での空気利用率が低くなってしまい、特
に高負荷域でＨＣやＣＯ、更にはスモークの排出量が多
くなり、燃費が悪くなる、という虞れがあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る渦流室式
ディーゼル機関の燃焼室は、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
た吸気弁用バルブリセスを兼ねる一対の第１キャビティ
部と、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、上記第１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第１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、一対の第１
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、上記第１キ
ャビティ部よりも噴流下流側でかつ上記噴流中心線上に
凹設された排気弁用バルブリセスを兼ねる１つの第２キ
ャビティ部と、この第２キャビティ部と第１キャビティ
部とを離隔し、かつ少なくとも一部がピストン頂面より
も低くなった離隔部とを備えたことを特徴としている。

【０００５】特に、請求項２の発明では、上記離隔部
を、第１キャビティ部側から第２キャビティ部側へ向か
って徐々に深くなる傾斜面とした。

【０００６】請求項３の発明では、上記離隔部を、上記
対向壁部を含む中央部をピストン頂面と同一高さとし、
かつその両側をピストン頂面より低く形成するととも
に、ここに第１，第２キャビティ部を連通する案内溝を
凹設した。

【０００７】また請求項４の発明では、第２キャビティ
部を第１キャビティ部よりも浅く形成し、かつ上記離隔
部を上記第２キャビティ部と同一高さに形成した。請求
項５のように、この離隔部の対向壁部部分を島状に隆起
させても良い。

【０００８】

【作用】噴口から主燃焼室内に噴出した燃焼ガスの噴流
は、側方キャビティ部底面に衝突して一部が左右に拡散
する。つまり側方キャビティ部内の空気を取り込んで速
やかに拡散する。また噴流の多くは直進しようとして第
１キャビティ部の外殻つまり離隔部、前縁の対向壁部に
衝突し、ここで一部がせき止められる。ここでせき止め
られた噴流は、左右に分流して第１キャビティ部内に案
内されるため、第１キャビティ部内に旋回流が生起され
る。また側方キャビティ部に向かった噴流も案内壁部に
沿って上記旋回流に接線方向から合流する。

【０００９】そして噴流の一部は、離隔部を横切って第
２キャビティ部に流入する。ここでは、噴流の直進成分
が弱められているので、シリンダボアへ衝突する成分は
少ない。

【００１０】特に請求項２の構成では、離隔部の深さが
徐々に深くなるので、噴流の直進速度成分が速やかに減
衰する。

【００１１】また請求項３の構成では、案内溝を通して
第２キャビティ部に左右から噴流が導かれ、やはり直進
速度成分が弱められる。

【００１２】請求項４の構成では、側方キャビティ部お
よび第１キャビティ部の第２キャビティ部に対する容積
配分が相対的に大きくなり、初期燃焼割合が高くなる。
そして、請求項５のように対向壁部部分を隆起させれ
ば、噴流が衝突して更に広く拡散する。

【００１３】

【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。

【００１４】図１〜図３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。

【００１５】渦流室６は、シリンダヘッド２の側部、特
に吸気弁側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は通路断面を
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。

【００１６】主燃焼室５を画成するピストン３の頂面に
は、吸気弁のバルブリセスを兼ねる一対の円形の第１キ
ャビティ部８と、排気弁のバルブリセスを兼ねる１個の
円形の第２キャビティ部９とが凹設されている。これら
の３個のキャビティ部８，９は、いずれも同一の深さを
有しており、第１キャビティ部８が比較的噴口７寄りの
位置に上記中心線Ｌを挟んで対称に配置されているとと
もに、第２キャビティ部９がこれよりも噴流下流側でか
つ中心線Ｌ上の位置に配置されている。そして、一対の
第１キャビティ部８は、上記中心線Ｌに沿った部分で互
いに連続して一体となっており、かつ第２キャビティ部
９は第１キャビティ部８から独立している。また一対の
第１キャビティ部８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、両第１キャ
ビティ部８を仕切る対向壁部１０を形成している。この
対向壁部１０は、図２に示すようにピストン３頂面に対
し垂直面をなし、かつピストン３頂面に至る高さを有し
ている。

【００１７】またピストン３頂面の第１キャビティ部８
よりも噴口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１
１が凹設されている。この側方キャビティ部１１は第１
キャビティ部８と同一の深さを有しており、該側方キャ
ビティ部１１と第１キャビティ部８とは、噴口７より前
方の部分で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、側方キヤビティ部１１から出る噴流を第１キヤ
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、第１，第２キヤビティ
部８，９や側方キヤビティ部１１を形成する外殻の壁面
は、ピストン３頂面に対し垂直面をなしている。

【００１８】一方、第１キヤビティ部８と第２キヤビテ
ィ部９とを隔てている離隔部１３は、対向壁部１０を含
む第１キヤビティ部８の第２キヤビティ部９側の外殻１
４と、第２キヤビティ部９の第１キヤビティ部８側の外
殻１５と、両キヤビティ部８，９を略接線方向に沿って
滑らかに結んだ左右両側の外殻１６とによって囲まれて
いる。そして、この離隔部１３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。尚、この傾斜面は、左右両側の外殻１６の端
部１６ａにおいて第２キヤビティ部９底面に連続してい
る。

【００１９】次に上記実施例の構成における作用につい
て説明する。

【００２０】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が対向する側方キヤビティ部１１中央
部の底面に衝突し、周囲に拡散する。つまり、一部の噴
流が矢印ａで示すように側方キヤビティ部１１に広く拡
散し、その周囲の空気を取り込んで行くため、活発な初
期燃焼が行われる。そして、この側方へ向かった噴流
は、側方キヤビティ部１１の案内壁部１２ｂに沿って第
１キヤビティ部８側へ案内され、第１キヤビティ部８で
の旋回流に接線方向から滑らかに合流する。

【００２１】一方、噴口７から出た噴流の多くは中心線
Ｌに沿って直進しようとするが、この直進成分は噴口７
に対向する対向壁部１０に衝突し、ここでせき止められ
るとともに、左右に分流される。これにより第１キヤビ
ティ部８内に矢印ｂで示すように強い旋回流が生起さ
れ、空気を取り込みながら燃焼が拡散していく。

【００２２】また直進してきた噴流の一部は、矢印ｃで
示すように離隔部１３の比較的低い部分つまり左右両端
寄りの部分を乗り越えて第２キヤビティ部９に流入し、
該第２キヤビティ部９内の空気を取り込んで燃焼する。
このとき、噴流の直進速度成分は離隔部１３との衝突に
より弱められているので、第２キヤビティ部９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。
特に、離隔部１３を傾斜面としたことにより、該離隔部
１３上方の空気層が噴流下流に向かうに従って大きくな
るため、噴流速度が速やかに減衰し、シリンダボア４壁
面への衝突が確実に防止される。

【００２３】従って、主燃焼室５の広い範囲で空気利用
率の高い良好な燃焼を確保することができ、スモークや
ＨＣ、ＣＯの低減が図れるとともに、燃費の点でも良好
なものとなる。

【００２４】次に、図４〜図６は、この発明の第２実施
例を示している。この実施例では、対向壁部１０を含む
離隔部１３の中央部１３ａがピストン３頂面と同一の高
さとなっており、かつその両側つまり外殻１６との間が
これよりも低い一定高さの平坦面となっている。そし
て、この低く形成した両側部分に、第１，第２キヤビテ
ィ部８，９を連通する２本の案内溝１７がそれぞれ凹設
されている。

【００２５】従って、この実施例では、離隔部１３に衝
突した噴流の一部が上記案内溝１７を通して第２キヤビ
ティ部９に流入する形となる。つまり、噴流の直進が離
隔部１３中央部１３ａによって一層確実に阻止されると
ともに、第２キヤビティ部９に左右から均等に噴流を導
くことができる。

【００２６】次に、図７，図８はこの発明の第３実施例
を示している。この実施例では、排気弁に対応する第２
キヤビティ部９が第１キヤビティ部８よりも浅く形成さ
れているとともに、対向壁部１０を有する離隔部１３が
上記第２キヤビティ部９と同一高さに形成されている。
尚、第２キヤビティ部９の噴口７寄りの外殻１８がピス
トン３中心寄りに舌片状に延びており、第２キヤビティ
部９と同一高さの離隔部１３の幅を前述した第１，第２
実施例よりも狭めてある。

【００２７】この実施例においては、主燃焼室５の中で
第１キヤビティ部８および側方キヤビティ部１１の容積
配分が大きくなるため、噴口７から火炎が噴出し始めた
直後の初期燃焼割合が高くなる。尚、第２キヤビティ部
９へは噴口７から直進した噴流が流入するが、対向壁部
１０によってその直進速度成分が弱められるため、やは
りシリンダボア４壁面への衝突が抑制される。

【００２８】また図９〜図１１は、上記第３実施例を一
部変更してなる第４実施例を示している。この実施例で
は、一対の第１キヤビティ部８の間に位置する対向壁部
１０を形成する離隔部１３が噴口７近くにまで細長く延
びており、かつこの対向壁部１０を含む先端部が分散台
１３ｂとして島状に隆起している。この分散台１３ｂは
略菱形の平面形状を有し、ピストン３頂面と同一高さに
形成されている。そして、この分散台１３ｂに連なる中
心線Ｌと平行な外殻１９が第１キヤビティ部８の外殻１
４の円弧部に連続している。また上記の分散台１３ｂを
除く離隔部１３および第２キヤビティ部９は、上記第３
実施例と同様に第１キヤビティ部８よりも浅く形成され
ている。

【００２９】この実施例によれば、噴流は噴口７から出
た直後に分散台１３ｂに衝突するため、側方キヤビティ
部１１や第１キヤビティ部８への拡散が一層良好なもの
となる。尚、分散台１３ｂに連なる外殻１９は図１１に
明らかなように断面がＲ面となっているが、このＲ面の
曲率によって第１キヤビティ部８と第２キヤビティ部９
への噴流の分配割合を調節することができる。

【００３０】また図１２，図１３は、上記第４実施例を
一部変更した第５実施例を示している。この実施例で
は、離隔部１３と第２キヤビティ部９との境界部付近つ
まり第２キヤビティ部９入口部分の底面に、略Ｖ字形の
平面形状を有する浅い案内溝２０が凹設されている。従
って、直進速度成分を弱められた噴流が上記案内溝２０
に沿って第２キヤビティ部９内に導かれるようになり、
第２キヤビティ部９内での拡散が更に良好なものとな
る。

【００３１】

【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おいては、一
対の吸気弁と１個の排気弁とを各気筒毎に有する吸気２
弁式機関において、吸気側バルブリセスを兼ねる第１キ
ャビティ部内に強い旋回流を生起させるとともに側方キ
ャビティ部内に噴流を拡散させ、かつ直進速度成分を弱
めた形で排気側バルブリセスを兼ねる第２キャビティ部
内に噴流を導くことができる。そのため、シリンダボア
壁面に噴流が衝突して消炎するのを抑制できるととも
に、主燃焼室の全域に亙って空気利用率を高めることが
できる。従って、ＨＣやＣＯおよびスモークの排出を抑
制できるとともに、燃費の向上が図れる。

【００３２】特に請求項２のように離隔部を傾斜面とす
れば、該傾斜面において噴流の直進速度成分を減衰させ
る効果がある。

【００３３】また請求項３の構成では、噴流の直進が一
層確実に阻止され、かつ第２キャビティ部への噴流の流
入が安定したものとなる。

【００３４】更に請求項４あるいは請求項５の構成で
は、初期燃焼割合を高めることができる。特に請求項５
の構成によれば、噴流を更に広く分散させることができ
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線に沿ったピストン頂部の断面
図。

【図６】図４のＤ−Ｄ線に沿ったピストン頂部の断面
図。

【図７】この発明に係る燃焼室の第３実施例を示すピス
トン頂面の平面図。

【図８】図７のＥ−Ｅ線に沿ったピストン頂部の断面
図。

【図９】この発明に係る燃焼室の第４実施例を示すピス
トン頂面の平面図。

【図１０】図９のＦ−Ｆ線に沿ったピストン頂部の断面
図。

【図１１】図９のＧ−Ｇ線に沿ったピストン頂部の断面
図。

【図１２】この発明に係る燃焼室の第５実施例を示すピ
ストン頂面の平面図。

【図１３】図１２のＨ−Ｈ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…第１キャビティ部 ９…第２キャビティ部 １０…対向壁部 １１…側方キャビティ部 １２ｂ…案内壁部 １３…離隔部 １３ｂ…分散台 １７…案内溝 ２０…案内溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 19/08 - 19/18 F02F 3/26 - 3/28

Claims (5)

(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吸気弁用バル
   ブリセスを兼ねる一対の第１キャビティ部と、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、上記第
   １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第１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、一対の第１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、上記第１キャビティ部より
   も噴流下流側でかつ上記噴流中心線上に凹設された排気
   弁用バルブリセスを兼ねる１つの第２キャビティ部と、
   この第２キャビティ部と第１キャビティ部とを離隔し、
   かつ少なくとも一部がピストン頂面よりも低くなった離
   隔部とを備え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】 上記離隔部を、第１キャビティ部側から
   第２キャビティ部側へ向かって徐々に深くなる傾斜面と
   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。
3. 【請求項３】 上記離隔部を、上記対向壁部を含む中央
   部をピストン頂面と同一高さとし、かつその両側をピス
   トン頂面より低く形成するとともに、ここに第１，第２
   キャビティ部を連通する案内溝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。
4. 【請求項４】 第２キャビティ部を第１キャビティ部よ
   りも浅く形成し、かつ上記離隔部を上記第２キャビティ
   部と同一高さに形成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。
5. 【請求項５】 上記離隔部の対向壁部部分を島状に隆起
   させたことを特徴とする請求項４記載の渦流室式ディー
   ゼル機関の燃焼室。