JP3013572B2 - 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および
側方キャビティ部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】尚、図４，図５に示すように、渦流室２１
と主燃焼室２２とを連通する噴口２３は、ホットプラグ
２４に斜めに貫通形成されているが、この噴口２３の通
路形状としては、一般に幅方向が広くなった偏平な形状
を有し、シリンダ中心側の内側面２３ａが略直線状をな
すとともに、シリンダ外周側の内側面２３ｂが緩い円弧
形をなしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような噴口に対向して分散台を配置した構成では、噴口
から出て直進した噴流が分散台に強く衝突するため、側
方キャビティ部への噴流の流れが必ずしもスムースでは
なく、側方キャビティ部付近の空気利用率の向上という
点で更に改善の余地がある。

【０００７】また上記従来の噴口形状では、絞り損失の
低減のために噴口面積を大きく設定した場合に、図５に
例示するように、シリンダ軸方向から見て噴口入口側開
口と噴口出口側開口とで重なり合う部分２５が生じるこ
とがある。このようにシリンダ軸方向に直接連通する部
分が生じると、この部分を吹き抜ける形で噴流の一部が
下方側へ向かうので、大キャビティ部等への噴流の拡散
が悪化し易い。

【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、上記噴口のシリンダ中心側内側面の中央部に、
噴口内側に突出した突条部を設けるとともに、該突条部
の幅を主燃焼室側へ向かうに従って徐々に広く形成した
ことを特徴としている。

【０００９】

【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。

【００１０】ここで、噴口のシリンダ中心側の内側面中
央部に突条部があり、その幅が徐々に広くなっているこ
とから、噴流は突条部に沿って左右へ分けられる。つま
り、噴口からある程度左右に広がって噴流が噴出し、側
方キャビティ部や大キャビティ部に一層スムースに流れ
て行く。

【００１１】また上記突条部により噴口の開口形状とし
てはシリンダ中心側が内側に凹んだ形となるので、入口
側開口と出口側開口とがシリンダ軸方向から見て重なり
合うことが少なくなる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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、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。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。

【００１７】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。

【００１８】噴口７は、渦流室６の下半部を形成するホ
ットプラグ１３に貫通形成されたもので、図１には、そ
の出口側つまり主燃焼室５側の開口形状を想像線でもっ
て示してある。また図３は、上記ホットプラグ１３をシ
リンダヘッド２下面側から見た図を示している。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、かつシリンダ半径方向の長さが
これよりも短い偏平形状をなしている。そして、シリン
ダ中心側の内側面７ａの中央部に、噴口７の内側に突出
した突条部１４が噴口７全長に亙って形成されている。
この突条部１４は、山型ないしは滑らかな略円弧形の断
面形状を有するもので、入口側つまり渦流室６側ではそ
の左右の幅が狭く、かつ出口側つまり主燃焼室５側に向
かうに従ってその幅が徐々に広くなっている。この突条
部１４の高さは、各部で略等しく設定されている。ま
た、噴口７のシリンダ外周側の内側面７ｂは、シリンダ
外周側へ膨らんだ略円弧形をなしている。尚、上記のよ
うに突条部１４の幅が徐々に変化しても噴口７としての
各部の通路断面積が略一定に保たれるように、噴口７の
開口幅は渦流室６側で僅かに大きくなっている。

【００１９】また図３に明らかなように、シリンダ軸方
向から見て渦流室６側の開口と主燃焼室５側の開口とが
重なり合わないようになっている。

【００２０】次に上記実施例の構成における作用につい
て説明する。

【００２１】圧縮上死点前に渦流室６に噴射され燃料は
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。

【００２２】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、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
流としては、噴口７内で突条部１４によってある程度左
右に分けられ、かつ該突条部１４の幅の拡大に伴って左
右へ流れが向けられるため、完全な直進方向ではなく、
左右に傾いた速度成分を有するものとなる。そのため、
直進した噴流が分散台１０の先端縁に過度に強く衝突す
ることはなく、矢印ｂのように、傾斜した左右の前縁１
０ｂにスムースに衝突して広く分散するようになる。

【００２３】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
へ傾いて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。

【００２４】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、主燃焼室５側での
空気利用率が一層向上する。そのため、低負荷時におけ
る未燃燃料の排出を抑制し、かつ高負荷時におけるスモ
ークの低減が図れる。

【００２５】また上記構成では、噴口７のシリンダ中心
側の内側面７ａ中央部が突条部１４によりシリンダ外周
側に膨らんだ形となるため、噴口７の通路断面積を大き
く確保しても、シリンダ軸方向から見て渦流室６側の開
口と主燃焼室５側の開口とが重なり合うことが少なくな
る。従って、渦流室６から燃焼ガスがシリンダ軸方向へ
吹き抜けることがなく、シリンダ中心側つまり大キャビ
テイ部８側へ広く燃焼ガスを拡散させることができる。

【００２６】尚、圧縮行程においては主燃焼室５側から
渦流室６へ空気が押し込まれるが、上記構成では、噴口
７の突条部１４が一種のガイドとして整流作用を果たす
ため、渦流室６内に一層強い旋回流を発生させることが
できる、という効果もある。つまり同等の旋回流を生じ
させるものとすれば、噴口７の通路断面積を比較的大き
く与えることができ、絞り損失の低減が図れる。

【００２７】

【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
台の左右に一層スムースに噴流を案内でき、側方キャビ
テイ部に広く燃焼ガスを拡散させることができるととも
に、大キャビテイ部での旋回流を強めることができる。
従って、主燃焼室側での空気利用率を更に高めて、低負
荷時における未燃燃料の排出の抑制および高負荷時にお
けるスモークの一層の低減が図れる。

【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】ホットプラグの底面図。

【図４】従来の燃焼室の要部を示す断面図。

【図５】従来の噴口を示すホットプラグの底面図。

【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…突条部

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60−149827（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−1218（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−167725（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、上記噴口のシリ
   ンダ中心側内側面の中央部に、噴口内側に突出した突条
   部を設けるとともに、該突条部の幅を主燃焼室側へ向か
   うに従って徐々に広く形成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。