JP3370123B2 - 直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造 - Google Patents

直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、燃焼室を形成する凹
陥部がピストンの頂面に設けられた直噴式ディーゼルエ
ンジンの燃焼室構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、この種直噴式ディーゼルエン
ジンのピストンの頂面に形成される凹陥部内の燃焼室と
しては、リエントラント型やトロイダル型の燃焼室が主
流とされているが、吸気（空気）が吸気ポートからシリ
ンダ内に流入する際に生成されるスワールを燃焼行程の
終期まで持続させることは難しく、その吸気スワールに
より燃焼性を高めて排気ガス中のパティキュレート（可
燃性微粒子）を低減するという面からみれば不十分であ
る。
【０００３】このような吸気スワールの持続性を高める
ようにした燃焼室構造として、従来、特開昭６３―１６
２９２５号公報に開示されるものが知られている。この
ものでは、図３に示すように、ピストン２１頂面の、燃
焼室２４を形成するための凹陥部２３は基本的に奥部側
の内径が開口部２２よりも大きい形状とされ、この凹陥
部２３の底面中央に開口部２２側に突出する突起部２６
が形成されていて、この突起部２６の先端外周部に凹陥
部２３の奥部側に向かって外径が拡大する突起部テーパ
面２７が開口部２２と対峙するように設けられている。
さらに、上記突起部テーパ面２７の外周部と開口部２２
との間には断面略円形状の環状空間２５が突起部２６を
取り囲むように設けられている。Ｏs は環状空間２５の
断面中心である。そして、ピストン２１が上死点近傍に
ある圧縮行程の終期でシリンダヘッド側の燃料噴射ノズ
ル（いずれも図示せず）から燃料が噴射されたとき、そ
の一部の燃料流Ｆが、突起部２６先端のテーパ面２７と
それに対峙する凹陥部２３の開口部２２との間を通って
環状空間２５の壁面（凹陥部２３の側壁）に衝突して、
吸気スワールとのミキシングが図られるようになってい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この提案のものでは、
上記突起部２６先端のテーパ面２７とそれに対峙する開
口部２２との間の距離が環状空間２５の内径よりも短い
ので、その部分で吸気が絞られるようになり、シリンダ
内から凹陥部２３内の燃焼室２４に向かう吸気スワール
の強度が大きくなってその持続性を向上させることがで
きる。
【０００５】ところが、環状空間２５の壁面は断面略円
形状であるので、燃料噴射ノズルから噴射された燃料流
Ｆは環状空間２５の壁面に衝突した後、その壁面に沿っ
て比較的スムーズに凹陥部２３の奥部側に向かうように
なり、噴射燃料を吸気と十分にミキシングすることがで
きず、パティキュレートの低減に限度がある。
【０００６】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、上記した燃焼室の形状、構造を改良す
ることで、吸気スワールの持続性をさらに向上させなが
ら、噴射燃料が燃焼室壁面に衝突した後の流れを乱して
吸気とのミキシング性を高め、よってパティキュレート
のより一層の低減を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべ
く、請求項１の発明では、凹陥部内の燃焼室の一部を構
成する環状空間の壁面のうち、燃料の噴射流が衝突した
後に向かう部分の断面形状を他の部分よりも小径の円弧
状とした。
【０００８】すなわち、この発明では、上記の如く、ピ
ストンの頂面に、奥部側の内径が開口部よりも大きくて
燃焼室を形成する凹陥部が設けられ、上記凹陥部の底面
中央に凹陥部の開口側に突出する突起部が形成されてい
て、この突起部の先端外周部に凹陥部の奥部側に向かっ
て外径が拡大する突起部テーパ面が凹陥部の開口部と対
峙するように形成され、上記突起部の外周部と凹陥部の
開口部との間に断面略円形状の環状空間が突起部を取り
囲むように設けられた直噴式ディーゼルエンジンの燃焼
室構造が前提である。
【０００９】そして、上記環状空間の壁面のうち、凹陥
部の外周縁部でかつ上記開口部近傍の位置には、該環状
空間の断面中心を中心とする所定半径の円弧面からなっ
ていて燃料噴射ノズルから噴射される燃料流が衝突する
燃料流衝突部を設ける一方、上記環状空間の壁面のうち
上記燃料流衝突部の奥端部側の位置には、燃料流衝突部
の円弧面の半径よりも小径でかつ該燃料流衝突部の円弧
面よりも半径方向外側に位置する小径円弧部を他の壁面
と連続するように設ける。さらに、上記突起部 テーパ面
を断面略円弧状に凹陥させる。
【００１０】尚、上記小径円弧部の断面半径ｒは、凹陥
部の開口半径をＲc とするとき、０．０４Ｒc ＜ｒ＜
０．３６Ｒc の範囲であり、望ましくは０．０８Ｒc ＜
ｒ＜０．２４Ｒc がよい。すなわち、ｒ≧０．３６Ｒc
であれば、スワールの持続性及び乱れが小となり、空気
と燃料とのミキシングが良好とならない一方、ｒ≦０．
０４Ｒc では、燃焼室の加工上の問題が生じると予測さ
れる。
【００１１】請求項２の発明では、さらに、上記環状空
間の壁面における小径円弧部の半径方向内側に、凹陥部
の奥部側に向かって外径が拡大するテーパ面部を小径円
弧部に連続するように形成する。
【００１２】
【作用】上記の構成により、請求項１の発明では、環状
空間の壁面のうち凹陥部の外周縁部でかつ奥端部側に相
当する壁面に小径円弧部が形成され、この小径円弧部は
環状空間の壁面の燃料流衝突部の円弧面よりも半径方向
外側に位置して、その円弧半径は上記燃料流衝突部の円
弧面の半径よりも小径であるので、この小径円弧部が燃
料流衝突部の位置から半径方向外側に突出している分だ
け、該小径円弧部近傍で環状空間内の慣性モーメントが
大となり、燃焼室での吸気スワールの持続性がさらに高
まって、燃焼行程の終期まで持続することとなる。そし
て、このピストンの上死点近傍で燃料噴射ノズルから燃
料が燃焼室に向けて噴射され、その燃料流が突起部先端
のテーパ面とそれに対峙する凹陥部の開口部との間を通
って環状空間の壁面のうちの上記燃料流衝突部に衝突す
ると、この衝突後の燃料は凹陥部の奥部に向かうが、そ
の前方には上記小径円弧部が形成されているため、そこ
でのエッジ効果を受けて乱れることとなる。しかも、こ
の小径円弧部では上記の如く強い吸気スワールが生成さ
れているので、これらの相乗効果により燃料の吸気との
ミキシング性が大幅に増大し、その燃焼性を高めてパテ
ィキュレートを効果的に低減することができる。
【００１３】また、ピストンの上昇行程で燃焼室内の環
状空間に導入される吸気は、突起部先端のテーパ面とそ
れに対峙する凹陥部の開口部との間で絞られるが、上記
突起部テーパ面が断面略円弧状に凹陥されているので、
この凹陥構造により、上記環状空間に向かう吸気の一部
が突起部テーパ面から離れて開口部側、つまり燃料噴射
ノズルからの燃料流に向かうように案内される。そし
て、燃料噴射ノズルから燃料が噴射されたとき、その燃
料流は周辺の吸気を巻き込みながら飛ぶが、この燃料流
に向かう上記吸気により燃料への吸気の巻込み度が増大
し、燃料への吸気導入率が高まってミキシング効果がさ
らに向上し、パティキュレートの低減により一層有効と
なる。
【００１４】請求項２の発明では、環状空間の壁面にお
ける小径円弧部の半径方向内側に、凹陥部の奥部側に向
かって外径が拡大するテーパ面部が形成されているの
で、このテーパ面部により、燃焼室の一部が断面略円形
状の環状空間とされた従来のディーゼルエンジンと比較
して燃焼室の容積、換言すれば圧縮比を変えることな
く、上記効果が得られる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【００１６】（参考例） 図１は参考例に係る直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室
構造を示す。この図１において、１は直噴式ディーゼル
エンジンのピストンで、シリンダ（図示せず）内で往復
動するものである。ピストン１の頂面には基本的に奥部
側の内径が開口部２よりも大きい形状とされた凹陥部３
が形成され、上記開口部２はピストン１の中心線と平行
で半径Ｒc の円筒面とされている。上記凹陥部３内は燃
焼室４とされ、この凹陥部３の底面中央には開口部２側
に突出する突起部６が形成され、この突起部６の先端外
周部には凹陥部３の奥部側に向かって外径が拡大する突
起部テーパ面７が開口部２と対峙するように設けられて
いる。
【００１７】上記突起部テーパ面７の外周部と凹陥部３
の開口部２との間には、突起部テーパ面７の外周部から
凹陥部３の開口部２に亘る壁面を有する断面略円形状の
環状空間５が突起部６を取り囲むようにそれと同心に設
けられている。この環状空間５の壁面のうち凹陥部３の
開口部２近傍が燃料流衝突部８とされ、この燃料流衝突
部８は、環状空間５の断面中心Ｏs を中心としかつ壁面
上を通る所定半径Ｒの基準円弧面Ｐ上に位置している。
そして、シリンダの圧縮行程でピストン１が上死点近傍
に上昇したとき、シリンダヘッド側の燃料噴射ノズル
（いずれも図示せず）から噴射された一部の燃料流Ｆが
上記突起部６先端のテーパ面７とそれに対峙する開口部
２との間を通って環状空間５内に向かい、その壁面（凹
陥部３の側壁）の一部たる上記燃料流衝突部８に衝突す
るようになっている。
【００１８】さらに、上記環状空間５の壁面のうち、燃
料流衝突部８よりも凹陥部３の奥端部側に相当する壁面
には、上記環状空間５の断面中心Ｏs を中心とする半径
Ｒの基準円弧面Ｐの位置よりも凹陥部３の半径方向外側
に位置しかつ基準円弧面Ｐの半径Ｒよりも小径の半径ｒ
を有する小径円弧部９が設けられ、この小径円弧部９の
開口部２側縁部は上記燃料流衝突部８の下縁部と滑らか
に連続し、両者の境界部分はピストン１の中心線と平行
な円筒面（垂直面）とされている。
【００１９】尚、上記小径円弧部９の断面半径ｒは、上
記凹陥部３の開口部２の半径Ｒc に対し、ｒ≧０．３６
Ｒc であれば、スワールの持続性及び乱れが小となり、
空気と燃料とのミキシングが良好とならない一方、ｒ≦
０．０４Ｒc では、燃焼室の加工上の問題が生じると予
測されるので、０．０４Ｒc ＜ｒ＜０．３６Ｒc の範囲
とするのがよく、より望ましくは０．０８Ｒc ＜ｒ＜
０．２４Ｒc がよい。
【００２０】また、上記環状空間５の壁面における小径
円弧部９と突起部テーパ面７の外周部との間には、上記
環状空間５の断面中心Ｏs を中心としかつ壁面上を通る
基準円弧面Ｐの位置よりも半径方向内側に位置し凹陥部
３の奥部側に向かって外径が拡大するテーパ面部１０が
形成され、このテーパ面部１０の外周縁部は上記小径円
弧部９の内周縁部に、またその内周縁部は突起部テーパ
面７外周側の環状空間５壁面にそれぞれ滑らかに連続し
ている。
【００２１】したがって、上記参考例においては、シリ
ンダ内でピストン１が下降移動する吸気行程でシリンダ
内に吸入される吸気（空気）にスワールが生成され、そ
の後、シリンダの圧縮行程でピストン１が上昇すると、
上記スワールはピストン１頂面の凹陥部３内の燃焼室４
に押し込められ、その流速が上昇する。そして、上記環
状空間５の壁面のうち、凹陥部３の外周縁部でかつ奥端
部側に相当する壁面に小径円弧部９が形成され、この小
径円弧部９は環状空間５の断面中心Ｏs を中心としかつ
壁面上を通る半径Ｒの基準円弧面Ｐの位置よりも半径方
向外側に位置し、その円弧半径ｒは上記基準円弧面Ｐの
半径Ｒよりも小径であるので、この小径円弧部９が基準
円弧面Ｐの位置から外側に突出している分だけ、慣性モ
ーメントが大となり、燃焼室４での吸気スワールの持続
性がさらに高まって燃焼行程の終期まで強く持続する。
【００２２】この後、ピストン１の上死点近傍で燃料噴
射ノズルから燃料が燃焼室４に向けて噴射され、その一
部の燃料流Ｆが突起部６先端のテーパ面７と凹陥部３の
開口部２との間を通って環状空間５の燃料流衝突部８に
衝突し、この衝突後の燃料は燃料流衝突部８から凹陥部
３の奥部に向かうが、その燃料流衝突部８の凹陥部３奥
部側には上記小径円弧部９があるので、そこでのエッジ
効果を受けて乱れが生じる。しかも、上記したように、
この小径円弧部９内で強い吸気スワールが持続している
ので、これら小径円弧部９での燃料流Ｆの乱れ及び吸気
スワールの相乗効果により、燃料の吸気とのミキシング
性が大幅に増大することとなり、よって燃料の燃焼性を
高めて排気ガス中のパティキュレートを効果的に低減す
ることができる。
【００２３】そのとき、環状空間５の壁面における小径
円弧部９と突起部テーパ面７の外周部との間に、環状空
間５の断面中心Ｏs を中心とする基準円弧面Ｐの位置よ
りも半径方向内側に位置しかつ凹陥部３の奥部側に向か
って外径が拡大するテーパ面部１０が形成されているの
で、このテーパ面部１０により、燃焼室４の一部に断面
略円形状の環状空間５を持つ従来のディーゼルエンジン
に対し燃焼室４の容積が同じとなり、よって圧縮比を変
えることなく上記効果が得られる。
【００２４】（実施例） 図２は本発明の実施例を示し（尚、図１と同じ部分につ
いては同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、
この実施例では、上記突起部テーパ面７の中間部を凹陥
して、突起部テーパ面７を断面略円弧状としたものであ
る。
【００２５】この実施例では、ピストン１の上昇行程で
燃焼室４内に入る吸気が環状空間５に流れて突起部６先
端のテーパ面７と凹陥部３の開口部２との間で絞られる
際、上記突起部テーパ面７が断面略円弧状に凹陥されて
いるので、環状空間５に向かう吸気の一部が突起部テー
パ面７から開口部２側に向かうように案内される。そし
て、その後に燃料噴射ノズルから噴射された燃料流Ｆが
周辺の吸気を巻き込みながら環状空間５の燃料流衝突部
８に向かって飛ぶときに、この燃料流Ｆに上記突起部テ
ーパ面７で案内された吸気が向かうようになり、この吸
気により燃料への吸気の巻込み度が増大し、燃料への吸
気導入率が高まってミキシング効果がさらに増大し、パ
ティキュレートをより一層有効に低減することができ
る。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、ピストン頂面の燃焼室を形成する凹陥部底面に
先端にテーパ面を有する突起部を設け、その突起部の周
囲に断面略円形状の環状空間を形成してなる直噴式ディ
ーゼルエンジンの燃焼室構造において、環状空間の壁面
のうち凹陥部の外周縁部でかつ上記開口部近傍の位置
に、該環状空間の断面中心を中心とする円弧面からなっ
ていて燃料噴射ノズルから噴射される燃料流が衝突する
燃料流衝突部を設け、この燃料流衝突部の奥端部側の位
置に、燃料流衝突部の円弧面の半径よりも小径でかつ燃
料流衝突部の円弧面よりも半径方向外側に位置する小径
円弧部を設け、さらに突起部テーパ面を断面略円弧状に
凹陥させたことにより、この小径円弧部が他の壁面位置
から外側に突出している分だけ慣性モーメントが大とな
り、燃焼室での吸気スワールの持続性をさらに高めるこ
とができるとともに、ピストンの上死点近傍で燃料噴射
ノズルから燃焼室に向けて噴射された燃料流が環状空間
の壁面に衝突したとき、衝突後の燃料を小径円弧部での
エッジ効果により乱すことができる。さらに、突起部テ
ーパ面の断面略円弧状の凹陥構造により、ピストンの上
昇行程で燃焼室の環状空間に流れる吸気の一部を燃料噴
射ノズルからの燃料流に向かうように案内して、その燃
料流への吸気の巻込み度を増大させることができ、燃料
の吸気とのミキシング性を大幅に増大させてパティキュ
レートの効果的な低減を図ることができる。
【００２７】請求項２の発明によると、上記環状空間の
壁面における小径円弧部の半径方向内側に、凹陥部の奥
部側に向かって外径が拡大するテーパ面部を形成したこ
とにより、燃焼室の一部に断面略円形状の環状空間を持
つ従来のディーゼルエンジンに対し燃焼室の容積つまり
圧縮比を変えることなく、上記効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例に係る燃焼室構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例を示す図１相当図である。
【図３】従来例を示す図１相当図である。
【符号の説明】
１ ピストン ２ 開口部 ３ 凹陥部 ４ 燃焼室 ５ 環状空間 ６，６′ 突起部 ７ 突起部テーパ面８ 燃料流衝突部 ９ 小径円弧部 １０ テーパ面部 １１ 平面部 Ｏs 環状空間の断面中心 Ｐ 環状空間の断面中心を中心としかつ壁面上を通る基
準円弧面 Ｒ 基準円弧面の半径 Ｒc 凹陥部の開口半径 ｒ 小径円弧部の半径 Ｆ 燃料流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−295130（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−249326（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−339130（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−32124（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−20720（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 23/06 F02F 3/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストンの頂面に、奥部側の内径が開口
    部よりも大きくて燃焼室を形成する凹陥部が設けられ、
    上記凹陥部の底面中央に凹陥部の開口側に突出する突起
    部が形成されていて、この突起部の先端外周部に凹陥部
    の奥部側に向かって外径が拡大する突起部テーパ面が凹
    陥部の開口部と対峙するように形成され、上記突起部の
    外周部と凹陥部の開口部との間に断面略円形状の環状空
    間が突起部を取り囲むように設けられた直噴式ディーゼ
    ルエンジンの燃焼室構造において、 上記環状空間の壁面のうち凹陥部の外周縁部でかつ上記
    開口部近傍の位置には、該環状空間の断面中心を中心と
    する所定半径の円弧面からなっていて燃料噴射ノズルか
    ら噴射される燃料流が衝突する燃料流衝突部が設けられ
    ている一方、 上記環状空間の壁面のうち上記燃料流衝突部の奥端部側
    の位置には、燃料流衝突部の円弧面の半径よりも小径で
    かつ該燃料流衝突部の円弧面よりも半径方向外側に位置
    する 小径円弧部が他の壁面と連続するように設けられ、 上記突起部テーパ面が断面略円弧状に凹陥され ているこ
    とを特徴とする直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構
    造。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の直噴式ディーゼルエンジ
    ンの燃焼室構造において、 環状空間の壁面における小径円弧部の半径方向内側に
    は、凹陥部の奥部側に向かって外径が拡大するテーパ面
    部が小径円弧部に連続するように形成されていることを
    特徴とする直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造。
JP01245693A 1993-01-28 1993-01-28 直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造 Expired - Fee Related JP3370123B2 (ja)

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