JP4002823B2 - エンジンの燃焼室 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴式ディーゼルエンジンのピストン頂面にキャビティを設けて構成した燃焼室に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室において、ピストン頂面にキャビティを設けて燃焼室を構成し、該燃焼室内部に噴射ノズルの噴出部が臨むように配置し、スワール及びスキッシュ等の空気流動を積極的に利用して、噴射ノズルから噴射した噴霧を燃焼室の壁面に衝突させて拡散し、燃料を空気と混合させて燃焼するように構成していた。このような燃焼室にあっては、広範囲に燃料を拡散して空気の利用効率を高め、燃費の向上やスモークの低減を図るために、燃料噴射ノズルに複数の噴口を設けて噴霧の数を増やし、キャビティの側壁へ向けて放射状に、かつ、上下方向で千鳥状に噴射を行ったり、キャビティの側壁を段付き形状に形成したりしている。例えば、特許文献１に示す技術では、キャビティの形状は、キャビティの開口部が絞られて下側に向かうにつれてシリンダ半径方向外側へと拡径された形状のリエントラント型とされており、該開口部付近の内面に複数の円弧状部が設けられて段付き形状の燃焼室が構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３２５６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に示す技術のように、キャビティの開口部の面積が狭い場合、熱負荷が増大して耐久性に問題が生じていた。そこで、耐久性が重要となる場合には、キャビティの開口部の面積を大きくすることにより、熱負荷の低減が図られている。そして、開口部の面積を大きくする手段として、例えば、ピストン頂面にキャビティとともにバルブリセスが設けられている。しかし、現状においては、バルブリセスを燃焼室として利用し、十分な燃焼を行うことや、段付き形状の燃焼室を有効に活用することができておらず、最適な燃焼室の形状が依然として特定されていない。そのため、燃焼室の形状を特定するために実験が繰り返されて、開発期間が長期化する傾向がある。そこで、本発明は、段付き形状の燃焼室を有効に活用して燃焼効率を高め、粒子状物質、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を低減することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、直噴式ディーゼルエンジンのピストン頂面にキャビティを設ける構成において、前記キャビティを少なくとも上下方向二段階に凹部を形成して設け、下から一段目の凹部上に二段目の凹部を径方向外側へ拡開し、下から二段目の凹部の側壁を垂直方向から外側へ開く傾斜面とし、キャビティ中央に上方へ膨出する突部を形成し、ピストン外周の頂面に中心側へ下がる傾斜を形成し、該ピストン頂面にバルブリセスを設け、ピストン中心上方に燃料噴射ノズルを配置し、該燃料噴射ノズルより、スワール始端側の前記バルブリセス側壁と、前記下から一段目と二段目の凹部とにそれぞれ燃料を噴射するように構成したものである。
【０００７】
請求項２においては、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、前記下から一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開する角度を−２５度〜０度とし、前記下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、該下から二段目の凹部の底面に窪みを形成し、前記燃料噴射ノズルより、スワール始端側のバルブリセス側壁へ燃料を噴射する範囲を、隣接するバルブリセス中心間角度θＢｖの１／４に構成し、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したものである。
【０００８】
請求項３においては、前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状としたものである。
【０００９】
請求項４においては、前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の側壁に径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該拡開する角度を−２５度〜０度とし、該下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたものである。
【００１０】
請求項５においては、前記バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該窪み上部に垂直面を形成し、該窪みの曲率半径をＤ／２４以上とし、下から一段目の凹部底面とキャビティ中央の凸部面との間の角部の曲率半径をＤ／６０以上とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部の底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたものである。
【００１１】
請求項６においては、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したものである。
【００１２】
請求項７においては、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、該バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る燃焼室の側面断面図、図２は図１における要部拡大断面図、図３は燃焼室の平面図である。
【００１４】
本発明の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室について図１乃至図３により説明する。直噴式ディーゼルエンジンにおいて、シリンダ１０に摺動自在に嵌合するピストン１の頂面に、キャビティ２及びバルブリセス３が設けられており、該キャビティ２がピストン頂面１ａの中央部に、バルブリセス３が外周部に配置され、ピストン１の平面視中心上方に配置された燃料噴射ノズル７より燃料をキャビティ２へ噴射するように構成されている。該キャビティ２が上下方向周囲から中央に二段階に深く凹部２１・２２を形成して設けられるとともに、バルブリセス３と連続的に形成されて、ピストン頂面１ａに向かうにつれて径が広く、かつ、浅くなる段付き形状の燃焼室５が形成されている。
【００１５】
該燃焼室５においては、スワール２０が吸気工程で吸気ポート２８からシリンダ１０内に導入された吸気により形成されるとともに、スキッシュがピストン頂面によりキャビティ２内に形成され、該スワール２０とスキッシュを利用して燃焼室５内で空気と燃料との混合が行われる。
【００１６】
また、前記キャビティ２の底面中央には上方へ膨出する突部６が形成されており、該突部６の上方において、図示せぬシリンダヘッドから前記噴射ノズル７が燃焼室５内に突出されている。該噴射ノズル７の下端部には、複数の噴口がノズル軸心を中心にして略等間隔に配設され、それぞれの噴口が上下に千鳥状に配置されて、燃焼室５の壁面に向けて放射状に噴射を行うように構成されている。本実施例では、図３における平面視において９０度の範囲で、三つに噴射され、合計噴射ノズル７から１２個噴射される。１／４の範囲で説明すると、第一噴霧４１は平面視でバルブリセス３の側壁３ａのスワール前側に噴射され、側面視で下から二段目の凹部２１の上部からバルブリセス３に向かって噴射される。第二噴霧４２は平面視でバルブリセス３中心より若干スワール後側で、側面視で凹部２１の側壁面に向かって噴射される。第三噴霧４３は平面視で第二噴霧４２の下方側で、側面視で下側の第一段の凹部２２の側壁面に向かって噴射される。
【００１７】
図２に示すように、前記燃焼室５は、噴射ノズル７を中心として広がる第一燃焼室５ａと第二燃焼室５ｂで構成される。第一燃焼室５ａは図２の断面視において、噴射ノズル７の噴射中心Ｏ１と、下部（下から一段目）の凹部２２と下から二段目の凹部２１の境界部分を結ぶ線から上方のキャビティ２内の空間としている。つまり、バルブリセス３の空間と下から二段目の凹部２２と噴射ノズル７の中心Ｏ１とピストン頂面の間の空間を加えた空間を第一燃焼室５ａとしている。該第一燃焼室５ａの下方の空間を第二燃焼室５ｂとしている。つまり、図２の断面視において、噴射ノズル７の噴射中心Ｏ１と、下部（下から一段目）の凹部２２と下から二段目の凹部２１の境界部分を結ぶ線から下方のキャビティ２内の空間を第二燃焼室５ｂとしている。
【００１８】
前記第一燃焼室５ａにおいて、前記バルブリセス３は吸気バルブ用のバルブリセスと排気バルブ用のバルブリセスを有し、ピストン頂面１ａの外周部に設けられ、本実施例では左右対称に９０度毎に、それぞれ吸気及び排気用に二つずつ配置されている。該バルブリセス３の側壁３ａは、図３に示すように、平面視でピストン中心側が拡開する形状に形成されて、噴射ノズル７から噴射される燃料をバルブリセス側壁３ａに沿って径方向外側へ拡散させる。ここで、燃料はバルブリセス側壁３ａのスワール始端側に向けて噴射されるものであり（第一噴霧４１）、この第一噴霧４１の噴射する範囲を、隣接するバルブリセス中心間角度θＢｖの略１／４に構成している。これによって、スワール２０を利用して燃料の拡散を助長することが可能となる。こうして、噴射ノズル７から噴射された燃料が、バルブリセス側壁３ａに衝突すると、図３の矢印に示す如く、燃料はバルブリセス３で拡散されて隅々まで行き渡り、燃料と空気との混合が促進される。
【００１９】
また、バルブリセス３の側壁３ａは、図２に示すように、側面視で垂直方向（ピストンの軸心線と平行）から外側へ開くように傾斜角度θ１だけ傾斜されている。該傾斜角度θ１は、３度〜１５度の範囲内の値としている。よって上外方向へ拡散される。また、ピストン頂面１ａは、ピストン中心側へ向けて下がるように傾斜され、該ピストン頂面１ａ（ピストンの軸心線と直角方向）から中心下方へさがる傾斜角度θ２が１度〜３度の範囲内の値となるように形成されている。そして、該バルブリセス側壁３ａとピストン頂面１ａとの間の角部３１が円弧状の曲面に形成され、該角部３１の曲率半径の値が、シリンダ半径をＤとすると、Ｄ／６０以上の値となるように構成されている。以下、シリンダ半径をＤとする。また、該バルブリセス側壁３ａとバルブリセス底面３ｂとの間の角部３２も円弧状の曲面に形成され、該角部３２の曲率半径の値が、Ｄ／６０以上となるように構成されている。このようにして、噴射ノズル７か噴射された燃料が、燃焼室５内からシリンダ径外側の燃焼への関わりが小さい領域へと巻き込まれるのを防止している。
【００２０】
また、前記バルブリセス底面３ｂは、シリンダ径方向外側へ傾斜角度θ３だけ上がる傾斜面に形成されている。該傾斜角度θ３は、１度〜３度の範囲内の値としている。そして、該バルブリセス底面３ｂと、下から二段目の凹部２１の側壁２１ａとの間の角部３３が円弧状の曲面に形成され、該角部３３の曲率半径の値が、Ｄ／６０以上となるように構成されている。これにより、噴射ノズル７から噴射された燃料が、二段目の凹部の側壁２１ａに衝突したのち、角部３３に沿って流れて拡散されてバルブリセス３の隅々まで行き渡り、燃料と空気との混合が促進される。
【００２１】
また、下から二段目の凹部２１の側壁２１ａは、側面視で、垂直方向から外側へ開くように傾斜角度θ４だけ傾斜されている。該傾斜角度θ４は、３度〜１０度の範囲内の値としている。よって、前記噴射ノズル７から噴射される燃料の壁面までの到達距離が延長されるとともに、壁面に衝突した燃料が拡散されて、第一燃焼室５ａ内の隅々まで行き渡り、燃料と空気の混合が促進される。一方、下から二段目の凹部２１の水平部における底面には下方へ凹む窪み２１ｂが形成されている。このような構成において、噴射ノズル７から噴射された燃料が、二段目の凹部２１の側壁２１ａに衝突して該側壁２１ａに沿って下方に流れ、該窪み２１ｂに達すると、燃料は図２の矢印に示す如く、シリンダ中心下方側に拡散されるので、噴霧同士の衝突を減少させることができるとともに、燃料の拡散効果を増大させることができる。したがって、燃料噴射ノズル７から下から二段目の凹部２１に噴射される燃料が異なる方向へ噴射される燃料と混合して重複するのを妨げて、燃焼が悪化するのを防止することができる。
【００２２】
また、第二燃焼室５ｂにおいては、下から一段目の凹部２２の側壁２２ａの上下中央から下方にシリンダ径方向外側へ拡開して窪み２２ｂを設け、該窪み２２ｂの曲率半径の値をＤ／２４以上の値とするとともに、該側壁２２ａの径方向外側へ拡開する角度θ５を−２５度〜０度の範囲内の値としている。これにより、噴射ノズル７から一段目の凹部２２の側壁２２ａに向けて噴射される燃料の壁面までの到達距離を延長させることができるとともに、スキッシュ効果を増大させることができる。また、該窪み２２ｂにより、側壁２２ａに達した燃料は、図２の矢印に示す如く、ピストン中心側に拡散されるため、噴霧同士の衝突を減少させることができる。
【００２３】
さらに、前記下から一段目の凹部２２の側壁２２ａにおいて、窪み２２ｂ上部には垂直面２２ｃが形成され、スキッシュ効果の増大が図られているが、該垂直面２２ｃの長さを長くするほど、スキッシュ効果を更に増大させることができる。
【００２４】
また、下から一段目の凹部２２の外周側の底面には水平部２２ｄが形成されており、該水平部２２ｄにおいて、噴射した燃料の蒸発を促進させるように構成されている。
【００２５】
また、前記キャビティ２の底面中央に上方に盛り上がるように形成された突部６は、その中心部が最も高く、シリンダ径方向外側へ下がるように略円錐形状に形成されている。該突部６の上端６ａは断面視で円弧状の曲面に形成され、該上端６ａの曲率半径の値がＤ／２４以上の値となるように形成されている。そのため、燃焼室５内において、噴霧流がスムースに流れて噴霧同士の衝突が防止される。また、該突部６における上端６ａから下がる斜面と前記下から一段目の凹部２２の底面（水平部２２ｄ）から上端６ａに向かって上がる斜面との間に形成される角部３４は断面視円弧状の曲面に形成され、該角部３４の曲率半径の値をＤ／６０以上の値とし、該突部２６の斜面中途部に形成される前記角部３４両側の斜面の折れ曲がり角度θ６を９０度〜１４５度の範囲内の値としている。これにより、空気と混合された燃料の噴霧流が斜面に沿って流れて、噴射ノズル７付近へ巻き込まれるのを防止することができる。
【００２６】
また、前記下から一段目の凹部２２（第二燃焼室５ｂ）の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部２１（第一燃焼室５ａ）より上方の燃焼室容積（第一燃焼室５ａの容積Ｖｍ＋バルブリセスの容積Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部２２（第二燃焼室５ｂ）への噴口面積（第三噴霧４３の吐出面積）Ａｓと、下から二段目の凹部２１（第一燃焼室５ａ）より上方への噴口面積（第二噴霧４２の吐出面積Ａｍ＋第一噴霧４１の吐出面積Ａｖ）の比との関係が次式となるように設定され、燃焼室５の燃焼室容積と燃料噴射ノズル７の噴口面積が容易に決定される。
（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓ
したがって、燃焼室５の容積、又は噴射ノズル７の噴口径を容易に決定することができるので、従来のように実験を繰り返して燃焼室の形状を決定する必要がなく、開発期間の短縮化を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００２８】
即ち、請求項１に示す如く、直噴式ディーゼルエンジンのピストン頂面にキャビティを設ける構成において、前記キャビティを少なくとも上下方向二段階に凹部を形成して設け、下から一段目の凹部上に二段目の凹部を径方向外側へ拡開し、下から二段目の凹部の側壁を垂直方向から外側へ開く傾斜面とし、キャビティ中央に上方へ膨出する突部を形成し、ピストン外周の頂面に中心側へ下がる傾斜を形成し、該ピストン頂面にバルブリセスを設け、ピストン中心上方に燃料噴射ノズルを配置し、該燃料噴射ノズルより、スワール始端側の前記バルブリセス側壁と、前記下から一段目と二段目の凹部とにそれぞれ燃料を噴射するように構成したので、
段付き形状の燃焼室が有効に活用されて、空気と燃料との混合が促進され、燃焼効率が高まる。そのため、燃料が十分に燃焼されて、粒子状物質、一酸化炭素、炭化水素、及び窒素酸化物の発生量を低減することができる。また、バルブリセス３を燃焼室の一部として利用することができ、燃焼室の容積を十分に確保することが可能となる。
【００２９】
請求項２に示す如く、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、前記下から一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開する角度を−２５度〜０度とし、前記下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、該下から二段目の凹部の底面に窪みを形成し、前記燃料噴射ノズルより、スワール始端側のバルブリセス側壁へ燃料を噴射する範囲を、隣接するバルブリセス中心間角度θＢｖの１／４に構成し、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができると同時に、スワールを利用して燃料の拡散を助長できる。
また、噴射ノズルからキャビティ側壁までの噴霧到達距離を延長できるとともに、噴霧同士の衝突を減少できる。この結果、特に、粒子状物質の発生量を減少させることができる。
また、燃焼室の容積又は噴口径を容易に決定することができ、開発期間を短くすることができる。
【００３０】
請求項３に示す如く、前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状としたので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させることができる。
さらに、噴射ノズルからキャビティ側壁までの噴霧到達距離を延長できる。また、キャビティ底面における平面部で、噴霧した燃料の蒸発を促進させることができる。この結果、特に、一酸化炭素の発生量を減少させることができる。
【００３１】
請求項４に示す如く、前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の側壁に径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該拡開する角度を−２５度〜０度とし、該下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができる。
さらに、噴射ノズルからキャビティ側壁までの噴霧到達距離を延長できる。また、キャビティ底面における平面部で、噴霧した燃料の蒸発を促進させることができる。この結果、特に、炭化水素の発生量を減少させることができる。
【００３２】
請求項５に示す如く、前記バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該窪み上部に垂直面を形成し、該窪みの曲率半径をＤ／２４以上とし、下から一段目の凹部底面とキャビティ中央の凸部面との間の角部の曲率半径をＤ／６０以上とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部の底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができる。
さらに、噴射ノズルからキャビティ側壁までの噴霧到達距離を延長でき、又スキッシュ効果が増大する。この結果、特に、粒子状物質の発生量を減少させることができる。
【００３３】
請求項６に示す如く、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができる。また、スキッシュ効果が増大する。この結果、特に、一酸化炭素の発生量を減少させることができる。
また、燃焼室の容積又は噴射ノズルの噴口径を容易に決定することができ、開発期間を短くすることができる。
【００３４】
請求項７に示す如く、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、該バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができる。また、スキッシュ効果が増大する。この結果、特に、炭化水素の発生量を減少させることができる。
また、燃焼室の容積又は噴射ノズルの噴口径を容易に決定することができ、開発期間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る燃焼室の側面断面図。
【図２】 図１における要部拡大断面図。
【図３】 燃焼室の平面図。
【符号の説明】
１ ピストン
１ａ ピストン頂面
２ キャビティ
３ バルブリセス
３ａ バルブリセス側壁
６ 突部
７ 燃料噴射ノズル
２１ 下から二段目の凹部
２２ 下から一段目の凹部
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴式ディーゼルエンジンのピストン頂面にキャビティを設けて構成した燃焼室に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室において、ピストン頂面にキャビティを設けて燃焼室を構成し、該燃焼室内部に噴射ノズルの噴出部が臨むように配置し、スワール及びスキッシュ等の空気流動を積極的に利用して、噴射ノズルから噴射した噴霧を燃焼室の壁面に衝突させて拡散し、燃料を空気と混合させて燃焼するように構成していた。このような燃焼室にあっては、広範囲に燃料を拡散して空気の利用効率を高め、燃費の向上やスモークの低減を図るために、燃料噴射ノズルに複数の噴口を設けて噴霧の数を増やし、キャビティの側壁へ向けて放射状に、かつ、上下方向で千鳥状に噴射を行ったり、キャビティの側壁を段付き形状に形成したりしている。例えば、特許文献１に示す技術では、キャビティの形状は、キャビティの開口部が絞られて下側に向かうにつれてシリンダ半径方向外側へと拡径された形状のリエントラント型とされており、該開口部付近の内面に複数の円弧状部が設けられて段付き形状の燃焼室が構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３２５６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に示す技術のように、キャビティの開口部の面積が狭い場合、熱負荷が増大して耐久性に問題が生じていた。そこで、耐久性が重要となる場合には、キャビティの開口部の面積を大きくすることにより、熱負荷の低減が図られている。そして、開口部の面積を大きくする手段として、例えば、ピストン頂面にキャビティとともにバルブリセスが設けられている。しかし、現状においては、バルブリセスを燃焼室として利用し、十分な燃焼を行うことや、段付き形状の燃焼室を有効に活用することができておらず、最適な燃焼室の形状が依然として特定されていない。そのため、燃焼室の形状を特定するために実験が繰り返されて、開発期間が長期化する傾向がある。そこで、本発明は、段付き形状の燃焼室を有効に活用して燃焼効率を高め、粒子状物質、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を低減することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、直噴式ディーゼルエンジンのピストン頂面にキャビティを設ける構成において、前記キャビティを少なくとも上下方向二段階に凹部を形成して設け、下から一段目の凹部上に二段目の凹部を径方向外側へ拡開し、下から二段目の凹部の側壁を垂直方向から外側へ開く傾斜面とし、キャビティ中央に上方へ膨出する突部を形成し、ピストン外周の頂面に中心側へ下がる傾斜を形成し、該ピストン頂面にバルブリセスを設け、ピストン中心上方に燃料噴射ノズルを配置し、該燃料噴射ノズルより、スワール始端側の前記バルブリセス側壁と、前記下から一段目と二段目の凹部とにそれぞれ燃料を噴射するように構成したものである。
【０００７】
請求項２においては、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、前記下から一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開する角度を−２５度〜０度とし、前記下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、該下から二段目の凹部の底面に窪みを形成し、前記燃料噴射ノズルより、スワール始端側のバルブリセス側壁へ燃料を噴射する範囲を、隣接するバルブリセス中心間角度θＢｖの１／４に構成し、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したものである。
【０００８】
請求項３においては、前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状としたものである。
【０００９】
請求項４においては、前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の側壁に径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該拡開する角度を−２５度〜０度とし、該下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたものである。
【００１０】
請求項５においては、前記バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該窪み上部に垂直面を形成し、該窪みの曲率半径をＤ／２４以上とし、下から一段目の凹部底面とキャビティ中央の凸部面との間の角部の曲率半径をＤ／６０以上とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部の底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたものである。
【００１１】
請求項６においては、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したものである。
【００１２】
請求項７においては、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、該バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る燃焼室の側面断面図、図２は図１における要部拡大断面図、図３は燃焼室の平面図である。
【００１４】
本発明の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室について図１乃至図３により説明する。直噴式ディーゼルエンジンにおいて、シリンダ１０に摺動自在に嵌合するピストン１の頂面に、キャビティ２及びバルブリセス３が設けられており、該キャビティ２がピストン頂面１ａの中央部に、バルブリセス３が外周部に配置され、ピストン１の平面視中心上方に配置された燃料噴射ノズル７より燃料をキャビティ２へ噴射するように構成されている。該キャビティ２が上下方向周囲から中央に二段階に深く凹部２１・２２を形成して設けられるとともに、バルブリセス３と連続的に形成されて、ピストン頂面１ａに向かうにつれて径が広く、かつ、浅くなる段付き形状の燃焼室５が形成されている。
【００１５】
該燃焼室５においては、スワール２０が吸気工程で吸気ポート２８からシリンダ１０内に導入された吸気により形成されるとともに、スキッシュがピストン頂面によりキャビティ２内に形成され、該スワール２０とスキッシュを利用して燃焼室５内で空気と燃料との混合が行われる。
【００１６】
また、前記キャビティ２の底面中央には上方へ膨出する突部６が形成されており、該突部６の上方において、図示せぬシリンダヘッドから前記噴射ノズル７が燃焼室５内に突出されている。該噴射ノズル７の下端部には、複数の噴口がノズル軸心を中心にして略等間隔に配設され、それぞれの噴口が上下に千鳥状に配置されて、燃焼室５の壁面に向けて放射状に噴射を行うように構成されている。本実施例では、図３における平面視において９０度の範囲で、三つに噴射され、合計噴射ノズル７から１２個噴射される。１／４の範囲で説明すると、第一噴霧４１は平面視でバルブリセス３の側壁３ａのスワール前側に噴射され、側面視で下から二段目の凹部２１の上部からバルブリセス３に向かって噴射される。第二噴霧４２は平面視でバルブリセス３中心より若干スワール後側で、側面視で凹部２１の側壁面に向かって噴射される。第三噴霧４３は平面視で第二噴霧４２の下方側で、側面視で下側の第一段の凹部２２の側壁面に向かって噴射される。
【００１７】
図２に示すように、前記燃焼室５は、噴射ノズル７を中心として広がる第一燃焼室５ａと第二燃焼室５ｂで構成される。第一燃焼室５ａは図２の断面視において、噴射ノズル７の噴射中心Ｏ１と、下部（下から一段目）の凹部２２と下から二段目の凹部２１の境界部分を結ぶ線から上方のキャビティ２内の空間としている。つまり、バルブリセス３の空間と下から二段目の凹部２２と噴射ノズル７の中心Ｏ１とピストン頂面の間の空間を加えた空間を第一燃焼室５ａとしている。該第一燃焼室５ａの下方の空間を第二燃焼室５ｂとしている。つまり、図２の断面視において、噴射ノズル７の噴射中心Ｏ１と、下部（下から一段目）の凹部２２と下から二段目の凹部２１の境界部分を結ぶ線から下方のキャビティ２内の空間を第二燃焼室５ｂとしている。
【００１８】
前記第一燃焼室５ａにおいて、前記バルブリセス３は吸気バルブ用のバルブリセスと排気バルブ用のバルブリセスを有し、ピストン頂面１ａの外周部に設けられ、本実施例では左右対称に９０度毎に、それぞれ吸気及び排気用に二つずつ配置されている。該バルブリセス３の側壁３ａは、図３に示すように、平面視でピストン中心側が拡開する形状に形成されて、噴射ノズル７から噴射される燃料をバルブリセス側壁３ａに沿って径方向外側へ拡散させる。ここで、燃料はバルブリセス側壁３ａのスワール始端側に向けて噴射されるものであり（第一噴霧４１）、この第一噴霧４１の噴射する範囲を、隣接するバルブリセス中心間角度θＢｖの略１／４に構成している。これによって、スワール２０を利用して燃料の拡散を助長することが可能となる。こうして、噴射ノズル７から噴射された燃料が、バルブリセス側壁３ａに衝突すると、図３の矢印に示す如く、燃料はバルブリセス３で拡散されて隅々まで行き渡り、燃料と空気との混合が促進される。
【００１９】
また、バルブリセス３の側壁３ａは、図２に示すように、側面視で垂直方向（ピストンの軸心線と平行）から外側へ開くように傾斜角度θ１だけ傾斜されている。該傾斜角度θ１は、３度〜１５度の範囲内の値としている。よって上外方向へ拡散される。また、ピストン頂面１ａは、ピストン中心側へ向けて下がるように傾斜され、該ピストン頂面１ａ（ピストンの軸心線と直角方向）から中心下方へさがる傾斜角度θ２が１度〜３度の範囲内の値となるように形成されている。そして、該バルブリセス側壁３ａとピストン頂面１ａとの間の角部３１が円弧状の曲面に形成され、該角部３１の曲率半径の値が、シリンダ半径をＤとすると、Ｄ／６０以上の値となるように構成されている。以下、シリンダ半径をＤとする。また、該バルブリセス側壁３ａとバルブリセス底面３ｂとの間の角部３２も円弧状の曲面に形成され、該角部３２の曲率半径の値が、Ｄ／６０以上となるように構成されている。このようにして、噴射ノズル７か噴射された燃料が、燃焼室５内からシリンダ径外側の燃焼への関わりが小さい領域へと巻き込まれるのを防止している。
【００２０】
また、前記バルブリセス底面３ｂは、シリンダ径方向外側へ傾斜角度θ３だけ上がる傾斜面に形成されている。該傾斜角度θ３は、１度〜３度の範囲内の値としている。そして、該バルブリセス底面３ｂと、下から二段目の凹部２１の側壁２１ａとの間の角部３３が円弧状の曲面に形成され、該角部３３の曲率半径の値が、Ｄ／６０以上となるように構成されている。これにより、噴射ノズル７から噴射された燃料が、二段目の凹部の側壁２１ａに衝突したのち、角部３３に沿って流れて拡散されてバルブリセス３の隅々まで行き渡り、燃料と空気との混合が促進される。
【００２１】
また、下から二段目の凹部２１の側壁２１ａは、側面視で、垂直方向から外側へ開くように傾斜角度θ４だけ傾斜されている。該傾斜角度θ４は、３度〜１０度の範囲内の値としている。よって、前記噴射ノズル７から噴射される燃料の壁面までの到達距離が延長されるとともに、壁面に衝突した燃料が拡散されて、第一燃焼室５ａ内の隅々まで行き渡り、燃料と空気の混合が促進される。一方、下から二段目の凹部２１の水平部における底面には下方へ凹む窪み２１ｂが形成されている。このような構成において、噴射ノズル７から噴射された燃料が、二段目の凹部２１の側壁２１ａに衝突して該側壁２１ａに沿って下方に流れ、該窪み２１ｂに達すると、燃料は図２の矢印に示す如く、シリンダ中心下方側に拡散されるので、噴霧同士の衝突を減少させることができるとともに、燃料の拡散効果を増大させることができる。したがって、燃料噴射ノズル７から下から二段目の凹部２１に噴射される燃料が異なる方向へ噴射される燃料と混合して重複するのを妨げて、燃焼が悪化するのを防止することができる。
【００２２】
また、第二燃焼室５ｂにおいては、下から一段目の凹部２２の側壁２２ａの上下中央から下方にシリンダ径方向外側へ拡開して窪み２２ｂを設け、該窪み２２ｂの曲率半径の値をＤ／２４以上の値とするとともに、該側壁２２ａの径方向外側へ拡開する角度θ５を−２５度〜０度の範囲内の値としている。これにより、噴射ノズル７から一段目の凹部２２の側壁２２ａに向けて噴射される燃料の壁面までの到達距離を延長させることができるとともに、スキッシュ効果を増大させることができる。また、該窪み２２ｂにより、側壁２２ａに達した燃料は、図２の矢印に示す如く、ピストン中心側に拡散されるため、噴霧同士の衝突を減少させることができる。
【００２３】
さらに、前記下から一段目の凹部２２の側壁２２ａにおいて、窪み２２ｂ上部には垂直面２２ｃが形成され、スキッシュ効果の増大が図られているが、該垂直面２２ｃの長さを長くするほど、スキッシュ効果を更に増大させることができる。
【００２４】
また、下から一段目の凹部２２の外周側の底面には水平部２２ｄが形成されており、該水平部２２ｄにおいて、噴射した燃料の蒸発を促進させるように構成されている。
【００２５】
また、前記キャビティ２の底面中央に上方に盛り上がるように形成された突部６は、その中心部が最も高く、シリンダ径方向外側へ下がるように略円錐形状に形成されている。該突部６の上端６ａは断面視で円弧状の曲面に形成され、該上端６ａの曲率半径の値がＤ／２４以上の値となるように形成されている。そのため、燃焼室５内において、噴霧流がスムースに流れて噴霧同士の衝突が防止される。また、該突部６における上端６ａから下がる斜面と前記下から一段目の凹部２２の底面（水平部２２ｄ）から上端６ａに向かって上がる斜面との間に形成される角部３４は断面視円弧状の曲面に形成され、該角部３４の曲率半径の値をＤ／６０以上の値とし、該突部２６の斜面中途部に形成される前記角部３４両側の斜面の折れ曲がり角度θ６を９０度〜１４５度の範囲内の値としている。これにより、空気と混合された燃料の噴霧流が斜面に沿って流れて、噴射ノズル７付近へ巻き込まれるのを防止することができる。
【００２６】
また、前記下から一段目の凹部２２（第二燃焼室５ｂ）の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部２１（第一燃焼室５ａ）より上方の燃焼室容積（第一燃焼室５ａの容積Ｖｍ＋バルブリセスの容積Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部２２（第二燃焼室５ｂ）への噴口面積（第三噴霧４３の吐出面積）Ａｓと、下から二段目の凹部２１（第一燃焼室５ａ）より上方への噴口面積（第二噴霧４２の吐出面積Ａｍ＋第一噴霧４１の吐出面積Ａｖ）の比との関係が次式となるように設定され、燃焼室５の燃焼室容積と燃料噴射ノズル７の噴口面積が容易に決定される。
（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓ
したがって、燃焼室５の容積、又は噴射ノズル７の噴口径を容易に決定することができるので、従来のように実験を繰り返して燃焼室の形状を決定する必要がなく、開発期間の短縮化を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００２８】
即ち、請求項１に示す如く、直噴式ディーゼルエンジンのピストン頂面にキャビティを設ける構成において、前記キャビティを少なくとも上下方向二段階に凹部を形成して設け、下から一段目の凹部上に二段目の凹部を径方向外側へ拡開し、下から二段目の凹部の側壁を垂直方向から外側へ開く傾斜面とし、キャビティ中央に上方へ膨出する突部を形成し、ピストン外周の頂面に中心側へ下がる傾斜を形成し、該ピストン頂面にバルブリセスを設け、ピストン中心上方に燃料噴射ノズルを配置し、該燃料噴射ノズルより、スワール始端側の前記バルブリセス側壁と、前記下から一段目と二段目の凹部とにそれぞれ燃料を噴射するように構成したので、
段付き形状の燃焼室が有効に活用されて、空気と燃料との混合が促進され、燃焼効率が高まる。そのため、燃料が十分に燃焼されて、粒子状物質、一酸化炭素、炭化水素、及び窒素酸化物の発生量を低減することができる。また、バルブリセス３を燃焼室の一部として利用することができ、燃焼室の容積を十分に確保することが可能となる。
【００２９】
請求項２に示す如く、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、前記下から一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開する角度を−２５度〜０度とし、前記下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、該下から二段目の凹部の底面に窪みを形成し、前記燃料噴射ノズルより、スワール始端側のバルブリセス側壁へ燃料を噴射する範囲を、隣接するバルブリセス中心間角度θＢｖの１／４に構成し、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができると同時に、スワールを利用して燃料の拡散を助長できる。
また、噴射ノズルからキャビティ側壁までの噴霧到達距離を延長できるとともに、噴霧同士の衝突を減少できる。この結果、特に、粒子状物質の発生量を減少させることができる。
また、燃焼室の容積又は噴口径を容易に決定することができ、開発期間を短くすることができる。
【００３０】
請求項３に示す如く、前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状としたので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させることができる。
さらに、噴射ノズルからキャビティ側壁までの噴霧到達距離を延長できる。また、キャビティ底面における平面部で、噴霧した燃料の蒸発を促進させることができる。この結果、特に、一酸化炭素の発生量を減少させることができる。
【００３１】
請求項４に示す如く、前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の側壁に径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該拡開する角度を−２５度〜０度とし、該下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができる。
さらに、噴射ノズルからキャビティ側壁までの噴霧到達距離を延長できる。また、キャビティ底面における平面部で、噴霧した燃料の蒸発を促進させることができる。この結果、特に、炭化水素の発生量を減少させることができる。
【００３２】
請求項５に示す如く、前記バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該窪み上部に垂直面を形成し、該窪みの曲率半径をＤ／２４以上とし、下から一段目の凹部底面とキャビティ中央の凸部面との間の角部の曲率半径をＤ／６０以上とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部の底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができる。
さらに、噴射ノズルからキャビティ側壁までの噴霧到達距離を延長でき、又スキッシュ効果が増大する。この結果、特に、粒子状物質の発生量を減少させることができる。
【００３３】
請求項６に示す如く、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができる。また、スキッシュ効果が増大する。この結果、特に、一酸化炭素の発生量を減少させることができる。
また、燃焼室の容積又は噴射ノズルの噴口径を容易に決定することができ、開発期間を短くすることができる。
【００３４】
請求項７に示す如く、前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、該バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したので、
燃料が燃焼への関わりが小さい領域へ巻き込まれるのを防止しながら、燃料を拡散させて凹部隅々まで行き渡らせることができる。また、スキッシュ効果が増大する。この結果、特に、炭化水素の発生量を減少させることができる。
また、燃焼室の容積又は噴射ノズルの噴口径を容易に決定することができ、開発期間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る燃焼室の側面断面図。
【図２】 図１における要部拡大断面図。
【図３】 燃焼室の平面図。
【符号の説明】
１ ピストン
１ａ ピストン頂面
２ キャビティ
３ バルブリセス
３ａ バルブリセス側壁
６ 突部
７ 燃料噴射ノズル
２１ 下から二段目の凹部
２２ 下から一段目の凹部
Claims (7)
- 直噴式ディーゼルエンジンのピストン頂面にキャビティを設ける構成において、前記キャビティを少なくとも上下方向二段階に凹部を形成して設け、下から一段目の凹部上に二段目の凹部を径方向外側へ拡開し、下から二段目の凹部の側壁を垂直方向から外側へ開く傾斜面とし、キャビティ中央に上方へ膨出する突部を形成し、ピストン外周の頂面に中心側へ下がる傾斜を形成し、該ピストン頂面にバルブリセスを設け、ピストン中心上方に燃料噴射ノズルを配置し、該燃料噴射ノズルより、スワール始端側の前記バルブリセス側壁と、前記下から一段目と二段目の凹部とにそれぞれ燃料を噴射するように構成したことを特徴とするエンジンの燃焼室。
- 前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、前記下から一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開する角度を−２５度〜０度とし、前記下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、該下から二段目の凹部の底面に窪みを形成し、前記燃料噴射ノズルより、スワール始端側のバルブリセス側壁へ燃料を噴射する範囲を、隣接するバルブリセス中心間角度θＢｖの１／４に構成し、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃焼室。
- 前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状としたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃焼室。
- 前記バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記バルブリセス底面と下から二段目の凹部の側壁との間の角部の曲率半径をＤ／６０とし、該下から二段目の凹部の側壁の外側へ開く角度を３度〜１０度とし、前記下から一段目の凹部の側壁に径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該拡開する角度を−２５度〜０度とし、該下から一段目の凹部の底面に水平部を形成し、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃焼室。
- 前記バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス側壁とその底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、前記一段目の凹部の側壁の径方向下外側へ拡開して窪みを設け、該窪み上部に垂直面を形成し、該窪みの曲率半径をＤ／２４以上とし、下から一段目の凹部底面とキャビティ中央の凸部面との間の角部の曲率半径をＤ／６０以上とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部の底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス壁面をピストン中心側が拡開する形状としたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃焼室。
- 前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃焼室。
- 前記ピストン頂面の傾斜角度を１度〜３度とし、バルブリセス側壁とバルブリセス底面との間の角部の曲率半径を、Ｄ（シリンダ半径）／６０以上とし、該バルブリセス側壁の垂直方向に対する傾斜角度を３度〜１５度とし、該バルブリセス底面の径方向外側への上がり傾斜角度を１度〜３度とし、該キャビティ中央の突部の突部面と下から一段目の凹部底面への折れ曲がり角度を９０度〜１４５度とし、該突部の上端の曲率半径をＤ／２４以上とし、前記バルブリセス側壁を平面視でピストン中心側が拡開する形状とし、前記下から一段目の凹部の燃焼室容積Ｖｓと、下から二段目の凹部より上方の燃焼室容積（Ｖｍ＋Ｖｖ）の比と、燃料噴射ノズル７の下から一段目の凹部への噴口面積Ａｓと、下から二段目の凹部より上方への噴口面積（Ａｍ＋Ａｖ）の比との関係が、（Ａｍ＋Ａｖ）／Ａｓ＝（１．５〜２．５）（Ｖｍ＋Ｖｖ）／Ｖｓを満たすように構成したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃焼室。
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