JPH05118220A - 渦流室式デイーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室において、
圧縮比を十分に確保しつつ、空気利用率を改善する。 【構成】 ピストン３の頂面１３に前記噴流の中心線上
でかつ噴流寄りに位置するように分散台１３を隆起さ
せ、分散台１３の先方両側に互いに連通して略円形に広
がる大キャビティ部１２を凹設し、各大キャビティ部１
２に対して分散台１３の手前の両側において各側方キャ
ビティ部１４を連通させ、かつ側方キャビティ部１４の
外郭１８と噴口６に対向する大キャビティ部１２の外郭
１７Ｂをキャビティ底面２２上にオーバハングする逆テ
ーパ状に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、渦流室式ディーゼル機
関の燃焼室の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の渦流室式ディーゼル機関の主燃焼
室形状として例えば図６，図７に示すものが知られてい
る。これを説明すると、シリンダ中心からオフセットし
て位置するようにシリンダヘッド４に設けられた渦流室
５が噴孔６を介して主燃焼室９に連通しており、ピスト
ン３の頂面８には前記噴孔６の主燃焼室側開口部のほぼ
直下領域から半径方向に延びる溝状のトレンチ部１１
と、このトレンチ部１１のピストン中心付近の領域から
両側方に広がる略円形のキャビティ部１０とが形成され
ており、これらでいわゆるクローバリーフ型のキャビテ
ィを構成している。

【０００３】圧縮行程で主燃焼室９から噴孔６を通って
渦流室５へと流入した空気が渦流(スワール)を形成す
る。燃焼は、この渦流へと図示しない噴射ノズルを介し
て燃料を噴射供給することにより開始され、この渦流室
５での燃焼開始に伴い、膨張ガスと一部の噴射燃料とが
噴孔６を介して主燃焼室９へと噴出する。この噴出ガス
中の燃料は、ピストン３のトレンチ部１１に沿って主燃
焼室９の中心方向へと導かれ、さらに図中矢印aで示し
たように両側方のキャビティ部１０へ旋回流となって拡
散する。これにより、燃料はほぼ同図に破線で示した範
囲の主燃焼室内空気と混合して燃焼することになる。 しかしながら、このような従来の渦流室式燃焼室にあっ
ては、トレンチ部１１が渦流室５からの噴流の方向に沿
っているため、このトレンチ部１１に沿って噴孔６から
半径方向へと進む噴流の勢いが相対的に大きく、キャビ
ティ部１０を始めとしてトレンチ部１１の側方へと拡散
する噴流の勢力は比較的弱いものになり、空気利用率が
小さいという問題点があった(この種の燃焼室構造に関
する公知例としては、例えば実開昭５０−１３８４０３
号、同５７−７８７２４号、特開昭５４−５９５１２号
公報等を参照)。

【０００４】この対策として、本出願人により特開平３
−１８６２０号、同３−４３６１８号公報として出願さ
れたものは、ピストン頂面に、その上方から見て渦流室
から主燃焼室への噴流の中心線上に位置するように分散
台を島状に隆起させ、ピストン中心付近の領域から略円
形に広がる左右の大キャビティ部を形成するとともに、
分散台の手前の両側に互いに連通する側方キャビティ部
を形成している。渦流室からの噴流は大キャビティ部で
旋回流となって拡散するとともに、この大キャビティ部
に流入する途中で分散台に衝突して噴孔直下の側方キャ
ビティ部にも拡散するようになっている。

【０００５】しかしながら、こうした分散台を介して大
キャビティ部と側方キャビティ部が凹設される主燃焼室
形状にあっては、キャビティの総面積が大きくなるた
め、圧縮比を確保する制約から各キャビティ部の深さが
不足する傾向がある。すなわち、各キャビティ部を画成
する外郭の高さが不足するため、外郭を乗り越えてシリ
ンダボアに衝突する噴流成分が増大し、それだけ大キャ
ビティ部で生起される旋回流が弱くなり、キャビティ内
での燃料と空気の混合が不十分で、空気利用率が小さく
なる。このことは低負荷運転時に排気中の未燃燃料成分
の濃度を増大させたり、高負荷運転時にスモーク濃度を
増大させるという問題点を招いた。

【０００６】本発明は上記の問題点に着目し、圧縮比を
十分に確保しつつ、空気利用率を改善することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、主燃焼室の中
央に噴流が向かうように渦流室からの噴口を主燃焼室の
周辺部に開口した渦流室式ディーゼル機関において、ピ
ストンの頂面に前記噴流の中心線上でかつ噴流寄りに位
置するように分散台を隆起させるとともに、分散台の先
方両側に互いに連通して略円形に広がる大キャビティ部
を凹設するとともに、各大キャビティ部に対して分散台
の手前の両側において各側方キャビティ部を連通させ、
かつ側方キャビティ部の外郭と噴口に対向する大キャビ
ティ部の外郭をキャビティ底面上にオーバハングする逆
テーパ状に形成する。

【０００８】また、前記各外郭を噴流の中心線に近づく
に従って大きくオーバハングするように形成する。

【０００９】また、前記分散台の側壁を噴口に対向する
側でキャビティ底面上にオーバハングする逆テーパ状に
形成する。

【００１０】

【作用】渦流室からの燃料を含む火炎噴流は、一部が分
散台を乗り越えて左右の大キャビティ部に流れ込み、大
キャビティ部の外郭に沿って旋回流を生起し、また一部
は分散台との衝突により左右の側方キャビティ部に分流
し、案内部にガイドされつつ分散台の先方の大キャビテ
ィ部に旋回流の接線方向から流入する。

【００１１】噴流が衝突する大キャビティ部の外郭およ
び側方キャビティ部の外郭は、キャビティ底面上にオー
バハングする逆テーパ状に形成されていて、外郭を乗り
越えてシリンダボアに衝突する噴流成分が減少し、また
それだけ大キャビティ部で生起される旋回流が強化さ
れ、キャビティ内での燃料と空気の混合が促進される。

【００１２】このようにして各キャビティ部の深さを増
大することなく旋回流を増強することにより、圧縮比を
十分に確保することと、空気利用率を改善することを両
立できる。

【００１３】また、前記各外郭を噴流の中心線に近づく
に従って大きくオーバハングするように形成することに
より、各外郭を乗り越えてシリンダボアに衝突する噴流
成分を有効に減らして、大キャビティ部で生起される旋
回流を強化しつつ、キャビティ底面またはピストン頂面
に対する各外郭の傾斜角度が噴流の中心線から離れるに
したがって９０度に近づくことにより、主燃焼室の容積
が削減され、圧縮比を高めることができる。

【００１４】また、前記分散台の側壁を噴口に対向する
側でキャビティ底面上にオーバハングする逆テーパ状に
形成することにより、分散台を乗り越えてる噴流成分が
適度に減少し、キャビティ内での燃料と空気の混合が促
進される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１６】図１に示すように、シリンダヘッド４の渦
流室５から燃料を含む噴流を噴出させる噴口６は、ピス
トン３の上方の主燃焼室９の周辺部に開口し、その平面
上、主燃焼室９の中心に向かう噴流中心線ｌ上に位置し
て、ピストン３の頂面８には、噴口６に近い位置に分散
台１３が形成される。

【００１７】略菱形に隆起して形成された分散台１３の
先方には、一対の大キャビティ部１２が噴流中心線ｌを
挟んで左右対称的に配した円弧形状の外郭１７によって
画成される。

【００１８】略円形の大キャビティ部１２を画成する外
郭１７の曲率は噴流の中心線ｌから離れるに従って徐々
に小さくなるように設定され、これにより大キャビティ
部１２で生起される旋回流を強め、かつ大キャビティ部
１２を乗り越えてシリンダボアに衝突する噴流成分を減
少させる。

【００１９】外郭１７の一部には前記噴流中心線ｌ上に
位置して略Ｖ字状に突出する対向壁部１７Ａが形成され
る。

【００２０】分散台１３の手前には同じく左右に互いに
連通する側方キャビティ部１４が形成され、この側方キ
ャビティ部１４は分散台１３の両側面において大キャビ
ティ部１２とも連通する。

【００２１】側方キャビティ部１４を画成する外郭１８
は、噴口６の背面側がピストン３の外周に沿って円弧状
に形成されるとともに、大キャビティ部１２との接続側
において、徐々にその曲率が小さくなるように湾曲させ
た案内部１８Ａが形成され、側方キャビティ部１４から
大キャビティ部１２に流入する噴流ガスを、大キャビテ
ィ部１２で生起される旋回流の接線方向から合流させる
ように分散台１３の先方に向けて案内する。

【００２２】キャビティ底面２２は、大キャビティ部１
２と側方キャビティ部１４で段差なく連続し、ピストン
３の頂面８と平行な平面に形成される。すなわち、キャ
ビティ底面２２はピストン３の中心線に対して直交す
る。

【００２３】大キャビティ部１２の外郭１７には噴口６
から噴出される噴流に対向する部分１７Ｂがキャビティ
底面２２上にオーバハングする逆テーパ状に形成され、
噴口６に対向しない部分１７Ｃがキャビティ底面２２お
よびピストン頂面８に直交して形成される。すなわち、
大キャビティ部１２の外郭１７は噴口６に対向する部分
１７Ｂはピストン頂面８間の角度θ₁が９０度より小さ
くなるように傾斜する。

【００２４】側方キャビティ部１２の外郭１８は側方キ
ャビティ底面２２上にオーバハングする逆テーパ状に形
成される。すなわち、案内部１８Ａを含む外郭１８はピ
ストン頂面８間の角度θ₂が９０度より小さくなるよう
に傾斜する。

【００２５】分散台１３は噴口６に対向してＶ字状に突
出する側壁１９Ａがキャビティ底面２２上にオーバハン
グする逆テーパ状に形成され、噴口６に対向しない部分
１９Ｂがキャビティ底面２２およびピストン頂面８に直
交して形成される。すなわち、分散台１３の側壁１９Ａ
は噴口６に対向する部分はピストン頂面８間の角度θ₃
が９０度より小さくなるように傾斜する。

【００２６】なお、逆テーパ状の各外郭１７Ｂ，１８お
よび側壁１９Ａは主燃焼室９に楔状に突出して熱負荷が
高まるが、必要に応じてその表面にリメルト処理等を施
すことにより十分な耐熱性が確保される。

【００２７】以上のように構成され、その他図６，図７
と同一部分には同符号を付し、次に作用について説明す
る。

【００２８】圧縮上死点から膨張行程に移行するに従
い、渦流室５から噴口６を介して主燃焼室９に噴出した
未燃焼燃料を含む火炎噴流は、噴流の直前に位置する分
散台１３に衝突して、噴流中心線ｌ上の略Ｖ字状の対向
壁部１７Ａを境にして左右の大キャビティ部１２に矢印
ｃで示すように旋回流を生起する。

【００２９】この場合、大キャビティ部１２を画成する
外郭１７Ｂと分散台１３の側壁１９Ａは、キャビティ底
面２２上にオーバハングする逆テーパ状に形成されてい
て、外郭１７Ｂを乗り越えてシリンダボアに衝突する噴
流成分を減らし、旋回する噴流が過度に拡散するのを抑
制するため、消炎される燃焼火炎を減少させられる。ま
た、このことにより、大キャビティ部１２で生起される
旋回流を強化し、燃料と空気の混合を十分に促進する。

【００３０】また、分散台１３の手前から矢印ｂで示す
ように側方キャビティ部１４に分流した噴流は、円弧状
の外郭１８から連続する案内部１８Ａによって分散台１
３の先方の噴流中心線ｌに向かうように内方に導かれ、
大キャビティ部１２の旋回流に接線方向から合流する。

【００３１】この場合、側方キャビティ部１４を画成す
る外郭１８は、キャビティ底面２２上にオーバハングす
る逆テーパ状に形成されていて、旋回する噴流が過度に
拡散するのを抑制するため、案内部１８Ａによって大キ
ャビティ部１２の旋回流に接線方向から合流する噴流の
勢力を増強でき、また、外郭１８を乗り越えてシリンダ
ボアに衝突する噴流成分が減り、消炎される燃焼火炎を
減少させて、燃料と空気の混合を十分に促進する。

【００３２】このようにして未燃焼燃料成分を含む噴流
は、大キャビティ部１２において強い旋回流を生起しつ
つ空気を取り込みながら外側へと燃焼を拡散していき、
図１に２点鎖線で示す、主燃焼室９の広範な領域に伝
播、拡散していく。

【００３３】この結果、各キャビティ部１２，１４の深
さを増大することなく旋回流を増強することにより、圧
縮比を十分に確保することと、空気利用率を改善するこ
とを両立でき、低負荷時の未燃焼成分（ＨＣ，ＳＯＦ
等）や、高負荷時のスモーク排出量を大幅に低減させる
ことができる。

【００３４】次に、図３，図４に示した他の実施例は、
噴口６に対向する大キャビティ部１２の外郭１７Ｂとピ
ストン頂面８間の角度θ₁を噴流中心線ｌ上に位置する
中央部で最小とし、噴流中心線ｌから離れるに従って徐
々に大きくなり、その両端部でほぼ９０度となるように
設定する。すなわち、外郭１７Ｂは略Ｖ字状に突出する
対向壁部１７Ａにかけて大きくオーバハングしている。

【００３５】側方キャビティ部１４の外郭１８とピスト
ン頂面８間の角度θ₂を噴流中心線ｌ上に位置する中央
部で最小とし、噴流中心線ｌから離れるに従って徐々に
大きくなり、案内部１８Ａの両端でほぼ９０度となるよ
うに設定する。

【００３６】分散台１３の側壁１９Ａとピストン頂面８
間の角度θ₃を噴流中心線ｌ上に位置する中央部で最小
とし、噴流中心線ｌから離れるに従って徐々に大きくな
り、その両端部でほぼ９０度となるように設定する。

【００３７】次に、作用について説明する。

【００３８】圧縮上死点から膨張行程に移行するに従
い、渦流室５から噴口６を介して主燃焼室９に噴出した
未燃焼燃料を含む火炎噴流の勢力は噴流中心線ｌ上で大
きくなるが、この噴流中心線ｌ上で各外郭１７Ｂと外郭
１８および分散台側壁１９Ａのオーバハングが大きくな
っているため、外郭１７Ｂまたは外郭１８を乗り越えて
シリンダボアに衝突する噴流成分を十分に減らして、旋
回する噴流が過度に拡散するのを有効に抑制することが
できる。

【００３９】また、外郭１７Ｂと外郭１８および分散台
側壁１９Ａのキャビティ底面２２に対する傾斜角度を噴
流中心線ｌから離れるにしたがって９０度に近づけるこ
とにより、主燃焼室９の容積が削減され、圧縮比を高め
るとともに、渦流室５の容積比を拡大することができ
る。この結果、着火性を高められ、低負荷時の未燃焼成
分（ＨＣ，ＳＯＦ等）や、高負荷時のスモーク排出量を
大幅に低減させるとともに、出力を向上させることがで
きる。

【００４０】次に、図４，図５に示した他の実施例は、
分散台１３の噴口６に背反する側壁１９Ｂがキャビティ
底面２２に鈍角をもって接続するテーパ状に形成される
ものである。

【００４１】側壁１９Ａとピストン頂面８間の角度を噴
流中心線ｌ上に位置する中央部で最小とし、噴流中心線
ｌから離れるに従って徐々に大きくなり、その両端部で
ほぼ９０度となるように設定する。

【００４２】この場合、分散台１３の側壁１９Ｂは対向
壁部１７Ａ側のキャビティ底面２２と滑らかにつながっ
ているため、分散台１３を乗り越えて略Ｖ字状の対向壁
部１７Ａに向かう噴流の速度分布をキャビティ底面２２
に近い領域で高めて、左右の大キャビティ部１２に生起
される旋回流を強化し、主燃焼室９の全域にわたって空
気利用率を高められる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、渦流室の
噴口からの噴流の一部を分散台の手前から側方キャビテ
ィ部に分流、拡散して初期燃焼割合を早め、さらに分散
台によって分散した噴流は大キャビティ部の円弧形状の
外郭によって旋回流を生起させることにより、大キャビ
ティ部での旋回流を強めて燃料と空気の混合を促進する
ようにし、側方キャビティ部の外郭と噴口に対向する大
キャビティ部の外郭をキャビティ底面上にオーバハング
する逆テーパ状に形成するため、キャビティを浅くして
もキャビティ内に生起される旋回流の勢力を維持するこ
とができ、シリンダボアに衝突する噴流を抑制して燃焼
火炎のクエンチを減少させ、低負荷時の未燃焼燃料分
（ＨＣ，ＳＯＦ等）、高負荷時のスモークの排出量を低
減できる。

【００４４】また、前記各外郭を噴流の中心線に近づく
に従って大きくオーバハングするように形成することに
より、大キャビティ部で生起される旋回流を強化しつ
つ、主燃焼室の容積を削減して、圧縮比をさらに高める
ことができるとともに、圧縮比を高めることができる。

【００４５】また、前記分散台の側壁を噴口に対向する
側でキャビティ底面上にオーバハングする逆テーパ状に
形成することにより、外郭を乗り越えてシリンダボアに
衝突する噴流成分がさらに減少し、空気利用率を高めら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す平面図である。

【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。

【図３】第二実施例を示す平面図である。

【図４】第三実施例を示す平面図である。

【図５】同じく図４のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。

【図６】従来例を示す縦断面図である。

【図７】同じく平面図である。

【符号の説明】

３ ピストン ４ シリンダヘッド ５ 渦流室 ６ 噴口 ９ 主燃焼室 １２ 大キャビティ部 １３ 分散台 １４ 側方キャビティ部 １７Ｂ外郭 １８ 外郭 １９Ａ側壁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主燃焼室の中央に噴流が向かうように渦
   流室からの噴口を主燃焼室の周辺部に開口した渦流室式
   ディーゼル機関において、ピストンの頂面に前記噴流の
   中心線上でかつ噴流寄りに位置するように分散台を隆起
   させるとともに、分散台の先方両側に互いに連通して略
   円形に広がる大キャビティ部を凹設するとともに、各大
   キャビティ部に対して分散台の手前の両側において各側
   方キャビティ部を連通させ、かつ側方キャビティ部の外
   郭と噴口に対向する大キャビティ部の外郭をキャビティ
   底面上にオーバハングする逆テーパ状に形成したことを
   特徴とする渦流室式ディーゼル機関の燃焼室。
2. 【請求項２】 前記各外郭を噴流の中心線に近づくに従
   って大きくオーバハングするよう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。
3. 【請求項３】 前記キャビティ底面から隆起する分散台
   の側壁を噴口に対向する側でキャビティ底面上にオーバ
   ハングする逆テーパ状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。