JPH0643807B2 - デイ−ゼルエンジンのうず室式燃焼室 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、うず室から主燃焼室に燃焼気流がテーパー状
に広がって噴出するディーゼルエンジンのうず室式燃焼
室に関し、バルブリセスとのラップ分だけピストンヘッ
ドに設ける凹みを深くとることにより、ピストンが上死
点付近を通過する期間においても空気利用率を効果的に
向上できるうえ、リングスティックやピストンの熱歪み
を防止できるものを提供する。

〈従来技術〉 本発明の対象となるディーゼルエンジンのうず室式燃焼
室の基本構造は、第３図に示すように、ディーゼルエン
ジンＥの主燃焼室１の偏心箇所に噴口２を介してうず室
３を連通し、噴口２の軸心４はうず室３から主燃焼室１
に近づくほど主燃焼室１の中央部に近づく傾斜状に方向
付け、噴口２の左右両側面５はうず室３内で膨張する燃
焼気流の左右両側部を広がり角をもつて左右に広がらせ
るテーパー状に形成したものである。

一般に、うず室式燃焼室において、噴口を単に円筒状に
形成したものでは、うず室３から噴口２を通つて噴き出
た燃焼気流は主燃焼室１内ではあまり広がらず空気利用
率が低下する。

従って、主燃焼室１での燃焼気流の分散性能を向上し、
空気利用率を高めるために、噴口２の左右両側面をテー
パー状にして燃焼気流を左右に広がるようにしたもの
を、本出願人は先に特公昭５７−５９４１０号公報にお
いて提案した。

即ち、上記公報では、丸孔の両翼部に一対の脇路を付設
して噴口２を形成し、圧縮上昇した扁平なピストンヘッ
ドに向けて当該噴口２から燃焼気流を噴出し、噴口２の
軸心４方向への燃焼主流と、この主流を中心として適正
に開角した左・右の副流とを発生させて空気利用率を高
めている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 一般に、うず室への渦流効率を上げるためには、うず室
３の容積をなるべく大きくとり、主燃焼室１をなるべく
小さくとる必要があり、このためピストン上死点隙間が
非常に狭くなつている。

従つて、上記従来技術では、ピストンが上死点近くを通
過する期間において、噴口２が扁平なピストンヘッドで
塞がれたようになるため、うず室３で膨張する燃焼気流
は、噴口２の出口で大きな流動抵抗を受けて、主燃焼室
１の前方へスムーズに正しく流れ込めなくなり、左右へ
大きく広がり過ぎて、その流れが乱れてしまう（例え
ば、理想的な燃焼気流の広がり角を６０度とすれば、ピ
ストンが上死点を通過するときには略１２０度にもな
る）。

このため、燃焼気流のうち左・右に広がり過ぎた副流
は、これより前方に充満している空気とうまく混合でき
ず、空気利用率を低下させてしまう。

また、副流の空気混合がうまくいかないために空気不足
が起こり、カーボンを発生させるためにリングスティッ
クが生じ易い。そのうえ、当該カーボンの発生位置はピ
ストンとシリンダとの摺動面に近いために、当該摺動面
にカーボンが侵入しやすく、リングスティックをさらに
促進させてしまう。

しかも、左・右に広がつた副流噴出部分が過熱され、加
熱に偏りが出来るためにピストンが熱歪みを起こす虞れ
があつた。

本発明は、ピストンが上至点付近を通過する期間におい
ても主燃焼室内での空気利用率を高めるとともに、リン
グスィックやピストンの熱歪みをなくすことを技術的課
題とする。

〈問題点を解決するための手段〉 上記課題を達成するための手段を、実施例に対応する第
１図乃至第１３図を用いて以下に説明する。

即ち、本発明は、ピストン６の上死点付近において噴口
２から噴出する燃焼気流を主燃焼室１内で前記広がり角
をもたせて前方へ案内する凹み７をピストンヘッド８に
設け、この凹み７を始端部１０から先端部１２に進むに
つれて浅くなる形に形成するとともに、平面視で始端部
１０から先端部１２に進むにつれて左右に広がる２直線
に挟まれた形に形成し、凹み７の始端部１０を噴口２の
出口全体に臨ませ、吸排気弁とピストンヘッド８との干
渉を避けるバルブリセス１００をピストンヘッド８に凹
み７の一部と重なる状態で凹設したことを特徴とするも
のである。

〈作 用〉 ピストン６が上死点近くを通過する期間においても、噴
口２はピストンヘッド８に形成した凹み７の始端部に出
口全体を臨ませた状態で開かれ、しかもこの凹み７が平
面視で始端部１０から先端部１２に進むにつれて左右に
広がる２直線に挟まれた形に形成されているので、噴口
２から主燃焼室１に噴出した燃焼気流は、凹み７内を放
射状にその先端部１２に向かって抵抗なくスムーズに進
むことができ、左右へ速やかに拡散しながら、しかも広
がり過ぎることを適正に防止できる。

従つて、燃焼気流は主燃焼室１内に乱れることなく正し
く分散し、空気との混合を主燃焼室１の全体に亘つて均
一に行なうことができる。

また、一般に、圧縮比及びうず室の容積比が一定である
ことから、主燃焼室１の容積も一定の値に固定される。
しかも、主燃焼室１の容積は、シリンダヘッドの下端面
とピストンヘッド８との円板状間隙、バルブリセス１０
０及び凹み７の各容積の総和となる。

そして、ピストン上死点間隙のために円筒状間隙の容積
が、また、吸排気弁の上下運動距離のためにバルブリセ
スの容積が各々一定に決まるので、残る凹み７の容積も
一義的に決定されることになる。

本発明では、凹み７の一部がバルブリセス１００とラッ
プしている分だけ凹み７の平面積が小さくなるので、凹
み７の容積が一定である条件下では平面積の小さい分だ
けその深さを深くとることができ、もつて、燃焼気流が
凹み７を進む場合の抵抗がより小さくなる。

これにより、凹み７が噴口２の出口を開放する度合が大
きくなり、燃焼気流が主燃焼室１内で左右に広がり過ぎ
ることをより強力に防止できる。

〈発明の効果〉 (1) ピストンが上死点付近を通過する期間において
も、うず室から噴出した燃焼気流は主燃焼室内で乱れる
ことなく正しく分散し、空気と均一に混合できるので、
空気不足が部分的に発生するのを解消し、空気利用率を
高めることができる。

(2) 燃焼気流は空気と均一に混合して部分的な空気不
足をなくすので、カーボンの発生は少なく、従つてこの
カーボンがシリンダとピストンとの摺動面間に噛み込ん
でリングスティックを生ずることを強力に防止できる。

(3) ピストンヘッドに形成される凹みは、噴口の出口
全体が臨む始端部を最も深く形成したうえ、先端部に進
むにつれて左右に広がりながら浅くなる形に形成してあ
ることから、噴口から噴出した燃焼気流は大きな流動抵
抗を受けることがなく、主燃焼室の前方へスムーズに噴
出することができる。この結果、ピストンが上死点を通
過する期間においても燃焼気流が噴口付近に偏在するこ
とがなく、また、燃焼気流が左右に広がり過ぎることが
ないので、ピストンの一部が過熱されて加熱に偏りが生
ずることがなく、ピストンが熱歪みを起こすことを防止
できる。

(4) 凹みの平面積がバルブリセスに重なる分だけ小さ
くなり、この結果凹みの深さを深く形成できるので、燃
焼気流が主燃焼室内で左右に広がり過ぎることを防ぐと
いう凹みの機能を高め、もつて、上記(1)〜(3)の効果を
さらに強力にできる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は第１実施例を示すピストンヘッドの平面図、第
２図はピストンヘッド周辺の縦断右側面図、第３図は縦
形ディーゼルエンジンの要部縦断右側面図、第４図は噴
口の模式図であつて、ディーゼルエンジンＥのシリンダ
ブロック１４の中央にシリンダ１５を形成し、ピストン
６をシリンダ１５に上下摺動自在に内嵌する。

シリンダブロック１４の上方にシリンダヘッド１６を組
み付け、シリンダヘッド１６の後半部のうち、シリンダ
ブロック１４の主燃焼室１に面する肉壁内に燃料噴射空
間１９を穿設し、その下部開口端縁から半割状の噴射室
部材２０を嵌合して、燃料噴射空間１９の上半球部と噴
射室部材２０の下半球部とでうず室３を形成する。

上記シリンダヘッド１６の後半部の上端部から燃料噴射
空間１９にかけてノズル嵌挿孔２１を貫設し、この嵌挿
孔２１に燃料噴射ノズル２２を嵌挿して、その先端噴口
部２３をうず室３に臨ませる。

上記噴射室部材２０に噴口２を後ろ上り傾斜状、即ち、
噴口２の軸心４をうず室３から主燃焼室１に近づくほど
主燃焼室１の中央部に近づく傾斜状に方向付ける。

上記噴口２は、第４図に示すように、燃焼気流の主要噴
出路となる丸孔２４を中央に貫設し、そのやや前方寄り
の左右両側面５に亘つて脇路２５を空け、その境界を峯
状に形成して構成される。

丸孔２４の軸心に対して脇路２５の各軸心を下方に行く
ほど左右に拡開するように傾斜させて（即ち、脇路２５
の通路断面積を主燃焼室１に近づくほど、左右方向に増
加するように構成して）、噴口２から主燃焼室１に噴出
した燃焼気流が左右両側方に広がるようにする。

尚、上記噴口２は、燃焼気流を左右に広がらせるような
テーパー形状のものを基本とするので、主燃焼室に近づ
くほどその通路断面の形状を左右に広がらせる形態であ
れば、特に噴口の形状はそれ以上特定されるわけではな
い。

従つて、上記実施例のほかに、例えば、第１０図に示す
ように楕円状主路の長軸方向左右両翼に脇路をけたも
の、第１１図に示すように噴口上面及び下面ともに左に
長い長孔にしたもの、第１２図に示すように噴口上面を
前後に長い長孔にし噴口下面を円孔にしたもの、又は、
第１３図に示すように噴口上面を前後に長い長孔にし、
噴孔下面を左右に長い長孔にしたもの等であつても差し
支えない。

一方、ピストンヘッド８に略６０度に開いた扇形の凹み
７を設け、凹み７は扇のかなめ部である始端部１０が最
も深く、先端部１２に進むにつれて浅くなるように形成
される（第１図参照）。

ピストンヘッド８を左右に二分する中心線Ｃを設定し、
当該中心線Ｃから若干右方に始端部１０をずらし、先端
部１２の略中心をこの中心線Ｃに位置させるようにして
凹み７をピストンヘッド８に配置し、その始端部１０を
前記噴口２の主燃焼室側の開口端に臨ませて、噴口２か
ら噴出した燃焼気流が凹みの始端部１０から扇形の全表
面部に適正に広がつて先端部１２にスムーズに達するよ
うに構成する（第２図参照）。

他方、ピストンヘッド８上の中心線Ｃを挟んで、その左
側に大径の吸気バルブリセス１００ａを、また、その右
側に小径の排気バルブリセス１００ｂを各々適宜深さに
形成する。

この場合、吸気バルブリセス１００ａは凹み７の先端部
１２周辺の右半部と重視し、（当該重複部分を符号１０
１で示す）、排気バルブリセス１００ｂは当該先端部１
２周辺の左半部と重複する（重複部分を符号１０２で示
す）。

上記凹み７の縦断方向の形状は、始端部１０を球状に穿
ち、当該始端部１０から先端部１２にかけての部位を上
り傾斜状の平坦面として、上記球面部と平坦面を滑らか
に連続せしめる。

尚、凹み７は、既述の様にバルブリセス１００との間で
一部分ラップしているので、平面積はそれだけ小さくな
り、容積が一定の条件下では、その分深さを深くとるこ
とができる。

また、凹み７は、始端部１０から先端部１２に進むにつ
れて左右に広がりながら浅くなる形状であれば良いの
で、その縦断方向の形態は上記実施例に限らず、以下の
場合でも差し支えない。

即ち、第５図は凹み７の第２実施例を示し、始端部１０
を後ろ上り傾斜状の平坦面３０に切り下ろし、始端部１
０から凹みの中途部にかけての部位を同一深さの平坦面
３１とし、当該中途部から先端部１２にかけてを下方に
凹んだ単曲面３２（前後方向に曲率半径を有する）とし
て、上記平坦面３１に単曲面３２を滑らかに連続せしめ
たものである。

当該実施例では、単曲面３２を下方に凹ませる分だけ第
１実施例に比べて凹み７を深く形成できるので、燃焼気
流が広がり過ぎるのをより適正に防止できる。

第６図は凹み７の第３実施例を示し、第１実施例のう
ち、始端部１０の切り下げ開始部位を曲面状に形成し
て、凹み７とピストンヘッド８の上端面とを滑らかな連
続面で接続したものであり、始端部１０に尖鋭な角部が
できることをなくし、亀裂やヒートポイントの発生を防
止することができる。

第７図は凹み７の第４実施例を示し、第３実施例のう
ち、凹みの中途部から先端部１２にかけての部位を前上
がり傾斜状の平坦面３４に形成し、前方、中央及び後方
の平坦面を夫々折れ線状に接続したものである。

第８図は凹み７の第５実施例を示し、第１実施例のう
ち、始端部１０を垂直な平坦面状に切り下げたものであ
る。

一方、第９図は凹み７とバルブリセス１００との相対配
置関係に係る他の実施例を示し、第１実施例とは異な
り、凹み７の始端部１０をピストンヘッド８の中心線Ｃ
上にそろえるとともに、吸気バルブリセス１００ａ及び
排気バルブリセス１００ｂが各々ピストンヘッドの先端
縁８ａに接近する部位１０３、１０４を凹状に堀り下げ
たままで当該先端縁８ａまで連続せしめて、第１実施例
では尖鋭な角部として残る上記先端縁接近部位１０３、
１０４がヒートポイントになる危険を未然に防止したも
のである。

他方、噴口２と扇形の凹み７との相対位置関係を示す
と、第１４図は噴口２が凹み７の始端部１０に一様に重
なり、扇形凹み７の開き角度を噴口２から噴出した燃焼
気流の左右への広がり角度に一致させたものである。

また、第１５図は扇形凹み７の開き角度を上記実施例と
同様に設定し、噴口２を凹み７の始端部１０から若干前
方にずらせて位置付けたもので、噴口２から噴出した燃
焼気流の広がりの左右端縁３５が凹み７の左右両側端縁
３６から内方にずれ込むために、気流の左右端縁３５に
近接する外方に負圧を生ずる。この結果、凹みの側端縁
３６から内方に空気３７が吸引されて、主燃焼室１内の
燃焼気流と空気との混合を効果的に促進することができ
る。

第１６図は扇形凹み７の開き角度を燃焼気流の左右への
広がり角度より大きく設定したものである。

尚、本発明は、ピストンヘッド８に始端部１０から先端
部１２に進むにつれて左右に広がる２直線に挟まれた形
状の凹み７を設けたことを特徴の一つにするもので、凹
み７の平面視における形状としては、扇形状に限らず、
例えば、三角形状等を採ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は第１実施例を示
すピストンヘッドの平面図、第２図はピストンヘッド周
辺の縦断右側面図、第３図は縦形ディーゼルエンジンの
要部縦断右側面図、第４図は噴口の模式図、第５図は第
２実施例を示すピストンヘッドの縦断右側面図、第６図
は第３実施例を示す第５図相当図、第７図は第４実施例
を示す第５図相当図、第８図は第５実施例を示す第５図
相当図、第９図は凹みとバルブリセスとの相対配置関係
に係る他の実施例を示す第１図相当図、第１０図〜第１
３図は各々噴口の他の実施例を示す第４図相当図、第１
４図〜第１６図は各々噴口と凹みとの相対位置関係を示
す概略平面図である。 １……主燃焼室、２……噴口、３……うず室、４……２
の軸心、５……２の左右両側面、６……ピストン、７…
…凹み、８……ピストンヘッド、１０……７の始端部、
１２……７の終端部、１００……バルブリセス、Ｅ……
ディーゼルエンジン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジン(E)の主燃焼室(1)の偏
   心箇所に噴口(2)を介してうず室(3)を連通し、噴口(2)
   の軸心(4)はうず室(3)から主燃焼室(1)に近づくほど主
   燃焼室(1)の中央部に近づく傾斜状に方向付け、噴口(2)
   の左右両側面(5)はうず室(3)内で膨張する燃焼気流の左
   右両側部を広がり角をもって左右に広がらせるテーパー
   状に形成したディーゼルエンジンのうず室式燃焼室にお
   いて、 ピストン(6)の上死点付近において噴口(2)から噴出する
   燃焼気流を主燃焼室(1)内で前記広がり角をもたせて前
   方へ案内する凹み(7)をピストンヘッド(8)に設け、 この凹み(7)を始端部(10)から先端部(12)に進むにつれ
   て浅くなる形に形成するとともに、平面視で始端部(10)
   から先端部(12)に進むにつれて左右に広がる２直線に挟
   まれた形に形成し、 凹み(7)の始端部(10)を噴口(2)の出口全体に臨ませ、 吸排気弁とピストンヘッド(8)との干渉を避けるバルブ
   リセス(100)をピストンヘッド(8)に凹み(7)の一部と重
   なる状態で凹設したことを特徴とするディーゼルエンジ
   ンのうず室式燃焼室。