JPH07150941A - 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼル機関から排出されるスモークとＮ
Ｏｘの低減を図る。 【構成】 ピストン３の頂面の中心付近の領域から左右
にそれぞれ略円形に広がる主キャビティ部８と、主噴口
７に対向する領域からピストン周縁に沿って広がり、か
つ主キャビティ部８に左右から内側に張り出した案内壁
部１１ｂを介して接続する副キャビティ部１１と、噴流
の中心線上で主噴口７の投影面よりも前方に位置してキ
ャビティ部底面に平坦な島状に隆起して形成した分散台
１０と、渦流室６に噴射される燃料のほぼ噴射方向から
分散台１０に向けて開口する、前記主噴口７よりも小径
な副噴口１３とを備える。

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
の燃焼室構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の燃焼を改善するため
に、渦流室からの噴流が斜めに衝突するピストンの頂面
に、噴口の下面からピストン中心に向けて延びる浅い溝
状のトレンチ部を形成し、このトレンチ部の先端に連続
して、左右一対の円形の主キャビティ部を形成すること
により、未燃焼燃料を多く含む、渦流室からの火炎噴流
を、トレンチ部から左右の主キャビティ部に導き、旋回
拡散させ、主燃焼室での空気との混合効率を高めるよう
にしたものが、例えば実開昭６３−７９４３５号公報に
開示されている。

【０００３】しかし、このクローバリーフ型のキャビテ
ィでは、噴口からトレンチ部をそのまま直進しようとす
る噴流の勢いが強いため、主キャビティ部を乗り越えて
シリンダボアに衝突し、消炎する割合も多く、かつ、主
燃焼室の広い領域に火炎が拡散しにくい。

【０００４】そこで、特開平１−２０００１２号公報等
によって、ピストンの頂面の噴口からの噴流が衝突する
付近に、キャビティ部底面から平坦な島状に隆起する分
散台を形成することが提案されている。

【０００５】そして分散台の手前に形成した一定の深さ
の副キャビティ部と、分散台の先方に同じく左右に広が
る主キャビティ部とを接続し、ピストンが圧縮上死点近
傍にある燃焼初期に噴出した火炎噴流を、分散台の手前
に衝突させて一部を左右に分流し、また、この衝突によ
り直進速度成分を弱められた残りの噴流を、分散台を乗
り越えて主キャビティ部に流入させ、シリンダボアに衝
突させることなく、左右の円形部の内周に沿う旋回流と
する。同時にこの旋回流に対して、分散台の手前から分
流して副キャビティ部に流入した成分を、主キャビティ
部との境に内側に向けて突出させた案内壁部により、旋
回接線方向から合流させ、広い範囲で空気と効率よく混
合しながら拡散させる。

【０００６】また、ピストンの下降に伴い、噴口延長上
に分散台が位置するようになると、火炎噴流の多くは分
散台に直接的に衝突し、これを乗り越えて主キャビティ
部に流入するようになるが、直進方向の勢いが弱まるこ
とから、多くは主キャビティ部の内周に沿っての旋回流
となり、このようにして、主燃焼室での空気利用率が高
まり、燃焼特性が改善される。

【０００７】一方、渦流室式ディーゼル機関のＮＯｘの
低減を目的として、渦流室と主燃焼室とを結ぶ噴口を複
数設けたものが、例えば特開昭５１−１０５５０９号公
報等により提案されている。

【０００８】これを図７によって説明すると、渦流室６
に対して接線方向から開口する主噴口７は、渦流室６側
が渦流室内周に沿ってシリンダ側縁側に開口すると共
に、主燃焼室５側シリンダ中心側に向くように開口し、
燃焼時に渦流室６からの火炎噴流を主燃焼室５の中央に
向かって噴出させる。

【０００９】また、主噴口７よりも小径な副噴口１３
は、渦流室６に配置した燃料噴射弁１６のほぼ噴射方向
に沿って開口し、その出口部分は、主燃焼室５で主噴口
７からの噴流と合流するように位置させる。

【００１０】このように副噴口１３を設けると、燃料の
噴射直後の着火遅れの間に、噴射燃料の一部が副噴口１
３を介して主燃焼室５にも噴出するため、渦流室６と同
時に主燃焼室５でも燃焼が始まり、噴射燃料の全量が渦
流室６で燃焼を開始するのに比べて、燃焼の最高温度が
抑制され、ＮＯｘの発生量を減少させられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの場合、副噴
口１３から噴出する火炎噴流は、主噴口７からの噴流と
出口部で合流しているため、副噴口１３から噴出した燃
料が、主噴口７からの酸素濃度の低い未燃燃料を多く含
む火炎噴流に晒され、あるいは包み込まれ、主燃焼室５
での空気との混合が不十分になりやすく、とくに燃料噴
射量が多くなる高負荷運転時には、空気利用率が低下し
て、スモークの発生量が増大する傾向があった。

【００１２】本発明はこのような問題を解決するために
提案されたもので、ＮＯｘを低減させつつ、スモークの
発生を減少させることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、主燃焼室
の縁部付近に渦流室からピストンの略中心に向けて開口
する主噴口を備えた渦流室式ディーゼル機関の燃焼室に
おいて、ピストン頂面に形成され、渦流室から主燃焼室
に噴出する噴流の中心線を挟んでピストン中心付近の領
域から左右にそれぞれ略円形に広がる主キャビティ部
と、ピストン頂面に形成され、前記主噴口に対向する領
域からピストン周縁に沿って広がり、かつ主キャビティ
部に左右から内側に張り出した案内壁部を介して接続す
る副キャビティ部と、前記噴流の中心線上でかつ主噴口
の対向面よりも前方に位置するようにキャビティ部底面
から平坦な島状に隆起する分散台と、ピストン上死点位
置で、渦流室に噴射される燃料のほぼ噴射方向から分散
台に向けて開口する、前記主噴口よりも小径な副噴口と
を備える。

【００１４】第２の発明は、第１の発明において、前記
分散台の上面に、前記副噴口の延長投影面部を基部とし
て、副噴口からの噴流の下流に向けてその深さが徐々に
浅くなる案内溝を形成した。

【００１５】第３の発明は、第２の発明において、前記
案内溝を、基部から噴流の下流方向に向かってその幅が
扇形に広がるように形成した。

【００１６】第４の発明は、第２の発明において、前記
案内溝を、基部から主キャビティ部に向かって左右に分
岐するように形成した。

【００１７】

【作用】第１の発明では、副噴口からの噴流は分散台の
上面に当たり、主燃焼室の比較的上方に拡散し、上方の
空気層を利用して拡散燃焼する。副噴口よりも遅れて噴
出する主噴口からの噴流は、副キャビティ部の底面に衝
突し、分散台の手前から左右に分流して主キャビティ部
に拡散し、主燃焼室の下方の空気層を利用して燃焼す
る。この場合、副噴口からの噴流は、渦流室と主燃焼室
との燃焼初期の時間差により、主噴口からの大量の噴流
が噴出するまでには、燃焼が十分に進み、ピストンの下
降に伴い、主噴口からの噴流が分散台を乗り越えてきた
ときには、副噴口からの未燃燃料を多く含む噴流の噴出
は、ほぼ終了する。

【００１８】このようにして、副噴口と主噴口からの噴
流の燃焼に利用される空気層を上下に分けることで、各
噴流について主燃焼室での空気利用率が高まり、スモー
クの発生を減少させ、また燃焼を渦流室と主燃焼室の双
方で開始させることにより、燃焼の最高温度を下げ、Ｎ
Ｏｘの低減を図る。

【００１９】第２の発明では、副噴口からの噴流が衝突
する分散台の案内溝が、噴流の前方に進むにしたがって
浅くなり、噴流を主燃焼室の上方に導くので、副噴口か
らの噴流が燃焼する領域と、主噴口からの噴流が燃焼す
る領域を、上下に分け、それぞれ空気利用率を高められ
る。

【００２０】第３の発明では、副噴口からの噴流が、主
燃焼室の広い領域に拡散され、空気利用率がさらに高ま
る。

【００２１】第４の発明では、副噴口からの噴流が、主
燃焼室の主キャビティ部上方の広い領域に拡散され、空
気利用率がさらに高まる。

【００２２】

【実施例】図１、図２は本発明の実施例を示すもので、
１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３はピス
トンで、シリンダボア４の上面を覆うシリンダヘッド２
の下面は平坦面に形成され、ピストン３の頂面との間に
主燃焼室５が形成される。主燃焼室５の上部側方に位置
して、シリンダヘッド２に渦流室６が形成され、渦流室
６からの未燃燃料を多く含む燃焼火炎を噴出する主噴口
７と副噴口１３とが主燃焼室５の周辺部に開口してい
る。

【００２３】主噴口７は幅方向がやや広くなった偏平な
通路断面をもち、概略円形な垂直断面をもつ渦流室６の
後部（シリンダ側縁方向）に対して接線方向から接続
し、かつ渦流室６からの噴流が主燃焼室５の中心（ピス
トン中心軸）に向かうように傾斜している。なお、この
噴流のピストン平面上における中心線を、図１に符号Ｌ
で示す。そして、主噴口７の前方に位置して、主噴口７
よりも小径な副噴口１３が設けられ、この副噴口１３は
燃料噴射弁（図７参照）からの燃料噴射方向にほぼ一致
するように主燃焼室５に開口し、噴射燃料の一部を中心
線Ｌに沿って主燃焼室５に噴出する。

【００２４】主燃焼室５を画成するピストン３の頂面の
ほぼ中央には、吸・排気弁のバルブリセスを兼ねる一対
の円形部８ａ，８ｂを合成した主キャビティ部８が形成
される。この主キャビティ部８は略一定の深さをもち、
一対の円形部８ａ，８ｂの一部を重複させた状態で、前
記噴流の中心線Ｌについて対称に配置され、中心線Ｌ上
に位置する円形重複部を対向壁部９として、左右の円形
部８ａ，８ｂへ等しく噴流を分流する。

【００２５】前記主噴口７の下方に位置して、ピストン
３の頂面には、主噴口７の下方付近から、ピストン３の
周縁に沿って左右に広がる副キャビティ部１１が形成さ
れ、この副キャビティ部１１は主キャビティ部８と同一
の略一定の深さをもち、かつ副キャビティ部１１は主キ
ャビティ部８に対して、火炎噴流の前方部分で接続して
いる。副キャビティ部１１の後方側の外郭１２ａはピス
トン３周縁に沿った円弧に形成され、その左右に連なる
両側の外郭は、ピストン中心に向かって滑らかに湾曲
し、副キャビティ部１１に拡散した噴流を主キャビティ
部８で生起される旋回流の略接線方向から導く案内壁部
１２ｂを形成している。

【００２６】なお、主キャビティ部８や副キャビティ部
１１を画成する外郭の壁面は、ピストン３の頂面に対し
て垂直面をなしている。

【００２７】ピストン３の頂面には、ピストン上死点位
置において、副キャビティ部１１と主キャビティ部８が
接続する付近で、主噴口７の延長投影面部７’よりも前
方で、かつ副噴口１３の延長投影面部１３’が含まれる
位置に、平坦な島状に隆起する分散台１０が形成され
る。この分散台１０は噴流中心線Ｌを中心が通る略菱形
に形成され、その高さはピストン周辺の頂面と同一に形
成される。略菱形の分散台１０の一対の傾斜後縁１０ａ
は、主キャビティ部８の円形部８ａ，８ｂの外郭の一部
を形成するように位置し、また、一対の前縁１０ｂは主
噴口７からの噴流を分流して主キャビティ部８に旋回流
を生起するように流入させるべく、噴流中心線Ｌに対し
て、適当な角度をもって交わる。

【００２８】主噴口７に向いた分散台１０の先端１０ｃ
は、比較的小さな半径ｒの円弧に形成され、この先端１
０ｃは、前記主噴口７の延長投影面の前縁部７ａと一定
の間隙をもつように対峙する。

【００２９】以上のように構成され、次に作用について
説明する。ピストン３の圧縮上死点付近で渦流室６に燃
料噴射弁から燃料が噴射されると、まず、燃料噴射方向
に開口する副噴口１３を介して、燃料濃度の高い火炎噴
流が主燃焼室５に噴出し、分散台１０の上面に衝突し、
主燃焼室５の上層部の空気と混合しながら拡散燃焼して
いく。なお、副噴口１３からの噴流量は主噴口７よりも
少ないため、拡散領域は相対的に狭く、シリンダボアに
到達して消炎されることはない。

【００３０】一方、渦流室６での燃焼の進行に伴い、前
記副噴口１３の噴出から遅れて、未燃燃料を多く含む火
炎噴流が主噴口７から主燃焼室５に噴出する。主噴口７
からの噴流は、副キャビティ部１１の底面に衝突し、矢
印ａのように左右に拡散すると共に、直進した噴流は分
散台１０により左右に分流され、矢印ｂのように拡散
し、主キャビティ部８に旋回流となって流入し、主燃焼
室５の主として下層部の空気と混合しながら拡散燃焼し
ていく。

【００３１】なお、一部の噴流は、分散台１０を乗り越
えて主キャビティ部８へと流れ込むが、燃焼の初期にお
いては、副噴口１３と主噴口７からの噴流の噴出に時間
差があるため、副噴口１３からの噴流が、主噴口７から
の未燃燃料を含む大量の噴流に晒されながら燃焼するこ
とがなく、副噴口１３からの噴流の空気利用率が十分に
高められる。

【００３２】燃焼の初期段階が終了すると、渦流室６か
らの火炎噴流は、主として大径の主噴口７から噴出する
ようになり、副噴口１３からの燃料濃度の高い噴流の噴
出は終了する。ピストン３の下降により、主噴口７の延
長上に分散台１０が位置するようになると、主噴口７か
らの噴流の多くは、分散台１０に衝突し、これを乗り越
えていくが、噴流の勢いが弱まってくるため、主キャビ
ティ部８の対向壁部９により左右に分流され、各円形部
内でそれぞれ旋回流を生起しつつ、主燃焼室５の広い領
域で拡散燃焼する。

【００３３】このようにして、燃焼初期において副噴口
１３と主噴口７からの噴流を、主燃焼室５の上層と下層
の空気を利用しつつ、主燃焼室５の広い領域に拡散燃焼
させるので、いずれも十分に高い空気利用率を確保し、
スモークやＨＣ、ＣＯの発生を大幅に低減することがで
き、また同時に、渦流室６と主燃焼室５の双方で燃焼を
開始させることで、燃焼の最高温度を下げられるため、
ＮＯｘの発生も減少させられる。

【００３４】次に、図３、図４の実施例を説明すると、
この実施例では、分散台１０の上面のほぼ全域にわた
り、副噴口１３の延長投影面部１３’を基部として、火
炎噴流の進行方向に向かって、略扇形に広がると共に、
その溝深さが徐々に浅くなる案内溝１４を形成してあ
る。

【００３５】圧縮上死点前に燃料が渦流室６に噴射され
ると、まず、副噴口１３から燃料濃度の高い火炎噴流が
主燃焼室５に噴出し、分散台１０の案内溝１４に衝突し
た後、主燃焼室５の上層部に拡散しながら燃焼する。こ
のとき、副噴口１３からの噴流は案内溝１４の空気を取
り込みながら、しかも、案内溝１４が扇形に広がりつつ
徐々に浅くなっていくため、主燃焼室５の上方の空気と
混合しながら広く拡散し、また、主噴口７からの未燃燃
料を含む噴流に直接的に晒されることなく、良好な拡散
燃焼が維持される。このため、スモークやＨＣ、ＣＯの
低減効果をさらに高めることができる。

【００３６】次に図５、図６の実施例では、分散台１０
の上面に形成する案内溝として、副噴口１３の延長投影
面部１３’を基部として、左右の主キャビティ部８に向
かって先端を分岐すると共に、その溝深さが徐々に浅く
なる案内溝１５を形成してある。

【００３７】この場合には、副噴口１３から火炎噴流
は、案内溝１５の空気を取り込むと共に、分岐部によ
り、ピストン上死点付近で主燃焼室５に占める空気量の
多い、左右の主キャビティ部８に向けて案内されるの
で、主キャビティ部上方の空気と混合しながら、より一
層良好な拡散燃焼を実現することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように第１の発明は、主燃焼室の
縁部付近に渦流室からピストンの略中心に向けて開口す
る主噴口を備えた渦流室式ディーゼル機関の燃焼室にお
いて、ピストン頂面に形成され、渦流室から主燃焼室に
噴出する噴流の中心線を挟んでピストン中心付近の領域
から左右にそれぞれ略円形に広がる主キャビティ部と、
ピストン頂面に形成され、前記主噴口に対向する領域か
らピストン周縁に沿って広がり、かつ主キャビティ部に
左右から内側に張り出した案内壁部を介して接続する副
キャビティ部と、前記噴流の中心線上でかつ主噴口の対
向面よりも前方に位置するようにキャビティ部底面から
平坦な島状に隆起する分散台と、ピストン上死点位置
で、渦流室に噴射される燃料のほぼ噴射方向から分散台
に向けて開口する、前記主噴口よりも小径な副噴口とを
備えたので、副噴口からの火炎噴流は分散台の上面に当
たり、主燃焼室の比較的上方に拡散し、上方の空気層を
利用して拡散燃焼し、副噴口よりも遅れて噴出する主噴
口からの噴流は、副キャビティ部の底面に衝突し、分散
台の手前から左右に分流して主キャビティ部に拡散し、
主燃焼室の下方の空気層を利用して燃焼し、このように
各噴流の燃焼に利用される空気層を上下に分けること
で、それぞれの空気利用率が高まり、スモークやＨＣ、
ＣＯの発生を減少させることができ、また燃焼を渦流室
と主燃焼室の双方で開始させることにより、燃焼の最高
温度を下げ、ＮＯｘの低減が図れる。

【００３９】第２の発明は、第１の発明において、前記
分散台の上面に、前記副噴口の延長投影面部を基部とし
て、副噴口からの噴流の下流に向けてその深さが徐々に
浅くなる案内溝を形成したしたので、火炎噴流を主噴口
とは異なる主燃焼室の上方の領域に案内し、より一層効
率よく空気を取り込みながら拡散燃焼させることがで
き、スモーク等を効果的に低減することができる。

【００４０】第３の発明は、第２の発明において、前記
案内溝を基部から噴流の下流方向に向かってその幅が扇
形に広がるように形成したので、副噴口からの火炎噴流
が、主燃焼室上方の広い領域に拡散され、より一層空気
利用率が高まり、燃焼が改善される。

【００４１】第４の発明は、第２の発明において、前記
案内溝を基部から主キャビティ部に向かって左右に分岐
するように形成したので、副噴口からの火炎噴流が、主
燃焼室の主キャビティ部上方の広い領域に拡散され、空
気利用率がさらに高まり、燃焼を一層改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す平面図である。

【図２】同じくそのＡ−Ａ線に沿っての縦断面図であ
る。

【図３】他の実施例を示す一部平面図である。

【図４】同じくそのＢ−Ｂ線に沿っての縦断面図であ
る。

【図５】さらに他の実施例を示す一部平面図である。

【図６】同じくそのＣ−Ｃ線に沿っての縦断面図であ
る。

【図７】従来例の縦断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ シリンダヘッド ３ ピストン ５ 主燃焼室 ６ 渦流室 ７ 主噴口 ８ 主キャビティ部 ８ａ，８ｂ 円形部 １０ 分散台 １１ 副キャビティ部 １２ｂ 案内壁部 １３ 副噴口 １４ 案内溝 １５ 案内溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主燃焼室の縁部付近に渦流室からピストン
   の略中心に向けて開口する主噴口を備えた渦流室式ディ
   ーゼル機関の燃焼室において、 ピストン頂面に形成され、渦流室から主燃焼室に噴出す
   る噴流の中心線を挟んでピストン中心付近の領域から左
   右にそれぞれ略円形に広がる主キャビティ部と、 ピストン頂面に形成され、前記主噴口に対向する領域か
   らピストン周縁に沿って広がり、かつ主キャビティ部に
   左右から内側に張り出した案内壁部を介して接続する副
   キャビティ部と、 前記噴流の中心線上でかつ主噴口の対向面よりも前方に
   位置するようにキャビティ部底面から平坦な島状に隆起
   する分散台と、 ピストン上死点位置で、渦流室に噴射される燃料のほぼ
   噴射方向から分散台に向けて開口する、前記主噴口より
   も小径な副噴口とを備える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】前記分散台の上面に、前記副噴口の延長投
   影面部を基部として、副噴口からの噴流の下流に向けて
   その深さが徐々に浅くなる案内溝を形成したことを特徴
   とする請求項１に記載の渦流室式ディーゼル機関の燃焼
   室。
3. 【請求項３】前記案内溝を、基部から噴流の下流方向に
   向かってその幅が扇形に広がるように形成したことを特
   徴とする請求項２に記載の渦流室式ディーゼル機関の燃
   焼室。
4. 【請求項４】前記案内溝を、基部から主キャビティ部に
   向かって左右に分岐するように形成したことを特徴とす
   る請求項２に記載の渦流室式ディーゼル機関の燃焼室。