JPH0868327A - 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気利用率の高い渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室を提供する。 【構成】 渦流室式ディーゼル機関において、ピストン
３の頂面８に噴流の中心線ｌを挟んで略円形に広がる一
対の大キャビティ部１２と、大キャビティ部１２を画成
する外郭１７を構成し、その頂点が噴流に対向して突出
する第一対向壁部１７Ａと、各大キャビティ部１２の底
面１９に対して凹状に窪み、噴口６の直下領域からピス
トン中心方向に延びるトレンチ部２０と、トレンチ部２
０を画成する外郭２１を構成し、その頂点が噴流に対向
して突出する第二対向壁部２１Ａ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４に示すものが知られている(特
開平１−２０００１２号公報、特開平５−１１８２２０
号公報、参照)。

【０００３】これを説明すると、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
図上、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。

【０００４】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。

【０００５】外郭１７の一部には前記噴流中心線ｌ上に
位置して略Ｖ字状に突出する第一対向壁部１７Ａが形成
される。

【０００６】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。

【０００７】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
た案内壁部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
うになっている。

【０００８】大キャビティ底面１９は、大キャビティ部
１２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。

【０００９】以上のように構成され、圧縮上死点から膨
張行程に移行するのに従い、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字状の第一対向壁部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。

【００１０】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から連続する案内壁部１８Ａによって分散台
１３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。

【００１１】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く。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、分散台
１３の手前に側方キャビティ部１４が一定の深さで広が
る主燃焼室形状にあっては、ピストン３が上死点近傍に
ある燃焼行程の前半に、噴口６から主燃焼室９に噴出す
る噴流は、側方キャビティ部１４の底面によって絞ら
れ、噴口６の出口部分で抵抗が付与されるため、渦流室
５から燃料を多く含むガスの流出が遅れ、渦流室５にお
いて酸素濃度が低い状態で燃焼が行われ、熱分解により
スモークの発生量を増大させる可能性がある。

【００１３】さらに、噴口６から主燃焼室９に噴出する
噴流は、側方キャビティ部１４の底面によって絞られる
ことにより、大キャビティ部１２において矢印ｃで示す
ように旋回するガス流の勢力を十分に強めることが難し
い。このため、空気利用率を十分に高められず、低負荷
運転時に排気中の未燃焼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可能性が
ある。

【００１４】これに対処して、側方キャビティ部１４お
よび大キャビティ部１２の深さを大きく設定すると、主
燃焼室９の容積が増大するため、渦流室５に対する容積
比が適正な値にならなかったり、圧縮比を十分に高めら
れないという問題点が生じる。

【００１５】また、略菱形に隆起して形成された分散台
１３は、熱応力が集中しやすい角部を多く有する形状の
ため、十分な耐熱性を確保することが難しい。

【００１６】大キャビティ部１２はピストン頂面８に対
して凹状に窪み、図示しない吸・排気弁とピストン３の
干渉を避けるバルブリセスの機能を果たしているが、ピ
ストン頂面８と同一高さで隆起して形成された分散台１
３は、吸・排気弁との干渉を避ける必要からその配置自
由度が制約されるため、火炎噴流を拡散させる効果を最
大限に発揮できない可能性がある。

【００１７】分散台１３の頂面に反射した火炎噴流がシ
リンダヘッド側の吸・排気弁の間に位置する燃焼室壁に
当たるため、シリンダヘッド側の熱負荷が増大するとい
う問題点もある。

【００１８】本発明は上記の問題点を解消し、空気利用
率の高い渦流室式ディーゼル機関の燃焼室を提供するこ
とを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の渦流室式
ディーゼル機関の燃焼室は、シリンダヘッドとピストン
の間に画成される主燃焼室と、シリンダヘッド側に画成
される渦流室と、渦流室からの噴流が主燃焼室の中央に
向かうように主燃焼室の周辺部に開口する噴口と、ピス
トンの頂面に対して凹状に窪み、ピストンの上方から見
て噴流の中心線を挟んで略円形に広がる一対の大キャビ
ティ部と、大キャビティ部を画成する外郭を構成し、そ
の頂点が噴流に対向して突出する第一対向壁部と、各大
キャビティ部の底面に対して凹状に窪み、噴口の直下領
域からピストン中心方向に延びるトレンチ部と、トレン
チ部を画成する外郭を構成し、その頂点が噴流に対向し
て突出する第二対向壁部とを備える。

【００２０】請求項２記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室は、請求項１に記載の発明において、トレンチ部
は、第二対向壁部を挟んで各大キャビティ部への中心領
域に向けて延びる一対のトレンチ分岐部を備える。

【００２１】請求項３記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室は、請求項１または２に記載の発明において、ト
レンチ部を画成する底面を、ピストンの中心領域から噴
口の直下領域にかけて次第に深くなるように形成する。

【００２２】請求項４記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室は、請求項３に記載の発明において、トレンチ部
を画成する底面を、ピストンの中心領域から噴口の直下
領域にかけて次第に深くなるように形成し、トレンチ部
の底面を大キャビティ部の底面に段差なく連続させる。

【００２３】請求項５記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室は、請求項３に記載の発明において、トレンチ部
を画成する底面を、ピストンの中心領域から噴口の直下
領域にかけて次第に深くなるように形成し、トレンチ部
の底面と大キャビティ部の底面を接続する段差を形成す
る。

【００２４】

【作用】請求項１記載の渦流室式ディーゼル機関の燃焼
室において、燃焼は、ピストン位置が上死点近傍で燃料
が渦流室に噴射供給されることにより開始される。渦流
室における燃焼開始に伴い、膨張ガスと一部の噴射燃料
を含む火炎噴流が噴口を通って主燃焼室へと噴出する。

【００２５】ピストンが圧縮上死点の近傍にある燃焼行
程の前半で、渦流室から主燃焼室に噴出する噴流は、側
方キャビティ部の底面に衝突した後、その多くが左右の
側方キャビティ部に拡散し、トレンチ部を通って分散台
を迂回しながら第一対向壁部の方に向けて流れ、大キャ
ビティ部で第一対向壁部に案内されて旋回流が生起され
る。

【００２６】ピストンが圧縮上死点の近傍にある燃焼行
程の前半で、渦流室から主燃焼室に噴出する噴流は、ト
レンチ部の底面に衝突した後、トレンチ部を通って第一
対向壁部に衝突する。第一対向壁部に衝突した噴流の一
部は、第二対向壁部の第一対向壁部を迂回しながら各大
キャビティ部の中央部へと拡散して、大キャビティ部の
外郭に沿った旋回流となって拡散する。また、トレンチ
部を通って第一対向壁部に衝突する噴流の一部は、第二
対向壁部を乗り越えて直進し、第一対向壁部に衝突す
る。第一対向壁部に衝突した噴流の多くは第一対向壁部
に案内されて、大キャビティ部の外郭に沿った旋回流と
なって拡散する。

【００２７】トレンチ部は大キャビティ部の底面に対し
て凹状に窪んでいるため、ピストンが圧縮上死点の近傍
にあって主燃焼室の容積が小さくなっているときに、噴
口の主燃焼室側の開口部との間に十分な流路断面積が確
保される。これにより、噴口から主燃焼室に噴出する噴
流は、トレンチ部の底面によって大きく絞られることが
ないため、噴口の出口部分で付与される抵抗が小さく抑
えられ、渦流室から燃料を多く含むガスが速やかに主燃
焼室に流出する。この結果、渦流室において酸素濃度が
低い状態で燃焼が行われることを抑制し、スモークの発
生量を低減できる。

【００２８】また、噴口の出口部分で付与される抵抗が
小さく抑えられるため、トレンチ部を通って第一対向壁
部の方に向けて流れる噴流の勢力を高め、第一対向壁部
を介して大キャビティ部において強い旋回流を生起しつ
つ、主燃焼室の広範な領域に伝播、拡散していき、主燃
焼室における空気利用率を高められ、低負荷運転時に排
気中の未燃焼燃料成分の濃度を低下させたり、高負荷運
転時にスモーク濃度を低下させることができる。

【００２９】トレンチ部によって噴口からの火炎噴流に
対する流路断面積が十分に確保されることにより、大キ
ャビティ部の深さに対する設定自由度が大きくなり、大
キャビティ部の渦流室に対する容積比や、圧縮比がそれ
ぞれ適正な値になるようにすることが可能となる。

【００３０】第二対向壁部は大キャビティ部の底面に対
して凹状に窪んで形成されるため、熱応力が集中しやす
い角部を少なくするとともに、第二対向壁部の受ける熱
をピストンを介して逃がすことが促され、十分な耐熱性
を確保することができる。

【００３１】第二対向壁部が大キャビティ部の底面から
隆起しない構造のため、第二対向壁部の頂面に反射した
火炎噴流がシリンダヘッド側の吸・排気弁の間に位置す
る燃焼室壁に当たることが抑えられ、シリンダヘッド側
の熱負荷を低減することができる。

【００３２】請求項２記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室において、トレンチ部は、第二対向壁部を挟んで
各大キャビティ部の中心領域に向けて延びる一対のトレ
ンチ分岐部を備えているため、噴口から主燃焼室に噴出
する噴流は、トレンチ分岐部に案内されて第二対向壁部
を迂回しながら第二対向壁部向かう勢力が高められ、大
キャビティ部に強い旋回流を生起することができる。こ
の結果、主燃焼室の広範な領域に伝播、拡散していき、
主燃焼室における空気利用率を高められ、低負荷運転時
に排気中の未燃焼燃料成分の濃度を低下させたり、高負
荷運転時にスモーク濃度を低下させることができる。

【００３３】請求項３記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室において、トレンチ部は噴口の直下領域で最も深
くなるようにその底面が傾斜しているため、ピストンが
圧縮上死点の近傍にあって主燃焼室の容積が小さくなっ
ているときに、噴口の主燃焼室側の開口部との間に十分
な流路断面積が確保される。噴口から主燃焼室に噴出す
る噴流は、側方キャビティ部の底面によって大きく絞ら
れることがないため、噴口の出口部分で付与される抵抗
が小さく抑えられ、渦流室から燃料を多く含むガスが速
やかに主燃焼室に流出する。この結果、渦流室において
酸素濃度が低い状態で燃焼が行われることを抑制し、ス
モークの発生量を低減できる。

【００３４】また、噴口の出口部分で付与される抵抗が
小さく抑えられるため、トレンチ部を通って第二対向壁
部または第一対向壁部の方に向けて流れる噴流の勢力を
高め、大キャビティ部において強い旋回流を生起しつ
つ、主燃焼室の広範な領域に伝播、拡散していき、主燃
焼室における空気利用率を高められ、低負荷運転時に排
気中の未燃焼燃料成分の濃度を低下させたり、高負荷運
転時にスモーク濃度を低下させることができる。

【００３５】請求項４記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室において、トレンチ部は噴口の直下領域で最も深
くなるようにその底面が傾斜し、トレンチ部の底面が大
キャビティ部の底面に段差なく連続するため、噴口から
主燃焼室に噴出する噴流は、第二対向壁部に案内されて
大キャビティ部に拡散する勢力が高められ、大キャビテ
ィ部に強い旋回流を生起しつつ、主燃焼室の広範な領域
に伝播、拡散していき、主燃焼室における空気利用率を
高められ、低負荷運転時に排気中の未燃焼燃料成分の濃
度を低下させたり、高負荷運転時にスモーク濃度を低下
させることができる。

【００３６】請求項５記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室において、互いに深さの異なるトレンチ部の底面
と大キャビティ部の底面の間に段差が設けられるため、
噴口から主燃焼室に噴出する噴流は、段差を乗り越える
ことにより、上方に向かう速度成分が与えられるため、
大キャビティ部の外郭を乗り越えてシリンダボアに衝突
する火炎噴流の勢力を弱めて、燃焼火炎のクエンチを減
少させることができる。

【００３７】また、トレンチ部の底面と大キャビティ部
の底面の間に段差を設けることにより、トレンチ部の深
さに対する設定自由度、および第二対向壁部に対する設
定自由度が大きくなり、火炎噴流の拡散効果が適正に得
られるように各部の寸法を設定することができる。

【００３８】

【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。

【００３９】図２において、２はシリンダヘッド、３は
ピストンである。シリンダヘッド２の下面とピストン３
の頂面８との間に主燃焼室９が画成される。主燃焼室９
を画成するシリンダヘッド２の燃焼室壁３０とピストン
３の頂面８は、それぞれシリンダ軸と直交する平面状に
形成される。

【００４０】シリンダヘッド２に略球形の渦流室５が画
成される。渦流室５には図示しない燃料噴射弁がその上
部に臨むように配設されている。

【００４１】主燃焼室９と渦流室５は、噴口６を介して
連通している。噴口６は主燃焼室９の周辺部に開口して
渦流室５と連通し、図１に示す平面図上において、ピス
トン中心Ｐと交わる噴流中心線ｌ上に配置される。

【００４２】噴口６はシリンダ軸に対して所定角度で傾
斜して形成される。噴口６は略球状をした渦流室５に対
してその接線方向に開口し、ピストン３が上昇する圧縮
行程で主燃焼室９から渦流室５に押し込まれる空気流が
渦流室５に渦流（縦方向の旋回流）を生起する。

【００４３】燃焼は、ピストン３の位置が上死点近傍
で、燃料噴射弁より燃料が噴射供給されることにより開
始される。この渦流室５での燃焼開始に伴い、膨張ガス
と一部の未燃焼燃料とからなる火炎噴流が噴口６を通っ
て主燃焼室９へと噴出し、主燃焼室９内の空気と混合し
ながら燃焼する。

【００４４】ピストン３の頂面８には、噴口６の主燃焼
室９側開口部のほぼ直下領域からピストン３の中心領域
に向けて延びるトレンチ部２０と、ピストン３の中心領
域から両側方に広がる略円形の大キャビティ部１２とが
形成される。

【００４５】トレンチ部２０は、噴口６の主燃焼室９側
開口部のほぼ直下領域で、噴流の中心線ｌに沿って直線
状に延びる略一定幅の溝状に形成され、噴口６からの火
炎噴流をピストン３の中心領域に案内する。

【００４６】各大キャビティ部１２は図示しない吸・排
気弁に対峙するように窪んで形成され、吸・排気弁とピ
ストン３の干渉を避けるバルブリセスの機能を果たすよ
うになっている。

【００４７】大キャビティ部１２は、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。外郭１７の一部には噴流中心線ｌ上に位置し
て略Ｖ字状に突出する第一対向壁部１７Ａが形成され
る。

【００４８】トレンチ部２０は大キャビティ部１２の底
面１９に対して凹状に窪んで形成される。トレンチ部２
０を画成する外郭２１は、その頂点が略Ｖ字状に突出す
る第二対向壁部２１Ａを有する。第二対向壁部２１Ａ
は、噴流中心線ｌ上に位置して、ピストン中心Ｐより噴
口６に近い位置に形成される。

【００４９】第二対向壁部２１Ａをトレンチ部２０の内
側に向けて突出させることにより、第二対向壁部２１Ａ
によってトレンチ部２０の底面２２から隆起する拡散マ
ウンド２３が形成される。拡散マウンド２３の頂面２４
は、大キャビティ部１２の底面１９と同一平面上で連続
している。

【００５０】トレンチ部２０は拡散マウンド２３を挟む
ようにしてＹ字形に延び、拡散マウンド２３を挟んで各
大キャビティ部１２の中心領域へと延びる一対のトレン
チ分岐部２５を有する。各トレンチ分岐部２５は、拡散
マウンド２３を迂回して各大キャビティ部１２の中心領
域に向けて延びている。

【００５１】大キャビティ部１２は一定の深さを持つよ
うに、大キャビティ部１２を画成する底面１９が、シリ
ンダ軸と直交してピストン３の頂面８と平行となる平面
状に形成される。

【００５２】一方、トレンチ部２０を画成する底面２２
は、トレンチ部２０が噴口６の直下領域で最も深くな
り、噴口６の直下領域からピストン３の中心領域に向け
て次第に浅くなるように傾斜して形成される。

【００５３】トレンチ部２０の底面２２は、トレンチ分
岐部２５の先端部２６において、大キャビティ部１２の
底面１９に段差なく接続するように形成される。トレン
チ分岐部２５の先端部２６は、拡散マウンド２３の側方
で噴流中心線ｌと直交方向に延びる直線状に形成され
る。

【００５４】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００５５】ピストン３が上昇する圧縮行程で主燃焼室
９で圧縮される空気は、噴口６を通って渦流室５に押し
込まれ、渦流室５に渦流を生起する。

【００５６】燃焼は、ピストン３の位置が圧縮上死点近
傍で、燃料噴射弁から燃料が噴射供給されることにより
開始される。この渦流室５における燃焼開始に伴い、膨
張ガスと一部の噴射燃料を含む火炎噴流が噴口６を通っ
て主燃焼室９へと噴出し、主燃焼室９の空気と混合しな
がら燃焼する。

【００５７】ピストン３が圧縮上死点の近傍にある燃焼
行程の前半で、渦流室５から主燃焼室９に噴出する噴流
は、トレンチ部２０の底面２２に衝突した後、トレンチ
部２０を通って第一対向壁部２１Ａに衝突する。第一対
向壁部２１Ａに衝突した噴流の一部は、図中矢印ｄで示
すように、拡散マウンド２３の第一対向壁部２１Ａを迂
回しながら各大キャビティ部１２の中央部へと拡散し
て、大キャビティ部１２の外郭１７に沿った旋回流とな
って拡散する。また、トレンチ部２０を通って第一対向
壁部２１Ａに衝突する噴流の一部は、図中矢印ｅで示す
ように、拡散マウンド２３を乗り越えて直進し、第一対
向壁部１７Ａに衝突する。第一対向壁部１７Ａに衝突し
た噴流の多くは第一対向壁部１７Ａに案内されて、大キ
ャビティ部１２の外郭１７に沿った旋回流となって拡散
する。

【００５８】トレンチ部２０は噴口６の直下領域で最も
深くなるようにその底面２２が傾斜しているため、ピス
トン３が圧縮上死点の近傍にあって主燃焼室９の容積が
小さくなっているときに、噴口６の主燃焼室９側の開口
部との間に十分な流路断面積が確保される。このよう
に、噴口６から主燃焼室９に噴出する噴流は、トレンチ
部２０の底面２２によって大きく絞られることがないた
め、噴口６の出口部分で付与される抵抗が小さく抑えら
れ、渦流室５から燃料を多く含むガスが速やかに主燃焼
室９に流出する。この結果、渦流室５において酸素濃度
が低い状態で燃焼が行われることを抑制し、スモークの
発生量を低減できる。

【００５９】また、噴口６から主燃焼室９に噴出する噴
流は、トレンチ部２０の底面２２によって大きく絞られ
ることがなく、噴口６の出口部分で付与される抵抗が小
さく抑えられるため、図中矢印ｄ，ｅで示すように第二
対向壁部２１Ａまたは第一対向壁部１７Ａに向かう勢力
が高められ、大キャビティ部１２に強い旋回流を生起す
ることかできる。

【００６０】トレンチ部２０は拡散マウンド２３を挟む
ようにしてＹ字形に延び、拡散マウンド２３を挟んで各
大キャビティ部１２の中心領域に向けて延びる一対のト
レンチ分岐部２５を有しているため、噴口６から主燃焼
室９に噴出する噴流は、図中矢印ｄで示すように拡散マ
ウンド２３を迂回しながら大キャビティ部１２に向かう
勢力が高められ、大キャビティ部１２に強い旋回流を生
起することができる。

【００６１】トレンチ部２０の底面２２は、大キャビテ
ィ部１２の中央部に向けて上昇するように傾斜して形成
され、互いに深さの異なる大キャビティ部１２の底面１
９に段差なく連続しているため、噴口６から主燃焼室９
に噴出する噴流は、図中矢印ｄで示すように拡散マウン
ド２３を迂回しながら大キャビティ部１２に拡散する勢
力が高められ、大キャビティ部１２に強い旋回流を生起
することができる。

【００６２】ピストン３が圧縮上死点から下降するのに
伴って渦流室５から主燃焼室９に噴出する噴流の一部
は、拡散マウンド２３を乗り越えて直進し、第一対向壁
部１７Ａに案内されて大キャビティ部１２で図中矢印ｅ
で示すように旋回流が生起される。

【００６３】このようにして燃焼行程の前半から後半に
かけて未燃焼燃料成分を含む噴流は、大キャビティ部１
２において強い旋回流を生起しつつ主燃焼室９の広範な
領域に伝播、拡散していき、主燃焼室９における空気利
用率を高められる。渦流室５で発生したスモークは主燃
焼室９で再燃焼し、高負荷時のスモーク排出量を大幅に
低減することができる。

【００６４】トレンチ部２０によって噴口６からの火炎
噴流に対する流路断面積が十分に確保されることによ
り、大キャビティ部１２の深さに対する設定自由度が大
きくなり、大キャビティ部１２の渦流室５に対する容積
比や、圧縮比がそれぞれ適正な値にすることが可能とな
る。

【００６５】また、拡散マウンド２３は大キャビティ部
１２の底面１９に連接して形成されるため、熱応力が集
中しやすい角部を少なくするとともに、拡散マウンド２
３の受ける熱をピストン３を介して逃がすことが促さ
れ、十分な耐熱性を確保することができる。

【００６６】拡散マウンド２３は、バルブリセスの機能
を果たしている大キャビティ部１２の底面１９と同一高
さで形成される構造のため、吸・排気弁との干渉を避け
る必要からその配置自由度が制約されることがなく、拡
散マウンド２３の最大幅Ｗと、ピストン中心Ｐから第二
対向壁部２１Ａの頂点までの距離Ｌを、それぞれ任意に
設定して、火炎噴流の拡散効果が適正に得られるように
することができる。第二対向壁部２１Ａの高さを小さく
し、拡散マウンド２３の最大幅Ｗを小さくし、あるいは
ピストン中心Ｐからの距離Ｌを大きく設定することによ
り、拡散マウンド２３を乗り越えて直進する噴流の勢力
を強める。逆に、第二対向壁部２１Ａの高さを大きく
し、拡散マウンド２３の最大幅Ｗを大きくし、あるいは
ピストン中心Ｐからの距離Ｌを小さく設定することによ
り、拡散マウンド２３を乗り越えて直進する噴流の勢力
を弱める。

【００６７】拡散マウンド２３は、大キャビティ部１２
の底面１９と同一高さで形成される構造のため、拡散マ
ウンド２３の頂面２４に反射した火炎噴流がシリンダヘ
ッド２側の吸・排気弁の間に位置する燃焼室壁３０に当
たることが抑えられ、シリンダヘッド側の熱負荷を低減
することができる。

【００６８】また、トレンチ部２０によって噴口６から
の火炎噴流に対する流路断面積が十分に確保されること
により、渦流室５からの噴流が主燃焼室９の中央に向か
うように主燃焼室９の周辺部に開口した主噴口と、主噴
口よりピストン中心側に位置して主燃焼室９と渦流室５
を連通する副噴孔を備える構造を適用した場合も、燃焼
行程で主噴孔より先に副噴孔を通って主燃焼室９に流れ
込む未燃焼燃料を多く含む噴流がトレンチ部２０を介し
て各大キャビティ部１２へと速やかに拡散し、続いて噴
出する酸素濃度が高温の火炎噴流に巻き込まれることが
抑制され、酸素不足での燃焼を減少する結果、未燃焼燃
料およびスモークの排出量を低減することが可能であ
る。

【００６９】次に、図３に示す他の実施例について説明
する。なお、図１、図２との対応部分には同一符号を用
いて説明する。

【００７０】トレンチ部２０を画成する底面２２は、ト
レンチ部２０が噴口６の直下領域で最も深くなり、噴口
６の直下領域からピストン３の中心領域に向けて次第に
浅くなるように傾斜して形成される。

【００７１】トレンチ部２０の底面２２は、トレンチ分
岐部２５の先端部２６において、大キャビティ部１２の
底面トレンチ分岐部２５の先端部２６は、拡散マウンド
２３の側方で噴流中心線ｌと直交方向に延びる直線状に
形成される。

【００７２】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００７３】トレンチ部２０の底面２２は、大キャビテ
ィ部１２の中央部に向けて上昇するように傾斜して形成
され、互いに深さの異なる大キャビティ部１２の底面１
９に段差３５を持って接続されるため、噴口６から主燃
焼室９に噴出する噴流は、図中矢印ｆで示すように、段
差３５を乗り越えることにより、上方に向かう速度成分
が与えられるため、大キャビティ部１２の外郭１７を乗
り越えて図示しないシリンダボアに衝突する火炎噴流の
勢力を弱めて、燃焼火炎のクエンチを減少させることが
できる。

【００７４】また、トレンチ部２０の底面２２と大キャ
ビティ部１２の底面１９の間に段差３５を設けることに
より、トレンチ部２０の深さに対する設定自由度、およ
び第二対向壁部２１Ａに対する設定自由度が大きくな
り、火炎噴流の拡散効果が適正に得られるように各部の
寸法を設定することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の渦流
室式ディーゼル機関の燃焼室は、シリンダヘッドとピス
トンの間に画成される主燃焼室と、シリンダヘッド側に
画成される渦流室と、渦流室からの噴流が主燃焼室の中
央に向かうように主燃焼室の周辺部に開口する噴口と、
ピストンの頂面に対して凹状に窪み、ピストンの上方か
ら見て噴流の中心線を挟んで略円形に広がる一対の大キ
ャビティ部と、大キャビティ部を画成する外郭を構成
し、その頂点が噴流に対向して突出する第一対向壁部
と、各大キャビティ部の底面に対して凹状に窪み、噴口
の直下領域からピストン中心方向に延びるトレンチ部
と、トレンチ部を画成する外郭を構成し、その頂点が噴
流に対向して突出する第二対向壁部とを備えたため、渦
流室から燃料を多く含むガスを速やかに主燃焼室へと流
出させ、噴流に対向して並ぶ第二対向壁部と第一対向壁
部をそれぞれ介して主燃焼室に生起される旋回流を強化
することにより、主燃焼室における空気利用率を十分に
高めて、燃費や出力を改善するとともに、低負荷運転時
に排気中の未燃焼燃料成分の濃度を低下させたり、高負
荷運転時にスモーク濃度を低下させることができる。ま
た、大キャビティ部から隆起した分散台を廃止すること
により、ピストンに対して熱応力が集中しやすい角部を
少なくするとともに、火炎噴流がシリンダヘッド側に反
射することを抑えられ、これらの耐熱性を十分に確保す
ることができる。

【００７６】請求項２記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室は、請求項１に記載の発明において、トレンチ部
は、第二対向壁部を挟んで各大キャビティ部への中心領
域に向けて延びる一対のトレンチ分岐部を備えたため、
噴口から主燃焼室に噴出する噴流は、トレンチ分岐部に
案内されて第二対向壁部を迂回しながら第二対向壁部向
かう勢力が高められ、大キャビティ部に強い旋回流を生
起することができる。この結果、主燃焼室の広範な領域
に伝播、拡散していき、主燃焼室における空気利用率を
高められ、低負荷運転時に排気中の未燃焼燃料成分の濃
度を低下させたり、高負荷運転時にスモーク濃度を低下
させることができる。

【００７７】請求項３記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室は、請求項１または２に記載の発明において、ト
レンチ部を画成する底面を、ピストンの中心領域から噴
口の直下領域にかけて次第に深くなるように形成したた
め、トレンチ部によって噴口からの火炎噴流に対する流
路断面積が十分に確保されることにより、渦流室から燃
料を多く含むガスを速やかに主燃焼室へと流出させ、噴
流に対向して並ぶ第二対向壁部と第一対向壁部をそれぞ
れ介して主燃焼室に生起される旋回流を強化する。この
結果、主燃焼室における空気利用率を十分に高めて、燃
費や出力を改善するとともに、低負荷運転時に排気中の
未燃焼燃料成分の濃度を低下させたり、高負荷運転時に
スモーク濃度を低下させることができる。

【００７８】請求項４記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室は、請求項３に記載の発明において、トレンチ部
を画成する底面を、ピストンの中心領域から噴口の直下
領域にかけて次第に深くなるように形成し、トレンチ部
の底面を大キャビティ部の底面に段差なく連続させたた
め、噴口から主燃焼室に噴出する噴流は、第二対向壁部
に案内されて大キャビティ部に拡散する勢力が高めら
れ、大キャビティ部に強い旋回流を生起しつつ、主燃焼
室の広範な領域に伝播、拡散していき、主燃焼室におけ
る空気利用率を高められ、低負荷運転時に排気中の未燃
焼燃料成分の濃度を低下させたり、高負荷運転時にスモ
ーク濃度を低下させることができる。

【００７９】請求項５記載の渦流室式ディーゼル機関の
燃焼室は、請求項３に記載の発明において、トレンチ部
を画成する底面を、ピストンの中心領域から噴口の直下
領域にかけて次第に深くなるように形成し、トレンチ部
の底面と大キャビティ部の底面を接続する段差を形成し
たため、噴口から主燃焼室に噴出する噴流は、段差を乗
り越えることにより、上方に向かう速度成分が与えられ
るため、大キャビティ部の外郭を乗り越えてシリンダボ
アに衝突する火炎噴流の勢力を弱めて、燃焼火炎のクエ
ンチを減少させることができる。また、トレンチ部の深
さに対する設定自由度、および第二対向壁部に対する設
定自由度が大きくなり、火炎噴流の拡散効果が適正に得
られるように各部の寸法を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すピストンの平面図。

【図２】同じくピストンの断面図。

【図３】他の実施例を示すピストンの断面図。

【図４】従来例を示すピストンの平面図。

【符号の説明】

２ シリンダヘッド ３ ピストン ５ 渦流室 ６ 噴口 ８ ピストン頂面 ９ 主燃焼室 １２ 大キャビティ部 １７ 大キャビティ部外郭 １７Ａ第一対向壁部 ２０ トレンチ部 ２１ トレンチ部外郭 ２１Ａ第二対向壁部 ２２ トレンチ部底面 ２３ 拡散マウンド ２５ トレンチ分岐部 ３５ 段差

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッドとピストンの間に画成され
   る主燃焼室と、 シリンダヘッド側に画成される渦流室と、 渦流室からの噴流が主燃焼室の中央に向かうように主燃
   焼室の周辺部に開口する噴口と、 ピストンの頂面に対して凹状に窪み、ピストンの上方か
   ら見て噴流の中心線を挟んで略円形に広がる一対の大キ
   ャビティ部と、 大キャビティ部を画成する外郭を構成し、その頂点が噴
   流に対向して突出する第一対向壁部と、 各大キャビティ部の底面に対して凹状に窪み、噴口の直
   下領域からピストン中心方向に延びるトレンチ部と、 トレンチ部を画成する外郭を構成し、その頂点が噴流に
   対向して突出する第二対向壁部と、 を備え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】トレンチ部は、第二対向壁部を挟んで各大
   キャビティ部の中心領域に向けて延びる一対のトレンチ
   分岐部を備え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】トレンチ部を画成する底面を、ピストンの
   中心領域から噴口の直下領域にかけて次第に深くなるよ
   うに形成したことを特徴とする請求項１または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】トレンチ部を画成する底面を、ピストンの
   中心領域から噴口の直下領域にかけて次第に深くなるよ
   うに形成し、 トレンチ部の底面を大キャビティ部の底面に段差なく連
   続させたことを特徴とする請求項３に記載の渦流室式デ
   ィーゼル機関の燃焼室。
5. 【請求項５】トレンチ部を画成する底面を、ピストンの
   中心領域から噴口の直下領域にかけて次第に深くなるよ
   うに形成し、 トレンチ部の底面と大キャビティ部の底面を接続する段
   差を形成したことを特徴とする請求項３に記載の渦流室
   式ディーゼル機関の燃焼室。