JPH1113472A - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents

内燃機関の燃焼室構造

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JPH1113472A
JPH1113472A JP9170646A JP17064697A JPH1113472A JP H1113472 A JPH1113472 A JP H1113472A JP 9170646 A JP9170646 A JP 9170646A JP 17064697 A JP17064697 A JP 17064697A JP H1113472 A JPH1113472 A JP H1113472A
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JP
Japan
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combustion chamber
fuel
grooves
groove
cavity
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JP9170646A
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Akio Kawaguchi
暁生 川口
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
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    • F02B23/0645Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0648Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼルエンジンの燃焼室において燃料と
空気の撹拌・混合を改善する。 【解決手段】 ピストン1の頂面にキャビティ2を凹状
に形成し、キャビティの底部中央から上方に突出する突
起部3を設ける。突起部3の外周面には、燃焼室8に流
入する空気のスワール方向に向かって傾斜しながら下か
ら上に進む複数の溝10を所定間隔おきに設ける。燃料
噴射弁9の各噴孔から噴射される燃料によって形成され
る濃い混合気塊の通過経路20が互いに隣り合う溝10
と溝10の間の台地部11に位置するように、溝10及
び燃料噴射弁9の位置を決める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
構造に関するものであり、特に、ディーゼルエンジン等
のように燃料が燃焼室に直接噴射される内燃機関の燃焼
室構造に係るものである。
【0002】
【従来の技術】この種の燃焼室には、実開平2−118
134号公報に開示されているように、ピストンの頂面
にキャビティを形成し、このキャビティの中央底部に上
方に向かって突出する突起部を設け、この突起部の表面
にスワール方向に沿って上下方向に延びる複数の螺旋溝
(あるいは螺旋突条)を形成して、構成されたものがあ
る。
【0003】この燃焼室によれば、螺旋溝によって燃焼
室中央部にもスワール流を生起し、燃焼室中央部におい
ても燃料と空気の撹拌・混合を十分に促進することによ
って、空気利用率を向上させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の燃焼室構造では、燃料噴射弁から燃料が螺旋溝に噴
射されて、螺旋溝内に濃い混合気塊が形成されると、螺
旋溝内では気流が淀んでいるため、混合気の撹拌があま
り促進されずに滞留し、その結果、煤や炭化水素(H
C)の排出量が増加するという欠点がある。
【0005】また、螺旋溝が燃焼室中央の突起部にしか
形成されていないので、溝による撹拌・混合効果は燃焼
室中央部分に限られ、燃焼室の周縁部での混合気の撹拌
に改善の余地があった。
【0006】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、燃料噴射弁から噴射された燃料の通過経路がピ
ストン頂面の突起部の溝に重複しないように配置するこ
とにより、燃料と空気の撹拌・混合を促進することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明の内燃機関
の燃焼室構造は、ピストンの頂面に凹状に形成したキャ
ビティの底部中央に上方に向かって突出する突起部を備
え、この突起部の表面に上下方向に延びる複数の溝が形
成されていて、燃料噴射弁から噴射された燃料が前記キ
ャビティの壁面に沿って流れる内燃機関の燃焼室構造に
おいて、前記キャビティの壁面に沿って流れる燃料の通
過経路が互いに隣り合う前記溝と溝の間に位置するよう
に、前記溝が配置されていることを特徴とする。
【0008】燃料噴射弁から噴射された燃料によって形
成される濃い混合気塊は、突起部に設けられた溝と溝の
間を流れていくので、混合気塊が溝の中に流入すること
がなく、滞留することもない。
【0009】燃焼後半においては、溝の存在によって生
じる気流の乱れが、燃焼室の壁面から剥離する混合気を
拡散させる。突起部の溝は、周方向に変位させて螺旋状
に設けてもよいし、周方向に変位させずに真っ直ぐ上下
方向に設けてもよい。
【0010】溝の数に特に限定はなく、燃料噴射弁の噴
孔の数と同数にしてもよいし、噴孔数よりも少なくても
よいし、多くてもよい。内燃機関としてはディーゼルエ
ンジンを例示することができるが、燃焼室にガソリンを
直接噴射するタイプのガソリンエンジンにも本発明は実
施可能である。
【0011】また、本発明の燃焼室においては、突起部
に設けた前記溝を、キャビティの底壁部を経由して周壁
部まで延長して設けることができる。このように溝を燃
焼室の周縁部にまで延長すると、燃焼室の中央部だけで
なく周縁部においても混合気の撹拌・混合を促進するこ
とができる。また、溝も燃焼室の一部を形成するので燃
焼室の容積を増大させることができ、その分、燃料噴射
弁の噴孔から燃焼室壁面までの距離を短くすることがで
きるので、貫徹力の低い燃料噴射弁を採用する場合に有
利である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
から図7の図面に基いて説明する。尚、以下に記載の実
施の形態は、内燃機関としてのディーゼルエンジンの燃
焼室に実施した態様である。
【0013】〔第1の実施の形態〕初めに、第1の実施
の形態について図1から図4を参照して説明する。図1
及び図2に示すように、ディーゼルエンジンのピストン
1の頂面にはキャビティ2が凹状に形成されている。キ
ャビティ2の底部中央には上方に突出する突起部3が設
けられ、この突起部3の周囲に断面円弧状に連続する底
壁部4及び周壁部5が連なり、周壁部5の上端は若干す
ぼまってリップ部6を形成しピストン1の頂面平坦部7
に連なっている。
【0014】燃焼室8はピストン1の上死点において突
起部3と底壁部4と周壁部5とリップ部6と図示しない
シリンダヘッドに囲繞されて構成され、この燃焼室8に
は燃料噴射弁9からリップ部6の下部に向かって燃料が
噴射されるようになっている。燃料噴射弁9の噴孔から
リップ部6の下部に向けて噴射された燃料は噴霧となっ
て濃い混合気塊を形成し、リップ部6の下部から周壁部
5、底壁部4、突起部3の壁面に沿って流れ、その間に
吸気口(図示せず)から燃焼室8に流入する空気で生成
されたスワール流によってスワール方向に流される。図
3は一噴孔から噴射された燃料によって形成された濃い
混合気塊の通過経路20を平面的に見た図である。
【0015】突起部3の外周面には、燃焼室8に流入す
る空気のスワール方向に向かって傾斜しながら下から上
に進む複数の溝10が所定間隔おきに設けられている。
溝10の数は燃料噴射弁9の噴孔の数と同数であり、燃
料噴射弁9の各噴孔から噴射される燃料によって形成さ
れる濃い混合気塊の通過経路20が互いに隣り合う溝1
0と溝10の間の台地部11に位置するように、溝10
が配置されるとともに燃料噴射弁9が位置決めされてい
る。
【0016】この燃焼室8においては、濃い混合気塊の
通過経路20と溝10が重ならないようになっているの
で、燃焼前半においては、即ち燃料噴射弁9から燃料を
噴射中で噴射のエネルギによって濃い混合気塊が前進し
ている間においては、濃い混合気塊は台地部11の壁面
に沿って流れるようになり、混合気塊の運搬が溝10に
よって阻害されることがない。しかも、濃い混合気塊が
溝10内に流入することがなく、したがって従来のよう
に混合気塊が溝10内によどむこともない。
【0017】また、溝10がスワール流の方向に傾斜し
ているので、燃焼前半においては、ピストン上死点(以
下、TDCと略す)前後で生成されるスキッシュ・スワ
ール複合流の空気の流れが溝によって阻害されることも
ない。
【0018】そして、燃焼後半においては、即ち燃料噴
射弁9からの燃料の噴射が終了し噴射エネルギの供給が
なくなった以降においては、スキッシュ・スワール複合
流の空気の一部が溝10に沿って流れることによって燃
焼室8の中央部に縦螺旋渦を生成・保持し、この縦螺旋
渦が濃い混合気塊の運搬を継続し、混合気の拡散を促進
する。
【0019】また、燃焼後半では、濃い混合気塊は台地
部11の壁面に沿って流れ、運動量を失った時点で空気
のスワール流に流されて溝10に接近移動し、さらに溝
10から剥離する。溝10から剥離した濃い混合気塊
は、図4に示すように、台地部11と溝10との境界部
で生じる気流の乱れによって拡散し、拡散した混合気は
空気のスワール流によってさらに撹拌混合される。
【0020】このように、この燃焼室構造では、濃い混
合気塊が溝10内で滞留することがなく、燃料の撹拌混
合が十分に行われるようになるので、煤や炭化水素の排
出量を格段に減少することができる。
【0021】〔第2の実施の形態〕次に、第2の実施の
形態について図5から図7を参照して説明する。前述の
第1の実施の形態では、溝10は突起部3の外周面にだ
け形成されていたが、この第2の実施の形態において
は、図5及び図6に示すように、溝10がリップ部6の
下部を始端として、周壁部5、底壁部4を経由して突起
部3の外周面へと連続して形成されている。
【0022】この溝10もリップ部6から突起部3に進
むにしたがってスワール方向に向かって傾斜しており、
燃料噴射弁9の各噴孔から噴射される燃料によって形成
される濃い混合気塊の通過経路20が互いに隣り合う溝
10と溝10の間の台地部11に位置するように、溝1
0が配置されるとともに燃料噴射弁9が位置決めされて
いる。その他の構成は第1の実施の形態のものと同じで
あるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略
する。
【0023】第2の実施の形態の燃焼室8では、リップ
部6、周壁部5、底壁部4にも溝が形成されているの
で、これらの部位においても濃い混合気塊が台地部11
から剥離する際に、台地部11と溝10との境界部に生
じる気流の乱れによる混合気の拡散作用を得ることがで
きる。しかも、吸気口(図示せず)から燃焼室8に流入
する空気のスワール流は燃焼室8の中央部よりも周縁部
の方が強いので、リップ部6、周壁部5、底壁部4にお
ける拡散作用は大きい。
【0024】また、溝10を延長したことによって溝1
0の総容積が大きくなるので、貫徹力の低い燃料噴射弁
9を採用するのに有利である。詳述すると、排気エミッ
ションの低減を目的として、噴霧の微粒化のため燃料噴
射弁の噴孔を小径化すると貫徹力が低下するので、この
ような燃料噴射弁を用いる場合には、噴孔から燃焼室の
壁面までの距離が短い燃焼室が要求される。しかしなが
ら、妥当な圧縮比を保つためには燃焼室に所定の容積が
要求され、また、燃焼室の容積を確保するため燃焼室の
径を小さくする分、燃焼室の深さを大きくすると、アス
ペクト比等の関係からピストンのプロフィルが崩れてし
まい、さらにピストン底部の肉厚が確保できなくなるな
ど、噴孔から燃焼室の壁面までの距離が短い燃焼室を形
成するのは難しかった。
【0025】その点、この実施の形態の燃焼室8の場合
には、燃焼室の深さを変えることなく、溝10の総容積
分だけ燃焼室の径を小さくすることによって燃焼室8の
容積を所定量確保することができ、これによりピストン
1のプロフィルを保ちつつ、燃料噴射弁9の噴孔から燃
焼室8の壁面までの距離を短くすることができる。した
がって、貫徹力の低い燃料噴射弁9を採用することがで
き、排気エミッションの低減を達成することができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ピストンの頂面に凹状に形成したキャビティの底部中央
に上方に向かって突出する突起部を備え、この突起部の
表面に上下方向に延びる複数の溝が形成されていて、燃
料噴射弁から噴射された燃料が前記キャビティの壁面に
沿って流れる内燃機関の燃焼室構造において、前記キャ
ビティの壁面に沿って流れる燃料の通過経路が互いに隣
り合う前記溝と溝の間に位置するように、前記溝が配置
されていることにより、燃料が溝内に流入することも滞
留することもなくなり、混合気の撹拌・混合が促進され
る結果、排気エミッションが向上するという優れた効果
が奏される。
【0027】また、突起部に設けた前記溝を、キャビテ
ィの底壁部を経由して周壁部まで延長して設けた場合に
は、燃焼室の中央部だけでなく周縁部においても混合気
の撹拌・混合を促進することができる。さらに、貫徹力
の低い燃料噴射弁を採用する場合にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る内燃機関の燃焼室構造の第1の
実施の形態におけるピストンの平面図である。
【図2】 前記第1の実施の形態におけるピストンの縦
断面図である。
【図3】 前記第1の実施の形態において燃料の通過経
路を平面的に示した図である。
【図4】 図2のI−I断面図であり、前記第1の実施の
形態において混合気の拡散状態を示す拡大断面図であ
る。
【図5】 本発明に係る内燃機関の燃焼室構造の第2の
実施の形態におけるピストンの平面図である。
【図6】 前記第2の実施の形態におけるピストンの縦
断面図である。
【図7】 前記第2の実施の形態において燃料の通過経
路を平面的に示した図である。
【符号の説明】
1 ピストン 2 キャビティ 3 突起部 4 底壁部 5 周壁部 6 リップ部 8 燃焼室 9 燃料噴射弁 10 溝 11 台地部 20 燃料の通過経路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストンの頂面に凹状に形成したキャビ
    ティの底部中央に上方に向かって突出する突起部を備
    え、この突起部の表面に上下方向に延びる複数の溝が形
    成されていて、燃料噴射弁から噴射された燃料が前記キ
    ャビティの壁面に沿って流れる内燃機関の燃焼室構造に
    おいて、 前記キャビティの壁面に沿って流れる燃料の通過経路が
    互いに隣り合う前記溝と溝の間に位置するように、前記
    溝が配置されていることを特徴とする内燃機関の燃焼室
    構造。
  2. 【請求項2】 前記溝を、キャビティの底壁部を経由し
    て周壁部まで延長して設けたことを特徴とする請求項1
    に記載の内燃機関の燃焼室構造。
JP9170646A 1997-06-26 1997-06-26 内燃機関の燃焼室構造 Pending JPH1113472A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030043373A (ko) * 2001-11-28 2003-06-02 현대자동차주식회사 도우넛 형상의 연소실을 갖는 직접 분사 디젤 엔진용피스톤
FR2898638A1 (fr) * 2006-03-17 2007-09-21 Inst Francais Du Petrole Procede pour melanger au moins un fluide gazeux et un carburant dans la chambre de combustion d'un moteur a combustion interne a injection directe, et moteur utilisant un tel procede

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FR2898638A1 (fr) * 2006-03-17 2007-09-21 Inst Francais Du Petrole Procede pour melanger au moins un fluide gazeux et un carburant dans la chambre de combustion d'un moteur a combustion interne a injection directe, et moteur utilisant un tel procede
WO2007118952A1 (fr) * 2006-03-17 2007-10-25 Ifp Procede pour melanger au moins un fluide gazeux et un carburant dans la chambre de combustion d’un moteur a combustion interne a injection directe, et moeur utilisant un tel procede

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