JPH11210467A - ディーゼルエンジンのリエントラント型燃焼室 - Google Patents

ディーゼルエンジンのリエントラント型燃焼室

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JPH11210467A
JPH11210467A JP10011666A JP1166698A JPH11210467A JP H11210467 A JPH11210467 A JP H11210467A JP 10011666 A JP10011666 A JP 10011666A JP 1166698 A JP1166698 A JP 1166698A JP H11210467 A JPH11210467 A JP H11210467A
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JP
Japan
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cavity
diesel engine
combustion chamber
piston
bulging portion
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JP10011666A
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English (en)
Inventor
Hironori Yoshioka
弘則 吉岡
Norihito Fujimuro
範比登 藤室
Osamu Nakano
修 中野
Mitsuru Kamiyama
満 上山
Satoru Maekoya
哲 前小屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0672Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14Direct injection into combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽負荷運転時及び高負荷運転時ともに、燃焼
効率を高めて排気ガスエミッションを低減し、キャビテ
ィの底面中央部の膨出部に熱応力集中が生じるのを回避
しつつ、ピストン2の軽量化を図る。 【解決手段】 直接噴射式ディーゼルエンジンのピスト
ン頂面2aに上すぼまり状のキャビティ3を凹入形成
し、このキャビティ3の底面中央部に膨出部4を突設す
る。上記膨出部4の表面形状を凸形の部分球面状に形成
するとともに、その縦断面形状を部分球殻状に形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼルエン
ジンのリエントラント型燃焼室に関し、特に軽負荷運転
時及び高負荷運転時における燃焼性能を高め、ピストン
の軽量化を図る技術に関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンのリエントラント型
燃焼室としては、従来より例えば特開平8−33824
9号公報に開示されたもの(以下従来例1という)が知
られている。従来例1は、図3に示すように、直接噴射
式ディーゼルエンジンのピストン頂面2aに上すぼまり
状のキャビティ3を凹入形成し、このキャビティ3の底
面中央部に上面を平担にした台形の膨出部4を突設して
構成されている。なお、図3中の符号10は燃料噴射器
を示す。
【0003】上記従来例1は、キャビティ3の中央部に
ある程度の量の空気を残しつつ、周辺部に多量の空気を
確保するようにしたものである。これは、軽負荷運転時
にキャビティの中央部に存在する必要かつ充分の空気を
燃焼に供することでNOX の増加を回避すること、及び
高負荷運転時にキャビティの周辺部に存在する多量の空
気を燃焼に供することで煙の発生を抑制すること、を意
図したものである。
【0004】しかしながら、上記従来例1では、キャビ
ティ3の底面中央部の膨出部4が台形になっていること
から、当該膨出部4の上縁が角張っており、その角張っ
ている箇所に熱応力集中、ひいては熱応力集中による強
度低下を生じる。このため当該膨出部4の肉厚を厚くし
なければならず、ピストン2の軽量化を図ることができ
ない。
【0005】そこで、図4に示す燃焼室(以下従来例2
という)のように、膨出部4を部分球面にすることが考
えられる。しかし、この従来例2は、キャビティ3も浅
く高圧燃料噴射に適しており、大型低速エンジン用の燃
焼室の形状になっていることから、軽負荷運転時及び高
負荷運転時ともに燃焼効率を高めるものではなく、近年
の排気ガスエミッション低減の要求をクリアできるもの
ではなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情を考慮してなされたもので、 軽負荷運転時及び高負荷運転時ともに、燃焼効率を
高めて排気ガスエミッション低減の要求をクリアするこ
と、 キャビティの底面中央部の膨出部に熱応力集中が生
じるのを回避しつつ、ピストン2の軽量化を図ること、
を技術課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するものとして、以下のように構成される。即ち、請求
項1に記載の発明は、直接噴射式ディーゼルエンジンE
のピストン頂面2aに上すぼまり状のキャビティ3を凹
入形成し、このキャビティ3の底面中央部に膨出部4を
突設して構成したディーゼルエンジンのリエントラント
型燃焼室において、上記膨出部4の表面形状を凸形の部
分球面状に形成したことを特徴とするものである。ここ
で「部分球面状」とは、部分球面、部分楕円球面、卵形
球面等を含む概念である。
【0008】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
したディーゼルエンジンのリエントラント型燃焼室にお
いて、上記膨出部4の縦断面形状を部分球殻状に形成し
たことを特徴とするものである。
【0009】請求項3に記載の発明は、請求項1又は請
求項2に記載したディーゼルエンジンのリエントラント
型燃焼室において、上記キャビティ3のピストン頂面2
aにおける開口径Bをシリンダボア1の直径Aの45〜
62%に設定するとともに、上記膨出部4の局率半径R
をキャビティ3の外縁直径Cの略45%に設定し、その
局率中心Qから当該膨出部4を臨む膨出角度θを鈍角に
設定したことを特徴とするものである。
【0010】
【発明の作用・効果】本発明によれば、以下の作用・効
果を奏する。 請求項1に記載の発明では、直接噴射式ディーゼル
エンジンEのピストン頂面2aに上すぼまり状のキャビ
ティ3を凹入形成し、このキャビティ3の底面中央部に
膨出部4を突設して構成したディーゼルエンジンのリエ
ントラント型燃焼室において、上記膨出部4の表面形状
を凸形の部分球面状に形成したことから、キャビティ3
の中央部に必要最小限の空気量を残しつつ、周辺部に多
量の空気を確保することができる。これにより、軽負荷
運転時にキャビティの中央部に存在する必要最小限の空
気を燃焼に供することでNOX の増加を回避することが
でき、高負荷運転時にキャビティの周辺部に存在する多
量の空気を燃焼に供することで黒煙の発生を抑制するこ
とができる。
【0011】 また、請求項1に記載の発明では、膨
出部4の表面形状を凸形の部分球面状に形成したことか
ら、当該膨出部4が角張っておらず、その膨出部4に熱
応力集中が生じにくく、熱応力集中による強度低下を生
じることもない。これにより、当該膨出部4の肉厚を薄
くして、ピストン2の軽量化を図ることができ、ひいて
はメカニカルロスを小さくして、振動や騒音を低減でき
る。
【0012】 請求項2に記載の発明では、請求項1
に記載したディーゼルエンジンのリエントラント型燃焼
室において、膨出部4の断面形状を部分球殻状に形成し
たことから、当該膨出部4の肉厚を薄くして、コンロッ
ド小端部5を組み付けたピストンピン6をピストン頂面
2a寄りに最大限近づけることができる。これにより、
コンロッドを長くしてピストンの首振り及び側圧を低減
することができる。
【0013】 請求項3に記載の発明では、請求項1
又は請求項2に記載したディーゼルエンジンのリエント
ラント型燃焼室において、キャビティ3のピストン頂面
2aにおける開口径Bをシリンダボア1の直径Aの45
〜60%に設定したことから、圧縮行程の終期におい
て、ピストン頂面2aに沿いつつキャビティ3に向かう
適度なスキッシュ流が生じる。他方、上記膨出部4の局
率半径Rをキャビティ3の外縁直径Cの略45%に設定
し、その局率中心Qから当該膨出部4を臨む膨出角度θ
を鈍角に設定したことから、当該膨出部4は従来例1や
従来例2よりも充分大きく中央部の燃焼に寄与する空気
量を必要最小限にする。これにより、上記スキッシュ流
と相まって、軽負荷運転時及び高負荷運転時ともに、燃
焼効率を高めて排気ガスエミッション低減の要求をクリ
アすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいてさらに詳しく説明する。図1は本発明の実施
形態に係るリエントラント型燃焼室の縦断面図、図2は
その燃焼室を備える直接噴射式ディーゼルエンジンの縦
断面図である。このディーゼルエンジンEは、図2に示
すように、シリンダブロック20に多気筒シリンダボア
1を形成し、各シリンダボア1内にピストン2を摺動自
在に内嵌し、上記ピストン頂面2aにキャビティ3を凹
入形成し、上記シリンダブロック20の上にシリンダヘ
ッド21を固定し、このシリンダヘッド21に図1に示
す燃料噴射器10を貫通させてその先端部をキャビティ
3に臨ませ、頭上弁式四弁駆動装置22をヘッドカバー
23で覆って構成されている。
【0015】以下、本発明に係るリエントラント型燃焼
室の構成について説明する。このリエントラント型燃焼
室は、ピストン頂面2aに上すぼまり状のキャビティ3
を凹入形成し、このキャビティ3の底面中央部に膨出部
4を突設し、上記膨出部4の表面形状を凸形の部分球面
に形成するとともに、その縦断面形状を部分球殻状に形
成して構成されている。
【0016】上記膨出部4の表面形状を凸形の部分球面
に形成したのは、キャビティ3の中央部に必要最小限の
空気量を残しつつ、周辺部に多量の空気を確保すること
により、軽負荷運転時にキャビティの中央部に存在する
必要最小限の空気量を燃焼に供することでNOX の増加
を回避すること、及び高負荷運転時にキャビティの周辺
部に存在する多量の空気を燃焼に供することで黒煙の発
生を抑制することを意図したものである。
【0017】また、膨出部4の表面形状を凸形の部分球
面に形成したのは、当該膨出部4に熱応力集中による強
度低下を生じないようにすることで当該膨出部4の肉厚
を薄くして、ピストン2の軽量化を図り、ひいてはメカ
ニカルロスを小さくして、振動や騒音を低減することを
意図したものである。さらに、膨出部4の縦断面形状を
部分球殻状に形成したのは、当該膨出部4の肉厚を薄く
して、コンロッド小端部5を組み付けたピストンピン6
をピストン頂面2a寄りに最大限近づけることにより、
コンロッドを長くしてピストンの首振り及び側圧を低減
することを意図したものである。
【0018】以下、リエントラント型燃焼室の具体的な
形態について説明する。図1に示すように、ここではシ
リンダボア1の直径Aを100として、各部の寸法を規
定する。上記キャビティ3のピストン頂面2aにおける
開口径Bを45〜62に設定する。これはキャビティ3
の開口部の周囲に比較的大きなピストン頂面2aを確保
することにより、圧縮行程の終期において、キャビティ
3に向かう適度なスキッシュ流を生じさせることを意図
したものである。
【0019】上記キャビティ3の外縁直径Cは略65、
最大深さDは略18、上記膨出部4の局率半径Rは略3
2(キャビティ3の外縁Cの略45%)、その局率中心
Qから当該膨出部4を臨む膨出角度θは略102度で鈍
角に設定されている。上記形態は、膨出部4を充分大き
くして中央部の燃焼に寄与する空気量を必要最小限にす
ることにより、上記スキッシュ流と相まって、軽負荷運
転時及び高負荷運転時ともに、燃焼効率を高めて排気ガ
スエミッション低減の要求をクリアすることを意図した
ものである。
【0020】なお、本発明は上記実施の形態に限るもの
ではなく、膨出部4の形状についても、部分球面に限ら
ず、部分楕円球面、部分卵形球面等、適宜変更を加えて
実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るリエントラント型燃焼
室の縦断面図である。
【図2】本発明に係るリエントラント型燃焼室を備える
直接噴射式ディーゼルエンジンの要部縦断面図である。
【図3】従来例1に係るリエントラント型燃焼室の縦断
面図である。
【図4】従来例2に係る燃焼室の縦断面図である。
【符号の説明】
1…シリンダボア、2…ピストン、2a…ピストンピン
頂面、3…キャビティ、4…膨出部、E…直接噴射式デ
ィーゼルエンジン、A…シリンダボアの直径、B…キャ
ビティの開口径、C…キャビティの外縁直径、R…膨出
部の局率半径、Q…膨出部の局率中心、θ…膨出部を臨
む膨出角度。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上山 満 大阪府堺市石津北町64 株式会社クボタ堺 製造所内 (72)発明者 前小屋 哲 大阪府堺市石津北町64 株式会社クボタ堺 製造所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直接噴射式ディーゼルエンジン(E)の
    ピストン頂面(2a)に上すぼまり状のキャビティ
    (3)を凹入形成し、このキャビティ(3)の底面中央
    部に膨出部(4)を突設して構成したディーゼルエンジ
    ンのリエントラント型燃焼室において、 上記膨出部(4)の表面形状を凸形の部分球面状に形成
    した、ことを特徴とするディーゼルエンジンのリエント
    ラント型燃焼室。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載したディーゼルエンジン
    のリエントラント型燃焼室において、 上記膨出部(4)の縦断面形状を部分球殻状に形成し
    た、ことを特徴とするディーゼルエンジンのリエントラ
    ント型燃焼室。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載したディー
    ゼルエンジンのリエントラント型燃焼室において、 上記キャビティ(3)のピストン頂面(2a)における
    開口径(B)をシリンダボア(1)の直径(A)の45
    〜60%に設定するとともに、上記膨出部(4)の局率
    半径(R)をキャビティ(3)の外縁直径(C)の略4
    5%に設定し、その局率中心(Q)から当該膨出部
    (4)を臨む膨出角度(θ)を鈍角に設定した、ことを
    特徴とするディーゼルエンジンのリエントラント型燃焼
    室。
JP10011666A 1998-01-23 1998-01-23 ディーゼルエンジンのリエントラント型燃焼室 Pending JPH11210467A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004536992A (ja) * 2001-07-23 2004-12-09 インターナショナル エンジン インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー 燃焼室
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JP2014088834A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Suzuki Motor Corp 内燃機関用ピストン

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