JPS6093115A - 直噴式内燃機関の燃焼室 - Google Patents

直噴式内燃機関の燃焼室

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JPS6093115A
JPS6093115A JP58199270A JP19927083A JPS6093115A JP S6093115 A JPS6093115 A JP S6093115A JP 58199270 A JP58199270 A JP 58199270A JP 19927083 A JP19927083 A JP 19927083A JP S6093115 A JPS6093115 A JP S6093115A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はピストン頂部に四部の主燃焼室を有する直噴式
内燃機関の燃焼室に関するものである。
従来、一般の直噴式内燃機関の燃焼室は、第１図の側断
面図及び第２図の平面図に示すごとく、ピストン１の頂
部に四部２の主燃焼室を有スルトロイダル形のものが使
用されており、同一のシリンダ内径りに対して、この四
部２の径ｄを大きくすると、燃料噴射弁３の噴口からの
燃料の噴霧到達距離ｔが間接的にのび、噴射到達距離４
　＜　ｔ２に対し、低速・低負荷時の排気刺激臭レベル
は、第３図に示すごとく同一有効圧縮比εの場合には良
好となり、更に有効圧縮比εを高めると改善される。
なお、第２図においてθで示すのは、各噴口よりの燃料
噴霧の広がり角度であり、矢印Ｓで示すのはスワール方
向である。
上記有効圧縮比εを上げることは、ピストン１の四部２
の容積を小さくすることであり、かつ四部２の径ｄを大
きくすることはｄ／Ｔ）に逆比例してスキッシュ速度を
低下させる。
このため主燃焼室容積比、スキッシュ速度低下のため、
第４図に示すように最大出力Ｐｓは大幅に低下し、低速
・低負荷時の排気刺激臭の低減のための径ｄの拡大及び
有効圧縮比εの向上は高速・高負荷時の最大出力を低下
させる。
即ち、直噴式内燃機関の低速・低負荷時の微量燃料噴射
をピストン１の四部２内で完全燃焼させて排気刺激臭を
改善するには有効圧縮比εの上昇、噴霧到達距離ｔの拡
大が心安である。
これを従来のトロイダル形の燃焼室で実施すると、排気
刺激臭低減は可能であるが、高速・高出力時には高圧縮
比と噴霧到達距離ｔの拡大により燃料が過早着火すると
共に、スキッシュ力の低下のため燃焼期間が長びき、最
大出力、排気色、燃料消費が悪化する。
上記の対策として、直噴式ディーゼル機関の２９２４３
号及び特公昭５］−２９２４４号の発明においては、四
部の主燃焼室の角部に燃料噴霧を当てずに直線部に当て
て反射させており、また、その角部の曲率ｒに対する各
噴口がらの衝突部半径との比ｒ／Ｒが０から００７５の
ためＲよりｒが必ず小さい。
この曲率ｒが小さいと、燃料噴霧が衝突後に集積され、
蒸発速度が落ち、燃焼が長びき性能が悪化すると共に、
燃料中の残査分等が堆積し、」−記の性能が更に悪化す
る。
また、燃焼室構造に関する実開昭５７−１６８７２９号
の考案及びディーゼル機関の燃焼室に関する特公昭４．
９−１６８８１号の発明のごとく燃料噴霧の衝突面を小
さく湾曲させたり、反射により飛散させようとするもの
は、低力時のＭＩ　Ｍ噴射時は噴射速度が高負荷時に比
べて非常に小さく、はとんど反射しない、このため反射
させるべく設けた壁土に未燃燃料が堆積し、未然または
未然ガスを発生して、排気刺激臭を発するという欠点（
３） がある。
更に、ディーゼルエンジンの燃焼室に関する実開昭５７
−１０７８２１号ならびに直噴式ディーゼル機関の燃焼
室に関する実公昭５５−４５１５号及び実開昭５７−１
．３９６３１号の各考案においては、低力時に圧縮空気
中で微量噴霧を完全燃焼させるものであるが、その四部
の形状からみて、その圧縮途中にスワールにブレーキを
かけ、現実にはスワールで噴霧が流れないという欠点が
あり、更に上記実開昭５７−１３９６３１号の考案にお
いては、燃料衝突部の内壁の曲率が小さいため、微晴噴
霧時に未燃燃料が拡がらず、未燃ガスを発すると共に、
ピストン面積に対するＨＦＪ日面積が大きく、スキッシ
ュ力が低下し、スワールによる四部の気流が圧縮中に低
下してしまうという欠点もある。
そこで、本発明は前記従来の欠点を解消し、直噴式内燃
機関の低速・低力時における排気刺激臭を改善すると共
に、その高速・高出方時に最大出力、排気色、燃費等を
向」−させることを（４） 目的としてなされたものである。
即ち、本発明はピストンの頂部に四部の主燃焼室を有す
る直噴式内燃機関において、その四部に、燃料噴射弁の
各噴口から噴射される燃料の燃料噴霧が衝突する壁面ま
での噴口中心からの距離Ｌ１をそのシリンダ内径の０２
５から０．３５倍に、かつ燃料噴霧の広がり角度θ＝１
８°〜２５０に対応した燃料衝突壁面を噴口数に対応し
て形成すると共に、これら各燃料衝突壁面間を、上記距
離り、の０．７から０９倍の噴口中心からの距離Ｌ２に
設定され、スワール流入側内壁面の曲率がｒｌ。
スワール流出側内壁面の曲率が曲率ｒ１より大きな曲率
ｒ２を有する中間壁面で連続して、該凹部を風車形に形
成し、かつ同主燃焼室内の底部には噴射燃料が底部にふ
れないよう、に深くし、他の噴射燃料間の底部の高さを
大とした燃料弁噴口数と同一の多面体の角錐形の凸部を
設け、更に燃料噴霧の衝突する各壁面の上部に部分的な
棚部を形成したことを特徴としたものである。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明するが、第５
図は本発明の実施例１にお４−ｌる自噴式内燃機関の燃
焼室を示ず側断面図、第６図は第５図の平断面図であり
、ピストン１の１１′１部に四部２からなる主燃焼室を
イ１−するこの直噴式内燃機関では、その四部２を、燃
１′１噴１〕・１弁６の各噴口から噴射される燃Ｆｌ噴
霧がその広がり角度θ＝１８°〜２５°で衝突する壁面
２Ａの形状を、第７図の要部平面図に示すごとく、噴［
−１中心Ｎｏからその衝突する壁面までの距ＭＩ［’＋
をシリンダ内径りに対し、Ｌ、−（０，２５〜０．：（
５）　Ｘ　Ｄに設定し、燃料衝突の壁面２Ａを燃利噴ｑ
−＋弁６のＩ＋（５日数に対応して形成している。
次に、上記４個の燃料衝突の壁面２八間を、−Ｉ−記の
噴口中心Ｎｏからの距離り、の０７から０−９（：’ｉ
に相当する噴口中心Ｎｏからの距離■、２に設定され、
スワール流入側内壁面の曲率がｒ５．スワール流出側内
壁面の曲率が曲率ｒ、よりも大きな曲率ｒ２を有する中
間壁面２Ｂで形成し、燃料噴霧が衝突する壁面２人と中
間壁面２Ｂとを連続して風車形に形成している。
更に、本実施例では四部２の主燃焼室内の底部には、噴
射された各燃料噴霧がふれないように底部の高さを低く
形成し、かつ各燃料噴霧間のむだな部分は埋めるように
その底部の高さを高くした第８図に示すような噴ｎ数と
同一の多面体の角錐形の凸部２Ｃを形成している。
このように風車形に形成された四部２においては、第６
図のＳ方向で示すスワールにより四部２の内壁に衝突後
の燃料フィルムがスムーズに流されて形成され、ピスト
ン表面積に対する開口面積を縮少し、スキッシュ力の低
下を防止することができる。
上記のごとく、四部２の内壁面の噴口中心Ｎ。
からの距離り、　、　Ｌ２をＬ２／Ｌ、二〇７〜０９に
することにより、この四部２内には第９図において矢印
Ｅで示すような渦流が発生し、燃料噴霧と空気との混合
が促進されると共に、ピストン」二面に流出されて空気
の利用度が向上する。
なお、前記曲率ｒ１の中心点の位置は、第７図の実施例
１に限定されるものではなく、第１０図の（７） 実施例２に示すごとく、噴射される燃料噴霧中心と一致
しても良い。
次に、本発明においては、」二記のごとき風車形に形成
された四部２において、燃料噴霧の衝突する各壁面の上
部に、幅すがシリンダ内径りの１から３チに相当する小
さな棚５をそれぞれ部分的に形成し、衝突燃料のピスト
ン１の」二面の隙間への初期流出を防止している。
即ち、第１１図の棚材き四部の拡大平面図に示すごとく
、スワールＳで衝突燃料噴霧が少し流された後に、棚材
き部Ｃを超えた部分を上記棚５のない棚なし部ｄとする
ことに、Ｌす、一部燃焼した未然のガスは棚なし部ｄよ
り矢印のごとくピストン１の上面の隙間に容易に流出さ
れることになり、空気利用率を向上し、機関の高出力化
が得られる。
この棚５の平面形状は、第１１図に示すごとく棚材き部
Ｃキ棚なし部ｄとし、棚５はスワールＳ方向にそって曲
率Ｒで形成されると共に、その断面形状は第１２図に示
す鋭角のコーナを有す（８） るもの、または第１３図の実施例３に示すごとく曲率Ｒ
７の丸みイ」コーナ部を有するものなど、どのように形
成しても良い。
」−記のごとき、棚５を形成した棚材の場合と、棚５を
有しない棚無しの場合における噴射時期に対応する管内
最高圧Ｐｍａｘ及び排気色Ｓｄの性能を表したのが第１
４図の線図であり、棚材による効果がそれぞれ示されて
いる。
上記のごとき構成の燃焼室を有する内燃機関において、
その低力時の燃料の微量噴霧時には、棚５には燃料噴霧
が接触することがなく、棚５の無い状態と同様に青白煙
及び刺激臭は良好になるが、機関の高出力時に多量の燃
料が壁面に衝突し、スワールＳにより少し流された場合
、衝突による燃料噴霧の上部への広がりをこの棚５の働
きにより四部２内にとどめておくことになる。
そのため、第１４図線図に示すごとく、スキッシュ力の
効果が得られると共に、ｉ実燃料のピストン１の上面へ
の初期流出が防止され、噴霧時期をリタードさせて筒内
７ｆＱ高川Ｐｍａｘを抑制した場合でも排気色の悪化が
非常にｔＪ）ない。
次に、第１５図の要部平面図及びその要部側断面図の第
１６図に示す実施例４においては、上記実施例１から３
と同様に、四部２内の燃料噴霧の衝突による各壁面の上
部に部分的な棚５を設けると共に、その棚５のスワール
Ｓ流れ方向の少し下流の壁面に未然ガスがピストン１の
上面に流れやすくなるような角度ｄθのテーパ部６を形
成している。
このような棚５及びテーパ部６を形成することにより、
機関の高力時に燃料の衝突噴流の一部がピストン１の上
面の隙間に流出することがなく、その後のスワールＳに
より蒸発しつつ四部２の内部より燃焼し、四部２の内壁
に（＝Ｊ着した燃料がガス化し流され、テーパ部６より
ピストン１の上面に流出して完全燃焼することになる。
このため、噴霧時期をおくらした筒内最高用が低い場合
でも、未然ガスが燃焼するため、排気色が良好となり、
クリーンな燃焼が得られると共に、高出力化性能のすぐ
れた内燃機関が得られる。
次に、第１７図のピストン要部の側断面図、第１７図の
ピストン１の平断面図である第１８図及び第１８図の要
部拡大の平断面である第１９図に示す本発明の実施例５
は前記実施例Ｊから４にほぼ同様の構成からなる直噴式
内燃機関の燃焼室であり、同じ部品は同じ部品番号で示
しているが、その相違点は、実施例１から４における四
部２の燃焼室の燃料噴霧Ｆが衝突する壁面２Ａの矢印Ｓ
で示ずスワールの方向の上流側にグロープラグ１０を配
設したことである。
このグロープラグ１０は第１７図に示すごとくピストン
１の」−面に対し角度αのごとく傾斜して設けると共に
、第１８図のごとく燃料噴霧Ｆの中心よりスワールＳの
やや」−流側に設けている。
このような位置にグロープラグ１０を配設すること、に
より、四部２の壁面２Ａに沿って流れる第１９図の壁面
流Ａに対し、そのグロープラグ１０（１１） を前記したスワールＳの下流側にＸで示す乱れを発生さ
せることにより燃料噴射Ｆとの混合が促進されるので、
機関の始動性の改善をはかりつると共に、高負荷性能、
特に排気色と低力燃焼の改善をはかることができる。
特に、本発明のごとき風屯形に形成された四部２からな
る燃焼室の場合には、従来形状の四部の場合にくらべ、
噴口中心Ｎｏから燃料噴霧Ｆが衝突する壁面までの距離
り、が大きくできるので、グロープラグ１０を噴口中心
ＮｏがらＪ’ｉ！さけられるので、グロープラグ１０の
取付が容易であり、更にそれに関連して噴１１中心Ｎｏ
がらグロープラグ１０までの噴霧到達距離が大きいので
着火が良く、始動性と低力燃焼が良くなる。
従って、本発明の燃焼室を適用した直噴式内燃機関では
、その低速・低力時の微量燃料を圧縮空気中で完全燃焼
させるため、適正な有効圧縮比のもとての噴霧到達距離
を底部にも燃料噴霧が当らない形状で確保し、更に、高
速・高力時には多量の燃料をその衝突部に当てるが、そ
（１２） の際の衝突噴流の一部がピストン上面の隙間に流出する
ことがなくなり、かつ吸入スワールによるスワール下流
にスムーズに内壁面上をフィルム状に流すためのゆるや
かな内壁形状とし、また噴射燃料に流入してくるスワー
ルに無駄な渦流発生をさせないための流入側形状として
いる。
また、燃料衝突後のスワール下流の内壁より一部の未燃
蒸発ガスはピストン上面へ流出され、ピストン」二面の
空気の利用度が向上する。
その結果、高速・高負荷時の最大出力が増大し、排気色
及び燃費が改良されるという効果がある。
なお、本発明は主として直噴式ディーゼル機関に対して
有効に適用される。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の直噴式内燃機関の燃焼室の側断面図、第
２図は第１図の平面図、第３図は第１図の燃焼室におけ
る排気刺激臭レベル、有効圧縮化及び＠霧到達距離との
関係を示す線図、第４図は第１図の燃焼室におけるＩυ
大出力、有効圧縮比及び噴霧到達距離との関係を示す線
図、第５図は本発明の実施例１における直噴式内燃機関
の燃焼室を示す側断面図、第６図は第５１″４のｒ−ｒ
方向の平断面図、第７図は第５図の四部の平面図、第８
図は第５図の四部の底部を示す平断面図、第９図は第５
図の四部に発生する渦流を示す平断面図、第１０図は本
発明の実施例２における燃焼室の四部の平断面図、第１
１図は第６図の四部の要部拡大の平面図、第１２図は第
１１図の要部側断面図、第１３図はイ（発明の実（作例
３における燃焼室四部の要部側断面図、第１４図は本発
明の棚付き燃焼室を棚を有しない場合と比較した排気色
及び筒内最高圧の改善効果を示す線図、第１５図は本発
明の実施例４における燃焼室四部の要部平面図、第１６
図は第１５図の要部側断面図、第１７図は本発明の実／
ｆｆ１ｉ例５におけるピストンの燃焼室四部の要部側断
面図、第１８図は第１７図のｎ−ｎ方向の要部平断面図
、第１９図は第１８図のグロープラグ付近の要部拡大の
平断面図である。 １・・ピストン　２・・・凹部　２Ａ・・・壁面　２Ｂ
・・・中間壁面　５　棚　Ｄ・シリンダ内径　Ｌ、。 Ｌ２・・距離　Ｎｏ・・・噴１］中心　ｒ、　、　ｒ２
・・曲率。 代理人　弁理士　小　川　信　− 弁理士　野　口　賢　照 弁理士　斎下和彦 Σ　♀ ♀　≦ 派　快　ｐｓα冨新 第１７図 第１９図 第１８図 ９９−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ピストン頂部に四部の主燃焼室を有する直噴式内燃機関
    において、その四部に、燃料噴射弁の各噴口から噴射さ
    れる燃料の燃料噴霧が衝突する壁面までの噴口中心から
    の距離Ｌ１をそのシリンダ内径の０．２５から０，３５
    倍に、かつ燃料噴霧の広がり角度θ二１８°〜２５°に
    対応した燃料衝突壁面を噴口数に対応して形成すると共
    に、これら各燃料衝突壁面間を、上記距離り、の０７か
    ら０．９倍の噴口中心からの距ｍ　Ｌ２に設定され、ス
    ワール流入側内壁面の曲率がｒｌ、スワール流出側壁面
    の曲率ｒ、より大きな曲率ｒ２を有する中間壁面で連続
    して、該凹部を風車形に形成し、かつ該主燃焼室内の底
    部には噴射撚ＰＩが底部にふれないように深くシ、姪の
    噴射燃料間の底部の高さを大とした燃料弁噴口数と同一
    の多面体の角錐形の凸部を設け、更に、燃料噴霧の衝突
    する各壁面の上部に部分的な棚部を形成したことを特徴
    とする直噴式内燃機関の燃焼室。
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