JPS6120262Y2

JPS6120262Y2 -

Info

Publication number: JPS6120262Y2
Application number: JP14970879U
Authority: JP
Priority date: 1979-10-29
Filing date: 1979-10-29
Publication date: 1986-06-18
Also published as: JPS5666027U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は直噴式デイーゼル機関用燃焼室に関す
るものである。さらに詳しくはスモーク特性，燃
費特性がよく、かつHCの発生を抑制することの
できる直噴式デイーゼル機関用深皿形オープンチ
ヤンバ式燃焼室に関する。

デイーゼル機関用燃焼室は、一般にピストン頂
部に形成したキヤビテイよりなるが、このキヤビ
テイの形状により浅皿型，深皿型，球型などに大
別される。これらのうち、深皿型の燃焼室は出力
特性，排気特性，燃費特性，騒音特性，耐久性
等々の面から自動車用エンジンに適しているとい
われ、多くの自動車用エンジンに採用されてい
る。この深皿型燃焼室は、さらにザウラ型燃焼室
に代表されるクローズドチヤンバ式とトロイダル
型燃焼室に代表されるオープンチヤンバ式とに大
別される。このうち、オープンチヤンバ式はクロ
ーズトチヤンバ式のように開口部が絞られていな
いため、燃焼室に対する空気の流入あるには燃焼
ガスの流出に際しその開口部で大きな抵抗を受け
ることがなく、そのためクローズトチヤンバ式に
比べて燃費特性に優れているという特長がある。
しかし、その反面、開口部に絞りがないことは噴
霧の一部を燃焼室の外部へ飛散させる結果とな
り、これがシリンダヘツド下面やシリンダライナ
に触れてスモークを発生させる原因となつてい
る。

一方、上記深皿型燃焼室では、噴射ノズルから
噴射された燃料の一部は拡散混合を行ない、残部
は内壁面にフイルム状に付着された後蒸発を行な
い、これが蒸発混合をなすようになつている。と
ころが、キヤビテイの内壁面にフイルム状に付着
した燃料が蒸発するには比較的長い時間を要し、
このため燃焼期間内に蒸発しないで未燃焼のまま
蒸発混合気が排出されてしまい、これがHCの排
出量を多くする原因になつている。これは、熱伝
導性のよいピストンが燃焼熱を逃がすため、キヤ
ビテイの内壁面温度がフイルム状燃料の全てを蒸
発するのに不十分な状態にあるためである。この
ような欠点を解消するため、キヤビテイ内壁面を
含むピストン頂部の表面を断熱材で被覆すること
が提案されたが、この場合は燃焼室全体が断熱構
造となつてしまうため、内部雰囲気が常に高くな
り、燃焼室内での拡散混合と蒸発混合とのバラン
スが崩れ、かえつてNO_Xの増大、スモークの悪化
などを招く結果となつてしまう。また、空気充填
率も低下して出力性能の低下も招くことになる。

したがつて、本考案の目的は上述の従来技術の
欠点を全て解消し、オープンチヤンバ式燃焼室で
ありながらスモーク特性が改良され、しかもHC
の排出や出力性能の低下をきたさないような直噴
式デイーゼル機関用燃焼室を提供せんとすること
にある。

上記目的を達成する本考案は、ピストン頂部に
設けたキヤビテイを深皿形オープンチヤンバ式燃
焼室に形成し、その略中央上部に燃料噴射ノズル
を位置づけしてなる直噴式デイーゼル機関用燃焼
室において、前記キヤビテイの開口部直下の内側
壁で前記燃料噴射ノズルからの噴射方向に対応す
る位置に噴霧の数に対応する数のポケツト部を前
記開口部から後退するように凹形に形成せしめる
と共に、該ポケツト部のみに硬質アルマイトの酸
化皮膜を形成せしめた直噴式デイーゼル機関用燃
焼室を特徴とするものである。

以下、図に示す本考案の実施例によつて詳細に
説明する。

第１図は本考案の燃焼室の設けられたピストン
頂部の平面図であり、第２図は第１図の−断
面を示す断面図、第３図は第２図の−断面を
示す断面図である。

これら第１〜３図において、１０はピストンで
あり、その頂部に深皿型のキヤビテイ１１が形成
され、このキヤビテイ１１が燃焼室１２となつて
いる。この燃焼室１２の略中心位置の上部に燃料
噴射ノズル１３が位置づけられており、この燃料
噴射ノズル１３から４つの方向に放射状に燃料が
噴霧１５となつて噴射されるようになつている。
矢印Ｓは機関の吸気工程時に燃焼室１２の内部に
起るスワールの方向を示している。キヤビテイ１
１の内側壁１４には、ピストン１０の頂面に位置
する開口部よりやや下方からピストン１０の外周
側に向つて凹形に後退するポケツト部１６が設け
られている。このポケツト部１６は燃料噴射ノズ
ル１３から噴射する噴霧１５の方向に対応する位
置に設けられており、しかもその噴霧１５の数に
対応する数だけ設けられている。また、このポケ
ツト部１６の表面には、この部分だけに硬質アル
マイトの酸化皮膜１９が形成されている。この硬
質アルマイトの酸化皮膜１９は熱伝導率がピスト
ン１０を構成するアルミ合金などの金属よりも小
さいため、このポケツト部１６のみは熱を逃しに
くくその表面温度を高く維持するが、酸化皮膜１
９を施していないキヤビテイ１１の他の部分が熱
を逃すため、燃焼室１２内部の雰囲気温度を極度
に上昇させることなく、ポケツト部１６の壁面に
付着するフイルム状の燃料の効率よい蒸発を促進
せしめる。

第２図および第３図に詳細が示されるように、
ポケツト部１６の内壁面は次のように形成されて
いる。即ち、燃焼室１２の軸心Ｏを含む断面にお
いては、第２図に示すように曲率半径ｒによつて
形成される第１のプロフイル１７と曲率半径Ｒに
よつて形成される第２のプロフイル１８とによつ
て構成されている。また、燃焼室１２の軸心Ｏと
直交する断面においては、第３図に示すように曲
率半径ｑによつて形成される第３のプロフイル２
１と曲率半径Ｑによつて形成される第４のプロフ
イル２２とによつて構成されている。

上記の曲率半径ｒには、噴霧１５の幾何学的中
心Ｊと図中点線にて示すキヤビテイ基礎内側壁Ｗ
との交点付近の点X₁を中心とすると共に、この
交点付近における上記噴霧１５の幾何学的な上記
軸心Ｏ方向への拡散を考慮して決定される。ま
た、曲率半径Ｒは上記X₁を通り燃焼室軸心Ｏに
直角な線Ｌ上の付近の点X₂を中心とすると共
に、上記半径ｒより大きいように設定されてい
る。第１のプロフイル１７はキヤビテイ１１の開
口部側に位置し、第２のプロフイル１８はキヤビ
テイ１１の底部側に位置しており、二つのプロフ
イル１７，１８は基礎内側壁Ｗに対して最大深さ
ｔだけ窪むように没する部分において接合してい
る。また第１のプロフイル１７の上端側はキヤビ
テイ１１の開口部側に滑らかに連絡するようにな
つており、同様に第２のプロフイル１８の下端側
はキヤビテイ下部内側壁２０に滑らかに連絡して
いる。キヤビテイの開口部および下部内側壁２０
は、いずれもキヤビテイ基礎内側壁Ｗと略一致し
ている。

燃焼室１２のラジアル方向における曲率半径ｑ
は、第３図に示すように上記中心Ｊと基礎内側壁
Ｗとの交点付近の点X₃を中心とすると共に、上
記最大深さｔを確保し且つ上記交点付近における
噴霧１５の幾何学的ラジアル方向の拡散を考慮し
て決定される。また、曲率半径Ｑは、上記中心点
X₃を通り燃焼室軸心Ｏに垂直な線Ｍ上にある点
X₄を中心とすると共に、上記曲率半径ｑよりも
大きいように設定されている。第３のプロフイル
２１はスワールＳの上流側に位置し、また第４の
プロフイル２２はスワールＳの下流側に位置する
ようにしてある。また、第３のプロフイル２１は
キヤビテイ内側壁１４から比較的急激に落ち込む
のに対し、第４のプロフイル２２は比較的滑らか
に同内側壁１４に連なるようになつている。

なお、曲率半径ｒの中心点X₁は中心Ｊと内側
壁Ｗとの交点付近に置かれる如く、また曲率半径
Ｒの中心点X₂は該中心点X₁を通り前記直角な線
Ｌ上に置かれる旨の説明を成したが、これら（中
心点X₃，X₄をも含む）は厳密な意味でここに置
かれることを指すのではなく、本考案の技術思想
を脱しない範囲でこれを多少動かすことを妨げる
ものではない。また、曲率半径ＲあるいはＱは曲
率半径ｒもしくはｑに比して大であることが必要
であるも、実験によれば1.5r＜Ｒ＜3r，1.8q＜Ｑ
＜4q，ｑ≦ｒ等の関係を持たせることが好適で
ある。更に開口部１９の厚さＨは、前記曲率半径
ｒとの関係に於て、0.7＜ｔ＜1.5r程度とするこ
とが得策である。

硬質アルマイトの酸化皮膜１９の形成は、例え
ばアルミ合金製のピストン１０のアルマイト処理
部以外の部分にペイントなどを塗布してマスキン
グの上、アルマイト処理を成すべき部分のみアル
ミ合金の地肌を出しておき、次に、ピストン１０
を陽極としてしゆう酸または硫酸等の処理液中に
どぶづけすることによつてアルマイト処理が行な
われる。

その際、ピストン１のマスキングされてない露
出表面の一部が侵蝕されるが、その表面上に所定
の厚さの硬質酸化皮膜１９が形成される。

一般にアルマイト処理によつて得られる硬質酸
化皮膜は、20から30ミクロンの厚さであつて、ヴ
イツカース硬度Ｈ_V＝100から150程度であるが、
その電流密度及び処理液の温度及び濃度を適確に
選定することにより、厚さ70から100ミクロンで
ヴイツカース硬度Ｈ_V＝300から400の硬質酸化皮
膜が得られる。この硬質酸化皮膜は耐蝕性に富
み、かつ、断熱性が高いと言う特性を有している
ので、この部分が断熱材としての作用をすること
になる。

上述したポケツト部１６は燃料の噴霧１５の衝
突する部分にのみ設けられているので、噴射され
た燃料はこのポケツト部１６によつて燃焼室１２
の外部へ飛散することが防止され、シリンダヘツ
ド下面やシリンダライナに付着することがない。
しかも、燃焼室１２自身はクローズドチヤンバー
式のように開口部が絞られていないので、空気の
流入あるいは燃焼ガスの流出に大きな抵抗を与え
ることがないので、燃費特性を悪化することはな
い。また、ポケツト部１６が上述の４つのプロフ
イル１７，１８，２１，２２で構成されることに
より、上記の効果は一層確実に実施される。即
ち、前記ノズル１３より噴射された噴霧１５は該
ポケツト部１６に都合良くガイドされるため、軸
心Ｏ方向に対してはキヤビテイ１１の開口部から
燃焼室外部へ飛散することなく燃焼室底方中心部
へ格好に導流され、またラジアル方向に関しては
スワールＳの流れに従つて噴霧１５を広く拡散さ
せることができるものである。

なぜならば、噴霧１５の中心Ｊは第１プロフイ
ル１７の中心点X₁近傍に指向されており且つこ
のプロフイル１７の曲率半径ｒは噴霧１５の軸心
Ｏ方向へ拡散を考慮して設定されているため、噴
霧１５はこのプロフイル１７に確実にホールドさ
れ、キヤビテイ１１の開口部方向への飛散が防止
される。更に、噴霧１５は大きな曲率半径Ｒの第
２プロフイル１８に沿つて滑らかに流下し、前記
下部内側壁２０を経て燃焼室底方中心部へ押し出
され、燃焼室中心部の空気と都合よく混合するこ
とができる。

また、ラジアル方向に関しても上述と同様に、
噴霧１５は第３プロフイル２１に確実にホールド
され、且つその後に第４プロフイル２２に沿つて
流れ、スワールＳの方向に好適に導びかれ、燃焼
室中心部の空気と都合良く混合して行くことがで
きる。そして、上記プロフイル２１はキヤビテイ
内側壁１４に対して比較的急激に落ち窪んでいる
ため、第３図中小さな矢印Ｖにて示す様に、この
部分にてスワールＳが乱れ、これが噴霧１５と空
気との混合を更に促進するのである。

上述のように、本考案によれば燃焼室をオープ
ンチヤンバ式に基礎をおきながら、そのキヤビテ
イの内側壁に燃料噴射ノズルからの噴射方向に対
応する位置に噴霧の数に対応する数々のポケツト
部を、キヤビテイ開口部から後退するように凹形
に形成せしめているので、オープンチヤンバ式で
ありながら噴射燃料はこのポケツト部に案内され
て燃焼室外部に飛散することがなくなり、従来装
置のごとくスモーク発生することがない。しかも
オープンチヤンバ式特有の燃費特性の良さを維持
できる。さらに本考案によれば上記ポケツト部の
みに熱伝導性の小さい硬質アルマイトの酸化皮膜
を形成したことにより、内壁に付着したフイルム
状燃料の蒸発を促進し、未燃焼燃料に起因する
HCの排出を増加することがない。また、硬質ア
ルマイトが部分処理であることから燃焼室内部の
雰囲気温度を極度に上昇させることがないため、
NO_Xの増大、スモークの悪化などをきたすことも
ない。さらに、硬質アルマイトの皮膜であるた
め、簡単なアルマイト処理によつて形成でき、し
かも使用中に膨脹差による剥離を起すなどの不都
合もないという特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例である燃焼室を設けた
ピストンの平面図、第２図は第１図の−断面
を示す断面図、第３図は第２図の−断面を示
す断面図である。１０……ピストン、１１……キヤビテイ、１２
……燃焼室、１３……燃料噴射ノズル、１４……
キヤビテイ内側壁、１６……ポケツト部、１９…
…硬質アルマイトの酸化皮膜。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

ピストン頂部に設けたキヤビテイを深皿形オー
プンチヤンバ式燃焼室に形成し、その略中央上部
に燃料噴射ノズルを位置づけしてなる直噴式デイ
ーゼル機関用燃焼室において、前記キヤビテイの
開口部直下の内側壁で前記燃料噴射ノズルからの
噴射方向に対応する位置に噴霧の数に対応する数
のポケツト部を前記開口部から後退するように凹
形に形成せしめると共に、該ポケツト部のみに硬
質アルマイトの酸化皮膜を形成せしめたことを特
徴とする直噴式デイーゼル機関用燃焼室。