JPH07150940A - 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 渦流室から噴流を速やかに噴出させ、スモー
クの抑制を図り、主燃焼室の広い範囲に噴流を拡散し、
空気利用率を高める。 【構成】 ピストン３の頂面の中心付近の領域から左右
に略円形に広がる略一定の深さの主キャビティ部８と、
噴口７に対向する領域からピストン周縁に沿って広が
り、かつ主キャビティ部８に左右から内側に張り出した
案内壁部１１ｂを介して接続する副キャビティ部１０
と、噴流の中心線上で噴口前方に位置してピストン頂面
に平坦な島状に隆起して形成した分散台１２と、副キャ
ビティ部１０の底面に形成され、噴口７に対向する位置
から噴流の方向に略同一幅で延び、かつ分散台１２の手
前から左右に分岐して主キャビティ部８へと向かう案内
溝１３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
の燃焼室構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の燃焼を改善するため
に、渦流室からの噴流が斜めに衝突するピストンの頂面
に、噴口の下面からピストン中心に向けて延びる浅い溝
状のトレンチ部を形成し、このトレンチ部の先端に連続
して、左右一対の円形の主キャビティ部を形成すること
により、未燃焼燃料を多く含む、渦流室からの噴流を、
トレンチ部から左右の主キャビティ部に導き、旋回拡散
させ、主燃焼室での空気との混合効率を高めるようにし
たものが、例えば実開昭６３−７９４３５号公報に開示
されている。

【０００３】しかし、このクローバリーフ型のキャビテ
ィでは、噴口からトレンチ部をそのまま直進しようとす
る火炎噴流の勢いが強いため、主キャビティ部を乗り越
えてシリンダボアに衝突し、消炎する割合も多く、か
つ、主燃焼室の広い領域に火炎が拡散しにくい。

【０００４】そこで、特開平１−２０００１２号公報等
によって、図３、図４にもあるように、ピストン３の頂
面の、噴口７から火炎噴流が衝突する付近に、平坦な島
状に隆起する分散台１２を形成することが提案されてい
る。

【０００５】この分散台１２の手前に一定の深さの副キ
ャビティ部１０を、また分散台１２の先方に同じく左右
に広がる主キャビティ部８を形成し、ピストン３が圧縮
上死点近傍にある燃焼初期に噴出した噴流を、分散台１
２の手前に衝突させて一部を左右に分流し、また、この
衝突により直進速度成分を弱められた残りの噴流は、分
散台１２を乗り越えて主キャビティ部８に流入しても、
シリンダボアに衝突することなく、左右の円形部８ａ，
８ｂの内周に沿う旋回流となる。同時にこれに対して、
分散台１２の手前から分流して副キャビティ部１０に流
入した成分を、主キャビティ部８との境に内側に向けて
突出させた案内壁部１１ｂにより、同一旋回方向から合
流させ、広い範囲で空気と効率よく混合する。

【０００６】また、ピストン３の下降に伴い、噴口７の
延長線上に分散台１２が位置するようになると、噴流の
多くは分散台１２に直接的に衝突し、これを乗り越えて
主キャビティ部に流入するが、直進方向の勢いが弱まる
ことから、多くは主キャビティ部８の内周に沿っての旋
回流となり、このようにして、主燃焼室５の広い領域で
空気利用率が高まり、燃焼特性が改善される。

【０００７】なお、副キャビティ部１０は、とくに初期
噴射の段階での拡散燃焼を促進するためのもので、分散
台１２の手前に衝突した火炎噴流を副キャビティ部１０
に導き、空気との混合を確保する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ピストン頂面の分散台１２と、その手前に一定の深さで
形成した副キャビティ部８とは、とくにピストン３が上
死点近傍にあり噴口７の出口に最も接近しているとき
に、渦流室６から主燃焼室５に噴出する火炎噴流の妨げ
となり、結果的に渦流室６に過濃な燃料混合気を長く留
まらせることになって、スモークの生成を助長すること
があった。

【０００９】また、副キャビティ部１０と主キャビティ
部８との間に形成した案内壁部１１ｂは、副キャビティ
部１０に拡散した火炎を、ピストン中心方向に向け、分
散台１２を乗り越えた噴流と共に主キャビティ部内に旋
回流を生起させる働きがあるが、案内壁部１１ｂと分散
台１２を結ぶ最狭断面が、燃料噴射量が多い、高速、高
負荷運転時において、流量の増えた噴流の絞りとならな
いようにするためは、案内壁部１１ｂと分散台１２との
間隔を大きくとる必要があり、この場合には、案内壁部
１１ｂによる火炎の偏向機能が低下し、低速、低負荷時
などに、副キャビティ部１０から主キャビティ部８に合
流させ、生起する旋回流が弱まり、空気利用率を十分に
高めることが難しくなる。

【００１０】前記した最狭部が、渦流室６から噴出する
火炎噴流の妨げとならないようにするためには、副キャ
ビティ部１０を相対的に深くすることが考えられるが、
ピストン上死点における、決められた主燃焼室５の容積
にするため、キャビティ深さを深くすれば、それだけ主
キャビティ部８を含むキャビティ面積を小さくせざるを
得ず、この場合には、主燃焼室５の広い領域に噴流を拡
散させることができなくなり、空気の利用率は低下して
しまう。

【００１１】本発明はこのような問題を解決するために
提案されたもので、渦流室から火炎噴流を速やかに噴出
させ、スモークの抑制を図り、また副キャビティ部から
主キャビティ部への噴流の流入抵抗を減らし、主燃焼室
の広い範囲に噴流を拡散し、空気利用率を高めることを
目的する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、主燃焼室
の縁部付近に渦流室からの主燃焼室の略中心方向に向け
て開口した噴口を備える渦流室式ディーゼル機関の燃焼
室において、ピストン頂面に形成され、噴口を介して渦
流室から主燃焼室に噴出する噴流の中心線を挟んでピス
トン中心付近の領域から左右にそれぞれ略円形に広がる
略一定の深さの主キャビティ部と、ピストン頂面に形成
され、前記噴口に対向する領域からピストン周縁に沿っ
て広がり、かつ主キャビティ部に左右から内側に張り出
した案内壁部を介して接続する副キャビティ部と、前記
噴流の中心線上で噴口前方の主キャビティ部と副キャビ
ティ部との接続付近に位置してキャビティ部底面に平坦
な島状に隆起して形成した分散台と、副キャビティ部の
底面に形成され、噴口に対向する位置から噴流の方向に
噴口と略同一幅で延び、かつ分散台の手前から分散台に
沿って左右に分岐して主キャビティ部へと向かう案内溝
とを備える。

【００１３】第２の発明は、第１の発明において、前記
案内溝が前記案内壁部と分散台とを結ぶ最狭部よりも主
キャビティ部内に延びている分岐部を備える。

【００１４】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記案内溝がピストン上死点位置において、前記
噴口の軸線延長と交差する付近が最も深く、噴流の上
流、及び下流に向かってその深さが徐々に浅くなるよう
に滑らかに傾斜している。

【００１５】

【作用】第１の発明では、ピストンの頂面が噴口に最も
接近している燃焼初期の状態においても、副キャビティ
部の底面に噴口と対向する位置に形成した案内溝によ
り、噴口からの火炎噴流に対する十分な流路面積が確保
され、噴流の噴出が妨げられることなく、速やかに主燃
焼室に流入する。このため、高温の渦流室内における過
濃混合気の滞留が減り、熱分解によるスモークの発生が
抑制される。

【００１６】また、主燃焼室に噴出した火炎噴流は、案
内溝に案内されつつ分散台により左右に分流され、主キ
ャビティ部に旋回流を生起し、主キャビティ部での広い
範囲の空気を有効に利用した燃焼が行われる。

【００１７】第２の発明では、案内壁部と分散台とを結
ぶ最狭部の流路断面積が、案内溝の分岐部の存在により
実質的に拡大されるので、その分だけ案内壁部を一層内
側に張り出し、副キャビティ部から主キャビティ部に流
入する火炎噴流を、旋回流の接線方向から合流させる偏
向作用を強められる。このため、高負荷運転時に増大す
る噴流の流れを妨げることなく、噴流が弱まる低負荷運
転時にも主キャビティ部に強い旋回流を生起することが
できる。

【００１８】第３の発明では、ピストン上死点付近で、
噴口からの火炎噴流を円滑に主燃焼室に導き出すことが
でき、かつ主キャビティ部に拡散させることができる。

【００１９】

【実施例】図１、図２は本発明の実施例を示すもので、
１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３はピス
トンで、シリンダボア４の上面を覆うシリンダヘッド２
の下面は平坦面に形成され、ピストン３の頂面との間に
主燃焼室５が形成される。主燃焼室５の上部側方に位置
して、シリンダヘッド２に渦流室６が形成され、渦流室
６からの未燃燃料を多く含む燃焼火炎を噴出する噴口７
が主燃焼室５の周辺部に開口している。この噴口７は幅
方向がやや広くなった偏平な通路断面をもち、かつ渦流
室６からの噴流が主燃焼室５の中心（ピストン中心軸）
に向かうように傾斜している。なお、この噴流のピスト
ン平面上における中心線を、図１に符号Ｌで示す。ま
た、噴口７の前方に位置して副噴口７ａが設けられ、燃
焼火炎の一部を中心線Ｌに沿って主燃焼室５に噴出す
る。

【００２０】主燃焼室５を画成するピストン３の頂面の
ほぼ中央には、吸・排気弁のバルブリセスを兼ねる一対
の円形部８ａ，８ｂを合成した主キャビティ部８が形成
される。この主キャビティ部８は略一定の深さをもち、
一対の円形部８ａ，８ｂの一部を重複させた状態で、前
記噴流の中心線Ｌについて対称に配置され、中心線Ｌ上
に位置する円形重複端部を対向壁部９として、左右の円
形部８ａ，８ｂへ等しく火炎噴流を分流する。

【００２１】前記噴口７の下方に位置して、ピストン３
の頂面には、噴口７の下方付近から、ピストン３の周縁
に沿って左右に広がる副キャビティ部１０が形成され、
この副キャビティ部１０は主キャビティ部８と同一の略
一定の深さをもち、かつ副キャビティ部１０は主キャビ
ティ部８に対して、噴口７からの噴流の前方部分で接続
している。

【００２２】副キャビティ部１０の噴口７の後方側の外
郭１１ａはピストン３周縁に沿った円弧に形成され、そ
の左右に連なる両側の外郭は、ピストン中心に向かって
滑らかに湾曲し、副キャビティ部１０に拡散した噴流を
主キャビティ部８で生起される旋回流の略接線方向に導
く案内壁部１１ｂを形成している。

【００２３】なお、主キャビティ部８や副キャビティ部
１０を画成する外郭の壁面は、ピストン３の頂面に対し
て垂直面をなしている。

【００２４】ピストン３の頂面には、副キャビティ部１
０と主キャビティ部８が接続する付近で、噴口７の延長
線上に位置して、キャビティ部底面から平坦な島状に隆
起する分散台１２が形成される。この分散台１２は噴流
中心線Ｌを中心が通る略菱形に形成され、その高さはピ
ストン周辺の頂面と同一に形成される。

【００２５】そして、この分散台１２の手前側、つまり
噴口７の下面に位置して、副キャビティ部１０の底面に
は、噴流中心線Ｌに沿って案内溝１３が形成される。こ
の案内溝１３は、図２にも示すようにピストン上死点位
置において、噴口７の軸線の延長と交差する付近の溝底
が最も深くなり、その上流、下流側に向かって共に滑ら
かに浅くなる傾斜面に形成される。また、案内溝１３は
噴口７の下面において、噴口７と略同一幅をもつが、分
散台１２の手前から分散台１２に沿って左右に分かれる
分岐部１３ａを有し、この分岐部１３ａは、前記案内壁
部１１ｂと分散台１２とを結ぶ副キャビティ部１０の最
狭部よりも主キャビティ部８側に入り込むように延び、
噴口７からの火炎噴流を主キャビティ部８へと案内する
ようになっている。

【００２６】なお、図２に示すように、渦流室６には燃
料噴射弁１５と、グロープラグ１７とが設けられる。

【００２７】以上のように構成され、次に作用について
説明する。ピストン３の圧縮上死点付近で燃料噴射弁１
５から噴射された燃料は、渦流室内で着火し、未燃燃料
を多く含む火炎となって、主として噴口７、及び一部が
副噴口７ａから主燃焼室５に向けて激しく噴出する。こ
の燃焼ガスの噴流は、そのまま案内溝１３の底部に向け
て噴出し、一部が左右に分散して副キャビティ部１０に
矢印ａで示すように流れ、空気を取り込みながら活発な
初期燃焼を展開する。

【００２８】噴流の多くは、噴流中心線Ｌに沿って直進
方向に流れようとするが、噴口７に対峙する分散台１２
に衝突し、左右に分流され、案内溝１３の分岐部１３ａ
に案内されつつ、主キャビティ部８に向かって、矢印ｂ
で示すように流れ込み、各円形部８ａ，８ｂで旋回流と
なり、空気を取り込みながら広い範囲に火炎が拡散して
いく。

【００２９】一方、副キャビティ部１０に分散した噴流
は、副キャビティ部１０の案内壁部１１ｂにより案内さ
れて流れの向きが変化し、主キャビティ部８の旋回流に
接線方向から合流し、主キャビティ部８に一層強い旋回
流を生起する。

【００３０】このようにして、主燃焼室５の広い範囲で
空気利用率の高い良好な燃焼を確保することができるの
である。

【００３１】また、噴口７からの火炎噴流が衝突する案
内溝１３は、ピストン３の頂面が最も噴口７の出口に接
近している上死点近傍において、噴口７の延長線と交わ
る付近が最も深く、かつ前後に向けて滑らかに傾斜し、
噴口７から噴出直後の火炎噴流の流路を十分に確保する
ため、噴口７を通して渦流室６から噴出する燃焼初期の
噴流を円滑に主燃焼室５へと導き出し、つまり火炎噴流
の噴出抵抗を減らし、圧縮上死点近傍での高温となる瞬
間において、渦流室内に多くの未燃燃料を含むガスの滞
留を少なくし、渦流室内での熱分解によって生じるスモ
ーク量を効果的に低減することができる。

【００３２】他方、案内溝１３は分散台１２に沿って分
岐する分岐部１３ａが、案内壁部１１ｂと分散台１２と
を結ぶ副キャビティ部１０の最狭部よりも主キャビティ
部８側に延びだし、副キャビティ部１０から左右の主キ
ャビティ部８に向けて流れる火炎噴流の流路断面を十分
に確保するので、渦流室６から噴出する火炎の量が多
く、かつ拡散に有効利用することのできる実際の時間が
短い、高速高負荷のような運転条件においても、前記最
狭部による絞り作用の影響を受けることなく、主キャビ
ティ部８に燃焼ガスを案内、拡散させることができ、主
燃焼室５での拡散燃焼が速やかに行われ、燃費や出力の
向上が図れる。

【００３３】また、このように最狭部における絞りの影
響を排除できる結果、副キャビティ部１０から主キャビ
ティ部８に向かう流れを制御する案内壁部１１ｂを、主
キャビティ部８内での旋回流をより一層強めるように、
分散台１２に向けてさらに内側に張り出すことが可能と
なり、これによって旋回流が弱まりがちな低速運転時に
も、主キャビティ部８での強力な旋回運動を確保し、ス
モークやＨＣの低減が図れる。

【００３４】なお、火炎噴流の流路を確保するのに、副
キャビティ部１０の底面の一部に案内溝１３を形成する
と、副キャビティ部１０さらには主キャビティ部８を一
様に深くするのに比較して、同一の主燃焼室容積を確保
するのに必要な、キャビティ部面積を大きくでき、主燃
焼室５の広い範囲に火炎を拡散させ、空気利用率を高め
られる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように第１の発明は、主燃焼室の
縁部付近に渦流室からの主燃焼室の略中心方向に向けて
開口した噴口を備える渦流室式ディーゼル機関の燃焼室
において、ピストン頂面に形成され、噴口を介して渦流
室から主燃焼室に噴出する噴流の中心線を挟んでピスト
ン中心付近の領域から左右にそれぞれ略円形に広がる略
一定の深さの主キャビティ部と、ピストン頂面に形成さ
れ、前記噴口に対向する領域からピストン周縁に沿って
広がり、かつ主キャビティ部に左右から内側に張り出し
た案内壁部を介して接続する副キャビティ部と、前記噴
流の中心線上で噴口前方の主キャビティ部と副キャビテ
ィ部との接続付近に位置してキャビティ部底面に平坦な
島状に隆起して形成した分散台と、副キャビティ部の底
面に形成され、噴口に対向する位置から噴流の方向に噴
口と略同一幅で延び、かつ分散台の手前から分散台に沿
って左右に分岐して主キャビティ部へと向かう案内溝と
を備えたので、噴口と対向する位置に形成した案内溝に
より、噴口からの火炎噴流に対する十分な流路面積が確
保され、噴流の噴出を妨げることなく速やかに主燃焼室
に流入させることができ、高温の渦流室内における過濃
混合気の滞留が減り、熱分解によるスモークの発生が抑
制され、また、主燃焼室に噴出した噴流は、案内溝に案
内されつつ分散台により左右に分流され、主キャビティ
部に旋回流を生起し、広い範囲の空気を有効に利用して
良好な燃焼を確保する。

【００３６】第２の発明は、第１の発明において、前記
案内溝が前記案内壁部と分散台とを結ぶ最狭部よりも主
キャビティ部内に延びている分岐部を備えることで、案
内壁部と分散台とを結ぶ最狭部の流路面積を確保しつ
つ、案内壁部を一層内側に張り出して、副キャビティ部
からの火炎噴流の旋回方向への偏向作用を強めることが
でき、高負荷運転時には増大する噴流の流れを妨げるこ
となく、速やかに燃焼火炎を拡散でき、また、噴流が弱
まる低負荷運転時にも主キャビティ部に強い旋回流を生
起し、安定した燃焼を維持できる。

【００３７】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記案内溝が、ピストン上死点位置において、前
記噴口の軸線延長と交差する付近が最も深く、噴流の上
流、及び下流に向かってその深さが徐々に浅くなるよう
に滑らかに傾斜しているので、噴口からの火炎噴流を円
滑に主燃焼室に導き出すと共に主キャビティ部に流入、
拡散させることができ、スモークやＨＣの低減が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す平面図である。

【図２】同じくそのＡ−Ａ線に沿っての縦断面図であ
る。

【図３】従来例の平面図である。

【図４】同じくその縦断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ シリンダヘッド ３ ピストン ５ 主燃焼室 ６ 渦流室 ７ 噴口 ８ 主キャビティ部 ８ａ，８ｂ 円形部 １０ 副キャビティ部 １１ｂ 案内壁部 １２ 分散台 １３ 案内溝 １３ａ 分岐部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主燃焼室の縁部付近に渦流室からの主燃焼
   室の略中心方向に向けて開口した噴口を備える渦流室式
   ディーゼル機関の燃焼室において、 ピストン頂面に形成され、噴口を介して渦流室から主燃
   焼室に噴出する噴流の中心線を挟んでピストン中心付近
   の領域から左右にそれぞれ略円形に広がる略一定の深さ
   の主キャビティ部と、 ピストン頂面に形成され、前記噴口に対向する領域から
   ピストン周縁に沿って広がり、かつ主キャビティ部に左
   右から内側に張り出した案内壁部を介して接続する副キ
   ャビティ部と、 前記噴流の中心線上で噴口前方の主キャビティ部と副キ
   ャビティ部との接続付近に位置してキャビティ部底面に
   平坦な島状に隆起して形成した分散台と、 副キャビティ部の底面に形成され、噴口に対向する位置
   から噴流の方向に噴口と略同一幅で延び、かつ分散台の
   手前から分散台に沿って左右に分岐して主キャビティ部
   へと向かう案内溝とを備える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】前記案内溝は、前記案内壁部と分散台とを
   結ぶ最狭部よりも主キャビティ部内に延びている分岐部
   を備える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】前記案内溝は、ピストン上死点位置におい
   て、前記噴口の軸線延長と交差する付近が最も深く、噴
   流の上流、及び下流に向かってその深さが徐々に浅くな
   るように滑らかに傾斜している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。