JPH0765509B2 - 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室 - Google Patents
渦流室式ディーゼル機関の燃焼室Info
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- JPH0765509B2 JPH0765509B2 JP1088585A JP8858589A JPH0765509B2 JP H0765509 B2 JPH0765509 B2 JP H0765509B2 JP 1088585 A JP1088585 A JP 1088585A JP 8858589 A JP8858589 A JP 8858589A JP H0765509 B2 JPH0765509 B2 JP H0765509B2
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/04—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being subdivided into two or more chambers
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- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/14—Engines characterised by precombustion chambers with compression ignition
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （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形状の改良
に関する。
に関する。
（従来の技術） 渦流室式ディーゼル機関の主燃焼室形状として、第８図
A,Bに示したようなものが知られている。これを説明す
ると、シリンダ中心からオフセットして位置するように
シリンダヘッド４に設けられた渦流室５が噴孔６を介し
て主燃焼室９に連通しており、ピストン３の頂面８には
前記噴孔６の主燃焼室側開口部のほぼ直下領域からピス
トン中心方向に直線的に延びる溝状のトレンチ部11と、
このトレンチ部11のピストン中心付近の領域から両側方
に広がる略円形のキャビティ部10とが形成されており、
これらでいわゆるクローバリーフ型の主室キャビティを
構成している。
A,Bに示したようなものが知られている。これを説明す
ると、シリンダ中心からオフセットして位置するように
シリンダヘッド４に設けられた渦流室５が噴孔６を介し
て主燃焼室９に連通しており、ピストン３の頂面８には
前記噴孔６の主燃焼室側開口部のほぼ直下領域からピス
トン中心方向に直線的に延びる溝状のトレンチ部11と、
このトレンチ部11のピストン中心付近の領域から両側方
に広がる略円形のキャビティ部10とが形成されており、
これらでいわゆるクローバリーフ型の主室キャビティを
構成している。
この渦流室式燃焼室構造にあっては、圧縮行程で主燃焼
室９から噴孔６を通って渦流室５へと流入した空気が渦
流（スワール）を形成する。燃焼は、この渦流へと図示
しない噴射ノズルを介して燃料を噴射供給することによ
り開始され、この渦流室５での燃焼開始に伴い、膨張ガ
スと一部の噴射燃料とが噴孔６を介して主燃焼室９へと
噴出する。この噴流と燃料は、ピストン３のトレンチ部
11に沿って主燃焼室９の中心方向へと導かれ、さらに第
８図Ｂに矢印ａで示したように両側方のキャビティ部10
へ旋回流となって拡散する。これにより、燃料はほぼ同
図に破線で示した範囲の主燃焼室内空気と混合して拡散
燃焼することになる。（この種の燃焼室構造に関する公
知例としては、例えば実開昭50−138403号、同57−7872
4号、特開昭54−59512号公報を参照。） （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の渦流室式燃焼室にあっ
ては、トレンチ部11が渦流室５からの噴流の方向に沿っ
ているため、このトレンチ部11に沿って噴孔６から半径
方向へと進む噴流の勢いが相対的に大きく、キャビティ
部10を始めとしてトレンチ部11の側方へと拡散する噴流
の勢力は比較的弱いものになる。このため、特に噴流の
上流にあたるトレンチ部11の基端付近とその両側方では
燃料と空気との混合が不充分で、空気利用率が小さくな
りがちである。このことは、低負荷運転時には排気中の
未燃燃料成分の濃度増大を、高負荷運転時にはスモーク
濃度の増大を引き起こすことになる。
室９から噴孔６を通って渦流室５へと流入した空気が渦
流（スワール）を形成する。燃焼は、この渦流へと図示
しない噴射ノズルを介して燃料を噴射供給することによ
り開始され、この渦流室５での燃焼開始に伴い、膨張ガ
スと一部の噴射燃料とが噴孔６を介して主燃焼室９へと
噴出する。この噴流と燃料は、ピストン３のトレンチ部
11に沿って主燃焼室９の中心方向へと導かれ、さらに第
８図Ｂに矢印ａで示したように両側方のキャビティ部10
へ旋回流となって拡散する。これにより、燃料はほぼ同
図に破線で示した範囲の主燃焼室内空気と混合して拡散
燃焼することになる。（この種の燃焼室構造に関する公
知例としては、例えば実開昭50−138403号、同57−7872
4号、特開昭54−59512号公報を参照。） （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の渦流室式燃焼室にあっ
ては、トレンチ部11が渦流室５からの噴流の方向に沿っ
ているため、このトレンチ部11に沿って噴孔６から半径
方向へと進む噴流の勢いが相対的に大きく、キャビティ
部10を始めとしてトレンチ部11の側方へと拡散する噴流
の勢力は比較的弱いものになる。このため、特に噴流の
上流にあたるトレンチ部11の基端付近とその両側方では
燃料と空気との混合が不充分で、空気利用率が小さくな
りがちである。このことは、低負荷運転時には排気中の
未燃燃料成分の濃度増大を、高負荷運転時にはスモーク
濃度の増大を引き起こすことになる。
本発明はこのような従来の問題点を解消することを目的
としている。
としている。
（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明では、主燃焼室の縁部
付近に渦流室からの噴孔を開口させた渦流室式ディーゼ
ル機関において、平面上の噴孔の向きをその噴流中心線
loがピストンの略中心部を通るように設定するととも
に、ピストン頂面に、ピストン中心部付近の領域から略
円形に広がる左右の大キャビティ部と、噴孔の下方領域
から分岐して各大キャビティ部に連通する左右の側方キ
ャビティ部とを形成し、この側方キャビティ部を形成す
る外郭に側方キャビティ部を通過する噴流を大キャビテ
ィ部に生起される旋回流に対して接線方向から合流させ
るように案内するガイド部を形成する一方、前記噴孔の
前方に位置いて該噴孔と対向する略Ｖ字形状の先端外郭
形状を有する拡散促進部を突設し、かつピストンの下降
過程で噴孔の前縁部延長線lf並びに後縁部延長線lrが前
記拡散促進部の先端部を乗り越え始める点をそれぞれ減
衰点並びに終点とするとき、減衰点がクランク角度にし
てATDC17〜21゜、終点が同じくATDC33〜35゜の範囲内に
在るように、噴孔が側面上でピストン頂面となす角度θ
もしくは拡散促進部の位置を設定するとともに、上死点
位置にて噴孔前縁部延長線lfとキャビティ部底面とが交
わる点Ｐと、左右の大キャビティ部の中心点Ｑとを結ぶ
直線PQが平面上で噴流中心線loとなす角を（α/2）゜と
するとき、（α/2）±２゜の範囲内でＰ点から引いた直
線に沿って前記拡散促進部の先端外郭形状を設定した。
付近に渦流室からの噴孔を開口させた渦流室式ディーゼ
ル機関において、平面上の噴孔の向きをその噴流中心線
loがピストンの略中心部を通るように設定するととも
に、ピストン頂面に、ピストン中心部付近の領域から略
円形に広がる左右の大キャビティ部と、噴孔の下方領域
から分岐して各大キャビティ部に連通する左右の側方キ
ャビティ部とを形成し、この側方キャビティ部を形成す
る外郭に側方キャビティ部を通過する噴流を大キャビテ
ィ部に生起される旋回流に対して接線方向から合流させ
るように案内するガイド部を形成する一方、前記噴孔の
前方に位置いて該噴孔と対向する略Ｖ字形状の先端外郭
形状を有する拡散促進部を突設し、かつピストンの下降
過程で噴孔の前縁部延長線lf並びに後縁部延長線lrが前
記拡散促進部の先端部を乗り越え始める点をそれぞれ減
衰点並びに終点とするとき、減衰点がクランク角度にし
てATDC17〜21゜、終点が同じくATDC33〜35゜の範囲内に
在るように、噴孔が側面上でピストン頂面となす角度θ
もしくは拡散促進部の位置を設定するとともに、上死点
位置にて噴孔前縁部延長線lfとキャビティ部底面とが交
わる点Ｐと、左右の大キャビティ部の中心点Ｑとを結ぶ
直線PQが平面上で噴流中心線loとなす角を（α/2）゜と
するとき、（α/2）±２゜の範囲内でＰ点から引いた直
線に沿って前記拡散促進部の先端外郭形状を設定した。
（作用） 上記構成において、膨張行程で渦流室から噴孔を介して
主燃焼室へと噴出した未燃燃料を含む燃焼ガス噴流は、
噴孔のすぐ下流側に位置する拡散促進部の先端外郭部に
衝突して、左右の側方キャビティ部へと分流するととも
に、ピストンが下降するにしたがい噴流の一部は拡散促
進部を乗り越えて、左右の各大キャビティ部の外郭が交
差して形成する略Ｖ字形状の対向壁部に衝突して大キャ
ビティ部へと分流拡散し（第１図Ｂの矢印ｃを参照）、
当該大キャビティの外郭に案内されて旋回流となる。
主燃焼室へと噴出した未燃燃料を含む燃焼ガス噴流は、
噴孔のすぐ下流側に位置する拡散促進部の先端外郭部に
衝突して、左右の側方キャビティ部へと分流するととも
に、ピストンが下降するにしたがい噴流の一部は拡散促
進部を乗り越えて、左右の各大キャビティ部の外郭が交
差して形成する略Ｖ字形状の対向壁部に衝突して大キャ
ビティ部へと分流拡散し（第１図Ｂの矢印ｃを参照）、
当該大キャビティの外郭に案内されて旋回流となる。
側方キャビティ部を通って大キャビティ部へと流れ込む
噴流は、側方キャビティ部のガイド部に案内され、上記
大キャビティ部での旋回流に対して略接線方向から合流
する（同図の矢印ｂを参照）。
噴流は、側方キャビティ部のガイド部に案内され、上記
大キャビティ部での旋回流に対して略接線方向から合流
する（同図の矢印ｂを参照）。
このようにして、当該合流部付近での噴流の淀みが防止
されるとともに、大キャビティ部での旋回流が強化され
る結果、従来に比較して噴流の拡散域が拡大され、即ち
主燃焼室での空気利用率が向上するので良好な燃焼が行
なわれる。
されるとともに、大キャビティ部での旋回流が強化され
る結果、従来に比較して噴流の拡散域が拡大され、即ち
主燃焼室での空気利用率が向上するので良好な燃焼が行
なわれる。
そして、このような空気利用率の向上作用は、以下の実
施例にて具体的に説明する通り、拡散促進部の位置・形
状及び噴孔の角度を上記所定の条件を満足するように設
定することにより最大限に発揮される。
施例にて具体的に説明する通り、拡散促進部の位置・形
状及び噴孔の角度を上記所定の条件を満足するように設
定することにより最大限に発揮される。
（実施例） 次に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明するが、
第８図A,Bとの対応部分には同図と同一の符号を付して
示すことにする。
第８図A,Bとの対応部分には同図と同一の符号を付して
示すことにする。
第１図ＡまたはＢにおいて、12はピストン３の頂面８上
でその中心付近の領域から両側方に略円形に広がる大キ
ャビティ部であり、同じくピストン中心付近を通る噴流
の中心線loを挟んで対称的に円弧を配した形状の外郭17
によって形成されている。この外郭17には噴流中心線lo
上にて噴孔６と対向するように略Ｖ字形状に突出した平
面形状の対向壁部17Aが形成されている。
でその中心付近の領域から両側方に略円形に広がる大キ
ャビティ部であり、同じくピストン中心付近を通る噴流
の中心線loを挟んで対称的に円弧を配した形状の外郭17
によって形成されている。この外郭17には噴流中心線lo
上にて噴孔６と対向するように略Ｖ字形状に突出した平
面形状の対向壁部17Aが形成されている。
また、14は噴孔６の下方から両側方に展開して大キャビ
ティ部12に連通する側方キャビティ部、13は噴流中心線
lo上で、ほぼ側方キャビティ部14と大キャビティ部12の
中間位置にてキャビティ底面から島状に隆起する形状に
突設された拡散促進部である。拡散促進部13の、噴孔６
に対向する先端外郭部13Aは略Ｖ字形状に形成されてい
る。
ティ部12に連通する側方キャビティ部、13は噴流中心線
lo上で、ほぼ側方キャビティ部14と大キャビティ部12の
中間位置にてキャビティ底面から島状に隆起する形状に
突設された拡散促進部である。拡散促進部13の、噴孔６
に対向する先端外郭部13Aは略Ｖ字形状に形成されてい
る。
18は拡散促進部13との間に側方キャビティ部14を形成す
る外郭であり、噴流中心線loの位置から側方へとピスト
ン３の外形線に沿って略円形に広がり、途中から徐々に
内側に湾曲してピストン中心方向へと向いたガイド部18
Aとなり、大キャビティ部12へと開放する部分で終わっ
ている。
る外郭であり、噴流中心線loの位置から側方へとピスト
ン３の外形線に沿って略円形に広がり、途中から徐々に
内側に湾曲してピストン中心方向へと向いたガイド部18
Aとなり、大キャビティ部12へと開放する部分で終わっ
ている。
本発明は、このような基本形状を燃焼室に設定したうえ
で、次のような各部につき所定の形状及び寸法を付与す
ることを特徴とするものである。
で、次のような各部につき所定の形状及び寸法を付与す
ることを特徴とするものである。
即ち第一には、ピストン３の下降過程で噴孔６の前縁部
延長線lf並びに後縁部延長線lrが前記拡散促進部13の先
端部を乗り越え始める点をそれぞれ減衰点並びに終点と
するとき、減衰点がクランク角度にしてATDC17〜21゜、
終点が同じくATDC33〜35゜の範囲内に在るように、噴孔
６が側面上でピストン頂面８となす角度θもしくは拡散
促進部13の位置を設定する。
延長線lf並びに後縁部延長線lrが前記拡散促進部13の先
端部を乗り越え始める点をそれぞれ減衰点並びに終点と
するとき、減衰点がクランク角度にしてATDC17〜21゜、
終点が同じくATDC33〜35゜の範囲内に在るように、噴孔
６が側面上でピストン頂面８となす角度θもしくは拡散
促進部13の位置を設定する。
また第二には、上死点位置にて噴孔６の前縁部延長線lf
がキャビティ部底面と交わる点Ｐと左右の大キャビティ
部12の中心点Ｑとを結ぶ直線PQが平面上で噴流中心線lo
となす角を（α/2）゜とするとき、（α/2）±２゜の範
囲内でＰ点からＱ点方向に引いた直線に沿って前記拡散
促進部13の先端外郭部13Aの形状を設定する。
がキャビティ部底面と交わる点Ｐと左右の大キャビティ
部12の中心点Ｑとを結ぶ直線PQが平面上で噴流中心線lo
となす角を（α/2）゜とするとき、（α/2）±２゜の範
囲内でＰ点からＱ点方向に引いた直線に沿って前記拡散
促進部13の先端外郭部13Aの形状を設定する。
次に、上記構成に基づく作用について説明すると、基本
的な燃焼ガスの流れについては本発明の作用として説明
した通りであり、即ち膨張行程で渦流室５から噴孔６を
介して主燃焼室９へと噴出した未燃燃料を含む燃焼ガス
噴流は、ピストンの下降に伴って拡散促進部を乗り越え
た流れ（矢印ｃ）によって大キャビティ部に旋回流を生
起し、これに拡散促進部にて側方へと分流した流れ（矢
印ｂ）がガイド部を介して接線方向から合流することに
より強い旋回流を形成し、主燃焼室９でのガス流動及び
拡散燃焼を促す。
的な燃焼ガスの流れについては本発明の作用として説明
した通りであり、即ち膨張行程で渦流室５から噴孔６を
介して主燃焼室９へと噴出した未燃燃料を含む燃焼ガス
噴流は、ピストンの下降に伴って拡散促進部を乗り越え
た流れ（矢印ｃ）によって大キャビティ部に旋回流を生
起し、これに拡散促進部にて側方へと分流した流れ（矢
印ｂ）がガイド部を介して接線方向から合流することに
より強い旋回流を形成し、主燃焼室９でのガス流動及び
拡散燃焼を促す。
ただし、本出願人の知見によれば、このときピストン３
の下降に伴って拡散促進部13を渦流室５からの噴流が通
過するタイミング及び拡散促進部13の先端部頂角（略α
に等しい。）によって空気利用率及び燃焼性が変化する
のである。
の下降に伴って拡散促進部13を渦流室５からの噴流が通
過するタイミング及び拡散促進部13の先端部頂角（略α
に等しい。）によって空気利用率及び燃焼性が変化する
のである。
まず、拡散促進部13に対する噴流の通過タイミングであ
るが、これは噴孔６の角度θが小さくなるほど、または
拡散促進部13が噴孔６に接近するほど早くなり、同じく
角度θが大きくなるほど、または拡散促進部13が噴孔６
から離れるほど遅くなる。噴流の通過タイミングが過早
であると、これは噴流が拡散促進部13を乗り越える時期
が早いのであるから、それだけ側方キャビティ部14へと
流れるガス流の割合が減少してしまい、側方キャビティ
14部での空気利用が悪化する。また、拡散促進部13に対
する噴流の通過タイミングが遅すぎるときには、前記と
は逆に大キャビティ部12へのガス流の供給が不足してし
まい、大キャビティ部12での空気利用が悪化する。これ
に対して、後述するような適当なタイミングで噴流が拡
散促進部13を乗り越えるように設定すれば、膨張行程で
側方キャビティ部14と大キャビティ部12へと過不足なく
噴流を供給して空気利用を改善することができる。
るが、これは噴孔６の角度θが小さくなるほど、または
拡散促進部13が噴孔６に接近するほど早くなり、同じく
角度θが大きくなるほど、または拡散促進部13が噴孔６
から離れるほど遅くなる。噴流の通過タイミングが過早
であると、これは噴流が拡散促進部13を乗り越える時期
が早いのであるから、それだけ側方キャビティ部14へと
流れるガス流の割合が減少してしまい、側方キャビティ
14部での空気利用が悪化する。また、拡散促進部13に対
する噴流の通過タイミングが遅すぎるときには、前記と
は逆に大キャビティ部12へのガス流の供給が不足してし
まい、大キャビティ部12での空気利用が悪化する。これ
に対して、後述するような適当なタイミングで噴流が拡
散促進部13を乗り越えるように設定すれば、膨張行程で
側方キャビティ部14と大キャビティ部12へと過不足なく
噴流を供給して空気利用を改善することができる。
このような噴流の通過タイミングを、噴孔６の前縁部延
長線lfまたは後縁部延長線lr（第１図Ａ参照。）が拡散
促進部13の先端部を乗り越えるときのクランク角度で表
したものが第２図である。図において減衰点とは拡散促
進部13の先端部を前縁部延長線lfが乗り越えるときのク
ランク角度、終点とは同じく後縁部延長線lrが乗り越え
るときのクランク角度である。本出願人の実験によれ
ば、θ＝35゜で減衰点が18.9゜ATDC、終点が34.2゜ATDC
のとき（第２図の領域Ｉ）に最も良好に燃焼し、第３図
に示したように最大出力が得られるとともに、第４図に
示したようにスモーク性能が向上した。減衰点と終点の
適切な範囲としては、第３図に示した実験結果と角度θ
との関係から、減衰点については17〜21゜ATDC、終点に
ついては33〜35゜ATDCである。
長線lfまたは後縁部延長線lr（第１図Ａ参照。）が拡散
促進部13の先端部を乗り越えるときのクランク角度で表
したものが第２図である。図において減衰点とは拡散促
進部13の先端部を前縁部延長線lfが乗り越えるときのク
ランク角度、終点とは同じく後縁部延長線lrが乗り越え
るときのクランク角度である。本出願人の実験によれ
ば、θ＝35゜で減衰点が18.9゜ATDC、終点が34.2゜ATDC
のとき（第２図の領域Ｉ）に最も良好に燃焼し、第３図
に示したように最大出力が得られるとともに、第４図に
示したようにスモーク性能が向上した。減衰点と終点の
適切な範囲としては、第３図に示した実験結果と角度θ
との関係から、減衰点については17〜21゜ATDC、終点に
ついては33〜35゜ATDCである。
ところで、側方キャビティ部14または大キャビティ部12
へと噴流が流れる割合は、拡散促進部13の頂角によって
も影響を受ける。即ち、頂角が小さくなるほど側方キャ
ビティ部14への流れが減少するとともに大キャビティ部
12への流れが増大して空気利用の偏りが生じる。上記の
実験結果は、上死点位置にて噴孔６の前縁部延長線lfが
キャビティ部底面と交わる点Ｐと左右大キャビティ部12
の中心点Ｑとを結ぶ直線PQに沿って拡散促進部13の先端
外郭部13Aを形成したときのものである（第１図Ｂを参
照）。
へと噴流が流れる割合は、拡散促進部13の頂角によって
も影響を受ける。即ち、頂角が小さくなるほど側方キャ
ビティ部14への流れが減少するとともに大キャビティ部
12への流れが増大して空気利用の偏りが生じる。上記の
実験結果は、上死点位置にて噴孔６の前縁部延長線lfが
キャビティ部底面と交わる点Ｐと左右大キャビティ部12
の中心点Ｑとを結ぶ直線PQに沿って拡散促進部13の先端
外郭部13Aを形成したときのものである（第１図Ｂを参
照）。
なお、このとき前記直線PQが平面上で噴流中心線loとな
す角を（α/2）゜とするとき、α＝77゜であったが、こ
の条件に対応する頂角のまま拡散促進部13を第１図Ｂに
示した適正位置Ｉから移動させてIIの位置まで噴孔６に
近付けた場合、減衰点と終点に関しては噴孔角度θ＝33
゜のときと同等になるものの、破線で示したようにαが
実質的にα′＝92゜（第５図参照）まで拡大したのと同
様の作用を生じるため、噴流の左右方向への拡散が強ま
るとともに大キャビティ部14での旋回流が弱まって空気
利用が悪化してしまい、この結果第３図及び第４図に示
したように出力性能、スモーク性能ともに低下した。一
方、他の条件を適正範囲内に設定してαのみを変化させ
たときには第５図のような特性が得られ、この結果か
ら、（α/2）±２゜範の囲内であれば良好な燃焼性を維
持できることが判った。
す角を（α/2）゜とするとき、α＝77゜であったが、こ
の条件に対応する頂角のまま拡散促進部13を第１図Ｂに
示した適正位置Ｉから移動させてIIの位置まで噴孔６に
近付けた場合、減衰点と終点に関しては噴孔角度θ＝33
゜のときと同等になるものの、破線で示したようにαが
実質的にα′＝92゜（第５図参照）まで拡大したのと同
様の作用を生じるため、噴流の左右方向への拡散が強ま
るとともに大キャビティ部14での旋回流が弱まって空気
利用が悪化してしまい、この結果第３図及び第４図に示
したように出力性能、スモーク性能ともに低下した。一
方、他の条件を適正範囲内に設定してαのみを変化させ
たときには第５図のような特性が得られ、この結果か
ら、（α/2）±２゜範の囲内であれば良好な燃焼性を維
持できることが判った。
このように、本発明は噴孔６の角度θ及び拡散促進部13
の形状・位置を燃焼室全体の噴流の流れを考慮して適切
に設定したことを特徴とするものであり、これにより空
気利用率が著しく改善されるのであるが、さらには、次
のように側方キャビティ部14の面積比率と拡散促進部13
の幅比率を設定するのが好ましい。
の形状・位置を燃焼室全体の噴流の流れを考慮して適切
に設定したことを特徴とするものであり、これにより空
気利用率が著しく改善されるのであるが、さらには、次
のように側方キャビティ部14の面積比率と拡散促進部13
の幅比率を設定するのが好ましい。
側方キャビティ部14の面積比率とは、大キャビティ部12
を含む全キャビティ面積に対して、側方キャビティ部14
の面積が占める割合であり、本出願人の実験によれば、
第６図に示したようにこの面積比率を19.5〜22.5％の範
囲内に設定した場合に良好な燃焼性及び出力が得られ
た。なお、この場合側方キャビティ部14の面積は、大キ
ャビティ部12の外郭を拡散促進部13の方向に延長した仮
想の円弧を境界線として測定してある。ちなみに、噴孔
６を介して主燃焼室９へと噴出する燃焼ガスの噴流は、
ピストン３がほぼ上死点に位置する時点から側方キャビ
ティ部14へと拡散しはじめ、ピストン３の下降に伴って
大キャビティ部12に拡散してゆくから、側方キャビティ
部14の面積が小さすぎる場合にはピストン３が上死点近
傍に在って圧力、温度ともに高くて燃焼に適した状態で
あるにもかかわらず空気を充分に取り込むことができな
いことになり、それだけ主燃焼室９における前期の燃焼
が緩慢になってしまうのである。また、側方キャビティ
部14の面積が過大である場合には、前記と逆の作用によ
り噴流の大キャビティ部12への拡散が弱くなり、それだ
け主燃焼室９における後期の燃焼が緩慢になるのであ
り、やはり空気利用率は低下する。
を含む全キャビティ面積に対して、側方キャビティ部14
の面積が占める割合であり、本出願人の実験によれば、
第６図に示したようにこの面積比率を19.5〜22.5％の範
囲内に設定した場合に良好な燃焼性及び出力が得られ
た。なお、この場合側方キャビティ部14の面積は、大キ
ャビティ部12の外郭を拡散促進部13の方向に延長した仮
想の円弧を境界線として測定してある。ちなみに、噴孔
６を介して主燃焼室９へと噴出する燃焼ガスの噴流は、
ピストン３がほぼ上死点に位置する時点から側方キャビ
ティ部14へと拡散しはじめ、ピストン３の下降に伴って
大キャビティ部12に拡散してゆくから、側方キャビティ
部14の面積が小さすぎる場合にはピストン３が上死点近
傍に在って圧力、温度ともに高くて燃焼に適した状態で
あるにもかかわらず空気を充分に取り込むことができな
いことになり、それだけ主燃焼室９における前期の燃焼
が緩慢になってしまうのである。また、側方キャビティ
部14の面積が過大である場合には、前記と逆の作用によ
り噴流の大キャビティ部12への拡散が弱くなり、それだ
け主燃焼室９における後期の燃焼が緩慢になるのであ
り、やはり空気利用率は低下する。
次に、拡散促進部13の幅比率であるが、これは第１図Ｂ
に示したように拡散促進部13の幅をWM、左右ガイド部18
Aの間隔をWSとしたときにWM/WSで示される割合である。
ただし、WMは噴孔６の幅WTに略等しくするのが好ましい
ので、前記比率WM/WSは主としてWSの大きさによって調
整することになる。ここで、上述した側方キャビティ部
14の面積比率を適正値に維持したままWSを拡大するもの
とすると、それだけガイド部18Aの長さが短くなるか
ら、大キャビティ部12の旋回流に対する付勢作用が減少
してしまい、旋回流による空気利用が悪化する。また、
WSを小さくしすぎると大キャビティ部12の方向への流れ
の抵抗が増大するため一部の噴流が外郭18を乗り越えて
シリンダ壁に衝突し、この結果シリンダ壁のクエンチ層
で消炎してしまうのでやはり燃焼が悪化する。これに対
して、本出願人の実験によれば、側方キャビティ部14の
面積比率を20％で一定としたとき、第７図に示したよう
にWM/WSが27.5〜31.5％の範囲内で良い結果が得られ
た。なお、前記適正比率を維持しうる限りにおいて、WS
は左右の大キャビティ部12の中心間隔（Ｑ−Ｑ）に等し
くするのがさらに好ましい。
に示したように拡散促進部13の幅をWM、左右ガイド部18
Aの間隔をWSとしたときにWM/WSで示される割合である。
ただし、WMは噴孔６の幅WTに略等しくするのが好ましい
ので、前記比率WM/WSは主としてWSの大きさによって調
整することになる。ここで、上述した側方キャビティ部
14の面積比率を適正値に維持したままWSを拡大するもの
とすると、それだけガイド部18Aの長さが短くなるか
ら、大キャビティ部12の旋回流に対する付勢作用が減少
してしまい、旋回流による空気利用が悪化する。また、
WSを小さくしすぎると大キャビティ部12の方向への流れ
の抵抗が増大するため一部の噴流が外郭18を乗り越えて
シリンダ壁に衝突し、この結果シリンダ壁のクエンチ層
で消炎してしまうのでやはり燃焼が悪化する。これに対
して、本出願人の実験によれば、側方キャビティ部14の
面積比率を20％で一定としたとき、第７図に示したよう
にWM/WSが27.5〜31.5％の範囲内で良い結果が得られ
た。なお、前記適正比率を維持しうる限りにおいて、WS
は左右の大キャビティ部12の中心間隔（Ｑ−Ｑ）に等し
くするのがさらに好ましい。
（発明の効果） 以上の通り本発明によれば、渦流室からの燃焼ガスの噴
流を拡散促進部を介して側方キャビティ部とその前方の
大キャビティ部へと拡散させるようにした燃焼室構成を
前提として、噴孔の角度及び拡散促進部の形状・位置を
適切に設定することにより側方キャビティ部と大キャビ
ティ部とにガス噴流を分配するようにしたので、主燃焼
室の全域にわたって空気利用率を高められ、従って低負
荷運転時の未燃燃料分や高負荷運転時のスモークの排出
量が大幅に低減し、かつ出力が向上するという効果が得
られる。
流を拡散促進部を介して側方キャビティ部とその前方の
大キャビティ部へと拡散させるようにした燃焼室構成を
前提として、噴孔の角度及び拡散促進部の形状・位置を
適切に設定することにより側方キャビティ部と大キャビ
ティ部とにガス噴流を分配するようにしたので、主燃焼
室の全域にわたって空気利用率を高められ、従って低負
荷運転時の未燃燃料分や高負荷運転時のスモークの排出
量が大幅に低減し、かつ出力が向上するという効果が得
られる。
第１図Ａは本発明の一実施例の縦断面図、同図Ｂは同じ
くピストン頂部の平面図である。第２図〜第７図は前記
実施例の燃焼室形状の設定内容に関連する図面であっ
て、第２図は減衰点及び終点とクランク角度との関係を
示すタイミング図、第３図は噴孔角度θに対する出力特
性を示す特性線図、第４図は拡散促進部の位置によるス
モーク濃度の相違を燃料噴射量毎に示した特性線図、第
５図は拡散促進部の頂角に対する出力特性を示す特性線
図、第６図は側方キャビティの面積比率に対する出力特
性を示す特性線図、第７図は拡散促進部の幅比率に対す
る出力特性を示す特性線図である。第８図Ａは従来例の
縦断面図、同図Ｂは同じくピストン頂部の平面図であ
る。 ３……ピストン、５……渦流室、６……噴孔、８……ピ
ストン頂面、９……主燃焼室、12……大キャビティ部、
13……拡散促進部、13A……先端外郭部、14……側方キ
ャビティ部、17……大キャビティ部外郭、18……側方キ
ャビティ部外郭、18A……ガイド部、lo……噴流中心
線、lf……噴孔前縁部延長線、lr……噴孔後縁部延長
線。
くピストン頂部の平面図である。第２図〜第７図は前記
実施例の燃焼室形状の設定内容に関連する図面であっ
て、第２図は減衰点及び終点とクランク角度との関係を
示すタイミング図、第３図は噴孔角度θに対する出力特
性を示す特性線図、第４図は拡散促進部の位置によるス
モーク濃度の相違を燃料噴射量毎に示した特性線図、第
５図は拡散促進部の頂角に対する出力特性を示す特性線
図、第６図は側方キャビティの面積比率に対する出力特
性を示す特性線図、第７図は拡散促進部の幅比率に対す
る出力特性を示す特性線図である。第８図Ａは従来例の
縦断面図、同図Ｂは同じくピストン頂部の平面図であ
る。 ３……ピストン、５……渦流室、６……噴孔、８……ピ
ストン頂面、９……主燃焼室、12……大キャビティ部、
13……拡散促進部、13A……先端外郭部、14……側方キ
ャビティ部、17……大キャビティ部外郭、18……側方キ
ャビティ部外郭、18A……ガイド部、lo……噴流中心
線、lf……噴孔前縁部延長線、lr……噴孔後縁部延長
線。
Claims (1)
- 【請求項１】主燃焼室の縁部付近に渦流室からの噴孔を
開口させた渦流室式ディーゼル機関において、平面上の
噴孔の向きをその噴流中心線loがピストンの略中心部を
通るように設定するとともに、ピストン頂面に、ピスト
ン中心部付近の領域から略円形に広がる左右の大キャビ
ティ部と、噴孔の下方領域から分岐して各大キャビティ
部に連通する左右の側方キャビティ部とを形成し、この
側方キャビティ部を形成する外郭に側方キャビティ部を
通過する噴流を大キャビティ部に生起される旋回流に対
して接線方向から合流させるように案内するガイド部を
形成する一方、前記噴孔の前方に位置して該噴孔と対向
する略Ｖ字形状の先端外郭形状を有する拡散促進部を突
設し、かつピストンの下降過程で噴孔の前縁部延長線lf
並びに後縁部延長線lrが前記拡散促進部の先端部を乗り
越え始める点をそれぞれ減衰点並びに終点とするとき、
減衰点がクランク角度にして17〜21゜ATDC、終点が同じ
く33〜35゜ATDCの範囲内に在るように、噴孔が側面上で
ピストン頂面となす角度θもしくは拡散促進部の位置を
設定するとともに、上死点位置にて噴孔前縁部延長線lf
がキャビティ部底面と交わる点Ｐと、左右の大キャビテ
ィ部の中心点Ｑとを結ぶ直線PQが平面上で噴流中心線lo
となす角を（α/2）゜とするとき、（α/2）±２゜の範
囲内でＰ点から引いた直線に沿って前記拡散促進部の先
端外郭形状を設定したことを特徴とする渦流室式ディー
ゼル機関の燃焼室。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1088585A JPH0765509B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室 |
| US07/505,072 US5067457A (en) | 1989-04-07 | 1990-04-05 | Swirl chamber type diesel engine |
| DE69006074T DE69006074T2 (de) | 1989-04-07 | 1990-04-06 | Wirbelkammer-Dieselmotor. |
| EP90106603A EP0391426B1 (en) | 1989-04-07 | 1990-04-06 | Swirl chamber type diesel engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1088585A JPH0765509B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02267312A JPH02267312A (ja) | 1990-11-01 |
| JPH0765509B2 true JPH0765509B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=13946919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1088585A Expired - Fee Related JPH0765509B2 (ja) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | 渦流室式ディーゼル機関の燃焼室 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5067457A (ja) |
| EP (1) | EP0391426B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0765509B2 (ja) |
| DE (1) | DE69006074T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5417189A (en) * | 1993-03-08 | 1995-05-23 | Chrysler Corporation | High speed indirect injection diesel engine |
| WO2002099259A1 (en) * | 2001-06-06 | 2002-12-12 | Textron Lycoming | Improved cylinder assembly for an aircraft engine |
| CA2406204C (en) * | 2002-10-02 | 2004-06-08 | Westport Research Inc. | Method of reducing particulates and enhancing burning rate within a combustion chamber |
| DE10261181A1 (de) * | 2002-12-20 | 2004-07-01 | Daimlerchrysler Ag | Brennkraftmaschine mit Selbstzündung |
| US7387103B2 (en) * | 2003-11-19 | 2008-06-17 | Dan Merritt | Internal combustion engine |
| EP1692376B8 (en) * | 2003-11-19 | 2008-07-16 | Musi Engines Limited | Internal combustion engine |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50138403A (ja) * | 1974-04-20 | 1975-11-05 | ||
| JPS5459512A (en) * | 1977-10-20 | 1979-05-14 | Toyosha Co Ltd | Main combustion chamber of vortex chamber type diesel engine |
| JPS5778724A (en) * | 1980-11-04 | 1982-05-17 | Seiko Denki Seisakusho Kk | Cam switch |
| DE3520775A1 (de) * | 1984-06-12 | 1985-12-12 | Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa | Dieselmotor mit einer wirbelkammer und einer im kolbenboden eingeformten flammenverteilungsaussparung |
| US4785776A (en) * | 1986-08-08 | 1988-11-22 | Nissan Motor Co., Ltd. | Diesel engine having shaped flame dispersing recess in piston crown |
| JP2504505B2 (ja) * | 1988-02-03 | 1996-06-05 | 日産自動車株式会社 | 渦流室式ディ―ゼル機関の燃焼室 |
-
1989
- 1989-04-07 JP JP1088585A patent/JPH0765509B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-04-05 US US07/505,072 patent/US5067457A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-06 EP EP90106603A patent/EP0391426B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-06 DE DE69006074T patent/DE69006074T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0391426B1 (en) | 1994-01-19 |
| JPH02267312A (ja) | 1990-11-01 |
| DE69006074T2 (de) | 1994-05-19 |
| US5067457A (en) | 1991-11-26 |
| DE69006074D1 (de) | 1994-03-03 |
| EP0391426A1 (en) | 1990-10-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |