JPH08135449A - 直噴式エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

直噴式エンジンの燃焼室構造

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JPH08135449A
JPH08135449A JP6272618A JP27261894A JPH08135449A JP H08135449 A JPH08135449 A JP H08135449A JP 6272618 A JP6272618 A JP 6272618A JP 27261894 A JP27261894 A JP 27261894A JP H08135449 A JPH08135449 A JP H08135449A
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combustion chamber
central
curved surface
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泰浩 楪
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和也 横田
Mitsunori Kondo
光徳 近藤
Toshiharu Masuda
俊治 益田
Mina Hamazaki
美奈 濱崎
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料の着火後における火炎の伝播性を損なう
ことなく、燃料を効果的に気化させてスモークの発生を
抑制する。 【構成】 ピストン１の頂部に設けられたキャビティ２
の外周部に、燃料噴射ノズル４から吐出された燃料が吹
き付けられる燃料反射部６と、その下方に連続する環状
凹部７とを形成し、かつキャビティ２の中央部に、圧縮
行程において生成されたスキッシュ流Ｂを上記燃料反射
部側６に偏向させる中央突部８を設け、上記環状凹部７
と中央突部８とによって形成された空間部に、実質的な
絞りが形成されないように上記環状凹部７および中央突
部８の形状を設定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンに
おいて、燃料を燃焼室に直接噴霧する直噴式エンジンの
燃焼室構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特開昭６３−１６２９２５
号公報に示されるように、直噴式のディーゼルエンジン
において、ピストンの頂部に設けられたキャビティに、
燃料噴射ノズルから噴射された燃料をキャビティの上部
外周に向けて案内する案内面を構成する中央突部を形成
するとともに、この中央突部の周面に付着した燃料膜が
その下方に流入するのを防止するため、上記中央突部と
キャビティの外周部とによって形成される空間部にくび
れ部を形成することが行われている。
【０００３】また、直噴式のディーゼルエンジンにおい
て、図１０に示すように、ピストン１の頂部に設けられ
たキャビティ２の中央部に、突出量が比較的小さい山形
の突部１１を設け、圧縮行程において生成されたスキッ
シュ流Ｂの流れを上記突部１１によって案内することよ
り、上記突部１１の外周部に形成された環状凹部１２に
沿って流れる縦渦を形成するとともに、点火後の火炎を
上記環状凹部１２内に効果的に伝播させるように構成し
た燃焼室構造が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載された
燃焼室構造では、圧縮行程において生成されたスキッシ
ュ流を上記中央突部の頂面に当接させて外方側に偏向さ
せることにより、キャビティの上部に強い流れの縦渦を
形成することができるとともに、上記中央突部とキャビ
ティの外周部とによって形成された空間部内に導入され
た吸気流（スワール）の慣性モーメントを大きな値に維
持することができるため、燃料噴射ノズルから噴射され
た燃料を効率よく気化させ、スモークの発生を効果的に
抑制できるという利点がある。
【０００５】この反面、上記空間部に設けられたくびれ
部における絞り損失および熱損失により、機関効率が低
下するという問題がある。すなわち、燃料の着火後に火
炎がキャビティの下方部に伝播することが上記くびれ部
において阻害されるため、燃焼性が損なわれて機関効率
が低下することが避けられなかった。
【０００６】また、上記図１０に示す山形の突部１１を
形成した燃焼室構造においては、環状凹部１２の全体を
流れる縦渦により燃料噴射ノズル４から上記キャビティ
の上部外周に向けて噴射された燃料Ａが効果的に拡散、
混合され、良好な燃焼性が得られるという利点を有する
反面、上記スキッシュ流Ｂが山形の突部１２に案内され
ることによって形成される縦渦の旋回範囲が広いために
その流速が低下することが避けられず、燃料を効果的に
気化させることが困難であるという問題があった。
【０００７】さらに、上記環状凹部１２内に形成された
大きな縦渦によって燃料着火後における火炎の伝播効率
が過度に高くなると、燃焼室内の温度が著しく上昇して
ＮＯｘの排出量が増大するという問題があった。
【０００８】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、燃料の着火後における火炎の伝播性
を損なうことなく、燃料を効果的に気化させてスモーク
の発生を抑制することができる直噴式エンジンの燃焼室
構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
ピストンの頂部に設けられたキャビティ内に燃料を噴射
する燃料噴射ノズルを備えた直噴式エンジンの燃焼室構
造において、上記キャビティの外周部に、上記燃料噴射
ノズルから吐出された燃料が吹き付けられる燃料反射部
と、その下方に連続する環状凹部とを形成し、かつキャ
ビティの中央部に、圧縮行程において生成されたスキッ
シュ流を上記燃料反射部側に偏向させる中央突部を設
け、上記環状凹部と中央突部とによって形成された空間
部に、実質的な絞りが形成されないように上記環状凹部
および中央突部の形状を設定したものである。
【００１０】請求項２に係る発明は、上記請求項１記載
の直噴式エンジン燃焼室構造において、キャビティに設
けられた中央突部の上端面を曲面によって構成したもの
である。
【００１１】請求項３に係る発明は、上記請求項１また
は２記載の直噴式エンジン燃焼室構造において、キャビ
ティに設けられた環状凹部を曲面によって構成したもの
である。
【００１２】請求項４に係る発明は、上記請求項１記載
の直噴式エンジンの燃焼室構造において、キャビティに
設けられた中央突部の上端面を曲面によって構成すると
ともに、キャビティの環状凹部を曲面によって構成し、
かつ上記中央突部の上端面を構成する曲面の曲率半径を
環状凹部を構成する曲面の曲率半径の１．５倍〜２．５
倍の範囲内に設定したものである。
【００１３】請求項５に係る発明は、上記請求項３また
は４記載の直噴式エンジンの燃焼室構造において、キャ
ビティに設けられた中央突部と、環状凹部との接続部を
曲面によって形成したものである。
【００１４】請求項６に係る発明は、上記請求項１〜５
の何れかに記載の直噴式エンジンの燃焼室構造におい
て、キャビティに設けられた中央突部の上端面と、燃料
反射部との設置高さがほぼ等しくなるように、燃料反射
部を配設するとともに、中突部の突出量を設定したもの
である。
【００１５】請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６
の何れかに記載の直噴式エンジンの燃焼室構造であっ
て、キャビティの外周部に設けられた燃料反射部を、そ
の上端部において内方に突出するリップ部と、その下方
において外方側に凹入する環状凹部との間に配設したも
のである。
【００１６】請求項８に係る発明は、上記請求項１〜７
の何れかに記載の直噴式エンジンの燃焼室構造におい
て、キャビティの中央突部にスキッシュ流が案内される
ことによって形成されたキャビティ上層部の縦渦と、吸
気ポートから燃焼室の周辺部に沿って吸気が導入される
ことによって形成されたキャビティ下層部のスワールと
の境界部に、燃料反射部から反射された燃料が供給され
るように燃料反射部の反射角度を設定したものである。
【００１７】
【作用】上記請求項１記載の発明によれば、圧縮行程に
おいて生成されたスキッシュ流が中央突部に当接して燃
料反射部側に偏向されることにより、キャビティの上層
部で速い流れの縦渦が形成されるとともに、燃料の着火
後に火炎が環状凹部内に効果的に伝播されることにな
る。
【００１８】上記請求項２記載の発明によれば、圧縮行
程において生成されたスキッシュ流が中央突部によって
スムーズに案内されて強い流れの縦渦となり、この縦渦
がキャビティの上層部において形成されることになる。
【００１９】上記請求項３記載の発明によれば、環状凹
部内に吸気流が導入されることによって形成されるスワ
ールの慣性モーメントが高い値に維持されることにな
る。
【００２０】上記請求項４記載の発明によれば、中央突
部の上端面を構成する曲面の曲率半径が、上記環状凹部
を構成する曲面の曲率半径の１．５倍以上に設定されて
いるため、中央突部の大きさが十分に確保されて上記ス
キッシュ流が上記燃料反射部側に効果的に偏向されるこ
とになる。また、上記中央突部の曲率半径が環状凹部の
曲率半径の２．５以下に設定されているため、上記環状
凹部と中央突部とによって形成される空間部に、上部の
径が下部に比べて部分的に小さくなった実質的な絞り部
が形成されることが容易かつ確実に防止されることにな
る。
【００２１】上記請求項５記載の発明によれば、圧縮行
程において生成されたスキッシュ流が中央突部に案内さ
れることによって形成された上記縦渦と、環状凹部内に
おいて生成されたスワールとが上記接続部に沿ってスム
ーズに流れることになる。
【００２２】上記請求項６記載の発明によれば、圧縮行
程において生成されたスキッシュ流が中央突部に案内さ
れることにより形成された縦渦が燃料反射部に供給さ
れ、この燃料反射部に衝突して反射した燃料が上記縦渦
に接触して効果的に気化されることになる。
【００２３】上記請求項７記載の発明によれば、燃料噴
射ノズルから燃料反射部に噴射されて反射した燃料の舞
い上がりが、その上方に位置するリップ部によって抑制
されるとともに、上記燃料反射部と環状凹部との間に形
成された段部の存在により、上記燃料反射部に付着した
燃料が下方に流下することが抑制されることになる。
【００２４】上記請求項８記載の発明によれば、燃料反
射部から反射された燃料がキャビティ上層部の縦渦と、
キャビティ下部のスワールとの境界部において剪断作用
を受け、燃料の微粒化が促進されることになる。
【００２５】
【実施例】図１および図２は、本発明に係る直噴式エン
ジンの燃焼室構造の実施例を示している。エンジンの燃
焼室は、ピストン１の頂部に設けられたキャビティ２
と、シリンダヘッド３の下面との間に形成されている。
そして、上記シリンダヘッド３には、燃料噴射ノズル４
が燃焼室の中央上端部に臨むように設置され、この燃料
噴射ノズル４の燃料噴射孔から上記キャビティ２の上部
外周に向けて燃料が放射状に噴射されるようになってい
る。
【００２６】上記キャビティ２の外周部には、内方側に
突出するリップ部５と、その下方に位置する燃料反射部
６と、その下端部に連続する環状凹部７とが形成される
とともに、上記キャビティ２の中央部には、上方に突出
する中央突部８が形成されている。
【００２７】上記燃料反射部６は、リップ部５の外方に
凹入する湾曲面によって形成された段部からなり、この
燃料反射部６に上記燃料噴射ノズル４から矢印Ａ方向に
吐出された燃料が吹き付けられるように、燃料反射部６
の設置高さおよび燃料の噴射方向が設定されている。さ
らに、上記燃料反射部６に吹き付けられて反射した燃料
が、後述するようにキャビティ２の上層部において生成
される縦渦と、キャビティ２の下層部において生成され
るスワールとの境界部を指向するように、燃料反射部６
の反射角度が設定されている。
【００２８】また、上記環状凹部７は、その外周面およ
び底面が半径Ｒ１の曲面からなり、上記燃料反射部６の
外方側に凹入するように形成されるとともに、環状凹部
７の内周面、つまり上記環状凹部７と中央突部８との接
続部が半径Ｒ２の曲面によって形成されている。そし
て、上記曲面によって環状凹部７と中央突部８とが滑ら
かに連続するとともに、上記環状凹部７と中央突部８と
によって形成された空間部に実質的な絞り部が形成され
ないように構成されている。
【００２９】上記中央突部８は、上窄まりの円錐台状に
形成され、上記ピントン１の上昇に応じ、ピストン１の
上面外周部とシリンダヘッド３の下面との間において空
気が圧縮されることにより生成された矢印Ｂ方向のスキ
ッシュ流を上記燃料反射部６側に偏向させるように構成
されている。すなわち、上記スキッシュ流が中央突部８
の上端部に当接するようにその突出高さが設定されると
ともに、上記スキッシュ流を外方側に反転させるために
外下がりの傾斜面９が上記中央突部８の上端部に形成さ
れている。
【００３０】そして、上記ピストン１の上端面と上記中
央突部８の頂面との間隔Ｈ１は、環状凹部７を中心とし
て形成される燃焼室の容積を十分に確保しつつ、上記ス
キッシュ流Ｂを燃料反射部６側に効果的に偏向させるこ
とができるようにするため、上記環状凹部７の設置深さ
Ｈ２の４分１以下に設定されている。さらに、上記中央
突部８の上端面と、上記燃料反射部６との設置高さがほ
ぼ等しくなるように、上記燃料反射部６が配設されると
ともに、上記中央突部８の突出量が設定されている。
【００３１】また、上記環状凹部７と中央突部８とによ
って形成される空間部に、上部の径が下部に比べて部分
的に小さくなった実質的な絞り部が形成されるのを確実
に防止するため、上記接続部を構成する曲面の曲率半径
Ｒ２が、上記環状凹部７を構成する曲面の曲率半径Ｒ１
の１．５倍以上に設定されている。
【００３２】なお、上記シリンダヘッド３には、図示を
省略した吸気ポートおよび排気ポートが形成され、上記
吸気ポートから燃焼室の周辺部に沿って吸気が導入され
ることにより、上記環状凹部７内において渦流（スワー
ル）が形成されるようになっている。
【００３３】上記構成において、図１に示すように、ピ
ストン１が上昇した圧縮行程において、ピストン１の上
面外周部とシリンダヘッド３の下面との間において、空
気が圧縮されてスキッシュ流Ｂが生成される。そして、
このスキッシュ流Ｂが上記中央突部８の上端面に当接し
て外方側に反転し、上記スキッシュ流Ｂが燃料反射部６
の設置部に向けて偏向されることにより、キャビティ２
の上層部の限られたスペース内において強い流れの縦渦
が形成されることになる。
【００３４】そして、上記ピストン１が上死点近傍に上
昇した時点で、燃料噴射ノズル４から上記燃料反射部６
に向けて燃料Ａが噴射され、この燃料反射部６に衝突し
て反射した燃料が上記縦渦に接触することにより、効果
的に拡散、混合されて十分に気化した状態で、上記環状
凹部７内に徐々に導入される。この結果、上記燃料が燃
焼した後に、その火炎が上記キャビティ２の上層部から
上記環状凹部７内に伝播し、キャビティ２の全域に広が
ることになる。
【００３５】このようにキャビティ２の中央部に、上記
スキッシュ流Ｂを燃料反射部６側に偏向させる中央突部
８を形成したため、キャビティ２の上層部において強い
流れの縦渦を形成することができる。したがって、燃料
を空気中に拡散、混合させて燃料の気化を促進し、空気
利用率を高めてスモークの発生を効果的に抑制すること
ができる。
【００３６】また、上記環状凹部７と中央突部８とによ
って形成される空間部に、実質的な絞り部が形成される
ことのないように構成したため、キャビティ２に中央突
部８を設けて上記スキッシュ流Ｂを燃料反射部６側に偏
向させるように構成したにも拘らず、上記環状凹部７内
に火炎をスムーズに伝播させることができ、これによっ
て燃料を効果的に燃焼させて機関効率を向上させること
ができる。
【００３７】上記構成を採用することによる効果を確認
するため、図１および図２に示すように、キャビティ２
の上層部において流速の速い縦渦が形成されるように構
成された本発明例と、図１０に示すように、環状凹部１
２に沿って流れる流速の遅い縦渦が形成されるように構
成された比較例とにより、スモークの排出量およびＮＯ
ｘの排出量を測定する実験を行ったところ、図３および
図４に示すようなデータが得られた。
【００３８】上記実験データにより、本発明例では、図
３および図４の実線αで示すように、エンジン負荷の大
きな領域で発生するスモーク量が、破線βで示す比較例
に比べて著しく低減されるとともに、ＮＯｘの排出量も
比較例に比べて全体的に低減されていることが確認され
た。
【００３９】これは、本発明例のようにキャビティ２の
上層部において流速の速い縦渦を形成するように構成し
た場合には、燃料の気化が促進されてスモークの発生が
抑制され、かつ燃料着火後における火炎の伝播効率が過
度に高くなることが上記中央突部８の存在によって防止
されることにより、燃焼温度が著しく上昇することに起
因したＮＯｘの排出が抑制されるためであると考えられ
る。
【００４０】また、同様にしてエンジンの軸トルク、エ
ンジン出力および燃費率を測定する実験を行ったとこ
ろ、本発明例では、図５〜図７の実線αで示すようにな
り、かつ比較例では、破線βで示すようになり、上記エ
ンジンの軸トルクおよびエンジン出力については、それ
ぞれ本発明例が比較例よりも優れ、燃費率については、
本発明品と比較例とが同程度の性能を有していることが
確認された。
【００４１】また、上記のようにキャビティ２の外周部
に設けられた環状凹部７を曲面によって構成した場合に
は、吸気ポートから燃焼室の周辺部に沿って導入された
吸気の流れにより、図８に示すように、上記キャビティ
２の下層部において形成されたスワールＣを上記環状凹
部７に沿ってスムーズに流動させ、その慣性モーメント
を大きな値に維持することができる。
【００４２】そして、上記のように燃料反射部６に吹き
付けられて反射した燃料が、上記スキッシュ流Ｂによっ
てキャビティ２の上層部に形成された縦渦と、上記吸気
の流れによりキャビティ２の下層部に形成されたスワー
ルＣとの境界部に供給されるよう上記燃料反射部６の反
射角度を設定した場合には、上記境界部に供給された燃
料が、上記縦渦とスワールＣとの流速および流れ方向が
相違していることに起因して生じる剪断力を受け、燃料
の微粒化がさらに促進されて燃焼性が向上することが、
データ解析によって確認された。
【００４３】さらに、上記のようにキャビティ２に設け
られた環状凹部７と中央突部８との接続部を曲面によっ
て形成し、この接続部を滑らかに連続させるようにした
構成によると、圧縮行程において生成されたスキッシュ
流Ａからなる縦渦および上記環状凹部７内において生成
されたスワールＣの流れが、上記接続部において阻害さ
れるのを防止できるため、上記縦渦およびスワールＣの
慣性モーメントを大きな値に維持して空気利用率をさら
に効果的に向上させることができる。
【００４４】また、上記実施例では、環状凹部７と中央
突部８との接続部を構成する曲面の曲率半径Ｒ２を、上
記環状凹部７を構成する曲面の曲率半径Ｒ１の１．５倍
以上に設定したため、上記環状凹部７と中央突部８とに
よって形成される空間部に、上部の径が下部に比べて部
分的に小さくなった実質的な絞り部が形成されるのを容
易かつ確実に防止することができる。
【００４５】さらに、上記ピストン１の上端面と上記中
央突部８の頂面との間隔Ｈ１を、上記環状凹部７の設置
深さＨ２の４分１以下に設定した場合には、環状凹部７
を中心として形成される燃焼室の容積を十分に確保しつ
つ、上記スキッシュ流Ｂを燃料反射部６側に効果的に偏
向させることができる。
【００４６】そして、上記中央突部８の上端面と、上記
燃料反射部６との設置高さがほぼ等しくなるように、上
記燃料反射部６を配設するとともに、上記中央突部８の
突出量を設定することにより、上記燃料反射部６に吹き
付けられて反射した燃料を上記スキッシュ流Ｂによって
形成された縦渦に確実に接触させ、上記燃料を効果的に
気化させることができる。
【００４７】また、上記のように環状凹部７と中央突部
８との接続部を構成する曲面の曲率半径Ｒ２を、上記環
状凹部７を構成する曲面の曲率半径Ｒ１の１．５倍以上
に設定するとともに、上記ピストン１の上端面と中央突
部８の頂面との間隔Ｈ１を、上記環状凹部７の設置深さ
Ｈ２の４分１以下に設定するように構成した場合には、
上記燃焼室を設計する際のパラメータ数を低減し、燃焼
室の設計を容易に行うことができるという利点がある。
【００４８】さらに、上記実施例では、キャビティ２の
外周部に設けられた燃料反射部６を、その上端部におい
て内方に突出するリップ部５と、上記燃料反射部６の下
端部において外方側に凹入する環状凹部７との間に配設
したため、燃料噴射ノズル４から上記燃料反射部６に噴
射されて反射した燃料が舞い上がるのを上記リップ部５
によって効果的に抑制することができる。また、上記燃
料反射部６と環状凹部７との間に形成された段部に存在
により、上記燃料反射部６に付着した燃料が下方に流下
するのを抑制できるため、上記燃料を効率よく気化させ
ることができる。
【００４９】上記実施例では、上記燃料反射部６を湾曲
面によって構成したため、上記の位置に燃料反射部６を
配設してこの部分に段部が形成された場合においても、
この段部の存在によって上記縦渦の流れが阻害されるの
を効果的に防止できるという利点がある。
【００５０】なお、上記実施例では、円錐台状の中央突
部８を形成した例について説明したが、図９に示すよう
に、中央突部８の上端面を曲率半径Ｒ３の曲面によって
半球状に形成した構造としてもよい。このように構成し
た場合には、圧縮行程において生成されたスキッシュ流
Ａを上記中央突部８の上端面に沿ってスムーズに流動さ
せることができるため、上記スキッシュ流Ａによって形
成される縦渦の流速を増大させて燃料を空気中に拡散、
混合させて燃料の気化を促進し、空気利用率を高めてス
モークの発生をさらに効果的に抑制することができる。
【００５１】上記のように中央突部８の上端面を曲面に
よって形成した場合、この曲面の曲率半径Ｒ３を、上記
環状凹部７を構成する曲面の曲率半径Ｒ１の１．５倍〜
２．５倍の範囲内に設定することが望ましい。すなわ
ち、上記曲率半径Ｒ３が曲率半径Ｒ１の１．５倍未満と
なると、中央突部８の大きさが小さくなって矢印Ｂ方向
のスキッシュ流を上記燃料反射部６側に偏向させる作用
が損なわれ、また上記曲率半径Ｒ３が曲率半径Ｒ１の
２．５倍以上となると、上記環状凹部７と中央突部８と
によって形成される空間部に、上部の径が下部に比べて
部分的に小さくなった実質的な絞り部が形成されないよ
うに設計することが困難となるからである。
【００５２】そして、上記中央突部８の曲率半径Ｒ３を
環状凹部７の曲率半径Ｒ１の１．５倍〜２．５倍の範囲
内に設定することにより、上記燃焼室を設計する際のパ
ラメータ数をさらに低減してその設計を容易化すること
ができる。
【００５３】また、上記実施例においても、環状凹部７
等によって形成される燃焼室の容積を十分に確保しつ
つ、上記スキッシュ流Ｂの偏向作用が効果的に得られる
ようにするため、上記ピストン１の上端面と上記中央突
部８の頂面との間隔Ｈ１を、上記環状凹部７の設置深さ
Ｈ２の４分１以下に設定することが望ましい。
【００５４】さらに、上記スキッシュ流Ｂが上記中央突
部８の頂面に当接することによって形成された縦渦を燃
料反射部６に効果的に集中させるため、上記燃料反射部
６の設置高さと、上記中央突部８の突出量および上記燃
料反射部６の設置高さとがほぼ等しくなるように構成す
ることが望ましい。
【００５５】なお、上記環状凹部７を構成する曲面と、
中央突部８の上端面を構成する曲面とを滑らかに連続さ
せるために、上記環状凹部７と中央突部８との接続部を
曲率半径Ｒ２の曲面によって形成してもよく、あるいは
上記接続部を直線状の平面によって形成した構造として
もよい。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように請求項１に係る発明
は、圧縮行程において生成されたスキッシュ流を燃料反
射部側に偏向させる中央突部をキャビティの中央部に形
成したため、キャビティの上層部において強い流れの縦
渦を形成することにより、燃料を効率よく空気中に拡
散、混合させて燃料の気化を促進し、空気利用率を高め
てスモークの発生を効果的に抑制できるという利点があ
る。
【００５７】また、上記キャビティの外周部に形成され
た環状凹部と上記中央突部とによって形成される空間部
に、実質的な絞り部が形成されることのないように構成
したため、上記のようにキャビティに中央突部を設けて
上記スキッシュ流を燃料反射部側に偏向させるように構
成したにも拘らず、上記環状凹部内に対する火炎の伝播
が阻害されるのを防止でき、これによって燃料を効果的
に燃焼させて機関効率を向上させることができる。
【００５８】また、請求項２に係る発明は、キャビティ
に設けられた中央突部の上端面を曲面によって構成した
ため、圧縮行程において生成されたスキッシュ流を上記
中央突部の上端面に沿ってスムーズに流動させることに
より、上記縦渦の流速を増大させて燃料を効率よく空気
中に拡散、混合させて燃料の気化を促進し、空気利用率
を高めてスモークの発生をさらに効果的に抑制できると
いう利点がある。
【００５９】また、請求項３に係る発明は、上記キャビ
ティの外周部に設けられた環状凹部を曲面によって構成
したため、吸気ポートから燃焼室の周辺部に沿って導入
された吸気の流れにより、上記環状凹部内において生成
されるスワールの慣性モーメントを大きな値に維持し、
空気利用率を効果的に向上させることができる。
【００６０】また、請求項４に係る発明は、キャビティ
に設けられた中央突部の上端面を曲面によって構成する
とともに、キャビティの環状凹部を曲面によって構成
し、かつ上記中央突部の上端面を構成する曲面の曲率半
径を、環状凹部を構成する曲面の曲率半径の１．５倍〜
２．５倍の範囲内に設定したため、上記中央突部の大き
さが小さくなってスキッシュ流を上記燃料反射部側に偏
向させる作用が損なわれるのを防止するとともに、上記
環状凹部と中央突部とによって形成される空間部に、上
部の径が下部に比べて部分的に小さくなった実質的な絞
り部が形成されることのないように、燃焼室の形状を容
易に設計できるという利点がある。
【００６１】また、請求項５に係る発明は、キャビティ
に設けられた環状凹部と中央突部との接続部を曲面によ
って形成し、この接続部を滑らかに連続させるように構
成したため、圧縮行程において生成されたスキッシュ流
によって形成された縦渦および上記環状凹部内において
生成されたスワールの流れが、上記接続部において阻害
されるのを防止することができ、これによって上記縦渦
およびスワールの慣性モーメントを維持して空気利用率
をさらに効果的に向上させることができる。
【００６２】また、請求項６に係る発明は、上記中央突
部の上端面と、上記燃料反射部との設置高さがほぼ等し
くなるように、上記燃料反射部を配設するとともに、上
記中央突部の突出量を設定したため、上記燃料反射部に
吹き付けられて反射した燃料を上記スキッシュ流によっ
て形成された縦渦に確実に接触させ、上記燃料を効果的
に気化させることができるという利点がある。
【００６３】また、請求項７に係る発明は、キャビティ
の外周部に設けられた燃料反射部を、その上端部におい
て内方に突出するリップ部と、上記燃料反射部の下端部
において外方側に凹入する環状凹部との間に配設したた
め、燃料噴射ノズルから上記燃料反射部に噴射されて反
射した燃料が舞い上がるのを上記リップ部によって効果
的に抑制することができるとともに、上記燃料反射部に
付着した燃料が下方に流下することを上記燃料反射部と
環状凹部との間に形成された段部において阻止すること
により、上記燃料を効率よく気化させることができる。
【００６４】また、請求項８に係る発明は、燃料反射部
に吹き付けられて反射した燃料が、上記スキッシュ流に
よってキャビティの上層部に形成された縦渦と、上記吸
気の流れによりキャビティの下層部に形成されたスワー
ルとの境界部に供給されるように上記燃料反射部の反射
角度を設定したため、上記縦渦とスワールとの流速およ
び流れ方向が相違していることに起因して生じる剪断作
用により、上記境界部に供給された燃料の微粒化をさら
に促進して燃焼性を向上させることができるという利点
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る直噴式エンジンの燃焼室構造の実
施例を示す断面図である。
【図２】燃焼室のキャビティの構造を示す説明図であ
る。
【図３】スモーク排出量を測定する実験データを示すグ
ラフである。
【図４】ＮＯｘ排出量を測定する実験データを示すグラ
フである。
【図５】エンジンの軸トルクを測定する実験データを示
すグラフである。
【図６】エンジン出力を測定する実験データを示すグラ
フである。
【図７】燃費率を測定する実験データを示すグラフであ
る。
【図８】燃焼室内における燃料および空気の流れを示す
説明図である。
【図９】本発明の別の実施例を示す図２相当図である。
【図１０】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ピストン ２ キャビティ ４ 燃料噴射ノズル ６ 燃料反射部 ７ 環状凹部 ８ 中央突部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益田 俊治 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 濱崎 美奈 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストンの頂部に設けられたキャビティ
    内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを備えた直噴式エン
    ジンの燃焼室構造において、上記キャビティの外周部
    に、上記燃料噴射ノズルから吐出された燃料が吹き付け
    られる燃料反射部と、その下方に連続する環状凹部とを
    形成し、かつキャビティの中央部に、圧縮行程において
    生成されたスキッシュ流を上記燃料反射部側に偏向させ
    る中央突部を設け、上記環状凹部と中央突部とによって
    形成された空間部に、実質的な絞りが形成されないよう
    に上記環状凹部および中央突部の形状を設定したことを
    特徴とする直噴式エンジンの燃焼室構造。
  2. 【請求項２】 キャビティに設けられた中央突部の上端
    面を曲面によって構成したことを特徴とする請求項１記
    載の直噴式エンジンの燃焼室構造。
  3. 【請求項３】 キャビティに設けられた環状凹部を曲面
    によって構成したことを特徴とする請求項１または２記
    載の直噴式エンジン燃焼室構造。
  4. 【請求項４】 キャビティに設けられた中央突部の上端
    面を曲面によって構成するとともに、キャビティの環状
    凹部を曲面によって構成し、かつ上記中央突部の上端面
    を構成する曲面の曲率半径を環状凹部を構成する曲面の
    曲率半径の１．５倍〜２．５倍の範囲内に設定したこと
    を特徴とする請求項１記載の直噴式エンジンの燃焼室構
    造。
  5. 【請求項５】 キャビティに設けられた中央突部と、環
    状凹部との接続部を曲面によって形成したことを特徴と
    する請求項３または４記載の直噴式エンジンの燃焼室構
    造。
  6. 【請求項６】 キャビティに形成された中央突部の上端
    面と、燃料反射部との設置高さがほぼ等しくなるよう
    に、燃料反射部を配設するとともに、中突部の突出量を
    設定したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載
    の直噴式エンジンの燃焼室構造。
  7. 【請求項７】 キャビティの外周部に設けられた燃料反
    射部を、その上端部において内方に突出するリップ部
    と、その下方において外方側に凹入する環状凹部との間
    に配設したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記
    載の直噴式エンジンの燃焼室構造。
  8. 【請求項８】 キャビティの中央突部にスキッシュ流が
    案内されることによって形成されたキャビティ上層部の
    縦渦と、吸気ポートから燃焼室の周辺部に沿って吸気が
    導入されることによって形成されたキャビティ下層部の
    スワールとの境界部に、燃料反射部から反射された燃料
    が供給されるように燃料反射部の反射角度を設定したこ
    とを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の直噴式エ
    ンジンの燃焼室構造。
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* 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
US7441535B2 (en) 2004-10-14 2008-10-28 Yanmar Co., Ltd. Shape of combustion chamber for direct-injection diesel engine
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JP2017193997A (ja) * 2016-04-20 2017-10-26 株式会社デンソー ディーゼルエンジンの噴射制御装置
CN115405409A (zh) * 2022-09-20 2022-11-29 潍柴动力股份有限公司 一种燃烧室及气体发动机

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