JPH086591B2 - 直噴式ディーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

直噴式ディーゼル機関の燃焼室

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JPH086591B2
JPH086591B2 JP61055089A JP5508986A JPH086591B2 JP H086591 B2 JPH086591 B2 JP H086591B2 JP 61055089 A JP61055089 A JP 61055089A JP 5508986 A JP5508986 A JP 5508986A JP H086591 B2 JPH086591 B2 JP H086591B2
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piston
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0627Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion having additional bores or grooves machined into the piston for guiding air or charge flow to the piston bowl
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は内燃機関に係り、特に、直接噴射式ディーゼ
ル内燃機関の燃焼室を改良して、混合気の拡散性の向上
を計ると共に機関回転域の全域に亙ってスワール強度の
最適化を図った直噴式ディーゼル機関の燃焼室に関す
る。
[従来の技術] 一般に、直接噴射式ディーゼル内燃機関は第4図に示
すように、ピストンaの頂部にこれを窪ませて燃焼室b
を形成し、この燃焼室bの略中心に噴射ノズルcを配設
して、この噴射ノズルcに形成した複数の噴口dから燃
焼室b内に放射状に燃料噴霧Fを噴射し、その燃料噴霧
Fを燃焼室b内に生成されるスワールSによって拡散さ
せてそこに燃料と空気との混合気層Mを形成するように
している。
[発明が解決しようとする問題点] ところが、従来の直接噴射式ディーゼル内燃機関で
は、第4図に明らかなように、混合気層M−M間に燃料
噴霧Fが全く存在しない空気層Aが残存してしまい、そ
の空気層Aは混合気層Mの拡大形成に殆んで寄与し得ず
に利用不可能な空気と化してしまう問題があった。これ
は、燃料噴霧Fあるいは混合気層Mと空気層Aとがあま
り大きな相対速度差を持たずにスワールSによって燃焼
室b内を旋回してしまうためで、燃料噴霧Fあるいは混
合気層Mとが互いにその相対位置関係を保持したままに
なって、スワールSではもはや燃料噴霧Fを更に拡散さ
せて混合気層Mを拡大できなくなるからである。その結
果、燃料と空気との十分な混合が計れなくなり空気利用
率が不十分になって初期の機関性能(出力,トルク,燃
費,スモーク,CO,HC,NOx等)が得られなかった。
また、一般的に直接噴射式ディーゼル内燃機関では、
機関の低速回転域においてはスワールSの強度は高い事
が臨ましいが、その低速回転域でスワールSの強さが最
適になるようにスワール比を設定してしまうと、そのス
ワール比のままでは高速回転域でスワールSが強くなり
すぎてしまう欠点があった。
一方、実開昭54−169602号公報に「ディーゼルエンジ
ン用ピストン装置」の提案がなされている。この提案
は、第5図に示すように、ピストンaの本体に圧縮行程
中に生じる圧縮空気を、燃焼室b内にスラールSの方向
とは逆方向に送り込む噴流孔eを設けたものである。し
かしながらこの提案では、噴流孔eをただ単にスワール
Sの方向とは逆向きに形成しただけなので、機関回転速
度に応じてスワールSの調節はある程度期待できるが燃
焼室b内にスワールSと判別の旋回流を積極的に生成す
ることは難しく、燃料噴霧Fの拡散性を大幅に向上させ
ることは困難であった。
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、上記
スワールに加えて更に別の吸気の乱流を燃焼室内に有効
に作用させることができ、もって混合気層の拡散性を高
め得、かつスワールの強さを機関回転域の全域に亙って
最適にコントロールすることができる内燃機関を提供す
ることを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、ピストン頂部に形成された横断面略四角形
状の四つのコーナー部を有するキャビティ内に、吸気ポ
ートで作られたピストン周方向のスワールを導く直噴式
ディーゼル機関の燃焼室において、シリンダヘッドに、
上記各コーナー部のスワール上流側のキャビティ側壁へ
それぞれ燃料を噴射する燃料噴射ノズルを設けると共
に、ピストンに、一端が上記各コーナー部のスワール下
流側にキャビティ側壁に開口され他端がピストン頂面の
更にスワール下流側に開口された空気噴射孔を設けて構
成されている。
[作 用] 燃料噴射ノズルから噴射された燃料は、四角形状に形
成したキャビティの各コーナー部のスワール上流側のキ
ャビティ側壁に噴射衝突し、更に微粒化される。微粒化
された燃料は、キャビティ内に生成されるスワールに流
されてコーナー部のスワール下流側に流れていき、ここ
で空気噴出孔から噴出される空気によってスワールが乱
されると共にその空気噴流によってスワールとは別の旋
回流がコーナー部に生成され、その結果燃料が拡散され
て燃料と空気との混合気層が拡大される。また機関回転
が高速になる程、空気噴出孔からの空気噴流は強くな
り、その結果機関高速回転域でスワールの強さは低く抑
えられるようになる。
[実施例] 以下に、本発明に係る内燃機関の好適一実施例を添付
図面に基づき詳述する。
第1図及び第2図とに示すように、ピストン1の頂部
2にはこれを略垂直に窪ませて横断面が略多角形状のキ
ャビティ3(以下燃焼室3という)が形成される。本実
施例では燃焼室3の横断面は略正四角形状になってお
り、4つの平坦なキャビティ側壁4(厳密には平坦であ
る必要はない:以下垂直内壁面4という)は、それぞれ
円弧状の湾曲部5で結ばれてコーナー部6が形成されて
いる。また、燃焼室3の上縁の開口7には、上記垂直内
壁面4及びコーナー部6の湾曲面5から幅tだけ燃焼室
3の内方に突出されて形成されたリップ部8が設けられ
ており、このリップ部8によって燃焼室3の開口7は絞
られている。
また、燃焼室3の略中心部の上方には、シリンダヘッ
ド(図示せず)に取付けられて燃焼室3内に燃料を噴射
供給する燃料噴射ノズル9が配設される。この噴射ノズ
ル9は燃焼室3の各平坦な垂直内壁面4にそれぞれ燃料
を噴霧衝突させるために、その各垂直内壁面4に臨んで
これと同数の、即ち4つの噴口10を有しており、かつそ
の各副口10はそれらから噴射される燃料噴霧Fが各コー
ナー部6近傍のスワールS上流側の垂直内壁面4に衝突
するように方向づけられている。従って、各噴口10から
の燃料噴霧Fは、各垂直内壁面4に対して斜め方向から
衝突してスワールSの下流方向に反射流下するようにな
っている。
また燃焼室3の各コーナー部6には、上記噴射ノズル
9から噴射されてスワールSに流されて流下してくる燃
料噴霧Fを更に拡散させるための空気噴出孔11が設けら
れる。この空気噴出孔11は、ピストン頂部2を斜めに貫
通してコーナー部6とピストン頂部2aとを連通して設け
られ、一端の噴出口12は燃焼室3内のコーナー部6に近
接してそのコーナー部6より下流側の垂直内壁面4に開
口され、他端の導入口13はピストン頂面2aに開口され
て、圧縮行程中にシリンダ内に生じる圧縮空気を燃焼室
3内のコーナー部6に噴出させて燃焼室3内のスワール
Sを乱すようになっている。
また、上記空気噴出孔11はその噴出口12側の軸心が、
コーナー部6を挟んでスワールSの上流側に位置される
隣接した垂直内壁面4の燃料噴霧衝突部14に対してその
下方を臨んで形成され、その噴出口12から噴出する空気
噴流は燃焼室3の底部壁面15とコーナー部6の湾曲面5
及びリップ部8の下面8aとに案内されてコーナー部6に
上記スワールSとは反対の速度成分をもつ旋回流Tに発
生させるようになっている。
尚、第1図中において16は吸気ポート、17は排気ポー
トを示しており、吸気ポート16はヘリカル状のスワール
ポートとして形成されて燃焼室3内にスワールSを発生
させるようになっている。
次に作用について述べる。
以上のように、本実施例の燃焼室ではピストン頂部2
に形成する燃焼室3を四角形状にしてあるので、その各
平坦な垂直内壁面4にそれぞれ噴射ノズル9からの燃料
噴霧FをスワールSの下流側に斜めに噴射衝突させて燃
料を更に微粒化させると共にその微粒化した燃料をスワ
ールSの下流側に反射させてコーナー部6からこれに隣
接する下流側の平坦な垂直内壁面4に沿って広く拡散さ
せることができる。これにより、第4図の従来の燃焼室
bに比べてより大きな混合気層を発生させ得、前記空気
利用率を向上させることができる。
また、燃焼室3はリップ部8を有しているので、燃料
噴霧Fが上述のように垂直内壁面4に衝突して反射する
際に、上方の開口7から燃焼室3外へと飛散してしまう
ことを防止でき、微粒化した燃料を燃焼室3の下方へと
拡散させることができる。そして、微粒化した燃料の大
部分はリップ部8に覆われたコーナー部6に分布するの
で、逆スキッシュ流が作用しても簡単に燃焼室3外に飛
散してしまうことがなく、よって混合気がシリンダヘッ
ドやシリンダライナに塗着することによって生成される
スモークを可及的に低減できるようになる。
更に、本発明では燃焼室3のコーナー部6のスワール
下流側に空気噴出孔11を設けているので、圧縮行程の終
段において、ピストン1とシリンダヘッドとの間に挟ま
れる圧縮空気が噴出口12からコーナー部6に噴出され
る。このとき、このコーナー部6の上方には燃焼室3の
開口7を絞るリップ部8が形成されているので、その空
気噴流が噴出する平面は情報がリップ部8で覆われ、か
つ底部側壁15とコーナー部6の湾曲面5とで囲まれた状
態になっている。このためその空気噴流は、第2図に示
すように、それら底部壁面15,湾曲面5及びリップ部8
とに案内されてコーナー部6にスワールSとは別の旋回
流Tを生じさせる。また、空気噴流はピストン上面から
みると、第3図に示すように、スワールSに対して逆向
きの速度成分をもってその側方からコーナー部6に噴出
されるので、スワールSを乱してそのコーナー部6にそ
の水平面内において図示するような速度成分をもつ旋回
流Tを生じさせる。すなわち、燃料噴射ノズル9から噴
射されコーナー部6のスワール上流側のキャビティ側壁
4に当たって噴霧状にはねかえった燃料が、コーナー部
6のスワール下流側に開口された空気噴射孔11の噴出口
12から噴出される圧縮空気によって撹乱される。
また、空気噴流は機関回転速度が高くなる程強くなる
のでその高速回転域においてスワールSを阻害してその
強度を弱めるように作用し、オーバースワールを防止す
るように機能する。
従ってこれらのことにより、燃料噴霧Fは更に燃焼室
3内に広く拡散され、混合気層が拡大されて空気利用率
が高められ、機関の諸性能(出力,トルク,燃費,スモ
ーク,CO,HC,NOx等)を向上できるようになる。
尚、空気噴出孔11はその噴出口12側を導入口13側より
絞って形成し、これにより噴出される空気噴流を強化す
るようにしても良く、更にはその空気噴出孔11の内周面
に螺旋状の溝を形成するようにしても良い。
[発明の効果] 以上要するに、本発明によれば、ピストン頂部に形成
するキャビティの横断面形状を四角形状となし、これに
より形成されるコーナー部のスワール上流側に向けて燃
料を噴射し、コーナー部のスワール下流側に圧縮行程の
終段に空気を噴出する空気噴出孔を設けたので、コーナ
ー部においてスワール上流側のキャビティ側壁に当たっ
て噴霧状にはねかえった燃料がスワール下流側に開口さ
れた空気噴射孔から噴出される圧縮空気によって撹乱さ
れ、そのコーナー部にスワールとは別の旋回流を発生さ
せることができ、もって燃料噴霧の拡散性を大幅に向上
させて混合気層を拡大し空気利用率を高めることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る内燃機関のピストン頂部を示す平
面図、第2図は第1図中のII−II線矢視断面図、第3図
は第1図中のコーナー部を示す部分図で、コーナー部に
発生するスワールとは別の旋回流を説明する図、第4図
と第5図はそれぞれ従来の内燃機関のピストン頂部を示
す平面図である。 図中、2はピストン頂部、3はキャビティとしての燃焼
室、4はキャビティ側壁としての垂直内壁面、6はコー
ナー部、9は燃料噴射ノズル、11は空気噴出孔である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ピストン頂部に形成された横断面略四角形
    状の四つのコーナー部を有するキャビティ内に、吸気ポ
    ートで作られたピストン周方向のスワールを薄く直噴式
    ディーゼル機関の燃焼室において、シリンダヘッドに、
    上記各コーナー部のスワール上流側のキャビティ側壁へ
    それぞれ燃料を噴射する燃料噴射ノズルを設けると共
    に、ピストンに、一端が上記各コーナー部のスワール下
    流側のキャビティ側壁に開口され他端がピストン頂面の
    更にスワール下流側に開口された空気噴射孔を設けたこ
    とを特徴とする直噴式ディーゼル機関の燃焼室。
  2. 【請求項2】上記キャビティに、その開口を絞るリップ
    部を設けたことを特徴とする上記特許請求の範囲第1項
    記載の直噴式ディーゼル機関の燃焼室。
  3. 【請求項3】上記空気噴射孔が、スワールの上流側に位
    置する隣接したキャビティ側壁の下方を臨んで形成され
    たことを特徴とする上記特許請求の範囲第2項記載の直
    噴式ディーゼル機関の燃焼室。
JP61055089A 1986-03-14 1986-03-14 直噴式ディーゼル機関の燃焼室 Expired - Lifetime JPH086591B2 (ja)

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