JPH11190217A - 直噴式ディーゼルエンジン - Google Patents
直噴式ディーゼルエンジンInfo
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- JPH11190217A JPH11190217A JP10209269A JP20926998A JPH11190217A JP H11190217 A JPH11190217 A JP H11190217A JP 10209269 A JP10209269 A JP 10209269A JP 20926998 A JP20926998 A JP 20926998A JP H11190217 A JPH11190217 A JP H11190217A
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- Japan
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- diesel engine
- combustion chamber
- inner diameter
- piston
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
- F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
- F02F1/38—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of overhead valve type
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0618—Other 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
- F02B23/0621—Squish flow
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- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
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- F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
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- F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
- F02B23/0654—Thermal treatments, e.g. with heating elements or local cooling
- F02B23/0657—Thermal treatments, e.g. with heating elements or local cooling the spray interacting with one or more glow plugs
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- F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
- F02F2001/247—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated in parallel with the cylinder axis
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ガス流動を強化できる直噴式のディーゼルエン
ジンに適した燃焼室を提供する。 【解決手段】シリンダ２の内径Ｂに対するキャビティ５
の最大内径Ｄｃの比Ｄｃ／Ｂを０．６以下の範囲に設定
し、ピストン４の冠面１５に対するキャビティ５の開口
断面に尖角化したリップ角部１８を形成する。これによ
り、ピストン上死点付近でのスキッシュ作用を高め、か
つリップ角部１８によりガス流の乱れを生起し、燃焼室
内でのガス流動を強くし、燃料と空気の混合性能を改善
する。
ジンに適した燃焼室を提供する。 【解決手段】シリンダ２の内径Ｂに対するキャビティ５
の最大内径Ｄｃの比Ｄｃ／Ｂを０．６以下の範囲に設定
し、ピストン４の冠面１５に対するキャビティ５の開口
断面に尖角化したリップ角部１８を形成する。これによ
り、ピストン上死点付近でのスキッシュ作用を高め、か
つリップ角部１８によりガス流の乱れを生起し、燃焼室
内でのガス流動を強くし、燃料と空気の混合性能を改善
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴式ディーゼル
エンジンにおいて、燃焼室の形状に関するものである。
エンジンにおいて、燃焼室の形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンの低公害化お
よび高出力化の要求が強まっており、燃焼室の形状につ
いて種々の提案がなされている。
よび高出力化の要求が強まっており、燃焼室の形状につ
いて種々の提案がなされている。
【０００３】従来の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室
として、例えば図８に示すようなものがある(特開平８
−９３５５０号公報、参照)。
として、例えば図８に示すようなものがある(特開平８
−９３５５０号公報、参照)。
【０００４】これについて説明すると、ピストン４の冠
面１５に凹状に窪むキャビティ５は、ピストン冠面１５
に対して円筒状に開口する入口部１２と、入口部１２に
対して凹状に窪む窪み部１３と、その底部中央から隆起
する隆起部１４によって画成される。
面１５に凹状に窪むキャビティ５は、ピストン冠面１５
に対して円筒状に開口する入口部１２と、入口部１２に
対して凹状に窪む窪み部１３と、その底部中央から隆起
する隆起部１４によって画成される。
【０００５】噴射ノズル７はシリンダ中心線上に配置さ
れ、キャビティ５の中央に臨んでいる。噴射ノズル７は
燃料噴霧をキャビティ５の窪み部１３に向けて放射状に
噴射するようになっている。
れ、キャビティ５の中央に臨んでいる。噴射ノズル７は
燃料噴霧をキャビティ５の窪み部１３に向けて放射状に
噴射するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの燃焼室の構
造では、キャビティ５の入口径が比較的大きいため、燃
焼室内にピストン冠面１５と天井壁との間から空気を押
し込むスキッシュ作用がそれほど強まらず、このためキ
ャビティ内に強力なガス流動を生起することが難しかっ
た。また、ピストン圧縮上死点付近でキャビティ内にス
キッシュに作用により押し込まれる空気流、あるいはピ
ストンが上死点から下がり始めることで、キャビティ５
から流出するガス流に対して、キャビティの入口角部は
流れの抵抗となり、乱れを起こさせ、一般にはこの乱れ
が大きくなるほど、空気と燃料の混合が良好となるので
あるが、キャビティ入口断面の角部には比較的大きな円
弧部が形成されているため、キャビティへの流入、流出
ガス流に対する抵抗が小さく、乱流の発生効果が少なか
った。
造では、キャビティ５の入口径が比較的大きいため、燃
焼室内にピストン冠面１５と天井壁との間から空気を押
し込むスキッシュ作用がそれほど強まらず、このためキ
ャビティ内に強力なガス流動を生起することが難しかっ
た。また、ピストン圧縮上死点付近でキャビティ内にス
キッシュに作用により押し込まれる空気流、あるいはピ
ストンが上死点から下がり始めることで、キャビティ５
から流出するガス流に対して、キャビティの入口角部は
流れの抵抗となり、乱れを起こさせ、一般にはこの乱れ
が大きくなるほど、空気と燃料の混合が良好となるので
あるが、キャビティ入口断面の角部には比較的大きな円
弧部が形成されているため、キャビティへの流入、流出
ガス流に対する抵抗が小さく、乱流の発生効果が少なか
った。
【０００７】これらの結果、ガス流動にもとづいての燃
料の空気利用率を上げるには限度があり、それだけ燃焼
改善もままならなかった。
料の空気利用率を上げるには限度があり、それだけ燃焼
改善もままならなかった。
【０００８】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、直噴式ディーゼルエンジンに適した燃焼室を
提供することを目的とする。
のであり、直噴式ディーゼルエンジンに適した燃焼室を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の直噴式
ディーゼルエンジンは、ピストンの冠面に凹状に窪むキ
ャビティと、ピストンの冠面およびキャビティとの間で
燃焼室を画成する燃焼室天井壁と、燃焼室天井壁に取付
けられて燃料をキャビティに向けて噴射する噴射ノズル
とを備える直噴式ディーゼルエンジンにおいて、前記シ
リンダの内径Ｂに対する前記キャビティの最大内径ＤC
の比ＤC／Ｂを０．６以下の範囲に設定し、ピストンの
冠面に対するキャビティの開口断面に尖角化したリップ
角部を形成するものとした。
ディーゼルエンジンは、ピストンの冠面に凹状に窪むキ
ャビティと、ピストンの冠面およびキャビティとの間で
燃焼室を画成する燃焼室天井壁と、燃焼室天井壁に取付
けられて燃料をキャビティに向けて噴射する噴射ノズル
とを備える直噴式ディーゼルエンジンにおいて、前記シ
リンダの内径Ｂに対する前記キャビティの最大内径ＤC
の比ＤC／Ｂを０．６以下の範囲に設定し、ピストンの
冠面に対するキャビティの開口断面に尖角化したリップ
角部を形成するものとした。
【００１０】請求項２に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１に記載の発明において、燃焼室天井壁に
取付けられて燃焼室を予熱するグロプラグと、前記キャ
ビティ入口部の一部にグロープラグとの干渉を避ける切
欠き部を形成するものとした。
ンは、請求項１に記載の発明において、燃焼室天井壁に
取付けられて燃焼室を予熱するグロプラグと、前記キャ
ビティ入口部の一部にグロープラグとの干渉を避ける切
欠き部を形成するものとした。
【００１１】請求項３に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１または２に記載の発明において、前記シ
リンダの内径Ｂに対する前記キャビティの最大内径ＤC
の比ＤC／Ｂを０．５≦ＤC／Ｂ≦０．６の範囲に設定す
るものとした。
ンは、請求項１または２に記載の発明において、前記シ
リンダの内径Ｂに対する前記キャビティの最大内径ＤC
の比ＤC／Ｂを０．５≦ＤC／Ｂ≦０．６の範囲に設定す
るものとした。
【００１２】請求項４に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１から３に記載の発明において、前記キャ
ビティの最大内径ＤCに対する入口部の最小内径ＤLの比
ＤL／ＤCを０．８≦ＤL／ＤC≦０．９の範囲に設定する
ものとした。
ンは、請求項１から３に記載の発明において、前記キャ
ビティの最大内径ＤCに対する入口部の最小内径ＤLの比
ＤL／ＤCを０．８≦ＤL／ＤC≦０．９の範囲に設定する
ものとした。
【００１３】請求項５に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１から４に記載の発明において、前記キャ
ビティは、ピストン冠面に対して円筒状に開口する入口
部と、入口部に対して凹状に窪む窪み部と、その底部中
央から隆起する隆起部とを有し、キャビティの最大深さ
Ｈに対する隆起部の最小深さｈの比ｈ／Ｈを略０．３≦
ｈ／Ｈ≦０．４の範囲に設定するものとした。
ンは、請求項１から４に記載の発明において、前記キャ
ビティは、ピストン冠面に対して円筒状に開口する入口
部と、入口部に対して凹状に窪む窪み部と、その底部中
央から隆起する隆起部とを有し、キャビティの最大深さ
Ｈに対する隆起部の最小深さｈの比ｈ／Ｈを略０．３≦
ｈ／Ｈ≦０．４の範囲に設定するものとした。
【００１４】請求項６に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１から５に記載の発明において、前記リッ
プ角部の断面を略０．２ｍｍの曲率半径をもつ円弧状に
形成するものとした。
ンは、請求項１から５に記載の発明において、前記リッ
プ角部の断面を略０．２ｍｍの曲率半径をもつ円弧状に
形成するものとした。
【００１５】請求項７に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンは、請求項１から５に記載の発明において、前記リッ
プ角部の断面を略０．２ｍｍの面取り幅をもつ面取りを
施すものとした。
ンは、請求項１から５に記載の発明において、前記リッ
プ角部の断面を略０．２ｍｍの面取り幅をもつ面取りを
施すものとした。
【００１６】
【発明の作用および効果】請求項１に記載の直噴式ディ
ーゼルエンジンにおいて、シリンダの内径Ｂに対するキ
ャビティの最大内径ＤCの比ＤC／Ｂを０．６以下の小さ
い範囲に設定したので、キャビティが小径化され、ピス
トン圧縮上死点付近において、キャビティ周囲の広い領
域からキャビティ内に向けて強いスキッシュ作用により
大量の空気を押し込み、これによりキャビティ内に強い
ガス流動を生起することができる。
ーゼルエンジンにおいて、シリンダの内径Ｂに対するキ
ャビティの最大内径ＤCの比ＤC／Ｂを０．６以下の小さ
い範囲に設定したので、キャビティが小径化され、ピス
トン圧縮上死点付近において、キャビティ周囲の広い領
域からキャビティ内に向けて強いスキッシュ作用により
大量の空気を押し込み、これによりキャビティ内に強い
ガス流動を生起することができる。
【００１７】さらにキャビティ入口部のリップ角部を尖
角化したので、スキッシュによりキャビテイに流入する
ガス流に乱れを起こしやすく、また、ピストンが下がり
始めるときにキャビティから流出するガス流にも、同じ
く乱れを生起させることができ、これらが相俟って、空
気と燃料の混合が良好になり、つまり燃料の空気利用率
が高まり、スモークの発生を効果的に抑制し、かつエン
ジン出力の向上も図れる。
角化したので、スキッシュによりキャビテイに流入する
ガス流に乱れを起こしやすく、また、ピストンが下がり
始めるときにキャビティから流出するガス流にも、同じ
く乱れを生起させることができ、これらが相俟って、空
気と燃料の混合が良好になり、つまり燃料の空気利用率
が高まり、スモークの発生を効果的に抑制し、かつエン
ジン出力の向上も図れる。
【００１８】請求項２に記載のディーゼルエンジンにお
いては、キャビティ入口部の一部にグロープラグとの干
渉を避ける切欠き部を形成することにより、キャビティ
の内径がグロープラグの取付け位置によって制約される
ことがなくなる。このことは換言すると、キャビティの
内径に合わせて、グロープラグを燃焼室中央の狭い範囲
に配置する必要がなくなり、それだけ取付位置の選択が
容易となる。また、燃焼ガスにさらされて高温となるリ
ップ角部に対して凹状に窪むグロープラグとの干渉を避
ける切欠き部を形成することで、この切欠き部がリップ
角部に生じる熱的な応力の集中を緩和し、断面を尖角化
したリップ角部の耐久性の向上にも寄与する。
いては、キャビティ入口部の一部にグロープラグとの干
渉を避ける切欠き部を形成することにより、キャビティ
の内径がグロープラグの取付け位置によって制約される
ことがなくなる。このことは換言すると、キャビティの
内径に合わせて、グロープラグを燃焼室中央の狭い範囲
に配置する必要がなくなり、それだけ取付位置の選択が
容易となる。また、燃焼ガスにさらされて高温となるリ
ップ角部に対して凹状に窪むグロープラグとの干渉を避
ける切欠き部を形成することで、この切欠き部がリップ
角部に生じる熱的な応力の集中を緩和し、断面を尖角化
したリップ角部の耐久性の向上にも寄与する。
【００１９】請求項３に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいては、シリンダの内径Ｂに対するキャビティの
最大内径ＤCの比ＤC／Ｂを０．５≦ＤC／Ｂ≦０．６の
範囲に設定することにより、キャビティ形状によって決
まる燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化し、リップ
角部の断面を尖角化して燃焼室に生起されるガス流動を
強める効果と相俟って、空気利用率を高め、スモークの
発生量を抑えるとともに、出力性能の向上がはかれる。
ンにおいては、シリンダの内径Ｂに対するキャビティの
最大内径ＤCの比ＤC／Ｂを０．５≦ＤC／Ｂ≦０．６の
範囲に設定することにより、キャビティ形状によって決
まる燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化し、リップ
角部の断面を尖角化して燃焼室に生起されるガス流動を
強める効果と相俟って、空気利用率を高め、スモークの
発生量を抑えるとともに、出力性能の向上がはかれる。
【００２０】請求項４に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいては、キャビティの最大内径ＤCに対する入口
部の最小内径ＤLの比ＤL／ＤCを０．８≦ＤL／ＤC≦
０．９の範囲に設定することにより、キャビティ形状に
よって決まる燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化
し、リップ角部の断面を尖角化して燃焼室に生起される
ガス流動を強める効果と相俟って、空気利用率を高め、
スモークの発生量を抑えるとともに、出力性能の向上が
はかれる。
ンにおいては、キャビティの最大内径ＤCに対する入口
部の最小内径ＤLの比ＤL／ＤCを０．８≦ＤL／ＤC≦
０．９の範囲に設定することにより、キャビティ形状に
よって決まる燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化
し、リップ角部の断面を尖角化して燃焼室に生起される
ガス流動を強める効果と相俟って、空気利用率を高め、
スモークの発生量を抑えるとともに、出力性能の向上が
はかれる。
【００２１】請求項５に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいては、キャビティの最大深さＨに対する隆起部
の最小深さｈの比ｈ／Ｈを略０．３≦ｈ／Ｈ≦０．４の
範囲に設定することにより、キャビティ形状によって決
まる燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化し、リップ
角部の断面を尖らせて燃焼室に生起されるガス流動を強
める効果と相俟って、空気利用率を高め、スモークの発
生量を抑えるとともに、出力性能の向上がはかれる。
ンにおいては、キャビティの最大深さＨに対する隆起部
の最小深さｈの比ｈ／Ｈを略０．３≦ｈ／Ｈ≦０．４の
範囲に設定することにより、キャビティ形状によって決
まる燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化し、リップ
角部の断面を尖らせて燃焼室に生起されるガス流動を強
める効果と相俟って、空気利用率を高め、スモークの発
生量を抑えるとともに、出力性能の向上がはかれる。
【００２２】請求項６に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいては、リップ角部の曲率半径Ｒを機械加工によ
って形成することが可能な最小値として０．２ｍｍに設
定することで、リップ角部の断面の尖角化の効果を維持
しつつも、その熱負荷に対する耐久性の向上が図れる。
ンにおいては、リップ角部の曲率半径Ｒを機械加工によ
って形成することが可能な最小値として０．２ｍｍに設
定することで、リップ角部の断面の尖角化の効果を維持
しつつも、その熱負荷に対する耐久性の向上が図れる。
【００２３】請求項７に記載の直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいては、リップ角部の面取り幅Ｃを機械加工が可
能な範囲で最小値として略０．２ｍｍに設定すること
で、リップ角部の断面の尖角化による効果を維持しつつ
も、その熱負荷に対する耐久性の向上が図れる。
ンにおいては、リップ角部の面取り幅Ｃを機械加工が可
能な範囲で最小値として略０．２ｍｍに設定すること
で、リップ角部の断面の尖角化による効果を維持しつつ
も、その熱負荷に対する耐久性の向上が図れる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。
面に基づいて説明する。
【００２５】図４において、１はシリンダブロック、２
はシリンダ、４はピストン、６はシリンダヘッド、８は
シリンダヘッド６に形成された吸気ポート、９は吸気ポ
ート８を開閉する吸気バルブ、１０はシリンダヘッド６
に形成された排気ポート、１１は排気ポートを開閉する
排気バルブである。
はシリンダ、４はピストン、６はシリンダヘッド、８は
シリンダヘッド６に形成された吸気ポート、９は吸気ポ
ート８を開閉する吸気バルブ、１０はシリンダヘッド６
に形成された排気ポート、１１は排気ポートを開閉する
排気バルブである。
【００２６】シリンダヘッド６はピストン４との間で燃
焼室を画成する燃焼室天井壁２１を有する。燃焼室天井
壁２１には燃焼室に燃料を放射状に噴射する噴射ノズル
７が設置される。
焼室を画成する燃焼室天井壁２１を有する。燃焼室天井
壁２１には燃焼室に燃料を放射状に噴射する噴射ノズル
７が設置される。
【００２７】燃焼室天井壁２１には噴射ノズル７を取り
囲むように２本の吸気バルブ９と、２本の排気バルブ１
１がそれぞれ設けられる。ピストン４が下降する吸気行
程で各吸気バルブ９が開かれるのに伴って各吸気ポート
８からシリンダ２に空気を吸入し、この空気をピストン
４で圧縮し、ピストン４が上死点の近傍に達するときに
噴射ノズル７から噴射される燃料を着火燃焼させる。燃
焼したガスはピストン４が上昇する行程で各排気バルブ
１１が開かれるのに伴って各排気ポート１０へ排出され
る。これらの各行程が連続して繰り返され、ピストン４
の往復運動がコンロッド３を介してクランクシャフトの
回転運動に変換される。
囲むように２本の吸気バルブ９と、２本の排気バルブ１
１がそれぞれ設けられる。ピストン４が下降する吸気行
程で各吸気バルブ９が開かれるのに伴って各吸気ポート
８からシリンダ２に空気を吸入し、この空気をピストン
４で圧縮し、ピストン４が上死点の近傍に達するときに
噴射ノズル７から噴射される燃料を着火燃焼させる。燃
焼したガスはピストン４が上昇する行程で各排気バルブ
１１が開かれるのに伴って各排気ポート１０へ排出され
る。これらの各行程が連続して繰り返され、ピストン４
の往復運動がコンロッド３を介してクランクシャフトの
回転運動に変換される。
【００２８】図１にも示すように、ピストン４の冠面１
５に凹状に窪むキャビティ５が形成される。噴射ノズル
７はシリンダ中心線上に配置され、キャビティ５の中央
に臨んでいる。
５に凹状に窪むキャビティ５が形成される。噴射ノズル
７はシリンダ中心線上に配置され、キャビティ５の中央
に臨んでいる。
【００２９】噴射ノズル７は、中空の筒状ノズルボディ
の内部にニードル（針弁）が収装され、燃料ポンプから
通路を介してエンジン回転に同期して圧送される燃料圧
力に応じてニードルがノズルボディのシート部からリフ
トして燃料噴射を行い、ニードルがノズルボディのシー
ト部に着座することにより、燃料噴射を終了するように
なっている。噴射ノズル７は燃料を噴射する複数の噴口
を有し、各噴口から燃料噴霧をキャビティ５に向けて放
射状に噴射するようになっている。
の内部にニードル（針弁）が収装され、燃料ポンプから
通路を介してエンジン回転に同期して圧送される燃料圧
力に応じてニードルがノズルボディのシート部からリフ
トして燃料噴射を行い、ニードルがノズルボディのシー
ト部に着座することにより、燃料噴射を終了するように
なっている。噴射ノズル７は燃料を噴射する複数の噴口
を有し、各噴口から燃料噴霧をキャビティ５に向けて放
射状に噴射するようになっている。
【００３０】燃焼室天井壁２１には燃焼室を予熱するグ
ロープラグ２０が設置される。グロープラグ２０は冷間
始動時などで、エンジンを起動する前から通電されるこ
とにより発熱し、エンジン起動時に噴射ノズル７から噴
射される燃料噴霧、空気を加熱することにより、着火さ
せるようになっている。
ロープラグ２０が設置される。グロープラグ２０は冷間
始動時などで、エンジンを起動する前から通電されるこ
とにより発熱し、エンジン起動時に噴射ノズル７から噴
射される燃料噴霧、空気を加熱することにより、着火さ
せるようになっている。
【００３１】ピストン４の冠面１５と燃焼室天井壁２１
は、シリンダ中心線に対して直交する平面状に形成され
る。ピストン冠面１５は、キャビティ５のまわりに環状
に広がり、ピストン４が上死点付近に到達するとき、シ
リンダヘッド６の燃焼室天井壁２１の間でシリンダ２内
の空気を圧縮してキャビティ５に流入するスキッシュ流
を生起するスキッシュエリアを構成する。
は、シリンダ中心線に対して直交する平面状に形成され
る。ピストン冠面１５は、キャビティ５のまわりに環状
に広がり、ピストン４が上死点付近に到達するとき、シ
リンダヘッド６の燃焼室天井壁２１の間でシリンダ２内
の空気を圧縮してキャビティ５に流入するスキッシュ流
を生起するスキッシュエリアを構成する。
【００３２】吸気ポート８を通ってシリンダ２に流入す
る吸気流は、図２に矢印で示すように、シリンダ２に沿
って旋回するスワールを生起するようになっている。
る吸気流は、図２に矢印で示すように、シリンダ２に沿
って旋回するスワールを生起するようになっている。
【００３３】リエントラント式のキャビティ５は、ピス
トン冠面１５に対して円筒状に開口する入口部１２と、
入口部１２に対して凹状に窪む窪み部１３と、その底部
中央から隆起する隆起部１４によって画成される。
トン冠面１５に対して円筒状に開口する入口部１２と、
入口部１２に対して凹状に窪む窪み部１３と、その底部
中央から隆起する隆起部１４によって画成される。
【００３４】窪み部１３はキャビティ５の側壁の下部と
底壁の外周部を構成している。窪み部１３はその断面が
楕円弧状に湾曲して形成される。窪み部１３はピストン
４と同心の環状に延びる。
底壁の外周部を構成している。窪み部１３はその断面が
楕円弧状に湾曲して形成される。窪み部１３はピストン
４と同心の環状に延びる。
【００３５】隆起部１４はキャビティ５の底面の中央部
を構成している。隆起部１４はピストン４と同心の円錐
面状に隆起して形成される。
を構成している。隆起部１４はピストン４と同心の円錐
面状に隆起して形成される。
【００３６】入口部１２はピストン冠面１５に開口する
キャビティ５の側壁の上部を構成している。入口部１２
はピストン４と同心の直円筒面状に形成される。したが
って、入口部１２はその断面がピストン４の冠面１５に
対して直交している。
キャビティ５の側壁の上部を構成している。入口部１２
はピストン４と同心の直円筒面状に形成される。したが
って、入口部１２はその断面がピストン４の冠面１５に
対して直交している。
【００３７】そして本発明の要旨とするところである
が、ピストン冠面１５に対してキャビティ５の入口部１
２の断面は、直角に交わるリップ角部１８を形成する。
このようにリップ角部１８の断面を尖角化して、キャビ
ティ５に生起されるガス流動を強化するようになってい
る。すなわち、ピストン４の上昇時にキャビティ内に流
入するスキッシュと、ピストン４の下降時にキャビティ
内から流出する逆スキッシュが生起されるが、リップ角
部１８の断面を尖角化することにより流れに対する抵抗
を大きくして、これらのガス流動に生じる乱れを強化す
るのである。
が、ピストン冠面１５に対してキャビティ５の入口部１
２の断面は、直角に交わるリップ角部１８を形成する。
このようにリップ角部１８の断面を尖角化して、キャビ
ティ５に生起されるガス流動を強化するようになってい
る。すなわち、ピストン４の上昇時にキャビティ内に流
入するスキッシュと、ピストン４の下降時にキャビティ
内から流出する逆スキッシュが生起されるが、リップ角
部１８の断面を尖角化することにより流れに対する抵抗
を大きくして、これらのガス流動に生じる乱れを強化す
るのである。
【００３８】本実施形態においては、図３に示すよう
に、リップ角部１８には機械加工によって微少な円弧部
を形成し、リップ角部１８の尖角化と熱応力の低減を両
立している。リップ角部１８の断面の曲率半径Ｒは、機
械加工が可能な範囲で最小値となるように、略０．２ｍ
ｍに設定する。
に、リップ角部１８には機械加工によって微少な円弧部
を形成し、リップ角部１８の尖角化と熱応力の低減を両
立している。リップ角部１８の断面の曲率半径Ｒは、機
械加工が可能な範囲で最小値となるように、略０．２ｍ
ｍに設定する。
【００３９】キャビティ入口部１２のリップ角部１８に
グロープラグ２０に係合する切欠き部１９を形成する。
円柱状をしたグロープラグ２０は燃焼室天井壁２１から
シリンダ中心線に対して傾斜して配置され、図１に示す
ようにピストン４が上死点付近にあるとき、切欠き部１
９を介してキャビティ５に臨む。
グロープラグ２０に係合する切欠き部１９を形成する。
円柱状をしたグロープラグ２０は燃焼室天井壁２１から
シリンダ中心線に対して傾斜して配置され、図１に示す
ようにピストン４が上死点付近にあるとき、切欠き部１
９を介してキャビティ５に臨む。
【００４０】切欠き部１９は、シリンダ中心線に対して
傾斜する円筒面状に形成され、図１に示すようにピスト
ン４が上死点にあるときでも、所定の間隙をもってグロ
ープラグ２０の外周面に対峙し、ピストン４がグロープ
ラグ２０に干渉しないようになっている。
傾斜する円筒面状に形成され、図１に示すようにピスト
ン４が上死点にあるときでも、所定の間隙をもってグロ
ープラグ２０の外周面に対峙し、ピストン４がグロープ
ラグ２０に干渉しないようになっている。
【００４１】次に、キャビティ５は、シリンダ２の内径
Ｂに対するキャビティ５の最大内径ＤCの比ＤC／Ｂを
０．５≦ＤC／Ｂ≦０．６の範囲に設定する。
Ｂに対するキャビティ５の最大内径ＤCの比ＤC／Ｂを
０．５≦ＤC／Ｂ≦０．６の範囲に設定する。
【００４２】また、キャビティ５の最大内径ＤCに対す
る入口部の最小内径ＤLの比ＤL／ＤCを０．８≦ＤL／Ｄ
C≦０．９の範囲に設定する。
る入口部の最小内径ＤLの比ＤL／ＤCを０．８≦ＤL／Ｄ
C≦０．９の範囲に設定する。
【００４３】キャビティ５の最大深さＨに対する隆起部
１４の最小深さｈの比ｈ／Ｈを略０．３≦ｈ／Ｈ≦０．
４の範囲に設定する。
１４の最小深さｈの比ｈ／Ｈを略０．３≦ｈ／Ｈ≦０．
４の範囲に設定する。
【００４４】以上のように構成される本発明につき、次
に作用を説明する。
に作用を説明する。
【００４５】ピストン４が上死点付近に到達するとき、
噴射ノズル７から噴射される燃料は、微粒化、蒸発、空
気との混合を経て燃焼に至る。
噴射ノズル７から噴射される燃料は、微粒化、蒸発、空
気との混合を経て燃焼に至る。
【００４６】ピストン４が上昇する圧縮行程で、燃焼室
天井壁２１とピストン冠面１５の間で圧縮されてキャビ
ティ５内に流入するスキッシュが生起される。この場
合、キャビティ５の最大内径ＤCに対する入口部の最小
内径ＤLの比ＤL／ＤCを０．８≦ＤL／ＤC≦０．９の範
囲に設定し、かつシリンダ２の内径Ｂに対するキャビテ
ィ５の最大内径ＤCの比ＤC／Ｂを０．５≦ＤC／Ｂ≦
０．６の範囲に設定したので、ピストン冠面１５の領域
が広がり、この広い領域からキャビティ５に向けて大量
の空気を押し込むことができ、これによりキャビティ内
に強力なガス流動を生起することが可能となり、燃料と
空気を十分に混合させられる。
天井壁２１とピストン冠面１５の間で圧縮されてキャビ
ティ５内に流入するスキッシュが生起される。この場
合、キャビティ５の最大内径ＤCに対する入口部の最小
内径ＤLの比ＤL／ＤCを０．８≦ＤL／ＤC≦０．９の範
囲に設定し、かつシリンダ２の内径Ｂに対するキャビテ
ィ５の最大内径ＤCの比ＤC／Ｂを０．５≦ＤC／Ｂ≦
０．６の範囲に設定したので、ピストン冠面１５の領域
が広がり、この広い領域からキャビティ５に向けて大量
の空気を押し込むことができ、これによりキャビティ内
に強力なガス流動を生起することが可能となり、燃料と
空気を十分に混合させられる。
【００４７】ピストン４が下降する膨張行程で、キャビ
ティ５内から燃焼室天井壁２１とピストン冠面１５の間
に流出する逆スキッシュが生起される。
ティ５内から燃焼室天井壁２１とピストン冠面１５の間
に流出する逆スキッシュが生起される。
【００４８】そして、リップ角部１８の曲率半径Ｒを機
械加工によって形成することが可能な最小値として略
０．２ｍｍに設定して、リップ角部１８の断面を尖らせ
て形成したことで、前記スキッシュ流に対する抵抗を大
きくでき、これにより流れに乱れを付与し、燃焼室に生
起されるガス流動を強め、特に逆スキッシュによる燃料
と空気の混合を促進し、空気利用率を高められる。これ
らの結果、スモークの発生量を抑えるとともに、出力性
能の向上がはかれる。
械加工によって形成することが可能な最小値として略
０．２ｍｍに設定して、リップ角部１８の断面を尖らせ
て形成したことで、前記スキッシュ流に対する抵抗を大
きくでき、これにより流れに乱れを付与し、燃焼室に生
起されるガス流動を強め、特に逆スキッシュによる燃料
と空気の混合を促進し、空気利用率を高められる。これ
らの結果、スモークの発生量を抑えるとともに、出力性
能の向上がはかれる。
【００４９】図５は、リップ角部１８の曲率半径Ｒを本
発明による略０．２ｍｍとしたエンジンと、曲率半径Ｒ
を従来の略１．５ｍｍとした従来のエンジンについて、
発生トルクをエンジン回転数に応じて測定した結果を示
している。これから、空気流動がより強く、リップ角部
１８の尖角化の効果が出やすい高速域に本発明によるエ
ンジンの発生トルクの向上が見られる。
発明による略０．２ｍｍとしたエンジンと、曲率半径Ｒ
を従来の略１．５ｍｍとした従来のエンジンについて、
発生トルクをエンジン回転数に応じて測定した結果を示
している。これから、空気流動がより強く、リップ角部
１８の尖角化の効果が出やすい高速域に本発明によるエ
ンジンの発生トルクの向上が見られる。
【００５０】また、リップ角部１８の微少な円弧部は、
ピストン冠面１５とキャビティ５の入口部１２がつくる
エッジ部を緩和し、燃焼ガスにさらされるリップ角部１
８の熱負荷が過大になることを抑制している。
ピストン冠面１５とキャビティ５の入口部１２がつくる
エッジ部を緩和し、燃焼ガスにさらされるリップ角部１
８の熱負荷が過大になることを抑制している。
【００５１】リップ角部１８に形成された切欠き部１９
は、リップ角部１８が燃焼ガスにさらされて高温となる
のに伴って変形し、これによりリップ角部１８に対する
熱応力の集中を抑える。
は、リップ角部１８が燃焼ガスにさらされて高温となる
のに伴って変形し、これによりリップ角部１８に対する
熱応力の集中を抑える。
【００５２】また、リップ角部１８に形成された切欠き
部１９によってピストン４とグロープラグ２０との干渉
が避けられる。このため、グロープラグ２０を無理やり
燃焼室中央部の狭い範囲に配置しなくても、キャビティ
５の最大内径ＤCに対する入口部の最小内径ＤLの比ＤL
／ＤCを０．８≦ＤL／ＤC≦０．９の範囲に設定し、か
つシリンダ２の内径Ｂに対するキャビティ５の最大内径
ＤCの比ＤC／Ｂを０．５≦ＤC／Ｂ≦０．６の範囲に設
定することが容易に可能となり、キャビティ形状によっ
て決まる燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化すると
ともに、燃焼室に生起されるガス流動を強め、空気利用
率を高められるのである。
部１９によってピストン４とグロープラグ２０との干渉
が避けられる。このため、グロープラグ２０を無理やり
燃焼室中央部の狭い範囲に配置しなくても、キャビティ
５の最大内径ＤCに対する入口部の最小内径ＤLの比ＤL
／ＤCを０．８≦ＤL／ＤC≦０．９の範囲に設定し、か
つシリンダ２の内径Ｂに対するキャビティ５の最大内径
ＤCの比ＤC／Ｂを０．５≦ＤC／Ｂ≦０．６の範囲に設
定することが容易に可能となり、キャビティ形状によっ
て決まる燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化すると
ともに、燃焼室に生起されるガス流動を強め、空気利用
率を高められるのである。
【００５３】キャビティ５の底部から隆起する隆起部１
４を形成することにより、キャビティ５の最大深さＨを
十分に確保し、最大深さＨに対する隆起部１４の最小深
さｈの比ｈ／Ｈを略０．３≦ｈ／Ｈ≦０．４の範囲に設
定することにより、低速域から燃焼室に生起されるガス
流動を強めるとともに、キャビティ形状によって決まる
燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化し、空気利用率
を高められる。
４を形成することにより、キャビティ５の最大深さＨを
十分に確保し、最大深さＨに対する隆起部１４の最小深
さｈの比ｈ／Ｈを略０．３≦ｈ／Ｈ≦０．４の範囲に設
定することにより、低速域から燃焼室に生起されるガス
流動を強めるとともに、キャビティ形状によって決まる
燃焼室の空気と燃料噴霧の分布を適正化し、空気利用率
を高められる。
【００５４】図６は、本発明によるエンジンと、リップ
角部１８の曲率半径Ｒを略１．５ｍｍとし、ＤC／Ｂを
０．６１とした従来例Ιと、平底型キャビティ５を備え
てｈ／Ｈを略０．８８とした従来例ΙΙ、さらには別の
従来例ΙΙΙ等について、エンジンの発生トルク、空気
過剰率λをエンジン回転数に応じて測定した結果を示し
ている。これから、低速域から高速域にわたって本発明
によるエンジンの発生トルクの向上が見られる。
角部１８の曲率半径Ｒを略１．５ｍｍとし、ＤC／Ｂを
０．６１とした従来例Ιと、平底型キャビティ５を備え
てｈ／Ｈを略０．８８とした従来例ΙΙ、さらには別の
従来例ΙΙΙ等について、エンジンの発生トルク、空気
過剰率λをエンジン回転数に応じて測定した結果を示し
ている。これから、低速域から高速域にわたって本発明
によるエンジンの発生トルクの向上が見られる。
【００５５】他の実施形態として、図７に示すように、
リップ角部１８は機械加工によって面取りを施してもよ
い。
リップ角部１８は機械加工によって面取りを施してもよ
い。
【００５６】リップ角部１８の断面の面取り幅Ｃは、機
械加工が可能な範囲で最小値となるように、略０．２ｍ
ｍに設定する。
械加工が可能な範囲で最小値となるように、略０．２ｍ
ｍに設定する。
【００５７】この場合も、面取りが施されたリップ角部
１８によってピストン冠面１５とキャビティ５の入口部
１２がつくるエッジ部を削除しているため、燃焼ガスに
さらされるリップ角部１８の熱負荷が過大になることを
防止できる。
１８によってピストン冠面１５とキャビティ５の入口部
１２がつくるエッジ部を削除しているため、燃焼ガスに
さらされるリップ角部１８の熱負荷が過大になることを
防止できる。
【００５８】そして、リップ角部１８に形成された切欠
き部１９は、リップ角部１８が燃焼ガスにさらされて高
温となるのに伴って収縮し、リップ角部１８に熱応力が
集中することを抑える。
き部１９は、リップ角部１８が燃焼ガスにさらされて高
温となるのに伴って収縮し、リップ角部１８に熱応力が
集中することを抑える。
【００５９】面取り幅Ｃを機械加工が可能な範囲で最小
値となる略０．２ｍｍに設定しても、リップ角部１８の
断面の必要な尖角化は維持でき、燃焼室に生起されるガ
ス流動を強め、特に逆スキッシュによる燃料と空気の混
合を促進し、空気利用率を高められる。この結果、スモ
ークの発生量を抑えるとともに、出力性能の向上がはか
れる。
値となる略０．２ｍｍに設定しても、リップ角部１８の
断面の必要な尖角化は維持でき、燃焼室に生起されるガ
ス流動を強め、特に逆スキッシュによる燃料と空気の混
合を促進し、空気利用率を高められる。この結果、スモ
ークの発生量を抑えるとともに、出力性能の向上がはか
れる。
【図１】本発明の実施形態を示すピストン等の断面図。
【図２】同じくピストン冠面の平面図。
【図３】同じくリップ角部の断面図。
【図４】同じくエンジンの断面図。
【図５】同じくエンジンの回転数と発生トルクの関係を
示す特性図。
示す特性図。
【図６】同じくエンジンの回転数と発生トルクおよび空
気過剰率の関係を示す特性図。
気過剰率の関係を示す特性図。
【図７】他の実施形態を示すリップ角部の断面図。
【図８】従来例を示すピストン等の断面図。
４ ピストン ５ キャビティ ７ 噴射ノズル １２ 入口部 １３ 窪み部 １５ ピストン冠面 １８ リップ角部 ２１ 燃焼室天井壁
Claims (7)
- 【請求項１】ピストンの冠面に凹状に窪むキャビティ
と、 ピストンの冠面およびキャビティとの間で燃焼室を画成
する燃焼室天井壁と、 燃焼室天井壁に取付けられて燃料をキャビティに向けて
噴射する噴射ノズルと、 を備える直噴式ディーゼルエンジンにおいて、 前記シリンダの内径Ｂに対するキャビティの最大内径Ｄ
Cの比ＤC／Ｂを０．６以下の範囲に設定し、 ピストンの冠面に対するキャビティの開口断面に尖角化
したリップ角部を形成したことを特徴とする直噴式ディ
ーゼルエンジン。 - 【請求項２】燃焼室天井壁に取付けられて燃焼室を予熱
するグロプラグと、 前記キャビティ入口部の一部にグロープラグとの干渉を
避ける切欠き部を形成したことを特徴とする請求項１に
記載の直噴式ディーゼルエンジン。 - 【請求項３】前記シリンダの内径Ｂに対するキャビティ
の最大内径ＤCの比ＤC／Ｂを０．５≦ＤC／Ｂ≦０．６
の範囲に設定したことを特徴とする請求項１または２に
記載の直噴式ディーゼルエンジン。 - 【請求項４】前記キャビティは、 ピストン冠面に対して円筒状に開口する入口部と、 入口部に対して凹状に窪む窪み部とを有し、 キャビティの最大内径ＤCに対する入口部の最小内径ＤL
の比ＤL／ＤCを０．８≦ＤL／ＤC≦０．９の範囲に設定
したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記
載の直噴式ディーゼルエンジン。 - 【請求項５】前記キャビティは、 ピストン冠面に対して円筒状に開口する入口部と、 入口部に対して凹状に窪む窪み部と、 その底部中央から隆起する隆起部とを有し、 キャビティの最大深さＨに対する隆起部の最小深さｈの
比ｈ／Ｈを略０．３≦ｈ／Ｈ≦０．４の範囲に設定した
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載
の直噴式ディーゼルエンジン。 - 【請求項６】前記リップ角部の断面を略０．２ｍｍの曲
率半径をもつ円弧状に形成したことを特徴とする請求項
１から５のいずれか一つに記載の直噴式ディーゼルエン
ジン。 - 【請求項７】前記リップ角部の断面を略０．２ｍｍの面
取り幅をもつ面取りを施したことを特徴とする請求項１
から５のいずれか一つに記載の直噴式ディーゼルエンジ
ン。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10209269A JPH11190217A (ja) | 1997-10-20 | 1998-07-24 | 直噴式ディーゼルエンジン |
| EP98119810A EP0911500A3 (en) | 1997-10-20 | 1998-10-19 | Direct injection diesel engine |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-286951 | 1997-10-20 | ||
| JP28695197 | 1997-10-20 | ||
| JP10209269A JPH11190217A (ja) | 1997-10-20 | 1998-07-24 | 直噴式ディーゼルエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11190217A true JPH11190217A (ja) | 1999-07-13 |
Family
ID=26517332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10209269A Pending JPH11190217A (ja) | 1997-10-20 | 1998-07-24 | 直噴式ディーゼルエンジン |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0911500A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11190217A (ja) |
Cited By (4)
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| JP2013515198A (ja) * | 2009-12-22 | 2013-05-02 | パーキンズ エンジンズ カンパニー リミテッド | 内燃機関用ピストン |
| JP2014088863A (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-15 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関 |
| WO2015029985A1 (ja) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | 日本碍子株式会社 | 内燃機関 |
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| DE102005054071A1 (de) * | 2005-11-12 | 2007-05-16 | Daimler Chrysler Ag | Kolben für eine Brennkraftmaschine |
| FR2894614B1 (fr) * | 2005-12-08 | 2008-02-29 | Renault Sas | Moteur a combustion interne comportant un piston comportant un bossage de geometrie complexe |
| FR2920832A1 (fr) * | 2007-09-12 | 2009-03-13 | Renault Sas | Moteur a combustion interne comportant un piston muni de moyens de guidage des vapeurs de carburant vers la bougie de prechauffage |
| DE102007053966B4 (de) * | 2007-11-09 | 2015-07-30 | Volkswagen Ag | Verbrennungsmotor mit Selbstzündung und Drallanhebung einer Einlassströmung |
| EP2063081B1 (en) | 2007-11-26 | 2016-08-03 | Perkins Engines Company Limited | Piston crown with double re-entrant piston bowl |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE3501271C2 (de) * | 1985-01-16 | 1996-07-18 | Yanmar Diesel Engine Co | Hauptverbrennungskammer eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung |
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Also Published As
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| EP0911500A2 (en) | 1999-04-28 |
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