JPS6032928A - 直噴式内燃機関の燃焼室 - Google Patents

直噴式内燃機関の燃焼室

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JPS6032928A
JPS6032928A JP58141100A JP14110083A JPS6032928A JP S6032928 A JPS6032928 A JP S6032928A JP 58141100 A JP58141100 A JP 58141100A JP 14110083 A JP14110083 A JP 14110083A JP S6032928 A JPS6032928 A JP S6032928A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 する直噴式内燃機関の燃焼室に関するものである。
従来、一般の直噴式内燃機関の燃焼室は、第1図の側断
面図及び第2図の平面図に示すごとく、ピストン1の頂
部に四部2の主燃焼室を有するトロイダル形のものが使
用されておシ、同一のシリンダ内径Dに対してこの四部
2の径dを大きくすると、燃料噴射弁6の噴口からの燃
料の噴霧到達距離lが間接的にのび、噴射到達距離lx
 < l2に対し、低速・低負荷時の排気刺激臭レベル
は、第3図に示すごとく同一有効圧縮比εの場合には良
好となり、更に有効圧縮比εを高めると改善される。
なお、第2図においてθで示すのは、合唱[二−1よシ
の燃料噴霧の広が9角度であシ、矢印Sで示すのはスワ
ール方向である。
上記有効圧縮比εを上げることは、ピストン1の四部2
の容積を小さくすることであシ、かつ凹部2の径dを大
きくすることはd/Dに逆比例してスキッシュ速度を低
下させる。
このため主燃焼室容積比、スキッシュ速度低下のため、
第4図に示すように最大出力psは大幅に低下し、低速
・低負荷時の排気刺激臭の低減のだめの径dの拡大及び
有効圧縮比εの向上は高速・高負荷時の最大出力を低下
させる。
即ち、直噴式内燃機関の低速・低負荷時の微量燃料噴射
をピストン1の四部2内で完全燃焼させ排気刺激臭を改
善するには有効圧縮比εの上昇、噴霧到達距離lの拡大
が必要である。
これを従来のトロイダル形の燃焼室で実施すると、排気
刺激臭低減は可能であるが、高速・高出力時には高圧縮
比と噴霧到達距離!の拡大によシ燃料が過早着火すると
共に、スキッシュ力の低下のため燃焼期間が長びき、最
大出方、排気色、燃料消費が悪化する。
上記の対策として、直噴式ディーゼル機関の燃焼室に関
する特公昭5]−29242号、特公昭51−2924
3号及び特公昭51−2924.4号の発明においては
、四部の主燃焼室の角部に燃料噴霧を当てずに直線部に
当てて反射させておシ、また、その角部の曲率rに対す
る各噴口からの衝突部半径との比r/RがOから帆07
5のためRよシrが必ず小さい。
この曲率rが小さいと、燃料噴霧が衝突後に集積され、
蒸発速度が落ち、燃焼が長びき性能が悪化すると共に、
燃料中の残査分等が堆積し、上記の性能が更に悪化する
また、燃焼室構造に関する実開昭57168729号の
考案及びディーゼル機関の燃焼室に関する特公昭49−
16881号の発明のごとく燃料噴霧の衝突面を小さく
湾曲させたシ、反射によシ飛散させようとするものは、
低力時の微量噴射時は噴射速度が高負荷時に比べて非常
に小さく、はとんど反射しない、このため反射させるべ
く設けた壁土に未燃燃料が堆積し、未燃または未燃ガス
を発生して、排気刺激臭を発するという欠点がある。
更に、ディーゼルエンジンの燃焼室に関する実開昭57
−107821号ならびに直噴式ディーゼル機関の燃焼
室に関する実公昭55−4515号及び実開昭57−1
39631号の各考案においては、低力時に圧縮空気中
で微量噴霧を完全燃焼させるものであるが、その凹部の
形状からみて、その圧縮途中にスワールにブレーキをか
け、現実にはスワールで噴霧が流れないという欠点があ
り、更に上記実開昭57−1396’31号の考案にお
いては、燃料衝突部の内壁の曲率が小さいため、微量噴
霧時に未燃燃料が拡がらず、未燃ガスを発すると共に、
ピストン面積に対する開口面積が大きく、スキッシュ力
が低下し、スワールによる四部の気流が圧縮中に低下し
てしまうという欠点もある。
そこで、本発明は前記従来の欠点を解消し、直噴式内燃
機関の低速・低力時における排気刺激臭を改善すると共
に、その高速・高出力時に最大出ツバ排気色、燃費等を
向上させることを目的としてなされたものである。
即ち、本発明はピストンの頂部に凹部の主燃焼室を有す
る直噴式内燃機関において、その凹部に、燃料噴射弁の
各噴口から噴射される燃料の燃料噴霧が衝突する壁面ま
での頃日中心からの距ttt[ff1L]をそのシリン
ダ内径の0625から0・35倍に設定され、各燃料噴
霧角に応じた18°〜25゜の燃料衝突壁面を噴口数に
対応して形成すると共に、これら各燃料衝突壁面間を、
上記距離L】の0.8から0.9倍の頃日中心〃)らの
距離に設定され、かつ上記曲率r1よシ大きな曲率r2
を有する中間壁面で連続して、その四部を風車形に形成
し、更に上記中間壁面の中間部よシ上記に角度5°から
15°の傾余1面を形成することを特徴としたものであ
る。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明するが、第5図
は本発明の実施例1における直噴式内燃機関の燃焼室を
示す側断面図、第6図は第5図の平面図であシ、ピスト
ン1の頂部に四部2からなZ、主燃焼室を有するこの直
噴式内燃機関では、その四部2を、燃料噴射弁3の各噴
口から噴射される燃料噴霧がその広が勺角度θ=18°
〜25°で衝突する壁面2への形状を、第7図の要部平
断面図に示すごとく、噴口中心Noからその衝突する壁
面2Atでの距離L1をシリンダ内径りに対し、L1=
(0,25〜0゜35)XDに設定し、その衝突壁面の
巾を各噴霧に対応し、18゜〜25°とし同壁面へのス
ワール流入側の壁の曲率r1を有する燃料衝突の壁面2
Cを燃料噴射弁6の噴口数に対応して形成している。
次に、上記4個の燃料衝突の壁面2A間を、上記の噴口
中心Noからの距離L1の0゜8から0゜9倍に相当す
る噴口中心Noからの距離L2に設定され、かつ上記曲
率r1よシも大きな曲率r2を有するスワール流出側の
中間壁面2Bで形成し、燃料噴霧が衝突する壁面2Aと
中間壁面2Cと2Bとを連続して風車形に形成している
このように風車形に形成された四部2においては、第6
図のS方向で示すスワールによシ凹部2の内壁に、衝突
後の燃料フィルムがスムーズに流されて形成され、ピス
トン表面積に対する開口面積を縮少し、スキソシュカの
低下を防止することができる。
更に、本実施例では四部2の主燃焼室内の底部には、噴
射された各燃料噴霧がふれないような深い底部を形成し
、かつ各燃料噴霧間のむだな部分は埋めるようにその底
部の高さを浅くした、第8図に示すような噴口数と同一
の多面体の角錐形の凸部2Dを形成している。
上記のごとく、四部2の内壁面の噴口中心N。
からの距離Ll y L2を、L2/Ll = 0゜7
〜0.9にすることにより、この四部2内には第9図に
おいて矢印Eで示すような渦流が発生し、燃料噴霧と空
気との混合が促進されると共に、ピストン1上面に流出
されて空気の利用度が向上する。
なお、前記曲率r1の中心点の位置は、第7図の実施例
1に限定されるものではなく、第10図の実施例2に示
すごとく、噴射される燃料噴霧中心と一致しても良い。
次に、本発明の燃焼室においては、第6図のA−A断面
を示す第11図に示すごとく、中間壁面2Bの中間部、
即ち、ピストン1の頂面がらh2 の深さの位置よシ上
部に垂直方向に対して傾斜角5°〜15°のdθ2の傾
斜面4を形成している。
なお、この中間壁面2Bの深さhlの底部から上記中間
部までの曲率r2の壁部も1°から3°までの小さな傾
斜角d01の傾斜面に形成している。
上記の傾斜面4の効用について説明すると、その内燃機
関の低速・低力時には、燃料噴射弁6からの燃料噴射量
は少量で、燃料噴射弁6からの距離L1 の間を飛行中
に完全燃焼し、壁面2Aに燃料噴霧がふれることがない
ので青白煙、捷たけ排気刺激臭等を発生することはない
しかし寿から、高速・高負荷時には燃料噴射量が低速・
低力時の5から8倍となシ、第12図に示すごとく、燃
料噴霧Fは壁部2AK衝突し、更に高速回転に伴なう5
0から100 M/SのスワールSの速度によ多燃料噴
霧Fも流され、壁面2Aに付着した燃料噴霧Fをも中間
壁面2B上をスワールSに流されながら蒸発し、ピスト
ン1の上死点よフ下向に従って中間壁面2B、lニジ火
炎Hが破線のごとく流出する。
しかしながら、本発明のごとく、中間壁面2Bの中間部
よシ上部に傾斜面4を形成することによシ、燃料噴霧の
一部がスワールSによシ流される際、第13図に示すご
とくその傾余1而4上をピストン1の上方に流れ、ピス
トン1上面への流出がスムースに行なわれ、ピストン1
上面の空気の利用度が向上するので、その内燃機関の高
出力化が得られる。
即ち、本発明では、壁面2AK衝突する燃料噴iFを、
ピストン1の四部2内で旋回するものと、ピストン1の
上面の空気利用をはかるために設けた傾斜面4でピスト
ン1の上方へ流出させるものと2分するようにしている
、。
従って、本発明の燃焼室を適用した直噴式内燃機関では
、その低速・低力時の微量燃料を圧縮空気中で完全燃焼
させるため、適正な有効圧縮比のもとての噴霧到達距離
を底部にも燃料噴霧が当らない形状で確保し、更に、高
速・高力時には多量の燃料をその衝突部に当てるが、吸
入スワールによるスワール下流にスムーズに内壁面上を
フィルム状に流すためのゆるやかな内壁形状とし、また
噴射燃料に流入してくるスワールに無駄な渦流発生をさ
せないだめの流入但11形状としている。
また、燃料衝突後のスワール下流の中間壁面よシ一部の
未燃の燃料噴霧がピストン上面へ流出して、ピストン上
面の空気の利用度が向上するので、その内燃機関の高出
力化がはかれる。
その結果、高速・高負荷時の最大出力が増大し、排気色
及び燃費が改良されるという効果75Xある。
なお、本発明は主として直噴式ディーゼル機関に対して
有効に適用される。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の直噴式内燃機関の燃焼室の側断面図、第
2図は第1図の平面図、第3図は第1図の燃焼室におけ
る排気刺激臭レベル、有効圧縮比及び噴霧到達距離との
関係を示す線図、第4図は第1図の燃焼室における最大
出力、有効圧縮比及び噴霧到達距離との関係を示す線図
、第5図は本発明の実施例1における直噴式内燃機関の
燃焼室を示す側断面図、第6図は第5図の平面図、第7
図は第5図の四部の平断面図、第8図は第5図の四部の
底部を示す平断面図、第9図は第5図の凹部に発生する
渦流を示す平面図、第10図は本発明の実施例2におけ
る燃焼室の四部の平断面図、第11図は第6図のA−A
方向の要部縦断面図、第12図は第5図の中間壁面の燃
料噴霧の流れを説明する要部平面図、第13図は第12
図の要部縦断面図である。 1・・・ピストン、2・・・凹部、2A・・・壁面、2
B・・・中間壁面、4・・・傾斜面、D・・・シリンダ
内径、LI Pb0・・・距離、NO・・・噴口中心、
ri、r2・・・曲率、dθ2・・・傾斜角。 代理人 弁理士 小 川 信 − 弁理士 野 口 賢 照 弁理士 斎 下 和 彦

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ピストン頂部に四部の主燃焼室を有する直噴式内燃機関
    において、その凹部に、燃料噴射弁の各噴口から噴射さ
    れる燃料の燃料噴霧が衝突する壁面までの噴口中心から
    の距離L1をそのシリンダ内径の0025から0.35
    倍に設定され、各燃料噴霧角に応じた18°〜25°の
    燃料衝突壁面を噴口数に対応して形成すると共に、これ
    ら各燃料衝突壁面間を、この壁面のスワールの流入側に
    曲率r1の壁、流出側に上記距離L1の0.8から帆9
    倍の噴口中心からの距離に設定され、かつ上記曲率r1
    よシ大きな曲率r2を有する中間壁面で連続して、該凹
    部を風車形に形成し、更に上記中間壁面の中間部よシ上
    部に角度5°から15°の傾斜面を形成したことを特徴
    とする直噴式内燃機関の燃焼室。
JP58141100A 1983-08-03 1983-08-03 直噴式内燃機関の燃焼室 Granted JPS6032928A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6387227U (ja) * 1986-11-28 1988-06-07
EP0741237A3 (de) * 1995-05-03 1997-02-26 Avl Verbrennungskraft Messtech Brennkraftmaschine mit Fremdzündung
EP3176402A1 (en) * 2015-12-02 2017-06-07 Caterpillar Energy Solutions GmbH Piston for a gaseous fuel internal combustion engine

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EP3176402A1 (en) * 2015-12-02 2017-06-07 Caterpillar Energy Solutions GmbH Piston for a gaseous fuel internal combustion engine

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