JP2500168Y2 - 直噴式ディ―ゼル機関の燃焼室 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は直噴式ディーゼル機関の燃焼室に関する。

〔従来の技術〕

ピストン頂面に形成したキャビティ内周面上に断面円
弧状の凹溝を形成し、燃料噴射弁から凹溝に向けて燃料
を噴射するようにしたディーゼル機関が公知である（実
開昭60−190935号公報参照）。このディーゼル機関では
噴射燃料と凹溝内壁面との衝突位置がピストンの上昇に
伴ない変化するために凹溝内壁面上において反射した燃
料からキャビティ内の種々の方向に飛散し、斯くして空
気利用率が高められる。

また、ピストン頂面に形成されたキャビティ内周壁面
上にピストンの軸線方向に隣接配置された複数個の断面
円弧状凹状燃料反射面を形成して燃料噴射弁から各凹状
燃料反射面に向けて順次燃料を噴射させ、各凹状燃料反
射面の形成位置および断面形状を各凹状燃料反射面にお
いて反射した噴射燃料がピストンの上昇に伴ってキャビ
ティ周辺部からキャビティ中心部まで順次移動するよう
に定めたディーゼル機関が本出願人により既に提案され
ている（実願昭62−182937号参照）。このディーゼル機
関では凹状燃料反射面において反射した燃料の進行方向
がキャビティ周辺部とキャビティ中心部との間を複数回
往復動するので更に空気利用率が高められる。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながらこれらのディーゼル機関では複数個のノ
ズル口から噴射された燃料の各反射燃料がキャビティ軸
線に関しては点対称的に飛散するためにキャビティ内に
は各反射燃料によってキャビティ軸線に関して点対称的
な位置に噴霧が形成される。ところがこのようにキャビ
ティ軸線に関して点対称的な位置に噴霧が形成されると
スワール流によって噴霧が旋回せしめられたときに各噴
霧同志が重なり、斯くして噴霧の重なった領域に過濃な
混合気層が形成されるためにスモークを発生するという
問題を生ずる。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本考案によれば、ピスト
ン頂面上にキャビティを形成し、ピストンの軸線方向に
おいて隣接配置されると共にキャビティの軸線回りにお
いて回転対称をなす複数個の断面円弧状凹状燃料反射面
をキャビティ内周面上に形成し、燃料噴射弁が各凹状燃
料反射面に向けて夫々燃料を噴射するための複数個のノ
ズル孔を具備すると共に各ノズル孔から夫々対応する各
凹状燃料反射面に向けて同時に燃料を噴射させ、各々凹
状燃料反射面の形成位置および断面形状を各凹状燃料反
射面において反射した噴射燃料が上下方向において夫々
異なる方向に向かうと共にピストンの上昇に伴ってキャ
ビティ周辺部からキャビティ中心部まで順次移動するよ
うに定めている。

〔作用〕

各凹状燃料反射面において反射した燃料が上下方向に
おいて夫々異なる方向に向かうために各反射燃料によっ
て異なる高さ位置に噴霧が形成され、斯くしてスワール
流により噴霧が旋回しても各噴霧が互いに重ならない。

〔実施例〕

第１図に直噴式ディーゼル機関の側面断面図を示す。
第１図を参照すると、１はシリンダブロック、２はシリ
ンダブロック１内で往復動可能なピストン、３はシリン
ダブロック１に固締されたシリンダヘッド、４はシリン
ダブロック１の平坦な内壁面とピストン２間に形成され
た燃焼室、５は燃焼室４の頂部中央に配置された燃料噴
射弁を夫々示す。図面には示さないがシリンダブロック
１内には吸気ポートおよび排気ポートが形成され、これ
ら吸気ポートおよび排気ポートの燃焼室４内への開口部
には夫々吸気弁および排気弁が配置される。第１図に示
される実施例ではこれら吸排気弁や吸排気ポートとの干
渉を避けるために燃料噴射弁５が斜めに配置されてい
る。

第１図および第２図に示されるようにピストン２は平
坦な頂面2aを有し、この平坦なピストン頂面2aにキャビ
ティ６が形成される。キャビティ６の周壁面6aの上端部
には内方に向けて突出する環状のリップ７が形成され、
この環状リップ７の内周面上には上下方向に間隔を隔て
た３個の円形状をなす峰部8,9,10が形成される。第１図
および第２図からわかるように峰部８の内径は峰部９の
内径よりも小さく、峰部９の内径は峰部10の内径よりも
小さく形成されている。従って峰部８は環状リップ７の
内周面のうちで最も径の小さな狭窄部を形成する。峰部
８および９は比較的鋭い角部をなしており、これに対し
て峰部10は滑らかな曲面から形成されている。ピストン
頂面2aから峰部８まで延びる環状リップ７の内周面上端
部7aは下方に向けて断面積が徐々に減少する漏斗状断面
形状に形成されている。また、峰部８から峰部９まで延
びる環状リップ７の内周面中間部7bは下方に向けて断面
積が徐々に増大する凹状湾曲面から形成され、峰部９か
ら峰部10まで延びる環状リップ７の内周面下端部7cも下
方に向けて断面積が徐々に増大する凹状湾曲面から形成
される。これらの凹状湾曲面からなる環状リップ７の内
周面中間部7bおよび下端部7cは第１図および第２図に示
されるように円弧状断面を有する。これらの内周面中間
部7bおよび下端部7cはほぼキャビティ６の底部中心部の
方向に指向されている。峰部10から下方に延びる環状リ
ップ７の内周面下壁面7dは峰部10から下方に向けて徐々
に拡大し、この内周面下壁面7dはキャビティ６の下側周
壁面6bの一部を構成する。このキャビティ下側周壁面6b
は凹状をなす湾曲面から形成され、更にこのキャビティ
下側周壁面6bはその全体が峰部10に対して外方に膨出し
ている。キャビティ６の底部6cは中央部が隆起したほぼ
円錐状に形成されている無論平坦面から形成することも
できる。

燃料噴射弁５は複数個、例えば４個のノズル孔を具備
し、第１図および第３図に示されるように互いに反対側
に位置する一対のノズル孔からは環状リップ７の内周面
下端部7cに向けて矢印Faで示す如く燃料が噴射され、こ
れらノズル孔と直角ななす一対のノズル孔からは環状リ
ップ７の内周面中間部7bに向けて矢印Fbで示す如く燃料
が噴射される。なお、ノズル孔が２個又は３個の場合に
は少くとも一つのノズル孔から内周面中間部7bに向けて
燃料噴射さ、少くとも一つのノズル孔から内周面下端部
7cに向けて燃料噴射される。噴射燃料Faの一部は内周面
下端部7cにおいて反射し、噴射燃料Fbの一部は内周面中
間部7bにおいて反射する。従って以下内周面下端部7cを
第１凹状燃料反射面と称し、内周面中間部7bを第２凹状
燃料反射面と称する。第１図および第３図からわかるよ
うにこれら第１凹状燃料反射面7cおよび第２凹状燃料反
射面7bはキャビティ６の軸線に関して回転対称をなして
いる。本考案においてはこれらの凹状燃料反射面7c,7b
の機能が重要であり、従ってまず始めに第４図から第６
図を参照して凹状燃料反射面7c,7bの機能について説明
する。

第４図から第６図は燃料噴射開始から燃料噴射終りま
でを経時的に示している。第４図はピストン２が上死点
の少し手前にあって燃料噴射が開始されたときを示して
おり、第５図はピストン２が上死点に達したときを示し
ており、第６図はピストン２が下降した燃料噴射完了時
を示している。なお、第４図から第６図において（Ａ）
は第３図のＡ−Ａ断面を示しており、（Ｂ）は第３図の
Ｂ−Ｂ断面を示している。

第４図（Ａ）に示されるように燃料噴射開始時には噴
射燃料Faが第１凹状燃料反射面7cの上端部に衝突し、第
５図（Ａ）に示されるようにピストン２が上死点に達し
たときには噴射燃料Faが第１凹状燃料反射面7cの下端部
に衝突する。即ち、言い換えると第１凹状燃料反射面7c
の位置および燃料噴射弁５からの燃料噴射方向は燃料噴
射開始時に噴射燃料Faが第１凹状燃料反射面7cの上端部
に衝突し、ピストン２が上死点に達したときには噴射燃
料Faが第１凹状燃料反射面7cの下端部に衝突するように
定められる。

一方、噴射燃料Fbについてみると、第４図（Ｂ）に示
されるように燃料噴射開始時には噴射燃料Fbが第２凹状
燃料反射面7bの上端部に衝突し、第５図（Ｂ）に示され
るようにピストン２が上死点に達したときには噴射燃料
Fbが第２凹状燃料反射面7bの下端部に衝突する。即ち、
言い換えると第２凹状燃料反射面7bの位置および燃料噴
射弁５からの燃料噴射方向は燃料噴射開始時に噴射燃料
Fbが第２凹状燃料反射面7bの上端部に衝突し、ピストン
２が上死点に達したときには噴射燃料Fbが第２凹状燃料
反射面7bの下端部に衝突するように定められる。

一方、第１凹状燃料反射面7cはキャビティ６の底部中
心部方向に斜め下向きに指向されており、更にこの第１
凹状燃料反射面7cは断面円弧状をなしている。従って第
４図（Ａ）および第５図（Ａ）に示されるようにピスト
ン２が上昇するにつれて燃料衝突点における第１凹状燃
料反射面7cと噴射燃料Faとのなす角は次第に増大し、従
って第１凹状燃料反射面7cに向かう噴射燃料Faの軸線と
第１凹状燃料反射面7cにおいて反射した反射燃料Gaの軸
線とのなす角はピストン２が上昇するにつれて次第に小
さくなる。第４図（Ａ）に示されるように燃料噴射開始
時には反射燃料Gaがキャビティ６の周辺部に向かい、第
５図（Ａ）に示されるようにピストン２が上死点に達す
ると反射燃料Gaはキャビティ６の中心部に向かう。即
ち、燃料噴射が開始されてからピストン２が上昇する間
に反射燃料Gaの進行方向がキャビティ６の周辺部から中
心部に向けて連続的に移動する。言い換えると第１凹状
燃料反射面7cの形状は燃料噴射が開始されてからピスト
ン２が上昇する間に反射燃料Gaの進行方向がキャビティ
６の周辺部から中心部に向けて連続的に移動するように
定められている。

一方、第２凹状燃料反射面7bもキャビティ６の底部中
心部方向に斜め下向きに指向されており、更にこの第２
凹状燃料反射面7bも断面円弧状をなしている。従って第
４図（Ｂ）および第５図（Ｂ）に示されるようにピスト
ン２が上昇するにつれて燃料衝突点における第２凹状燃
料反射面7bと噴射燃料Fbとのなす角は次第に増大し、従
って第２凹状燃料反射面7bに向かう噴射燃料Fbの軸線と
第２凹状燃料反射面7bにおいて反射した反射燃料Gbの軸
線とのなす角はピストン２が上昇するにつれて次第に小
さくなる。第４図（Ｂ）に示されるように燃料噴射が開
始されると反射燃料Gbがキャビティ６の周辺部に向か
い、第５図（Ｂ）に示されるようにピストン２が上死点
に達すると反射燃料Gbはキャビティ６の中心部に向か
う。従って、燃料噴射が開始されてからピストン２が上
死点に達するまでに反射燃料Gbの進行方向がキャビティ
６の周辺部から中心部に向けて連続的に移動する。言い
換えると第２凹状燃料反射面7bの形状は燃料噴射が開始
されてからピストン２が上死点に達するまでに反射燃料
Gbの進行方向がキャビティ６の周辺部から中心部に向け
て連続的に移動するように定められている。第６図
（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにピストン２が上死
点に達してから燃料噴射が完了するまでは反射燃料Ga,G
bはキャビティ６の中心部から周辺部に向けて連続的に
移動する。

ところで第４図（Ａ）および（Ｂ）に示されるように
反射燃料Ga,Gbの方向は上下方向において異なり、従っ
てこれらの反射燃料Ga,Gbによって形成される混合気Ka,
Kbの形成領域が夫々異なってくる。第４図に示す実施例
においては反射燃料Gaによって形成される混合気領域Ka
はキャビティ６周辺部の下方領域となり、反射燃料Gbに
よって形成される混合気領域Kbはキャビティ６周辺部の
上方領域になる。同様に第５図（Ａ）および（Ｂ）に示
されるようにピストン２が上死点に達したときには反射
燃料Gaにより形成される混合気領域Kaはキャビティ６中
心部の下方領域となり、反射燃料Gbにより形成される混
合気領域Kbはキャビティ６中心部の上方領域となる。

第４図（Ａ）に示されるように燃料噴射が開始される
と噴射燃料Faが第１凹状燃料反射面7cの上端部に衝突す
る。このとき粒径の比較的大きな燃料粒子は第１凹状燃
料反射面7c上に付着し、その他の燃料粒子は第１凹状燃
料反射面7cにおいて反射して矢印Gaに示されるようにキ
ャビティ６の周辺部に向かって前述したようにキャビテ
ィ６周辺部の下方領域に混合気Kaを形成する。一方、第
４図（Ｂ）に示されるように燃料噴射が開始されると噴
射燃料Fbが第２凹状燃料反射面7bの上端部に衝突する。
このとき粒径の比較的大きな燃料粒子は第２凹状燃料反
射面7b上に付着し、その他の燃料粒子は第２凹状燃料反
射面7bにおいて反射して矢印Gbに示されるようにキャビ
ティ６の周辺部に向かって前述したようにキャビティ６
周辺部の上方領域に混合気Kbを形成する。このように各
混合気領域Ka,Kbは上下方向に間隔を隔てているのでこ
れら混合気領域Ka,Kbは互いに重ならない。また、混合
気領域Kaはキャビティ６の中心軸線に関して反対側に位
置するのでスワール流によりこれら混合気Kaが旋回して
もこれら混合気Kaは互いに重ならない。これは混合気Kb
についても同様である。

第５図に示されるようにピストン２が上死点に近づく
とピストン頂面2aの周辺部とシリンダヘッド３間に形成
されるスキッシュエリア11から燃料室４の中心部に向け
てスキッシュ流が流出する。このスキッシュ流は矢印Ｓ
で示されるように環状リップ７の内周面上端部7aに沿っ
て下方に向けて流れる。前述したように峰部８（第２
図）は比較的鋭い角部をなしており、従ってリップ内周
面上端部7aに沿って流れるスキッシュ流Ｓは峰部８にお
いて剥離して第２凹状燃料反射面7bの周りに微小渦、即
ちマイクロタービュレンスを発生する。このマイクロタ
ービュレンスによって第２凹状燃料反射面7bに付着した
液状燃料の気化が促進される。また、峰部９（第２図）
も比較的鋭い角部をなしており、従ってスキッシュ流Ｓ
は峰部９においても剥離して第１凹状燃料反射面7cの周
りにマイクロタービュレンスを発生する。このマイクロ
タービュレンスによって第１凹状燃料反射面7cに付着し
た液状燃料の気化が促進される。

第４図から第５図に示されるように燃料噴射が開始さ
れてからピストン２が上死点に向かう間、反射燃料Ga,G
bの進行方向がキャビティ６の周辺部から中心部に向け
て移動する。次いで燃料粒子の温度が十分に高まるとキ
ャビティ６の周辺部に形成された混合気Ka,Kbが着火せ
しめられる。混合気Kaの着火火炎はキャビティ６の下方
領域をキャビティ６の中心部に向けて伝播し、混合気Kb
の着火火炎はキャビティ６の上方領域をキャビティ６の
中心部に向けて伝播する。従ってて各反射燃料Ga,Gbを
夫々追いかけるように火炎が伝播することになる。言い
換えると各反射燃料Ga,Gbによって混合気Ka,Kbが形成さ
れるとこの混合気Ka,Kbにタイミングよくただちに火炎
が伝播し、混合気Ka,Kbが燃焼せしめられることにな
る。従って第５図（Ａ）および（Ｂ）に示されるように
各反射燃料Ga,Gbがキャビティ６の中心部に向かうとこ
れら反射燃料Ga,Gbによってキャビティ６の中心部に形
成された各混合気Ka,Kbが中心部に向かう火炎によって
ただちに着火燃焼せめしられる。

次いで第６図（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにピ
ストン２が下降を開始して各反射燃料Ga,Gbの進行方向
がキャビティ６の中心部から周辺部に移動する間も各反
射燃料Ga,Gbは依然として存在する多量の空気と混合
し、良好な着火燃焼が行なわれる。

なお、第１図に示す実施例では２個の凹状燃料反射面
7b,7cを形成した場合を示しているがそれ以上の凹状燃
料反射面を形成できることは言うまでもない。

このように本考案では各反射燃料Ga,Gbによってキャ
ビティ６の下方領域および上方領域に夫々混合気Ka,Kb
が形成されるので空気利用率を大巾に高めることができ
る。

〔考案の効果〕

各反射燃料の方向を上下方向において異ならせること
によって各反射燃料によって形成される各混合気がスワ
ール流により互いに重なるのを阻止でき、斯くしてスモ
ークの発生を抑制することができる。また、直噴式ディ
ーゼル機関では通常キャビティ内にスワール流を発生さ
せ、キャビティ内にスキッシュ流を流入させるようにし
ているがキャビティの形状がキャビティの軸線に関して
回転対称をなしていないとスワールの強さやスキッシュ
流の強さがキャビティ周辺部の各位置毎で異なってしま
い、斯くしてキャビティ周辺部の全領域で一様でかつ良
好な燃焼が得られなくなる。しかしながら本考案ではキ
ャビティの内周面を形成する各凹状燃料反射面がキャビ
ティの軸線に関して回転対称をなしているのでキャビテ
ィ周辺部の全領域においてスワールやスキッシュ流の強
さが一様となり、斯くしてキャビティ周辺部の全領域に
おいて一様かつ良好な燃焼を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は考案によるディーゼル機関の側面断面図、第２
図は第１図の拡大側面断面図、第３図はピストンの平面
図、第４図は噴射開始時を示す図、第５図はピストンが
上死点に達したときを示す図、第６図は噴射完了時を示
す図である。 ２……ピストン、３……シリンダヘッド、５……燃料噴
射弁、６……キャビティ、７……環状リップ、7b,7c…
…凹状燃料反射面。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン頂面上にキャビティを形成し、ピ
   ストンの軸線方向において隣接配置されると共にキャビ
   ティの軸線回りにおいて回転対称をなす複数個の断面円
   弧状凹状燃料反射面をキャビティ内周面上に形成し、燃
   料噴射弁が各凹状燃料反射面に向けて夫々燃料を噴射す
   るための複数個のノズル孔を具備すると共に各ノズル孔
   から夫々対応する各凹状燃料反射面に向けて同時に燃料
   を噴射させ、各凹状燃料反射面の形成位置および断面形
   状を各凹状燃料反射面において反射した噴射燃料が上下
   方向において夫々異なる方向に向かうと共にピストンの
   上昇に伴ってキャビティ周辺部からキャビティ中心部ま
   で順次移動するように定めた直噴式ディーゼル機関の燃
   焼室。