JPH0151658B2 - - Google Patents
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- JPH0151658B2 JPH0151658B2 JP58141100A JP14110083A JPH0151658B2 JP H0151658 B2 JPH0151658 B2 JP H0151658B2 JP 58141100 A JP58141100 A JP 58141100A JP 14110083 A JP14110083 A JP 14110083A JP H0151658 B2 JPH0151658 B2 JP H0151658B2
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- spray
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はピストン頂部に凹部の主燃焼室を有す
る直噴式内燃機関の燃焼室に関するものである。
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の頂部に凹部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り、同一のシリン
ダ内径Ｄに対してこの凹部２の径ｄを大きくする
と、燃料噴射弁３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l1＜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。
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の頂部に凹部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り、同一のシリン
ダ内径Ｄに対してこの凹部２の径ｄを大きくする
と、燃料噴射弁３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l1＜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、各噴口よ
りの燃料噴霧の広がり角度であり、矢印Ｓで示す
のはスワール方向である。
りの燃料噴霧の広がり角度であり、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
の凹部２の容積を小さくすることであり、かつ凹
部２の径ｄを大きくすることはｄ／Ｄに逆比例し
てスキツシユ速度を低下させる。
の凹部２の容積を小さくすることであり、かつ凹
部２の径ｄを大きくすることはｄ／Ｄに逆比例し
てスキツシユ速度を低下させる。
このため主燃焼室容積比、スキツシユ速度低下
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
ための径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。
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
ための径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の凹部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。
燃料噴射をピストン１の凹部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ｌの拡大により
燃料が過早着火すると共に、スキツシユ力の低下
のため燃焼期間が長びき、最大出力、排気色、燃
料消費が悪化する。
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ｌの拡大により
燃料が過早着火すると共に、スキツシユ力の低下
のため燃焼期間が長びき、最大出力、排気色、燃
料消費が悪化する。
上記の対策として、直噴式デイーゼル機関の燃
焼室に関する特公昭51−29242号、特公昭51−
29243号及び特公昭51−29244号の発明において
は、凹部の主燃焼室に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り、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０から0.075のためＲよりｒが必ず小さ
い。
焼室に関する特公昭51−29242号、特公昭51−
29243号及び特公昭51−29244号の発明において
は、凹部の主燃焼室に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り、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０から0.075のためＲより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。
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57−168729号
の考案及びデイ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り、反射により飛散させよう
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、ほとんど反射し
ない、このため反射させるべく設けた壁上に未燃
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。
の考案及びデイ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り、反射により飛散させよう
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、ほとんど反射し
ない、このため反射させるべく設けた壁上に未燃
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、デイ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イーゼル機関
に燃焼室に関する実公昭55−4515号及び実開昭57
−139631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−
139631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、スキツシユ力が低下
し、スワールによる凹部の気流が圧縮中に低下し
てしまうという欠点もある。
開昭57−107821号ならびに直噴式デイーゼル機関
に燃焼室に関する実公昭55−4515号及び実開昭57
−139631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−
139631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、スキツシユ力が低下
し、スワールによる凹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
力、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。
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
力、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噴口中心からの距離
L1をそのシリンダ内径の0.25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L1の0.8から0.9倍の
噴口中心からの距離に設定され、かつ上記曲率r1
より大きい曲率r2を有する中間壁面で連続して、
その凹部を風車形に形成し、更に上記中間壁面の
中間部より上記に角度5゜から15゜の傾斜面を形成
することを特徴としたものである。
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0.25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L1の0.8から0.9倍の
噴口中心からの距離に設定され、かつ上記曲率r1
より大きい曲率r2を有する中間壁面で連続して、
その凹部を風車形に形成し、更に上記中間壁面の
中間部より上記に角度5゜から15゜の傾斜面を形成
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実施例を説明する
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
の平面図であり、ピストン１の頂部に凹部２から
なる主燃焼室を有するこの直噴式内燃機関では、
その凹部２を、燃料噴霧弁３の各噴口から噴射さ
れる燃料噴霧がその広がり角度θ＝18゜〜25゜で衝
突する壁面２Ａ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２Ａまでの距離L1をシリンダ内径Ｄに対し、
L1＝（0.25〜0.35）×Ｄ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２Ｃを燃料噴射弁３の噴口数に対応して形成し
ている。
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
の平面図であり、ピストン１の頂部に凹部２から
なる主燃焼室を有するこの直噴式内燃機関では、
その凹部２を、燃料噴霧弁３の各噴口から噴射さ
れる燃料噴霧がその広がり角度θ＝18゜〜25゜で衝
突する壁面２Ａ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２Ａまでの距離L1をシリンダ内径Ｄに対し、
L1＝（0.25〜0.35）×Ｄ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２Ｃを燃料噴射弁３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よりも大きな曲率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。
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よりも大きな曲率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凹部２において
は、第６図のＳ方向で示すスワールにより凹部２
の内壁に、衝突後の燃料フイ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、スキツシユ力の低下を防止すること
ができる。
は、第６図のＳ方向で示すスワールにより凹部２
の内壁に、衝突後の燃料フイ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、スキツシユ力の低下を防止すること
ができる。
更に、本実施例では凹部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。
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、凹部２の内壁面の噴口中心No
からの距離L1，L2を、L2／L1＝0.7〜0.9にするこ
とにより、この凹部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。
からの距離L1，L2を、L2／L1＝0.7〜0.9にするこ
とにより、この凹部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。
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の頂面からh2の
深さの位置より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。
−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の頂面からh2の
深さの位置より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h1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dθ1の傾斜面に形成している。
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dθ1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３か
らの燃料噴射量は少量で、燃料噴射弁３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、または排
気刺激臭等を発生することはない。
の内燃機関の低速・低力時には、燃料噴射弁３か
らの燃料噴射量は少量で、燃料噴射弁３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、または排
気刺激臭等を発生することはない。
しかしながら、高速・高負荷時には燃料噴射量
が低速・低力時の５から８倍となり、第１２図に
示すごとく、燃料噴霧Ｆは壁面２Ａに衝突し、更
に高速回転に伴なう50から100M／ｓのスワール
Ｓの速度により燃料噴霧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
より下向に従つて中間壁面２Ｂより火炎Ｈが破線
のごとく流出する。
が低速・低力時の５から８倍となり、第１２図に
示すごとく、燃料噴霧Ｆは壁面２Ａに衝突し、更
に高速回転に伴なう50から100M／ｓのスワール
Ｓの速度により燃料噴霧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
より下向に従つて中間壁面２Ｂより火炎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
の中間部より上部に傾斜面４を形成することによ
り、燃料噴霧の一部がスワールＳにより流される
際に、第１３図に示すごとくその傾斜面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。
の中間部より上部に傾斜面４を形成することによ
り、燃料噴霧の一部がスワールＳにより流される
際に、第１３図に示すごとくその傾斜面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２Ａに衝突する燃料噴
霧Ｆを、ピストン１の凹部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。
霧Ｆを、ピストン１の凹部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。
従つて、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
もとで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イル
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
生をさせないための流入側形状としている。
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
もとで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イル
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
生をさせないための流入側形状としている。
また、燃料衝突後のスワール下流の中間壁面よ
り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。
り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があ
る。
し、排気色及び燃費が改良されるという効果があ
る。
なお、本発明は主として直噴式デイーゼル機関
に対して有効に適用される。
に対して有効に適用される。
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図の凹部の平断面図、第８図は第５図の
凹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における燃焼室の凹部の平断面図、
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、２Ｂ…
中間壁面、４…傾斜面、Ｄ…シリンダ内径、L1，
L2…距離、No…噴口中心、r1，r2…曲率、dθ2…
傾斜角。
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図の凹部の平断面図、第８図は第５図の
凹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における燃焼室の凹部の平断面図、
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、２Ｂ…
中間壁面、４…傾斜面、Ｄ…シリンダ内径、L1，
L2…距離、No…噴口中心、r1，r2…曲率、dθ2…
傾斜角。
Claims (1)
- １ ピストン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
壁面までの噴口中心からの距離L1をそのシリン
ダ内径の0.25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0.9倍の噴口中心か
らの距離に設定され、かつ上記曲率r1より大きな
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り上
記に角度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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58141100A JPS6032928A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 直噴式内燃機関の燃焼室 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58141100A JPS6032928A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 直噴式内燃機関の燃焼室 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6032928A JPS6032928A (ja) | 1985-02-20 |
| JPH0151658B2 true JPH0151658B2 (ja) | 1989-11-06 |
Family
ID=15284185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58141100A Granted JPS6032928A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 直噴式内燃機関の燃焼室 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6032928A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6387227U (ja) * | 1986-11-28 | 1988-06-07 | ||
| AT407425B (de) * | 1995-05-03 | 2001-03-26 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Brennkraftmaschine mit fremdzündung |
| EP3176402B1 (en) * | 2015-12-02 | 2019-05-22 | Caterpillar Energy Solutions GmbH | Piston for a gaseous fuel internal combustion engine |
-
1983
- 1983-08-03 JP JP58141100A patent/JPS6032928A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6032928A (ja) | 1985-02-20 |
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