JPH084535A - 直接噴射式ディーゼルエンジンのピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室への
空気の流入を促進して、燃焼性能を向上できるピストン
を開発する。 【構成】 ピストンヘッド２の外輪部５に複数の渦流案
内溝６を形成し、各渦流案内溝６は外輪部５の周方向Ａ
に進むほど下向きに深く凹設され、且つキャビティー３
に近付く先絞り滑り台状に形成され、周方向上手側の渦
流案内溝６の入口部６ａをヘッド面７と面一状に形成
し、その下手側の出口部６ｂをキャビティー３に連通す
る。空気は渦流案内溝６の周方向Ａに沿って案内され、
先き絞りの滑り台を滑り落ちながら、流れの方向性を高
められ、且つその絞り作用で流れを収束されてキャビテ
ィー３に導入される。このため、燃焼室への空気の流入
を促進して吸気スワールを強化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直接噴射式ディーゼルエ
ンジンのピストンに関し、エンジンにこのピストンを組
み込むことにより、燃焼室への空気の流入を促進してス
ワールを強化し、空気と燃料の混合を強力にして燃焼性
能を向上できるものを提供する。

【０００２】

【発明の背景】本発明の対象となる直接噴射式ディーゼ
ルエンジンのピストンの基本構造は、図１、図４又は図
５に示すように、ディーゼルエンジンＥのピストン１の
ピストンヘッド２の中央部にキャビティー３を下向きに
凹設した形式のものである。

【０００３】

【従来の技術】この形式の従来技術１としては、特開平
３―１６８３２２号公報に示すように(図４参照)、ピス
トンヘッド２のキャビティー３の外周部に内径方向に近
付くほどヘッド面７からキャビティー３に落ち込み傾斜
するテーパ面５０を形成し、テーパ面５０にキャビティ
ー３の径方向から適宜傾斜させて複数の案内溝５１を刻
設するとともに、シリンダヘッド１０の下面に上記キャ
ビティー３に対向するように断面台形状の凸部５２を設
けたものがある。

【０００４】本従来技術１では、ピストン１の上死点移
行時に、テーパ面５０と凸部５２との接近でスキッシュ
流の流路５３を狭窄してその流れを増速させるうえ、こ
のスキッシュ流を各案内溝５１で収束させてその増速作
用を一層強力にできるので、燃料と空気との混合が促進
される。

【０００５】一方、従来技術２としては、特開平２―１
４９７１９号公報に示すように(図５参照)、ピストンヘ
ッド２のキャビティー３の外周側に複数の空気供給穴５
４を包囲状に凹設し、各空気供給穴５４を中央のキャビ
ティー３に火炎案内溝５５を介して連通し、火炎案内溝
５５を均等な深さで空気供給穴５４より浅く形成すると
ともに、吸気スワールの向きＳに方向付け、シリンダヘ
ッド１０の下面に上記キャビティー３に対向するように
凸部５６を設けたものがある。

【０００６】本従来技術２では、ピストンの上死点移行
時に、キャビティー３はシリンダヘッド１０側の凸部５
６により閉塞されるので、空気不足を起こして窒素酸化
物の生成が抑制される。また、上死点を過ぎた後の膨張
移行時には、キャビティー３の火炎や未燃蒸気は激しく
噴出して空気供給穴５４の空気と出会い、２段目の混合
が行われる。この場合、火炎は火炎案内溝５５により選
択的に空気供給穴５４に向かうので、混合速度が高まる
うえ、高いスワール強度が維持される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術１では、
キャビティー３の外周側にテーパ面５０と案内溝５１を
設けてスキッシュ流をある程度高められるが、テーパ面
５０はピストンヘッド２に接する局部的な外周箇所に限
定して形成され、その他のヘッド面７には形成されない
ので、スキッシュ流の増速には限界がある。そのうえ、
本従来技術１は、実際には、シリンダヘッド１０側の凸
部５２とピストン１側のキャビティー３との組み合わせ
でスキッシュ流を増速させる機構なので、凸部５２を形
成しない通常の平滑な下面を有するシリンダヘッド１０
との組み合わせでは、上記スキッシュの増速作用も一層
制約を受ける。

【０００８】上記従来技術２では、窒素酸化物の生成の
抑制を主目的とするうえ、火炎案内溝５５はキャビティ
ー３から空気供給穴５４に向けて火炎を案内し、膨張移
行時の２段目の混合を促進するものである。従って、上
死点移行の前・後における燃料と空気との混合過程で
は、この混合の充分な促進には限界がある。また、本従
来技術２も、前記従来技術１と同様に、シリンダヘッド
１０側の凸部５６をピストン１側の凹部５４・５５と組
み合わせる機構なので、スワールの増速作用の制約は大
きい。本発明は、直接噴射式ディーゼルエンジンに関
し、燃焼室への空気の流入を促進して燃焼性能を向上で
きるピストンを開発することを技術的課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の手段を、実施例を示す図１〜図３により以下に説明す
る。即ち、本発明は前記基本構造の直接噴射式ディーゼ
ルエンジンのピストンにおいて、上記ピストンヘッド２
の外周縁４とキャビティー３との間の帯状の外輪部５に
複数の渦流案内溝６を形成し、各渦流案内溝６は外輪部
５の周方向Ａに進むほど下向きに深く凹設されるととも
に、キャビティー３に近付くように先絞り滑り台状に形
成され、その周方向Ａの上手側に位置する渦流案内溝６
の入口部６ａを外輪部５の径方向の幅一杯で、且つピス
トンヘッド２のヘッド面７と面一状に形成し、その周方
向Ａの下手側に位置する渦流案内溝６の出口部６ｂをキ
ャビティー３に連通したことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】上記ピストン１は、渦流案内溝６の周方向Ａを
スワール方向に一致させてディーゼルエンジンに組み込
まれる。そこで、このディーゼルエンジンの作用を説明
する。

【００１１】吸気ポートから燃焼室に侵入した空気は、
先ず、ピストンヘッド２の外輪部５にその幅一杯に形成
されて、且つヘッド面７と面一状である渦流案内溝６の
入口部６ａに受け入れられる。このため、空気は渦流案
内溝６の周方向Ａに沿いながら、先き絞りの滑り台を滑
り落ちるように渦流出口部６ｂに向かって案内される。
この間に、吸気スワールは流れの方向性を高められると
ともに、その絞り作用で流れを収束されて(即ち、増速さ
れて)、キャビティー３に導入される。従って、凸部を
突設した特殊なシリンダヘッド１０をピストン１と組み
合わせる冒述の従来技術１又は２とは異なり、組み合わ
せるシリンダヘッド１０の形態に拘わらず、燃焼室への
空気の流入を促進して吸気スワールを強化でき、空気と
燃料の混合を強力に促進できる。

【００１２】

【発明の効果】燃焼室に侵入した空気を渦流案内溝によ
り強力にピストンのキャビティーに案内するので、空気
と燃料の混合を強力にして燃焼性能を向上できる。この
ため、排気中の有害成分(スス、ＣＯ、ＮＯ_X、ＳＯ_Xなど)
の発生量を低減するとともに、燃料消費率を改善して、
ディーゼルエンジンの最大出力を高められる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて述べ
る。図１は縦型直接噴射式ディーゼルエンジンのピスト
ンの要部斜視図、図２は同ピストンの平面図、図３は同
ディーゼルエンジンの要部縦断面図である。

【００１４】図３に示すように、縦型直接噴射式ディー
ゼルエンジンＥのシリンダ１１の上側にシリンダヘッド
１０を組み付け、燃料噴射ポンプ１２をシリンダヘッド
１０の上方から燃焼室１３に、シリンダ１１に近付くほ
ど燃焼室１３の中心に傾くように突入する。上記シリン
ダヘッド１０に吸気ポート１５を開け、吸気ポート１５
の出口１５ａに吸気弁１６を開閉可能に臨ませる。

【００１５】図１〜図３に示すように、上記シリンダ１
１にシリンダボア１４を形成し、シリンダボア１４にピ
ストン１を上下摺動自在に嵌挿し、ピストンヘッド２の
中央部にキャビティー３を下向きに凹設する。上記キャ
ビティー３の外周部３ａはピストンヘッド２のヘッド面
７から下方に曲面状に落ち窪み、その中央部３ｂには円
錐状の墳丘が突設され、前記燃料噴射ポンプ１２の噴孔
１２ａはこのキャビティー３に方向付けられる。

【００１６】図１〜図３に示すように、上記ピストンヘ
ッド２の外周縁４とキャビティー３との間の帯状の外輪
部５に３個の渦流案内溝６を形成する。図１〜図２に示
すように、各渦流案内溝６は外輪部５の周方向Ａ(具体
的には、左方向)に進むほど下向きに深く凹設されるとと
もに、キャビティー３に近付くように、先絞り滑り台状
に形成される。但し、吸気スワールの方向は、例えば、
吸気ポート１５のスワール室から燃焼室１３に空気が侵
入する方向で決まるが、上記渦流案内溝６が絞られて行
く周方向Ａは、このスワール方向に一致するように設定
される。

【００１７】図２に示すように、上記渦流案内溝６を平
面視すると、細長い三角形の底辺を動かさずに、その頂
点を一定方向に捩り旋回させたような形状を呈する。こ
のため、図１に示すように、スワール方向Ａの上手側に
位置する渦流案内溝６の入口部６ａは、外輪部５の径方
向の幅一杯で、且つピストンヘッド２のヘッド面７と面
一状に形成される。また、そのスワール方向Ａの下手側
に位置する渦流案内溝６の出口部６ｂはキャビティー３
に連通される。しかも、ピストンヘッド２を平面視する
と、各渦流案内溝６の入口部６ａは隣接する渦流案内溝
６の出口部６ｂに接するように配置される。

【００１８】そこで、本実施例のピストンを組み込んだ
直接噴射式ディーゼルエンジンの機能を説明する。ピス
トンヘッド２に凹設される渦流案内溝６の入口部６ａ
は、帯状の外輪部５の幅一杯に形成されて、且つヘッド
面７と面一状に形成されるので、吸気ポート１５から燃
焼室１３に侵入した空気は、先ず、この３個の渦流案内
溝６の入口部６ａに夫々受け入れられる。

【００１９】このため、空気は渦流案内溝６のスワール
方向Ａに沿いながら、先き絞りの滑り台(図１及び図２
の斜線部参照)を滑り落ちる状態で渦流案内溝６の出口
部６ｂに案内される。この間に、空気はその流れの方向
性を高められるとともに、渦流案内溝６の絞り作用で流
れを収束されて(即ち、増速されて)、渦流案内溝６の出
口部６ｂからキャビティー３に導入される。従って、こ
の渦流案内溝６の案内作用と絞り作用により、空気の流
入を促進して吸気スワールを強化できるので、燃料噴射
ポンプ１２からキャビティー３に向かって噴射される燃
料と当該空気の混合を強力に促進して、ディーゼルエン
ジンＥの燃焼性能を高められるとともに、排気中の有害
成分の発生量を低減できる。

【００２０】尚、本発明は、ピストンヘッド２の外輪部
５に先き絞り滑り台状の渦流案内溝６を凹設することを
特徴とするので、この案内溝６の個数は２個、或は３個
以上でも良い。また、各渦流案内溝６の入口部６ａは隣
接する渦流案内溝６の出口部６ｂに接することなく、離
間していても差し支えない。一方、本発明は、シリンダ
ボアが縦向きである縦型ディーゼルエンジンに限らず、
シリンダボアが横向きの横型エンジンにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】縦型直接噴射式ディーゼルエンジンのピストン
の要部斜視図である。

【図２】同ピストンの平面図である。

【図３】同ディーゼルエンジンの要部縦断面図である。

【図４】従来技術１を示し、図４Ａは直接噴射式ディー
ゼルエンジンの要部縦断面図、図４Ｂはピストンヘッド
の要部斜視図である。

【図５】従来技術２を示し、図５Ａは直接噴射式ディー
ゼルエンジンの要部縦断面図、図５Ｂはピストンヘッド
の平面図である。

【符号の説明】

１…ピストン、２…ピストンヘッド、３…キャビティ
ー、４…ピストンの外周縁、５…ピストンヘッドの外輪
部、６…渦流案内溝、６ａ…渦流案内溝の入口部、６ｂ
…渦流案内溝の出口部、７…ヘッド面、Ａ…外輪部の周
方向、Ｅ…直接噴射式ディーゼルエンジン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジン(Ｅ)のピストン(１)
   のピストンヘッド(２)の中央部にキャビティー(３)を下
   向きに凹設した直接噴射式ディーゼルエンジンのピスト
   ンにおいて、 上記ピストンヘッド(２)の外周縁(４)とキャビティー
   (３)との間の帯状の外輪部(５)に複数の渦流案内溝(６)
   を形成し、 各渦流案内溝(６)は外輪部(５)の周方向(Ａ)に進むほど
   下向きに深く凹設されるとともに、キャビティー(３)に
   近付くように先絞り滑り台状に形成され、 その周方向(Ａ)の上手側に位置する渦流案内溝(６)の入
   口部(６ａ)を外輪部(５)の径方向の幅一杯で、且つピス
   トンヘッド(２)のヘッド面(７)と面一状に形成し、その
   周方向(Ａ)の下手側に位置する渦流案内溝(６)の出口部
   ６(ｂ)をキャビティー(３)に連通したことを特徴とする
   直接噴射式ディーゼルエンジンのピストン。