JP2524136Y2 - 直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室に関
し、とくに、燃料噴射ノズルの噴射燃料を、燃焼室の壁
面に衝突、反射させて反射方向に良好な混合気を形成し
燃焼させるタイプの燃焼室の改良に関する。

［従来の技術］ 本出願人は、特願昭62−141450号において、燃料衝
突、反射タイプの直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室を
提案した。そこでは、燃焼室は、ピストン頂部に形成さ
れた上方に向って開口するキャビティ内に郭成され、該
キャビティ開口部には、半径方向内方に突出し下面がピ
ストン軸芯を含む面内にて凹曲面に形成されたリップ部
が形成されており、この凹曲面が燃料噴射ノズルからの
噴射燃料の噴射燃料衝突壁面とされている。噴射燃料衝
突壁面が凹曲面から成るのでピストンの上下動に伴なっ
て燃料衝突位置が凹曲面に沿って上下に変わり、燃料反
射方向が燃焼室の外周縁部近傍と燃焼室中心近傍との間
にわたって走査的に変化し、反射燃料噴霧が燃焼室を広
い範囲にわたって走査し、良好な混合気形成が可能とな
る。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、従来の燃料室構造は燃焼室軸芯に関して全周
にわたって対称であ、噴射燃料衝突壁面はエンジン低回
転時にもエンジン高回転時にも同じに作用する。

このため、冷間アイドル運転時に、HC排気量が増大
し、白煙、悪臭が生じるという問題が生じる。冷間アイ
ドル運転時においては、燃焼室内において着火しても、
壁面での冷却によりクエンチ状態となりやすいので、で
きるだけ燃焼室中央部で燃焼を行わせることが望まし
い。しかし、従来技術においては、凹曲面から成る燃料
衝突壁面の作用がいかなる運転時においても不変である
ため、当然、冷間アイドル運転時において燃焼室の外周
縁部の壁面近傍には反射燃料噴霧が供給されてしまい、
上記問題を生じる。

本考案は、燃料噴霧の燃料反射方向を燃焼室外周近傍
と燃焼室中心との間にわたって走査的に変化させるタイ
プの直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室において、冷間
アイドリング時のHC排気量の低減、白煙、悪臭の低減を
はかることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、本考案によれば、次の直噴式ディーゼル
エンジンの燃焼室によって達成される。

すなわち、 吸気スワールを有する直噴式ディーゼルエンジンの燃
焼室であって、前記燃焼室はピストン頂部に形成された
上方に向って開口するキャビティ内に郭成され、該キャ
ビティの開口部近傍には半径方向内方に突出し下面がピ
ストン軸芯を含む面内にて凹曲面に形成されたリップ部
が形成されていて該凹凸曲面を燃料噴射ノズルからの噴
射燃料を衝突、反射させる噴射燃料衝突壁面としてお
り、前記キャビタィの奥部は前記噴射燃料衝突壁面より
半径方向外方にえぐられ前記噴射燃料衝突壁面と角部を
介してつなげられた外周壁面とされている直噴式ディー
ゼルエンジンの燃焼室であって、 前記キャビティ奥部の外周壁面は、噴射燃料衝突壁面
のうちエンジン高回転時に噴射燃料が衝突する部分の下
側に、燃料室中心方向になめらかに突出する突出部を有
していることを特徴とする直噴式ディーゼルエンジンの
燃焼室。

［作用］ 上記燃料室内に吸気スワールがあるため、吸気量が少
なく吸気スワールの弱いエンジン低回転時と吸気量が多
く吸気スワールの強いエンジン高回転時とでは、噴射燃
料の、リップ部の噴射燃料衝突壁面への衝突位置がスワ
ール方向にずれる。すなわち、エンジン低回転時に噴射
燃料が衝突する第１の婦燃料衝突壁面部とエンジン高回
時に噴射燃料が衝突する第２の噴射燃料衝突壁面部とで
は、エンジン高回転時において噴射燃料がスワールに押
されて偏向する量が大きいため、第２の噴射燃料衝突壁
面部の方がスワール方向下流側に位置する。

一方、キャビティ奥部には、その外周壁面に、第２の
噴射燃料衝突壁面部の下側に突出部があるため、スワー
ルのうちキャビティ奥部の外周壁面近傍の流れには、次
の２種類の流れが存在する。すなわち、突出部のスワー
ル方向上流側から突出部の内周側端部に向って流れ突出
部内周側端部で突出部から一部剥離する、外周側から内
周側へと流れる第１の流れと、突出部の内周側端部から
突出部のスワール方向下流へと突出部壁面に沿って流れ
る、内周側から外周側へと流れる第２の流れと、であ
る。

エンジン低回転時には、噴射燃料は第１の噴射燃料衝
突壁面部に衝突し、反射されてキャビティ奥部へと向
い、ピストン上下動によって燃焼室外周壁面近傍と燃焼
室中心近傍との間を走査する。第１の噴射燃料衝突壁面
部は第２の噴射燃料衝突壁面部よりスワール方向上流側
にあるから、第１の噴射燃料衝突壁面部で反射された反
射噴霧のうち燃焼室外周壁面近傍に向う噴霧は、キャビ
ティ奥部外周壁面のうち、突出部内周側端部よりスワー
ル方向上流側に流れ、第１の流れにのり、外周側から内
周側へと流れる。このため、過大量の反射燃料噴霧が燃
焼室外周壁面に沿って長い距離流れることはなく、ピス
トンがまだ十分暖機されていない冷間アイドル運転時に
おいても、燃焼室外周壁面でクエンチが生じることが抑
制され、燃焼室中央側に寄せられて良好に燃焼できる。
このため、HC排出量が低減され、白煙、悪臭も低減す
る。

エンジン高回転時には、噴射燃料は第２の噴射燃料衝
突壁面部に衝突してピストン上下動に伴なって走査的に
反射され、キャビタィ奥部外周壁面近傍へと向かう反射
噴霧は突出部内周側端部近傍に供給される。この燃料反
射噴霧は第２の流れにのるので外周側に流れ、エンジン
高回転時はピストンは十分に暖機されてるので良好に燃
焼でき、かつ外周部の豊富な空気を利用して高い空気利
用率で燃焼され、出力を増大する。

［実施例］ 以下に、本考案に係る直噴式ディーゼルエンジンの燃
焼室の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。

第１図、第２図において、符号10はスワールを有する
直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室を示す。燃焼室10
は、ピストン12の頂部に形成された上方に向かって開口
するキャビティ14内に郭成されている。キャビティ14の
開口部近傍には、半径方向内方に突出する環状のリップ
部16が形成され、リップ部16の下面には、ピストン軸芯
を含む面内にて凹曲面に形成された噴射燃料衝突壁面18
が形成されている。燃料噴射ノズル20は燃焼室中央部の
上方に、シリンダヘッドに固定して、設けられ、少なく
とも１個の燃料噴口を有し、それを通して噴射される噴
射燃料22は、ピストン12が上死点又は上死点近傍にある
ときに、噴射燃料衝突壁面18に衝突する。キャビティ14
の奥部24は、噴射燃料衝突壁面18から半径方向に外方に
えぐられて形成されている。キャビティ14の底面は平坦
面である。

噴射燃料衝突壁面18は凹曲面から成り、ピストン12の
上昇に伴なって噴射燃料22の反射方向が第３図において
22aから22bへと変化し、縦断面方向に、燃焼室内を、外
周側から中心側に向って広い範囲にわたって、走査する
形状に形成されている。また、噴射燃料22の飛行方向
は、第４図に示すように、横断面方向に、吸気スワール
26の存在によって吸気スワールの流れ方向に偏向する。
エンジン低回転時には吸気量が少ないため吸気スワール
26の強さは弱く、エンジン低回転時の噴射燃料22Lの偏
向量は少なくほぼ直進する。エンジン高回転時には吸気
量が多く吸気スワール26の強さが強いので、エンジン高
回転時の噴射燃料22Hの偏向量は大である。噴射燃料衝
突壁面18のうち、エンジン低回転時の噴射燃料22Lが衝
突し反射される部分を第１の噴射燃料衝突壁面部18Lと
定義し、エンジン高回転時の噴射燃料22Hが衝突し反射
される部分を第２の噴射燃料衝突壁面部18Hと定義す
る。第２の噴射燃料衝突壁面部18Hは、第１の噴射燃料
衝突壁面部18Lよりも、スワール方向下流側に位置して
いる。

キャビティ14の奥部24の外周壁面28は、第２の噴射燃
料衝突壁面部18Hの下側に、燃焼室中心方向になめらか
に突出する突出部30を有しており、突出部30以外のキャ
ビテイ奥部外周壁面部分32は、第１図に示すように、平
面視で、燃焼室中心を中心とする円弧を描く。突出部30
とその他の外周壁面部分32とは、平面視で、なめらかに
接続する。第１の噴射燃料衝突壁面部18Lの下側は、突
出部30の***の始まり部にほぼ対応している。キャビテ
ィ奥部外周壁面28は、第２図の、ピストン軸芯を含む面
で切って見た断面視で見ると、ほぼ半円弧状となってお
り、突出部30は壁面28の半円弧状を燃焼室中心側に変位
させた断面形状となっている。突出部30の内周側端部30
aは、噴射燃料衝突壁面18より半径方向外周側に位置し
ている。キャビテイ14の奥部24の外周壁面28と噴射燃料
衝突壁面18との交わり部は第２図の断面視で角部34を形
成しており、第１図の平面視で燃焼室中心を中心とする
円をえがく。突出部30の内周側端部30aは、この角部34
よりも半径方向外周側にある。

次に、上記実施例の作用について説明する。

第４図に示すように、燃焼室10内には吸気スワール26
が旋回している。この吸気スワール26の強さは、吸気量
の少ない、アイドル運転時を含むエンジン低回転時には
弱く、吸気量の多いエンジン高回転時には強い。燃料噴
射ノズル20はシリンダヘッドに固定されているため、そ
の燃料噴射方向は不変であるが、噴射された燃料は、リ
ップ部16に向けて飛行中に吸気スワール26の強弱によっ
て偏向量が異なる。エンジン低回転時の噴射燃料22Lは
ほぼ直進してリップ部16の第１の噴射燃料衝突壁面部18
Lに衝突し、反射される。エンジン高回転時の噴射燃料2
2Hは相当偏向されて第２の噴射燃料衝突壁面部18Hに衝
突し、反射される。反射燃料は第３図に示すように、ピ
ストン12の上下運動によって、ピストン軸芯を含む面内
において、燃焼室外周壁面近傍（ただし、角部34がある
ので反射燃料は外周壁面28に付着しにくい）から燃焼室
中心近傍までにわたって燃焼室10を走査する。第３図に
おいて、22aはピストン上死点前後の反射燃料を示して
おり、22bはビストン上死点の反射燃料を示している。
噴射燃料衝突壁面18の凹曲面形状を、第１の噴射燃料衝
突壁面部18Lでも、第２の噴射燃料衝突壁面部18Hでも同
じにした場合には、エンジン低回転時にもエンジン高回
転時にも、同じような燃料反射が生じる。ところが、こ
の反射燃料のうちキャビティ14の奥部24の外周壁面28近
傍に向かう反射燃料22aがキャビティ14の奥部24に流れ
たときに、エンジン低回転時とエンジン高回転時とで、
以下に述べる相違が生じる。

キャビティ14の奥部24に旋回している吸気スワール26
のうち、外周壁面28に沿って流れている吸気スワール26
は強いが、この外周壁面28に沿って流れている吸気スワ
ール26には、第４図に示すように、２種類の流れ26a、2
6bが存在する。第１の流れ26aは、突出部30のスワール
方向上流側から突出部30の内周側端部30aに向って流れ
る流れであり、この第１の流れ26aは、その一部が内周
側端部30aで突出部30から剥離する。第１の流れ26aは、
周方向に流れる成分をもつとともに、半径方向に外周側
から内周側に流れる成分をもつ。第２の流れ26bは、突
出部30の内周側端部30aから突出部30のスワール方向下
流側に向って流れる流れであり、この第２の流れ26bは
突出部30の内周側端部30aより下流側の壁面と該壁面に
続く壁面部分32に沿って流れていく。第２の流れ26b
は、周方向に流れる成分をもつとともに、半径方向に内
周側から外周側に流れる成分をもつ。

エンジン低回転時に第１の噴射燃料衝突壁面部18Lに
衝突する噴射燃料22Lの反射燃料22aは、突出部30の内周
側端部30aより上流側で供給されるので、上記の第１の
流れ26aにのり、突出部30の内周側端部30aに向って流
れ、（この場合、角部34の存在によって反射燃料が外周
壁面28に付着しにくいので、反射燃料は容易に第１の流
れ26aにのることができる。）外周側から内周側に流れ
て、燃焼室10の中央側に寄せられ、主に燃焼室10の中央
で、比較的濃い状態で良好に燃焼される。したがって、
エンジン低回転時に過大な利用の反射燃料がキャビティ
14奥部24の外周壁面28に付着することはなくなる。これ
は、とくに冷間アイドル運転時に意味を持ち、この燃焼
室10の中央への反射燃料の寄せによって、まだ十分に暖
機されていないピストン12のキャビティ奥部外周壁面28
で付着燃料冷が冷やされクエンチ状態を生じる結果発生
するHC排出量、白煙、悪臭の増大が、著しく低減され
る。

一方、エンジン高回転時に第２の噴射燃料衝突壁面部
18Hに衝突する噴射燃料22Hの反射燃料22aは、突出部30
の内周側端部30aの直近に供給されるので、上記の第２
の流れ26bにのり（この場合、角部34の存在によって反
射燃料が外周壁面28に付着しにくいので、反射燃料は容
易に第２の流れ26bにのることができる）、突出部30の
内周側端部30aから周方向に離れる方向に、内周側から
外周側に向って流れる。キャビティ14の奥部24の外周壁
面28近傍のうち、突出部30以外の部分の壁面部分32近傍
には、多量の空気が存在するので、エンジン高回転時に
は、この空気を利用して、空気利用率の高い、したがっ
て、高出力の得られる燃焼が行なわれる。エンジン高回
転時には、既にピストン12は十分に暖機されているの
で、キャビティ14の奥部24の外周壁面28に沿って流れて
も、クエンチ状態を起すことはない。

上記実施例においては、噴射燃料衝突壁面18の凹曲面
形状は、リップ部16の周方向に不変としたが、この凹曲
面形状をリップ部16の周方向に変化させてもよい。変化
させる場合には、第１の噴射燃料衝突壁面部18Lの傾斜
角度を第２の噴射燃料衝突壁面部18Hの傾斜角度より立
てる。この場合にも噴射燃料衝壁面18の下側には、前記
の構成を有する突出部30が設けられなければならない。
第１の噴射燃料衝突壁面部18Lの傾斜角度をより立てる
ことによって、エンジン低回転時の噴射燃料22Lの反射
燃料はより燃焼室中央側へと反射され、前記突出部30に
よる作用と合まって、エンジン低回転時におけるHC排出
量低減効果、白煙、悪臭低減効果が増大される。

［考案の効果］ 本考案によれば、噴射燃料衝突壁面とキャビティ奥部
の外周壁面28とを角部34を介してつなげキャビティ14の
奥部24の外周壁面28のうち、エンジン高回転時に噴射燃
料22Hが衝突する第２の噴射燃料衝突壁面部18Hの下側に
燃焼室中心側に向って突出する突出部30を設けたので、
エンジン低回転時の、第１の噴射燃料衝突壁面部18Lに
よる反射燃料のうち、キャビティ14の奥部24の外周壁面
28近傍に反射される反射燃料22aを、突出部30の内周側
端部30aより上流側の壁面に沿う第１の流れ26aにのせて
（この場合、角部34があることによって反射燃料は外周
壁面28に付着しにくく、第１の流れ26aにのりやす
い）、燃焼室中央側に寄せることができる。このため、
エンジン低回転時、特に冷間時アイドル運転時におい
て、反射燃料22aが燃焼室壁面でクエンチ状態を生じる
ことがなくなり、HC排出量を低減でき、白煙、悪臭も低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る直噴式ディーゼルエン
ジンの燃焼室の平面図、 第２図は第１図の燃焼室の断面図、 第３図は燃料反射の状態を示す第２図の燃焼室の半断面
図、 第４図は吸気スワールと該吸気スワールによる噴射燃料
の偏向を示す第１図の燃焼室の平面図、である。 10……燃焼室 12……ピストン 14……キャビテイ 16……リップ部 18……噴射燃料衝突壁面 18L……第１の噴射燃料衝突壁面部 18H……第２の噴射燃料衝突壁面部 20……燃料噴射ノズル 22L……エンジン低回転時の噴射燃料 22H……エンジン高回転時の噴射燃料 22a……ピストン上死点前、後の反射燃料 22b……ピストン上死点の反射燃料 24……キャビテイ14の奥部 26……吸気スワール 26a……第１の流れ 26b……第２の流れ 28……キャビティ14の奥部24の外周壁面 30……突出部 30a……突出部30の内周側端部 32……突出部30以外のキャビティ奥部外周壁面部分 34……角部

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気スワールを有する直噴式ディーゼルエ
   ンジンの燃焼室であって、前記燃焼室はピストン頂部に
   形成された上方に向って開口するキャビティ内に郭成さ
   れ、該キャビティの開口部近傍には半径方向内方に突出
   し下面がピストン軸芯を含む面内にて凹曲面に形成され
   たリップ部が形成されていて該凹曲面を燃料噴射ノズル
   からの噴射燃料を衝突、反射させる噴射燃料衝突壁面と
   しており、前記キャビテイの奥部は前記噴射燃料衝突壁
   面より半径方向外方にえぐられ前記噴射燃料衝突壁面と
   角部を介してつなげられた外周壁面とされている直噴式
   ディーゼルエンジンの燃焼室であって、 前記キャビテイ奥部の外周壁面は、噴射燃料衝突壁面の
   うちエンジン高回転時に噴射燃料が衝突する部分の下側
   に、燃焼室中心方向になめらかに突出する突出部を有し
   ていることを特徴とする直噴式ディーゼルエンジンの燃
   焼室。