JP2921322B2 - 渦流室付きエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリンダーヘッドに設
けられた渦流室に噴口から空気を流入させて同室で混合
気を生成して着火し、その着火済み混合気を噴口よりピ
ストン頂面の凹部に噴出させて主燃焼を完了させる渦流
室付きエンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧縮着火式のディーゼルエンジンの一つ
である渦流室付きエンジンは、直噴式ディーゼルエンジ
ンと比べて圧縮比が高く着火遅れが少ないので、初期の
熱発生率を比較的低く押えらると共に、ＮＯxの発生率
や排煙濃度を低減することができることから多用されて
いる。

【０００３】渦流室付きエンジンは、ピストンの圧縮上
昇時に、シリンダーブロック内に形成される主室からシ
リンダーヘッドに形成された噴口を通して渦流室内に空
気を送り込んで旋回流を発生させ、その旋回流に燃料を
噴射して混合気を生成して着火し、爆発膨張する混合気
を噴口から主室内に戻して主燃焼を行なっている。

【０００４】主室は、ピストンが圧縮上死点近傍にある
とき、ピストンの頂面に形成される凹部から主に形成さ
れている。凹部は、噴口から吹き込まれる燃焼ガスをガ
スの進行方向に形成される分離壁に当ててその流れを左
右に分け、主室の中心線を境に左右に形成される円形の
拡散室内でうず流を形成する双渦流型であって、ピスト
ンの圧縮によって集積された空気と燃焼ガスとをうず流
を使って混合して主燃焼されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、双渦流型を
成す凹部を有したエンジンにおいては、圧縮上死点近傍
での混合気の燃焼を促進させることから、分岐壁に噴口
からの主要流を衝突させて左右に分岐して円形の拡散部
に流れ込ませて凹部内で主に主燃焼を行なっているが、
このような構成であると、ピストンの圧縮上死点通過後
における主要流の燃焼室での広がりが規制されることと
なり、噴口と対向側に位置する主室空間に混合気の行き
届かないデッドゾーンが生じるという問題がある。すな
わち、従来の渦流室付きエンジンは、ピストン頂面上に
混合気の届かないデッドゾーンを生じる傾向が多く、混
合気の拡散量が低下して排煙濃度が高くなると共に、燃
費が低下するという問題を持っている。

【０００６】また、エンジンの構造やストロークの関係
などにって、バルブリセスが形成されたピストンでは、
その頂部に形成される凹部の深さは、バルブリセスの深
さより深いことが臨まれている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明のシリン
ダーブロック内をピストン上の主室より噴口を通して渦
流室に空気を流入させて燃料との混合気を生成し、この
混合気を着火させた上で上記ピストンの頂面に形成され
る凹部に噴出させて主燃焼を完了させる渦流室付きエン
ジンでは、上記凹部が、上記噴口との対向部から上記ピ
ストンの中心方向に向かって直線的に広がるほぼ垂直の
案内壁とつながり、上記ピストンの中心線に接する二又
円弧状の分岐縦壁とから扇形状を成す拡散部と、上記対
向部から上記ピストンの中心方向に向かって浅く形成さ
れ、その先端が上記分岐縦壁まで達するくさび部と備え
る。

【０００８】

【作用】凹部が、噴口との対向側からピストンの中心方
向に向かって直線的に広がるほぼ垂直の案内壁とつなが
り、ピストンの中心線に接する二又円弧状の分岐縦壁と
から扇形状を成す拡散部と、噴口との対向側から上記ピ
ストンの中心方向に向かって浅く形成され、その先端が
上記分岐縦壁まで達するくさび部とを備えているので、
凹部に噴出される混合気は、ピストンの圧縮上死点通過
後の下降時において、くさび部に沿ってピストン中心方
向に流れると共に、案内壁に沿ってながれる混合気の流
力が強くなる。くさび部に沿って流れる混合気は、分岐
縦壁を乗り越え主室内に拡散されると共に、分岐縦壁に
よって左右に分離され、案内壁に沿って流れる混合気と
相まって主室内に拡散される。

【０００９】

【実施例】図２に示す渦流室付きエンジンは、直列４気
筒ディーゼルエンジンであり、エンジンの主室Ｃより噴
口５を通して渦流室４に空気を流入させ、燃料との混合
気を生成し、この混合気を着火させた上で噴口５より主
室Ｃに噴出させて主燃焼を完了させる。この渦流室付き
エンジンは、各シリンダー毎に図２に示すような主室Ｃ
及び渦流室４を備えている。ここでは第１気筒のみを示
した。この渦流室付きエンジンは、シリンダーブロック
１内の主室Ｃとシリンダーヘッド３内の渦流室４とに挾
まれた口金２上の噴口５を通して連通されていて、シリ
ンダーブロック１内で摺動するピストン６が圧縮上死点
近傍にあるとき、ピストン６の頂面６ａ上の凹部７によ
り主室Ｃを形成する。

【００１０】渦流室４は、ピストン頂面６ａに対して垂
直な渦流室中心線Ｌ２に沿って形成され、その内壁によ
って噴口５からの空気流を偏向させて旋回流Ｆを生成し
ており、この旋回流Ｆに同渦流室４内にその噴射口を臨
ませるインジェクター９より燃料を圧縮行程終期に噴霧
して混合気を生成している。

【００１１】混合気は、図示しないグロープラグか自己
の熱エネルギーによって着火して燃焼膨張を開始し、こ
の燃焼膨張を開始した混合気は噴口５の上開口５ａから
下開口５ｂを経て、噴口５の中心線Ｌ３とピストン６の
頂面６ａとが交差して成る所定の噴口角θで主室Ｃに噴
出され、同室の空気中に拡散して主燃焼される。

【００１２】ピストン６の頂面６ａには、図１に示すよ
うに、図示しない吸排気弁のバルブリセス８，９と、噴
口５との対向部ａの中心とピストン中心Ｏとを結ぶ噴口
対向部中心線Ｌ４を中心にした凹部７が凹設されてい
る。

【００１３】凹部７は、対向部ａからピストン６の中心
方向に向かって広がる案内壁７０とつながり、ピストン
中心線Ｌ１に接する分岐縦壁７１とから扇形をなす拡散
部７２と、対向部ａからピストン６の中心方向に向かっ
て延出するくさび部７３とから構成されている。

【００１４】くさび部７３は図２、図３に示すように、
比較的深く凹設されていて、特に、噴口対向部ａ部分は
最も深く形成され、ピストン中心線Ｌ１に向かって徐々
にその深さを低減させており、先端７３ａを分岐縦壁７
１の分岐部７１Ａに接触させている。

【００１５】他方、拡散部７２は図４に示すように、一
定の深さであって、くさび部７３よりも浅く、かつ、バ
ルブリセス８，９よりも深く形成されており、その周縁
をなす分岐縦壁７１や案内壁７０はほぼ垂直に形成され
ている。

【００１６】分岐縦壁７１は、図１に示すように、ピス
トン中心線Ｌ１に接する二又の円弧壁であって、その分
岐部７１Ａがくさび部７３側に湾曲しており、噴口５か
らの混合気の主要流Ｆ１の一部を噴口対向部中心線Ｌ４
に対して左右の分岐流Ｆ２に分岐するように形成されて
いる。

【００１７】案内壁７０は、噴口５側に位置するくさび
部７３の両壁７３ｂから分岐縦壁７１の端部向かって末
広がりになる直線上の縦壁であって、噴口対向部ａ付近
における主要流Ｆ１を案内壁７０に沿って流れるＶ字流
Ｆ３とする。

【００１８】このような渦流室付きエンジンの駆動を説
明する。エンジンの各気筒はそれぞれ圧縮行程において
主室Ｃの空気が噴口５から上向き流となって渦流室４に
流入し、旋回流Ｆが生成され、そこにインジェクター９
より噴霧された燃料との混合が促進される。この混合気
は渦流室４内で比較的早く着火される。渦流室４で着火
した混合気は噴口５より主室Ｃへ噴口角θで吹き出さ
れ、主室Ｃの空気と順次混合されて主燃焼が完了され
る。

【００１９】この場合、燃焼初期の運転状態であると、
噴口５より主室Ｃを成す凹部７へ混合気が噴口角θで吹
き出され、圧縮上死点を経過した直後のピストン頂面６
ａとシリンダーヘッド３の隙間がわずかに形成されるの
みで、噴口５よりの混合気は凹部７に噴出され、凹部７
の空気と混合して燃焼する。ピストン６は、機関の運動
工程に従い下降していき、それに伴いピストン頂面６ａ
とシリンダヘッド３の隙間が増加して、この部分が主室
Ｃの容積を成す燃焼中期から後期に向かう。

【００２０】扇形状の凹部７を有したエンジンが圧縮上
死点を経過し、燃焼初期の運転域に達すると、噴口５か
らの着火済の混合気は噴口角θでピストン頂面６ａのく
さび部７３に衝突してピストン頂面６ａの方向に偏向さ
れて進む。この時、噴口対向部ａよりピストン頂面６ａ
の方向に拡散しようとする混合気の一部は、案内壁７０
に沿よってＶ字流Ｆ３として拡散部７２に流れ込む。

【００２１】噴口対向部ａからの混合気は大部分が主要
流Ｆ１となって噴口対向部中心線Ｌ３に沿って主室Ｃの
噴口対向部ａと反対側の空間部、つなわちデッドゾーン
に大きく流動してシリンダー内に拡散される。さらに、
混合気の一部は分岐部７１Ａによって左右の分岐流Ｆ２
となって分岐縦壁７１にそって左右の分散されるが、こ
の時、拡散部７２はバルブリセス８，９より深く形成さ
れているので、分岐流Ｆ２となった混合気は、拡散部７
２に十分流れ込む。拡散部７２に十分流れ込んだ混合気
は、Ｖ字流Ｆ３と拡散部７２で合い主室内Ｃ内全体に拡
散される。結果として、シリンダ内部全体の空気との混
合が図れて燃焼時間が短縮するので、排煙濃度を低減で
き、燃費を低下出来る。

【００２２】また、本実施例の拡散部７２は扇形である
ので、拡散部７２の容積と図１に二点鎖線で示す従来の
円形拡散部Ｚの容積とが同一容積であるとすると、図１
に示す斜線部が平面的に減少するので、拡散部７２の深
さを深くでき、バルブリセス８，９を有するピストン６
の場合、バルブリセス８，９への不用意な混合気の流出
を防止でき、噴口５と対向側の空間側、即ちデットゾー
ンの減少につながる。

【００２３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、凹部に噴口より
噴出された混合気をピストンの中心方向に積極的に流動
させることができると共に、拡散部に流れ込む混合気を
ほぼ垂直の案内壁に沿って流動する混合気で拡散部外に
押し出すので、ピストン頂面とシリンダヘッドの間の領
域中において、混合気が届かないデッドゾーンの発生を
防止でき、結果として、排煙濃度を低下でき、燃費を改
善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の渦流室付きエンジンにおけるピストン
の平面図である。

【図２】本発明の渦流室付きエンジンの要部概略断面図
である。

【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図２のＣ−Ｃ線断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダーブロック ２ 口金 ３ シリンダーヘッド ４ 渦流室 ５ 噴口 ６ ピストン ６ａ ピストン頂部 ７ 凹部 ７０ 案内壁 ７１ 分岐縦壁 ７２ 拡散部 ７３ くさび部 ７３ａ くさび部の先端 Ｌ１ ピストン中心線 Ｃ 主室 ａ 噴口との対向部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−58149（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−1823（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−118231（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−132433（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 1/00 - 23/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダーブロック内をピストン上の主室
   より噴口を通して渦流室に空気を流入させて燃料との混
   合気を生成し、この混合気を着火させた上で上記ピスト
   ンの頂面に形成される凹部に噴出させて主燃焼を完了さ
   せる渦流室付きエンジンであって、 上記凹部が、上記噴口との対向部から上記ピストンの中
   心方向に向かって直線的に広がるほぼ垂直の案内壁とつ
   ながり、上記ピストンの中心線に接する二又円弧状の分
   岐縦壁とから扇形状を成す拡散部と、 上記対向部から上記ピストンの中心方向に向かって浅く
   形成され、その先端が上記分岐縦壁まで達するくさび部
   と備える渦流室付きエンジン。