JPH082427Y2 - 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
キャビティの開口部には、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
焼反射方向が燃焼室の外周縁部近傍から燃焼室中心方向
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問題点〕

しかし、従来の燃焼室構造は燃焼室軸芯に関して全周
にわたって対称であり、噴射燃料衝突壁面はエンジン低
回転時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排出量が増大
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
縁部の壁面近傍にも反射燃料噴霧が供給されてしまい、
上記問題を生じる。

また、エンジン低回転時にも、HC排出量の増大、白
煙、臭い性能の悪化の問題が生じる。これは、エンジン
低回転時にはスワールの強さが弱いので、噴射燃料は強
い貫徹力をもって燃料衝突壁面に飛行し、大粒子の燃料
粒子が壁面をぬらしてしまうからである。

エンジン高回転時には、逆に、スワールの強さが強
く、噴霧貫徹力が不足して良好な混合気形成がなされな
いため、黒煙排出特性が悪化する。

本考案は、エンジン低回転時にもエンジン高回転時に
も、壁面反射による混合気形成を最適に保つようにする
燃焼室構造を提供することを目的とする。

〔問題点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、 （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ピストン下方に開いた凹曲
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
料衝突壁面としている燃焼室であって、 エンジン低回転時に噴射燃料が衝突する第１の噴射燃
料衝突壁面部の傾斜角度とエンジン高回転時に噴射燃料
が衝突する第２の噴射燃料衝突壁面部の傾斜角度とを、
互いに異ならせ、前記第１の噴射燃料衝突壁面部での衝
突燃料の反射方向をキャビティ中心寄りに向け、前記第
２の噴射燃料衝突壁面部での衝突燃料の反射方向をキャ
ビティ外周寄りに向けたことを特徴とする直噴式ディー
ゼルエンジンの燃焼室。

上記直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室は、より具体
的には、次の何れか少なくとも一つの態様をとることが
できる。

（２）リップ部の下部のうち、第１の噴射燃料衝突壁面
部のリップ部下部を第２の噴射燃料衝突壁面部のリップ
部下部よりも燃焼室中心側に近づけることにより、第１
の噴射燃料衝突壁面部の傾斜角度を第２の噴射燃料衝突
壁面部の傾斜角度よりも立てた燃焼室（後述の第１実施
例に対応）。

（３）リップ部の上部のうち、第１の噴射燃料衝突壁面
部のリップ部上部をその他のリップ部上部部分よりも燃
焼室中心から遠ざけることにより、第１の噴射燃料衝突
壁面部の傾斜角度を第２の噴射燃料衝突壁面部の傾斜角
度よりも立てるとともに、第１の噴射燃料衝突壁面部の
燃料噴射ノズル側直近に乱流発生用凹部を形成した燃焼
室（後述の第２実施例に対応）。

（４）第１の噴射燃料衝突壁面部を第２の噴射燃料衝突
壁面部よりも傾斜角度を立てかつ燃料噴射ノズルから遠
ざけるとともに、第１の噴射燃料衝突壁面部の燃料噴射
ノズル側直近に乱流発生用凹部を形成した燃焼室（後述
の第３実施例に対応）。

〔作用〕

上記（１）の燃焼室では、第１の噴射燃料衝突壁面部
での衝突燃料の反射方向をキャビティ中心寄りに向け、
第２の噴射燃料衝突壁面部での衝突燃料の反射方向をキ
ャビティ外周寄りに向けたので、エンジン低回転時のク
エンチが防止され、HC排出量が減少し、白煙、悪臭も低
減し、高回転時には多量の空気と混合して出力が向上さ
れる。

より具体的には、上記（２）の場合は、第１の噴射燃
料衝突壁面部の傾斜がより立っているので、第１の噴射
燃料衝突壁面部での反射燃料は第２の噴射燃料衝突壁面
部での反射燃料に比べて、より燃焼室中央側へと向か
い、エンジン低回転時において反射燃料は燃焼室外周縁
部近傍に供給されない。このため、冷間アイドル運転時
において、HC排出量が減少し、白煙、悪臭も低減する。

上記（３）の構造をとれば、エンジン低回転時におい
て上記（２）の同様の作用がある他、スワール流が上流
の壁面から離れることにより第１の噴射燃料衝突壁面部
直近の凹部内に微小乱流が形成され、これが低回転時の
強い噴射燃料貫徹力を弱め、第１の噴射燃料衝突壁面部
のぬれを抑制し、HC排出量、白煙、悪臭の低減作用を助
長する。

上記（４）の構造によれば、第１の噴射燃料衝突壁面
部と燃料噴射ノズルとの距離が、第２の噴射燃料衝突壁
面部と燃料噴射ノズルとの距離よりも大のため、飛行噴
射燃料の貫徹力がスワールによってより弱められ、かつ
第１の噴射燃料衝突壁面部直近の凹部中の微小乱流によ
っても弱められ、第１の噴射燃料衝突壁面部への燃料付
着が減少し、エンジン低回転時における、HC排出量、白
煙、悪臭が低減される。

〔実施例〕

以下に、本考案の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、３例、図面を参照して説明する。
なお、第１図〜第５図は第１実施例を、第６図〜第10図
は第２実施例を、第11図〜第14図は第３実施例を、それ
ぞれ示している。全図を通じて、共通部材には同じ番号
が付してある。

始めに、たとえば第１図〜第５図を参照して各実施例
に共通な構成を説明する。

第１図、第２図において、10は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
面内にてピストン下方に開いた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の深部24は、噴射燃料衝突壁面18から半径方
向にさら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はピストン下方に開いた凹曲面か
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、第４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に向って広い
範囲に走査する曲面形状に形成されている。また、噴射
燃料22の飛行方向は、第１図、第５図に示すように、横
断面方向に、スワール26の存在によってスワール方向に
偏向する。エンジン低回転時には吸気量が少ないためス
ワール26の強さは弱く、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
が多くスワール22の強さが強いので、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、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、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１の噴射燃料衝突壁面部18L
と第２の噴射燃料衝突壁面部部18Hとは、それらの傾斜
角度が互いに異ならされて形成されている。従来はこれ
が互いに同じであった。さらに、具体的には、第１の噴
射燃料衝突壁面部18Lでの衝突燃料の反射方向はキャビ
ティ中心寄りに向けられており、第２の噴射燃料衝突壁
面部18Hでの衝突燃料の反射方向はキャビティ外周寄り
に向けられている。

つぎに、本考案の各実施例特有の構成を説明する。

本考案の第１実施例においては、第１図、第２図に示
すように、リップ部16の下部のうち、第１の噴射燃料衝
突壁面部18Lのリップ部下部を第２の噴射燃料衝突壁面
部18Hのリップ部下部よりも燃焼室中心側に近づけてあ
り、リップ上部の内径は周方向に同一としてある。これ
によって第１の噴射燃料衝突壁面部18Lの傾斜角度は比
較的立っており、第２の噴射燃料衝突壁面部18Hの傾斜
角度は比較的ねている。換言すれば、噴射燃料衝突壁面
18と噴射燃料22の狭角度αは、第１の噴射燃料衝突壁面
部18Lの方が第２の噴射燃料衝突壁面部18Hよりも大であ
る。したがって、噴射燃料衝突壁面18とキャビティ深部
24の上壁面との交わる角部30は、第１図に示すように、
周方向に波うち、第１の噴射燃料衝突壁面部18Lにおい
て他の部分よりも内周側に突出する。第１の噴射衝突壁
面部18Lと第２の噴射燃料衝突壁面部18Hとは周方向に湾
曲してなめらかに接続している。

本考案の第２実施例においては、第６図、第７図に示
すように、リップ部16の上部のうち、第１の噴射燃料衝
突壁面部18Lのリップ部上部をその他のリップ部上部よ
りも燃焼室中心から遠ざけてある。噴射燃料衝突壁面18
とキャビティ深部24の上壁面との交わる角部30は、第６
図、第10図に示すように、周方向に、径が一定である。
これによって、第１の噴射衝突壁面部18Lの傾斜は第２
の噴射燃料衝突壁面部18Hの傾斜よりも立つ。リップ部1
6の上部の内周面は、周方向に波うち、第１の噴射燃料
衝突壁面部18Lにおいて外周側に凹む。これによって、
第１の噴射燃料衝突壁面部18Lの燃料噴射ノズル側直近
に凹部28が形成され、スワール26が上流側のリップ部内
周壁面から離れて凹部28に流入したときに、剥離の微小
乱流、いわゆるマイクロタービュレンスを凹部28内方に
形成する。

本考案の第３実施例においては、第11図、第12図に示
すように、第１の噴射燃料衝突壁面部18Lを第２の噴射
燃料衝突壁面部18Hよりも傾斜を立てるとともに、燃料
噴射ノズル20から遠ざける。これによって、リップ部16
の内周には、第１の噴射燃料衝突壁面部18Lの燃料噴射
ノズル側直近に、第２実施例と同じような、微小乱流発
生用の凹部28が形成される。

つぎに本考案の作用について説明する。

まず、各実施例共通の作用を説明する。ピストン12が
上死点近傍に上ってきたときに、燃料噴射ノズル20から
燃料が噴射され、噴射燃料22は、吸気スワール26が旋回
している燃焼室10内を飛行して、噴射燃料衝突壁面18に
衝突し、反射される。エンジン低回転時にはスワール26
が弱いので噴射燃料22はほぼ直進し、エンジン高回転時
はスワール26が強いのでスワール26方向に偏向される。
従って、低回転時に噴射燃料22が衝突する第１の噴射燃
料衝突壁面部18Lと高回転時に噴射燃料22が衝突する第
２の噴射燃料衝突壁面部18Hとは、位置がスワール方向
にずれている。第１の噴射燃料衝突壁面部18Lと第２の
噴射燃料衝突壁面部18Hとの構造を互いに異ならしめる
ことにより、衝突特性、反射特性は、エンジン低回転時
とエンジン高回転時とで変化する。さらに、具体的に
は、第１の噴射燃料衝突壁面部18Lでの衝突燃料の反射
方向をキャビティ中心寄りに向けたので、エンジン低回
転時、とくに冷間アイドル運転時に燃料がまだ十分に温
まっていないキャビティ外周壁面に触れて不完全燃焼す
ることが防止され、HC排出量、白煙、悪臭が低減され
る。また、第２の噴射燃料衝突壁面部18Hでの衝突燃料
の反射方向をキャビティ外周寄りに向けたので、エンジ
ン低回転時（キャビティ外周壁面は十分に温まってい
る）、燃料はキャビティ外周にある十分なエアと混合し
て完全燃焼され、エンジン出力が向上される。

つぎに本考案の各実施例特有の作用について説明す
る。

本考案の第１実施例においては、第１の噴射燃料衝突
壁面部18Lの傾斜が立っているので、エンジン低回転時
に噴射された噴射燃料22は、第３図に示すように、ピス
トンの上下動により走査的に反射されるものの、比較的
ピストン中心側に反射される。このため、エンジン低回
転時には、反射燃料がキャビティ深部24の外周縁部直近
に供給されることがなくなりまたは少なくなる。したが
って、エンジン低回転時に含まれる冷間アイドル運転時
における、HC排出量、白煙、悪臭が大幅に低減される。
エンジン高回転時には、第４図に示すように、噴射燃料
22は比較的ねている第２の噴射燃料衝突壁面部18Hにあ
たって反射され、燃焼室10内を広い範囲にわたって走査
し、従来同様の良好な燃焼が得られる。

本考案の第２実施例においては、エンジン低回転時に
は噴射燃料22は、第８図に示すように、比較的立った第
１の噴射燃料衝突壁面部18Lに衝突して、ピストン中心
側に反射される。また、エンジン高回転時には噴射燃料
22は、第９図に示すように、比較的ねている第２の噴射
燃料衝突壁面部18Hに衝突して、燃焼室10を広い範囲に
わたって走査する。このため、第１実施例と同様の作用
がある。この他に、第２実施例では、第１の噴射燃料衝
突壁面部18Lをより立てるに際しリップ部上部を半径方
向外方に後退させるので、リップ部16内周に、第１の噴
射燃料衝突壁面部18L直近に凹部28が形成される。これ
によってリップ部16の凹部28上流側の内周面に沿って流
れてきたスワール26は凹部28に微小乱流を生成する。燃
料噴射ノズル20からエンジン低回転時に第１の噴射燃料
衝突壁面部18Lに向って飛行してくる噴射燃料22は、凹
部28にきたときにこの微小乱流によって乱され壁面への
付着量が低減する。また、凹部28の存在によって第１の
噴射燃料衝突壁面部18Lは、第２の噴射燃料衝突壁面部1
8Hよりも燃料噴射ノズル20から遠ざけられるので、それ
だけ飛行中に噴射燃料22は貫徹力を弱められ、これによ
っても第１の噴射燃料衝突壁面部18Lの燃料付着量は低
減する。これらの総合結果として、第１の噴射燃料衝突
壁面部18Lへの燃料付着は低減し、エンジン低回転時のH
C排出量は低減し、白煙、悪臭も低減する。エンジン高
回転時は第１実施例と同様良好な燃焼が得られる。

本考案の第３実施例においては、第１の噴射燃料衝突
壁面部18Lが第２の噴射燃料衝突壁面部18Hよりも傾斜角
度が立てられるとともに、燃料噴射ノズル20から遠ざけ
られているので、第１実施例と同様の作用が得られる
他、エンジン低回転時に燃料噴射ノズル20から第１の噴
射燃料衝突壁面部18Lに飛行する噴射燃料22の飛行距離
は大となり、貫徹力が低減し、凹部28の微小乱流によっ
ても乱され、かくして第１の噴射燃料衝突壁面部18Lへ
の燃料付着量は低減する。したがって、エンジン低回転
時のHC排出量は低減し、白煙、悪臭も低減される。エン
ジン高回転時は、第１実施例と同様良好な燃焼が得られ
る。

〔考案の効果〕

本考案によれば、冷間時アイドル運転時を含み、エン
ジン低回転時には、HC排出量、白煙、悪臭が低減し、エ
ンジン高回転時には良好な燃焼が維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１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II−II線に沿う断面図、 第３図は第２図の燃焼室のエンジン低回転時における半
断面図、 第４図は第２図の燃焼室のエンジン高回転時における半
断面図、 第５図は第１図におけるスワールによる噴射燃料の偏向
図、 第６図は本考案の第２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７図は第６図のVII−VII線に沿う断面図、 第８図は第７図の燃焼室のエンジン低回転時における半
断面図、 第９図は第７図の燃焼室のエンジン高回転時における半
断面図、 第10図は第６図におけるスワールによる噴射燃料の偏向
図、 第11図は本考案の第３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12図は第11図のXII−XII線に沿う断面図、 第13図は第12図の燃焼室のエンジン低回転時における半
断面図、 第14図は第11図におけるスワールによる噴射燃料の偏向
図、 である。 10……燃焼室 12……ピストン 14……キャビティ 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 22……噴射燃料 28……凹部

Claims (1)

【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ピストン下方に開い
   た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いる燃焼室であって、 エンジン低回転時に噴射燃料が衝突する第１の噴射燃料
   衝突壁面部の傾斜角度とエンジン高回転時に噴射燃料が
   衝突する第２の噴射燃料衝突壁面部の傾斜角度とを、互
   いに異ならせ、前記第１の噴射燃料衝突壁面部での衝突
   燃料の反射方向をキャビティ中心寄りに向け、前記第２
   の噴射燃料衝突壁面部での衝突燃料の反射方向をキャビ
   ティ外周寄りに向けたことを特徴とする直噴式ディーゼ
   ルエンジンの燃焼室。