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JP3940230B2 - 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室 - Google Patents

直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室 Download PDF

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JP3940230B2 JP30699298A JP30699298A JP3940230B2 JP 3940230 B2 JP3940230 B2 JP 3940230B2 JP 30699298 A JP30699298 A JP 30699298A JP 30699298 A JP30699298 A JP 30699298A JP 3940230 B2 JP3940230 B2 JP 3940230B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上向き噴霧の噴口と下向き噴霧の噴口とを千鳥状に設けた噴射ノズルを内部に配置した直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室に係り、特に、噴霧が拡散し易く、上向き噴霧と下向き噴霧とが混合しにくい構成とした直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ピストン頭部に形成した燃焼室内部に噴射ノズルを配置し、スワール及びスキッシュ等の空気流動を積極的に利用して、噴霧が燃焼室の壁面に当たり衝突拡散燃焼するように構成した直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室は知られている。例えば、実開昭56−133925号公報や、特開平3−117672号公報の如くである。
【0003】
このような燃焼室にあっては、広範囲に燃料を拡散して空気の利用効率を高め、燃費の向上及び排気黒煙濃度の低減を図るべく、噴射ノズルの噴口をノズル軸心を中心にして放射状に配設して、それぞれの噴口を上下2段に千鳥状に配置し、燃焼室の外周部だけでなく比較的燃料が到達しにくい燃焼室の中心部近傍を利用するように構成したものがあった。
【0004】
例えば、図12、図13に示すように、噴射ノズル51には、略側方へ向けて噴霧する複数の上部噴口51aと斜下方へ向けて噴霧する複数の下部噴口51bとが千鳥状に配置されており、該上部噴口51aから上向き噴霧61が、ピストン50の上面中央部に形成された燃焼室52の側壁52aへ向けて噴射されるとともに、下部噴口51bから下向き噴霧62が燃焼室52の底面52bへ向けて噴射されるように構成している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の如くの燃焼室52においては、下部噴口51bからの下向き噴霧62が燃焼室52の底面52bに沿いながら流れて拡散して側壁52aまで達するとともに、上部噴口51aからの上向き噴霧61が該側壁52aに沿いながら流れて拡散して底面52bまで達するため、下部噴口51bからの下向き噴霧62と上部噴口51aからの上向き噴霧61とが混合して重複してしまい、この部分での燃焼の悪化、即ち黒煙の増大が発生するとともに、上下各噴霧の拡散が妨げられていた。
【0006】
そこで、本発明においては、上部噴口及び下部噴霧からの噴霧が拡散し易く、且つ、上向き噴霧と下向き噴霧とが混合しにくい燃焼室を提供し、燃費の向上と発生黒煙の低減を図るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上のような課題を解決するために、次のような手段を用いる。
【0008】
請求項1においては、上向き噴霧の一群を燃焼室側壁に向けて噴射する噴口、及び、下向き噴霧の一群を燃焼室底面に向けて噴射する噴口を千鳥状に設けた噴射ノズルを内部に配置する燃焼室において、上向き噴霧が到達する燃焼室側壁と、下向き噴霧が到達する燃焼室底面との間にステップを形成し、該ステップを下向き噴霧の噴射方向に対向する位置のみに配置したものである。
【0009】
請求項2においては、上向き噴霧の一群を燃焼室側壁に向けて噴射する噴口、及び、下向き噴霧の一群を燃焼室底面に向けて噴射する噴口を千鳥状に設けた噴射ノズルを内部に配置する燃焼室において、上向き噴霧が到達する燃焼室側壁と、下向き噴霧が到達する燃焼室底面との間にステップを形成し、該燃焼室底面の下向き噴霧が到達する部分の両側部に略円形の凹部を形成したものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の解決すべき課題及び手段は以上の如くであり、次に添付の図面に示した構成を説明する。
【0011】
図1は、燃焼室で中央部に略円錐状の突起部が上方へ突出している場合を示す側面断面図、図2は同じく平面図。
【0012】
図3は燃焼室の構成例を示す平面図、図4は燃焼室の第一の実施例を示す平面図、図5は同じく側面断面図。
【0013】
図6は燃焼室の他の構成を示す平面図、図7は同じく側面断面図、図8は燃焼室の第二の実施例を示す平面図、図9は同じく側面断面図。
【0014】
図10は燃焼室の他の構成を示す平面図、図11は同じく側面断面図、図12は従来の燃焼室を示す平面図、図13は同じく側面断面図である。
【0015】
本構成の直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室構成について、図1、図2により説明する。ピストン2の上面中央部に、側面視横長で平面視円形の略円筒深皿形状とした燃焼室3が形成されている。燃焼室3の上方には噴射ノズル1が配設され、その下端部が燃焼室3内に臨んでいる。燃焼室3内に臨む噴射ノズル1の下端部には、上下2列の噴口群、即ち、複数の上部噴口1a・1a・・・及び、複数の下部噴口1b・1b・・・を形成している。
【0016】
該上部噴口1a・1a・・・、及び下部噴口1b・1b・・・は、それぞれ噴射ノズル1の軸心を中心にして略等間隔に配設され、上下に千鳥状に配置されている。また、例えば、上列の噴口群をなす上部噴口1a・1a・・・の数は、下列の噴口群をなす下部噴口1b・1b・・・の数の2倍としている。
【0017】
上部噴口1a・1a・・・からの噴霧、即ち上向き噴霧6は、燃焼室3の側壁3aへ向けて噴射されて、該側壁3aへ到達するように構成され、下部噴口1b・1b・・・からの噴霧、即ち下向き噴霧7は、燃焼室3の底面3bへ向けて噴射されて該底面3bへ到達するように構成されている。そして、平面視において、例えば、上部噴口1a・1aからの上向き噴霧6・6の噴射方向間の中心の方向を、下部噴口1bの噴霧7の噴射方向としている。
【0018】
燃焼室3の底面3bの中央部には、略円錐形状の突起部4が上方へ突出している場合であるが、該底面3bと側壁3aとの間には、全周に渡って燃焼室3内に突出する段差形状のステップ5が形成されている。燃焼室3の底面3bにおける突起部4の形成部分以外は、略平面状に形成され、側壁3aは、略円筒状又はテーパー形状に形成されている。
【0019】
また、燃焼室3において、燃焼室深さをHとし、底面3bからステップ5までの高さをhとすると、次式(1)の関係が成り立つように、燃焼室深さH及びステップ5の高さhを構成している。
h/H<0.5 −(1)
【0020】
また、燃焼室3の側壁3aとステップ5との間は、側面視において、円弧8形状に形成しており、この円弧8は比較的大きな半径を有する円弧に構成されている。同様に、燃焼室3の底面3bとステップ5との間も、側面視において、円弧形状に形成されている。
【0021】
以上の如く構成した燃焼室3においては、上部噴口1a・1a・・・から噴射される上向き噴霧6・6・・・が側壁3aに衝突した後、該側壁3aに沿って拡散するとともに、下部噴口1b・1b・・・から噴射される下向き噴霧7・7・・・が底面3bに衝突した後、該底面3bに沿って拡散する。この場合、側壁3aの下方へ拡散する上向き噴霧6・6・・・は、段差形状のステップ5により拡散方向を変更されて燃焼室3内の空間に拡散し、底面3bの外周方向へ拡散する下向き噴霧7・7・・・は同じく燃焼室3内の空間に拡散することとなるので、該上向き噴霧6・6・・・と下向き噴霧7・7・・・とがお互いに重複することを防止することができるとともに、拡散状態を向上することが可能となる。
【0022】
また、底面3bの中央部に、突起部4が形成されていることにより、底面3bの内側方向へ拡散する下向き噴霧7・7・・・同士が重複することも防止可能となっている。これにより、噴霧6・6・・・及び噴霧7・7・・・の拡散状態を向上させることができ、燃焼室3内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となるとともに、発生黒煙の低減を図ることができる。
【0023】
また、上向き噴霧6・6・・・が衝突する燃焼室3の側壁3aは、略円筒形状又はテーパ形状に形成されているので、該上向き噴霧6・6・・・が拡散し易く、下向き噴霧7・7・・・が衝突する燃焼室3の底面3bは、略平面に形成されているので、該下向き噴霧7・7・・・が拡散し易くなっている。これにより、上向き噴霧6・6・・・及び下向き噴霧7・7・・・の拡散状態を向上させることができ、燃焼室3内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となっている。
【0024】
また、前記燃焼室深さH及びステップ5の高さhを、h/H<0.5の関係を満足するように構成することにより、上向き噴霧6・6・・・が確実に燃焼室3の側壁3aへ到達するとともに、下向き噴霧7・7・・・が確実に、底面3bへ到達することとなり、拡散状態を向上することができる。さらに、前述のように、燃焼室3の側壁3aとステップ5との間を、側面視において、比較的大きな円弧8形状に形成することにより、該側壁3aに衝突した上向き噴霧6・6・・・の、ステップ5方向への拡散が円滑に行われることとなり、拡散状態を向上することが可能となる。
【0025】
また、下部噴口1b・1b・・・からの下向き噴霧7・7・・・の噴射方向は、次に示すように構成することができる。即ち、図3に示すように、燃焼室3におけるスワールの方向は、平面視にて右回りの方向となるように構成しており、下向き噴霧7・7・・・の噴射方向を、平面視において、上向き噴霧6・6の噴射方向間の中心の方向から、スワールの上流側へ一定の角度αだけずらして構成している。そして、該角度αは、0°〜20°の範囲内の値としている。
【0026】
このように、下向き噴霧7・7・・・の噴射方向を、平面視において、上向き噴霧6・6の噴射方向間の中心の方向から、スワールの上流側へ0°〜20°の範囲内の角度αだけずらして構成することにより、上向き噴霧6・6・・・と下向き噴霧7・7・・・とのスワールの影響の度合いを考慮することになり、上向き噴霧6・6・・・と下向き噴霧7・7・・・との重複をさらに低減し、また噴霧の拡散状態をさらに向上させることが可能となる。
【0027】
また、前記ステップ5を、次のように第一実施例のように構成している。
即ち、ステップ5を燃焼室3の全周に渡って形成せずに、図4、図5に示すステップ15の如く、下向き噴霧7・7・・・の噴射方向に対向する位置のみに配置することもできるのである。そして、下向き噴霧7・7・・・の噴射方向に対向する位置に配置されたステップ15は、平面視において、該下向き噴霧7の両側に配置される上向き噴霧6・6の噴射方向まで延設されており、該ステップ15の両端部15a・15aは外側方向に傾斜している。
【0028】
このように、ステップ15を下向き噴霧7・7・・・の噴射方向に対向する位置のみに配置することにより、上向き噴霧6・6は燃焼室3の側壁3aに沿って拡散した後、下向き噴霧7・7・・・が噴射されない部分の底面3bへ向かって拡散することとなり、上向き噴霧6・6の拡散状態をさらに向上させることが可能となる。
【0029】
また、前記ステップ5を次のように構成している。即ち、ステップ5のように円形状に形成せずに、図6、図7に示すステップ25の如く、平面視において、該ステップ25の下向き噴霧7・7・・・の噴射方向に対向する部分を、該噴射方向に対する垂直面25a’をスワール上流側に向かって外周方向へ一定角度βだけ傾斜させた形状の傾斜面25aに形成するのである。
【0030】
このように、ステップ25の下向き噴霧7・7・・・の噴射方向に対向する部分を、傾斜面25aに形成することにより、スワールの流れ乗って拡散する下向き噴霧7・7・・・が、該傾斜面25aに沿って拡散することとなり、燃焼室3の側壁3aに沿って拡散する上向き噴霧6・6・・・と混合して重複することをさらに防止することができる。
【0031】
また、前記燃焼室3は、第二実施例のように構成することもできる。即ち、図8、図9に示す燃焼室3の如く、底面3bの下向き噴霧7が到達する部分の両側部に、略円形の凹部9・9を形成するのである。そして、該凹部9・9は、下向き噴霧7が到達する部分と若干オーバーラップするように配置している。このように、燃焼室3の底面3bに凹部9・9・・・を形成することにより、該底面3bに到達した下向き噴霧7が、底面3bよりも低位置に位置する凹部9・9に向かって拡散することとなるため、該下向き噴霧7が拡散し易くなり、拡散状態を向上させることが可能となる。
【0032】
また、前記燃焼室3は、他の構成において、次のようにしている。即ち、図10、図11に示す燃焼室3の如く、前記凹部9を底面3bの下向き噴霧7が到達する部分のスワール下流部に形成するのである。そして、該凹部9は、下向き噴霧7が到達する部分と若干オーバーラップするように配置している。このように、燃焼室3の底面3bに凹部9・9・・・を形成することにより、スワールの流れに乗って該底面3bに到達し拡散する下向き噴霧7が、底面3bよりも低位置に位置する凹部9に向かって拡散することとなるため、該下向き噴霧7が拡散し易くなり、拡散状態を向上させることが可能となる。
【0033】
本構成においては、上向き噴霧が到達する燃焼室側壁と、下向き噴霧が到達する燃焼室底面との間に、段差形状のステップを形成したので、側壁の下方へ拡散する上向き噴霧は該ステップにより拡散方向を変更されて燃焼室内の空間に拡散し、底面の外周方向へ拡散する下向き噴霧は同じく燃焼室内の空間に拡散することとなるので、該上向き噴霧と下向き噴霧とがお互いに重複することを防止することができるとともに、拡散状態を向上することが可能となる。これにより、発生黒煙の低減を図ることができるとともに、燃焼室内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となる。
【0034】
さらに、少なくとも該燃焼室底面を略平面に形成したので、下向き噴霧が拡散し易くなって拡散状態を向上させることができ、燃焼室内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となる。
【0035】
さらに、少なくとも該燃焼室側壁を略円筒形状又はテーパ形状に形成したので、上向き噴霧が拡散し易くなって拡散状態を向上させることができ、燃焼室内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となる。
【0036】
さらに、少なくとも、該燃焼室底面からステップまでの高さをhとし、燃焼室深さをHとした場合に、h/H<0.5なる関係を満足するように構成したので、上向き噴霧が確実に燃焼室の側壁へ到達するとともに、下向き噴霧が確実に燃焼室の底面へ到達することとなり、拡散状態を向上することができて、燃焼室内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となる。また、上向き噴霧と下向き噴霧との重複を確実に防止して、発生黒煙の低減を図ることができる。
【0037】
さらに、少なくとも、側面視において該ステップと燃焼室側壁との間を円弧にて連結したので、さらに、前述のように、燃焼室の側壁とステップとの間を、側面視において、円弧形状に形成することにより、該側壁に衝突した上向き噴霧の、ステップ方向への拡散が円滑に行われることとなり、拡散状態を向上することが可能となる。
これにより、燃焼室内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となる。
【0038】
さらに、少なくとも、下向き噴霧の噴射方向と、該下向き噴霧の両側に配置される上部噴霧の噴射方向間の中心とを、平面視におけるスワール上流側へ0°〜20°の範囲内でずらしたので、下向き噴霧が、スワールの流れを考慮した上で噴霧の重複を防ぐことが可能となり拡散し易くなる。これにより、燃焼室内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となる。
【0039】
さらに、平面視において、該ステップの下向き噴霧の噴射方向に対向する部分が、該噴射方向に対する垂直面をスワール上流側に向かって外周方向へ傾斜させた形状に形成したので、スワールの流れ乗って拡散する下向き噴霧が、該傾斜面に沿って拡散することとなり、燃焼室の側壁に沿って拡散する上向き噴霧と混合して重複することを防止することができるとともに、該下向き噴霧の拡散状態を向上させることができる。これにより、発生黒煙の低減を図ることができるとともに、燃焼室内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となる。
【0040】
さらに、燃焼室底面の下向き噴霧が到達する部分のスワール下流側部に略円形の凹部を形成したので、比較的上向き噴霧と重複し易いスワール下流側の下向き噴霧を、該底面よりも低位置に位置する凹部に向かって拡散することとなるため、該下向き噴霧が拡散し易くなり、拡散状態を向上させることが可能となる。これにより、燃焼室内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となる。
【0041】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したことにより、次のような効果が得られる。
請求項1記載の如く、上向き噴霧の一群を燃焼室側壁に向けて噴射する噴口、及び、下向き噴霧の一群を燃焼室底面に向けて噴射する噴口を千鳥状に設けた噴射ノズルを内部に配置する燃焼室において、上向き噴霧が到達する燃焼室側壁と、下向き噴霧が到達する燃焼室底面との間にステップを形成し、該ステップを下向き噴霧の噴射方向に対向する位置のみに配置したので、上向き噴霧は燃焼室の側壁に沿って拡散した後、下向き噴霧が噴射されない部分の底面へ向かって拡散することとなり、上向き噴霧の拡散状態をさらに向上させることが可能となる。これにより、燃焼室内の空気利用効率をさらに高めて燃費向上を図ることが可能となる。
【0041】
請求項2記載の如く、上向き噴霧の一群を燃焼室側壁に向けて噴射する噴口、及び、下向き噴霧の一群を燃焼室底面に向けて噴射する噴口を千鳥状に設けた噴射ノズルを内部に配置する燃焼室において、上向き噴霧が到達する燃焼室側壁と、下向き噴霧が到達する燃焼室底面との間にステップを形成し、該燃焼室底面の下向き噴霧が到達する部分の両側部に略円形の凹部を形成したので、燃焼室の底面に到達した下向き噴霧が、底面よりも低位置に位置する凹部に向かって拡散することとなるため、該下向き噴霧が拡散し易くなり、拡散状態を向上させることが可能となる。これにより、燃焼室内の空気利用効率を高めて燃費向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 燃焼室で中央部に略円錐状の突起部が上方へ突出している場合を示す側面断面図である。
【図2】 同じく平面図である。
【図3】 燃焼室の他の構成を示す平面図である。
【図4】 燃焼室の第一の実施例を示す平面図である。
【図5】 同じく側面断面図である。
【図6】 燃焼室の他の構成を示す平面図である。
【図7】 同じく側面断面図である。
【図8】 燃焼室の第二の実施例を示す平面図である。
【図9】 同じく側面断面図である。
【図10】 燃焼室の他の構成を示す平面図である。
【図11】 同じく側面断面図である。
【図12】 従来の燃焼室を示す平面図である。
【図13】 同じく側面断面図である。
【符号の説明】
h (燃焼室底面からステップまでの)高さ
H 燃焼室深さ
1 噴射ノズル
1a 上部噴口
1b 下部噴口
2 ピストン
3 燃焼室
3a 側壁
3b 底面
5 ステップ
6 上向き噴霧
7 下向き噴霧
8 円弧
9 凹部

Claims (2)

  1. 上向き噴霧の一群を燃焼室側壁に向けて噴射する噴口、及び、下向き噴霧の一群を燃焼室底面に向けて噴射する噴口を、千鳥状に設けた噴射ノズルを内部に配置する燃焼室において、前記上向き噴霧が到達する燃焼室側壁と、下向き噴霧が到達する燃焼室底面との間にステップを形成し、該ステップを下向き噴霧の噴射方向に対向する位置のみに配置したことを特徴とする直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室。
  2. 上向き噴霧の一群を燃焼室側壁に向けて噴射する噴口、及び、下向き噴霧の一群を燃焼室底面に向けて噴射する噴口を、千鳥状に設けた噴射ノズルを内部に配置する燃焼室において、前記上向き噴霧が到達する燃焼室側壁と、下向き噴霧が到達する燃焼室底面との間にステップを形成し、該燃焼室底面の下向き噴霧が到達する部分の両側部に略円形の凹部を形成したことを特徴とする直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室。
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