(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
0003940230.tif 000002
【図２】
0003940230.tif 000003
【図３】
0003940230.tif 000004
【図４】
0003940230.tif 000005
【図５】
0003940230.tif 000006
【図６】
0003940230.tif 000007
【図７】
0003940230.tif 000008
【図８】
0003940230.tif 000009
【図９】
0003940230.tif 000010
【図１０】
0003940230.tif 000011
【図１１】
0003940230.tif 000012
【図１２】
0003940230.tif 000013
【図１３】
0003940230.tif 000014