(57)【要約】【課題】スモークを抑制する。【解決手段】内燃機関１は、シリンダ３内に形成された燃焼室６と、燃焼室の中心部に配置され、複数の噴孔２０を有するインジェクタ７と、シリンダヘッド４に形成された燃焼室の天井面２９と、天井面の半径方向内側の部分に形成され、半径方向に延びる複数の半径溝３０と、天井面の半径方向外側の部分に形成され、周方向に延びる周溝４０とを備える。【選択図】図１
2020148141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に形成された燃焼室と、
前記燃焼室の半径方向の中心部に配置され、複数の噴孔を有するインジェクタと、
シリンダヘッドに形成された前記燃焼室の天井面と、
前記天井面の半径方向内側の部分に形成され、半径方向に延びる複数の半径溝と、
前記天井面の半径方向外側の部分に形成され、周方向に延びる周溝と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記半径溝は、前記噴孔と同一の周方向位置に設けられる
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
ピストンの頂面に凹設されたリエントラント型キャビティを備え、
前記半径溝は、前記キャビティのリップ部の内周端がある半径方向位置まで、半径方向外側に延びている
請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記周溝は、異なる半径方向位置に複数設けられる
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は内燃機関に係り、特に、ディーゼルエンジンに好適な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に直噴式内燃機関としてのディーゼルエンジンにおいては、シリンダ内に形成された燃焼室と、燃焼室の半径方向の中心部に配置されたインジェクタとを備えている。インジェクタは複数の噴孔を有し、これら噴孔から、燃焼室の半径方向外側に向かって放射状に燃料を噴射するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３６３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃焼室内の半径方向内側では、ある噴孔から出た燃料の噴霧と、隣の噴孔から出た燃料の噴霧とが互いに干渉し、燃料の過濃領域が形成されてしまってスモークが悪化するという問題がある。
【０００５】
また、燃焼室内の半径方向外側では、燃料噴霧同士の干渉は抑制できるものの、燃料噴霧が周方向に広がりにくいため、燃料噴霧と空気の混合促進が困難であり、スモーク抑制の支障となる問題がある。
【０００６】
そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、スモークを抑制できる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一の態様によれば、
シリンダ内に形成された燃焼室と、
前記燃焼室の半径方向の中心部に配置され、複数の噴孔を有するインジェクタと、
シリンダヘッドに形成された前記燃焼室の天井面と、
前記天井面の半径方向内側の部分に形成され、半径方向に延びる複数の半径溝と、
前記天井面の半径方向外側の部分に形成され、周方向に延びる周溝と、
を備えることを特徴とする内燃機関が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記半径溝は、前記噴孔と同一の周方向位置に設けられる。
【０００９】
好ましくは、前記内燃機関は、ピストンの頂面に凹設されたリエントラント型キャビティを備え、
前記半径溝は、前記キャビティのリップ部の内周端がある半径方向位置まで、半径方向外側に延びている。
【００１０】
好ましくは、前記周溝は、異なる半径方向位置に複数設けられる。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、スモークを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内燃機関を示す縦断面図である。
【図２】燃焼室の天井面を示す下面図である。
【図３】半径溝の断面形状を示す、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】変形例を示す下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
【００１４】
本実施形態に係る内燃機関は、直噴式内燃機関、特にディーゼルエンジンである。エンジンは車両用であり、特にトラック等の大型車両の車両動力源として使用される。しかしながら、内燃機関および車両の種類、用途等はこれらに限定されない。例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。
【００１５】
エンジンは、車両以外の移動体、例えば船舶、建設機械、または産業機械に搭載されるものであってもよい。またエンジンは、移動体に搭載されるものではなく、定置式のものであってもよい。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態のエンジン１は、ピストン２と、ピストン２が昇降可能かつ同軸に収容されたシリンダ３と、シリンダ３の上端開口を閉じるシリンダヘッド４と、ピストン２の外周面に装着された複数（本実施形態では三つ）のピストンリング５と、これらにより画成された閉空間である燃焼室６とを備える。シリンダ３はシリンダブロック９に形成される。またエンジン１は、シリンダヘッド４に取り付けられ燃焼室６内に燃料を噴射するインジェクタ７を備える。インジェクタ７は、コモンレール（図示せず）から供給された高圧燃料を噴射する。
【００１７】
Ｃはシリンダ３の中心軸（シリンダ軸という）を示す。以下、特に断らない限り、半径方向および周方向といった場合、シリンダ軸Ｃを基準とした半径方向および周方向をいうものとする。
【００１８】
ピストン２はシリンダ軸Ｃと同軸に配置される。ピストン２は、その頂面８の半径方向内側の部分に凹設されたキャビティ１１を有する。本実施形態のキャビティ１１はリエントラント型であり、半径方向中心部が隆起された底面部２５と、底面部２５に連続して半径方向外側に膨らむ断面円弧状の周側面部２６と、周側面部２６および頂面８を滑らかに繋ぐリップ部２７とを有する。リップ部２７は周側面部２６よりも半径方向内側に突出され、絞られたキャビティ１１の入口を形成する。
【００１９】
もっとも、キャビティ１１の形状は任意であり、トロイダル型、深皿型、浅皿型等であってもよい。
【００２０】
ピストン２の内部にはオイル通路１７が形成され、このオイル通路１７に向かって冷却用オイルが図示しないオイルジェットから上向きに噴射される。ピストン２はピストンピン１０およびコンロッド１２を介してクランクシャフト（図示せず）に連結される。
【００２１】
また図示しないが、周知のように、燃焼室６には、吸気弁により開閉される吸気ポートと、排気弁により開閉される排気ポートとが連通される。吸気弁の開弁時に吸気ポートから燃焼室６内に導入された吸気は、燃焼室６内に、その周方向に向かって流れる吸気流もしくは空気流であるスワールＳを発生させる。このスワールＳの流れ方向をスワール方向という。言い換えれば、吸気ポート等の形状が、燃焼室６内に所定強度のスワールＳを発生させるように形成されている。
【００２２】
インジェクタ７は、燃焼室６の半径方向の中心部に配置され、本実施形態ではシリンダ軸Ｃと同軸に配置されている。インジェクタ７は、シリンダヘッド４の取付穴１３に僅かな隙間を隔てて挿入配置されている。但し図外上方にはその隙間を塞ぐパッキンが設けられている。インジェクタ７の下端に位置する最先端部は、取付穴１３からその下方の燃焼室６内に突出されている。そしてその最先端部の突出部分に、燃料の噴射口となる複数（本実施形態では８つ）の噴孔２０が周方向等間隔で設けられている。図２にも示すように、これら噴孔２０は、燃焼室６の半径方向外側かつ斜め下に向かって、放射状に燃料もしくは燃料噴霧Ｆを噴射するよう指向されている。
【００２３】
符号Ｃｆは燃料噴霧Ｆの中心軸（噴霧軸という）を表す。燃料噴霧Ｆは、半径方向外側に向かうにつれ噴霧軸Ｃｆから徐々に離れて拡散するような形状を有する。図では便宜上、燃料噴霧Ｆを単純な円錐形として示す。
【００２４】
図１および図２はピストン２が圧縮上死点ＴＤＣにあるときの様子を示す。このとき噴霧軸Ｃｆが、リップ部２７の内周端２８より僅かに下の位置に到達するよう、噴孔２０の向きが定められている。なお内周端２８とは、リップ部２７において最も半径方向内側に位置する端もしくは端縁のことをいう。
【００２５】
ところでシリンダヘッド４には、燃焼室６の天井面２９が形成される。すなわち、シリンダヘッド４の下面のうち、シリンダ３の半径Ｒ以内の部分が、燃焼室６の天井面２９とされる。
【００２６】
そして天井面２９の半径方向内側の部分には、半径方向に延びる複数の溝すなわち半径溝３０が形成される。また、天井面２９の半径方向外側の部分には、周方向に延びる溝すなわち周溝４０が形成される。
【００２７】
本実施形態において、半径溝３０は、噴孔２０と同一の周方向位置に設けられる。また半径溝３０は、噴孔２０と同数（すなわち８つ）設けられる。噴孔２０はシリンダ軸Ｃを中心に４５°の等間隔で設けられているが、半径溝３０もこれと同様に、シリンダ軸Ｃを中心に４５°の等間隔で設けられている。そして、各半径溝３０の周方向位置は、各噴孔２０の周方向位置と同じとされる。
【００２８】
半径溝３０は、天井面２９の半径Ｒ以内の全領域のうち、例えば０．５Ｒの半径方向位置より内側の領域に設けることができる。本実施形態の場合、半径溝３０は、キャビティ１１のリップ部２７の内周端２８がある半径方向位置Ｒ１まで、半径方向外側に延びている。この位置Ｒ１は図示例の場合、約０．４Ｒの位置である。半径溝３０の半径方向外側の端すなわち外端３１は、半径方向位置Ｒ１上に位置される。
【００２９】
他方、半径溝３０の半径方向内側の端すなわち内端３２は、噴孔２０の付近に位置される。本実施形態の場合、インジェクタ取付穴１３の内周面上に内端３２が位置される。従ってその内端３２が取付穴１３に開口した状態で、内端３２から半径方向外側に向かって外端３１まで、半径溝３０が延びている。
【００３０】
図２に示すような下面視において、半径溝３０は噴霧軸Ｃｆ上に位置される。また図３（Ａ）に示すように、半径溝３０の断面形状は四角形とされる。
【００３１】
他方、周溝４０は、本実施形態の場合、異なる半径方向位置に複数設けられ、具体的には３つ設けられる。これら周溝４０を半径方向内側から順に第１周溝４０Ａ、第２周溝４０Ｂおよび第３周溝４０Ｃとする。各周溝４０は、シリンダ軸Ｃを中心に同心円状に１周され、天井面２９の全領域のうち、半径溝３０の外端３１よりも半径方向外側の領域に、半径方向等間隔で配置されている。
【００３２】
周溝４０は、天井面２９の全領域のうち、例えば０．５Ｒの半径方向位置より外側の領域に設けることができる。本実施形態の場合、最も内側の第１周溝４０Ａは、半径溝３０よりも半径方向外側に位置され、半径溝３０の外端３１から半径方向外側に離間されている。また最も外側の第３周溝４０Ｃは、天井面２９の外周端がある１．０Ｒの位置よりも半径方向内側に位置され、シリンダ３の内壁３Ａから半径方向内側に離間されている。
【００３３】
図１に示すように、周溝４０の断面形状は、半径溝３０と同様の四角形とされる。
【００３４】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
【００３５】
前述の半径溝３０と周溝４０は、基本的に、燃料噴霧Ｆを案内する案内溝として機能する。なお図１では半径溝３０および周溝４０と燃料噴霧Ｆとが離れて描かれているが、図は各部の寸法や相対位置関係を誇張して示しており、正確な姿を示していない。そのため、半径溝３０および周溝４０は、実際には燃料噴霧Ｆに非常に接近するか、接触し、そのため、燃料噴霧Ｆを案内することが可能である。
【００３６】
各噴孔２０から噴射された直後の燃料噴霧Ｆは、互いに接近しており、干渉し易い。しかも前述のスワールＳがあると、このスワールＳに乗って燃料噴霧Ｆがスワール方向（図１に矢印で示す）に幾分流されるため、益々干渉が起こり易い。噴孔２０の数が増えて噴孔２０の間隔が狭くなれば尚更である。
【００３７】
しかし、本実施形態のような半径溝３０があると、各燃料噴霧Ｆを各半径溝３０に沿って半径方向外側に案内することができる。従って、各燃料噴霧Ｆの半径方向外側に向かう指向性を高め、隣り合う燃料噴霧Ｆ同士の干渉を抑制することができる。その結果、干渉による燃料過濃領域の形成、ひいてはスモーク悪化を抑制することができる。
【００３８】
次に、半径溝３０によって半径方向外側に案内された燃料噴霧Ｆは、一旦、平面である天井面２９上をスムーズに流れた後、第１周溝４０Ａに達する。この段階では、隣り合う燃料噴霧Ｆ同士は互いに離れているため干渉し辛い。しかしながら、周囲に豊富に存在する空気との混合が問題となる。
【００３９】
本実施形態では、燃料噴霧Ｆを、第１周溝４０Ａによって周方向に案内し、周方向に広げることができる。このため燃料噴霧Ｆと、その周囲に存在する空気との混合を促進し、スモーク抑制を促進することができる。噴孔２０および半径溝３０がない周方向位置の空気を、燃料噴霧Ｆとの混合に有効に活用できる。
【００４０】
本実施形態では、第１周溝４０Ａによって案内されなかった燃料噴霧Ｆを第２周溝４０Ｂおよび第３周溝４０Ｃによって次々と案内できる。このため、燃焼室６の半径方向外側にある大量の空気と燃料噴霧Ｆとの混合を促進すると共に、空気利用率を高め、スモーク抑制を促進することが可能となる。
【００４１】
また周溝４０により、燃料噴霧Ｆが半径方向外側に移動してシリンダ内壁３Ａに付着するのも抑制できる。このため、当該付着によってシリンダ内壁温度が低下するのを抑制できる。
【００４２】
本実施形態では、噴孔２０と同一の周方向位置に半径溝３０を設けたので、燃料噴霧Ｆを、噴孔２０から出た直後から、半径溝３０に沿ってスムーズに案内することができる。しかも、全ての噴孔２０と同一の周方向位置にそれぞれ半径溝３０を設けたので、各燃料噴霧Ｆの半径方向外側への指向性を高め、互いの干渉を効果的に抑制することができる。
【００４３】
次に、変形例を説明する。
【００４４】
（１）半径溝３０および周溝４０の少なくとも一方の断面形状を変更してもよい。例えば図３（Ｂ）に示すような三角形、または図３（Ｃ）に示すようなＵ字状もしくは円弧状としてもよい。いずれの形状であっても半径溝３０および周溝４０の加工は容易である。半径溝３０同士、または周溝４０同士で断面形状を変えてもよく、半径溝３０と周溝４０で断面形状を変えてもよく、半径溝３０または周溝４０の所々に応じて断面形状を変えてもよい。
【００４５】
（２）図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、半径溝３０の長さを変更してもよい。例えば図４（Ａ）に示すように、半径溝３０を半径方向外側に向かって延長して第１周溝４０ＡにＴ字状に交差させてもよい。この場合、半径溝３０の外端３１は第１周溝４０Ａ上に位置される。
【００４６】
また図４（Ｂ）に示すように、半径溝３０を半径方向外側に向かってより延長し、第１周溝４０ＡにＸ字状に交差させてもよい。この場合、半径溝３０の外端３１は第１周溝４０Ａより半径方向外側に位置される。
【００４７】
図４（Ａ）、（Ｂ）の例は、半径溝３０を第２周溝４０Ｂに届かせないで半径溝３０を延長した例である。しかしながら、半径溝３０を第２周溝４０Ｂに届かせてＴ字状またはＸ字状に交差させてもよく、同様に、半径溝３０を第３周溝４０Ｃに届かせてＴ字状またはＸ字状に交差させてもよい。
【００４８】
このように半径溝３０を周溝４０に交差させると、半径溝３０によって半径方向外側に案内された燃料噴霧Ｆを周溝４０によって速やかかつ連続的に周方向に案内することができる。
【００４９】
周方向の位置に応じて半径溝３０の長さを変えてもよい。また半径溝３０の内端３２の位置も変更可能であり、例えば取付穴１３より半径方向外側の位置に設定してもよい。
【００５０】
（３）図４（Ｃ）に示すように、半径溝３０の数を変更してもよい。図示例では前述の８つの半径溝３０の各間隔内に１つずつ、計８つの半径溝３３が追加して設けられている。追加の半径溝３３は既存の半径溝３０と同一の長さを有し、同一の半径方向位置に位置される。これら追加の半径溝３３と既存の半径溝３０とは交互に周方向等間隔で配置されている。
【００５１】
一方、追加の半径溝３３は必ずしも既存の半径溝３０の各間隔内に設けられる必要はなく、一部の間隔内、例えば一つおきの間隔内に設けられてもよい。また追加の半径溝３３の長さおよび半径方向位置を、互いに、もしくは既存の半径溝３０と、異ならせてもよい。
【００５２】
このように追加の半径溝３３を設けると、噴孔２０から出た直後の各燃料噴霧Ｆの半径方向外側への指向性をより高め、互いの干渉を一層抑制できる可能性がある。
【００５３】
ちなみに、既存の半径溝３０の数を減らしてもよく、例えば１つおきの噴孔２０に対して１つの半径溝３０（計４つの半径溝３０）を設けてもよい。また半径溝３０の周方向位置を噴孔２０の周方向位置と異ならせてもよい。
【００５４】
（４）図４（Ｄ）に示すように、周溝４０を周方向に間欠的に設けてもよい。言い換えれば１つの周溝４０を、周方向に離間された複数の分割周溝４１から構成してもよい。
【００５５】
図示例では、第１周溝４０Ａおよび第２周溝４０Ｂが周方向に間欠的に設けられる。第１周溝４０Ａおよび第２周溝４０Ｂを構成する円弧状の第１分割周溝４１Ａおよび第２分割周溝４１Ｂは、それぞれ８つずつ設けられ、半径溝３０と同一の周方向位置に設けられる。このようにしても、半径溝３０によって半径方向外側に案内された燃料噴霧Ｆを第１周溝４０Ａおよび第２周溝４０Ｂによって周方向に案内できる。
【００５６】
図示例では、第３周溝４０Ｃが周方向に間欠的ではなく連続的に１周されている。こうする理由は、半径方向外側に向かう燃料噴霧Ｆをできるだけシリンダ内壁３Ａに到達させないようにするためである。こうすることによって、シリンダ内壁温度の低下を抑制できる。
【００５７】
但し問題なければ、第３周溝４０Ｃを周方向に間欠的に設けてもよい。任意の周溝４０を連続的にしたり、間欠的にしたりすることができる。
【００５８】
なお、周溝４０の数は３つに限らず、１つでもよいし、３つ以外の複数であってもよい。周溝４０の配置を変更することも可能であり、例えば３つ以上の周溝４０を半径方向に不等間隔で配置してもよい。
【００５９】
上述の実施形態および変形例の各部の構成は、特に矛盾が生じない限り、任意に組み合わせることが可能である。
【００６０】
本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  内燃機関
３  シリンダ
６  燃焼室
７  インジェクタ
２０  噴孔
２９  天井面
３０  半径溝
４０  周溝
【図１】
2020148141.tif 000003
【図２】
2020148141.tif 000004
【図３】
2020148141.tif 000005
【図４】
2020148141.tif 000006