(57)【要約】【課題】ヘッド底壁面がペントルーフ形状を有するとともに、キャビティ底壁面が当該ペントルーフ形状に合わせて隆起した形状を有する場合に、ヘッド底壁面やキャビティ底壁面への燃料噴霧の衝突を防止或いは抑制しつつ、スキッシュ領域の空気利用率の向上を図ることが可能な圧縮着火式内燃機関を提供する。【解決手段】燃焼室Ｅは領域Ｒ１と領域Ｒ２とを有している。領域Ｒ２は領域Ｒ１と比較して、底壁面７１２のうち傾斜部７１２ａの高さが低い部分７１２ａｂに隣接している。噴孔６１１Ａは領域Ｒ１に燃料を噴射する。噴孔６１１Ｂは領域Ｒ２に燃料を噴射する。噴孔６１１Ｂのほうが噴孔６１１Ａよりも、噴射角αが小さく設定されており、且つ距離Ｈが短く設定されている。【選択図】図８
2014185526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室を形成する部分である中央部を有するシリンダヘッドと、
前記燃焼室に曝されるキャビティが設けられているピストンとを備え、
前記中央部がペントルーフ形状を有するヘッド底壁面を備えるとともに、前記キャビティが前記ペントルーフ形状に合わせて隆起した形状を有するキャビティ底壁面を備え、
前記燃料噴射弁が前記ペントルーフ形状の頂部に設けられるとともに、前記キャビティの周縁部に向けて燃料を噴射する複数の噴孔を備え、
前記燃焼室が第１の領域および第２の領域を有するとともに、前記第２の領域が前記第１の領域と比較して、前記キャビティ底壁面のうち傾斜部の高さであって、前記キャビティよりも下方で前記ピストンの中心軸線と直交する所定の平面を基準とする高さが低い部分に隣接し、
前記複数の噴孔のうち前記第２の領域に燃料を噴射する噴孔のほうが前記第１の領域に燃料を噴射する噴孔よりも、噴射角が小さく設定されており、且つ中心軸線が前記燃料噴射弁の中心軸線と交わる点と前記燃料噴射弁の先端との間の距離が短く設定されている圧縮着火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮着火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダヘッドの中央部が備えるヘッド底壁面がペントルーフ形状を有するとともに、ピストンのキャビティが備えるキャビティ底壁面が当該ペントルーフ形状に合わせて隆起した形状を有する圧縮着火式内燃機関が知られている。かかる圧縮着火式内燃機関は例えば特許文献１で開示されている。
【０００３】
特許文献２ではピストンの頂面の高さが低い方向に噴射される燃料がキャビティに衝突する衝突角よりも、ピストンの頂面の高さが高い方向に噴射される燃料がキャビティに衝突する衝突角を大きく設定した燃料直噴ディーゼルエンジンが開示されている。特許文献３では燃料を燃焼室に広角をもって噴射する小径の噴孔と、燃料を燃焼室に狭角をもって噴射する大径の噴孔とを設けた燃料噴射ノズルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４４３号公報
【特許文献２】特開２００８−１４１７７号公報
【特許文献３】特開平１１−１３５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記圧縮着火式内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁は、上記ヘッド底壁面および上記キャビティ底壁面間に燃料を噴射する。一方、上記ヘッド底壁面および上記キャビティ底壁面の高さそれぞれは上記圧縮着火式内燃機関の燃焼室の周方向に沿って変化する。
【０００６】
このためこの場合には、燃料噴射弁が備える複数の噴孔に対する噴射角の設定によっては、上記ヘッド底壁面や上記キャビティ底壁面との間の距離が不適切になる結果、燃料噴霧が上記ヘッド底壁面や上記キャビティ底壁面に衝突する虞がある。またこの場合には、噴射角が小さく設定される噴孔ほど、噴射される燃料に基づき形成される混合気がキャビティ内に滞留し易くなる。このためこの場合には、当該噴孔が燃料を噴射する領域に隣接するスキッシュ領域の空気利用率がその分低くなる。結果、未燃成分やスモークが発生し易くなる虞もある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み、ヘッド底壁面がペントルーフ形状を有するとともに、キャビティ底壁面が当該ペントルーフ形状に合わせて隆起した形状を有する場合に、ヘッド底壁面やキャビティ底壁面への燃料噴霧の衝突を防止或いは抑制しつつ、スキッシュ領域の空気利用率の向上を図ることが可能な圧縮着火式内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室を形成する部分である中央部を有するシリンダヘッドと、前記燃焼室に曝されるキャビティが設けられているピストンとを備え、前記中央部がペントルーフ形状を有するヘッド底壁面を備えるとともに、前記キャビティが前記ペントルーフ形状に合わせて隆起した形状を有するキャビティ底壁面を備え、前記燃料噴射弁が前記ペントルーフ形状の頂部に設けられるとともに、前記キャビティの周縁部に向けて燃料を噴射する複数の噴孔を備え、前記燃焼室が第１の領域および第２の領域を有するとともに、前記第２の領域が前記第１の領域と比較して、前記キャビティ底壁面のうち傾斜部の高さであって、前記キャビティよりも下方で前記ピストンの中心軸線と直交する所定の平面を基準とする高さが低い部分に隣接し、前記複数の噴孔のうち前記第２の領域に燃料を噴射する噴孔のほうが前記第１の領域に燃料を噴射する噴孔よりも、噴射角が小さく設定されており、且つ中心軸線が前記燃料噴射弁の中心軸線と交わる点と前記燃料噴射弁の先端との間の距離が短く設定されている圧縮着火式内燃機関である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ヘッド底壁面がペントルーフ形状を有するとともに、キャビティ底壁面が当該ペントルーフ形状に合わせて隆起した形状を有する場合に、ヘッド底壁面やキャビティ底壁面への燃料噴霧の衝突を防止或いは抑制しつつ、スキッシュ領域の空気利用率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】内燃機関の概略構成図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面で内燃機関を見た図である。
【図３】噴孔部を示す図である。
【図４】ピストンの外観図である。
【図５】ピストンの上面図である。
【図６】図５に示すＢ−Ｂ断面でピストンを見た図である。
【図７】図５に示すＣ−Ｃ断面でピストンを見た図である。
【図８】噴射角および距離の説明図である。
【図９】内燃機関の比較例の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【００１２】
図１は内燃機関１の概略構成図である。図２は図１に示すＡ−Ａ断面で内燃機関１を見た図である。図１では内燃機関１のうちシリンダブロック２およびシリンダヘッド３を燃焼室Ｅの中心軸線である中心軸線Ｐ１を含む断面で示す。内燃機関１における上下方向については図１に示す通り、中心軸線Ｐ１に沿った方向を上下方向とし、シリンダヘッド３がシリンダブロック２よりも上に位置しているものとする。図１、図２に示す方向Ｘは内燃機関１の吸排気方向を示す。図２に示す方向Ｙは内燃機関１のフロントリア方向を示す。図１、図２では各構成を簡略化して示している。
【００１３】
内燃機関１は圧縮着火式内燃機関である。内燃機関１はシリンダブロック２とシリンダヘッド３と吸気弁４と排気弁５と燃料噴射弁６とピストン７とを備えている。シリンダブロック２にはシリンダ２１が形成されている。シリンダ２１は中心軸線Ｐ１を有している。換言すれば、シリンダ２１が中心軸線Ｐ１を決定している。シリンダ２１内にはピストン７が収容されている。シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド３が固定されている。
【００１４】
シリンダヘッド３はシリンダブロック２およびピストン７とともに燃焼室Ｅを形成している。シリンダヘッド３の底壁部のうち燃焼室Ｅを形成する部分である中央部３１はペントルーフ形状を有している。当該ペントルーフ形状は具体的には中央部３１が備える底壁面３１１が有している。底壁面３１１はヘッド底壁面に相当する。上記ペントルーフ形状は具体的には方向Ｘにおいて中心軸線Ｐ１から排気側にオフセットした位置に頂部を有する構成となっている。中央部３１（具体的には底壁面３１１）は方向Ｘにおいて中心軸線Ｐ１に合わせて、或いは中心軸線Ｐ１から吸気側にオフセットした位置に頂部が設けられたペントルーフ形状を有していてもよい。
【００１５】
シリンダヘッド３には吸気ポート３２および排気ポート３３が形成されている。また、吸気弁４および排気弁５が設けられている。吸気ポート３２と排気ポート３３とはともに燃焼室Ｅに開口している。吸気ポート３２は燃焼室Ｅに吸気を導き、排気ポート３３は燃焼室Ｅのガスを排気する。吸気弁４は吸気ポート３２を開閉し、排気弁５は排気ポート３３を開閉する。
【００１６】
吸気ポート３２は具体的には吸気弁４とともに燃焼室Ｅに対して複数（ここでは２つ）設けられている。排気ポート３３も排気弁５とともに燃焼室Ｅに対して複数（ここでは２つ）設けられている。各吸気ポート３２は互いに独立した独立ポートであってもよく、燃焼室Ｅに対して途中で複数に分岐して開口するサイアミーズポートの一部であってもよい。各吸気ポート３２の具体的な形状は互いに異なっていてよい。これらのことは各排気ポート３３についても同様である。
【００１７】
シリンダヘッド３にはさらに燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６は燃焼室Ｅに燃料を噴射する。燃料噴射弁６は噴孔部６１を備えている。噴孔部６１は燃焼室Ｅ上部のうち中央の部分に露出している。燃料噴射弁６はペントルーフ形状の頂部に設けられている。したがって、燃料噴射弁６の方向Ｘに沿った位置は中央部３１が有するペントルーフ形状の頂部に合わせて設定されている。このため、燃料噴射弁６は具体的には方向Ｘにおいて中心軸線Ｐ１から排気側にオフセットした位置に設けられている。
【００１８】
図３は噴孔部６１を示す図である。噴孔部６１には噴孔６１１が設けられている。噴孔部６１は燃料噴射弁６のうち噴孔６１１が設けられている部分であり、中心軸線Ｐ２を有している。中心軸線Ｐ２は燃料噴射弁６の中心軸線に相当する。噴孔部６１は具体的には燃料噴射弁６が備えるノズルボディの先端部となっている。噴孔６１１は中心軸線Ｐ２周りに複数（ここでは１２個）設けられている。燃料噴射弁６は噴孔部６１を備えることで、複数の噴孔６１１を備えている。内燃機関１において、燃料噴射弁６は具体的には中心軸線Ｐ２が中心軸線Ｐ１に沿って延伸するように設けられている。
【００１９】
図４はピストン７の外観図である。図５はピストン７の上面図である。図６は図５に示すＢ−Ｂ断面でピストン７を見た図である。図７は図５に示すＣ−Ｃ断面でピストン７を見た図である。図４から図７では前述した内燃機関１における上下方向や方向Ｘや方向Ｙのほか、吸気側、排気側、フロント側およびリア側の表示によって内燃機関１におけるピストン７の向きを示す。以下に示す説明においては、内燃機関１における状態についても考慮しながらピストン７について説明する。このため、以下に示す説明においても必要に応じてこれらの表示に従ってピストン７について説明する。
【００２０】
ピストン７はキャビティ７１を備えている。キャビティ７１はピストン７の頂部に設けられている。このため、キャビティ７１は内燃機関１において燃焼室Ｅに曝される。キャビティ７１は燃料噴射弁６に合わせて設けられている。具体的にはキャビティ７１の方向Ｘに沿った位置は燃料噴射弁６に合わせて設定されている。ピストン７は内燃機関１においてその中心軸線Ｐ３が中心軸線Ｐ１と同一の位置に配置されるように設けられる。同一であることは製造誤差の範囲内で互いに異なる場合を含む。同一であることはさらに本発明の作用効果を奏することが可能な範囲内で異なる場合を含むことができる。これは以下でも同様である。
【００２１】
キャビティ７１は周縁部７１１と底壁面７１２と中間部７１３とを備えている。周縁部７１１はキャビティ７１の側壁面を有している。底壁面７１２は中央部３１が有するペントルーフ形状に合わせて隆起した形状を有している。底壁面７１２はキャビティ底壁面に相当する。中間部７１３は周縁部７１１、底壁面７１２間に設けられ、周縁部７１１と底壁面７１２とを接続している。
【００２２】
底壁面７１２は具体的には傾斜部７１２ａと中央頂部７１２ｂとを備えている。傾斜部７１２ａは中心軸線Ｐ２を含む断面における傾斜度合いがキャビティ７１の周方向に沿って変化する傾斜面を有している。当該傾斜度合いは中心軸線Ｐ２を含む各断面において、中央部３１が有するペントルーフ形状の傾斜度合いに応じて設定されている。中央頂部７１２ｂは平坦な面を有している。中央頂部７１２ｂはキャビティ７１の中央に位置する部分であり、傾斜部７１２ａに上方から隣接して設けられている。中央頂部７１２ｂは必ずしも平坦な面を有していなくてもよい。
【００２３】
図８は噴射角αおよび距離Ｈの説明図である。図８では内燃機関１の要部としてピストン７とともに燃料噴射弁６を示す。図８では中心軸線Ｐ２を間に挟んで一方の側（右側）で図５に示すＢ−Ｂ断面で得られるピストン７の断面を示し、他方の側（左側）で図５に示すＣ−Ｃ断面で得られるピストン７の断面を示す。図８では複数の噴孔６１１に含まれる噴孔である噴孔６１１Ａおよび噴孔６１１Ｂをその中心軸線で示す。
【００２４】
複数の噴孔６１１は具体的には噴孔６１１Ａおよび噴孔６１１Ｂを有して構成されている。噴孔６１１Ａの中心軸線は中心軸線Ｐ２を含み、且つ方向Ｙに沿った平面に含まれている。噴孔６１１Ｂの中心軸線は中心軸線Ｐ２を含み、且つ方向Ｘに沿った平面に含まれている。噴孔６１１Ａおよび噴孔６１１Ｂを含む複数の噴孔６１１それぞれは、周縁部７１１に向けて燃料を噴射する。
【００２５】
噴射角αは複数の噴孔６１１のうちいずれかの噴射角であり、具体的には複数の噴孔６１１のうちいずれかの噴射方向が中心軸線Ｐ２となす鋭角である。噴射角α１は噴孔６１１Ａが有する噴射角αを示す。噴射角α２は噴孔６１１Ｂが有する噴射角αを示す。
【００２６】
距離Ｈは複数の噴孔６１１のうちいずれかの噴孔の中心軸線が中心軸線Ｐ２と交わる点と、燃料噴射弁６の先端との間の距離を示す。燃料噴射弁６の先端は具体的には燃料噴射弁６において、中心軸線Ｐ２に含まれる部分のうち最も先端側（下側）に位置する部分となっている。距離Ｈ１は噴孔６１１Ａに対応する距離Ｈを示す。距離Ｈ２は噴孔６１１Ｂに対応する距離Ｈを示す。距離Ｈは中心軸線Ｐ２に沿った方向における距離となっている。
【００２７】
領域Ｒは燃焼室Ｅが有する領域であり、複数の噴孔６１１のうちいずれかの噴孔が燃料を噴射する領域を示す。領域Ｒはキャビティ７１上に存在している。領域Ｒは中心軸線Ｐ２を中心とした位相（角度位置）であって、複数の噴孔６１１のうちいずれかの噴孔の中心軸線を設定する位相によって、その位相中心が把握される領域となっている。
【００２８】
領域Ｒ１は領域Ｒ２と比較して、傾斜部７１２ａの高さが高い部分７１２ａａに隣接する領域Ｒを示す。領域Ｒ２は領域Ｒ１と比較して、傾斜部７１２ａの高さが低い部分７１２ａｂに隣接する領域Ｒを示す。傾斜部７１２ａの高さはキャビティ７１よりも下方で中心軸線Ｐ３と直交する所定の平面を基準とする高さである。傾斜部７１２ａの高さは具体的には、中心軸線Ｐ２および複数の噴孔６１１のうちいずれかの中心軸線を含む断面における高さであって、傾斜部７１２ａのうち少なくとも一部（例えば下端部）の高さとすることができる。領域Ｒ１には噴孔６１１Ａが燃料を噴射する。領域Ｒ２には噴孔６１１Ｂが燃料を噴射する。
【００２９】
噴射角α２は噴射角α１よりも小さく設定されている。すなわち、噴孔６１１Ｂのほうが噴孔６１１Ａよりも、噴射角αは小さく設定されている。距離Ｈ２は距離Ｈ１よりも短く設定されている。すなわち、噴孔６１１Ｂのほうが噴孔６１１Ａよりも、距離Ｈは短く設定されている。領域Ｒ１は第１の領域に、領域Ｒ２は第２の領域にそれぞれ相当する。
【００３０】
次に内燃機関１の主な作用効果について説明する。内燃機関１では、上述のように噴射角αを設定することで、底壁面３１１と底壁面７１２との間における燃料噴霧の配置適正化を図ることができる。このため、内燃機関１は底壁面３１１や底壁面７１２への燃料噴霧の衝突を防止或いは抑制できる。同時に内燃機関１では上述のように距離Ｈを設定することで、次に説明するようにスキッシュ領域の空気利用率の向上を図ることができる。
【００３１】
図９は内燃機関１の比較例である内燃機関１´の要部を示す図である。図９では図８と同様に内燃機関１´の要部を示す。なお、ピストン７の位置は図８および図９間で同一である。内燃機関１´は燃料噴射弁６の代わりに燃料噴射弁６´を備える点以外、内燃機関１と同一である。燃料噴射弁６´は噴孔部６１の代わりに噴孔部６１´を備える点以外、燃料噴射弁６と同一である。噴孔部６１´は噴孔６１１Ｂの代わりに噴孔６１１Ｂ´を備える点以外、噴孔部６１と同一である。
【００３２】
噴孔６１１Ｂ´は距離Ｈ２の代わりに距離Ｈ２´が設定されている点と、これに伴い噴射角α２の代わりに噴射角α２´が設定されている点以外、噴孔６１１Ｂと同一である。距離Ｈ２´は距離Ｈ１と同一の大きさに設定されている。噴射角α２´は噴孔６１１Ｂ´の中心軸線と周縁部７１１との交点の位置が、内燃機関１における噴孔６１１Ｂの中心軸線と周縁部７１１との交点の位置と同一になるように設定されている。内燃機関１´において、領域Ｒ２には噴孔６１１Ｂ´が燃料を噴射する。
【００３３】
内燃機関１´でも、噴射角α２´が噴射角α１よりも小さく設定されている。このため、内燃機関１´でも底壁面３１１と底壁面７１２との間における燃料噴霧の配置適正化を図ることで、底壁面３１１や底壁面７１２への燃料噴霧の衝突を防止或いは抑制できる。一方、内燃機関１´では距離Ｈ２´が距離Ｈ１と同一の大きさに設定されている。このため、内燃機関１´では具体的には噴射角α２´を上述したように設定することで、底壁面３１１と底壁面７１２との間における燃料噴霧の配置適正化を図っている。結果、噴射角α２´は内燃機関１における噴射角α２よりも小さくなっている。
【００３４】
したがって、換言すれば内燃機関１は上述したように距離Ｈを設定することで、内燃機関１´における噴射角α２´よりも噴射角α２を大きくすることができる。そして、その分内燃機関１´の場合と比較して領域Ｒ２に隣接するスキッシュ領域の空気利用率を向上させることで、内燃機関１´と比較して空気利用率の向上を図ることもできる。
【００３５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
内燃機関                        １、１´
シリンダヘッド                  ３
底壁面（ヘッド底壁面）          ３１１
燃料噴射弁                      ６、６´
ピストン                        ７
底壁面（キャビティ底壁面）      ７１２
【図１】
2014185526.tif 000003
【図２】
2014185526.tif 000004
【図３】
2014185526.tif 000005
【図４】
2014185526.tif 000006
【図５】
2014185526.tif 000007
【図６】
2014185526.tif 000008
【図７】
2014185526.tif 000009
【図８】
2014185526.tif 000010
【図９】
2014185526.tif 000011