(57)【要約】      （修正有）【課題】窒素酸化物及び粉塵の排気物質量を特に低減することができる内燃機関の燃焼室を提供する。【解決手段】ピストン３は横断面部を備え、横断面部は、中央突起部３２１と、外周リング３２２と、回転軸Ｂを持つボウル３２３とを含み、ボウルは、中央突起部から外周リングに向かって延び、該外周リングに、ボウルが厚さＥｐの唇状部３２２０で接続され、ボウルは、唇状部と垂直方向にほぼ一直線に並ぶ輪環面３２３０を含み、該輪環面は、最大半径Ｒｔの好ましくはドーム状の側面を有し、輪環面は、内曲ゾーンＲの領域の唇状部の下に噴射される燃料を中央突起部に向けて誘導することができるピストンであって、中央突起部の頂部は、ボウルの回転軸Ｂを中心とする平坦領域を示し、該平坦領域は、０ｍｍ〜５ｍｍの範囲の、好ましくは２．５ｍｍにほぼ等しい幅Ｌｔを持つことを特徴とする。【選択図】図２
2014222067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スカート部（３１）によって横方向に画成される本体を備え、前記スカート部（３１）は、回転軸Ｃを持つシリンダ（１）の壁と協働することができ、前記シリンダ内で、ピストン（３）が、この軸Ｃに沿って摺動することができ、前記ピストン（３）は横断面部（３２）を備え、前記横断面部（３２）は、中央突起部（３２１）と、外周クラウンリング（３２２）と、回転軸Ｂを持つボウル（３２３）とを含み、前記ボウル（３２３）は、前記中央突起部（３２１）から前記外周クラウンリング（３２２）に向かって延び、該外周クラウンリング（３２２）に、前記ボウル（３２３）が厚さＥｐの唇状部（３２２０）で接続され、前記ボウル（３２３）は、前記唇状部（３２２０）と垂直方向にほぼ一直線に並ぶ輪環面（３２３０）を含み、該輪環面（３２３０）は、最大半径Ｒｔの好ましくは半ドーム状の側面を有し、前記輪環面（３２３０）は、内曲ゾーンＲの前記唇状部（３２２０）の下に噴射される燃料を前記中央突起部（３２１）に向けて誘導することができる、内燃機関用、特にディーゼル機関用のピストン（３）であって、前記中央突起部（３２１）の頂部は、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂを中心とする平坦ゾーンを有し、該平坦ゾーンは、０ｍｍ〜５ｍｍの範囲の、好ましくは２．５ｍｍにほぼ等しい幅Ｌｔを有することを特徴とするピストン（３）。
【請求項２】
前記突起部のうち、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂに位置する前記頂部は、前記外周クラウンリングよりも５．４ｍｍ〜７ｍｍの範囲の距離Ｄｔだけ低い高さまで隆起していることを特徴とする、請求項１に記載のピストン（３）。
【請求項３】
前記中央突起部は前記輪環面（３２３０）に向かって、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂを基準にして幾何学的方向に測定される２９．５°〜３４．５°の範囲の角度Ａで傾斜していることを特徴とする、請求項１および請求項２のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン（３）。
【請求項４】
前記ボウル（３２３）は、前記シリンダの中心に設けられ、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂは、前記シリンダ（１）の前記回転軸Ｃに一致することを特徴とする、請求項１から請求項３のうちの１項に記載のピストン（３）。
【請求項５】
前記輪環面（３２３０）の最大曲率半径Ｒｔは５ｍｍ〜７ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１から請求項４のうちの１項に記載のピストン（３）。
【請求項６】
前記唇状部（３２２０）は、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂから距離Ｄｅ／２に位置し、距離Ｄｅは、４９．５ｍｍ〜５２ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１から請求項５のうちの１項に記載のピストン（３）。
【請求項７】
前記輪環面（３２３０）は、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂから距離Ｄｂ／２に位置し、距離Ｄｂは、５３．５ｍｍ〜５５．５ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１から請求項６のうちの１項に記載のピストン（３）。
【請求項８】
前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂを基準とする、前記クラウンリングの端部の距離Ｄｅ／２と、前記輪環面の端部の距離Ｄｂ／２との差が１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１から請求項７のうちの１項に記載のピストン（３）。
【請求項９】
前記ボウル（３２３）の最大深さＰは、１４．３ｍｍ〜１５．５ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１から請求項８のうちの１項に記載のピストン（３）。
【請求項１０】
ディーゼル式の内燃機関（１００）であって、前記機関は、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のピストン（３）を少なくとも１つ備えることを特徴とする、内燃機関（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、燃焼機関、特に圧縮点火式内燃機関の設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
原動機製造業者は、機関運転性を向上させると同時に、機関が、益々厳しくなる排出規制に確実に対応することができるようにし、規制が変更されるたびに、大きな技術開発が行なわれ、追加の、そして／または更に複雑な排出制御装置を使用することになり、この排出制御装置は、費用が嵩むことが分かっており、かつ性能レベルの低下をもたらす虞があるという問題に直面している。
【０００３】
製造業者は、より小型の機関の運転性を向上させようとしており、この小型機関は、特に二重過給（double supercharging）を用いて機関燃焼室に吸入される空気量を広範囲の機関回転速度に亘って増やすことにより益々大きい比出力を生み出す。
【０００４】
このタイプの機関は、当該機関が、大きい比出力を生み出すと同時に、できる限り少ない汚染排出物しか放出しないように開発される必要がある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの目的は、改良され、かつ窒素酸化物及び粉塵の排気物質量を特に低減することができる内燃機関の燃焼室を提案することにある。
【０００６】
本発明の１つの主題は、内燃機関用の、特にディーゼル機関用のピストンであり、前記ピストンは、スカート部によって横方向に画成される本体を備え、前記スカート部は、回転軸Ｃを持つシリンダの壁と協働することができ、前記シリンダ内で、前記ピストンが、この軸Ｃに沿って摺動することができ、前記ピストンは横断面部を備え、前記横断面部は、中央突起部（central pip）と、外周クラウンリングと、回転軸Ｂを持つボウルと、を含み、前記ボウルは、前記中央突起部から前記外周クラウンリングに向かって延び、該外周クラウンリングに、前記ボウルが厚さＥｐの唇状部で接続され、前記ボウルは、前記唇状部と垂直方向にほぼ一直線に並ぶ輪環面を含み、該輪環面は、好ましくは最大半径Ｒｔの半ドーム状の側面を有し、前記輪環面は、内曲ゾーンＲの前記唇状部の下に噴射される燃料を前記中央突起部に向けて誘導することができ、前記中央突起部の頂部は、前記ボウルの前記回転軸Ｂを中心とする平坦ゾーンを有し、該平坦ゾーンは、０ｍｍ〜５ｍｍの範囲の幅Ｌｔを、好ましくは２．５ｍｍにほぼ等しい幅Ｌｔを持つことを特徴とする。
【０００７】
本発明によるピストンを使用することによって特に、以下の利点を実現することができる。
−後処理システムを更に複雑化し、更に高コスト化するという必要がない。
−排出制御規制に適合するために窒素酸化物排出量が低減する。
【０００８】
幾つかの特定の実施形態によれば、前記ピストンは以下の特徴のうちの１つ以上を有する。
−前記突起部のうち、前記ボウルの前記回転軸Ｂに位置する前記頂部は、前記外周クラウンリングよりも５．４ｍｍ〜７ｍｍの範囲の距離Ｄｔだけ下方の高さまで隆起する。
−前記中央突起部は前記輪環面に向かって、前記ボウルの前記回転軸Ｂを基準にして幾何学的方向に測定される２９．５°〜３４．５°の角度Ａで傾斜する。
−前記ボウルは、前記シリンダの中心に設けられ、前記ボウルの前記回転軸Ｂは、前記シリンダの前記回転軸Ｃに一致する。
−前記輪環面の最大曲率半径Ｒｔは５ｍｍ〜７ｍｍの範囲である。
−前記唇状部は、前記ボウルの前記回転軸Ｂから距離Ｄｅ／２に位置し、距離Ｄｅは、４９．５ｍｍ〜５２ｍｍの範囲である。
−前記輪環面は、前記ボウルの前記回転軸Ｂから距離Ｄｂ／２に位置し、距離Ｄｂは、５３．５ｍｍ〜５５．５ｍｍの範囲である。
−前記ボウルの前記回転軸Ｂを基準とする、前記クラウンリングの端部の距離Ｄｅ／２と、前記輪環面の端部の距離Ｄｂ／２との差が１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲である。
−前記ボウルの最大深さＰは、１４．３ｍｍ〜１５．５ｍｍの範囲である。
【０００９】
本発明の別の主題は、窒素酸化物及び粉塵の排出量の点で厳しい排出制御規制に適合するように設計される内燃機関、更に詳細には、本発明によるピストンを少なくとも１つ備えるディーゼル式の機関である。
【００１０】
ディーゼル式のこの内燃機関は、回転軸Ｃを持つシリンダを有し、このシリンダの上端部は、下面を備えるシリンダヘッドによって閉じられ、この下面は、ピストンの横断面部とともに燃焼室を画成するように機能し、このピストンのピストンボウルは、軸Ｃに一致する回転軸Ｂの回りに芯合わせされ、前記機関は、前記シリンダヘッドの前記下面の開口部と、吸気バルブによって閉止することができる少なくとも１つの吸気ダクト、及び排気バルブによって閉止することができる少なくとも１つの排気ダクトと、予熱プラグと、前記燃焼室に向かって、ほぼ前記シリンダの前記回転軸Ｃの位置で開口する先端を有する燃料インジェクタと、を備える。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、完全に非制限的な例を通して次の図を参照しながら以下に示す本発明の実施形態についての記述から明確に理解されるものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明による内燃機関の部分模式断面である。
【図２】図２は、ピストンボウルの回転軸を含む平面に沿った部分断面であり、本発明によるピストンの吸気側のクラウン部分の詳細を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、特にディーゼル機関用の内燃機関１００を示しており、この内燃機関１００は、回転軸Ｃを持つ少なくとも１つのシリンダ１と、シリンダヘッド２と、ピストン３と、を備える。
【００１４】
本記述の残りの部分では、この回転軸Ｃは、シリンダヘッド２に向かって上に向いていると見なすことにする。
【００１５】
ピストン３は、当該ピストンがシリンダの回転軸Ｃに沿って摺動することができるようにシリンダ１内に取り付けられ、ピンを受け入れて当該ピストンを駆動コネクティングロッドの小端部に接続するように設計されたピストン本体を有し、前記本体はピストンスカート部３１により横方向に画成され、このピストンスカート部３１は、シリンダの回転軸Ｃに平行に延び、かつシリンダ１の内壁と協働する。ピストンは更に、横断面部３２を含み、この横断面部３２は、シリンダヘッド２の下面２０とともに、シリンダ１の燃焼室を画成するように機能する。
【００１６】
新気または新気と再循環排気ガスとの混合ガスが燃焼室に、シリンダヘッド２内に形成され、かつ少なくとも１つの吸気バルブ５０で閉止することができる少なくとも１つの吸気ダクト５を介して吸入される。
【００１７】
吸入された空気−燃料混合ガスの燃焼残渣は、シリンダヘッド２内に形成され、かつ少なくとも１つの排気バルブ６０で閉止することができる少なくとも１つの排気ダクト６を介して排出される。
【００１８】
予熱プラグ４をシリンダヘッド２に取り付け、当該プラグの端部は燃焼室に臨んで開口され、その結果、当該プラグで空気−燃料混合ガスを冷間始動時に加熱することができる。
【００１９】
燃料インジェクタ７はシリンダヘッド２に取り付けられ、シリンダ１の回転軸Ｃにほぼ沿って燃焼室に臨むように開口される。
【００２０】
図２は、軸方向平面に沿った部分断面として本発明によるピストン３の上側部分の詳細を描いたものである。図２に示すように、横断面部３２は、中央突起部３２１と、外周クラウンリング３２２と、シリンダの回転軸Ｃに一致する回転軸Ｂを持つ環状キャビティまたはボウル３２３とを含み、前記ボウル３２３は、中央突起部３２１から外周クラウンリング３２２に向かって延びており、この外周クラウンリング３２２に当該ボウルが接続される。
【００２１】
別の構成として、ボウル３２３をシリンダ１内でずらすことができ、従って、シリンダ１の回転軸Ｃ及びボウル３２３の回転軸Ｂを、３ｍｍにほぼ等しい値よりも短いことが好ましい距離だけ互いからずらすことができる。
【００２２】
外周クラウンリング３２２は、ピストン３のスカート部３１からボウル３２３の回転軸Ｂに向かって、外周クラウンリング３２２の内曲部分Ｒの距離に対応する厚さＥｐの唇状部３２２０を構成する端部にまで横方向に延び、内曲部分Ｒの下に、ボウル３２３は半ドーム状の側面を持つ輪環面３２３０を有し、この輪環面は、５mm〜７mmの範囲の最大曲率半径Ｒｔを有する。
【００２３】
唇状部３２２０は、ボウル３２３の回転軸Ｂから距離Ｄｅ／２に位置し、距離Ｄｅは、４９．５ｍｍ〜５２ｍｍの範囲である。
【００２４】
輪環面３２３０は、ボウル３２３の回転軸Ｂから距離Ｄｂ／２に位置し、距離Ｄｂは、５３．５ｍｍ〜５５．５ｍｍの範囲である。
【００２５】
インジェクタ７は、唇状部３２２０の下端に隣接する輪環面３２３０（内曲縁部Ｒ）の上部に向けて燃料噴射流を選択的に噴射するように設計されている。このため、輪環面３２３０に当った燃料噴射流は輪環面３２３０の壁伝いに回転移動することでボウルの底部へと向かう流れが促進される。ここで、燃料噴射流は、ピストン３の圧縮行程のなかで、ボウルの底部に存在する酸素と遭遇するため、黒煙（スモーク）を低減することができ、ガスを中央突起部３２１に向けて循環させることができる。
【００２６】
好ましくは、内曲縁部Ｒの横幅は、ボウル３２３の回転軸Ｂからクラウンリングの端部までの距離Ｄｃ／２と、輪環面の端部までの距離Ｄｂ／２との差で与えられ、この差を１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲に保持することにより得られる。
【００２７】
ボウル３２３の境界（縁）は、クラウンリング３２２における厚さＥｐの唇状部３２２０とその下側に略整列した内曲縁部Ｒとによって画定される。
【００２８】
ボウル３２３の最大深さＰは、１４．３ｍｍ〜１５．５ｍｍの範囲である。ボウル３２３のアスペクト比Ｄｂ／Ｐは、ボウル３２３に実効幅を与え、この実効幅により、空気を全負荷運転状態において効果的に利用することができるので、特定の高い性能を達成することができる。
【００２９】
この設計の内曲縁部Ｒ、輪環面３２３０、及び、最大ボウル３２３深さＰを組み合わせることにより、ボウル３２３の底部に捕捉された空気量に向けた燃料噴射流の誘導を改善することができる。
【００３０】
中央突起部３２１の頂部は、ボウル３２３の軸Ｂを中心とする平坦部を有し、当該平坦部は、０ｍｍ〜５ｍｍの範囲の幅Ｌｔを、好ましくは２．５ｍｍにほぼ等しい幅Ｌｔを有する。中央突起部３２１の頂部は、外周クラウンリング３２２の高さよりも距離Ｄｔだけ低い高さまで隆起しており、この距離Ｄｔは、５．４ｍｍ〜７ｍｍの範囲である。中央突起部３２１の頂部を切り取り、外周クラウンリング３２２の頂部までの距離Ｄｔにより、ボウルの底部に向かって噴射される燃料噴射流と中央突起部３２１との、特に中央突起部３２１の頂部との干渉を抑制することができるので、黒煙及び未燃焼燃料の排出量を低減することができる。
【００３１】
このようにして中央突起部３２１の頂部を切り取ることによって、中央突起部３２１に、輪環面３２３０に向かう角度Ａの傾斜を緩和することができる。ボウル３２３の軸Ｂを基準に幾何学的方向に測定される傾斜の角度Ａは２９．５°〜３４．５°の範囲である。従って、これにより、角度Ａの傾斜が付いていなければ、ボウル３２３の幅が広くなるにつれて水平方向成分が優勢になる燃焼運動に垂直方向成分を与えることができる。
【００３２】
中央突起部３２１にこのような角度Ａの傾斜を付けることにより、燃焼によりボウル３２３の底部に発生した煤を中央突起部３２１に向けて排出して後酸化を促進することができるので、黒煙の低減につながる。
【００３３】
二重過給機（double supercharging device）を備え、かつこれらの特徴を組み合わせたピストン３を備える内燃機関１００は、二重過給のない内燃機関と比較して、使用に際してとりわけ有利である。
【００３４】
事実、この改良機関１００によって、汚染物質排出量を同じ水準に抑えつつ、比出力を約２５％も増大できることが確認された。
【図１】
2014222067.tif 000003
【図２】
2014222067.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月11日(2014.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル式内燃機関（１００）用ピストン（３）であって、
前記ピストン（３）は、スカート部（３１）によって横方向に画成される本体を備え、
前記スカート部（３１）は、回転軸Ｃを持つシリンダ（１）の壁と協働し、
前記ピストン（３）は、前記シリンダ内で、この回転軸Ｃに沿って摺動し、
前記ピストン（３）は横断面部（３２）を備え、
前記ピストンには、燃料噴射流が外周クラウンリング（３２２）の唇状部（３２２０）の下にある内曲縁部Ｒに注入されるように構成され、
前記ピストンは、燃料噴射流が輪環面（３２３０）の壁伝いに回転移動することでボウル（３２３）の底部へと向かう流れが促進され、燃料噴射流が、ピストンの圧縮行程のなかで、ボウルの底部に存在する酸素と遭遇することにより、黒煙を低減させ、ガスを中央突起部（３２１）に向けて循環させる、という設計原理に基づいて設計されたものであり、
前記設計原理は、燃料噴射流を前記ピストン内のガスの乱流中心に衝突させることに基づくものではなく、
前記設計の結果として、
前記横断面部（３２）は、前記中央突起部（３２１）、前記外周クラウンリング（３２２）および回転軸Ｂを有する前記ボウル（３２３）を含み、
前記ボウル（３２３）は、前記中央突起部（３２１）から前記外周クラウンリング（３２２）に向かって延び、
前記外周クラウンリング（３２２）に、前記ボウル（３２３）が厚さＥｐの前記唇状部（３２２０）で接続され、
前記ボウル（３２３）は、前記唇状部（３２２０）と垂直方向に略整列した前記輪環面（３２３０）を含み、
前記輪環面（３２３０）は、最大半径Ｒｔの側面を有し、
前記輪環面（３２３０）は、前記唇状部（３２２０）の下にある内曲縁部Ｒに噴射される燃料を前記中央突起部（３２１）に向けて誘導し、
前記中央突起部（３２１）の頂部は、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂを中心とする平坦部を有し、
前記平坦部は、０ｍｍ＜Ｌｔ≦５ｍｍの範囲の幅Ｌｔを有し、
前記中央突起部は、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂ側から前記輪環面（３２３０）に向かって、２９．５°〜３４．５°の範囲の角度Ａで傾斜しており、
前記中央突起部の前記頂部は、前記外周クラウンリングよりも５．４ｍｍ〜７ｍｍの範囲の距離Ｄｔだけ低い高さに位置し、
前記ボウル（３２３）の最大深さＰは、１４．３ｍｍ〜１５．５ｍｍの範囲であり、
前記唇状部（３２２０）は直線状であり、
前記角度Ａのボウル（３２３）の傾斜は平面である、
ピストン（３）。
【請求項２】
前記平坦部の幅Ｌｔは２．５ｍｍである、請求項１に記載のピストン（３）。
【請求項３】
前記輪環面（３２３０）は、半ドーム状の形状である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のピストン（３）。
【請求項４】
前記ボウル（３２３）は、前記シリンダの中心に設けられ、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂは、前記シリンダ（１）の前記回転軸Ｃに一致する、
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン（３）。
【請求項５】
前記輪環面（３２３０）の最大曲率半径Ｒｔは５ｍｍ〜７ｍｍの範囲である、
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のピストン（３）。
【請求項６】
前記唇状部（３２２０）は、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂから距離Ｄｅ／２に位置し、距離Ｄｅは、４９．５ｍｍ〜５２ｍｍの範囲である、
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のピストン（３）。
【請求項７】
前記輪環面（３２３０）は、前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂから距離Ｄｂ／２に位置し、距離Ｄｂは、５３．５ｍｍ〜５５．５ｍｍの範囲である、
ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のピストン（３）。
【請求項８】
前記ボウル（３２３）の前記回転軸Ｂから前記クラウンリングの端部までの距離Ｄｅ／２と、前記回転軸Ｂから前記輪環面の端部までの距離Ｄｂ／２との差が１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲である、
ことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のピストン（３）。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のピストン（３）を少なくとも１つ備えることを特徴とする、ディーゼル式内燃機関（１００）。
【請求項１０】
前記燃料噴射流は、ピストン（１）の頂上面である上死点より上に位置するインジェクタ（７）から噴射される、請求項１から８のいずれか１項に記載のピストン（３）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
ボウル３２３の最大深さＰは、１４．３ｍｍ〜１５．５ｍｍの範囲である。ボウル３２３のアスペクト比Ｄｂ／Ｐは、ボウル３２３に実効幅を与え、この実効幅により、空気を全負荷運転状態において効果的に利用することができるので、特定の高い性能を達成することができる。実施形態において、Ｄｂ＝５３．５ｍｍ〜５５．５ｍｍであり（段落００２４参照）、この場合、アスペクト比は、Ｄｂ／Ｐ＝（５３．５〜５５．５）／（１４．３〜１５．５）となる（約、３．４〜３．９）。
【外国語明細書】
2014222067000001.pdf
2014222067000002.pdf
2014222067000003.pdf
2014222067000004.pdf