(57)【要約】【課題】ＮＯｘの発生を抑制可能なピストン構造を提供する。【解決手段】ピストン１頂部にある燃焼室キャビティ２のエッジ５と内底面６の間の側壁部分にピストン１周方向に延びる複数条の溝７を設けて、高温雰囲気に晒されるエッジ５付近の実質的な表面積を拡げ、燃焼過程で当該部位に付与される熱エネルギがピストン１本体部分へ伝わるようにし、エッジ５付近の温度だけを選択的に下げて、熱効率的な損失を回避しつつＮＯｘの発生を抑制する。【選択図】図１
2006200394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン頂部にある燃焼室キャビティのエッジ付近に凹凸を形成するとともに、その表面積を、燃焼過程で当該部位に付与される熱エネルギがピストン本体部分へ伝わるように設定したことを特徴とするピストン構造。
【請求項２】
燃焼室キャビティのエッジ付近にピストン周方向に延びる溝を設けて凹凸とした請求項１に記載のピストン構造。
【請求項３】
燃焼室キャビティ表面積が凹凸を設けない場合の約３〜２０倍になるように、エッジ付近に凹凸を形作った請求項１または請求項２のいずれかに記載のピストン構造。
【請求項４】
ピストン頂部にある燃焼室キャビティのエッジ付近に、嵩に対して表面積の比率が高い耐熱材を組み込むとともに、その表面積を、燃焼過程で当該部位に付与される熱エネルギがピストン本体部分へ伝わるように設定したことを特徴とするピストン構造。
【請求項５】
燃焼室キャビティのエッジ付近に耐熱材を燃料噴射部位を避けて組み込んだ請求項４に記載のピストン構造。
【請求項６】
燃焼室キャビティ表面積が耐熱材を設けない場合の約３〜２０倍になるように、エッジ付近に耐熱材を設けた請求項３または請求項４のいずれかに記載のピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピストン構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気再循環（ＥＧＲ:Exhaust Gas Recirculation）を適用した車両用のエンジンでは、エンジン排気経路から分流した排気を、ＥＧＲクーラ（水冷方式の管形熱交換器）が組み込んであるＥＧＲ管路により冷却したうえエンジン吸気経路へ送給し、燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を低減させているが、排気再循環によるＮＯｘ低減を追求し過ぎると気筒内での燃焼不良に起因した黒煙発生が顕著になる。
【０００３】
そこで近年、気筒内への燃料噴射を圧縮上死点よりも早期に行ない、燃料の予混合化を促した後に着火及び燃焼が行なわれるようにして黒煙の発生を抑制する予混合圧縮着火をディーゼルエンジンに採用することが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
つまり、予混合圧縮着火では、気筒内に燃料が均等に分散して可燃混合気を形作る状態となるので、燃料濃度分布の不均一を要因とした黒煙発生が抑えられ、燃焼温度も比較的低くなるため、ＮＯｘの発生量が減ることになる。
【特許文献１】特開平１１−１０７７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが予混合圧縮着火を採用するとなると、通常のエンジンの圧縮比では圧縮上死点よりも早期に着火が行なわれる過早着火が発現し、熱効率的な損失が生じてしまう。
【０００６】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、排気再循環や予混合圧縮着火とは別途にＮＯｘの発生を抑制可能なピストン構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、ピストン頂部にある燃焼室キャビティのエッジ付近に凹凸を形成するとともに、その表面積を、燃焼過程で当該部位に付与される熱エネルギがピストン本体部分へ伝わるように設定した構成を採り、前記凹凸としては、ピストン周方向に延びる溝をキャビティのエッジ付近に設ける。
【０００８】
あるいは、ピストン頂部にある燃焼室キャビティのエッジ付近に、嵩に対して表面積の比率が高い耐熱材を組み込むとともに、その表面積を、燃焼過程で当該部位に付与される熱エネルギがピストン本体部分へ伝わるように設定した構成を採り、前記耐熱材は、燃料噴射部位を避けてキャビティのエッジ付近に組み込む。
【０００９】
本発明においては、高温雰囲気に晒されるキャビティのエッジ付近の実質的な表面積を、凹凸や表面積の比率が高い耐熱材により拡げ、当該部位からピストン本体へ熱エネルギが伝わりやすくする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のピストン構造によれば、凹凸や表面積の比率が高い耐熱材によりキャビティのエッジ付近の実質的な表面積を拡げたので、燃焼過程で当該部位に付与される熱エネルギがピストン本体へ迅速に伝達され、キャビティのエッジ付近の温度だけを選択的に下げて、熱効率的な損失を回避しつつＮＯｘの発生を抑制することができる、という優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
図１乃至図３は本発明のピストン構造の実施の形態の一例を示すもので、ピストン１は頂部に燃焼室キャビティ２を有し、ピストン１の外周面には、ピストンリング３が嵌まる複数条の溝４が設けてある。
【００１３】
燃焼室キャビティ２のエッジ５と内底面６の間の側壁部分には、ピストン１の周方向に延びる複数条の溝７が設けてある。
【００１４】
燃焼室キャビティ２のエッジ５付近の実質的な表面積は、溝７の底部から溝７間に出現したリブ８の頂部までの奥行きＬ、並びに溝７の条数に応じて決まることになる。
【００１５】
車両用ディーゼルエンジンでは、溝７の奥行きＬを２ｍｍ以下とすることが望ましく、また、溝７をピストン１の端面に燃焼室キャビティ２を周方向に取り囲むように設けてもよい。
【００１６】
このピストン構造では、高温度雰囲気に晒される燃焼室キャビティ２のエッジ５付近の実質的な表面積を溝７により拡げたので、燃焼過程で当該部位に付与される熱エネルギがピストン１の本体部分へ迅速に伝達される。
【００１７】
燃焼室キャビティ２の表面積を拡げる割合（倍率）としては、溝７とリブ８による凹凸を全く設けない場合の約３〜２０倍になるようにすることが望ましく、実験値としては、溝７を設けていないときは約２２００Ｋであったエッジ５付近の温度が溝７を設けることにより約２０００Ｋまで下がり、エッジ５付近でＮＯｘが発生しにくくなり、図３に示すような傾向で排気のＮＯｘ濃度が低減する。
【００１８】
よって、キャビティ２のエッジ５付近の温度だけを選択的に下げて、熱効率的な損失を回避しつつＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００１９】
更に、溝７をピストン１の周方向に延ばしているので、燃料噴射のスワールを不必要に乱すことがない。
【００２０】
図４は本発明のピストン構造の実施の形態の他の例を示すもので、図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００２１】
燃焼室キャビティ２の開口縁部に沿ってピストン１の端面に連なる位置、並びに燃焼室キャビティ２のエッジ５と内底面６の間の側壁部分で且つ燃料噴射部位１０を避けた位置に、嵩に対して表面積の比率が高い耐熱材９を組み込み、燃焼室キャビティ２のエッジ５付近の実質的な表面積を、耐熱材９の見掛けの嵩に応じて決めている。
【００２２】
耐熱材９の表面積を多くする手立てとしては、多孔質状、ブラシのような線材の集合体などがある。
【００２３】
このピストン構造では、高温度雰囲気に晒される燃焼室キャビティ２のエッジ５付近の実質的な表面積を、嵩に対して表面積の比率が高い耐熱材９により拡げたので、燃焼過程で当該部位に付与される熱エネルギがピストン１の本体部分へ迅速に伝達される。
【００２４】
燃焼室キャビティ２の表面積を拡げる割合（倍率）としては、耐熱材９を全く設けない場合の約３〜２０倍になるようにすることが望ましく、キャビティ２のエッジ５付近の温度だけを選択的に下げて、熱効率的な損失を回避しつつＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００２５】
更に、耐熱材９を燃焼室キャビティ２に燃料噴射部位を避けるように組み込んだので、噴霧液滴の衝突に起因した耐熱材９の損傷を防ぐことができる。
【００２６】
なお、本発明のピストン構造は上述した実施の形態のみに特に限定されるものではなく、既知の排気再循環、または予混合圧縮着火と組み合わせること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のピストン構造は、様々な内燃機関に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のピストン構造の実施の形態の一例を示す切断斜視図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】燃焼室キャビティの表面積を拡げる割合と排気のＮＯｘ濃度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明のピストン構造の実施の形態の他の例を示す切断斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ピストン
２  燃焼室キャビティ
５  エッジ
７  溝
９  耐熱材
１０  燃料噴射部位
【図１】
2006200394.tif 000003
【図２】
2006200394.tif 000004
【図３】
2006200394.tif 000005
【図４】
2006200394.tif 000006