(57)【要約】【課題】燃焼室内での燃料と空気との混合を促進して、燃焼時の煤の生成量を低減することができる内燃機関を提供する。【解決手段】ピストン２の上端に凹設されたキャビティ２ａからなる燃焼室１と、この燃焼室１に対向して配置された燃料噴射装置４を備えて構成される内燃機関において、キャビティ２ａの底面２ｂに設置された混合装置５を備えて、この混合装置５は燃焼室１の上面視で、環状を成す一枚の誘導板５ａ、または、周方向に間隔を空けて環状に配置された複数の誘導板５ａと、この誘導板５ａを底面２ｂよりも上方に底面２ｂから離間させて支持する支持部５ｂとを有し、誘導板５ａはピストン２の縦断面視で、燃焼室１の中央側から外側に向って延在し、燃焼室１の中央側に対し外側が下方に向って傾いて構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの上端に凹設されたキャビティからなる燃焼室と、この燃焼室に対向して配置された燃料噴射装置を備えて構成される内燃機関において、
前記キャビティの底面に設置された混合装置を備えて、
この混合装置は前記燃焼室の上面視で、環状を成す一枚の誘導板、または、周方向に間隔を空けて環状に配置された複数の誘導板と、この誘導板を前記底面よりも上方に前記底面から離間させて支持する支持部とを有し、
前記誘導板は前記ピストンの縦断面視で、前記燃焼室の中央側から外側に向って延在し、前記燃焼室の中央側に対し外側が下方に向って傾いて構成される内燃機関。
【請求項２】
前記誘導板の上面が、前記燃料噴射装置から噴射された燃料に空気を引き込ませながら、その燃料をそれぞれに引き寄せると共に沿わせて、前記燃焼室の中央側から外側に向って導く形状を成す請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記誘導板の中央側端部が、前記ピストンの上死点で、前記燃料噴射装置から噴射された燃料が衝突して、衝突したその燃料を前記上面及び下面の両方に分流する位置に設置された請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記誘導板の外側端部の位置が前記燃焼室の側壁から離間して、前記外側端部と前記燃焼室の側壁との間に燃料と空気とを混合する混合空間が形成されて配置されると共に、前記誘導板の外側端部付近の形状が、前記ピストンの上死点で、前記上面に沿って導かれた燃料を下方に、前記下面に沿って導かれた燃料を上方にそれぞれ湾曲させて、両方の燃料がこの外側端部から前記混合空間に流出させる形状に形成されている請求項２または３に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室構造として、中空円錐体のエジェクタを、ピストンのキャビティ内に位置するようにシリンダヘッド側にエンジン運転状態に同期させて上下方向に移動して、噴射ノズルからの燃料ジェットをエジェクタに通してその方向変化と拡散をして、エンジン全域にわたって燃焼室内で均一の燃焼をさせる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃料噴射ノズルと燃焼室の側壁面との間に衝突板を設置して、燃料噴射ノズルから噴射される燃料噴霧を燃料噴霧が直角に衝突するように取り付けられた衝突板の中心付近に衝突させて燃料の微粒化を促進させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５９−１０２９４０号公報
【特許文献２】実開平０３−０５６８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関では、内燃機関の燃焼室内での燃焼時に生成される煤等の浄化対象物質の量を低減させるべく、燃焼室内での燃料と空気の混合を促進させる必要がある。
【０００６】
しかし、上記の特許文献１に記載の技術では、エジェクタの空隙部を通過した燃料ジェットはエンジンの運転状態に応じた特定の方向に進みながら拡散するので、この特定の方向以外での燃料ジェットと空気とが混合され難い。特に、この特定の方向がキャビティの底面に向う方向である場合、キャビティの底面には空気が殆ど存在しないため、燃料ジェットと空気の混合が殆ど進まない。
【０００７】
また、上記の特許文献２に記載の技術では、衝突板に衝突後の燃料噴霧は不均一に拡散されることとなるので、燃料噴霧と空気は混合されにくい。
【０００８】
本発明の目的は、燃焼室内での燃料と空気との混合を促進して、燃焼時の煤の生成量を低減することが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】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、ピストンの上端に凹設されたキャビティからなる燃焼室と、この燃焼室に対向して配置された燃料噴射装置を備えて構成される内燃機関において、前記キャビティの底面に設置された混合装置を備えて、この混合装置は前記燃焼室の上面視で、環状を成す一枚の誘導板、または、周方向に間隔を空けて環状に配置された複数の誘導板と、この誘導板を前記底面よりも上方に前記底面から離間させて支持する支持部とを有し、前記誘導板は前記ピストンの縦断面視で、前記燃焼室の中央側から外側に向って延在し、前記燃焼室の中央側に対し外側が下方に向って傾いて構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料と空気とを混合する混合装置として誘導板を設置する構成にしたことで、粘性流体の噴流となる燃料噴射装置から噴射された燃料をコアンダ効果により誘導板に引き寄せて、誘導板に沿って燃焼室の外側に導く過程で、燃料に周囲の空気を引き込ませることができる。これにより、燃焼室の内部での燃料と空気との混合を促進するには有利になり、燃焼時の煤の生成量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の内燃機関の燃焼室を縦断面視した図で、ピストンが上死点に位置するときを例示する図である。
【図２】図１の燃焼室をＺ方向から見た図である。
【図３】図１の燃焼室で、燃料噴射装置からの燃料噴射時におけるピストンの最下方位置を例示する図である。
【図４】本発明の第２実施形態の内燃機関の燃焼室をＺ方向から見た図である。
【図５】本発明の第３実施形態の内燃機関の燃焼室を縦断面視した図である。
【図６】楕円形状の燃料噴射孔がＹＺ平面で傾斜した図である。
【図７】誘導板がＹＺ平面で傾斜した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の内燃機関について図に示した実施形態に基づいて説明する。なお、本実施形態では、ディーゼルエンジンを内燃機関の一例とするが、ディーゼルエンジン以外の内燃機関に対しても本発明を適用することができる。また、本実施形態では、Ｘ方向をピストン２の径方向、Ｙ方向をＸ方向に直交するピストン２の径方向、Ｚ方向をピストン２の軸方向（摺動方向）とする。
【００１３】
図１に示すように、本発明の第１実施形態の内燃機関は燃焼室１を備える。この燃焼室１は、ディーゼルエンジンの気筒（シリンダ）内を摺動するピストン２の上端に凹設されたキャビティ２ａからなる空間である。燃焼室１の縦断面視で、言い換えれば、燃焼室１を縦断してその断面を見たときに、キャビティ２ａは、中央側から外側に向うにつれてその深さが大きくなるように形成する。
【００１４】
内燃機関は、燃焼室１の中央上部にあたるシリンダヘッド３の位置に燃料噴射装置４を備える。燃料噴射装置４は、燃料タンクより高圧ポンプ、コモンレール等を介して燃料噴射装置４まで圧送された燃料を複数（６〜１０個程度）の燃料噴射孔４ａよりディーゼルエンジンの運転状態に応じて発信される制御装置（ＥＣＵ等）からの制御信号に基づいて噴射する装置である。
【００１５】
本発明の内燃機関では、キャビティ２ａの底面２ｂに混合装置５を備える。混合装置５は、燃料ＦＳと空気との混合を促進する装置で、誘導板５ａと支柱（支持部）５ｂを有する装置である。
【００１６】
誘導板５ａは、図２に示すように、燃焼室１の上面視で、言い換えれば、燃焼室１を上から見たときに、環状を成す一枚の板状部材である。また、誘導板５ａは、図１に示すように、燃焼室１の縦断面視で、燃焼室１の中央側から外側に向って延在し、燃焼室１の中央側に対し外側が下方に向って傾いた形状とする。言い換えれば、燃焼室１の縦断面視で、誘導板５ａの断面形状が「ハ」の字型になるようにする。さらに、燃焼室１の上面視で、誘導板５ａの中央側端部５ａａは燃料噴射装置４から離間し、その外側端部５ａｂは燃焼室１の側壁２ｃから離間して配置されている。
【００１７】
誘導板５ａの断面形状は翼型を成している。この誘導板５ａの中央側端部５ａａの位置は、図１に示すように、ピストン２の上死点で、燃料噴射装置４から噴射された燃料ＦＳが衝突する位置とする。また、この誘導板５ａの中央側端部５ａａ付近の形状を、衝突したその燃料ＦＳが誘導板５ａの上面及び下面の両方に分流する形状とする。
【００１８】
また、誘導板５ａの外側端部５ａｂの位置は、図３に示すように、燃料噴射装置４からの燃料噴射時におけるピストン２の最下方位置で、燃料噴射装置４から噴射された燃料ＦＳが衝突する位置とする。さらに、誘導板５ａの外側端部５ａｂ付近の形状を、図１に示すように、ピストン２が上死点位置にあるときは、燃料噴射装置４より噴射された燃料ＦＳをこの外側端部５ａｂよりも外側に流出させるときに、上面に沿って導かれた燃料ＦＳの流れを下方に、下面に沿って導かれた燃料ＦＳの流れを上方にそれぞれ湾曲させて、外側端部５ａｂと燃焼室１の側壁２ｃとの間の混合空間ＭＣに流入させる形状とする。
【００１９】
そして、この形状により誘導板５ａは、ピストン２が上死点位置にあるときには、誘導板５ａの上面及び下面が、燃料噴射装置４から噴射された燃料ＦＳに空気を引き込ませながら、その燃料ＦＳを誘導板５ａの上面及び下面のそれぞれに引き寄せると共に、この引き寄せた燃料ＦＳを各面に沿わせて、燃焼室１の中央側から外側に向って混合空間ＭＣに導くことができる。また、ピストン２が上死点位置から下降して、燃料噴射装置４から噴射された燃料ＦＳの噴射方向が誘導板５ａの中央側端部５ａａよりも上方に逸れていっても、コアンダ効果により、噴射された燃料ＦＳの流れを燃料に空気を引き込ませながら誘導板５ａの上面に引き寄せて、この面に沿わせながら混合空間ＭＣに導くことができる。従って、ピストン２の位置が変化しても、燃料ＦＳを空気を引き込みながら混合空間ＭＣに導いて、この混合空間ＭＣでさらに燃料と空気を混合させることができるようになる。言い換えれば、誘導板５ａの上面はコアンダ効果を奏する面として構成される。なお、コアンダ効果とは、粘性流体の噴流が周辺の流体を引き込む性質に起因して、粘性流体の噴流が付近の壁に引き寄せられる効果のことである。
【００２０】
支柱（支持部）５ｂは、誘導板５ａを底面２ｂよりも上方に支持する部材である。図１では、支柱５ｂを底面２ｂに４本立設しているが、支柱５ｂの設置本数は４本に限定されることなく、誘導板５ａを強固に支持できるだけの本数を設置すればよい。ただし、支柱５ｂは燃料の流れを阻害する懸念があるため、その本数は誘導板５ａを強固に支持できる最小限の本数とすることが好ましい。また、支柱５ｂは環状の誘導板５ａの下部に均等に配置してもよいし、不均等に配置してもよい。
【００２１】
上記の構成の基で、図１に示すように、ピストン２が上死点に位置するときは、燃料噴射装置４から噴射された燃料ＦＳは、誘導板５ａの中央側端部５ａａに衝突して、誘導板５ａの上面及び下面に分流する。誘導板５ａの上面に分流した燃料ＦＳは、この上面に沿いながら、空気を引き込んでいく。言い換えれば、誘導板５ａの上面には燃料ＦＳと空気との混合を促進する混合空間ＭＡが形成される。誘導板５ａの上面に沿って導かれた燃料ＦＳは、誘導板５ａの外側端部５ａｂよりも外側に流出するときに、下方に湾曲しながら流出する。一方、誘導板５ａの下面に分流した燃料ＦＳはこの下面に沿いながら、空気を引き込んでいく。言い換えれば、誘導板５ａの下面には燃料ＦＳと空気との混合を促進する混合空間ＭＢが形成される。誘導板５ａの下面に沿って導かれた燃料ＦＳは、誘導板５ａの外側端部５ａｂよりも外側に流出するときに、上方に湾曲しながら流出する。
【００２２】
誘導板５ａの外側端部５ａｂより下方に湾曲しながら流出した燃料と上方に湾曲しながら流出した燃料は、誘導板５ａの上面または下面を流れているときに引き込んだ空気と共に、燃焼室１の側壁２ｃと誘導板５ａの間の空間で混合される。すなわち、燃焼室１の側壁２ｃと誘導板５ａの間の空間は、燃料ＦＳと空気との混合を促進する混合空間ＭＣとなる。
【００２３】
そして、ピストン２が上死点から下方に移動するにつれて、燃料噴射装置４と誘導板５ａの相対位置が変化して、燃料噴射装置４から噴射された燃料ＦＳの噴射方向は、誘導板５ａの上方に移動していくが、コアンダ効果により、噴射された燃料ＦＳの流れを燃料ＦＳに空気を引き込ませながら誘導板５ａの上面に引き寄せて、この面に沿わせながら混合空間ＭＣに導くことができる。
【００２４】
従って、ピストン２の位置が変化しても、燃料ＦＳを空気を引き込みながら混合空間ＭＣに導いて、この混合空間ＭＣでさらに燃料と空気を混合させることができるようになる。
【００２５】
以上のように、誘導板５ａを、燃焼室１を上面視で環状を成す一枚の板状部材とするとともに、ピストン２の縦断面視で燃焼室１の中央側から外側に向って延在し、燃焼室１の中央側に対し外側が下方に向って傾く形状とすることで、コアンダ効果により燃料ＦＳに周囲の空気を引き込ませながら誘導板５ａの上面に引き寄せて、この面に沿わせながら混合空間ＭＣに導くことができるので、燃焼室１の内部での燃料ＦＳと空気との混合を促進するには有利になり、燃焼時の煤の生成量を低減することができる。
【００２６】
また、誘導板５ａの上面をコアンダ効果を奏する面として構成することで、誘導板５ａの上面及び下面に混合空間ＭＡ、ＭＢを形成するので、この混合空間ＭＡ、ＭＢにより、特にピストン２の下降時は混合空間ＭＡにより、燃料ＦＳと空気との混合を一層促進させることができる。
【００２７】
また、誘導板５ａの中央側端部５ａａをピストン２の上死点で燃料噴射装置４から噴射された燃料ＦＳが衝突して、衝突したその燃料ＦＳを上面及び下面の両方に分流する位置に設置することで、燃料ＦＳと空気との混合を最も促進させる必要があるときに、誘導板５ａの上面及び下面の両方で燃料ＦＳと空気との混合を促進させることができる。
【００２８】
また、誘導板５ａの外側端部５ａｂと燃焼室１の側壁２ｃとの間に燃料ＦＳと空気とを混合する混合空間ＭＣを形成することで、この混合空間ＭＣにより燃料ＦＳと空気との混合をより一層促進させることができる。
【００２９】
本発明の第２実施形態の内燃機関について説明する。第２実施形態の内燃機関は、図４に示すように、燃焼室１を上面視で周方向に間隔を空けて環状に複数の扇形形状の誘導板５ａを配置する構成とした点で、図２に示す第１実施形態の内燃機関とは異なり、その他の点で同じ構成である。この誘導板５ａの上面及び下面はピストン２の軸方向に面している。このように構成することで、燃料ＦＳと空気との混合促進効果を確保しつつ、さらに、誘導板５ａを構成する材料の必要量を低減することができる。なお、支柱５ｂは、各扇形形状の誘導板５ａと１対１対応でキャビティの底面２ｂに立設することが好ましい。この実施形態における誘導板５ａの数は、燃料噴射装置４に形成された噴口数と同等、あるいは、燃焼室１を上面視で燃料噴射装置４から噴射された燃料の噴流数と同等である。
【００３０】
本発明の第３実施形態の内燃機関について説明する。第３実施形態の内燃機関は、図５に示すように、誘導板５ａの内部にエンジン冷却水等の冷却媒体Ｗの流通用の流路（冷却媒体用流路）６を形成する構成とした点で、図１に示す第１実施形態の内燃機関とは異なり、その他の点で同じ構成である。このように構成することで、冷却媒体Ｗにより誘導板５ａは常時冷却されるので、誘導板５ａの熱に起因する破損等を防止することができる。特に、誘導板５ａを支柱５ｂを介してキャビティの底面２ｂに設置する場合、誘導板５ａと支柱５ｂの接続部に熱が集中し易いので、この接続部の近傍を通過するように冷却媒体用流路６を形成することで、この接続部を冷却して熱に起因する破損等をより確実に防止することができる。
【００３１】
本発明の第４実施形態の内燃機関について説明する。第４実施形態の内燃機関は、誘導板５ａの材質をキャビティ２ａの底面２ｂや側壁２ｃ等の燃焼室１の壁の材質より耐熱性の高い材質とする点で、図１に示す第１実施形態の内燃機関とは異なり、その他の点で同じ構成である。このように構成することで、燃焼室１の壁面より熱に晒されやすい誘導板５ａの耐熱性能のみ向上させるので、誘導板５ａの熱に起因する破損等をより低コストで防止することができる。
【００３２】
本発明の第５実施形態の内燃機関について説明する。第５実施形態の内燃機関は、燃料噴射装置４の燃料噴射方向から見た誘導板５ａの断面形状を燃料噴射孔４ａの形状に応じて設定する構成とした点で、図１に示す第１実施形態の内燃機関とは異なり、その他の点で同じ構成である。例えば、図６に示すように燃料噴射孔４ａがＹＺ平面で傾斜した楕円形状である場合は、この燃料噴射孔４ａからの燃料噴射方向に対向する部分の誘導板５ａの断面形状も図７に示すようにＹＺ平面で傾けることが好ましく、傾斜した楕円形状とすることがより好ましい。第１実施形態の内燃機関のように、誘導板５ａを環状の一枚板として構成する場合は燃料噴射孔４ａに対向する部分のみを燃料噴射孔４ａの形状に応じた形状とする。第２実施形態の内燃機関のように、環状に複数の誘導板５ａを配置する構成とする場合は各誘導板５ａを燃料噴射孔４ａの形状に応じた形状とする。
【００３３】
このように構成することで、燃料噴射孔４ａの形状が如何なる形状である場合でも、誘導板５ａの壁面で空気を引き込みながら燃料ＦＳを誘導板５ａの上面に沿わせて燃焼室１の混合空間に導くことができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  燃焼室
２  ピストン
２ａ  キャビティ
２ｂ  キャビティの底面
２ｃ  キャビティの側壁
３  シリンダブロック
４  燃料噴射ノズル
４ａ  燃料噴射孔
５  混合装置
５ａ  誘導板
５ａａ  誘導板の中央側端部
５ａｂ  誘導板の外側端部
５ｂ  支柱（支持部）
６  冷却媒体用流路
ＦＳ  燃料
ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ  混合空間
Ｗ  エンジン冷却水（冷却媒体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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