(57)【要約】【課題】噴霧内に於ける燃料濃度分布を出来る限り無くす事が出来る様に噴霧内に於ける燃料濃度を出来る限り均一化すると共に噴霧中心に於ける燃料過濃状態を原因とする後燃えを抑制する事によって、従来よりも燃費を改善する事が出来る燃焼室構造を提供する。【解決手段】燃料を燃焼室内に直接噴射する直噴エンジンの燃焼室構造１００であって、ピストン頂面１０１に形成されているキャビティ１０２と、キャビティ底面１０３に形成されている複数の突起１０４と、を備えており、突起１０４は、燃料噴射軸Ｘに対し横渦流下流側であって噴霧中心を残し噴霧外郭を剥ぎ取る位置に配置されている事を特徴としている。【選択図】図１
2018115604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼室内に直接噴射する直噴エンジンの燃焼室構造であって、
ピストン頂面に形成されているキャビティと、
前記キャビティ底面に形成されている複数の突起と、
を備えており、
前記突起は、燃料噴射軸に対し横渦流下流側であって噴霧中心を残し噴霧外郭を剥ぎ取る位置に配置されている
事を特徴とする燃焼室構造。
【請求項２】
前記突起は、前記噴霧外郭を剥ぎ取る頂部を有する滴状の平面形状を呈している
請求項１に記載の燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を燃焼室内に直接噴射する直噴エンジンの燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を燃焼室内に直接噴射する直噴エンジンに於いては、シリンダ軸廻りを滑らかに流動する横渦流を燃焼室内に発生させる事によって燃料と吸気とを均一に混合する様にしている。然し乍ら、横渦流によって燃料と吸気とを均一に混合するのにも限界が有る。従って、ピストン頂面に形成されているキャビティ底面に複数の突起を形成する事によって旋回流を発生させると共に旋回流によっても燃料と吸気とを均一に混合する様にしている（例えば、特許文献１乃至４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３５３２１７号公報
【特許文献２】実開平２−１４４６２２号公報
【特許文献３】実開昭５６−１２７３２５号公報
【特許文献４】実開昭５６−１２７３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料を燃焼室内に直接噴射すると、燃料が噴霧と成って霧状に徐々に拡散していく為、燃料たる噴霧は、噴霧中心から噴霧外郭に掛けて燃料濃度が徐々に低下していく燃料濃度分布を有する事に成る。噴霧中心に於いては、噴霧外郭と比較し燃料過濃状態と成っている為、燃料が燃焼し難く、噴霧中心に於ける燃料過濃状態は、最終的に燃費を悪化させる事に成る後燃えを誘引する原因と成っている。
【０００５】
以上の事情に鑑み、本発明は、噴霧内に於ける燃料濃度分布を出来る限り無くす事が出来る様に噴霧内に於ける燃料濃度を出来る限り均一化すると共に噴霧中心に於ける燃料過濃状態を原因とする後燃えを抑制する事によって、従来よりも燃費（等容度）を改善する事が出来る燃焼室構造を提供する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料を燃焼室内に直接噴射する直噴エンジンの燃焼室構造であって、ピストン頂面に形成されているキャビティと、前記キャビティ底面に形成されている複数の突起と、を備えており、前記突起は、燃料噴射軸に対し横渦流下流側であって噴霧中心を残し噴霧外郭を剥ぎ取る位置に配置されている燃焼室構造を提供する。
【０００７】
前記突起は、前記噴霧外郭を剥ぎ取る頂部を有する滴状の平面形状を呈している事が望ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によって、噴霧内に於ける燃料濃度分布を出来る限り無くす事が出来る様に噴霧内に於ける燃料濃度を出来る限り均一化すると共に噴霧中心に於ける燃料過濃状態を原因とする後燃えを抑制する事によって、従来よりも燃費を改善する事が出来る燃焼室構造を提供する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の燃焼室構造の一例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に於ける断面を示す断面図である。
【図３】突起の平面形状を示す平面図である。
【図４】クランク角と熱発生率との関係を示す関係図である。
【図５】クランク角と発熱量との関係を示す関係図である。
【図６】燃焼室構造の相違に基づく等容度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に順って説明する。
【００１１】
図１及び２に示す通り、本発明の実施の形態に係る燃焼室構造１００は、燃料Ｆを燃焼室内に直接噴射する直噴エンジンに適用する事が出来る。燃焼室構造１００は、ピストン頂面１０１に形成されているキャビティ１０２と、キャビティ底面１０３に形成されている複数の突起１０４と、を備えている。直噴エンジンの一例としては、ディーゼルエンジンを挙げる事が出来る。勿論、燃焼室構造１００は、ディーゼルエンジン以外の他の直噴エンジンに適用する事も出来る。図１及び２に於いては、キャビティ１０２を特定の形状の物として描いているものの、キャビティ１０２の形状としては、種々の形状を自由に採用する事が出来る。
【００１２】
突起１０４は、燃料噴射軸Ｘに対し横渦流下流側であって噴霧中心を残し噴霧外郭を剥ぎ取る位置に配置されている。突起１０４を燃料噴射軸Ｘに対し横渦流下流側に配置する事によって、燃料噴射軸Ｘに対し横渦流下流側に位置している噴霧外郭を、横渦流によって突起１０４に対し積極的に押し付ける事が出来る為、燃料噴射軸Ｘに対し横渦流下流側に位置している噴霧外郭を、突起１０４によって容易に剥ぎ取る事が出来る。尚、突起１０４によって噴霧外郭を剥ぎ取った噴霧中心付近の空間Ｓに於いては、負圧によって噴霧中心側に向かう巻込流が発生する為、吸気を噴霧中心に対し積極的に導入する事が出来る。従って、噴霧中心に於いて燃料Ｆと吸気とを効率的に混合する事が出来る為、噴霧内に於ける燃料濃度を出来る限り均一化し噴霧中心に於ける燃料過濃状態を解消する事が出来る。
【００１３】
突起１０４は、図２に示した断面（ピストン縦断面）に於いて噴霧幅の全体に亘って噴霧外郭を剥ぎ取る事が出来る高さに形成されている。然し乍ら、突起１０４の高さをピストン頂面１０１よりも高くすると、突起１０４とピストン上部に位置する部品（例えば、吸排気弁）とが干渉する虞が有る為、突起１０４は、最大でもピストン頂面１０１を超越しない高さに形成されている事が望ましい。
【００１４】
突起１０４は、ピストン縦断面に於いて燃料インジェクタ１０５とキャビティ側壁１０６との間の中間付近に配置されている。突起１０４を燃料インジェクタ１０５の近傍に配置すると、燃料インジェクタ１０５と突起１０４とが近接し噴霧外郭を剥ぎ取るタイミングが早く成り過ぎる為、噴霧内に於いて燃料濃度分布が生じる前に噴霧外郭を剥ぎ取る事に成る。従って、突起１０４によって噴霧内に於ける燃料濃度を出来る限り均一化し噴霧中心に於ける燃料過濃状態を解消する効果を得難く成る。更に、突起１０４をキャビティ側壁１０６の近傍に配置すると、突起１０４とキャビティ側壁１０６とが近接し噴霧外郭を剥ぎ取るタイミングが遅く成り過ぎる為、巻込流によって吸気を噴霧中心に対し導入するタイミングも遅く成る。従って、同様に突起１０４によって噴霧内に於ける燃料濃度を出来る限り均一化し噴霧中心に於ける燃料過濃状態を解消する効果を得難く成る。
【００１５】
突起１０４は、噴霧外郭を剥ぎ取る頂部１０７を有する滴状の平面形状を呈している。具体的には、図３に示す様に、突起１０４は、頂部１０７を基端とし燃料噴射軸Ｘに対し横渦流下流側に延在する外周側円弧部１０８と、頂部１０７を基端とし燃料噴射軸Ｘに対し横渦流下流側に延在する内周側円弧部１０９と、外周側円弧部１０８と内周側円弧部１０９とを滑らかに接続する接続円弧部１１０と、を有している。外周側円弧部１０８と内周側円弧部１０９は、異なる軌跡によって燃料噴射軸Ｘに対し横渦流下流側に延在している。外周側円弧部１０８と接続円弧部１１０は、滴状中心Ｏに対し膨らんでいる。内周側円弧部１０９は、滴状中心Ｏに対し窪んでいる。内周側円弧部１０９は、先端が鋭利に形成されている頂部１０７を介して噴霧中心を残し噴霧外郭を剥ぎ取る機能を有している。接続円弧部１１０は、内周側円弧部１０９によって剥ぎ取った噴霧外郭を自身の外周面に沿って広範囲に拡散させる機能を有している。図１乃至３に於いては、突起１０４を特定の形状の物として描いているものの、突起１０４の形状としては、噴霧中心を残し噴霧外郭を剥ぎ取る事が出来る種々の形状を自由に採用する事が出来る。然し乍ら、突起１０４は燃焼行程に於ける燃料Ｆの燃焼に伴って衝撃を受ける為、衝撃を分散する事が出来る様に円形に類する平面形状を呈している事が望ましい。尚、燃焼室構造１００に於いては、突起１０４が燃料インジェクタ１０５の噴口と同数だけ形成されている為、燃料インジェクタ１０５の噴口を通じて噴射した噴霧の全てに於いて、噴霧内に於ける燃料濃度を出来る限り均一化し噴霧中心に於ける燃料過濃状態を解消する事が出来る。従って、燃焼室構造１００の全体に於いて、噴霧中心に於ける燃料過濃状態を原因とする後燃えを抑制する事が出来ると共に従来よりも燃費を大きく改善する事が出来る様に成る。
【００１６】
以上に説明した様に、本発明の実施の形態に係る燃焼室構造１００に於いては、燃料噴射軸Ｘに対し横渦流下流側であって噴霧中心を残し噴霧外郭を剥ぎ取る位置に配置されている突起１０４をキャビティ底面１０３に配置している。従って、噴霧内に於ける燃料濃度分布を出来る限り無くす事が出来る様に噴霧内に於ける燃料濃度を出来る限り均一化すると共に噴霧中心に於ける燃料過濃状態を原因とする後燃えを抑制する事によって従来よりも燃費を改善する事が出来る。
【００１７】
本発明者は、燃焼室構造１００の効果をシミュレーションによって実際に検証した。検証の結果、図４に示す様に、突起１０４の有る燃焼室構造１００（実線）と突起１０４の無い燃焼室構造（破線）との間に熱発生率の相違が見られた。突起１０４の有る燃焼室構造１００に於いては、突起１０４の無い燃焼室構造よりも燃焼行程前半に於いて熱発生率が高く成ると共に燃焼行程後半に於いて熱発生率が低く成った。従って、突起１０４の有る燃焼室構造１００に於いては、突起１０４の無い燃焼室構造よりも燃料の燃焼を活性化させると共に燃焼行程前半に熱を集中的に発生させる事によって後燃えを抑制する事が出来る事が分かった。逆に、突起１０４の無い燃焼室構造に於いては、突起１０４の有る燃焼室構造１００と異なり燃焼行程の全体に亘って熱がだらだらと発生する事によって後燃えが誘引される事が分かった。更に、図５に示す様に、突起１０４の有る燃焼室構造１００（実線）と突起１０４の無い燃焼室構造（破線）との間に発熱量の相違が見られた。突起１０４の有る燃焼室構造１００に於いては、突起１０４の無い燃焼室構造よりも燃焼行程の略全体に亘って発熱量を向上させる事が出来た。結果的に、図６に示す様に、突起１０４の有る燃焼室構造１００に於いては、突起１０４の無い燃焼室構造よりも等容度を０．６％も向上させる事が出来た。以上の検証によって突起１０４の有る燃焼室構造１００の効果を実証する事が出来た。
【符号の説明】
【００１８】
１００  燃焼室構造
１０１  ピストン頂面
１０２  キャビティ
１０３  キャビティ底面
１０４  突起
１０５  燃料インジェクタ
１０６  キャビティ側壁
１０７  頂部
１０８  外周側円弧部
１０９  内周側円弧部
１１０  接続円弧部
Ｆ  燃料
Ｘ  燃料噴射軸
Ｓ  噴霧外郭を剥ぎ取った噴霧中心付近の空間
Ｏ  滴状中心
【図１】
2018115604.tif 000003
【図２】
2018115604.tif 000004
【図３】
2018115604.tif 000005
【図４】
2018115604.tif 000006
【図５】
2018115604.tif 000007
【図６】
2018115604.tif 000008