(57)【要約】【課題】炭化水素（ＨＣ）の排出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】ディーゼルエンジン１のシリンダ２内に収容されたピストン３の頂面においてキャビティ８の外周に、キャビティ８からシリンダ２のライナ２ａに向かって燃料ガスＦが流れるのを抑制するように溝１５を設けた。溝１５は、ピストン３の頂面の外周に沿って連続的に延在形成されている。これにより、キャビティ８からライナ２ａに向かって拡散する燃料ガスＦの流れを溝１５により抑制することができるので、ライナ２ａまで到達して付着する燃料ガスの量を低減することができる。その結果、ＨＣの排出量を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンの頂面において燃焼室よりも外周に、前記燃焼室からシリンダのライナに向かって燃料ガスが流れるのを抑制する溝を設けた内燃機関。
【請求項２】
前記溝を、前記ピストンの頂面の外周に沿って連続的に延在形成した請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記溝を、前記燃焼室よりも外周側で、前記ピストンの外周に近い側に形成した請求項１または２記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、更に詳しくは、炭化水素（ＨＣ）の排出量を低減することができる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関のピストンの頂面には、燃焼室と呼ばれる窪みが設けられている。この燃焼室は、シリンダライナへの燃料の付着の防止および旋回流の強化による燃料と空気との混合促進を目的としている。図１３に示すように、燃料噴射ノズルから噴射された燃料は、ピストン５０の燃焼室５１の壁面に衝突し、その大部分が燃焼室５１内に留まったまま蒸発し燃焼する（図１３の符号Ｆは燃料ガスを示している）。
【０００３】
このようにピストン頂面に燃焼室５１を設ける構造においては、燃料噴霧を燃焼室の壁面に衝突させ、燃料ガスＦを燃焼室５１内に分布させることにより、燃料がライナ５２に付着するのを防ぐようにしている。しかし、その反面、燃料噴霧の飛距離（拡散）が抑制される結果、燃焼室５１の外側のシリンダヘッド５３の下面と、ピストン５０の頂面との隙間のスキャッシュエリア５４に残る空気を十分に利用できない。
【０００４】
このため、燃焼室の形状を工夫して、燃料の一部をスキャッシュエリア５４に積極的に分布させるような試みもなされているが（例えば特許文献１参照）、図１４の破線Ｒに示すように、ライナ５２への燃料ガスＦの到達は避けられず、ＨＣの排出量の増大を招いてしまう、という問題がある。すなわち、スキャッシュエリアへの積極的な燃料の拡散と、シリンダライナへの燃料付着量とはトレードオフの関係にあり、このことが燃焼室形状の選定を困難にしている。
【０００５】
なお、例えば特許文献２には、渦流室式ディーゼルエンジンにおいて、渦流室に噴口を介して連通する主燃焼室のピストン頂面に双葉状ガス案内キャビティを備え、そのキャビティから離間した位置であって上記噴口に対向する位置のピストンの頂面またはシリンダヘッドの下面に、渦流室から噴口を通じて主燃焼室に流入した燃焼ガスの直進を止めるガス流転溝を設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２９６４４２号公報
【特許文献２】特開平７−１６６８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ＨＣの排出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】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、ピストンの頂面において燃焼室よりも外周に、前記燃焼室からシリンダのライナに向かって燃料ガスが流れるのを抑制する溝を設けたものである。これにより、燃焼室からシリンダのライナに向かって拡散する燃料ガスの流れを溝により抑制することができるので、シリンダのライナまで到達して付着する燃料ガスの量を低減することができる。その結果、ＨＣの排出量を低減することができる。
【０００９】
また、上記した内燃機関において、前記溝を、前記ピストンの頂面の外周に沿って連続的に延在形成したものである。これにより、ピストンの頂面の全周にわたって、燃焼室からシリンダのライナに向かって拡散する燃料ガスの流れを抑制することができるので、シリンダのライナに付着する燃料ガスの量をさらに低減することができる。その結果、ＨＣの排出量をさらに低減することができる。
【００１０】
また、上記した内燃機関において、前記溝を、前記燃焼室よりも外周側で、前記ピストンの外周に近い側に形成したものである。これにより、シリンダのライナに到達する燃料ガスの量を減らしつつ、燃料ガスを可能な限りスキャッシュエリアに拡散させることができるので、スキャッシュエリアの空気の利用率を向上させることができる。その結果、燃焼効率を向上させることができるので、スモークの発生を抑制することができる。また、スキャッシュエリアへの燃料の拡散とライナへの燃料付着低減とを両立することができるので、燃焼室の形状の選定を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関によれば、ピストンの頂面において燃焼室よりも外周に、燃焼室からシリンダのライナに向かって燃料ガスが流れるのを抑制するように溝を設けたことにより、燃焼室からシリンダのライナに向かって拡散する燃料ガスの流れを溝により抑制することができるので、シリンダのライナまで到達して付着する燃料ガスの量を低減することができる。その結果、ＨＣの排出量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関本体の要部断面図である。
【図２】図１の内燃機関のピストンの要部拡大断面図である。
【図３】図１の内燃機関においてライナ方向への燃料ガスの拡散が溝により弱まる様子をシミュレーションにより確認した図である。
【図４】炭化水素の排出量を従来の内燃機関と図１の内燃機関とで比較して示したグラフ図である。
【図５】図１の内燃機関のピストン頂面の平面図である。
【図６】図１の内燃機関のピストン頂面の他の例の平面図である。
【図７】図１の内燃機関のピストン頂面の他の例の平面図である。
【図８】図１の内燃機関のピストン頂面の他の例の平面図である。
【図９】図１の内燃機関のピストン頂面の他の例の平面図である。
【図１０】図９のピストン頂面の要部拡大平面図である。
【図１１】図１の内燃機関のピストン頂面の他の例の平面図である。
【図１２】図１１のピストン頂面の要部拡大平面図である。
【図１３】従来の内燃機関の燃焼室での燃料噴霧の様子を示した図である。
【図１４】従来の内燃機関においてライナ方向への燃料ガスの拡散の様子をシミュレーションにより確認した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態の内燃機関について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１に示す本実施の形態の内燃機関は、例えばトラックのような自動車両に搭載されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１である。このエンジン１は、シリンダ２と、ピストン３と、シリンダヘッド４とを有しており、このシリンダ２の内壁面と、ピストン３の頂面と、シリンダヘッド４の下面とで囲まれた部分にシリンダ室が形成されている。
【００１５】
シリンダ２は、燃料ガスをシリンダ室内に収める円筒状の部品である。このシリンダ２の内壁にはライナ２ａが設けられている。このライナ２ａは、ピストン３の往復運動を滑らかに行わせるための円筒状の部品である。シリンダ２においてライナ２ａの外側の肉厚部分には冷却通路２ｂが設けられている。この冷却通路２ｂは、シリンダ冷却用の冷却媒体が流れる通路である。
【００１６】
このシリンダ２の上部には、シリンダヘッド４が設置されている。このシリンダヘッド４には、インジェクタ（燃料噴射部）７が設置されている。このインジェクタ７は、燃料をシリンダ室内に直接噴射する装置であり、ピストン３の頂面中央に対向する位置にシリンダ２およびピストン３の軸心Ａに一致するように設置されている。インジェクタ７はコモンレール（図示せず）に接続され、そのコモンレールに貯留された高圧燃料がインジェクタ７に常時供給される。コモンレールへの燃料圧送は高圧サプライポンプ（図示せず）により行われる。
【００１７】
インジェクタ７のノズル７ａの先端は、シリンダ室内に突出されている。このノズル７ａの突出先端部には、複数の微細な噴孔が形成されており、その複数の微細な噴孔から燃料が放射状に同時に噴射されるようになっている。
【００１８】
ノズル７ａの先端の各噴孔から噴射される燃料の噴射軸Ｂは、上記した軸心Ａに対してそれぞれ所定の噴射角度θだけ傾けられている。この噴射角度θは、燃料が燃料噴射期間の全期間に亘ってシリンダ室内の後述のキャビティ（燃焼室）８内に収まるような角度に設定されている。噴射角度θの決定にあたっては、燃料の噴射開始時期や燃料の噴射開始時のピストン３の頂面位置等に基づいて決定されている。
【００１９】
また、上記のシリンダヘッド４には、吸気ポート９ａおよび吸気弁１０ａと、排気ポート９ｂおよび排気弁１０ｂとが、インジェクタ７を挟むように、インジェクタ７の左右に設置されている。吸気ポート９ａは吸気管１２ａに接続され、排気ポート９ｂは排気管１２ｂに接続されている。吸気弁１０ａはシリンダ室内と吸気管１２ａとの間の開閉を行い、排気弁１０ｂはシリンダ室内と排気管１２ｂとの間の開閉を行う。
【００２０】
また、シリンダ２の内部には、ピストン３がシリンダ２の内壁のライナ２ａに沿って往復運動可能な状態で設置されている。このピストン３の頂面中央には、燃焼室を形成するキャビティ８が凹設されている。このキャビティ８は、底面（壁面）８ａと、キャビティ８の最外周で底面８ａに交差する側面（壁面）８ｂとにより区画されている。
【００２１】
キャビティ８の底面８ａの中央には、上方に隆起する凸部が形成されており、キャビティ８の深さが中央に向かって次第に浅くなるように形成されている。また、キャビティ８の側面８ｂの上部（開口部）には、側面８ｂがキャビティ８の外側に向かって傾斜するようなテーパが形成されている。これにより、ノズル７ａからキャビティ８内に噴射された燃料ガスがスキャッシュエリア１６（ピストン３が上死点付近に位置する状態において、キャビティ８の外側のシリンダヘッド４の下面とピストン３の頂面との隙間）に拡散され易い構成になっている。
【００２２】
本実施の形態のエンジン１においては、図１および図２に示すように、ピストン３の頂面においてキャビティ８よりも外周に溝１５が形成されている。溝１５は、燃料ガスがキャビティ８からシリンダ２のライナ２ａに向かって流れるのを抑制する機能を有している。溝１５の断面形状は凹状とされているが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばＵ字状、Ｖ字状、楔形状またはピストン３の外周に向かって次第に深くなる三角形状に形成しても良い。溝１５は、キャビティ８の容積を確保する観点から可能な限り小さくなるように形成されている。
【００２３】
従来技術（溝１５の無い構造）において、燃料の一部をスキャッシュエリア１６に分布させるようにすると、図６に示したように、燃焼室５１から拡散した燃料ガスＦがライナ５２に達するが、ライナ５２はシリンダ内の冷却通路に流れる冷却媒体により冷やされ温度が低いので、ライナ５２に達した燃料ガスＦは未燃焼のまま残されライナ５２の表面に付着してしまう。そのため、炭化水素（ＨＣ）の排出量が増大してしまう、という問題がある。
【００２４】
これに対して、本実施の形態のエンジン１においては、キャビティ８からスキャッシュエリア１６に拡散した燃料ガスがピストン３の頂面に沿ってライナ２ａに向かうが、燃料ガスの進行途中に設けられた溝１５により燃料ガスの拡散を抑制することができ、燃料ガスの拡散速度を落とすことができる。このため、燃料ガスがライナ２ａに到達する量を低減することができる。その結果、ＨＣの排出量を低減することができる。
【００２５】
図３は、ライナ２ａ方向への燃料ガスＦの拡散が溝１５により弱まっている様子をシミュレーションにより確認したものである。図３の破線Ｒで示す領域と、図６の破線Ｒで示す領域とを比べてみると、図３の方が、ライナ２ａへの燃料ガスＦの到達量が抑制されていることが分かる。また、図４は、ＨＣの排出量を本実施の形態と従来技術とで比較して示したグラフ図であり、本実施の形態のエンジン１の方が、ＨＣ排出量が減っていることが分かる。
【００２６】
また、図１および図２に示した溝１５は、キャビティ８よりも外周側で、ピストン３の頂面外周に近い側に形成されている。このようにキャビティ８の外周位置よりもピストン３の頂面外周位置に近い位置に溝１５を形成したことにより、ライナ２ａに到達する燃料ガスの量を減らしつつ、燃料ガスを可能な限りスキャッシュエリア１６に拡散させることができるので、スキャッシュエリア１６の空気の利用率を向上させることができる。その結果、燃焼効率を向上させることができるので、スモークの発生を抑制することができる。また、スキャッシュエリア１６への燃料の拡散と、ライナ２ａへの燃料付着低減とを両立することができるので、キャビティ８の形状の選定を容易にすることができる。
【００２７】
また、溝１５は、図５に示すように、ピストン３の頂面外周に沿って連続的に延在形成されている。この場合の溝１５の寸法（幅および深さ）は全周にわたって同じである。このように溝１５をピストン３の頂面全周に沿って連続的に形成したことにより、ピストン３の頂面の全周にわたって、キャビティ８からライナ２ａに向かって拡散する燃料ガスの流れを抑制することができるので、ライナ２ａに付着する燃料ガスの量をさらに低減することができる。その結果、ＨＣの排出量をさらに低減することができる。
【００２８】
また、この場合、溝１５が、ピストン３の頂面内において対称性を確保した状態で規則的に配置されているとともに、ピストン３の頂面内において偏りなく均一に配置される。このため、溝１５を形成したことに起因してシリンダ室内に意に反するような気流の乱れが生じないようにすることができるので、キャビティ８内の燃料分布の均一性を確保することができる。
【００２９】
ただし、図６に示すように、溝１５をピストン３の頂面外周に沿って断続的に形成しても良い。この場合、ピストン３の頂面外周に沿って断続的に配置される複数の溝１５の寸法および形状を同一とし、各溝１５を互いに対称になるように規則的に配置し、さらに、溝１５がピストン３の頂面内の一部に偏って配置されることのないように溝１５をピストン３の頂面内に均一に配置する。
【００３０】
また、図７は、キャビティ８の形状を変えることで、燃料ガスＦがスキャッシュエリア１６に流れ易い部分Ｃと、流れ難い部分Ｄとを形成した場合の一例を示している。この場合、ピストン３の頂面において、上記した燃料ガスＦがライナ２ａに達するのを抑制する観点からすると溝１５を設けなくても良い場所（燃料ガスＦが流れ難い部分Ｄの先）であっても、シリンダ室内の気流の乱れを抑制する観点からダミーの溝１５Ｄを設ける場合もある。これにより、溝１５，１５Ｄに起因してシリンダ室内に意に反するような気流の乱れが生じるのを抑制または防止することができるので、キャビティ８内の燃料分布の均一性を確保することができる。
【００３１】
また、図８に示すように、溝１５を多重にしても良い。すなわち、キャビティ８からライナ２ａに向かう方向に交差する複数のラインに沿って溝１５を形成する。これにより、燃料ガスの流れを抑制するための抵抗を増やすことができるので、ライナ２ａに付着する燃料ガスの量をさらに低減することができ、ＨＣの排出量をさらに低減することができる。この場合、多重の溝１５の全てをピストン３の頂面外周に沿って連続的に延在形成しても良いし、全てを断続的にしても良いし、一または複数のラインを連続的にし、かつ、それ以外の一または複数のラインを断続的にしても良い。また、ライン毎に溝１５の寸法（深さおよび幅）や断面形状を変えても良い。
【００３２】
また、図９〜図１２に示すように、ピストン３の頂面に平面ドット状（三角形、正方形、長方形、円形あるいは楕円形）の複数の微細な溝１５を配置しても良い。この場合も溝１５は、キャビティ８からライナ２ａに向かって拡散する燃料ガスの流れを抑制する条件と、シリンダ室内の気流の乱れが生じないようにする条件等を考慮して配置されている。
【００３３】
図９では、ドット状の溝１５がピストン３の頂面の外周に沿って２重に配置されている。ドット状の溝１５は、図１０に示すように、各ラインにおいて所定の間隔毎に配置されている。一方のライン上のドット状の溝１５は、他方のラインのドット状の溝１５の隣接間に対応する位置に配置されている。
【００３４】
また、図１１では、燃料ガスＦが流れる経路上にドット状の溝１５の一群が配置されている。各ドット状の溝１５の一群においては、図１２に示すように、内側のドット状の溝１５の一群の隣接間隔と平面積が、外側のドット状の溝１５の一群の隣接間隔と平面積よりも小さくなっている。この他、溝１５の配置位置毎に、溝１５の平面形状や深さを変えても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の内燃機関は、ピストンの頂面において燃焼室よりも外周に、燃焼室からシリンダのライナに向かって燃料ガスが流れるのを抑制するように溝を設けたことにより、燃焼室からシリンダのライナに向かって拡散する燃料ガスの流れを溝により抑制することができ、ＨＣの排出量を低減することができるので、自動車等の内燃機関に利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  シリンダ
３  ピストン
４  シリンダヘッド
８  キャビティ（燃焼室）
１５  溝
１６  スキャッシュエリア
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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