(57)【要約】【課題】  燃焼性を改善することができる内燃機関を提供する。【解決手段】  本発明の内燃機関は、上面にキャビティ２２を備えるピストン１００を有し、キャビティ２２の中心軸２０は、ピストン１００の摺動する方向の中心軸１０に対して所定の偏心方向に所定の偏心量ａだけ偏心している内燃機関であって、キャビティ２２の中心軸２０を含む断面に現れるキャビティ２２の底部における端部２４の形状は、曲線部分を含み、偏心方向をｘ軸の正方向としたとき、曲線部分の曲率は、端部２４のｘ軸における座標が正方向に変化するに従って、大きくなることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にキャビティを備えるピストンを有し、前記キャビティの中心軸は、前記ピストンの摺動する方向の中心軸に対して所定の偏心方向に所定の偏心量だけ偏心している内燃機関であって、
前記キャビティの中心軸を含む断面に現れる前記キャビティの底部における端部の形状は、曲線部分を含み、
前記偏心方向をｘ軸の正方向としたとき、前記曲線部分の曲率は、前記端部の前記ｘ軸における座標が前記正方向に変化するに従って、大きくなることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記偏心方向と垂直な第１の平面による前記キャビティの断面の形状は、前記第１の平面と垂直であって前記キャビティの中心軸を含む第２の平面に対して対称であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記曲線部分の曲率は、前記偏心量に基づく値であることを特徴とする請求項１又は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、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関において、例えば２弁式のディーゼル機関が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、上面の凹部によりキャビティを構成するピストンを有する直接噴霧式ディーゼル機関が開示されている。これによれば、ピストンの中心軸とキャビティの中心軸とは一致している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９９８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
２弁式の内燃機関では、ピストンの摺動する方向の中心軸に合わせてインジェクタを配置できない場合がある。そのような場合、例えば、ピストン上面のキャビティの中心軸が、ピストンの中心軸に対して所定の偏心方向に偏心するように、キャビティを設ける。
【０００６】
しかしながら、キャビティの中心軸がピストンの中心軸に対して偏心すると、スワールやスキッシュ流等の渦流の流れが不均衡な状態になる。そのため、内燃機関の燃焼性が悪化してしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、燃焼性を改善することができる内燃機関を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内燃機関は、上面にキャビティを備えるピストンを有し、前記キャビティの中心軸は、前記ピストンの摺動する方向の中心軸に対して所定の偏心方向に所定の偏心量だけ偏心している内燃機関であって、前記キャビティの中心軸を含む断面に現れる前記キャビティの底部における端部の形状は、曲線部分を含み、前記偏心方向をＸ軸の正方向としたとき、前記曲線部分の曲率は、前記端部の前記Ｘ軸における座標が前記正方向に変化するに従って、大きくなることを特徴とする。
【０００９】
これにより、スワールやスキッシュ流等の渦流の不均衡な流れを緩和することができる。よって、燃焼性を改善することができる。
【００１０】
上記構成において、前記偏心方向と垂直な第１の平面による前記キャビティの断面の形状は、前記第１の平面と垂直であって前記キャビティの中心軸を含む第２の平面に対して対称である構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記曲線部分の曲率は、前記偏心量に基づく値である構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃焼性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は、実施例１に係るピストンの側面断面図である。図１（ｂ）は、実施例１に係るピストンの上面を示す模式図である。
【図２】図２は、実施例１に係るキャビティの底部における端部の形状を示す図である。
【図３】図３は、実施例１に係る偏心方向の位置に対する曲率半径の補正量の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて、本発明の実施例について詳細に説明する。以下の実施例では、内燃機関の一例として、ディーゼル機関を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、実施例１に係るディーゼル機関が有するピストンの構造について説明する。
【００１６】
図１（ａ）は、ピストン１００の側面断面図である。ピストン１００の形状は、円柱である。点線１０は、ピストン１００の摺動する方向の中心軸（以下、中心軸１０）である。ピストン１００の直径の長さは、Ｌ２である。ピストン１００は、上面にキャビティ２２、側面にリング溝１２を備える。リング溝１２は、ピストンリング（不図示）をはめる溝である。ピストン１００の内壁１４には、穴１６が設けられている。穴１６は、コンロッド（不図示）を取り付けるためのピストンピン（不図示）をはめる穴である。
【００１７】
キャビティ２２は、ピストン１００の上部のシリンダヘッド（不図示）と共に燃焼室を構成する。点線２０は、キャビティ２２の中心軸（以下、中心軸２０）である。キャビティ２２の中心軸２０は、ピストンの中心軸１０に対して、図１（ａ）における左から右へ向かう方向（以下、偏心方向）に所定の長さ（以下、偏心量）ａだけ偏心している。キャビティ２２の直径の長さは、Ｌ１である。キャビティ２２の底部における端部２４（図１（ａ）中で破線の円で囲った部分）の形状は、曲線部分を含む。キャビティ２２の底部における端部の形状の詳細については後述する。
【００１８】
図１（ｂ）は、ピストン１００の上面を示す模式図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す各部の位置との対応関係を示すために、図１（ａ）の下に並べて示している。図１（ｂ）は、ｘ軸とｙ軸とからなる直交座標系に、ピストン１００の上面の形状を模式的に示している。ｘ軸とｙ軸とが直交する原点（点Ａ０）は、キャビティ２２の中心に対応する。ｘ軸の正方向は、図１（ａ）の偏心方向に対応する。ｙ軸の正方向は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向に対応する。図１（ａ）に示す側面断面図は、図１（ｂ）のｙ軸と垂直であってｘ軸を含む平面による断面に対応する。
【００１９】
図１（ｂ）のように、円２１は、キャビティ２２の外周に対応する。円２１の中心は点Ａ０であり、円２１の直径の長さはＬ１である。点Ａ１、点Ａ２、点Ａ３及び点Ａ４は、それぞれ円２１とｘ軸及びｙ軸との交点を示す。円２１の半径の長さをｍとすると、点Ａ１、点Ａ２、点Ａ３及び点Ａ４の座標は、それぞれ（ｍ、０）、（０、ｍ）、（−ｍ、０）及び（０、−ｍ）である。円１１は、ピストン１００の外周に対応する。円１１の中心は点Ａ５であり、円１１の直径の長さはＬ２である。円２１の中心である点Ａ０は、円１１の中心である点Ａ５から偏心量ａだけ偏心しており、点Ａ５の座標は（−ａ、０）である。
【００２０】
図２を参照して、キャビティ２２の底部における端部の形状について説明する。図２は、キャビティ２２の底部における端部の形状を示す模式図である。図２は、図１（ａ）のキャビティ２２の中心軸２０を含む断面に現れるキャビティ２２の底部における端部の形状を示す。図２では、キャビティ２２の底部における端部の形状の一例として、キャビティ２２の中心軸２０を含む断面が点Ａ２及びＡ４、点Ａ３並びに点Ａ１をそれぞれ含む場合の３通りの形状を重ねて示している。なお、図２では、点ｒ６と点ｒ３とを結ぶ曲線及び点ｒ３と点ｒ１とを結ぶ曲線は、キャビティ２２の側壁を示している。点ｒ３と点ｒ１とを結ぶ曲線は、点ｐ０を中心とする円の円弧である。点ｒ１は、キャビティ２２の直径の一端に対応する。線分３０は、キャビティ２２の底部における端部ではない平面部分を示している。線分３０上の点ｒ２、点ｒ４及び点ｒ５は、それぞれキャビティ２２の底部における端部の曲線との交点を示している。以下、キャビティ２２の中心軸２０を含む断面が、点Ａ２及び点Ａ４、点Ａ３並びに点Ａ１をそれぞれ含む場合のキャビティ２２の底部における端部の３通りの形状を順に説明する。
【００２１】
キャビティ２２の中心軸２０を含む断面が点Ａ２及び点Ａ４を含む場合、キャビティ２２の底部における端部の形状は、点ｒ１と点ｒ２とを結ぶ実線で示す曲線５０を含む。曲線５０は、点ｐ０を中心とする円の円弧である。曲線５０と線分３０との交点が点ｒ２に対応する。曲線５０の曲率は、Ｒ０である。曲線５０の曲率半径は、点ｐ０と点ｒ１とを結ぶ線分に対応する。
【００２２】
キャビティ２２の中心軸２０を含む断面が点Ａ３を含む場合、キャビティ２２の底部における端部の形状は、点ｒ１と点ｒ５とを結ぶ一点鎖線で示す曲線５２を含む。曲線５２は、点ｐ２を中心とする円の円弧である。曲線５２と線分３０との交点が点ｒ５に対応する。曲線５２の曲率は、Ｒ２である。曲率Ｒ２は、曲率Ｒ０より小さい。曲線５２の曲率半径は、点ｐ２と点ｒ１とを結ぶ線分であり、曲線５０の曲率半径より大きい。
【００２３】
キャビティ２２の中心軸２０を含む断面が点Ａ１を含む場合、キャビティ２２の底部における端部の形状は、点ｒ１と点ｒ４とを結ぶ破線で示す曲線５１を含む。曲線５１は、点ｐ１を中心とする円の円弧である。曲線５１と線分３０との交点が点ｒ４に対応する。曲線５１の曲率は、Ｒ１である。曲率Ｒ１は、曲率Ｒ０より大きい。曲線５１の曲率半径は、点ｐ１と点ｒ１とを結ぶ線分であり、曲線５０の曲率半径より小さい。
【００２４】
以上のように、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率Ｒ０、Ｒ１及びＲ２の大小関係は、Ｒ２＜Ｒ０＜Ｒ１となる。キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率は、図１（ｂ）に示す端部のｘ軸における座標が正方向に変化するに従って、Ｒ２からＲ１まで連続的に変化する。すなわち、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率は、図１（ｂ）に示す端部のｘ軸における座標が正方向に変化するに従って、大きくなる。
【００２５】
キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率が、上述したように変化する場合、偏心方向と垂直な第１の平面によるキャビティ２２の断面の形状は、第１の平面と垂直であってキャビティ２２の中心軸２０を含む第２の平面に対して対称となる。第１の平面とは、図１（ｂ）におけるｘ軸と垂直な平面である。第２の平面とは、図１（ｂ）におけるｙ軸と垂直であって点Ａ０を含む平面である。例えば、図１（ｂ）の点Ａ２に対応するキャビティ２２の底部における端部の形状は、第２の平面に対して点Ａ２と対称である点Ａ４に対応するキャビティ２２の底部における端部の形状と同じになる。
【００２６】
キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率半径の算出方法の一例を説明する。図２の説明より、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率Ｒを、偏心方向をｘ軸の正方向として、端部のｘ軸における座標ｘの関数として表わすことができる。曲率半径は、曲率の逆数である。よって、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率半径も、同様に、端部のｘ軸における座標ｘの関数として表わすことができる。関数Ｆ（ｘ）を曲率半径の補正量とすると、上述した曲率Ｒ０の逆数である曲率半径Ｒ０’を用いて、曲率半径Ｒ’は以下の式（１）のようになる。
Ｒ’  ＝  Ｒ０’  ×  Ｆ（ｘ）                              式（１）
ここで、偏心量ａの影響係数をＫ（ａ）、曲率半径の補正量の影響係数をＳ（ａ）、曲率半径の補正量係数をＴ（ａ）とすると、Ｆ（ｘ）及びＴ（ａ）はそれぞれ以下の式（２）及び式（３）のようになる。
Ｆ（ｘ）  ＝  −（ｘ／ｍ）×Ｔ（ａ）／Ｓ（ａ）＋１          式（２）
Ｔ（ａ）  ＝  （Ｌ１−Ｋ（ａ）×ａ）／Ｌ１                  式（３）
【００２７】
図３は、式（２）で示す関数Ｆ（ｘ）の変化を示すグラフである。図３において、横軸ｘは偏心方向の位置を示し、図１（ｂ）のｘ軸に対応する。縦軸Ｆ（ｘ）は、曲率半径の補正量を示す。図３では、キャビティ２２の直径Ｌ１＝５００［ｍｍ］、キャビティ２２の半径ｍ＝２５０［ｍｍ］、偏心量ａ＝４［ｍｍ］、Ｋ（ａ）＝１０、Ｓ（ａ）＝１０である場合のグラフを示している。図３のように、曲率半径Ｒ’の補正量は、座標ｘが大きくなるにつれて、小さくなる。したがって、曲率半径Ｒ’は、座標ｘが大きくなるにつれて、小さくなる。以上のように、曲率半径Ｒ’を算出して、その逆数を求めることにより、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率Ｒを求めることができる
【００２８】
実施例１において、キャビティ２２の中心軸２０が、ピストン１００の摺動する方向の中心軸１０に対して偏心方向に偏心量ａだけ偏心している場合に、偏心方向を図１（ｂ）のようにｘ軸の正方向としたとき、曲線部分の曲率は、端部のｘ軸における座標が正方向に変化するに従って、大きくなる例を説明した。これにより、キャビティ２２の底部における端部の曲線の曲率は、端部のｘ軸における座標が正方向に変化するに従って、図１（ｂ）の点Ａ３における最小値Ｒ２から点Ａ１における最大値Ｒ１まで連続的に変化する。ここで、キャビティ２２におけるスワールやスキッシュ流等の渦流は、ピストン１００の中心軸１０から遠くなるにつれて弱くなり、ピストン１００の中心軸１０に近づくにつれて強くなる傾向がある。また、キャビティ２２における渦流は、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率が大きいほど強くなり、小さいほど弱くなる傾向がある。実施例１のように、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率を変化させることにより、ピストン１００の中心軸１０から遠くなるにつれて、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率を大きくすることができるため、渦流が弱くなることを抑制することができる。また、ピストン１００の中心軸１０に近づくにつれて、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率を小さくすることができるため、渦流が強くなることを抑制することができる。以上により、渦流の不均衡な流れを緩和することができる。よって、燃焼性を改善することができる。また、上述したように、キャビティ２２の形状により燃焼性を改善することができるため、噴射系において例えば噴口を非対称にする等の高コストな対応が不要となる。よって、製造コストを低減することができる。
【００２９】
実施例１において、偏心方向と垂直な第１の平面によるキャビティ２２の断面の形状は、第１の平面と垂直であってキャビティ２２の中心軸２０を含む第２の平面に対して対称である例を説明した。これにより、偏心方向において不均衡な渦流の流れをより効率的に緩和することができる。また、ピストン１００の成形コストを低減することができる。
【００３０】
実施例１において、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率半径は、曲率半径の補正量に基づく関数である例を説明した。曲率半径の補正量は、偏心量ａに基づく値である例を説明した。これより、キャビティ２２の底部における端部の曲線部分の曲率は、偏心量ａに基づく値である。なお、式（１）、式（２）及び式（３）は一例であり、他の式により曲率半径、曲率を算出するようにしてもよい。
【００３１】
実施例１では、内燃機関の一例として、ディーゼル機関を説明したが、他の内燃機関でもよい。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ピストンの中心軸
２０  キャビティの中心軸
２２  キャビティ
１００  ピストン
Ｌ１  キャビティの直径の長さ
Ｌ２  ピストンの直径の長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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