(57)【要約】【課題】スキッシュ領域の空気の利用効率を高めることを可能とする自己着火式の内燃機関を提供すること。【解決手段】ピストン１０の頂面のキャビティ部１１とシリンダヘッド部２０との間に区画形成される燃焼室Ｎを備えた自己着火式の内燃機関であって、前記燃焼室Ｎは、前記キャビティ部１１の開口縁部に形成され、前記キャビティ部１１の内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部１２と、前記リップ部１２の外周領域に形成され、前記キャビティ部１１内から当該キャビティ部１１の外周領域に向かう逆スキッシュ流を剥離する逆スキッシュ流剥離部１３と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド部とピストンの頂面に設けられたキャビティ部との間に区画形成される燃焼室を備える自己着火式の内燃機関であって、
前記燃焼室は、
前記キャビティ部の開口縁部に形成され、前記キャビティ部の内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部と、
前記リップ部の外周領域に形成され、前記キャビティ部内から当該キャビティ部の外周領域に向かう逆スキッシュ流を剥離する逆スキッシュ流剥離部と、
を有する、自己着火式の内燃機関。
【請求項２】
前記逆スキッシュ流剥離部は、前記リップ部の外周領域に環状に形成され、前記ピストンの頂面から上方に向かって突き出す突起部である、
請求項１に記載の自己着火式の内燃機関。
【請求項３】
前記突起部は、前記キャビティ部の開口縁部において、前記ピストンの頂面との間に形成される、
請求項２に記載の自己着火式の内燃機関。
【請求項４】
前記突起部の頂部は、鋭角形状を有する、
請求項２又は３に記載の自己着火式の内燃機関。
【請求項５】
自己着火式の内燃機関のピストンであって、
当該ピストンの頂面に形成され、シリンダヘッド部との間に燃焼室を区画形成するキャビティ部と、
前記キャビティ部の開口縁部に形成され、前記キャビティ部の内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部と、
前記リップ部の外周領域に形成され、前記キャビティ部内から当該キャビティ部の外周領域に向かう逆スキッシュ流を剥離する逆スキッシュ流剥離部と、
を有する、ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、自己着火式の内燃機関、及びピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自己着火式の内燃機関（以下、「ディーゼルエンジン」とも称する）として、リエントラント型の燃焼室構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図１は、従来技術に係るリエントラント型の燃焼室Ｎｐの断面図である。
【０００４】
リエントラント型の燃焼室構造は、燃焼室Ｎｐを構成するピストンＮ０の頂面のキャビティ部（凹状領域）Ｎ１の開口が、開口縁に形成されたリップ部Ｎ２で絞り込まれ、当該キャビティ部Ｎ１の底面には円錐状の隆起部が形成された構造を有する。尚、キャビティ部Ｎ１の外周には、シリンダヘッド部Ｎ４との間に隙間（以下、「スキッシュ領域」とも称する）を形成するスキッシュ部Ｎ３が形成されている。
【０００５】
かかるリエントラント型の燃焼室構造においては、インジェクタＩからの燃料噴霧Ｆは、ピストン圧縮上死点近傍でリップ部Ｎ２に向けて噴射され、リップ部Ｎ２に衝突後、キャビティ部Ｎ１内で空気と混合されて、当該キャビティ部Ｎ１内にて燃焼する。尚、ディーゼルエンジンにおいては、燃料の拡散と燃焼とがほぼ同時に行われ、燃料の噴射中に燃焼が行なわれる。
【０００６】
リエントラント型の燃焼室構造においては、このピストンＮ０の上昇の際に、リップ部Ｎ２により、キャビティ部Ｎ１内のスワール流とスキッシュ流（スキッシュ部Ｎ３からキャビティ部Ｎ１内へ向かう流れ）の生成を促進することによって、当該キャビティ部Ｎ１内での空気と燃料の拡散を促進する。これによって、良好な燃焼を可能とすると共に、ススやＮＯｘ等の抑制を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１３−５２７３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、リエントラント型の燃焼室構造は、インジェクタＩからの燃料噴霧Ｆの一部がピストンＮ０の下降時には、リップ部Ｎ２との衝突の際に逆スキッシュ流（キャビティー部Ｎ１内からスキッシュ部Ｎ３へ向かう流れ）により、スキッシュ領域に分配されて、当該スキッシュ部領域側の空気を利用して燃焼するように構成されている。
【０００９】
しかしながら、本願の発明者等の鋭意検討の結果、かかる従来技術に係るリエントラント型の燃焼室構造においても、スキッシュ領域側で、空気と燃料の混合の進行不足による燃料噴霧Ｆの不燃焼状態が生じている、という課題が明らかになってきた。換言すると、従来技術に係るリエントラント型の燃焼室構造では、スキッシュ領域側の空気が、燃焼に十分に利用しきれておらず、ディーゼルエンジン全体の燃焼効率の悪化につながっていた。
【００１０】
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、スキッシュ領域の空気の利用効率を高めることを可能とする自己着火式の内燃機関、及びピストンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した課題を解決する主たる本開示は、
シリンダヘッド部とピストンの頂面に設けられたキャビティ部との間に区画形成される燃焼室を備える自己着火式の内燃機関であって、
前記燃焼室は、
前記キャビティ部の開口縁部に形成され、前記キャビティ部の内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部と、
前記リップ部の外周領域に形成され、前記キャビティ部内から当該キャビティ部の外周領域に向かう逆スキッシュ流を剥離する逆スキッシュ流剥離部と、
を有する、自己着火式の内燃機関である。
【００１２】
又、他の局面では、
自己着火式の内燃機関のピストンであって、
当該ピストンの頂面に形成され、シリンダヘッド部との間に燃焼室を区画形成するキャビティ部と、
前記キャビティ部の開口縁部に形成され、前記キャビティ部の内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部と、
前記リップ部の外周領域に形成され、前記キャビティ部内から当該キャビティ部の外周領域に向かう逆スキッシュ流を剥離する逆スキッシュ流剥離部と、
を有する、ピストンである。
【発明の効果】
【００１３】
本開示に係る自己着火式の内燃機関によれば、スキッシュ領域の空気の利用効率を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術に係るリエントラント型の燃焼室構造の一例を示す図
【図２】一実施形態に係るディーゼルエンジンの構成の一例を示す模式図
【図３】一実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室の詳細構造を示す断面図
【図４】一実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室のキャビティ部を上方から見た斜視図
【図５】一実施形態に係るディーゼルエンジンにおいて、ピストンが圧縮上死点を超えて下降する際に生じる逆スキッシュ流を示す模式図
【図６】変形例に係るディーゼルエンジンの燃焼室の詳細構造を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
図２は、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥの構成の一例を示す模式図である。
【００１７】
本実施形態に係るディーゼルエンジンＥは、シリンダブロックＢ内に摺動可能に嵌挿したピストン１０、シリンダブロックＢの上方に保持されたシリンダヘッド部２０、及び、シリンダヘッド部２０に保持されたインジェクタＩ等を備えている。
【００１８】
本実施形態に係るディーゼルエンジンＥの燃焼室Ｎは、ピストン１０の頂面に形成されたキャビティ部１１（図３を参照）とシリンダヘッド部２０の下面側の平坦面及びシリンダブロック円筒面とにより区画形成されている。本実施形態に係るディーゼルエンジンＥの燃焼室Ｎは、公知のリエントラント型の燃焼室構造をベースとしている。
【００１９】
燃焼室Ｎ内には、インジェクタＩの噴孔が燃料噴射可能に配されると共に、吸気を導入する吸気ポート、及び、燃焼を終えたガスを排気する排気ポートが配設されている。尚、本実施形態に係る吸気ポート及び排気ポートには、例えば、可変スワール機構を備える四バルブシステムが適用されている。
【００２０】
図３は、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥの燃焼室Ｎの詳細構造を示す断面図である。図４は、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥの燃焼室Ｎのキャビティ部１１を上方から見た斜視図である。
【００２１】
尚、図３は、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥにおいて、ピストン１０が圧縮上死点付近に達した状態を表す。図３中に示すＣＬは、ピストン１０の中心軸（以下、「ピストン中心軸ＣＬ」）を表し、当該ピストン中心軸ＣＬがキャビティ部１１の中心位置に相当する。又、図３中に示すＦは、インジェクタＩから噴射された燃料が霧状になった燃料噴霧を表す。
【００２２】
本実施形態に係るディーゼルエンジンＥの燃焼室Ｎは、キャビティ部１１、リップ部１２、突起部１３、及びスキッシュ部１４を含んで構成される。
【００２３】
キャビティ部１１は、ピストン１０の頂面の中心領域に形成された凹部である。尚、キャビティ部１１は、例えば、平面視で略真円形状を呈している。
【００２４】
キャビティ部１１の底面の中央領域には、略円錐状の隆起部１１ａが形成され、当該隆起部１１ａの外周側に窪み部１１ｂが形成されている。換言すると、キャビティ部１１の底面形状は、隆起部１１ａにより、中央領域が外周領域に対して盛り上がった凸形状を呈している。尚、窪み部１１ｂは、隆起部１１ａを取り囲むように環状に形成された断面円弧状の窪み形状である。
【００２５】
リップ部１２は、キャビティ部１１の開口縁部に環状に形成され、キャビティ部１１の内周側面から中心領域に向かって張り出す部位である。換言すると、リップ部１２は、キャビティ部１１の開口径を、開口縁部で絞り込むように形成されている。リップ部１２は、キャビティ部１１の開口縁部に環状に全周に亘って形成されている。尚、リップ部１２の張り出し形状は、図３に示すように角部を有する形状であってもよいし、湾曲形状であってもよい。
【００２６】
突起部１３（本発明の「逆スキッシュ流剥離部」に相当）は、リップ部１２の外周領域において、ピストン１０の頂面からシリンダヘッド部２０側に向かって突出するように環状に形成されている。突起部１３は、より好適には、図２に示すように、キャビティ部１１の開口縁部のピストン１０の頂面側において、キャビティ部１１とスキッシュ部１４との間を仕切るように、環状に全周に亘って形成される。
【００２７】
突起部１３は、ピストン１０下降時の膨張行程において発生する逆スキッシュ流（キャビティ部１１内から当該キャビティ部１１の外周領域に向かう流れ）を剥離し、スキッシュ部１４に渦流を発生させる（詳細は後述）。但し、突起部１３に代えて、リップ部１２の外周領域に、逆スキッシュ流を剥離し得る他の形状の逆スキッシュ流剥離部が設けられてもよい。
【００２８】
突起部１３の断面形状は、例えば、三角形状、四角形状、又は円弧状等の任意の形状（図３中では、三角形状）であってよい。但し、突起部１３の断面形状は、より好適には、逆スキッシュ流を剥離する機能を高める観点から、頂部側に鋭角状（９０度よりも小さいことを意味する。以下同じ）の角部が形成されるようにする。他方、突起部１３の頂部側は、熱応力によって破損が生じやすいため、突起部１３の頂部側の頂点には、当該破損を防止するためのＲ部を付けるのが望ましい。
【００２９】
尚、突起部１３の高さは、例えば、ピストン１０の頂面を基準として、当該ピストン１０の頂面から５ｍｍ以上で且つ３０ｍｍ以下とする。但し、当該突起部１３の高さは、ピストン１０のサイズに依拠しており、５ｍｍより小さい形状、又は３０ｍｍより大きい形状であってもよい。
【００３０】
スキッシュ部１４は、キャビティ部１１の外周を取り巻くように形成されたピストン１０の頂面の平坦部である。スキッシュ部１４は、ピストン圧縮上死点近傍にて、シリンダヘッド部２０の底面２０ｕとの間に隙間（スキッシュ領域）を形成する。
【００３１】
インジェクタＩは、燃焼室Ｎのピストン中心軸ＣＬ上に配設されている。そして、インジェクタＩは、ピストン１０の圧縮上死点付近で、燃焼室Ｎ内にて噴孔から放射状に燃料を噴射する。
【００３２】
尚、本実施形態に係るインジェクタＩは、燃料噴霧Ｆがリップ部１２の頂点位置よりも下部側に当たってキャビティ部１１側に流れるように、燃料噴射方向が設定されている。インジェクタＩの燃料噴射方向（燃料噴霧Ｆの中心軸線ＦＬの角度θを表す。以下同じ）は、例えば、ピストン中心軸ＣＬに対して略７５度以上８５度以下に設定されている。但し、インジェクタＩの燃料噴射方向は、インジェクタＩの配設位置等によって、任意に設定し得るのは、勿論である。
【００３３】
次に、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥの燃焼時の挙動について説明する。
【００３４】
図５は、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥにおいて、ピストン１０が圧縮上死点を超えて下降する際に生じる逆スキッシュ流を示す模式図である。
【００３５】
インジェクタＩは、ピストン１０が圧縮上死点付近で（圧縮行程）、キャビティ部１１の内周側面のリップ部１２に向かって燃料を噴射する（図２を参照）。噴射された燃料は、霧状の燃料噴霧Ｆとなり、燃料の拡散と燃焼とがほぼ同時に進行する。
【００３６】
リップ部１２に当たった燃料噴霧Ｆの大部分は、キャビティ部１１側に流れ、キャビティ部１１内にてスワール流に沿って拡散しながら流れ、当該キャビティ部１１内の空気を使って燃焼する。但し、この際、キャビティ部１１内には、一部の燃料噴霧Ｆが、燃焼していない状態で噴霧粒子として存在する。
【００３７】
尚、本実施形態の燃焼室構造においても、従来技術に係るリエントラント型の燃焼室構造と同様に、圧縮行程においては、リップ部１２の壁面に沿って強いスキッシュ流が発生し、続く膨張行程においては、リップ部１２の壁面に沿って強い逆スキッシュ流が発生する。
【００３８】
その後、ピストン１０が圧縮上死点を超えて降下するに伴い（膨張行程）、スキッシュ部１４の容積が増加する（図５を参照）。この際、上記したように、スキッシュ部１４の膨張に伴い、キャビティ部１１内からスキッシュ部１４に向かう逆スキッシュ流Ｔがリップ部１２の壁面に沿って発生する。そして、キャビティ部１１に残留する燃料噴霧Ｆは、当該逆スキッシュ流Ｔに乗ってスキッシュ部１４に向かう。
【００３９】
本実施形態に係るディーゼルエンジンＥにおいては、特に、このピストン１０が圧縮上死点を超えた直後において、突起部１３によって、キャビティ部１１からスキッシュ部１４に向かう逆スキッシュ流を剥離させ、スキッシュ部１４に大きな渦流（図示するようにスキッシュ部１４上で空気を巻き込む回転方向）を作り出す。これによって、スキッシュ部１４に存在する空気と、逆スキッシュ流に乗ってスキッシュ部１４に出てきた高濃度の燃料混合気とが効率良く混合され、更なる燃焼が行われることになる。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥによれば、突起部１３によって、リップ部１２によって形成する逆スキッシュ流を剥離させ、スキッシュ部１４に大きな渦流を作り出すことができる。これによって、スキッシュ部１４での燃焼を促進し、スキッシュ部１４での空気の利用促進を行うことが可能である。その結果、より良好な燃焼を可能とすると共に、ススやＮＯｘ等の抑制効果をより高めることができる。
【００４１】
図６は、変形例に係るディーゼルエンジンＥの燃焼室Ｎの詳細構造を示す断面図である。
【００４２】
変形例に係るディーゼルエンジンＥは、リエントラント型の燃焼室の他の態様であり、キャビティ部１１の底面が平面状となっている点でのみ、上記実施形態と相違する。
【００４３】
変形例に係るディーゼルエンジンＥにおいても、上記実施形態と同様に、突起部１３によって、キャビティ部１１からスキッシュ部１４に向かう逆スキッシュ流を剥離させ、スキッシュ部１４での燃焼を促進し得る。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本開示に係る自己着火式の内燃機関によれば、スキッシュ領域の空気の利用効率を高めることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
Ｂ  シリンダブロック
Ｅ  ディーゼルエンジン
Ｆ  燃料噴霧
Ｉ  インジェクタ
Ｎ  燃焼室
１０  ピストン
１１  キャビティ部
１２  リップ部
１３  突起部
１４  スキッシュ部
２０  シリンダヘッド部
【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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