(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】シリンダヘッド部２０とピストン１０の頂面に設けられたキャビティ部１１との間に区画形成される燃焼室Ｎ、及び、前記燃焼室Ｎ内にて燃料を噴射するインジェクタＩを備える自己着火式の内燃機関であって、前記キャビティ部１１は、当該キャビティ部１１の開口径が底面側から開口縁部に至るにつれて拡径するように、当該キャビティ部１１の内周側面１１ａが底面から開口縁部に至るまで直線状に形成された傾斜形状を呈し、前記インジェクタＩは、前記キャビティ部１１の内周側面１１ａにおける底面との境界領域に向かって燃料を噴射する。【選択図】図３
2019070337.tif 000002
【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、及び、前記燃焼室内にて燃料を噴射するインジェクタを備える自己着火式の内燃機関であって、
前記キャビティ部は、当該キャビティ部の開口径が底面側から開口縁部に至るにつれて拡径するように、当該キャビティ部の内周側面が底面から開口縁部に至るまで直線状に形成された傾斜形状を呈し、
前記インジェクタは、前記キャビティ部の内周側面における底面との境界領域に向かって燃料を噴射する、
自己着火式の内燃機関。
【請求項２】
前記キャビティ部の内周側面は、当該内周側面と前記インジェクタの燃料噴射方向の角度が９０度よりも大きくなるように傾斜する、
請求項１に記載の自己着火式の内燃機関。
【請求項３】
前記キャビティ部の内周側面は、当該内周側面と前記インジェクタの燃料噴射方向の角度が１２５度以上で且つ１６０度以下となるように傾斜する、
請求項２に記載の自己着火式の内燃機関。
【請求項４】
前記キャビティ部は、底面の中央領域において上方に向かって盛り上がった隆起部を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項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設けられ、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を備え、
前記キャビティ部は、当該キャビティ部の開口径が底面側から開口縁部に至るにつれて拡径するように、当該キャビティ部の内周側面が底面から開口縁部に至るまで直線状に形成された傾斜形状を呈し、
前記キャビティ部の上方には、前記キャビティ部の内周側面における底面との境界領域に向かって燃料を噴射するインジェクタが配される、
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配設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のリップ部Ｎ２との衝突の際に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、及び、前記燃焼室内にて燃料を噴射するインジェクタを備える自己着火式の内燃機関であって、
前記キャビティ部は、当該キャビティ部の開口径が底面側から開口縁部に至るにつれて拡径するように、当該キャビティ部の内周側面が底面から開口縁部に至るまで直線状に形成された傾斜形状を呈し、
前記インジェクタは、前記キャビティ部の内周側面における底面との境界領域に向かって燃料を噴射する、
自己着火式の内燃機関。
【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設けられ、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を備え、
前記キャビティ部は、当該キャビティ部の開口径が底面側から開口縁部に至るにつれて拡径するように、当該キャビティ部の内周側面が底面から開口縁部に至るまで直線状に形成された傾斜形状を呈し、
前記キャビティ部の上方には、前記キャビティ部の内周側面における底面との境界領域に向かって燃料を噴射するインジェクタが配される、
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付近の際におけるタンブル流を示す模式図
【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とシリンダヘッド部２０の下面側の平坦面とにより区画形成されている。
【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としては、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、及び、スキッシュ部１２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。
【００２５】
キャビティ部１１の内周側面１１ｂは、キャビティ部１１の開口径が底面側から開口縁部（ピストン１０の頂面）に至るにつれて拡径するように、底面側から開口縁部に至るまで連続的な略直線状の傾斜形状を呈する。
【００２６】
キャビティ部１１の内周側面１１ｂの傾斜角度は、当該内周側面１１ｂとインジェクタＩの燃料噴射方向（燃料噴霧Ｆの中心軸線ＦＬ（図３中の一点鎖線）を表す。以下同じ）との角度θＦが９０度よりも大きくなるように、より好ましくは、略１２５度以上で且つ１６０度以下となるようにする。但し、当該傾斜角度は、キャビティ部１１の底面側から開口縁部に至る途中で、変更されてもよい。尚、内周側面１１ｂとインジェクタＩの燃料噴射方向との角度θＦは、内周側面１１ｂの傾斜角度の他、インジェクタＩの燃料噴射位置及び燃料噴射方向にも依拠する。
【００２７】
スキッシュ部１２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１２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。尚、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥの燃焼室Ｎは、従来技術に係る燃焼室Ｎｐのリップ部Ｎ２を有しておらず、キャビティ部１１の内周側面１１ｂとスキッシュ部１２とが、仕切りを有さず、連続的に形成されている。
【００２８】
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。
【００２９】
本実施形態に係るインジェクタＩは、キャビティ部１１の底面と内周側面１１ｂの境界領域１１Ｆに向かって燃料を噴射する。これによって、燃料噴霧Ｆは、キャビティ部１１の内周側面１１ｂの底面側に当たって、キャビティ部１１の底面側から内周側面１１ｂに沿って上昇するように流れる。
【００３０】
尚、本実施形態に係るインジェクタＩの燃料噴射方向θＬは、上記したように、キャビティ部１１の内周側面１１ｂの傾斜角度に対して９０度よりも大きくなるように設定されており、例えば、ピストン中心軸ＣＬに対して略７０度以上で且つ８５度以下に設定されている。
【００３１】
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。
【００３２】
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が圧縮上死点付近の際におけるタンブル流Ｔを示す模式図である。
【００３３】
インジェクタＩは、ピストン１０が圧縮上死点付近に達したときに（圧縮行程）、キャビティ部１１の底面と内周側面１１ｂの境界領域１１Ｆに向かって燃料を噴射する。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。
【００３４】
この際、燃料噴霧Ｆは、キャビティ部１１の底面側から内周側面１１ｂに沿って拡散しながら上昇する。そして、当該燃料噴霧Ｆを含む燃料混合気の流れは、キャビティ部１１の内周側面１１ｂ、シリンダヘッド２０の底面２０ｕ、及びキャビティ部１１の底面の隆起部１１ａによって規制される。つまり、当該燃料噴霧Ｆを含む燃料混合気のタンブル流（縦渦流）Ｔは、キャビティ部１１の底面側から内周側面１１ｂに沿って上昇し、シリンダヘッド２０の底面２０ｕに沿ってキャビティ部１１の外周領域から中央領域に移動し、キャビティ部１１の底面の隆起部１１ａに沿ってキャビティ部１１の中央領域から外周領域に移動する、という一方向の循環に規制される。
【００３５】
本実施形態に係るディーゼルエンジンＥは、このように、キャビティ部１１の内周側面１１ｂを傾斜形状とすると共に、インジェクタＩを当該内周側面１１ｂの底面側に燃料させることによって、タンブル流Ｔの方向を規制する。これによって、タンブル流Ｔが互いに打ち消し合うことを抑制し、ピストン１０に対して大きな動力を生成している。
【００３６】
又、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥにおいては、燃焼室Ｎの構造上、従来技術に係るリエントラント型の燃焼室構造（図１を参照）とは異なり、キャビティ部１１とスキッシュ部１２の間で空気や燃料噴霧Ｆの拡散が容易である。従って、スキッシュ部１２の空気は、タンブル流Ｔ、スキッシュ流（圧縮行程においてスキッシュ部１２からキャビティ部１１に向かう流れを表す。図示せず）、及び逆スキッシュ流（膨張行程においてキャビティ部１１からスキッシュ部１２に向かう流れを表す。図示せず）等によって、燃料噴霧Ｆと効率良く混合される。これによって、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥにおいては、スキッシュ領域の空気を十分に利用することにもなる。
【００３７】
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、キャビティ部１１は、底面の中央位置に隆起部１１ａを有すると共に、開口径が底面側から開口縁部に至るにつれて拡径するように、内周側面１１ｂが連続的な直線状の傾斜形状を呈する。加えて、インジェクタＩは、キャビティ部１１の底面と内周側面１１ｂの境界領域１１Ｆに向かって燃料を噴射する構成を有する。
【００３８】
これによって、燃焼室Ｎ内に発生するタンブル流Ｔの循環する方向を一方向に規制することが可能であり、タンブル流Ｔがピストン１０に作用する動力をより大きくすることができる。
【００３９】
又、これによって、スキッシュ領域の空気を燃焼のために有効利用することができるようになり、燃焼効率も向上する。
【００４０】
又、これによって、燃料噴射タイミングにずれが生じた時やマルチ噴射時にも、燃料噴霧Ｆがキャビティ部１１のエッジ部（従来技術に係るリップ部Ｎ２）に当たって、燃料噴霧Ｆの流れが急激に変化することがなくなる。従って、安定した燃焼を継続することも可能となる。
【００４１】
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】
【００４２】
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】
【００４３】
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
１１ａ  隆起部
１１ｂ  内周側面
１２  スキッシュ部
２０  シリンダヘッド部
【図１】
2019070337.tif 000003
【図２】
2019070337.tif 000004
【図３】
2019070337.tif 000005
【図４】
2019070337.tif 000006
【図５】
2019070337.tif 000007