(57)【要約】【課題】キャビティ部の中心領域における噴霧燃料の燃焼効率を改善す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を備える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の内周側面の開口縁部に形成され、当該内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部１３と、前記キャビティ部１１の底面の中央領域に形成され、当該底面から上方に向かって隆起する隆起部１２と、前記キャビティ部１１の底面の外周領域に形成され、当該外周領域に通流するスワール流の一部を乱流に変換する乱流生成部１４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内周側面の開口縁部に形成され、当該内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部と、
前記キャビティ部の底面の中央領域に形成され、当該底面から上方に向かって隆起する隆起部と、
前記キャビティ部の底面の外周領域に形成され、当該外周領域に通流するスワール流の一部を乱流に変換する乱流生成部と、
を有する、自己着火式の内燃機関。
【請求項２】
前記乱流生成部は、前記キャビティ部の底面から上方に向かって突出する突起部である、
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、前記スワール流の流れ方向に板面を向けるように、前記キャビティ部の底面から上方に向かって立ち上がる板形状を呈する、
請求項２に記載の自己着火式の内燃機関。
【請求項４】
前記突起部の高さは、前記キャビティ部の底面と前記リップ部の下部との間の高さに対して、１／５以上で且つ１／３以下である、
請求項３に記載の自己着火式の内燃機関。  
【請求項５】
前記突起部は、前記インジェクタの燃料噴射方向に対して、前記キャビティ部の底面の外周領域の周方向に位置をずらして形成された、
請求項２又は３に記載の自己着火式の内燃機関。
【請求項６】
前記キャビティ部の底面の外周領域は、前記隆起部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を呈している、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の自己着火式の内燃機関。
【請求項７】
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内周側面の開口縁部に形成され、当該内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部と、
前記キャビティ部の底面の中央領域に形成され、当該底面から上方に向かって隆起する隆起部と、
前記キャビティ部の底面の外周領域に形成され、当該外周領域に通流するスワール流の一部を乱流に変換する乱流生成部と、
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の一例としてディーゼルエンジンが知られている。また、ディーゼルエンジンにおいて、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、リエントラント型の燃焼室構造においては、リップ部Ｎ２が、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。
【０００８】
しかしながら、従来技術に係るリエントラント型の燃焼室構造では、キャビティ部Ｎ１の中心領域に存在する燃料噴霧Ｆが不完全燃焼のまま排気され、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。
【０００９】
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、キャビティ部の中心領域における噴霧燃料の燃焼効率を改善す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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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内周側面の開口縁部に形成され、当該内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部と、
前記キャビティ部の底面の中央領域に形成され、当該底面から上方に向かって隆起する隆起部と、
前記キャビティ部の底面の外周領域に形成され、当該外周領域に通流するスワール流の一部を乱流に変換する乱流生成部と、
を有する、自己着火式の内燃機関である。
【００１１】
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内周側面の開口縁部に形成され、当該内周側面から中心領域に向かって張り出すリップ部と、
前記キャビティ部の底面の中央領域に形成され、当該底面から上方に向かって隆起する隆起部と、
前記キャビティ部の底面の外周領域に形成され、当該外周領域に通流するスワール流の一部を乱流に変換する乱流生成部と、
を有する、ピストンである。
【発明の効果】
【００１２】
本開示に係る自己着火式の内燃機関によれば、キャビティ部の中心領域における噴霧燃料の燃焼効率を改善することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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の燃焼室の突起部の形状を示す拡大斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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を参照して後述）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。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。図５は、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥの燃焼室Ｎの突起部１４の形状を示す拡大斜視図である。
【００２０】
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。
【００２１】
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、隆起部１２、リップ部１３、突起部１４、及びスキッシュ部１５を含んで構成される。
【００２２】
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。
【００２３】
隆起部１２は、キャビティ部１１の底面の中央領域に形成された略円錐状の隆起した部位である。換言すると、キャビティ部１１の底面形状は、隆起部１２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。
【００２４】
尚、キャビティ部１１の底面の外周領域には、隆起部１２を取り囲むように環状に形成された断面円弧状の窪み部１１ａが形成されている。
【００２５】
リップ部１３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１３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。尚、リップ部１３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。
【００２６】
突起部１４（本発明の「乱流生成部」に相当）は、キャビティ部１１の底面の外周領域（窪み部１１ａの領域を表す。以下同じ）に隆起部１２を取り囲むように複数形成されている。
【００２７】
突起部１４は、キャビティ部１１の底面の外周領域に通流するスワール流に当たって、当該スワール流の一部を局所的な乱流に変換する（詳細は後述）。但し、突起部１４に代えて、隆起部１２の外周領域に、スワール流の一部を局所的な乱流に変換し得る他の形状の乱流生成部が設けられてもよい。
【００２８】
突起部１４の形状としては、キャビティ部１１の底面の外周領域に生成するスワール流を部分的に遮蔽し得る形状であれば、底面から立ち上がる板形状、又は底面に形成された凹凸形状等、任意の形状を適用し得る。
【００２９】
但し、突起部１４の形状としては、より好適には、スワール流の流れ方向に板面を向けるように、キャビティ部１１の底面から上方に向かって立ち上がる板形状（図４、図５を参照）とする。又、当該板形状は、より好適には、底面から上方に向かって湾曲状に立ち上がる（図５中の１４Ｒ）形状とする。突起部１４をかかる板形状とすることによって、スワール流の一部の流れ方向を急変させ、より大きな乱流を引き起こすことが可能である。
【００３０】
突起部１４の配設位置としては、より好適には、キャビティ部１１の底面の外周領域の周方向に沿って等間隔に配設する（本実施形態に係る燃焼室Ｎは、４つの突起部１４を等間隔に配設している（図４中では２つの突起部１４のみを図示））。又、突起部１４の配設位置としては、更に好適には、インジェクタＩからの燃料噴霧Ｆが直接的に当たらないように、インジェクタＩの燃料噴射方向に対して、キャビティ部１１の底面の外周領域の周方向に位置をずらして配設する。
【００３１】
尚、突起部１４の高さは、より好適には、キャビティ部１１の底面とリップ部１３の下部との間の高さ（ここでは、窪み部１１ａの径に相当する）に対して、１／５以上で且つ１／３以下とする。突起部１４をかかる高さに設定することよって、突起部１４でスワール流を過度に遮蔽することなく、好適な強さの乱流を生成することができる。
【００３２】
スキッシュ部１５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１５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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１３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度以上で且つ８５度以下に設定されている。
【００３５】
次に、図４を参照して、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。
【００３６】
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の内周側面のリップ部１３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。
【００３７】
この際、リップ部１３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。
【００３８】
ここで、本実施形態の燃焼室Ｎにおいては、リエントラント型の燃焼室と同様に、リップ部１３及び隆起部１２に囲まれたキャビティ部１１の底面の外周領域（環状の窪み部１１ａ）には、強いスワール流Ｔ１が発生している。そして、かかるスワール流Ｔ１の一部は、突起部１４に当たって、局所的な乱流Ｔ２となる。かかる局所的な乱流Ｔ２は、キャビティ部１１の中心領域において空気と燃料噴霧Ｆとを攪拌する。
【００３９】
本実施形態に係るディーゼルエンジンＥは、このようにして、キャビティ部１１内の中心領域についても燃料噴霧Ｆと空気の混合を促進し、キャビティ部１１内の中心領域において燃料噴霧Ｆの不燃焼状態が発生することを抑制している。
【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、キャビティ部１１の開口縁部に環状に形成されたリップ部１３と、キャビティ部１１の底面の中央領域に形成された隆起部１２と、キャビティ部１１の底面の外周領域に複数の突起部１４と、を有する。
【００４１】
これによって、リップ部１３と隆起部１２とでキャビティ部１１の底面の外周領域に発生する強いスワール流Ｔ１を、突起部１４にて、局所的な乱流Ｔ２に変換することができる。そして、この乱流Ｔ２によって、キャビティ部１１の中心領域に空気を取り込むと共に、キャビティ部１１の中心領域における燃料噴霧Ｆと空気を攪拌することが可能となる。従って、本実施形態に係るディーゼルエンジンＥによれば、燃焼効率の向上、及び煤の発生量の低減を実現することができる。
【００４２】
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】
【００４３】
本開示に係る自己着火式の内燃機関によれば、キャビティ部の中心領域における噴霧燃料の燃焼効率を改善することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
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  隆起部
１３  リップ部
１４  突起部
１５  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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