(57)【要約】  本発明は、燃焼エンジンシリンダ（２）内で往復移動するように配設されたピストン（３）であって、前記衝突領域の間の実質的な中間部において、燃焼室内に突出し、且つ、火炎柱の運動エネルギを保存するように適合された滑らかな形態を有する第１形式の突起（６０，７０，８１，１４０）が配設され、前記第１形式の突起は、前記噴射装置から見たときに、前記隆起の左横腹部（７１）及び右横腹部（７２）を含む。前記左横腹部は、前記右横腹部とは異なる形状に形成されることで、前記往復移動に垂直な平面において、前記左横腹部に向かって発達している火炎柱の移動を、前記右横腹部に向かって発達している対応する火炎柱とは異なるように方向変更する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジンシリンダ（２）内で下死点位置と上死点位置の間を往復移動するように配設されたピストン（３）であって、
前記ピストンは、燃焼室（７）に面した上面を含むピストンクラウン（１６）を含み、前記ピストンクラウンは、外側に開口する空洞によって形成されたピストンボウルを含み、前記ピストンボウルは、凹曲線状の断面を有する、外方にフレア状の外側ボウル部（２０）を含み、渦流が実質的に存在しない状態で燃焼室に給気を供給する少なくとも一つの吸気ポート（１０，１２）が設けられ、前記燃焼室の幾何学的中心（１５）近くの位置から燃焼室内に燃料を噴射する噴射装置（１３）が設けられ、前記外側ボウル部内には、発達する火炎柱の衝突領域が存在し、前記衝突領域の間の実質的な中間部において、前記往復移動に対して実質的に垂直な平面に、燃焼室内に突出し、且つ、火炎柱の運動エネルギを保存するように適合された滑らかな形態を有する第１形式の突起（６０，７０，８１，１４０）が配設され、前記第１形式の各突起は、外側ボウル領域内にのみ延びる長手隆起の形状を有し、前記第１形式の突起は、前記噴射装置から見たときに、前記隆起の左横腹部（７１）及び右横腹部（７２）を含み、前記左横腹部は、前記右横腹部とは異なる形状に形成されることで、前記往復移動に垂直な平面において、前記左横腹部に向かって発達している火炎柱の移動を、前記右横腹部に向かって発達している対応する火炎柱とは異なるように方向変更する、ピストン。
【請求項２】
前記隆起の頂部（７５）は、前記往復移動に垂直な平面において前記噴射装置から見て右又は左方向（７６）に押し寄せられた形態を有し、前記頂部は、前記往復移動に平行な平面（９０）に追従して広がり、前記平面は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸（１５）と重畳する、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記隆起の、前記ピストンボウルの底面から離れて位置する上方部分（１４５）は、ピストンの往復の軸に垂直な平面（１０１）において前記噴射装置から見て一方の第１方向（１０３又は１０４）に押し寄せられた形態を有し、
前記隆起の、前記ピストンボウルの前記底面の近くに位置する下方部分（１４６）は、ピストンの往復の前記軸に垂直な他の平面（１０２）において前記噴射装置から見て前記第１方向と逆の方向（１０３又は１０４）に押し寄せられた形態を有し、
前記ピストンの往復の軸に平行な、前記平面間の距離（１０５）は、前記隆起の全長（９３）の少なくとも半分である、請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記第１方向に押し寄せられた前記上方部分又は下方部分の一方は、隆起区間（１４７）の第１頂部を有し、隆起区間の前記第１頂部は、前記往復移動に平行な第１平面（１１０）に重畳して延び、前記第１平面は、燃焼エンジンシリンダの前記幾何学的中心軸に重畳し、前記上方部分又は下方部分のうちの前記逆の方向に押し寄せられた他方は、隆起区間（１４８）の第２頂部を有し、隆起区間の前記第２頂部は、同様に前記往復移動に平行である第２平面（１１１）に重畳して延び、前記第２平面も、燃焼エンジンシリンダの前記幾何学的中心軸と重畳し、
前記第１平面と前記第２平面の間の、前記隆起又は第１形式の突起の位置において実質的に測定される第１距離（１１２）は、前記第１形式の突起の幅が最大になる部分における前記第１形式の突起の底面幅に相当する第２距離よりも短い、請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
前記隆起の頂部を有し、前記隆起の前記頂部は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸（１５）に対して角度（１２１）を有する平面（１２０）に重畳して延び、前記平面は、燃焼エンジンシリンダの前記幾何学的中心軸と一つの点（１２２）においてのみ重畳する、請求項３に記載のピストン。
【請求項６】
前記角度は０度と３０度の間である、請求項５に記載のピストン。
【請求項７】
第２形式の突起（８２）が、前記第１形式の突起の間の衝突領域内に設けられ、前記第２形式の突起は、前記衝突領域に向かって送り出された火炎の発達方向を変えて、前記往復移動に対して実質的に垂直な平面において、火炎とピストン壁面との相互作用が最小で、且つ、運動エネルギ損失が最小である周方向の火炎発達方向に主に仕向けるように適合される、請求項１乃至６のいずれかに記載のピストン。
【請求項８】
前記第１形式の突起は、周方向の火炎の発達を、火炎と火炎の相互作用が最小である、ピストンの中心軸（１５）に主に向かう方向に変えるように配置される、請求項１乃至７のいずれかに記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機関内の燃焼プロセスを制御する装置に関する。本発明は、シリンダ内で生成された圧縮熱によって燃料／シリンダガスの混合物が点火される燃焼機関において、煤煙の排出を低減すると共に、一酸化炭素及び炭化水素も低減する装置に関する。本発明はまた、燃焼効率の高い装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
煤煙粒子（すなわち、粒子状物質）は、燃焼中に形成されて、引き続き二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化し得る生成物である。排気ガス内で計測される煤煙粒子の量は、形成された煤煙と酸化した煤煙の純粋な差である。このプロセスは非常に複雑である。多燃料の燃料／空気混合物を用いた燃焼において、高温での混合が不十分であると、多くの煤煙が形成される。形成された煤煙粒子が、良好な酸化速度が得られる十分に高い温度で、酸素原子（Ｏ）、酸素分子（Ｏ２）、水酸化物（ＯＨ）等の酸化物質と結合できる場合は、より多くの煤煙粒子が酸化し得る。ディーゼルエンジンにおいて、酸化プロセスはその規模が形成と同じオーダーであると考えられ、これは、正味の煤煙産出量が、形成された煤煙の量と酸化した煤煙の量の差であることを意味する。従って、煤煙の正味排出量は、第１に、煤煙の形成を抑制することによって、第２に、煤煙の酸化を促進することによって左右され得る。一酸化炭素排出（ＣＯ）及び炭化水素排出（ＨＣ）は、通常、ディーゼルエンジンでは非常に少ない。ただし、この割合は、比較的低温の領域において未燃焼燃料が生じる場合に上昇することになる。これらの領域は、具体的に、シリンダ壁の近くに位置する、極度に冷却される領域のことである。別の例として、ピストンとシリンダライニングの間の空洞がある。
【０００３】
窒素酸化物（ＮＯｘ）は、熱プロセスにおいて、空気中の窒素分から生成されるもので、この熱プロセスは、温度依存性が高く、加熱される容積の大きさ及びプロセスの長さに左右される。
【０００４】
燃料が直接シリンダ内に噴射されて、シリンダ内の上昇した温度及び圧力によって点火される燃焼プロセスは、一般に、ディーゼルプロセスと呼ばれている。シリンダ内で燃料が点火されると、シリンダ内に存在する燃焼ガスが、燃焼している燃料と乱流混合して、混合比が制御された拡散炎が形成される。シリンダ内の燃料／ガス混合物の燃焼によって熱が発生することで、シリンダ内のガスが膨張し、その結果、シリンダ内でピストンが移動する。燃料の噴射圧力、シリンダまで再循環される排気ガスの量、燃料の噴射時間、及びシリンダ内に広がる乱流等のいくつかのパラメータに応じて、異なる効率及び異なるエンジン排気値が得られる。
【０００５】
次に、火炎を制御することによって煤煙の排出量とＮＯｘの排出量の両方を低減することを目指すと共に、煤煙の排出量と窒素酸化物の排出量の間のよく知られているトレードオフを打破することを試みている最新の装置の例を示す。このトレードオフは、ディーゼルエンジンに特有のものであり、このトレードオフに何らかの作用を及ぼすことは困難である。煤煙の排出量を削減するほとんどの手段は、窒素酸化物の排出量を増やしてしまう。
【０００６】
特許文献１は、ピストンと、噴霧／火炎柱を噴射するように設けられた複数のオリフィスを備える燃料噴射器とを含む燃焼室を有する燃焼機関を開示しており、上記噴霧／火炎柱は、噴射のほとんどの期間においてピストン外側ボウル部に衝突する。噴霧／火炎柱の衝突領域の間において、ピストンの往復移動に対して略垂直な平面に、燃焼室内に突出する第１形式の突起が配設される。この第１形式の突起は、火炎の運動エネルギを保存し、且つ、周方向の火炎の発達方向を変えて、火炎と火炎の相互作用が最も少ないピストンの中心軸の方に主に向かわせるための滑らかな形態を有する。第２形式の突起は、衝突領域内に設けられ、火炎の発達方向を変えて、前述の往復ピストン移動に対して略垂直な平面において、火炎とピストン壁面の相互作用が最も少なく、且つ、運動エネルギの損失が最も小さい周方向の火炎発達方向に仕向けるように適合される。前述の突起の形式は両方とも、渦流の流動方向にある程度押し寄せられた（sweep）非対称の形態を取ることによって渦流に適応できることを述べておく。これは、衝突領域に衝突する際に、前述の渦流によって影響された噴霧柱を正しい位置で遭遇させるためである。燃焼機関に対する今後の排気規制法により、将来の要望を満たすために排気レベルを更に抑制する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００９／０５８０５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の一つの目的は、従来技術の欠点を克服すると共に、望ましくない煤煙の排出量を更に抑制するように設計された燃焼室構造を含む内燃機関を提供することである。この目的は、残留している煤煙の後の酸化を更に促進することによって達成される。煤煙の削減は、例えばディーゼル等の燃料において特に重要である。本発明は、更に、一酸化炭素（ＣＯ）の排出量及び炭化水素（ＨＣ）の排出量の削減をもたらす。ＣＯ及びＨＣの削減は、例えば、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）等の燃料にとって特に重要になる。
【０００９】
本発明の他の目的は、効率を向上させることである。本発明に係る燃焼室の設計によって燃焼が速くなる。
【００１０】
また、前述した目的を達成することで、例えば、増大した量の排気ガス再循環を利用する場合の既知の影響を、本発明によって少なくとも部分的に補うことができる。
【００１１】
本発明によれば、前述の目的及び他のより具体的な他の目的は、燃焼エンジンシリンダ内で下死点位置と上死点位置の間を往復移動するように配置されたピストンを提供することによって達成でき、ピストンは、燃焼室に面した上面を有するピストンクラウンを含み、ピストンクラウンは、外方に開口した空洞によって形成されるピストンボウルを有し、ピストンボウルは、凹曲面形状の断面を有する外方にフレア状の外側ボウル部を含み、渦流が実質的に存在しない状態で燃焼室に吸気を供給する少なくとも一つの吸気ポートが設けられ、燃焼室の幾何学的中心に近接した位置から燃焼室内に燃料を噴射する噴射装置が設けられ、外側ボウル部内には、発達する火炎柱の衝突領域が存在する。また、衝突領域の間の実質的な中間部において、往復移動と略垂直な平面に、燃焼室内に突出すると共に、火炎柱の運動エネルギを保存するように適合された滑らかな形態を有する第１形式の突起が設けられ、第１形式の突起は、外側ボウル領域内にのみ延びる長手隆起の形状をそれぞれ有し、第１形式の突起は、噴射装置から見たときに、隆起の左横腹部及び右横腹部を有する。
【００１２】
本発明は、左横腹部が、右横腹部と異なって形成されることで、往復移動に垂直な平面において左横腹部に向かって発達している火炎柱の移動を、右横腹部に向かって発達している対応する火炎柱とは異なる方式で方向変更させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、隆起の頂部は、往復移動に垂直な平面において、噴射装置から見て右又は左方向に押し寄せられた形態を有し、頂部は、往復移動に平行な平面に追従して広がり、且つ、平面は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸と重畳する。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、隆起の、ピストンボウルの底面から離れて位置する上方部分は、ピストンの往復の軸に垂直な平面において、噴射装置から見て一方の第１方向に押し寄せられた形態を有し、
隆起の、ピストンボウルの底面の近くに位置する下方部分は、ピストンの往復の軸に垂直な他の平面において、噴射装置から見て第１方向と逆の方向に押し寄せられた形態を有し、
ピストンの往復の軸と平行な、平面間の距離は、隆起の全長の少なくとも半分である。
【００１５】
本発明の更に他の実施形態において、上方部分又は下方部分のうちの第１方向に押し寄せられた一方は、隆起区間の第１頂部を有し、隆起区間の第１頂部は、往復移動と平行な第１平面に重畳して延び、第１平面は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸と重畳し、上方部分又は下方部分のうちの逆の方向に押し寄せられた他方は、隆起区間の第２頂部を有し、隆起区間の第２頂部は、往復移動に同様に平行な第２平面に重畳して延び、第２平面も燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸と重畳し、
第１平面と第２平面の間の、隆起又は第１形式の突起の位置において実質的に測定される第１距離は、第１形式の突起が最大の幅になる部分における第１形式の突起の底面幅に対応する第２の距離よりも小さい。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、隆起の頂部を備え、隆起の頂部は、燃焼エンジンの幾何学的中心軸に対して角度の付いた平面に重畳して延び、平面は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸と、一つの点においてのみ重畳する。更に他の実施形態において、角度は０度と３０度の間である。
【００１７】
本発明の更に他の実施形態において、第２形式の突起が、第１形式の突起の間の衝突領域に設けられ、第２形式の突起は、衝突領域に向けて送り出された火炎の発達方向を変えて、往復移動に対して実質的に垂直な平面において、火炎とピストン壁面との相互作用が最小で、且つ、運動エネルギの損失が最小である周方向の火炎発達方向に主に仕向けるように適合される。
【００１８】
本発明の更に他の実施形態において、第１形式の突起は、周方向の火炎発達方向を変えて、火炎と火炎の相互作用が最小であるピストンの中心軸の方に主に仕向けるように設けられる。
【００１９】
本発明の更に他の有利な実施形態は、特許請求項１に続く従属請求項から明らかになる。
【００２０】
次に、本発明について、付属の図面を参照しながらより詳細に説明する。図面には、例示することを目的として、本発明の更に他の好ましい実施形態と共に技術背景も示した。図面は、次のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を実施できる、燃焼エンジン内の従来のピストン及びシリンダを断面で示す模式的図である。
【図２ａ】従来技術に係る図１のピストンを噴霧／火炎の流れと共に示す、上面の模式図である。
【図２ｂ】従来技術である図２ａの実施形態の代替となる実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係るピストンの上面を、噴霧／火炎の流れと共に示す図である。
【図４】本発明に係る一つの突起を３次元図で示す図である。
【図５】本発明に係る突起を備えるピストンを３次元上面図で示す図である。
【図６】突起又は隆起の頂部が重畳して延び得る、本発明の異なる実施形態に係る幾何学的平面を模式的に示す図である。
【図７】突起又は隆起の頂部が重畳して延び得る、本発明の異なる実施形態に係る幾何学的平面を模式的に示す図である。
【図８】突起又は隆起の頂部が重畳して延び得る、本発明の異なる実施形態に係る幾何学的平面を模式的に示す図である。
【図９】突起又は隆起の頂部が重畳して延び得る、本発明の異なる実施形態に係る幾何学的平面を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るピストンの上面を、噴霧／火炎の流れと共に示す図である。
【図１１】本発明に係る突起を備えるピストンを３次元上面図で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に、ディーゼルプロセスに従って動作するように設計された燃焼エンジン１の模式図を示す。エンジン１は、シリンダ２及びピストン３を含み、このピストン３は、シリンダ２内で往復移動することに加え、クランクシャフト４に接続されるため、ピストン３は、シリンダ２内で上死点位置及び下死点位置において反転するように配設される。また、一般に行われるとおり、シリンダ空洞の一方の端部は、エンジンシリンダヘッド１４によって閉じられている。ピストン３には、その上面５にピストンボウル６が設けられ、ピストンボウル６は、シリンダヘッド１４の内面２１及びシリンダ２の壁面と一緒に燃焼室７を形成する。シリンダヘッド１４内に、一つ以上の吸入ポート９が配置される。個々の吸入ポート９とシリンダ２の間の連結部は、各吸入ポート９に設けられた吸入弁１０を用いて開閉することができる。シリンダヘッド内には、一つ以上の排気ポート１１も配置される。個々の排気ポート１１とシリンダ２の間の連結部は、各排気ポート１１に設けられた排気弁１２を用いて開閉できる。弁１０及び１１の開閉は、機械式カムや、液圧作動システムや、他の動力システムによって、ピストン３の往復移動に合わせて厳密に制御された時間シーケンスで実現できる。
【００２３】
シリンダヘッド１４には、少なくとも一つの燃料噴射装置１３が配設され、この燃料噴射装置１３からシリンダ２内に燃料噴霧として燃料が噴射されるため、燃料は、シリンダ２内で圧縮されたガスと混合して燃料／ガス混合物を形成し、この混合物がシリンダ２内に生じる圧縮熱によって点火される。噴霧のうちの点火した部分が火炎柱を形成する。噴射中、新たに噴射された燃料が存在する噴射装置に最も近い部分の噴霧は、まだ燃焼し始めていない。燃料は、極めて高い圧力で噴射されることが好ましい。噴射装置１３は、当該噴射装置１３のノズルアセンブリの下部端に形成された複数の小さい噴射オリフィス（図示せず）を含むことで、高圧燃料が噴射装置１３のノズル空洞から燃焼室７に非常に高い圧力で流入できるようにして、燃料と、燃焼室７内の高温の圧縮給気との完全な混合を誘導する。噴射装置１３は、複数の噴射装置オリフィスから燃焼室７内に、後述する方式で高圧燃料を噴射できる任意のタイプの噴射装置であってよいことは理解されよう。また、噴射装置１３は、噴射装置本体に収容されて機械駆動され、プランジャアセンブリの前進行程中に前述の高い圧力を発生させるプランジャを含むことができる。これに代えて、噴射装置１３は、一つ以上の圧力ポンプ、高圧アキュムレータ、及び燃料散布機のうちの少なくともいずれかを含むポンプ回路ノズルシステム等のように、上流の高圧源から高圧燃料を受け取ってもよい。噴射装置１３は、電子作動式の噴射制御弁を含むことができ、この噴射制御弁は、ノズル弁装置に高圧燃料を供給してノズル弁体を開く、又は、ノズル弁空洞からの高圧燃料の排出を制御して、ノズル弁体に圧力不均衡状態を発生させることで、ノズル弁体を開閉して、噴射事象を形成する。例えば、ノズル弁体は、燃料の圧力で駆動され、ばねに付勢されて閉じる従来のノズル弁体であってよい。燃料噴射装置１３は、その燃料噴射装置の幾何学的中心軸がシリンダの幾何学的中心軸１５と一致するように、シリンダヘッド内の中央部に配置されることが好ましく、シリンダの幾何学的中心軸も、図１に示すように、ピストン３の往復移動の軸である。
【００２４】
図１に示した燃焼エンジン１は、４行程及び／又は２行程の原理で動作できる。エンジン１は、好ましくはそれぞれにピストン３が設けられた複数のシリンダ２を含み、その各ピストン３は、連結棒によって共通のクランクシャフト４に連結されるため、エンジンクランクシャフト４の回転に伴い、ピストンは、シリンダ２内で直線経路に沿って往復移動する。
【００２５】
図１は、上死点（ＴＤＣ：Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）位置の約４５度手前のピストン３の位置を示す。ＴＤＣ位置に到達するのは、クランクシャフトの回転軸から最も離れる位置にピストンを移動する場所にクランクシャフトが位置したときである。従来の方式において、ピストンは、吸気行程から爆発行程に進んだときに、上死点位置から下死点位置（ＢＤＣ：Ｂｏｔｔｏｍ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）に移動する。本開示の便宜上、「上部」及び「上方」という用語は、エンジンクランクシャフトから離れる方向に対応し、「下部」及び「下方」という用語は、エンジンのクランクシャフト又はピストンの下死点位置に向かう方向に対応する。
【００２６】
最上部のＴＤＣ位置において、ピストン３は上方に向かう圧縮行程を完了し、この圧縮行程中、吸入ポート９から燃焼室７に進入できた給気が圧縮されることで、給気の温度がエンジンの燃料の点火温度より上まで上昇する。この位置は、本明細書において、ピストン３の全７２０度の４行程サイクルのうちの膨脹／燃焼行程を開始する３６０度の位置であると見なす。燃焼室に導入される給気の量は、エンジンの吸気マニホルド内に増圧器を設けることによって増やすことができる。この増圧器は、例えば、エンジンの排気を動力源とするタービンによって駆動されるか、又はエンジンのクランクシャフトによって駆動され得るターボ過給機（図示せず）によって提供されてよい。増圧器は、２段ターボ過給機、ターボ複合機構等によって提供されてもよい。
【００２７】
ピストン３の上方部分は、ピストンクラウン１６と呼ぶことできる。ピストンクラウン１６は、燃焼室７の一部を構成する上面５と、上方に開口する空洞によって形成されるピストンボウル６とを含む。ピストンボウル６は、ボウル６の中央部又は中央部近くに配置されると好ましい突出部１７を含む。突出部１７は、図１に示した好ましい実施形態では、ピストンボウル３の中央部に配置されるため、ピストン３の往復の軸１５に沿って位置する遠位端１８を含む。また、突出部１７は、図１に示すようにピストン３の往復移動の軸に垂直な平面に対して内側ボウル底面角度αで、突出部１７から下方に延びる内側ボウル底面部１９も含む。外側ボウル部２０は、特定の半径Ｒ１を有し、半径ＣＲ１の中心に対して特定の位置になるように設計される。
【００２８】
図２ａに、外側ボウル６の円周に沿って均一に分配された第１形式の突起４０のみを備える従来技術の実施形態を示す。この第１形式の突起は、２つの隣接する火炎柱（図２ａ及び図２ｂに最大の黒矢印で図示）の衝突領域４１の間のほぼ中央に配置される。第１形式の突起は、垂直方向に延びる隆起の形状を有し、図２ａ及び図２ｂにおいて、第１形式の突起４０は、上方から見た断面で示されている。
【００２９】
好ましくは、第１形式の突起４０の隆起は、衝突領域の長さに対応する長さで延びる。従って、第１形式の突起の隆起は、第１衝突ポイントと共通の第１水平面に位置する第１位置から、第２衝突ポイントと共通の第２水平面に位置する第２位置まで少なくとも延びる。前述した水平面は、ピストン３の往復移動、又はシリンダの幾何学的中心軸１５に対して垂直である。
【００３０】
第１形式の突起又は隆起の底面幅４３の半分は、例えば、外側ボウル部の円形形状に沿った噴霧区画距離４２全体の約３分の１まで延長できる。
【００３１】
図２ｂに、第１形式の突起と、第２形式の突起５０とを有する実施形態を示す。この第２形式の突起は、火炎の水平移動、又は実質的に水平な移動（噴射された火炎柱が水平面に対してどの程度傾斜しているかによって異なる）の方向を、外側ボウル領域（衝突領域）から接線方向に変化させる。
【００３２】
従来技術によれば、燃焼室構成要素及び特徴物（突起を含む）の全体寸法、形状、及び相対位置の少なくともいずれかは、燃料噴霧／燃焼しているシリンダガス火炎の運動量が、噴射装置からの経路上で可能な限り保存されるように形成できる。
【００３３】
また、燃焼室構成要素及び特徴物の寸法、形状、及び相対位置の少なくともいずれかは、燃料噴霧／火炎柱の垂直方向（主に上向き）の運動量と接線方向の運動量（軸１５に垂直な平面に向かう方向の運動量）の間に所定のレベルの均衡状態が得られるように形成できる。
【００３４】
本発明は、特に、軸１５に向かう火炎柱の水平移動の方向変更、すなわち、火炎が外側ボウルに向かう方向から接線方向に向けて送り出される方向変更、及び、接線方向の移動から軸１５に向けて送り出される更なる方向変更を強化するために為されたものである。これらの方向変更については、上から見た状態が図２ａ及び図２ｂに示され、図２ａでは、白抜きの最大の矢印４４，４５によって示されている。２つの火炎柱の流れ４４及び４５（図２ａに前述の白抜きの矢印によって示す）については、その２つの火炎柱の発達状態を互いの反転鏡像と見ることができ、従来技術によれば、これらの火炎柱は、実質的に同一の方向において、同様の方式で突起４０の各横腹部に向かって発達する。従って、上記の両方の流れは、同様ではあるが鏡面反転された状態で方向変更される。これは、前述の第１形式の突起４０の横腹部が同様の形状に形成されているためである。第１形式の突起４０は対称形である。
【００３５】
本発明のエンジンのピストンは、後述するように、粒子状物質（ＰＭ）を更に有利に低減しながら、燃料経済性を維持し、且つ燃焼効率が向上するように形成された第１形式の突起を含む。本発明は、特に、煤煙の排出量を削減することを目指すものである。煤煙は、ＰＭの一部である。本発明の第１形式の突起は、火炎柱の流動方向を変えて複数の方向に仕向けるという、これまで提案されたことのない可能性を提供する。本発明の第１形式の突起を利用して、燃焼ガスのより向上した混合を実現でき、また、燃焼室において確認された停滞区域を縮小又は除去することもできる。
【００３６】
図３に、本発明の一実施形態に係る第１形式の突起６０を示す。第１形式の突起６０は、燃焼室内に突出し、且つ、火炎柱の運動エネルギを保存するように適合された滑らかな形態を有する。第１形式の突起は、外側ボウル領域内にのみ延びる長手隆起の形状を有する。このことは図４を見ると判り、図４には、図３のものと同様の第１形式の突起７０のみが示されている。図３では、第１形式の突起７０の上部端７４及び下部端７３を切り落として、第１形式の突起７０の３次元構造をより判り易く示した。この第１形式の突起も、前述の往復移動に略平行な平面において外側ボウル領域内にのみ延びる長手隆起の形状を有する。この第１形式の突起７０は、往復移動に対して垂直な平面において噴射装置（図３及び図４には記載せず）、又はシリンダの幾何学的中心軸１５から見たときに、左横腹部７１及び右横腹部７２を含む。対応する左横腹部６１及び右横腹部６２が、同様に図３に記載されている。
【００３７】
図５及び図１１に、第１形式の突起７０と同様の第１形式の突起８１をどのようにピストン８０に実装できるのかを更に示す。図５及び図１１には、第２形式の突起８２が、図２ｂの第２形式の突起５０と同様に衝突領域に設けられた実施形態が開示されている。図を見ると判るように、第１形式の突起８１のみが本発明に従って成形されている。
【００３８】
図３〜図５を見ると判るように、本発明によれば、左横腹部は、右横腹部と異なるように形成される。この効果は、往復移動に垂直な平面において左横腹部に向かって発達する火炎柱の移動を、右横腹部に向かって発達する対応する火炎柱とは異なるように方向変更できることである。
【００３９】
図４において、隆起の頂部７５は、その隆起頂部の表面が噴射装置に最も近接して延びる場所のラインとして定義される。本発明の実施形態において、隆起の頂部７５は、往復移動に垂直な平面において噴射装置から見て右又は左方向に押し寄せられた形態を取る。図４に例示するように、隆起の頂部７５は、左（矢印７６で図示）に押し寄せられるため、右横腹部に、左横腹部７１よりも大きい表面が現れる。隆起の頂部７５は、往復移動に平行な平面に追従して延び、平面は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸に重畳する。この様子は、図６に更に例示されており、図６には、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５が、往復移動と平行な平面９０と共に示されおり、平面は、幾何学的中心軸１５に重畳している。図から判るように、平面９０はピストンを貫通しており、ピストンの、平面内に顕現する一部９１のみが図示されている。隆起９２の対応する頂部も同様に図示されており、隆起、又は隆起の頂部が延びる様子は、矢印９３によって示されている。
【００４０】
右又は左方向に押し寄せられる、隆起の頂部の更に他の有利な作用は、図３の例示的実施形態から把握できる。図において、矢印６４は、両方の流れが、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５に向かうのではなく、より多く左に方向変更されることから、ピストンボウル内でシリンダガスを循環させる全体流６４が生じ得ることを示している。
【００４１】
本発明の更に他の実施形態において、隆起の頂部は、上方部分及び下方部分を備える。図７に示すように、隆起の、ピストンボウルの底面から離れて位置する上方部分（図示せず）は、ピストンの往復の軸（１５）に垂直な平面１０１において、噴射装置から見て一方の第１方向（１０３又は１０４）に押し寄せられた形態を取る。隆起の、ピストンボウルの底面の近くに位置する下方部分（図示せず）は、ピストンの往復の軸に垂直な他の平面１０２において、噴射装置から見て第１方向と逆の方向（１０３又は１０４）に押し寄せられた形態を取る。ピストンの往復の軸１５と平行な、平面間の距離１０５は、隆起の全長（例えば、９３）の少なくとも半分であってよい。
【００４２】
図７及び図８に記載した本発明の更に他の実施形態において、第１方向（１０３又は１０４）に押し寄せられた上方部分又は下方部分は、隆起区間の第１頂部（図７及び図８には記載せず）を備え、隆起区間の第１頂部は、往復移動に平行な第１平面（１１０又は１１１）に重畳して延び、第１平面は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５と重畳する。上方部分又は下方部分のうちの逆の方向に押し寄せられた他方は、隆起区間の第２頂部（図７及び図８には記載せず）を備え、隆起区間の第２頂部は、同様に往復移動と平行な第２平面（１１０又は１１１）に重畳して延び、第２平面も、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５と重畳する。第１平面（例えば、１１０）と第２平面（例えば、１１１）の間の、実質的に隆起（すなわち、第１形式の突起）の位置において測定される第１距離１１２は、第１形式の突起が最大の幅を有する部分における第１形式の突起の底面幅に相当する第２距離よりも短い。図２ａの幅４３は、底面幅を測定し得る場所の例を示したものである。
【００４３】
図１０に、特に、図７及び図８と関連付けて説明する本発明の一実施形態を開示する。図１０には、底面幅１４３を有する第１形式の突起１４０が示されており、突起１４０は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５と平行な平面１４４内で延びる。このような第１形式の突起１４０が一つだけ示されているが、本例においては、このような第１形式の６つの突起が均等に分散されて、ピストンボウル内を取り巻いて配置される。従って、６つの平面１４４が存在し、例示するピストン内には、対応する６つの衝突領域４１（図２ａと同様）も存在する。上から見たこの図において、突起の上方部分１４５は、噴射装置から見て右側に押し寄せられている。突起は、隆起区間１４７の第１頂部を有し、この隆起区間の第１頂部は、前述した往復移動と平行な第１平面（平面１１１に相当）に重畳して延び、第１平面は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５と重畳する。下方部分１４６は、逆の方向、すなわち左側に押し寄せられて、隆起区間１４８の第２頂部を有し、隆起区間の第２頂部は、同様に往復移動と平行な第２平面（平面１１０に相当）に重畳して延び、第２平面も燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５と重畳する。突起１４０の右側から到来する火炎柱の上部は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５の右側により多く仕向けられる。突起１４０の右側から到来する火炎柱の下部は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５の左側により多く仕向けられる。対応する方式で、突起１４０の左側から到来する火炎柱の上部は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５の右側により多く仕向けられ、突起１４０の左側から到来する火炎柱の下部は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５の左側により多く仕向けられる。
【００４４】
隆起区間１４７及び１４８の上方と下方の頂部の間に、隆起の上部遷移区間（図示せず）を設ける。上部遷移区間の形状は、隆起の頂部が右から左（または逆の方向）に押し寄せられる変化において滑らかである形態を取る。頂部遷移区間は、隆起の全長の約３分の１までの長さを有する。隆起の頂部の位置における平面１１１と１１０の間の距離１１２が遷移区間よりも短い場合は、より短い遷移区間を形成する。あるいは、あまり尖鋭でない、すなわちより滑らかな形態を取る。
【００４５】
図９を用いて開示する本発明の他の実施形態において、隆起の頂部は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５に対して角度１２１をなす平面１２０に重畳して延び、平面１２０は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５と一つの点１２２のみにおいて重畳する。前述の角度は、０度から３０度の範囲で選択されてよい。図１０も本実施形態の説明に利用できる。隆起区間１４７及び１４８の頂部は、平面１０１，１０２に対応する異なる平面上に位置しているため、平面１２０は、隆起区間１４７及び１４８の両方の頂部と重畳する。従って、本実施形態の突起は、図４及び／又は図５に開示した突起と同様の突起であるように見えるが、この突起は角度１２１で傾斜している。このため、左側から発達する火炎柱は、右側から発達する火炎柱とは異なる状態で発達する。本実施形態によれば、例えば、左側から発達する火炎柱は、上方から見たときには基本的に図２ａにおける主流４５として方向変更され得るが、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５に垂直な平面において見ると、主流は、突起が傾斜（角度１２１に因って傾斜）している方向に応じて、斜め上方、又は斜め下方に送り出される。従って、第１の主流（４５に相当）が斜め上方に向けて送り出される場合、逆方向から到来する他の主流（４４に相当）は、斜め下方に向けて送り出される。図９を用いて例示した実施形態の更なる実施形態において、第１形式の突起は、主流同士が、２つの異なる平面（平面１０１及び１０２に相当）においてではあるが互いに交差するように形成される。
【００４６】
図７〜図９を用いて開示した実施形態を組み合わせることも可能である。従って、両方の平面１１０及び１１１を、角度１２１に対応する角度で傾けることができる。これにより、異なる度合いの主流の方向変更を下記の方向で実現できる。
−燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５に対して左／右方向。
−垂直な平面において見たときに、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸１５に対して上方／下方の方向。
【００４７】
前述した全ての実施形態の代替の実施形態において、第２形式の突起（８２及び５０と同様）は、第１形式の突起の間の衝突領域内に配置される。第２形式の突起は、衝突領域に向かって送り出された火炎の発達方向を変えて、往復移動に対して実質的に垂直な平面において、火炎とピストン壁面との相互作用が最小で、且つ、運動エネルギの損失が最小である周方向の火炎発達方向に主に仕向けるように適合できる。
【００４８】
前述した本発明のピストンは、回転旋盤及び／又はフライス盤等の機械加工によって、若しくは突起を成形する鋳造加工によって、又はその両方で作製できる。
【００４９】
本発明は、例えば、ディーゼル、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）等の燃料で駆動されるエンジンに利用できる。
【００５０】
なお、図面において、「燃焼室の幾何学的中心」「ピストンの中心軸」「燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸」は、全て符号１５である。
【００５１】
本発明は、上記に記載した実施形態に限定されると見なされるべきではなく、むしろ、多数の更なる変形及び変更が、付属の特許請求項の範囲内で想到され得る。
【図１】
2013519835.tif 000003
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月14日(2012.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジンシリンダ（２）内で下死点位置と上死点位置の間を往復移動するように配設されたピストン（３）であって、
前記ピストンは、燃焼室（７）に面した上面を含むピストンクラウン（１６）を含み、前記ピストンクラウンは、外側に開口する空洞によって形成されたピストンボウルを含み、前記ピストンボウルは、凹曲線状の断面を有する、外方にフレア状の外側ボウル部（２０）を含み、渦流が実質的に存在しない状態で燃焼室に給気を供給する少なくとも一つの吸気ポート（１０，１２）が設けられ、前記燃焼室の幾何学的中心（１５）近くの位置から燃焼室内に燃料を噴射する噴射装置（１３）が設けられ、前記外側ボウル部内には、発達する火炎柱の衝突領域が存在し、前記衝突領域の間の実質的な中間部において、前記往復移動に対して実質的に垂直な平面に、前記外側ボウル部から燃焼室内に突出し、且つ、火炎柱の運動エネルギを保存するように成形された滑らかな形態を有する第１形式の突起（６０，７０，８１，１４０）が配設され、前記第１形式の各突起は、外側ボウル部内にのみ延びる長手隆起の形状を有し、前記第１形式の突起は、前記噴射装置から見たときに、前記隆起の左横腹部（７１）及び右横腹部（７２）を含み、前記左横腹部は、前記右横腹部とは異なる形状に形成されることで、前記往復移動に垂直な平面において、前記左横腹部に向かって発達している火炎柱の移動を、前記右横腹部に向かって発達している対応する火炎柱とは異なるように方向変更し、前記隆起の、前記ピストンボウルの底面から離れて位置する上方部分（１４５）は、ピストンの往復の軸に垂直な平面（１０１）において前記噴射装置から見て一方の第１方向（１０３又は１０４）に押し寄せられた形態を有し、
前記隆起の、前記ピストンボウルの前記底面の近くに位置する下方部分（１４６）は、ピストンの往復の前記軸に垂直な他の平面（１０２）において前記噴射装置から見て前記第１方向と逆の方向（１０３又は１０４）に押し寄せられた形態を有し、
前記ピストンの往復の軸に平行な、前記平面間の距離（１０５）は、前記隆起の全長（９３）の少なくとも半分である、ピストン。
【請求項２】
前記第１方向に押し寄せられた前記上方部分又は下方部分の一方は、隆起区間（１４７）の第１頂部を有し、隆起区間の前記第１頂部は、前記往復移動に平行な第１平面（１１０）に重畳して延び、前記第１平面は、燃焼エンジンシリンダの前記幾何学的中心軸に重畳し、前記上方部分又は下方部分のうちの前記逆の方向に押し寄せられた他方は、隆起区間（１４８）の第２頂部を有し、隆起区間の前記第２頂部は、同様に前記往復移動に平行である第２平面（１１１）に重畳して延び、前記第２平面も、燃焼エンジンシリンダの前記幾何学的中心軸と重畳し、
前記第１平面と前記第２平面の間の、前記隆起又は第１形式の突起の位置において実質的に測定される第１距離（１１２）は、前記第１形式の突起の幅が最大になる部分における前記第１形式の突起の底面幅に相当する第２距離よりも短い、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記隆起の頂部を有し、前記隆起の前記頂部は、燃焼エンジンシリンダの幾何学的中心軸（１５）に対して角度（１２１）を有する平面（１２０）に重畳して延び、前記平面は、燃焼エンジンシリンダの前記幾何学的中心軸と一つの点（１２２）においてのみ重畳する、請求項１に記載のピストン。
【請求項４】
前記角度は０度と３０度の間である、請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
第２形式の突起（８２）が、前記第１形式の突起の間の衝突領域内に設けられ、前記第２形式の突起は、前記衝突領域に向かって送り出された火炎の発達方向を変えて、前記往復移動に対して実質的に垂直な平面において、火炎とピストン壁面との相互作用が最小で、且つ、運動エネルギ損失が最小である周方向の火炎発達方向に主に仕向けるように成形される、請求項１乃至４のいずれかに記載のピストン。
【請求項６】
前記第１形式の突起は、周方向の火炎の発達を、火炎と火炎の相互作用が最小である、ピストンの中心軸（１５）に主に向かう方向に変えるように成形される、請求項１乃至５のいずれかに記載のピストン。
【国際調査報告】
2013519835.tif 000015
2013519835.tif 000016
2013519835.tif 000017