(57)【要約】  本発明は、スカートによって側面が画成され、かつ、回転軸線Ｃを有するシリンダの壁と協働することができる本体を具備し、シリンダ内でピストン（３）が軸線Ｃに沿ってスライド可能であり、前記ピストン（３）が中央部分（３２１）と外周リング（３２２）と回転軸線Ｂを有するボウル（３２３）とを備えた横向き面を有し、このボウルが中央部分（３２１）から外周リング（３２２）の方へ延在し、ボウルが厚さＥｐの唇部（３２２０）においてこの外周リングに接続し、前記ボウル（３２３）が垂直方向において唇部（３２２０）とほぼ一直線上に、円環面（３２３０）を有し、この円環面の断面が好ましくはドーム状であり、円環面が最大半径Ｒｔを有し、円環面が唇部（３２２０）の下方の内曲領域Ｒに噴射される燃料を中央部分（３２１）の方へ案内することができる、内燃機関、特にディーゼルエンジンのためのピストン（３）に関し、このピストンは、ボウル（３２３）の回転軸線Ｂ上に位置する中央部分の頂部が、外周リングのレベルよりも４．８〜５．５ｍｍ、好ましくは約５．４ｍｍの距離Ｄｔだけ低い高さまで上昇していることを特徴とする。
2011506845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スカート（３１）によって側面が画成され、回転軸線Ｃを有するシリンダ（１）の壁と協働することができる本体を具備し、シリンダ内でピストン（３）が軸線Ｃに沿ってスライド可能であり、前記ピストン（３）が中央部分（３２１）と外周クラウンリング（３２２）と回転軸線Ｂを有するボウル（３２３）とを備えた横向き面（３２）を有し、このボウルが中央部分（３２１）から外周クラウンリング（３２２）の方へ延在し、ボウルが厚さＥｐの唇部（３２２０）においてこのクラウンリングに接続し、前記ボウル（３２３）が垂直方向において唇部（３２２０）とほぼ一直線上に、円環面（３２３０）を有し、この円環面の断面が好ましくは半ドーム状であり、円環面が最大半径Ｒｔを有し、円環面が唇部（３２２０）の下方の内曲領域Ｒに噴射される燃料を中央部分（３２１）の方へ案内することができる、内燃機関、特にディーゼルエンジンのためのピストン（３）であって、ボウル（３２３）の回転軸線Ｂ上に位置する中央部分の頂部が、外周クラウンリングの高さよりも４．８〜５．５ｍｍ、好ましくは約５．４ｍｍの距離Ｄｔだけ低い高さまで上昇していることを特徴とするピストン（３）。
【請求項２】
中央部分が、ボウルの回転軸線Ｂから幾何学的方向に測定した、６２．５〜６５°、好ましくは約６４．６°の角度Ａだけ、円環面（３２３）の方へ傾斜していることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のためのピストン（３）。
【請求項３】
ボウル（３２３）がシリンダ内で芯合わせされ、ボウル（３２３）の回転軸線Ｂがシリンダ（１）の回転軸線Ｃと一致していることを特徴とする請求項１〜２のうちの一項に記載のピストン（３）。
【請求項４】
唇部（３２２０）の厚さＥｐが３〜４．２ｍｍ、好ましくは約３．８ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のうちの一項に記載のピストン（３）。
【請求項５】
円環面（３２３０）の最大曲率半径Ｒｔが５〜６ｍｍ、好ましくは約５．２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のうちの一項に記載のピストン（３）。
【請求項６】
唇部（３２２０）がボウル（３２３）の回転軸線Ｂから距離Ｄｅ／２だけ離れたところに配置され、距離Ｄｅが４９〜５１．５ｍｍ、好ましくは約５０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のうちの一項に記載のピストン（３）。
【請求項７】
円環面（３２３０）がボウル（３２３）の回転軸線Ｂから距離Ｄｂ／２だけ離れたところに配置され、距離Ｄｂが５２．５〜５６ｍｍ、好ましくは約５４ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６のうちの一項に記載のピストン（３）。
【請求項８】
ボウル（３２３）の回転軸線Ｂに対する、クラウンリングの端部の距離Ｄｅ／２と、円環面の端部の距離Ｄｂ／２との差が、約２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜７のうちの一項に記載のピストン（３）。
【請求項９】
ボウル（３２３）の最大深さＰが１３〜１４．５ｍｍ、好ましくは約１４ｍｍであることを特徴とする請求項１〜８のうちの一項に記載のピストン（３）。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１個のピストン（３）を備えていることを特徴とするディーゼルタイプの内燃機関（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、燃焼機関の設計、特に圧縮点火式内燃機関の設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車メーカーに課せられた排気ガス基準は益々厳しくなってきており、基準の各々の変化は結果的に、かなりの技術的開発をもたらし、高価である付加的なおよび／または一層複雑な排気ガス対策装置の使用をもたらす。
【０００３】
未来の基準は、特に排気ガス中の窒素酸化物と粒子状物質のレベルを低下させることをメーカーに奨励する。その目的は特に、粒子状物質フィルタが過早に目詰まりしないようにするためであるが、メーカーは同時にエンジン出力レベルとドライバビリティを高めることあるいは少なくとも維持することを望んでいる。
【０００４】
一般的にエンジンの排気ガス浄化を高めるために採用される解決策は例えば、粒子状物質フィルタのような最新式の後処理装置を使用することであるかまたは排気ガス再循環仕様、すなわちこの分野で広く認められている英語の頭字語ＥＧＲを変更することであるがしかし、この解決策はエンジン効率に悪影響を及ぼす。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、特に排気ガス中の窒素酸化物と粒子状物質のレベルを低下させることができる改良された燃焼室を提供することである。
【０００６】
本発明の１つの対象は、スカートによって側面が画成され、回転軸線Ｃを有するシリンダの壁と協働することができる本体を具備し、シリンダ内でピストンが軸線Ｃに沿ってスライド可能であり、上記ピストンが中央部分と外周クラウンリングと回転軸線Ｂを有するボウルとを備えた横向き面を有し、このボウルが中央部分から外周クラウンリングの方へ延在し、ボウルが厚さＥｐの唇部においてこのクラウンリングに接続し、上記ボウルが垂直方向において唇部とほぼ一直線上に、円環面を有し、この円環面の断面が好ましくは半ドーム状であり、円環面が最大半径Ｒｔを有し、円環面が唇部の下方の内曲領域Ｒに噴射される燃料を中央部分の方へ案内することができ、ボウルの回転軸線Ｂ上に位置する中央部分の頂部が、外周クラウンリングの高さよりも４．８〜５．５ｍｍ、好ましくは約５．４ｍｍの距離Ｄｔだけ低い高さまで上昇している、内燃機関、特にディーゼルエンジンのためのピストンである。
【０００７】
本発明によるピストンの使用は特に、次の利点を生じることができる。
−  後処理システムを一層複雑におよび高いコストで作ることを必要としない。
−  排気ガス対策基準に対処するために、窒素酸化物が低減される。
【０００８】
幾つかの特別な実施形によれば、ピストンは次の特徴の１つ以上を有する。
−  中央部分が、ボウルの回転軸線Ｂから幾何学的方向に測定した、６２．５〜６５°、好ましくは約６４．６°の角度Ａだけ、円環面の方へ傾斜している、
−  ボウルがシリンダ内で芯合わせされ、ボウルの回転軸線Ｂがシリンダの回転軸線Ｃと一致している、
−  唇部の厚さＥｐが３〜４．２ｍｍ、好ましくは約３．８ｍｍである、
−  円環面の最大曲率半径Ｒｔが５〜６ｍｍ、好ましくは約５．２ｍｍである、
−  唇部がボウルの回転軸線Ｂから距離Ｄｅ／２だけ離れたところに配置され、距離Ｄｅが４９〜５１．５ｍｍ、好ましくは約５０ｍｍである、
−  円環面がボウルの回転軸線Ｂから距離Ｄｂ／２だけ離れたところに配置され、距離Ｄｂが５２．５〜５６ｍｍ、好ましくは約５４ｍｍである、
−  ボウルの回転軸線Ｂに対する、クラウンリングの端部の距離Ｄｅ／２と、円環面の端部の距離Ｄｂ／２との差が、約２ｍｍである、
−  ボウルの最大深さＰが１３〜１４．５ｍｍ、好ましくは約１４ｍｍである。
【０００９】
本発明の他の対象は、窒素酸化物と粒子状物質の放出に関する厳しい排気ガス対策基準に合わせて設計された内燃機関、更に詳しくは本発明による少なくとも１個のピストンを有するディーゼルタイプの内燃機関である。
【００１０】
この種の内燃機関は回転軸線Ｃを有するシリンダを備え、このシリンダの上端はシリンダヘッドによって閉鎖され、このシリンダヘッドの下側はピストンの横向き面と共に燃焼室を画成する働きをし、ピストンのボウルは軸線Ｃに一致する回転軸線Ｂの回りに芯合わせされ、上記エンジンはシリンダヘッドの下側に設けられた開口、すなわち吸気弁によって閉鎖可能な少なくとも１つの吸気ダクトと、排気弁によって閉鎖可能な少なくとも１つの排気ダクトと、予熱プラグと、燃料噴射器とを備え、この燃料噴射器の先端はほぼシリンダの回転軸線Ｃ上で燃焼室に開口している。
【００１１】
本発明の他の特徴および効果は、次の図面を参照して非限定的な表示としてなされた本発明の実施の形態の次の説明から一層明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による内燃機関の概略的な部分断面図である。
【図２】ピストンボウルの回転軸線を含む平面に沿った部分断面図であり、本発明によるピストンのクラウン部分の入口側の詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、回転軸線Ｃを有する少なくとも１個のシリンダ１と、シリンダヘッド２と、ピストン３とを有する内燃機関１００、特にディーゼルエンジンを示す。
【００１４】
残りの明細書において、この回転軸線Ｃは上方に、すなわちシリンダヘッド２の方に向いていると見なされる。更に、「横方向」の距離は、シリンダ１のこの回転軸線Ｃに対して垂直な平面内の距離を示す。
【００１５】
ピストン３はシリンダの回転軸線Ｃに沿ってスライドできるようにシリンダ１内に取付けられ、そして駆動連接棒の小端部にピストンを連結するためのピンを受け入れるように形成されたピストン本体を有する。このピストン本体はピストンスカート３１によって側面を画成されている。このピストンスカートはシリンダの回転軸線Ｃに対して平行に延在し、かつシリンダ１の内壁と協働する。ピストンは更に、横向き面３２を有する。この横向き面はシリンダヘッド２の下面２０と共に、シリンダ１の燃焼室を画成する働きをする。
【００１６】
外気または外気と再循環排気ガスの混合物が、シリンダヘッド２内に形成された少なくとも１つの吸気ダクト５を経て、燃焼室に流入する。この吸気ダクトは少なくとも１個の吸気弁５０によって閉鎖可能である。
【００１７】
発生した空気と燃料の混合気の燃焼残留物は、シリンダヘッド２内に形成された少なくとも１つの排気ダクト６を経て排出される。この排気ダクトは少なくとも１個の排気弁６０を介して閉鎖可能である。
【００１８】
予熱プラグ４がシリンダヘッド２に装着されている。この予熱プラグの端部は燃焼室に開口し、それによって予熱プラグは冷間始動中に空気と燃料の混合気を加熱することができる。
【００１９】
燃料噴射器７がシリンダヘッド２に装着され、ほぼシリンダ１の回転軸線Ｃに沿って燃焼室に開口している。
【００２０】
図２は軸方向平面に沿った部分断面図であり、本発明によるピストン３の上側部分を詳細に示している。図２に示すように、横向き面３２は中央部分３２１と、外周のクラウンリング３２２と、回転軸線Ｂを有する環状空洞またはボウル３２３とからなっている。この回転軸線はシリンダの回転軸線Ｃと一致している。上記ボウル３２３は中央部分３２１から外周のクラウンリング３２２の方に向かって延在し、このクラウンリングに接続している。
【００２１】
上記の代わりに、ボウル３２３はシリンダ１内でオフセットしていてもよい。従って、シリンダ１の回転軸線Ｃとボウル３２３の回転軸線Ｂは、好ましくは約３ｍｍの値よりも短い距離だけ、互いにオフセット可能である。
【００２２】
外周のクラウンリング３２２はピストン３のスカート３１から唇部３２２０の所までボウル３２３の回転軸線Ｂの方へ横方向に延在している。この唇部の下方において、ボウル３２３は断面が半円ドームの形をした円環面３２３０を有する。この円環面の最大曲率半径Ｒｔは５〜６ｍｍであり、好ましくは約５．２ｍｍである。
【００２３】
唇部３２２０はボウル３２３の回転軸線Ｂから距離Ｄｅ／２のところに配置されている。この距離Ｄｅは４９〜５１．５ｍｍであり、好ましくは約５０ｍｍである。
【００２４】
円環面３２３０はボウル３２３の回転軸線Ｂから距離Ｄｂ／２のところに配置されている。この距離Ｄｂは５２．５〜５６ｍｍであり、好ましくは約５４ｍｍである。
【００２５】
噴射器７は、内曲エッジＲとして知られている唇部３２２０の底側エッジに隣接する円環面３２２０の上側領域に向けた噴流の形に、燃料を噴射するように選択的に設計されている。それによって、燃料噴流がボウルの底の方に円環面３２３０の壁に沿って転動することにより、この内曲エッジＲからの燃料噴流の案内方法が改善される。ピストン３がその上昇行程を行うときに、ボウルの底には酸素が存在する。それによって、ばい煙が減少し、かつガスを中央部分３２１の方へ循環させることができる。
【００２６】
内曲エッジＲは好ましくは、ボウル３２３の回転軸線Ｂに対する、クラウンリングの端部の距離Ｄｅ／２と、円環面の端部の距離Ｄｂ／２の差を約２ｍｍに保つことによって維持される。
【００２７】
外周のクラウンリング３２２の内曲エッジＲの距離に一致する唇部３２２０の厚さＥｐは好ましくは、３〜４．２ｍｍであり、特に約３．８ｍｍである。
【００２８】
ボウル３２３の最大深さＰは１３〜１４．５ｍｍであり、好ましくは約１４ｍｍである。比Ｄｂ／Ｐは、全負荷状態での空気の効果的な利用を可能にする十分な幅を、ボウル３２３に与え、これにより遅いスワール速度でも高い比性能を達成することができ、従って噴射器７によって放出される噴流のオーバーラップの危険が制限される。
【００２９】
内曲エッジＲのこの設計と、円環面３２３０およびボウル３２３の最大深さＰとを組み合わせることにより、ボウル３２３の底内に閉じ込められた空気の方への燃料噴流の案内が改善される。
【００３０】
ボウルの回転軸線Ｂ上に位置する中央部分３２１の頂部は、外周のクラウンリングの高さから距離Ｄｔだけ下がった高さまで上昇している。この距離Ｄｔは４．８〜５．５ｍｍであり、好ましくは約５．４ｍｍである。外周のクラウンリングの頂部に対する距離Ｄｔは、ボウルの底の方へ噴射された燃料噴流の相互作用を、中央部分３２１、特に中央部分の頂部によって制限することを可能にする。従って、ばい煙や未燃燃料の放出を低減することができる。
【００３１】
中央部分３２１はボウルの回転軸線Ｂから幾何学的方向に測定した、６２．５〜６５°、好ましくは約６４．６°の角度Ａだけ傾斜している。
【００３２】
中央部分３２１が角度Ａ等で傾斜していると、これは、ばい煙の減少をもたらす改良された後の酸化のために、ボウル３２３の底に燃料によって形成された煤を、中央部分３２１の方へ取り除くことを可能にする。
【００３３】
これらの特徴を組み合わせたピストン３を備えた内燃機関１００は、ユーロ４タイプの現在の排気ガス対策基準に適したピストンを備えた内燃機関と比較することによって、きわめて有利に使用されることが判明する。これらの試験は、次の付加的な特徴、すなわちボアが８４ｍｍ、圧縮比が約１５、そして下死点のスワールのレベルが約２Ｎｄ／Ｎを有する内燃機関１００を用いて実施された。
【００３４】
実際に発見されたことは、部分負荷状態および同じ粒子状物質排出レベルで、この内燃機関１００によって放出される窒素酸化物が約１５％少ないということであった。
【００３５】
出力およびタービンＴＡＶＴの前の温度が同じである場合、４０００ｒｐｍおよび全負荷時に、ばい煙の量が少なく、ばい煙率が約０．５ｆｓｎの値だけ減少した。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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