(57)【要約】【課題】  ペントルーフ状の頂面のピストンを有する燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、スキッシュ流の強さをピストンの円周方向に均一化して空気および燃料の混合を促進する。【解決手段】  頂面中央部にキャビティ２５が凹設されたペントルーフ状のピストン１３では、その頂面外周部とシリンダヘッド１４の下面との間に形成されるスキッシュエリア２６の径方向の幅Ｓがピストン１３の円周方向に変化する。スキッシュエリア２６の径方向の幅Ｓが大きい部分ではスキッシュクリアランスＨを大きく設定し、スキッシュエリア２６の径方向の幅Ｓが小さい部分ではスキッシュクリアランスＨを小さく設定することで、より具体的にはＳ／Ｈが円周方向に一定になるように設定することで、スキッシュ流の強さを円周方向に均一化し、空気および燃料の混合を促進して排気有害成分を低減することができる。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面の高さが円周方向に変化するピストン（１３）と、前記ピストン（１３）の中央部に凹設されたキャビティ（２５）内に燃料を噴射するフュエルインジェクタ（２３）とを備え、ピストン中心軸（Ｌｐ）と直交する平面におけるキャビティ入口径Ｄとシリンダボア径Ｂとの比Ｄ／Ｂが円周方向に変化する燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、
前記キャビティ（２５）の径方向外側のピストン（１３）の頂面とシリンダヘッド（１６）の下面との間に形成されるスキッシュクリアランス（Ｈ）が、前記比Ｄ／Ｂの減少に応じて増加し、前記比Ｄ／Ｂの増加に応じて減少するように設定されたことを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジン。
【請求項２】
頂面の高さが円周方向に変化するピストン（１３）と、前記ピストン（１３）の中央部に凹設されたキャビティ（２５）内に燃料を噴射するフュエルインジェクタ（２３）とを備え、ピストン中心軸（Ｌｐ）と直交する平面におけるキャビティ入口径Ｄとシリンダボア径Ｂとの比Ｄ／Ｂが円周方向に変化する燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、
ピストン（１３）の頂面のうち前記比Ｄ／Ｂが最小になる部位および該部位に対向するシリンダヘッド（１６）の部位の少なくとも一方に切欠き（１３ｅ）を形成したことを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティ内に燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備え、ピストン中心軸と直交する平面におけるキャビティ入口径Ｄとシリンダボア径Ｂとの比Ｄ／Ｂが円周方向に変化する燃料直噴ディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に燃料直噴ディーゼルエンジンのピストンの頂面は平坦に形成されているが、ピストンの頂面をペントルーフ状に突出させた燃料直噴ディーゼルエンジンが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
ピストンの頂面が平坦に形成されている場合には、ピストンの頂面外周部のスキッシュエリアからピストンの中央部に凹設されたキャビティに向かうスキッシュ流の強さは円周方向に均一になる。しかしながら、ペントルーフ状の頂面を有するピストンでは、その頂面とキャビティの側壁とが成す角度が円周方向に変化するため、スキッシュ流の強さが円周方向に不均一になり、空気および燃料の均一な混合が阻害されて排気有害物質が増加する問題が発生する。そこで上記特許文献１に記載されたものは、キャビティの側壁の形状を円周方向に変化させることで、ピストンの頂面とキャビティの側壁とが成す角度が円周方向に一定になるようにしてスキッシュ流の強さの均一化を図っている。
【特許文献１】特開昭６３−１６１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ペントルーフ状の頂面を有するピストンにより発生するスキッシュ流の強さはキャビティ入口径とシリンダボア径との比、つまりスキッシュエリアの径方向の幅に依存することが知られている。ペントルーフ状の頂面を有するピストンでは、フュエルインジェクタの各噴孔からキャビティ内に噴射される燃料の到達距離を等しく設定すると、キャビティ入口が楕円状になってスキッシュエリアの径方向の幅が円周方向に変化してしまう。具体的には、スキッシュエリアの幅が広い部分（ピストンの頂面が低い部分）ではスキッシュ流が強くなり、スキッシュエリアの幅が狭い部分（ピストンの頂面が高い部分）ではスキッシュ流が弱くなる問題がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ペントルーフ状の頂面のピストンを有する燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、スキッシュ流の強さをピストンの円周方向に均一化して空気および燃料の混合を促進することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティ内に燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備え、ピストン中心軸と直交する平面におけるキャビティ入口径Ｄとシリンダボア径Ｂとの比Ｄ／Ｂが円周方向に変化する燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、前記キャビティの径方向外側のピストンの頂面とシリンダヘッドの下面との間に形成されるスキッシュクリアランスが、前記比Ｄ／Ｂの減少に応じて増加し、前記比Ｄ／Ｂの増加に応じて減少するように設定されたことを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジンが提案される。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティ内に燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備え、ピストン中心軸と直交する平面におけるキャビティ入口径Ｄとシリンダボア径Ｂとの比Ｄ／Ｂが円周方向に変化する燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、ピストンの頂面のうち前記比Ｄ／Ｂが最小になる部位および該部位に対向するシリンダヘッドの部位の少なくとも一方に切欠きを形成したことを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジンが提案される。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、ピストンの中央部に凹設されたキャビティの入口径Ｄとシリンダボア径Ｂとの比をＤ／Ｂとしたとき、ピストンの頂面とシリンダヘッドの下面との間に形成されるスキッシュクリアランスを、比Ｄ／Ｂが小さいところで、つまりスキッシュクリエリアの径方向の幅が大きいところで大きく設定し、また比Ｄ／Ｂが大きいところで、つまりスキッシュクリエリアの径方向の幅が小さいところで小さく設定することで、スキッシュ流および逆スキッシュク流の強さをピストンの円周方向に均一化し、空気および燃料の均一な混合を促進して排気有害物を低減することができる。
【０００９】
また請求項２に記載された発明によれば、ピストンの中央部に凹設されたキャビティの入口径Ｄとシリンダボア径Ｂとの比をＤ／Ｂとしたとき、比Ｄ／Ｂが小さいところで、つまりスキッシュクリエリアの径方向の幅が大きい部位および該部位に対向するシリンダヘッドの部位の少なくとも一方に切欠きを形成したことで、スキッシュ流および逆スキッシュク流の強さをピストンの円周方向に均一化し、空気および燃料の均一な混合を促進して排気有害物を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図７は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１はディーゼルエンジンの要部縦断面図、図２は図１の２−２線矢視図、図３は図１の３−３線矢視図、図４はピストンの上部斜視図、図５は図３の５−５線断面図、図６は図３の６−６線断面図、図７は図３の７−７線断面図である。
【００１２】
図１〜図３に示すように、燃料直噴型のディーゼルエンジンは、シリンダブロック１１に形成されたシリンダ１２に摺動自在に嵌合するピストン１３を備えており、ピストン１３はピストンピン１４およびコネクティングロッド１５を介して図示せぬクランクシャフトに接続される。シリンダブロック１１の上面に結合されるシリンダヘッド１６の下面に、ピストン１３の頂面に対向する２個の吸気バルブ孔１７，１７と、２個の排気バルブ孔１８，１８とが開口しており、吸気バルブ孔１７，１７に吸気ポ−ト１９が連通し、排気バルブ孔１８，１８に排気ポート２０が連通する。吸気バルブ孔１７，１７は吸気バルブ２１，２１で開閉され、排気バルブ孔１８，１８は排気バルブ２２，２２で開閉される。ピストン中心軸Ｌｐ上に位置するようにフュエルインジェクタ２３が設けられるとともに、フュエルインジェクタ２３に隣接するようにグロープラグ２４が設けられる。
【００１３】
図１および図４から明らかなように、ピストン１３の頂面と、そこに対向するシリンダヘッド１６の下面とは平坦ではなく断面三角形のペントルーフ状に傾斜しており、この形状により、吸気ポ−ト１９および排気ポート２０の湾曲度を小さくするとともに吸気バルブ孔１７，１７および排気バルブ孔１８，１８の直径を確保し、吸気効率および排気効率を高めることができる。
【００１４】
ピストン１３の頂面には、ピストン中心軸Ｌｐを中心とするキャビティ２５が凹設される。キャビティ２５の径方向外側には、ピストンピン１４と平行に直線状に延びる頂部１３ａ，１３ａから吸気側および排気側に向かって下向きに傾斜する一対の傾斜面１３ｂ，１３ｂと、傾斜面１３ｂ，１３ｂの下端近傍に形成されてピストン中心軸Ｌｐに直交する一対の平坦面１３ｃ，１３ｃと、頂部１３ａ，１３ａの両端を切り欠いた一対の面取り部１３ｄ，１３ｄとが形成される。
【００１５】
キャビティ２５の内壁面は、その外周に隣接する部位が最も深く窪んでおり、そこからピストン中心軸Ｌｐに向かって上向きに傾斜し、ピストン中心軸Ｌｐ上の部位が高くなるように上向きに突出している。フュエルインジェクタ２３は、ピストン中心軸Ｌｐ上の一点を中心として６０°間隔で離間する６つの方向に燃料を噴霧する。６本の噴霧軸Ｌｉ…のうちの２本はピストン中心軸Ｌｐ方向に見てピストンピン１４の方向と平行であり、他の４本はピストンピン１４の方向に対して６０°傾斜している。またピストン中心軸Ｌｐに直交する方向に見て、６本の噴霧軸Ｌｉ…は下向きに傾斜してキャビティ２５の外周部の最も深い部分を指向している。
【００１６】
ピストン１３が上死点にあるとき、ピストン１３の頂面の頂部１３ａ，１３ａ、傾斜面１３ｂ，１３ｂ、平坦面１３ｃ，１３ｃおよび面取り部１３ｄ，１３ｄとシリンダヘッド１６の下面との間に環状のスキッシュエリア２６が形成される。ピストン中心軸Ｌｐ方向に見たキャビティ２５の形状はピストンピン１４の方向に長径が一致する楕円形状になる。その理由は、ピストン１３の頂面が平坦でなく、ペントルーフ状に形成されているからである。
【００１７】
前記スキッシュエリア２６の径方向の幅、つまり傾斜面１３ｂ，１３ｂ、平坦面１３ｃ，１３ｃおよび面取り部１３ｄ，１３ｄの部分での幅は一定ではなく、ピストン１３の円周方向に異なっている。即ち、ピストン中心軸Ｌｐと直交する平面におけるキャビティ入口径Ｄ（可変値）とシリンダボア径Ｂ（一定値）との比Ｄ／Ｂは、ピストン１３に円周方向に変化している。
【００１８】
図５はピストンピン１４の方向に沿うピストン１３の縦断面である。この断面位置ではピストン１３が直線状の頂部１３ａ，１３ａに沿って切断されており、頂部１３ａ，１３ａの両端には下向きに傾斜した面取り部１３ｄ，１３ｄが形成されている。面取り部１３ｄ，１３ｄの位置におけるスキッシュエリア２６の幅Ｓ１はピストン１３の円周方向において最小であるが、その位置におけるピストン１３の頂面とシリンダヘッド１６の下面との間のスキッシュクリアランスＨ１もピストン１３の円周方向において最小である。
【００１９】
図６はピストンピン１４に直交する方向に沿うピストン１３の縦断面であり、この断面位置ではピストン１３が平坦面１３ｃ，１３ｃにおいて切断されている。平坦面１３ｃ，１３ｃの位置におけるスキッシュエリア２６の幅Ｓ２はピストン１３の円周方向において最大であるが、その位置におけるピストン１３の頂面とシリンダヘッド１６の下面との間のスキッシュクリアランスＨ２もピストン１３の円周方向において最大である。
【００２０】
図７はピストンピン１４に対して６０°を成す方向に沿うピストン１３の縦断面であり、この断面位置ではピストン１３が傾斜面１３ｂ，１３ｂにおいて切断されている。傾斜面１３ｂ，１３ｂの位置におけるスキッシュエリア２６の幅Ｓ３は前記二つの幅Ｓ１，Ｓ２の間の値であり、その位置におけるピストン１３の頂面とシリンダヘッド１６の下面との間のスキッシュクリアランスＨ３も前記二つの高さＨ１，Ｈ２の間の値である。
【００２１】
以上にように、キャビティ入口径Ｄとシリンダボア径Ｂとの比Ｄ／Ｂが大きくなると、つまりスキッシュエリア２６の幅Ｓが小さくなるとスキッシュクリアランスＨが小さくなり、比Ｄ／Ｂが小さくなると、つまりスキッシュエリア２６の幅Ｓが大きくなるとスキッシュクリアランスＨが大きくなる。より具体的には、ピストン中心軸Ｌｐまわりの角度θの関数であるスキッシュエリア２６の幅Ｓ（θ）およびスキッシュクリアランスＨ（θ）が、Ｓ（θ）／Ｈ（θ）＝一定の関係を満たすように設定される。
【００２２】
しかして、圧縮行程においてピストン１３が上昇すると、ピストン１３の外周のスキッシュエリア２６に存在する空気がキャビティ２５の中心に向かって流れるスキッシュ流が発生し、フュエルインジェクタ２３が噴射した燃料との混合が促進される。このとき、スキッシュエリア２６の幅Ｓが小さいとスキッシュ流が弱くなり、スキッシュエリア２６の幅Ｓが大きいとスキッシュ流が強くなるため、スキッシュエリア２６の幅Ｓが円周方向に不均一であるとスキッシュ流の強さも円周方向に不均一になり、空気および燃料の混合が不充分になる可能性がある。
【００２３】
一方、スキッシュクリアランスＨが小さいとスキッシュ流が強くなり、スキッシュクリアランスＨが大きいとスキッシュ流が弱くなるため、上述したように、スキッシュエリア２６の幅Ｓ（θ）およびスキッシュクリアランスＨ（θ）がＳ（θ）／Ｈ（θ）＝一定の関係を満たすように設定することで、スキッシュ流の強さを円周方向に均一化して空気および燃料を充分に混合し、混合気の燃焼状態を改善して排気有害物質を低減することができる。
【００２４】
尚、ピストン１３が下降するときにはキャビティ２５からスキッシュエリア２６に向かう径方向外向きの逆スキッシュ流が発生するが、本実施の形態の構成によれば、スキッシュ流と同様に逆スキッシュ流の強さも円周方向に均一化することができる。
【００２５】
図８〜図１０は本発明の第２の実施の形態を示すもので、図８はピストンの頂面を示す図、図９はピストンの上部斜視図、図１０は図８の１０−１０線断面図である。
【００２６】
第２の実施の形態は、キャビティ入口径Ｄとシリンダボア径Ｂとの比Ｄ／Ｂ（つまりスキッシュエリア２６の幅Ｓ）が第１の実施の形態と同様に円周方向に変化しているが、スキッシュクリアランスＨの大きさは円周方向に一定に設定される。
【００２７】
その代わりに、スキッシュエリア２６の幅が最大となる平坦面１３ｃ，１３ｃとキャビティ２５との間に、前記平坦面１３ｃ，１３ｃと同じ高さに連なる切欠き１３ｅ，１３ｅが形成される。スキッシュエリア２６の幅Ｓが大きいためにスキッシュ流が強くなる傾向がある部分に切欠き１３ｅ，１３ｅを形成したことで、スキッシュ流が弱められてスキッシュクリアランスＨを増加させたのと同じ効果が得られ、第１の実施の形態と同様に、スキッシュ流の強さを円周方向に均一化して空気および燃料を充分に混合し、混合気の燃焼状態を改善して排気有害物質を低減することができる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２９】
例えば、第２の実施の形態では切欠き１３ｅ，１３ｅをピストン１３側に設けているが、その切欠き１３ｅ，１３ｅをシリンダヘッド１６側に設けても良いし、ピストン１３側およびシリンダヘッド１６側の両方に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施の形態に係るディーゼルエンジンの要部縦断面図
【図２】図１の２−２線矢視図
【図３】図１の３−３線矢視図
【図４】ピストンの上部斜視図
【図５】図３の５−５線断面図
【図６】図３の６−６線断面図
【図７】図３の７−７線断面図
【図８】第２の実施の形態に係るピストンの頂面を示す図
【図９】ピストンの上部斜視図
【図１０】図８の１０−１０線断面図
【符号の説明】
【００３１】
１３        ピストン
１３ｅ      切欠き
１６        シリンダヘッド
２３        フュエルインジェクタ
２５        キャビティ
Ｌｐ        ピストン中心軸
Ｈ          スキッシュクリアランス
【図１】
2008002399.tif 000003
【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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【図７】
2008002399.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008002399.tif 000011
【図１０】
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