(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁が曲面をなす凹部が中央に形成されたピストンヘッドと、
前記ピストンヘッドを有するピストンが上死点にあるときに前記ピストンヘッドの凹部の曲面から滑らかに繋がる曲面をなす凹面が形成されたバルブヘッドと、
前記ピストンヘッドの凹部と前記バルブヘッドの凹面とを含んで形成された燃焼室内に配設され、前記バルブヘッドに直接燃料を噴射するインジェクタとを備えた、
直噴式エンジンの燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の直噴式エンジンの燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のディーゼルエンジンの燃焼室構造の構成を示す図である。図４に示すように、エンジン１００の燃焼室１１１は、シリンダブロック１１２に形成されたシリンダ１１２ａと、該シリンダ１１２ａ内を往復動するピストン１１３の頂面１１３ａと、吸排気ポート１１４ａ、１１４ｂをそれぞれ開閉する吸気弁１１５及び排気弁１１６が配設されたシリンダヘッド１１４の、ピストン１１３の頂面１１３ａと対向する下面１１４ｃとで構成されている。
【０００３】
ピストン１１３の頂面１１３ａには、シリンダヘッド１１４の下面１１４ｃから離れる方向に凹となる円形のキャビティ１３０が形成されており、キャビティ１３０内の空間も燃焼室１１１を構成している。そして、キャビティ１３０もしくは燃焼室１１１の中央に先端部が位置するように、シリンダヘッド１１４に燃料噴射弁１１７が取り付けられている。
【０００４】
燃料噴射弁１１７の先端部の周囲には複数の噴孔１１７ａが形成され、ピストン１１３の圧縮上死点近傍において、キャビティ１３０の周辺に向けて放射状に燃料を噴射するように構成されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２１４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術においては、以下のような課題があった。すなわち、エンジンにおいて燃料噴射弁１１７における燃料の噴射のタイミングと、ピストン１１３の往復運動の位相とは一致しない。これは、ピストン１１３のキャビティ１３０内において噴孔１１７ａから噴射される燃料の到達位置がピストンの上死点毎に異なることを意味し、燃焼室１１１周縁のスキッシュエリアへの燃料の漏れ量を変動させ、キャビティ１３０における空燃比の低下、変動を引き起こし、安定した燃焼の妨げとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ディーゼルエンジンのような直噴式エンジンにおいて、燃料の噴射を安定させ、安定した燃焼を実現することが可能な直噴式エンジンの燃焼室構造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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の側面は、内壁が曲面をなす凹部が中央に形成されたピストンヘッドと、前記ピストンヘッドを有するピストンが上死点にあるときに前記ピストンヘッドの凹部の曲面から滑らかに繋がる曲面をなす凹面が形成されたバルブヘッドと、前記ピストンヘッドの凹部と前記バルブヘッドの凹面とを含んで形成された燃焼室内に配設され、前記バルブヘッドに直接燃料を噴射するインジェクタとを備えた、直噴式エンジンの燃焼室構造である。
【０００９】
なお、本発明は、他の側面として、前記バルブヘッドを収容するシリンダヘッドの内壁はペントルーフ形状を有するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような本発明は、直噴式エンジンにおいて、燃料の噴射を安定させ安定した燃焼を実現することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造の構成を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造の構成を模式的に示す平面図
【図４】従来の直噴式エンジンの燃焼室構造の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造の構成を示す断面図であり、図３は、本発明の実施の形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造の構成を模式的に示す平面図であり、図１は図３のＡ−Ａ直線による断面図として、図２は図３のＢ−Ｂ直線による断面図として、それぞれ示される。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態における直噴式エンジンの燃焼室構造１は、ディーゼルエンジンを例に取り、シリンダブロック１０、シリンダブロック１０の上方に位置するシリンダヘッド２０、シリンダブロック１０内を往復するとともに図示しないコンロッドに連結されるピストン３０を主要な構成として備える。シリンダヘッド２０においては、ピストン３０のピストンヘッド３１とともに燃焼室５０を形成する内壁２０ｘ並びに燃焼室５０と連通する吸気ポート２１ｘ及び排気ポート２２ｘが形成される。
【００１５】
燃焼室５０内には吸気バルブのバルブヘッド４１ａが、図示しないカム等の機構により動作するバルブステム４１ｂにより上下動自在に固定される。同様に、燃焼室５０内には、排気バルブのバルブヘッド４２ａがバルブステム４２ｂにより上下動自在に固定される。
【００１６】
シリンダヘッドの内壁２０ｘは、バルブステム４１ｂ及び４２ｂに略直交してなるペントルーフ形状を形成し、したがって、バルブステム４１ｂ及び４２ｂは、それぞれシリンダの延出方向に対して斜行して配置され、図２に示すように、内壁２０ｘのバルブヘッド４１ａ及び４１ｂが設けられていない面は、ピストンヘッド３１に対して交差する略円錐面を形成している。
【００１７】
更に、シリンダヘッド２０にはインジェクタ６０が装着されており、先端が燃焼室５０の天井に露出している。
【００１８】
次に、燃焼室５０の構成を説明する。燃焼室５０の内壁は、シリンダヘッド２０の内壁２０ｘ、バルブヘッド４１ａ及び４２ａの表面、並びにピストンヘッド３１の中央に形成されたキャビティ３１ｘの内壁により形成される。
【００１９】
バルブヘッド４１ａの表面には、中央がバルブステム４１ｂ側に向かって後退するように湾曲してなる凹部４１ｘが形成され、同様に、バルブヘッド４２ａの表面には、中央がバルブステム４２ｂ側に向かって後退するように湾曲してなる凹部４２ｘが形成される。
【００２０】
ピストンヘッド３１のキャビティ３１ｘは、インジェクタ６０の先端に向かって突出して形成された突出部３１ｘ１の周囲に、平面視すなわち図３の平面図の方向から見て環状に形成され、突出部３１ｘ１及び周縁の間が、シリンダの下方に向かって凸に突出するよう湾曲してなる態様を有する。更に、キャビティ３１ｘの周縁と、バルブヘッド４１ａ及び４２ａの凹部４１ｘ及び４２ｘとは、図１に示すように、ピストン３０がシリンダ内にて上死点にある際に、滑らかに繋がる曲面を形成している。
【００２１】
次に、インジェクタ６０は、先端に４つの燃料噴射口６１ｘと４つの燃料噴射口６１ｙとが交互に配置して設けられている。燃料噴射口６１ｘは燃料噴射口６１ｙより大きな憤孔径を有し、図３に示すように、平面視において燃料噴射口６１ｘはバルブヘッド４１ａ及び４２ａにそれぞれ対向して配置され、燃料噴射口６１ｙは隣接するバルブヘッドの間に対向して配置される。
【００２２】
更に、図１及び２に示すように、側面視において燃料噴射口６１ｘはそれぞれバルブヘッド４１ａ及び４２ａの凹部４１ｘ及び４２ｘに対向して配置されるとともに、燃料噴射口６１ｙは燃料噴射口６１ｙよりもピストン３０向きに傾斜して、ピストンヘッド３１のキャビティ３１ｘの表面に対向して配置される。
【００２３】
以上の構成において、直噴式エンジンの燃焼室構造１は本発明の直噴式エンジンの燃焼室構造に相当し、ピストンヘッド３１は本発明のピストンヘッドに相当し、バルブヘッド４１ａ及び４２ａは本発明のバルブヘッドに相当し、インジェクタ６０は本発明のインジェクタに相当する。また、キャビティ３１ｘは本発明のピストンヘッドの凹部に相当し、バルブヘッド４１ａ及び４２ａの凹部４１ｘ及び４２ｘは、本発明のバルブヘッドの凹面に相当する。
【００２４】
以上の構成を有する本実施の形態の直噴式エンジンの燃焼室構造１は、バルブヘッド４１ａ及び４２ａの凹部４１ｘ及び４２ｘ及びピストンヘッド３１のキャビティ３１ｘにより形成される燃焼室５０において、ピストン３０がシリンダ内にて上死点にある際に、滑らかに繋がる曲面を形成しており、インジェクタ６０の燃料噴射口６１ｘがバルブヘッド４１ａ及び４２ａの凹部４１ｘ及び４２ｘにそれぞれ対向して配置された構成を備えたことを特徴とする。
【００２５】
すなわち、図１に示すように、本実施の形態においては、上記構成を備えたことにより、インジェクタ６０の燃料噴射口６１ｘから噴射された燃料Ｆ１は、バルブヘッド４１ａ及び４２ａの凹部４１ｘ及び４２ｘに衝突し、その表面に沿って図中矢印に沿ってキャビティ３１ｘ内に回り込み、突出部３１ｘ１を経由してインジェクタ６０へ帰還するようにループする軌跡を描く流れを形成する。
【００２６】
以上の動作において、燃料Ｆ１の到達位置は、ピストン３０の位置に依らず常に燃焼室の５０の一定の位置に固定される。したがって、燃焼室５０周縁のスキッシュエリアへの燃料の漏れ量の変動が抑制される。さらに、燃料Ｆ１の噴霧が、燃料室内でループする軌跡を描くことにより、燃焼室５０内にて安定した形状を保ちつつ拡散することで、燃料の噴出タイミングとピストン３０の往復運動の位相差に伴い生ずるスキッシュエリアへの燃料漏れの影響を軽減して、燃焼室５０内の燃焼ムラを低減する。したがって、燃料の噴射を安定させ、安定した燃焼を実現することが可能となる。
【００２７】
更に、本実施の形態においては、インジェクタ６０の燃料噴射口６１ｙが、燃焼室５０内にてバルブヘッド４１ａ及び４２ａに対向しない位置であって、ピストンヘッド３１のキャビティ３１ｘに向かって傾斜して配置された構成を備えたことを特徴とする。これにより、燃料Ｆ２の到達位置は、燃料噴射口６１ｘから噴射された燃料Ｆ１の到達しにくい箇所に及ぶこととなり、燃焼室５０内における空気利用効率を向上させることができる。
【００２８】
したがって、安定した燃焼を実現することが可能となる。
【００２９】
更に、本実施の形態においては、シリンダヘッド２０側において燃焼室５０を構成する内壁２０ｘがペントルーフ形状を備えたことを特徴とする。これにより、吸気バルブのバルブヘッド４１ａの寸法を大型化して、燃焼室５０における空気の導入量を増加させ、安定した燃料を実現することが可能となる。
【００３０】
以上のように、本発明の実施の形態の直噴式エンジンの燃焼室構造１によれば、バルブヘッド４１ａ及び４２ａの凹部４１ｘ及び４２ｘ及びピストンヘッド３１のキャビティ３１ｘにより形成される燃焼室５０において、ピストン３０がシリンダ内にて上死点にある際に、滑らかに繋がる曲面を形成しており、インジェクタ６０の燃料噴射口６１ｘがバルブヘッド４１ａ及び４２ａの凹部４１ｘ及び４２ｘにそれぞれ対向して配置された構成を備えたことにより、燃料の噴射を安定させ、安定した燃焼を実現することが可能となる。
【００３１】
しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００３２】
上記の説明においては、インジェクタ６０は燃料噴射口６１ｘと燃料噴射口６１ｙとが交互に配置して設けられている構成としたが、少なくとも燃料噴射口６１ｘが設けられる構成であればよい。
【００３３】
更に、上記の説明においては、シリンダヘッド２０の内壁２０ｘはペントルーフ形状であるとしたが、従来例同様、ピストンヘッド３１と平行な面を形成するものであってもよい。
【００３４】
更に、本発明は、例えば、ディーゼルエンジン自動車の他、ハイブリッド自動車、二輪車、船舶他、直噴式エンジンにより動作する任意の輸送機器及び当該機器に用いられる任意の構成のエンジンにおいて実施してもよい。
【００３５】
以上のように、本発明は、直噴式エンジンの燃焼室構造であって、内壁が曲面をなす凹部が中央に形成されたピストンヘッドと、前記ピストンヘッドを有するピストンが上死点にあるときに前記ピストンヘッドの凹部の曲面から滑らかに繋がる曲面をなす凹面が形成されたバルブヘッドと、前記ピストンヘッドの凹部と前記バルブヘッドの凹面とを含んで形成された燃焼室内に配設され、前記バルブヘッドに直接燃料を噴射するインジェクタとを備えたものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。
【００３６】
したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のような本発明は、直噴式エンジンにおいて、燃料の噴射を安定させ、安定した燃焼を実現することが可能になるという効果を奏し、例えばディーゼルエンジンを搭載した車両への適用において有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１  直噴式エンジンの燃焼室構造
１０  シリンダブロック
２０  シリンダヘッド
２０ｘ  内壁
２１ｘ  吸気ポート
２２ｘ  排気ポート
３０  ピストン
３１  ピストンヘッド
３１ｘ  キャビティ
３１ｘ１  突出部
４１ａ、４２ａ  バルブヘッド
４１ｂ、４２ｂ  バルブステム
４１ｘ、４２ｘ  凹部
５０  燃焼室
６０  インジェクタ
６１ｘ、６１ｙ  燃料噴射口
【図１】
0006636836.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006636836.tif 000004
【図４】
0006636836.tif 000005