(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンブロック（Ｂ）内に画定される少なくとも１つのシリンダと、前記シリンダに関連する燃焼室（ＣＯ）の範囲を定める底面（Ｈ１）を有するシリンダヘッド（Ｈ）と、前記シリンダに関連する少なくとも２つの吸気弁（ＶＡ１、ＶＡ２）及び２つの排気弁（ＶＳ１、ＶＳ２）とを備えており、前記シリンダヘッド（Ｈ）に形成されており且つ前記燃焼室の範囲を定める前記シリンダヘッド（Ｈ）の前記底面（Ｈ１）で終わる吸気管及び排気管（Ａ１、Ａ２、Ｓ１、Ｓ２）をそれぞれ制御し、
前記底面は、平面であり且つシリンダ軸（ＣＸ）に対して直交しており、
前記吸気弁及び前記排気弁（ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＳ１、ＶＳ２）の各々は、８°より大きな角度（α）だけ前記シリンダ軸（ＣＸ）に対して傾けられている弁軸（ＶＸ）を有している、ディーゼルエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドの前記底面（Ｈ１）は、前記燃焼室の範囲を定め、前記シリンダ軸（ＣＸ）に直交し、且つ前記シリンダヘッド（Ｈ）の前記底面（Ｈ１）から離れている、平坦面部（ＣＯ１）を含んでおり、
前記平坦面部（ＣＯ１）は、前記シリンダと同心の円形面であり、この円形面は、実質的に円錐形の環状面部（ＣＯ２）を通じて、前記シリンダヘッド（Ｈ）の前記底面（Ｈ１）に繋がっており、前記環状面部（ＣＯ２）は、ドームのように丸められた又は弓形の断面を有している、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記吸気管及び前記排気管（Ａ１、Ａ２、Ｓ１、Ｓ２）の各々は、前記吸気弁及び前記排気弁の各々の弁軸（ＶＸ）と同軸で前記吸気弁及び前記排気弁の各々の前記シリンダヘッドのための弁座として働く末端縁（５）を備えており、
前記末端縁（５）は、先細りの環状面（６）を通じて前記シリンダヘッドの前記底面（Ｈ１）に繋がっており、前記環状面（６）は、前記弁軸（ＶＸ）と同軸であり、且つその弁軸との間に０°と６０°との間に含まれる角度（β）を形成している、ことを特徴とする請求項１に記載の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、エンジンブロック内に画定される少なくとも１つのシリンダと、前記シリンダに関連する燃焼室の範囲を定める底面を有するシリンダヘッドと、前記シリンダに関連する少なくとも２つの吸気弁及び排気弁とを有する形式のディーゼルエンジンに関しており、ディーゼルエンジンは、前記シリンダヘッド内に形成され且つ燃焼室の範囲を定めるシリンダヘッドの前記底面で終わる吸気管及び排気管をそれぞれ制御し、前記面は主に平面且つシリンダ軸に対して直交しており、前記吸気弁及び前記排気弁の各々は、８°より大きな角度でシリンダ軸に対して傾けられている弁軸を有している。
【背景技術】
【０００２】
この型のエンジンは、文献DE 101 50 721 A1又は文献EP 1 835 143 A1から知られている。
【０００３】
多くの従来型のディーゼルエンジンにおいて、前記吸気弁及び前記排気弁は、３−４°より大きくない角度でシリンダ軸に対して傾けられている弁軸を有している。燃焼室の範囲を定めるヘッドの面は、シリンダヘッドの底面と実質的に同一平面上にある平面（いわゆる「炎板」）である。ピストンが上死点にあるとき、燃焼室はほとんど全体的にピストンのヘッドで得られるキャビティ（いわゆる「ボウル(bowl)」）によって画定される。
【０００４】
エンジンの作動中に、燃焼室に噴射されたディーゼル燃料の適当な混合及びその後の理想的な燃焼を保証するのに必要とされる、空気の運動は、「スワール(swirl)」と呼ばれる、シリンダ軸に対して平行な軸を有するボルテックス(Vortex)によって特徴付けられる。このようなスワール運動は、添付図面の図１において矢ＳＷによって表示されており、図１は、シリンダ軸に対して直交する面において、参照番号１を用いて表示され、シリンダに関連する燃焼室１を示しており、燃焼室の中に、２つの吸入菅Ａ１、Ａ２及び２つの排気管Ｓ１、Ｓ２が到達している。従来技術によれば、第１吸気管Ａ１は、渦巻き状端を有しており、空気流に対して図１において矢Ｃによって表示される螺旋運動に影響を及ぼすのに適しており、一方、第２吸気管Ａ２は、燃焼室の軸に対して接線となる方向に沿って燃焼室内に到達する空気流を案内する。吸入管の上述した形状は、望ましいスワール運動ＳＷを生成するために選択されている。更に、エンジンの作動において、シリンダにおける圧縮段階の間、シリンダ内で吸入弁は閉じられており、空気運動の過度は、空気ボルテックスがピストンの上昇の間に上述の「ボウル」の中に押し込まれるという事実による、いわゆる「スピンアップ(spin-up)」現象によって決定される。「ボウル」における空気ボルテックスの範囲の減少は、運動量保存の法則により、速度の増大をもたらす。スワールは、「スワール比」によって定量的に表現される（Rs=Ωeq z/Ωmot、ここでΩeq zは、シリンダ軸周りの流動性ボルテックスの回転速度に等しく、質量分布の角運動量と慣性運動量との間の比として意図されており、一方Ωmotは、駆動軸の回転速度である。）
【０００５】
吸気段階及び圧縮段階の間、従来のディーゼルエンジンにおけるスワール比の変化は、添付図面の図２に図示されている。このような図における図表は、圧縮のための理想値の達成が、クランク角の３６０°で、スワール運動によって殆どもたらされており、スワール運動は、吸入管の形状（１２０°と３２０°との間に含まれる図表部分を見よ）によって、且つ最後の圧縮段階に対応する最後の部分のために「スピンアップ」現象によって、生成されている。
【０００６】
「スピンアップ」は、その代わり、従来のガソリンエンジンの場合には比較的低く、吸気弁及び排気弁は通常シリンダの軸に対してかなり傾けられた弁軸を有しており（通常、８°より大きな角度）、このため、燃焼室の範囲を定めるシリンダヘッドの面は、シリンダヘッドの底面において同一の平面ではないが、ピストンが上死点にあるときに燃焼室の容量のかなりの部分を形成する空洞によって画定される。
【０００７】
ガソリンエンジンの場合、燃焼のための理想的な乱流に寄与する主空気運動は、タンブル(tumble)と呼ばれる水平軸のボルテックスで構成されている。添付図の図３は、参照のために、吸気行程（図の左部分）及び圧縮行程（図の右部分）の間の、ガソリンエンジンのシリンダ内における上述のタンブル運動を示している。図３の表示は、破線III-IIIに沿う部分であり、このような図の中において、吸気弁及び排気弁の弁軸を通って示されている。更に、このような表示は、丁度燃焼室、すなわちシリンダヘッドによって画定される燃焼室の面とピストンの上面（図の右部分において高い位置に描かれている）との間に含まれる部分を示している。
【０００８】
ディーゼルエンジン及びガソリンエンジンにおけるエンジン弁の異なった勾配は、エンジンを組み立てるときに複雑さを発生させ、これにより、そういったエンジンを組み立てることだけでなく構成要素や構造ラインを接合することを複雑にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ディーゼルエンジンの燃焼室の新しい形状を提供することにあり、そのディーゼルエンジンは、少なくとも与えられた程度まで、ガソリンエンジンの構造を有するようなエンジンの構造を規格化することを許容でき、そのようなエンジンを製造し組み立てるときに、考えられる簡素化とコストの低減とを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、このような目的は、添付の請求項１に示される特徴により得られている。本発明の更に好ましく有利な特徴は、添付の従属請求項に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、既に上述したように、従来のディーゼルエンジンの燃焼室を示している。
【図２】図２は、既に上述したように、従来のディーゼルエンジンのスワール比の変化を示している。
【図３】図３は、既に上述したように、従来のディーゼルエンジンのタンブル運動を示している。
【図４】図４は、本発明に係る燃焼室のシリンダの軸に対して直交する平面における表示である。
【図５】図５は、図４のV-V線、VI-VI線に係る断面図である。
【図６】図６は、図４のV-V線、VI-VI線に係る断面図である。
【図７】図７は、図４のVII-VII線に係る更なる表示である。
【図８】図８は、本発明に係る燃焼室を画定するシリンダヘッドの底面の斜視図である。
【図９】図９は、従来のディーゼルエンジンのスワール比と比較した、燃焼室の場合における、寸法により発生するスワール比の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
これより、添付図面を参照して本発明が説明され、純粋に非限定的な例として提供されている。
【００１３】
添付図面の図４を参照すると、このような図において、図１の部分と共通する部分は、同一の参照符号を用いて示されている。
【００１４】
本発明に係る燃焼室の場合においてさえ、２つの吸気管及び２つの排気管が設けられている。２つの吸気管Ａ１、Ａ２は、従来の形状を有しており、シリンダ軸に対して、一方は渦巻状の端部を有しており、他方は接線の端部を有している。排気管Ｓ１、Ｓ２も従来の形状を有している。図４は、模式的に、燃料噴射器（図８で見ることができ、そこで参照符号３を用いて示されている）のための、燃焼室の中心における弁座２を示している。グロープラグのための弁座４も示されている。最後に、図４及び図７に、吸気弁ＶＡ１、ＶＡ２及び排気弁ＶＳ１、ＶＳ２の柄(stem)の筒状ガイド位置Ｇが示されており、ガイド位置Ｇは従来のきのこ形状を有しており、図８に示される底部ヘッドを有しており、底部ヘッドは、弁の閉位置において、燃焼室で終わる管Ａ１、Ａ２、Ｓ１、Ｓ２の端部の端５によって画定される各弁座に対して設けられている。
【００１５】
最後に、図５、６において、参照符号Ｐは、エンジンシリンダ内をスライド可能なピストン（このような図面において上死点において示されている）を示すために用いられており、参照符号Ｂ及びＨはそれぞれ、シリンダ及びシリンダヘッドが得られているエンジンブロックの本体を示しており、シリンダ及びシリンダヘッドの底面は、Ｈ１を用いて示されている（図８も参照せよ）。
【００１６】
本発明に係るエンジンの主要な特徴は、吸入弁及び排気弁の双方が、８°よりも大きな角度α°だけシリンダの軸ＣＸに対して傾いている弁軸ＶＸ（図７）を有している、という事実にある。これらの弁のこのような勾配は、圧縮段階の間中、スワールボルテックスを壊す欠点を有する、シリンダヘッド内の大きな凹部の生成を強いており、これにより「スピンアップ」効果を危うくしている。円錐台状(frusto-conical-shaped)に示される燃焼室が、この現象を克服するために、シリンダヘッドに作られた。このため、本発明に係るエンジンでは、ピストンが上死点にあるときに（図５、６を参照せよ）、（従来の形状に対してそれほど深くはない）ボウルＰ１だけでなく、実質的に円錐台の(frusto-conical)キャビティによって、燃焼室が画定されている。円錐台のキャビティは、参照符号ＣＯを用いて、図５、６に全体として示されており、底面Ｈ１の中に得られている。
【００１７】
より正確には、図示された実施形態を参照すると、キャビティＣＯは、図８においてＣＯ１で示される円形主中央部を備えており、円形主中央部ＣＯ１は、平坦であり、高さＨの平坦底面Ｈ１と平行であり、そこから高さｈだけ離れている（図５、６参照）。キャビティＣＯの平坦円形中央部ＣＯ１は、環状部ＣＯ２によってヘッドの底面Ｈ１に繋がっており、環状部ＣＯ２は、実質的に円錐形であり、より正確には、わずかに丸くされるか弓形で、ドームのような断面を有している。
【００１８】
このように画定された燃焼室は、吸入段階の間、スワール運動の生成を可能とするが、理想的なスワール終値の達成に重大である「サインアップ」効果は、相当に低い。この欠点を克服するために、そこからヘッドの底面に端部を接続する、吸気管、排気管、及び面は、理想値を達成するのに十分な、より強いスワール運動を形成するやり方で作られており、理想値は、従来のエンジンでは、圧縮後、吸入段階から直ぐに実現される。このような特徴は明らかに図７に示されている（図７で、ヘッドのキャビティ及び管は、一体型部品として示されており）。吸入管Ａ２に関して、その末端縁５は、各弁ＶＡ２のための弁座を画定し、ヘッドの底面Ｈ１及び圧縮室（図８を参照せよ）のキャビティＣＯの面に先細りの同心環状面６を通じて接続されている。環状面６は、弁軸ＶＸと同軸であり、且つその弁軸との間に０°（シリンダの働き）と６０°との間で変化する角度βを形成している。角度βは、主吸入管Ａ１及び副吸入管Ａ２に関して異なっていても良く、同様の場合は、排気管に、互いに対して及び吸入管に対して適用する。このような角度の選択は、随意にスワールの最終値を調整することを可能にする。
【００１９】
図９において、線Ｔは、以前に図２に示された図表を指している。この図表は、従来のディーゼルエンジンにおけるスワール比の変化を示している。一方、線Ｎは、本発明に係るエンジンにおけるスワール比の変化を示している。以前に示したように、本発明に係るエンジンは、「スピンアップ」効果が実質的に存在しないという事実にも拘わらず、吸入段階の間のスワール効果の増大により、圧縮段階の終期に、スワール比を実質的に同様に達成できる。示されるように、このような増大は、燃焼室の特有の形状及び上述した面６の接続による。同時に、ガソリンエンジンに用いられている弁と同様の角度にしたがって傾けられている弁の配置は、ガソリンエンジンの製造に対してディーゼルエンジンの製造を単純化し且つ共通化することを可能にする。このことは、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジンのためのシリンダヘッドに同一の構成を用いる可能性によるだけでなく、同一の構成要素の使用がそれに続いて起こり、作動弁のシステムを共通化する。本発明に係るディーゼルエンジンは、上述した形状のため、従来のエンジンと比べてかなり小さな全高を有している。実際、シリンダヘッド及び弁作動システムは、弁リフト値を選択した後、弁の勾配のため、高さにおいてコンパクトである。燃焼室の一部がシリンダヘッドの中に得られるという事実は、ピストン内のボウルの高さを減少することを可能にしている。これにより、ピストンは、より低い圧縮高さ（ピン軸とピストン上面との距離）とより小さい重量とを得ている。これらの要因は、エンジンブロックの高さの低下に、（圧縮高さの場合に）直接、又は（高さの場合に）間接に、影響を及ぼしている。このため、本発明は、様々な観点から見て、相当な利点を得ることを可能にしている。
【００２０】
当然、本発明の原理を損なうことなく、本発明の保護の範囲から逸脱せずに、詳細な構造や実施形態は、単に実施例として記述され且つ図示されたものから、大きく変化しても良い。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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