(57)【要約】本発明は、燃料が燃料噴射ノズルによって複数の燃料噴霧の形態で燃焼室（４）内に直接噴射される自己点火式内燃機関に関する。燃焼室側のシリンダヘッド面（１ａ）の燃料付着は、凹部（６）の提供によって最小にされる。前記ピストン（２）が圧縮及び／又は膨張行程中のある位置に配置されるとき、ピストン（２）によってシリンダヘッド（１）に向かって反射される燃料の一部分は、少なくとも部分的に凹部（６）に入る。
2006510844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、シリンダヘッドとピストンキャビティを有するピストンとによって画定される燃焼室と、燃料の少なくとも一部が前記ピストンキャビティに衝突するように、前記燃料を前記燃焼室に直接導入するために機能する燃料噴射装置とを有する内燃機関において、少なくとも１つの凹部が前記燃焼室側のシリンダヘッド面に配置されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃焼室に導入された燃料の少なくとも一部が、前記ピストンキャビティによって前記シリンダヘッドに向かって反射され、かつ前記凹部に向かって少なくとも部分的に偏向されるように、前記凹部が前記燃焼室側のシリンダヘッド面に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記シリンダヘッドの前記凹部が、前記シリンダヘッドに向かって前記燃料が偏向されるピストン領域の上方に位置決めされることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の内燃機関。
【請求項４】
多数の凹部が前記燃焼室側のシリンダヘッド面に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
少なくとも１つの凹部が、前記ピストンキャビティのキャビティ縁部領域の上方の前記燃焼室側のシリンダヘッド面に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記凹部の断面形状が、円及び／又は楕円の部分の形状をとることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記凹部の断面形状が、多角形の部分の形状をとることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記凹部の平面形状が、円形又は楕円形であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記凹部の平面形状が、多角形であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記凹部が１〜１０ミリメートルの深さを有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文の特徴を有する直噴式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
自己点火及び直噴式の現在の内燃機関では、燃料がピストン頂部に衝突し、次に燃焼室で拡散されるように、多数の燃料噴霧が噴射ノズルによって燃焼室内に直接噴射される。燃焼を最適化するために、最近、燃焼室の燃料の拡散に影響を及ぼすピストンキャビティがピストン頂部に設けられている。このピストンキャビティは、燃焼室内に導入される燃料と燃焼空気との混合を改善するために使用される。
【０００３】
特許文献１は、直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室を開示しており、この燃焼室にピストンはキャビティを有し、キャビティの周縁方向にキャビティ壁部から可能な限り迅速に燃料を引き離すために、このキャビティの壁部に凹部が設けられる。最適化されたピストンキャビティにもかかわらず、燃焼室で反射した燃料はシリンダヘッドに向かって偏向され、この結果、エミッション及び煤粒子の形成はなお高く留まる。
【０００４】
【特許文献１】独国特許発明第４０３３８２２Ｃ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、燃料霧化の改良が内燃機関の燃焼室で達成されるように、請求項１の前文に記載の直噴式内燃機関を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する内燃機関によって達成される。
【０００７】
本発明による内燃機関の際立った特徴は、シリンダ、シリンダヘッドとピストンキャビティを有するピストンとによって画定される燃焼室、及び燃料の少なくとも一部が前記ピストンキャビティに衝突するように燃料を燃焼室に直接導入する燃料噴射装置であり、少なくとも１つの凹部が燃焼室側のシリンダヘッド面に設けられる。シリンダヘッドに設けられた凹部は、ピストンによってシリンダヘッドに向かって反射された燃料成分が、凹部の内部又は凹部近傍でさらに霧化されるようにする。このことは、燃焼中の燃焼室側のシリンダヘッド面への燃料の付着を最小にし、これによって粒子エミッションが低減される。
【０００８】
本発明による内燃機関の発展形態では、燃焼室に導入された燃料の少なくとも一部が、ピストンキャビティによってシリンダヘッドに向かって反射され、かつ凹部に向かって少なくとも部分的に偏向されるように、凹部は燃焼室側のシリンダヘッド面に配置される。燃焼室の燃料の霧化中に、このことは、ピストンが圧縮及び／又は膨張行程中のある位置にあるときに燃料の少なくとも一部がピストンキャビティ及び／又はピストン頂部によってシリンダヘッドに向かって反射された場合、偏向された燃料が、シリンダヘッドに配置された凹部に少なくとも部分的に入ることを保証する。これにより、反射された燃料の最適な均質化をもたらす。
【０００９】
本発明のさらなる発展形態によれば、少なくとも１つの凹部は、ピストンキャビティのキャビティ縁部領域の上方の燃焼室側のシリンダヘッド面に配置される。シリンダヘッドに向かって反射された燃料成分は、シリンダヘッドに向かって主に偏向されるか又はキャビティ縁部領域によって霧化されるので、燃料成分が通過するその領域に凹部を設けることが非常に有利である。凹部は、凹部の中心線がピストンキャビティ縁部の中心線と一致するように配置することが好ましい。反射された燃料を凹部の内部に偏向することにより、燃料が多数の噴霧の形態で燃焼室に噴射されるとき、偏向された燃料成分の霧化がさらに強化される。
【００１０】
本発明による内燃機関のさらなる発展形態において、多数の凹部が燃焼室側のシリンダヘッド面に配置される。各燃料噴射用に多孔ノズルを使用する場合、シリンダヘッドに向かって反射される燃料成分の最適な均質化を可能にするために、多数の凹部が設けられる。凹部は、各噴霧から偏向された燃料成分が凹部の少なくとも１つの中に少なくとも部分的に通過するように配置される。これによって、これらの燃料成分は燃焼空気とより強く混合、霧化、かつ蒸発され、この結果、これらの燃料成分は煤粒子の大きな形成なしに燃焼に関与することができる。
【００１１】
凹部の断面形状は、円及び／又は楕円の部分の形状をとることが好ましいが、断面の凹部は、同様に又は代わりに、多角形の部分の形状をとることが可能である。同時に、凹部は、１〜１０ミリメートルの深さを有することが好ましい。
【００１２】
さらなる特徴及び特徴の組み合わせが説明に記載されている。本発明の実際の例示的な実施形態を図面に単純化して示し、以下により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
自己点火及び直噴式の例示的な内燃機関は、長手方向に変位可能であるようにシリンダに保持されたピストン２とシリンダヘッド１との間に燃焼室４が形成される、少なくとも１つのシリンダを有する。
【００１４】
内燃機関は４サイクルの原理で機能する。第１の吸気行程において、燃焼空気は、２つの吸気バルブ８を介して燃焼室４に供給され、ピストン４は下死点に移動する下向き運動にある。引き続く圧縮行程において、上向き運動のピストン４は、燃焼空気が圧縮され、また圧縮行程の終わりに、燃焼室に配置された燃料噴射ノズル５によって燃料が燃焼室内に噴射されるように運動する。
【００１５】
燃料噴射ノズル５は、シリンダヘッド１の中央に好ましくは配置される多孔噴射ノズルの形状を有する。燃料噴射ノズル５は、信号線（図示せず）とアクチュエータ、例えば圧電アクチュエータとを介して電子制御ユニット（図示せず）によって作動される。次に、ピストンは第３の膨張行程で膨張し、その後、燃焼中に形成された排気ガスは引き続く第４の行程において排気バルブ７を介して燃焼室４から排出される。
【００１６】
燃料噴射ノズル５は、シリンダヘッド１とピストン２とによって画定される図１の燃焼室４内に燃料を直接噴射し、この結果、燃料の少なくとも一部はピストンキャビティ３及び／又はピストンキャビティ壁３ｂに衝突する。燃焼室側のシリンダヘッド面１ａに配置された凹部６は、燃焼室に導入された燃料の一部がピストンキャビティ３によってシリンダヘッド１に向かって反射され、ここで、燃料の一部が凹部６によって収容され、この結果、偏向された燃料の均質化が燃焼の開始前にも確実にされることを保証する。したがって、凹部６は、燃料がシリンダヘッド１に向かって偏向されるピストン領域の上方のシリンダヘッド１に位置決めすることが有利である。本発明の例示的な実施形態によれば、凹部６は、ピストンキャビティ３のキャビティ縁部領域３ａの上方の燃焼室側のシリンダヘッド面１ａに配置される。
【００１７】
図２によれば、凹部６は、燃焼室側のシリンダヘッド面１ａに配置され、多数の凹部が可能である。燃料噴射ノズル５が多孔ノズルの形態を有するならば、このことは特に有利である。この場合、図４による噴射ノズルから出る燃料噴霧９は、ピストンが圧縮行程の終わりの位置にあるときにピストンキャビティ３の偏向壁に衝突し、この結果、偏向燃料１０の一部は、ピストンキャビティ内部の燃焼空気と混合し、他の側で凹部６に向かって反射され、その結果、シリンダヘッド１に向かって偏向された燃料成分は、凹部６の内部で又は凹部によって生成された乱流によってさらに均質化される。
【００１８】
燃料噴射は定時噴射であるか、代わりに燃料を吸気行程中に及び／又は圧縮行程時に予備噴射することが可能である。定時の予備噴射も同様に実行可能である。吸気行程及び／又は圧縮行程中に獲得された予備噴射の燃料量からの混合気形成は、空気過剰の大きい燃焼の場合、燃料が燃焼室の全体にわたって微細にかつ広範囲に拡散されるので、大きな煤形成が回避されることを意味する。その後の主噴射の場合、設けられた凹部と相互作用するピストンキャビティ形状により、ピストンキャビティによって凹部内部のさらに強力な乱流混合が偏向された燃料成分に施される。これは、シリンダヘッドに向かって反射された燃料成分の均質化を保証し、この結果、主噴射の燃焼段階の煤形成が実質的に低減される。
【００１９】
形成された燃料空気混合気の燃焼を強化するために、スワールが燃焼空気インテークで付与され、燃焼の霧化及び均質化を高める。ピストンが圧縮行程中にシリンダヘッドに向かって上方に移動するとき、燃焼空気は、燃料霧化のさらなる強化が行われるように、ピストン頂部２ａの凹みがないピストン頂部の縁部領域とシリンダヘッド１との間のクエンチ間隙１５ａによって圧縮され、同時に燃焼室４の中央領域に押し退けられる。用意された凹部によってこのプロセスに悪影響を及ぼさないために、半径６ａを有する燃焼室側のシリンダヘッド面１ａに向かうスキッシュ流１５の方向に、凹部６の過渡的な領域が設けられ、この結果、燃焼室４の中心に向かって押し退けられた圧縮燃焼空気は、燃焼室４の中心に向かって燃焼室側のシリンダヘッド面１ａに沿って妨げられずに流れることができる。
【００２０】
図４は、噴射された燃料噴霧９が、一部は第１の燃料噴霧１０の形態でピストンキャビティ３の内部に部分的に偏向され、また一部は別の燃料噴霧１０ａの形態でシリンダヘッドに向かって反射されるかを示している。シリンダヘッドに向かって反射された燃料成分の経路を延長して、その結果、燃焼空気と共に形成された燃料噴霧１０の混合及び／又は均質化を強化するために、これらの燃料成分は、キャビティ壁部３ａのキャビティ縁部領域を通して凹部６の内部に偏向され、ここで燃焼成分は燃焼空気とさらに混合される。
【００２１】
この場合、凹部６の中心線６ｂがピストンキャビティ縁部３ａの接線３ｂ又は中心線と一致するか、あるいはそれから５ミリメートル以上逸脱しないならば有利である。このことは、燃料の燃焼中の煤粒子の形成が少なくなり、また排気エミッションのより少ない最適化燃焼が一般に獲得されることを意味する。燃料が多数の噴霧の形態で燃焼室に導入されるならば、ピストン２によってシリンダヘッド１に向かって反射された燃料が凹部６の内部に少なくとも部分的に反射されるように、図６によるシリンダヘッドに多数の凹部を配置することが有利である。ここで、凹部６は、燃料がシリンダヘッド１に向かって偏向される領域を越えて延在する。この場合、凹部６は、シリンダヘッド１に配置されたバルブシート領域に直接近接して配置し得る。
【００２２】
図５ａ〜図５ｄによれば、シリンダヘッドに設けられる凹部は、様々な形状及び異なる設計を有することが可能である。凹部の断面形状は半円でもよい。しかし、多角形の部分の形態の断面形状で凹部を設計することも実行可能である。平面図では、凹部は、さらに円形状でもよい。代わりに、凹部の平面形状を楕円形にすることも同様に実行可能である。平面図では、凹部は同様に多角形でもよい。凹部は、１〜１０ミリメートルの深さを有することが好ましい。
【００２３】
本発明は、多数の噴霧９の形態の燃料が燃料噴射ノズル５によって燃焼室内に直接噴射され、燃焼室側のシリンダヘッド面への燃料付着が凹部の提供によって最小にされる自己点火による内燃機関に基づいている。これにより、ピストンが圧縮及び／又は膨張行程中のある位置にあるときにピストンによってシリンダヘッドに向かって反射された燃料の一部が、少なくとも部分的に凹部に入ることが保証される。
【００２４】
自己点火及び直接燃料噴射を有する２行程内燃機関用の例示的な変形実施形態に、本発明による凹部を有する前述の燃焼室構造を使用することも実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】自己点火及び直噴式内燃機関の燃焼室の断面図である。
【図２】図１による内燃機関の燃焼室側のシリンダヘッド面の概略平面図である。
【図３ａ】図２による断面線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図３ｂ】図２による断面線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図４】自己点火及び直噴式内燃機関の燃焼室の概略断面図である。
【図５ａ】本発明による凹部の様々な形状の断面図である。
【図５ｂ】本発明による凹部の様々な形状の断面図である。
【図５ｃ】本発明による凹部の様々な形状の平面図である。
【図５ｄ】本発明による凹部の様々な形状の平面図である。
【図６】燃焼室側のシリンダヘッド面の第２の実施形態の平面図である。
【図１】
2006510844.tif 000003
【図２】
2006510844.tif 000004
2006510844.tif 000005
【図４】
2006510844.tif 000006
2006510844.tif 000007
【図６】
2006510844.tif 000008
【国際調査報告】
2006510844.tif 000009
2006510844.tif 000010
2006510844.tif 000011
2006510844.tif 000012
2006510844.tif 000013
2006510844.tif 000014