(57)【要約】【課題】燃焼室内の熱損失を低減可能な直接噴射式内燃機関を提供する。【解決手段】気筒内に設置される燃料噴射弁５と、気筒の燃焼室の一部を構成すべくピストン２に形成されたキャビティ３と、を備えた直接噴射式内燃機関１であって、キャビティ３を形成する側壁面３ｂには、ピストン２の軸線ＡＸ方向の回りに沿って形成された凸部４が設けられ、燃料噴射弁５が、凸部４よりも上方の側壁面３ｂに向けて燃料を噴射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に設置される燃料噴射弁と、前記気筒の燃焼室の一部を構成すべくピストンに形成されたキャビティと、を備えた直接噴射式内燃機関であって、
前記キャビティを形成する側壁面には、前記ピストンの軸線方向の回りに沿って形成された凸部が設けられ、前記燃料噴射弁が、前記凸部よりも上方の側壁面に向けて燃料を噴射する直接噴射式内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射弁には、複数の噴孔が設けられ、前記側壁面には、前記軸線方向に沿って形成された複数の隆起部が設けられ、
前記燃料噴射弁が、前記隆起部に向けて燃料を噴射する請求項１に記載の直接噴射式内燃機関。
【請求項３】
前記隆起部の個数が、前記噴孔の個数の倍数であり、前記燃料噴射弁が、互いに隣接しない隆起部に向けて燃料を噴射する請求項２に記載の直接噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた直接噴射式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室の一部を形成するピストン頂部のキャビティの形状について、燃料噴射軸がキャビティ内面と交差する燃料噴射軸衝突点よりもキャビティの開口端側の内面と燃料噴射軸とがなす角度を鈍角にするとともに、ピストン中心軸方向にみて相互に隣接する燃料噴射軸間にキャビティ底壁部から突出する凸部を形成したものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４４５９３号公報
【特許文献２】特開２００１−２１４７４２号公報
【特許文献３】実開昭５８−１０２７２３号公報
【特許文献４】実開昭５８−５１０２４号公報
【特許文献５】特開２０００−８８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなキャビティの形状にすることで、燃料と空気とを良好に混合することができる。しかし、ピストンのキャビティ底面に沿って燃焼ガスが流れると、燃焼ガスによる熱がキャビティ底面で放熱してしまい、熱損失が大きくなるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は燃焼室内の熱損失を低減可能な直接噴射式内燃機関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】
【０００６】
本発明の直接噴射式内燃機関は、気筒内に設置される燃料噴射弁と、前記気筒の燃焼室の一部を構成すべくピストンに形成されたキャビティと、を備えた直接噴射式内燃機関であって、前記キャビティを形成する側壁面には、前記ピストンの軸線方向の回りに沿って形成された凸部が設けられ、前記燃料噴射弁が、前記凸部よりも上方の側壁面に向けて燃料を噴射する（請求項１）。
【０００７】
本発明の直接噴射式内燃機関によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料は着火して燃焼ガスとなり凸部の上方の側壁面に衝突する。燃焼ガスは凸部に沿って周方向に移動し、下向きの流れが抑制される。従って、燃焼ガスのキャビティの底面への回り込みを防止することで、底面での放熱を防止し、熱損失を低減できる。よって、熱効率が向上する。
【０００８】
本発明の直接噴射式内燃機関の一形態において、前記燃料噴射弁には、複数の噴孔が設けられ、前記側壁面には、前記軸線方向に沿って形成された複数の隆起部が設けられ、前記燃料噴射弁が、前記隆起部に向けて燃料を噴射してもよい（請求項２）。この形態によれば、着火した燃料は燃焼ガスとなって凸部よりも上方で隆起部に衝突する。燃焼ガスは左右方向に分かれて凸部により周方向に案内されつつ、隣り合う隆起部から流れてきた燃焼ガスと合流する。隆起部の傾斜により燃料ガスの横渦が生じ、側壁面から燃焼ガスが離れるように流れるので、熱損失を低減できる。
【０００９】
側壁面に隆起部が設けられた形態において、前記隆起部の個数が、前記噴孔の個数の倍数であり、前記燃料噴射弁が、互いに隣接しない隆起部に向けて燃料を噴射してもよい（請求項３）。この形態によれば、燃料ガスが衝突する隆起部の間には燃料ガスが衝突しない隆起部があるので、隆起部に衝突した燃焼ガスは左右方向に流れて凸部に沿って流れることになるが、その衝突しない隆起部で他の隆起部から流れてきた燃焼ガスと合流する。隆起部による傾斜面により横渦が生じ燃焼ガスが側壁面から離れるように流れるので熱損失を低減できる。
【発明の効果】
【００１０】
以上、説明したように、本発明の直接噴射式内燃機関においては、燃料噴射弁から噴射された燃料は着火して燃焼ガスとなり凸部の上方の側壁面に衝突する。燃焼ガスは凸部に沿って周方向に移動し、下向きの流れが抑制される。従って、燃焼ガスのキャビティの底面への回り込みを防止することで、底面での放熱を防止し、熱損失を低減できる。よって、熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一形態に係る直接噴射式内燃機関を構成するピストンの上面図。
【図２】図１のII−II線に沿って切断した断面図。
【図３】第１の変形例に係る直接噴射式内燃機関を構成するピストンの上面図。
【図４】第２の変形例に係る直接噴射式内燃機関を構成するピストンの上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に本発明の一形態に係る直接噴射式内燃機関を構成するピストンの上面図を示し、図２に図１のII−II線に沿って切断した断面図を示す。直接噴射式内燃機関（内燃機関と省略することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載され、複数の気筒を備えたものである。各気筒内には、ピストン２が往復動自在に挿入されている。ピストン２の上面２ａには、上面２ａに対して後退するように凹んだキャビティ３が形成されている。キャビティ３は、円筒形状に凹んでいる。図２に示すように、キャビティ３の底面３ａは中心部が突出し、半径方向外側に向かうにつれ後退した円錐形状を有している。キャビティ３の側壁面３ｂには、ピストン２の軸線ＡＸ方向の回りの周方向に沿って凸部４が設けられている。凸部４の断面は四角形状であり、底面３ａの円錐形状の斜面に沿って傾斜して設けられていてもよい。
【００１３】
キャビティ３は気筒とともに燃焼室を構成している。キャビティ３に対向して燃料噴射弁５が設けられ、燃焼室に燃料を供給する。燃料噴射弁５には、複数の噴孔（図１に示す形態においては６個）が設けられ、各噴孔から噴射される燃料で燃料噴射領域Ａが満たされる。各噴孔から噴射される燃料は、凸部４よりも上方の側壁面３ｂに衝突するように噴射される。
【００１４】
次にピストン２が適用された内燃機関１の作用を説明する。燃料噴射弁５から燃料が噴射されると自然発火して燃焼ガスが生じ、燃料ガスの流れはキャビティ３の側壁面３ｂに衝突する。燃焼ガスは、凸部４に沿って左右方向に分かれて周方向に移動し、これにより下向きの流れは抑制される。燃焼ガスが接触する場所は凸部４の上部領域Ｂに留まり、接触領域の縮小により熱損失を低減している。また、高温の燃焼ガスあるいは火炎Ｆは、生じた横渦により各燃料噴射領域Ａ間に移動し、キャビティ３の底面３ａに沿って流れることはない。従って、燃焼ガスのキャビティ３の底面３ａへの回り込みを防止することで、キャビティ３の底面３ａでの放熱を防止して、熱損失を低減できる。
【００１５】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、断面が円形状のキャビティ３で説明したがこれに限られない。キャビティの側壁面に複数の隆起部を設けるようにしてもよい。図３に第１の変形例に係る直接噴射式内燃機関を構成するピストンの上面図を示す。なお、以下の説明において上述した形態と同様の構成については同様の参照符号を付して説明を省略する。ピストン２Ａにおいて、キャビティ３Ａの側壁面３Ａｂには、軸線方向に沿って隆起した複数の隆起部１１が設けられ、互いに隣り合う隆起部１１の間の窪み部１２と隆起部１１とが周方向に交互に配置される。第１の変形例では、燃料噴射弁５の噴孔の個数と隆起部１１の個数とが一致する。また、キャビティ３Ａの側壁面３Ａｂには凸部４Ａがピストン２Ａの周方向に沿って設けられている。燃料噴射弁５の各噴孔から隆起部１１に向けて燃料が噴射されると、燃料に着火して生じた燃焼ガスが凸部４Ａよりも上方の隆起部１１に衝突する。そうすると、燃焼ガスは、左右方向に分かれて凸部４Ａに沿って周方向に案内され、窪み部１２に向けて移動する。これによりキャビティ３Ａ内には横渦が生じ、燃焼ガスは窪み部１２で合流してさらに側壁面３Ａｂから離れる方向に流れる。従って、燃焼ガスがキャビティ３Ａの側壁面３Ａｂに接触する領域が小さくなるので、燃料ガスが放熱する機会が減少し、熱損失を低減できる。よって、熱効率が向上する。
【００１６】
図４に第２の変形例に係る直接噴射式内燃機関を構成するピストンの上面図を示す。ピストン２Ｂにおいて、キャビティ３Ｂの側壁面３Ｂｂには、複数の隆起部１３が設けられ、互いに隣り合う隆起部１３の間の窪み部１４と隆起部１３とが周方向に交互に配置される。第２の変形例では、隆起部１３の個数は、燃料噴射弁５の噴孔の個数の２倍に設定されている。また、キャビティ３Ｂの側壁面３Ｂｂには、周方向に沿って凸部４Ｂが設けられている。燃料噴射弁５の各噴孔から互いに隣接しない隆起部１３に向けて、図４の例では一つおきの間隔で凸部４Ｂの上方の側壁面３Ｂｂに向けて噴射される。そうすると、燃焼ガスは凸部４Ｂよりも上方で隆起部１３に衝突し、左右方向に分かれて凸部４Ｂに沿って周方向に流れる。そして燃焼ガスは噴射対象の隆起部１３の間にある隆起部１３付近で合流するので、その直前の窪み部１４により生じる横渦は、第１の変形例に比べるとさらに側壁面３Ｂｂから離れるように流れる。従って、燃焼ガスのキャビティ３Ｂ表面との接触を抑制して、熱損失を低減できる。
【００１７】
本形態では、凸部４の断面を四角形状として説明したがこれに限られず、半円形の断面やリブのようにする等適宜の形状に変更が可能である。側壁面３ｂに対して下向きに燃焼ガスが流れることにより生じる縦渦を防止するように凸部４が設けられていればよい。軸線ＡＸ方向に対して垂直に凸部４が設けられている形態で説明したがこれに限られず、例えば、周方向に沿って波型としたり、軸線ＡＸ方向に対して傾斜したりしていてもよい。キャビティ３の側壁面３ｂにおいて下向きの流れを抑制するように凸部４が設けられていればよく、キャビティの形状に応じて適宜の変更が可能である。また、第２の変形例における隆起部１３の個数は、燃料噴射弁５の噴孔の個数の３倍以上の倍数であってもよい。
【符号の説明】
【００１８】
１  直接噴射式内燃機関
２  ピストン
３  キャビティ
３ｂ  側壁面
４  凸部
５  燃料噴射弁
Ａ  燃料噴射領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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