(57)【要約】対向ピストンエンジン用の燃焼室は、燃料が噴射される燃焼室の直径方向に対向する開口の間に、室中心線に直交する長手方向断面において回転方向にねじれた形状を有する。回転方向にねじれた形状は、乱流を増加させる、大きなタンブル充填空気運動構造を生成するためにスワールと相互作用する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向するピストンの平坦な端面に形成される細長いボウルを有する燃焼室を画定するために、細長い凹状のボウル（１２０）が形成されている平坦な端面（１０８）を備える対向ピストンエンジン用のピストン（１００）であって、
前記平坦な端面（１０８）は、前記ピストン（１００）の長手方向軸（１１２）を中心とする円形形状を有する周縁部（１１０）のピストン側壁に当接し、前記ピストンの単一の長手方向レベルに配置され、
一対のノッチ（１１８）が、前記端面内に形成され、端面直径（１２２）と整列するように、前記周縁部状で対向して配置され、
前記凹状のボウルは、前記ノッチの間で、前記端面直径に沿って細長い楕円形状を有し、前記凹状のボウルの両側面には、前記周縁部まで延伸する平坦な端面部分（１０８ａおよび１０８ｂ）が位置し、
前記凹状のボウルは、対向する側壁（１２３および１２４）と、前記側壁を垂直断面において滑らかに連結する湾曲底部（１２５）とを有し、
前記ボウルの最大深さ（Ｄｍａｘ）は、前記ピストン長手方向軸と交差するとともに単一の長手方向のレベルに位置付けられた平面（ＰＥＳ）から直交方向にオフセットされた、前記湾曲底部の点から測定されることを特徴とする、ピストン。
【請求項２】
ボウル深さ（Ｄ）が、前記湾曲底部（１２５）と、前記端面直径に沿った長手方向断面において測定される前記平面（ＰＥＳ）との間の最大距離であり、前記ボウル深さ（Ｄ）は、長手方向平面（ＰＬ）から直交方向にオフセットされた、前記底部の点から測定され、前記平面（ＰＬ）は、前記長手方向軸および前記端面直径と交差し、前記平面（ＰＬ）および（ＰＥＳ）は互いに直交している、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記ボウル深さ（Ｄ）は、前記深さ（Ｄ）が前記底部に沿って、前記長手方向平面（ＰＬ）に面する凹面を有する湾曲円弧形状（１２６）によってトレースされるように、前記ノッチの各々に向かって、平面内で前記端面直径の中点（Ｍ）と整列する最大ボウル深さ（Ｄｍａｘ）から滑らかに減少する、請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記最大ボウル深さ（Ｄｍａｘ）の位置が前記中間点（Ｍ）と整列し、前記湾曲円弧形状（１２６）が、前記長手方向平面（ＰＬ）に関して対称であるように、前記深さ（Ｄ）が前記中点（Ｍ）から各方向に同じ割合で減少する、請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
前記ボウル深さ（Ｄ）は、平面内の前記端面直径の中点（Ｍ）とそれぞれの前記ノッチとの間に位置する最大ボウル深さ（Ｄｍａｘ）から滑らかに減少する、請求項２に記載のピストン。
【請求項６】
ボアと、シリンダのそれぞれの端部近くのピストン制御式排気ポートおよび吸気ポートとを有する少なくとも１つのシリンダ、ならびに、前記ボア内に対向して配置される一対のピストンを含む２行程サイクル圧縮点火式対向ピストンエンジンであって、各ピストンは、請求項１〜５のいずれか一項に従って構築され、
前記ピストンが前記ボア内で上死点位置付近にあるとき、前記ピストンの前記平坦な端面の間に形成される細長いボウルを有する燃焼室を特徴とし、
２つの燃料噴射器が、直径方向に対向して、前記燃焼室の中心線に整列して配置され、
第１の長手方向断面において、前記燃焼室は、前記燃焼室中心線に関して対称な回転方向にねじれた形状を有し、
前記第１の長手方向断面に直交する第２の長手方向断面において、前記燃焼室は、前記燃料噴射器に向かって前記燃焼室中心線に沿って先細になる対向する端部分を備える細長い形状を有する、対向ピストンエンジン。
【請求項７】
各燃料噴射器が、３つまたは４つのプルームを有する燃料噴霧を放出するように構成されている、請求項６に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項８】
前記ピストンの端面間で前記シリンダ内に旋回する充填空気を導入する工程と、
圧縮行程において前記ピストンを互いに向けて運動させる工程と、
前記ピストンの端面間に燃焼室を形成する工程であって、
前記燃焼室は、前記燃焼室中心線に関して対称な第１の長手方向断面における回転方向にねじれた形状、および、
前記燃焼室中心線に沿って前記燃料噴射器に向かって先細になる対向する端部分を有する前記第１の長手方向断面に直交する第２の長手方向断面における細長い形状を有する、形成する工程と、
対向する燃料噴霧を、前記対向する開口を介して前記燃焼室内の旋回する充填空気内に噴射する工程とによる、請求項６に記載の２行程サイクル圧縮点火装置を動作させる方法。
【請求項９】
各スプレーパターンが３つのプルームまたは４つのプルームを有する、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、以下の共同所有の特許出願、すなわち、現在は米国特許第８，８００，５２８号である米国特許出願第１３／０６６，５８９号、現在は米国特許第８，８２０，２９４号である米国特許出願第１３／１３６，９５４号、米国特許出願公開第２０１４／００８３３９６号として公開されている米国特許出願第１４／１１７，８３１号、米国特許出願公開第２０１３／０２１３３４２号として公開されており米国特許出願第１３／８４３，６８６号、米国特許出願公開第２０１４／００１４０６３号として公開されている米国特許出願第１４／０２６，９３１号、米国特許出願公開第２０１５／０１２２２２７号として公開されている米国特許出願第１４／０７４，５８０号、および米国特許出願第１４／６７５，４０７号の主題に関連する主題を含む。
【０００２】
本分野は、シリンダのボア内に対向して配置されたピストンの端面の間に燃焼室が画定された対向ピストンエンジンを含む。より詳細には、本分野は、充填空気と噴射燃料との混合を促進する形状を有する燃焼室を備えた対向ピストンエンジンを含む。
【背景技術】
【０００３】
関連する特許出願には、２行程サイクル圧縮点火式対向ピストンエンジンが記載されており、そこでは、ピストン対が、ポートシリンダのボア内で対向して運動する。２行程サイクル対向ピストンエンジンは、一対の対向するピストンの２行程でエンジン動作のサイクルを完了する。圧縮行程の間に、ピストンが互いに向かって運動し始めると、ピストンの端面の間でシリンダ内に充填空気が入る。燃焼室を形成するためにピストンがそれぞれの上死点（「ＴＣ」）位置に近づくにつれて、接近する端面の間で充填空気がますます圧縮される。端面が互いに最も近接しているとき、圧縮行程の終端近くでは、最小燃焼室容積（「最小容積」）が生じる。シリンダに直接噴射された燃料は圧縮充填空気と混合される。燃焼は、圧縮空気が、燃料の燃焼を開始させる温度および圧力レベルに達すると開始される。これは「圧縮点火」と呼ばれる。燃焼タイミングは最小容積を基準とすることが多い。いくつかの事例では、噴射は最小容量またはその付近で行われる。他の事例では、注入は最小容積よりも前に行われる場合がある。いずれにしても、燃焼に応答して、ピストンは方向を逆転させ、動力行程において互いから外方に運動する。動力行程の間、ピストンはボア内の下死点（「ＢＣ」）位置に向かって運動する。ピストンが上死点位置と下死点位置との間を往復運動するとき、ピストンは、シリンダのそれぞれの吸気および排気位置に形成されたポートを、シリンダ内への給気およびシリンダからの排気の流れを制御する時系列で開閉する。
【０００４】
燃焼は、圧縮充填空気が噴射燃料と混合される度合いによって影響を受ける。シリンダ内の充填空気の運動および乱流は、空気／燃料の混合および燃焼を促進する上で重要な要因である。対向ピストンエンジンでは、加圧充填空気が接線方向にシリンダに入り込み得、これによって、燃料噴射方向にわたってシリンダ内を長手方向に螺旋運動する渦構造（一般に「スワール」と呼ばれる）が形成される。大きな旋回運動は、噴射された燃料流を分割し、燃料液滴を運動する充填空気に取り込む。点火に先立つ短時間の間に、付加的な大きい空気流構造を生成することによって、充填空気運動の乱流を強めることが望ましい。この目的のために、２行程対向ピストンエンジンには、シリンダ内の旋回充填空気およびピストン端面の円形周縁部からの充填空気のスキッシュ流と相互作用する輪郭の端面を備えるクラウンを有するピストンが装備されている。相互作用は、旋回渦に対して横方向または接線方向に向けられた渦の形態の付加的な大きい運動構造（一般に「タンブル」と呼ばれる）を生成する。その結果、燃焼を助長し、動力行程が始まるときに未燃焼燃料および燃焼生成物の酸化を促進し続ける、燃焼室内の複雑な乱流充填空気運動が生じる。
【０００５】
関連出願は、ピストン端面が大きな空気流構造にタンブルを加える形状を有する、２行程サイクル圧縮点火対向ピストン応用形態に関する。これらの応用形態では、燃焼室は、室中心線の反対側に延伸する端面隆起部に沿って延伸するボウルによって画定される。ボウルの内凹面および隆起部は、燃焼室内で空気流および燃料プルームを誘導する。隆起部の外凸面は、スキッシュ流からタンブルを生じる傾斜路のように作用する。これらの隆起部はタンブルの生成に寄与するが、エンジン運転およびピストンの熱管理に対する重大な問題をも提起する。隆起部は、ピストン端面から外側に突出する鋭利な縁部を有する不規則な輪郭を呈し、燃焼が起こるとピストンクラウンにホットスポットが生じる。ホットスポットは燃焼を悪化させ、これによってエンジンの効率を低下させる。ホットスポットまた、クラウンの下面に不規則な熱プロファイルを生成する。これは管理が難しく、冷却液を輸送するために複雑な内部ピストン構造を必要とする。最後に、隆起した端面および必要な冷却構造は、ピストンの製造を困難にし、エンジン製造およびメンテナンスのコストを増大させる。
【発明の概要】
【０００６】
これらの欠点は、タンブルを発生させるために充填空気の動きと相互作用する隆起部のない形状を有する対向ピストンエンジン用の燃焼室を設けることによって、排除されるとは言わないまでも、低減される。ピストンの平面図において、燃焼室は、燃料が噴射される燃焼室の直径方向に対向する開口の間で、室中心線に沿って延伸する細長い形状を有する。燃焼室構造は、ピストンがシリンダのボア内の上死点位置の近くにあるときに、一対の対向するピストンの対向する端面の間に画定される。
【０００７】
ピストン対の各ピストンは、長手方向軸と、隆起部を含まない端面とを有する。端面は、長手方向軸を中心とする円形の周縁部においてピストンの側壁に当接する。周縁部はピストン端面の周縁を画定する。端面は、長手方向軸に直交し周縁部を含む基準面に対して平坦である。端面内に形成された２つの直径方向に対向するノッチが、周縁部を通じて開口する。細長い、凹状のボウルが、端面内に形成され、ノッチの間に延伸する。ボウルおよびノッチは基準面の下にある。ボウルは、ボウルの最も深い部分に続くラインが、ノッチが整列されかつ燃焼室中心線を画定するピストンの直径の片側にオフセットされたねじれ形状を有する。
【０００８】
燃焼室が、ねじれ形ボウルが内部に形成された平坦な端面を有する２つの対向するピストンの間に形成される。ピストンは、室中心線に対して回転方向にねじれた形状を有する燃焼室を形成する対向整列状態で、ボウルのねじれ形状が配置されるように、端面に対向して位置合わせされる。回転方向にねじれた形状は、充填空気の動きと相互作用して、１つまたは複数のタンブル運動を生成する。
【０００９】
対向ピストンエンジンは、ボアと、シリンダ内でそのそれぞれの端部付近に機械加工または形成された長手方向に変位された吸気ポートおよび排気ポートとを有する少なくとも１つのシリンダを含む。平坦な端面を有する２つのピストンが、互いに対向してボア内に配置される。各平坦な端面は、その中に形成されたねじれ形状を備えるボウルを有する。ピストンがボア内の上死点位置付近にあるときに、ボウル間に、燃料を受け入れるための直径方向に対向する開口を有する燃焼室が形成される。垂直断面図において、燃焼室は、室中心線に対して回転方向にねじれた形状を有する。回転方向にねじれた形状は、充填空気の動きと相互作用して、１つまたは複数のタンブル運動を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術の対向ピストンエンジンの概略図である。
【００１１】
【図２】対向する対向ピストンの端面を有する燃焼室を形成するように成形された端面を有する、従来技術のピストンの等角図である。
【００１２】
【図３】本開示によるピストンの等角図である。
【００１３】
【図４】ピストンの端面に形成されたボウルを示す、図３の端面の平面図である。
【図４Ａ】端面の直径に直交する長手方向の平面を通っている、ボウルの対向する側壁の長手直径方向断面図である。
【００１４】
【図５Ａ】図４の線Ａ−Ａによって示されている平行な平面の１つに対応する、図４のとおりに成形されている端面を有する一対のピストンの対向する端面の間に形成された燃焼室の長手直径方向断面図である。
【図５Ｂ】図４の線Ｂ−Ｂによって示されている平行な平面の１つに対応する、図４のとおりに成形されている端面を有する一対のピストンの対向する端面の間に形成された燃焼室の長手直径方向断面図である。
【図５Ｃ】図４の線Ｃ−Ｃによって示されている平行な平面の１つに対応する、図４のとおりに成形されている端面を有する一対のピストンの対向する端面の間に形成された燃焼室の長手直径方向断面図である。
【００１５】
【図５Ｄ】図４の線Ａ−Ａ、Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃに直交する図４の線Ｄ−Ｄに対応する、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃの燃焼室の長手直径方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、少なくとも１つのシリンダ１０を含む対向ピストン型の２行程サイクル内燃機関８の概略図である。シリンダは、ボア１２と、シリンダ内でそのそれぞれの端部付近に機械加工または形成された長手方向に変位された吸気ポート１４および排気ポート１６とを含む。吸気ポートおよび排気ポートの各々は、隣接する開口がシリンダ壁の中実部分（「ブリッジ」とも呼ばれる）によって分離されている１つまたは複数の円周方向開口列を含む。いくつかの説明では、各開口を「ポート」と呼ぶ。しかしながら、このような「ポート」の円周方向アレイの構成は、図１のポート構造と変わらない。
【００１７】
燃料噴射ノズル１７が、シリンダの側面を通じて開いているねじ穴に固定されている。２つのピストン２０，２２が、その端面２０ｅ、２２ｅが互いに対向するようにボア１２内に配置されている。便宜上、ピストン２０は、吸気ポート１４に近接しているため、「吸気」ピストンと呼ばれる。同様に、ピストン２２は、排気ポート１６に近接しているため、「排気」ピストンと呼ばれる。好ましくは、必ずではないが、吸気ピストン２０および他のすべての吸気ピストンは、エンジン８の一方の側に沿って配置されたクランクシャフト３０に連結され、排気ピストン２２および他のすべての排気ピストンは、エンジン８の反対側に沿って配置されたクランクシャフト３２に連結されている。
【００１８】
シリンダ１０のような１つまたは複数のポートシリンダ（その端部近くに吸気ポートおよび排気ポートを形成されたシリンダ）を備えたエンジン８のような対向ピストンエンジンの動作はよく理解されている。これに関して、燃焼に応答して、対向するピストンは、それらのピストンがシリンダ１０内の最も内側の位置にくるそれぞれのＴＣ位置から外方に運動する。ＴＣから運動している間、ピストンは、それらがシリンダ内の最も外側の位置にきて、関連するポートが開くそれぞれのＢＣ位置に近づくまで、関連するポートを閉じたままにする。ピストンは、吸気ポート１４と排気ポート１６とが一致して開閉するように、同相で動くことができる。代替的に、一方のピストンが他方のピストンを同相で導くことができ、この場合、吸気ポートと排気ポートとは異なる開閉時間を有する。
【００１９】
充填空気が吸気ポート１４を通ってシリンダ１０に入ると、吸気ポート開口の形状によって、充填空気が、シリンダの長手方向軸を中心として渦３４の中で回転し、充填空気は、排気ポート１６の方向に旋回する。スワール渦３４は、空気／燃料の混合、燃焼、および汚染物質の抑制を促進する。スワール速度は、端面２０ｅおよび２２ｅが共に運動するにつれて増加する。
【００２０】
図２は、関連する米国特許第８，８００，５２８号に教示されている対向ピストンエンジン用の従来技術のピストンの等角図である。ピストン５０は、反対側のピストンの端面と共に燃焼室を形成するように成形されている端面５１を有する。ピストンの端面５１は、凹面５６を画定するボウル５４を囲む周縁５３を有する。凹面５６は、周縁５３からピストン５０の内部に向かって湾曲する第１の部分５８を含む。凹面５６は、第１の部分５８から外方に湾曲し、端面５１から部分的に外側に突出する第２の部分６２をさらに含む。ボウル５４に対向する凸面６４は、周縁５３から外方に湾曲し、端面５１から外側に突出する。凸面６４は、凹面５６の第２の部分６２に当接して、それと共に隆起部７０を形成する。隆起部７０は縁部７２を有する。端面構造は両方のピストンに設けられ、ピストンは、ポートシリンダのボア内に配置され、ピストンの端面は、燃焼室を画定するように、端面構造の相補的な曲面に対向して配置するように向けられている。これらの２つの端面の間に画定された燃焼室空間は、燃料／空気の混合を促進する充填空気タンブル運動を強化し維持する形状を有する。しかし、燃焼が生じると、隆起部の縁部７２は、細長い湾曲したホットスポットになる。
【００２１】
［ねじれ形燃焼室構造］
本開示に従って構成された対向するピストンは平坦な端面を有する。ねじれ形構造を有する楕円形の凹状ボウル（「凹部」または「キャビティ」とも呼ばれる）が各端面に形成される。ピストンは、シリンダボア内で回転方向において、ボウルが対向するように向けられている。ピストンが最も接近している圧縮行程の終わり近くで、対向するボウルは、大きな空気運動においてタンブル流構造を生成するためにスワールと相互作用するねじれ形状を有する燃焼室を画定する。端面内の対向するノッチ対が、燃料が燃焼室に噴射される直径方向に対向する開口を形成する。端面の平坦な態様が、外向きに延伸する隆起部によって引き起こされるホットスポットを排除する。
【００２２】
［ピストン構造］
各ピストンの平坦な端面は、周縁部のピストン側壁と当接する。周縁部は、ピストンの長手方向軸を中心とし、ピストンの単一の長手方向レベルに配置された円形形状を有する。端面内に一対のノッチが形成されている。ノッチは、端面直径と整列して、周縁部上で対向して位置決めされる。端面内に形成された凹状のボウルは、ノッチの間の端面直径に沿って細長い楕円形状を有する。ボウルの両側面には、周縁部まで延伸する平坦な端面部分が位置している。ボウルは、対向する側壁と、垂直断面において側壁を滑らかに接続する湾曲した底部とを有し、ボウルの最大深さは、底部の、ピストンの長手方向軸と端面直径とを含む平面からオフセットされた、すなわちその片側に位置決めされている点から測定される。
【００２３】
図３は、対向ピストンエンジン用のピストン１００の等角図であり、図４は、ピストンの端面の平面図である。ここで図３および図４を参照すると、燃焼室を画定するピストン端面の構造的特徴は、同一ではないにしても、各ピストンについて本質的に同じである。したがって、これらの図に示されているピストン１００は、吸気および排気ピストンを表している。ピストン１００は、ピストンの連続した円筒形の側壁を形成するためにスカート１０４に取り付けられるか、固定されるか、またはスカート１０４と共に製造されるクラウン１０２を備える。クラウン１０２は平坦な端面１０８を含む。側壁および端面１０８は周縁部１１０において当接する。周縁部１１０は、図４の平面図に示すように、ピストンの長手方向軸１１２を中心とする円形形状を有する。端面１０８には、一対のノッチ１１８および凹状のボウル１２０が形成されている。ノッチ１１８は、端面においてピストンの直径１２２と整列して周縁部１１０内に対向して位置決めされる。
【００２４】
図４Ａは、端面の直径に直交する長手方向の平面を通っている、ボウル１２０の対向する側壁の長手直径方向断面図である。図４および図４Ａを参照すると、凹状ボウル１２０は、直径１２２に沿って細長く、各ノッチ１１８と滑らかに接続する楕円形状を有する。凹状のボウル１２０には、その開口の対向する側部において、周縁部１１０まで延伸する平坦な端面部分１０８ａおよび１０８ｂが当接している。周縁部１１０ならびに平坦な端面部分１０８ａおよび１０８ｂは、ピストンの単一の長手方向レベルに配置されており、このレベルにおいて、長手軸１１２と直交して端面直径１２２と交差する端面平面ＰＥＳが画定される。
【００２５】
図４Ａの断面図に示すように、凹状のボウル１２０は、対向する側壁１２３および１２４と、図示の垂直断面内で側壁を滑らかに接続する湾曲した底部１２５とを有する。図４および図４Ａを参照すると、側壁１２３は、そこにおいて側壁１２３が端面部分１０８ａに滑らかに接続されている丸いリップ１２３ｌを含み、側壁１２４は、そこにおいて側壁１２４が端面部分１０８ｂに滑らかに接続された丸いリップ１２４ｌを含む。
【００２６】
図４Ａの断面図に示されるように、ボウル深さＤは、直径１２２に沿った一連の垂直断面の各々において測定される、湾曲底部１２５と端面平面ＰＥＳとの間の最大距離である。凹状ボウル１２０の最大深さＤｍａｘが垂直断面において存在する。本開示によれば、ボウル１２０は、ボウル深さＤの各々が、底部１２５の、長手方向切断面ＰＬから直交方向にずれている（長手方向切断面の片側に位置する）点から測定されるように構成されている。平面ＰＬはピストンの長手方向軸と直径１２２とを含み、平面ＰＬおよびＰＥＳは互いに直交している。いくつかの例では、ボウル深さＤは、ノッチ１１８の各々に向かって直径１２２の中点Ｍと一直線になっているＤｍａｘ位置から滑らかに減少し得る。図４の平面図に見られるように、深さＤの位置は、底部１２５に沿って、平面ＰＬに面する凹面を有する湾曲円弧形状１２６によってトレースされる。Ｄｍａｘ位置が中点Ｍと一直線になっている場合、湾曲円弧形状が平面ＰＬに関して対称であるように、最大深さＤが中間点から各方向に同じ割合で減少し得る。そのような１つの例が図４および図４Ａに示されているが、これに限定されるものではない。例えば、ボウル深さＤは、平面内の端面直径の中点Ｍとそれぞれのノッチ１１８との間に位置する最大ボウル深さＤｍａｘから滑らかに減少してもよい。
【００２７】
図４Ａの断面図に示すように、湾曲した円弧１２６に沿ったボウルの深さ位置のずれは、側壁１２３を、側壁１２４よりも底部１２５に向かってより急峻に傾斜させる。側壁１２４は、ほぼ直線状の偏向部Ａを有する。偏向部Ａは、ボウル１２０の内側において端面ＰＥＳに対してシュート角αで傾斜している。いくつかの例では、シュート角αは、ノッチ１１８の各々に向かって直径１２２の中点Ｍに対して最大値（αｍａｘ）位置から滑らかに減少する。そのような場合、シュート角αは、中点Ｍからそれぞれのノッチ１１８に向かう各方向において同じ割合で減少し得る。そのような１つの例が図４および図４Ａに示されているが、これに限定されるものではない。
【００２８】
図４Ａの断面図に示されるように、側壁１２３の傾斜の急峻さは、深さＤおよびオフセットＯＤに依存する。この急峻さは、平面ＰＬに直交し、平面ＰＬと、リップ１２３ｌの湾曲が平坦な端面部分１０８ａに移行する点との間に延伸する線Ｌに沿った距離にさらに依存する。
【００２９】
最大深さＤを長手方向切断平面の一方の側に位置させる意図された効果は、ボウル１２０に長手方向断面図においてねじれ形状を与えることである。ボウルのねじれの形状および程度は、ボウルパラメータＤ、α、ＬおよびＯＤ、および場合によっては他のもののうちの１つまたは複数の変化によって変更することができる。さらに、図４Ａに見られるボウルのねじれは左向きであるが、ねじれが右向きであってもよいことが明らかであるはずである。
【００３０】
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに見られる燃焼室の長手方向直径断面図は、シリンダ１６０のボア内に対向して配置された２つのピストン１００´および１００´´の端面間に形成された燃焼室１５０を示す。これらの断面図は、燃焼室中心線ＣＣを横切っており、これは図５Ｄに最もよく示されている。例えば、これらの断面図は、室中心線ＣＣに直交している。端面１０８´および１０８´´は、図３，図４および図４Ａに従って構成されている。ピストン１００´および１００´´は、その長手方向軸上で、端面のノッチ１１８が長手方向に整列する位置に回転され、ボウル１２０は、偏向部Ａ´およびＡ´´が急峻に湾曲した側壁１２３´´および１２３´とそれぞれ対向するように、相互に向けられている。これは、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃの長手方向断面図において回転方向にねじれた形状を有する燃焼室１５０を画定する、対向整列状態で、ボウルのねじれ形状を配置する。図は時計回り方向の回転ねじれを示しているが、反時計回りの方向にねじれを向けるためにピストンを回転させることができることは明らかである。ボウル１２０´および１２０´´の最も深い部分が、シリンダの長手方向軸１５２を含みピストン１００´および１００´´の長手方向平面と一致する長手方向平面ＰＣＹＬの対向する両側に配置されているため、燃焼室の形状は、回転方向にねじれている。さらに、ねじれは、ピストン直径１２２と整列した燃焼室中心線ＣＣを中心とする。図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃのビューに直交する、図５Ｄに示す燃焼室の長手方向断面図において、燃焼室は、対向する端部分が、燃焼室中心線ＣＣに沿って、シリンダ側壁１７０に取り付けられた燃料噴射器１６５に向かって先細になっている、細長い形状を有する。燃料インジェクタ１６５は、燃焼室中心線ＣＣと整列し、対向するノッチ１０８´と１０８´´との間に画定される噴射ポートを通じて対向する燃料噴霧を燃焼室１５０に噴射するように位置決めされる。例えば、燃料噴射器１６５は、関連する米国特許第８，８２０，２９４号の図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、室中心線ＣＣと同一直線上にあるか、または、チャンバ中心線ＣＣに対して接線方向である噴射軸を有する複数のプルームを含む燃料スプレーを放出するように構成することができる。例えば、燃料噴霧は、３つのプルームまたは４つのプルームを含むことができる。
【００３１】
図５Ａ〜図５Ｄの断面図において、ピストン１００´および１００´´はボア内のＴＣ位置付近にあり、燃焼室１５０は最小容積に近い。図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、ピストンが最小容積で互いに接近するにつれて、ピストン端部の周縁の間から燃焼室へのスキッシュ運動がより強くなる。このスキッシュ流は、ボウルのより浅い領域（Ａ´およびＡ´´）に比べてボウルのプロファイルがより深い場所（１２３´および１２３´´）へと優先的に分離する。この優先的な流れの分離は、燃焼室中心線ＣＣのまわりを循環する回転構造１７６を設定する。見て分かるように、回転構造は、シリンダ軸１５２とほぼ同一線上にあるスワール軸を横切って循環するため、構造体１７６はタンブルである。このタンブル運動の強さは、対向するボウルの最も深い部分の配分が増加するにつれて増加する。このタンブル運動の発生は、対向する噴射器から噴出する燃料噴霧の点火に起因する拡散プルームが燃焼室内の中央に位置することを保証し、したがって燃焼室壁に対する熱拒絶を最小限に抑えるのに有用である。
【００３２】
タンブル運動１７８はまた、図５Ｄに示されている直交切断面内で設定される。これらのタンブル運動は、スワール運動およびスキッシュ運動の相互作用、掃気プロセスからのシリンダ内の残留タンブル、および充填運動と燃料噴霧との相互作用などのいくつかの発生源から生じ得る。この長手方向断面における主要な要因は、燃料噴射から生じる運動量であるため、これらの発生源がエンジンの性能および排出特性に与える影響は小さい。
【００３３】
ボウルの最も深い部分は、中心線の中点Ｍからずらされ得ることに留意されたい。図５Ｄを参照すると、例えば、各ボウル１０８´および１０８´´について、ボウルの最も深い部分は、それぞれの噴射器１６５により近いものであり得る。例えば、ボウル１０８´の最大深さは、中点Ｍと左手側噴射器１６５との間に位置することができ、一方で、ボウル１０８´´の最大深さは中点Ｍと左手側噴射器１６５との間に位置することができる。このように、ボウルの最も深い部分がインジェクタに近接していることには、燃焼プロセスの早い段階でボウルに対するプルーム衝突を低減し、燃焼プロセスの後期においてボウルトレンチ領域への熱拒絶を最小限に抑えることに関して利益をもたらす可能性がある。ボウルトレンチ領域への熱拒絶を低減することにより、冷却剤の流量をさらに減少させることができ、それによってエンジンブレーキ固有の燃料消費を改善することができる。
【００３４】
ピストンおよび燃焼室構成の原理が、現在好ましい実施形態を参照して説明されているが、記載された原理の趣旨から逸脱することなく様々な変更が可能であることを理解されたい。したがって、これらの原理に基づく特許保護の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【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４Ａ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【国際調査報告】
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