(57)【要約】【課題】直噴式エンジンの燃焼室構造において、キャビティ形状の簡単な変更により、スモークやＮＯ等を低減する。【解決手段】直噴式エンジンの燃焼室構造１が、ピストン１０の頂部中央に凹設され、ピストン１０の上方に配置されたインジェクタＩから燃料が噴射されるキャビティ１１を備え、キャビティ１１は、キャビティ１１の側壁１２の下部に設けられ、ピストン１０の径方向外側に凸となる円弧曲線により規定された縦断面形状を有する曲線部１３と、キャビティ１１の底壁１４に設けられ、直線により規定された縦断面形状を有する底壁直線部１６と、キャビティ１１の底壁１４に底壁直線部１６と曲線部１３との間に位置させて設けられ、曲率半径が曲線部１３の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径から無限大まで連続的に変化する緩和曲線により規定された縦断面形状を有する底壁緩和曲線部１７とを含む。【選択図】図１
2013217306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの頂部中央に凹設され、前記ピストンの上方に配置されたインジェクタから燃料が噴射されるキャビティを備え、前記キャビティは、前記キャビティの側壁下部に設けられ、前記ピストンの径方向外側に凸となる円弧曲線により規定された縦断面形状を有する曲線部と、前記キャビティの底壁に設けられ、直線により規定された縦断面形状を有する底壁直線部と、前記キャビティの底壁に前記底壁直線部と前記曲線部との間に位置させて設けられ、曲率半径が前記曲線部の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径から無限大まで連続的に変化する緩和曲線により規定された縦断面形状を有する底壁緩和曲線部とを含むことを特徴とする直噴式エンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
前記底壁緩和曲線部の縦断面形状を規定する緩和曲線は、クロソイド曲線、三次曲線又はサイン半波長逓減曲線である請求項１に記載の直噴式エンジンの燃焼室構造。
【請求項３】
前記キャビティは、前記キャビティの底壁に形成された隆起部をさらに含み、前記底壁直線部及び前記底壁緩和曲線部が、前記隆起部の傾斜面に形成されている請求項１又は２に記載の直噴式エンジンの燃焼室構造。
【請求項４】
前記キャビティは、前記キャビティの側壁上部に設けられ、直線により規定された縦断面形状を有する側壁直線部と、前記キャビティの側壁に前記側壁直線部と前記曲線部との間に位置させて設けられ、曲率半径が無限大から前記曲線部の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径まで連続的に変化する緩和曲線により規定された縦断面形状を有する側壁緩和曲線部とをさらに含む請求項１から３のいずれかに記載の直噴式エンジンの燃焼室構造。
【請求項５】
前記側壁緩和曲線部の縦断面形状を規定する緩和曲線は、クロソイド曲線、三次曲線又はサイン半波長逓減曲線である請求項４に記載の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、ピストンの頂部中央に凹設されたキャビティにピストンの上方に配置されたインジェクタから燃料が噴射される直噴式エンジンの燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
直噴式ディーゼルエンジンのピストン頂部に設ける燃焼室（キャビティ）の形状としては、リエントラントタイプ、トロイダルタイプ、リップ付タイプ等がある。一般的な直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造では、燃料をキャビティ内で燃焼させることに主眼をおいている。この種の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造は、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９４４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室は、例えば図４に示すような構造になっている。
【０００５】
図４に示すように、従来例に係る直噴式エンジンの燃焼室構造４は、直噴式ディーゼルエンジンのピストン４０の頂部中央に凹設されたリエントラントタイプのキャビティ（燃焼室）４１を備えている。キャビティ４１は、キャビティ４１の側壁４２の下部に設けられ、ピストン４０の径方向外側に凸となる円弧曲線により規定された縦断面形状を有する曲線部４３と、キャビティ４１の底壁４４に曲線部４３に連続させて設けられ、直線により規定された縦断面形状を有する底壁直線部４５と、キャビティ４１の側壁４２の上部に曲線部４３に連続させて設けられ、直線により規定された縦断面形状を有する側壁直線部４６とを有している。キャビティ４１の底壁４４には、円錐台状の隆起部４７が形成されており、底壁直線部４５は、隆起部４７の傾斜面に形成されている。
【０００６】
図４に示されるように、ピストン４０が圧縮上死点付近に達したときに、燃料がインジェクタＩからキャビティ４１の側壁４２（側壁直線部４６）に向かって噴射される。噴射された燃料（以下、噴霧という）Ｆがキャビティ４１の側壁４２に当たると、その噴霧Ｆは、キャビティ４１の側壁４２に沿って下方に流れる噴霧Ｆｌと、キャビティ４１の側壁４２に沿って上方に流れる噴霧Ｆｕとに分散される。
【０００７】
側壁直線部４６から曲線部４３に移行する際に、曲率半径が側壁直線部４６の縦断面形状を規定する直線の曲率半径（無限大）から曲線部４３の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径（一定）へと突然変わるため、下方に向かう噴霧Ｆｌの流れは側壁直線部４６と曲線部４３との間の箇所で一瞬止まる。また、曲線部４３から底壁直線部４５に移行する際にも、曲率半径が曲線部４３の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径（一定）から底壁直線部４５の縦断面形状を規定する直線の曲率半径（無限大）へと突然変わるため、ピストン４０の径方向内側に向かう噴霧Ｆｌの流れは曲線部４３と底壁直線部４５との間の箇所でも一瞬止まる。噴霧Ｆｌの流れが止まると、その箇所において燃料濃度が濃くなるため、スモークやＮＯ（一酸化窒素）等が発生する。よって、噴霧Ｆｌの流れをキャビティ４１内で止めないようにすることが肝要である。
【０００８】
以上述べたように、図４に示す従来例に係る直噴式エンジンの燃焼室構造４では、スモークやＮＯ等が他の箇所よりも多めに発生するホットスポットが存在する場合がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、直噴式エンジンの燃焼室構造において、キャビティ形状の簡単な変更により、スモークやＮＯ等を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明に係る直噴式エンジンの燃焼室構造は、ピストンの頂部中央に凹設され、前記ピストンの上方に配置されたインジェクタから燃料が噴射されるキャビティを備え、前記キャビティは、前記キャビティの側壁下部に設けられ、前記ピストンの径方向外側に凸となる円弧曲線により規定された縦断面形状を有する曲線部と、前記キャビティの底壁に設けられ、直線により規定された縦断面形状を有する底壁直線部と、前記キャビティの底壁に前記底壁直線部と前記曲線部との間に位置させて設けられ、曲率半径が前記曲線部の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径から無限大まで連続的に変化する緩和曲線により規定された縦断面形状を有する底壁緩和曲線部とを含むものである。
【００１１】
前記底壁緩和曲線部の縦断面形状を規定する緩和曲線は、クロソイド曲線、三次曲線又はサイン半波長逓減曲線であっても良い。
【００１２】
前記キャビティは、前記キャビティの底壁に形成された隆起部をさらに含み、前記底壁直線部及び前記底壁緩和曲線部が、前記隆起部の傾斜面に形成されているものであっても良い。
【００１３】
前記キャビティは、前記キャビティの側壁上部に設けられ、直線により規定された縦断面形状を有する側壁直線部と、前記キャビティの側壁に前記側壁直線部と前記曲線部との間に位置させて設けられ、曲率半径が無限大から前記曲線部の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径まで連続的に変化する緩和曲線により規定された縦断面形状を有する側壁緩和曲線部とをさらに含むものであっても良い。
【００１４】
前記側壁緩和曲線部の縦断面形状を規定する緩和曲線は、クロソイド曲線、三次曲線又はサイン半波長逓減曲線であっても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、直噴式エンジンの燃焼室構造において、キャビティ形状の簡単な変更により、スモークやＮＯ等を低減することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造（リエントラントタイプのキャビティ）を示すピストンの部分縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造（トロイダルタイプのキャビティ）を示すピストンの部分縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造（リップ付タイプのキャビティ）を示すピストンの部分縦断面図である。
【図４】従来例に係る直噴式エンジンの燃焼室構造（リエントラントタイプのキャビティ）を示すピストンの部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造１は、直噴式ディーゼルエンジンのピストン１０の頂部中央に凹設されたキャビティ（燃焼室）１１を備えている。キャビティ１１には、ピストン１０の上方に配置されたインジェクタＩから燃料が噴射される。本実施形態では、キャビティ１１の形状をリエントラントタイプとしている。
【００１９】
本実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造１では、キャビティ１１の側壁１２の下部に曲線部（窪み部）１３が設けられており、キャビティ１１の底壁１４には隆起部（中央突起）１５が設けられている。曲線部１３は、キャビティ１１の側壁１２の上端よりも所定高さだけ下方の位置から下端に至るまで設けられている。また、曲線部１３は、ピストン１０の径方向外側に凸となる円弧曲線により規定された縦断面形状を有する。つまり、曲線部１３の縦断面形状を規定する円弧曲線は、その曲線区間内において一定の曲率半径を有している。本実施形態では、隆起部１５を円錐台状（切頭円錐状）としているが、隆起部１５の形状は円錐台状には限定はされない。
【００２０】
また、本実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造１では、キャビティ１１の底壁１４に、底壁直線部１６及び底壁緩和曲線部１７が設けられており、キャビティ１１の側壁１２には、側壁直線部１８及び側壁緩和曲線部１９が設けられている。
【００２１】
底壁直線部１６は、キャビティ１１の底壁１４の径方向内側部分に設けられている。また、底壁直線部１６は、直線により規定された縦断面形状を有している。つまり、底壁直線部１６の縦断面形状を規定する直線は、その直線区間内において無限大の曲率半径を有している。本実施形態では、底壁直線部１６は、隆起部１５の傾斜面に形成されている。
【００２２】
底壁緩和曲線部１７は、キャビティ１１の底壁１４に底壁直線部１６と曲線部１３との間に位置させて設けられている。また、底壁緩和曲線部１７は、曲率半径が曲線部１３の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径（一定）から底壁直線部１６の縦断面形状を規定する直線の曲率半径（無限大）まで連続的に変化する緩和曲線により規定された縦断面形状を有している。つまり、底壁緩和曲線部１７の縦断面形状を規定する緩和曲線は、その曲線区間内において曲線部１３側から底壁直線部１６側に行くに従い徐々に大きくなる曲率半径を有している。本実施形態では、底壁緩和曲線部１７は、隆起部１５の傾斜面に形成されている。
【００２３】
底壁緩和曲線部１７の縦断面形状を規定する緩和曲線としては、例えば、クロソイド曲線を用いることができる。なお、底壁緩和曲線部１７の縦断面形状を規定する緩和曲線は、クロソイド曲線には限定はされず、三次放物線（三次曲線）又はサインカーブ（サイン半波長逓減曲線）であっても良い。
【００２４】
側壁直線部１８は、キャビティ１１の側壁１２の上部に設けられている。また、側壁直線部１８は、直線により規定された縦断面形状を有している。つまり、側壁直線部１８の縦断面形状を規定する直線は、その直線区間内において無限大の曲率半径を有している。
【００２５】
側壁緩和曲線部１９は、キャビティ１１の側壁１２に側壁直線部１８と曲線部１３との間に位置させて設けられている。また、側壁緩和曲線部１９は、曲率半径が側壁直線部１８の縦断面形状を規定する直線の曲率半径（無限大）から曲線部１３の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径（一定）まで連続的に変化する緩和曲線により規定された縦断面形状を有している。つまり、側壁緩和曲線部１９の縦断面形状を規定する緩和曲線は、その曲線区間内において側壁直線部１８側から曲線部１３側に行くに従い徐々に小さくなる曲率半径を有している。
【００２６】
側壁緩和曲線部１９の縦断面形状を規定する緩和曲線としては、例えば、クロソイド曲線を用いることができる。なお、側壁緩和曲線部１９の縦断面形状を規定する緩和曲線は、クロソイド曲線には限定はされず、三次放物線（三次曲線）又はサインカーブ（サイン半波長逓減曲線）であっても良い。
【００２７】
本実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造１の作用効果を説明する。
【００２８】
図１に示されるように、ピストン１０が圧縮上死点付近に達したときに、燃料がインジェクタＩからキャビティ１１の側壁１２（側壁直線部１８）に向かって噴射される。噴射された燃料（以下、噴霧という）Ｆがキャビティ１１の側壁１２に当たると、その噴霧Ｆは、キャビティ１１の側壁１２に沿って下方に流れる噴霧Ｆｌと、キャビティ１１の側壁１２に沿って上方に流れる噴霧Ｆｕとに分散される。
【００２９】
本実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造１では、キャビティ１１の側壁１２に側壁直線部１８と曲線部１３との間に位置させて側壁緩和曲線部１９を導入している。側壁直線部１８から側壁緩和曲線部１９を経て曲線部１３に移行する際に、側壁緩和曲線部１９において、曲率半径が側壁直線部１８の縦断面形状を規定する直線の曲率半径（無限大）から曲線部１３の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径（一定）まで連続的に変化するので、噴霧Ｆｌの流れが止まらずに側壁直線部１８から側壁緩和曲線部１９を経て曲線部１３へと流れる。
【００３０】
また、本実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造１では、キャビティ１１の底壁１４に底壁直線部１６と曲線部１３との間に位置させて底壁緩和曲線部１７を導入している。曲線部１３から底壁緩和曲線部１７を経て底壁直線部１６に移行する際にも、底壁緩和曲線部１７において、曲率半径が曲線部１３の縦断面形状を規定する円弧曲線の曲率半径（一定）から底壁直線部１６の縦断面形状を規定する直線の曲率半径（無限大）まで連続的に変化するので、噴霧Ｆｌの流れが止まらずに曲線部１３から底壁緩和曲線部１７を経て底壁直線部１６へと流れる。
【００３１】
このように、噴霧Ｆｌの流れがキャビティ１１内で止まらないようになるため、燃料濃度が他の箇所よりも濃くなることでスモークやＮＯ等が他の箇所よりも多めに発生するホットスポットが生じることを抑制することができる。従って、本実施形態に係る直噴式エンジンの燃焼室構造１によれば、キャビティ１１の形状の簡単な変更（底壁緩和曲線部１７及び側壁緩和曲線部１９の導入）により、スモークやＮＯ等を低減することができる。また、噴霧Ｆｌの流れがキャビティ１１内で止まらないようになるため、キャビティ１１内の中央部分の空気（酸素）を有効に利用できるようになることからも、スモークやＮＯ等を低減することができる。
【００３２】
なお、側壁直線部１８と曲線部１３との間の箇所は底壁直線部１６と曲線部１３との間の箇所と比較すると噴霧Ｆｌの流れに与える影響が小さいため、キャビティ１１の形状によっては、側壁直線部１８と曲線部１３との間に導入する側壁緩和曲線部１９は省略可能である。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００３４】
例えば、キャビティ１１の形状は、リエントラントタイプには限定はされず、トロイダルタイプ、リップ付タイプ等であっても良い。キャビティ１１の形状をトロイダルタイプとした燃焼室構造２を図２に示し、キャビティ１１の形状をリップ付タイプとした燃焼室構造３を図３に示す。なお、図２及び図３において、図１と実質的に同一の構成要素には同一符号を付している。
【００３５】
また、直噴式エンジンは、直噴式ディーゼルエンジンには限定はされず、直噴式ガソリンエンジンであっても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１  燃焼室構造
２  燃焼室構造
３  燃焼室構造
１０  ピストン
１１  キャビティ
１２  側壁
１３  曲線部（窪み部）
１４  底壁
１５  隆起部（中央突起）
１６  底壁直線部
１７  底壁緩和曲線部
１８  側壁直線部
１９  側壁緩和曲線部
Ｉ  インジェクタ
【図１】
2013217306.tif 000003
【図２】
2013217306.tif 000004
【図３】
2013217306.tif 000005
【図４】
2013217306.tif 000006