JP2002227650A - ナッペ角が小さい直噴エンジンおよびこのようなエンジンの使用を可能にする方法 - Google Patents

ナッペ角が小さい直噴エンジンおよびこのようなエンジンの使用を可能にする方法

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Bruno Walter
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料またはすすによって潤滑性が損なわれる
という問題を克服するために、非常に多様な噴射状態を
可能にする燃焼を生じさせるエンジンを提供する。 【解決手段】 直噴内燃エンジンは、シリンダヘッド２
を備えた少なくとも１つのシリンダ１と、このシリンダ
内で滑動するピストン５と、ガス吸気手段および排気手
段３，４と、シリンダヘッド２を向いているとともに凹
形の窪み８の中心に配置された突起７を有しているピス
トン５の上面ＳＰによって一方の側の境界が定められた
燃焼室とを有している。このエンジンは、シリンダ１の
直径をＣＤとし、噴射ノズル６からの燃料ジェットの起
点と上死点（ＴＤＣ）に対して５０°のクランクシャフ
ト角に相当するピストンの位置との間の距離をＦとした
とき、２ｔａｎ-1（ＣＤ／２Ｆ）以下のナッペ角ａ1で
燃料を噴射する少なくとも１つの噴射ノズル６を有して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴内燃エンジン
およびこのようなエンジンの使用を可能にする方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術は、欧州特許第８４８，４４８
号公報、欧州特許第８４，１７８号公報（米国特許第
５，３６３，８２０号公報）、日本国特許第１０，１８
４，３６２号公報、日本国特許第１０，１８４，３６３
号公報、米国特許第３，９４５，３５１号公報、英国特
許第２，１３４，１８１号公報、旧東独国特許第１４
７，３８６号公報に示されている。
【０００３】内燃エンジン用の燃焼システムの開発は、
耐久性の基準に適合しつつも、排出ガスの低減、トルク
および特定出力の増加、燃焼騒音の低減のような要件を
満たす必要がある。
【０００４】技術者らは、これらの目的を達成すること
を可能とする、広範囲の考えられる改良を現在行ってい
る。
【０００５】技術者らは、例えば、燃料／空気の混合を
促進するために、ピストンの上部に設けられた窪みなど
の、燃焼室の全体または一部の形状のようなパラメータ
の構造または調節を変更することができる。
【０００６】技術者らは、また、圧縮比、噴射装置（圧
力、制御法則など）、および燃料噴出口（穴数、直径な
ど）の特定のパラメータ、調節を変える圧力、ＥＧＲ
（排気ガス再循環）の比率、または吸気温度を変更する
ことができる。
【０００７】あいにく、これらの点の１つを、他の点を
悪化させずに向上させることは、ますます困難になって
いる。
【０００８】周知の例は、ＮＯXの排出と微粒子の排出
との折り合いを改善することである。
【０００９】この問題は、耐久性の基準を考慮に入れな
ければならない場合には、解決することがさらに困難で
ある。
【００１０】これは、存在すると噴射ノズルのナッペ
角、窪みの形状、またはタイミング、および噴射圧力に
依存する潤滑性の安定を損なう、液体燃料やシリンダの
内壁周辺のすす等が原因である。これらのパラメータを
調整すると、不都合なことに、排出ガスの増加および／
または最大負荷性能の減少および／または騒音の増加に
結びつく燃焼に有害な影響を及ぼす。
【００１１】欧州特許第８４９，４４８号公報または欧
州特許第５８９，１７８号公報は、内燃エンジン用の燃
焼室を特に述べている。これらの燃焼室は、シリンダヘ
ッドを向いているとともに円形の碗状部分、すなわち窪
みの中心に同じ軸を有している、突起と呼ばれる円錐形
の部分または先端が切られた部分を有するピストンの上
壁によって、一方の側の境界が定められている。燃料
は、１４０°から１６０°のオーダーの非常に広いナッ
ペ角を有する、各シリンダに一列に備えられたマルチジ
ェットノズルによって噴射される。突起の頂角は噴射ノ
ズルのナッペ角と一致しているので、燃料ジェットは、
円錐の傾斜に実質的に沿って噴射され、そして、シリン
ダの頂部に向いている湾曲した形状の碗状部分によって
方向転換するので、シリンダの内壁に全く接触せず、そ
えゆえシリンダの潤滑性に影響を及ぼすことなく気化さ
れる。もちろん、ピストンは、この効果を得るために、
自身の上死点（ＴＤＣ）に完全に接近していなければな
らない。したがって、燃料噴射回数の選択に利用可能な
範囲が限られている。
【００１２】この範囲は、燃料噴射を早めたり遅くした
りすると多くの利点が得られることが周知であることか
らも、決して些細ではない欠点を生じさせている。した
がって、上死点前の予備噴射と主要な噴射は、燃焼の騒
音を減少させることを可能にする。公知技術により、排
気温度を上げることによって開始される粒子フィルタの
再生は、排気弁が開くすぐ前の燃料噴射を必要する。膨
張中または排気相中の燃料噴射もまた、ＮＯX除去器の
再生を可能にする好適な排気状態を得るために有用であ
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】燃焼システムは、１４
０°から１６０°の範囲にあるナッペ角を備えた噴射ノ
ズルを一般に用いているので、これらの噴射の調節範囲
は、燃料またはすすによって潤滑性が損なわれるという
問題を制限するために狭められている。
【００１４】本発明の目的は、この制限を克服するため
に、非常に多様な噴射状態を可能にする燃焼を生じさせ
るエンジンを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明による直噴内燃エ
ンジンは、シリンダヘッドを備えた少なくとも１つのシ
リンダと、このシリンダ内で滑動するピストンと、ガス
吸気手段および排気手段と、シリンダヘッドに向いてい
るとともに凹形の窪みの中心に配置された突起を有して
いるピストンの上面によって一方の側の境界が定められ
た燃焼室とを有する直噴内燃エンジンにおいて、シリン
ダの直径をＣＤとし、噴射ノズルからの燃料ジェットの
起点と、上死点（ＴＤＣ）に対して５０°のクランクシ
ャフト角に相当するピストンの位置との間の距離をＦと
したとき、２ｔａｎ-1（ＣＤ／２Ｆ）以下のナッペ角で
燃料を噴射する少なくとも１つの噴射ノズルを有してい
ることを特徴とする。
【００１６】比較的狭いナッペ角を備えた噴射ノズルを
用いることは、シリンダ壁の濡れ具合に著しく関係す
る、噴射された燃料が広範囲にわたって分散することに
関連する欠点を防ぐ一方で、燃料噴射回数の選択のため
の範囲を広くする。このタイプの噴射ノズルは、均質燃
焼と呼ばれる燃焼モードに良く適している。
【００１７】一実施態様によれば、突起の頂角は、噴射
ノズルのナッペ角と実質的に一致して選択されており、
窪みは、上死点に対して±３０°までのピストンの任意
の位置について、噴射された燃料が、窪みの外側に向い
た窪みの曲線形状に沿うことによってシリンダヘッドに
向かう方向に方向転換するとともに、シリンダの壁に達
することなく気化するように形成されている。
【００１８】比較的狭いナッペ角を備えた噴射ノズルと
特有の形状の窪みとを組み合わせて用いることは、一般
に許容される範囲より広い角度の範囲内でも、上死点の
近傍における燃料噴射のための通常の運転を可能にす
る。
【００１９】噴射ノズルのナッペ角は０°から１２０°
の間に選択されていることが有利である。
【００２０】噴射ノズルのナッペ角は４０°から１００
°の間に選択されていることが好ましい。
【００２１】突起の頂角は、０°から３０°の間の値の
分だけナッペ角よりも大きく選択されている。
【００２２】突起の高さは、窪みの深さの少なくとも４
０％、好ましくは６０％よりも高い。
【００２３】噴射ノズルからの燃料ジェットは、突起の
側面との間に５°のオーダーの交角を形成している。
【００２４】本発明の特有な特徴によれば、窪みは、窪
みの直径がＢＤ、窪みの深さがＬ、第１の曲線部の半径
がＲ１、第２の曲線部の半径がＲ２、窪みの底部の直径
がＦＤ、側面（１４）の傾斜角がａ3、直径に沿った部
分の長さがＣｂであり、窪みの寸法が、ＢＤ／Ｌ比が６
よりも小さく、より好ましくは４よりも小さい、ＢＤ／
Ｒ１比が４よりも大きい、Ｒ２／Ｒ１比が０．４から１
の間の範囲にある、ＦＤ／ＢＤ比が０．８よりも小さ
い、Ｃｂ／ＢＤ比が２よりも小さい、傾斜角ａ3が４５
°よりも小さい、の条件の少なくとも１つを満たしてい
る。
【００２５】傾斜角は負であり、これにより、窪みは、
窪みの出口の直径を画定しうる再進入首を有している。
【００２６】首は、窪みの全高よりも低い高さに位置し
ている。
【００２７】窪みの寸法は、ＧＤ／ＢＤ比が１よりも小
さい、Ｌ２／Ｌ比が１よりも小さい、Ｓ／Ｖ比が０．１
ｍｍ-1よりも小さい、の条件のうちの１つを満たしてい
る。
【００２８】本発明による、直噴内燃エンジンの作動範
囲を拡げる方法は、少なくとも１つのシリンダと、この
シリンダ内で滑動するピストンと、ガス吸気手段および
排気手段と、窪みの中心にシリンダヘッドに向いている
突起を有しているピストンの上面によって一方の側の境
界が定められた燃焼室とを有する直噴内燃エンジンの作
動範囲を拡げる方法において、シリンダの直径をＣＤと
し、噴射ノズルからの燃料ジェットの起点と、上死点
（ＴＤＣ）に対して５０°のクランクシャフト角に相当
するピストンの位置との間の距離をＦとしたときに２ｔ
ａｎ-1（ＣＤ／２Ｆ）以下のナッペ角を有している噴射
ノズルによって各シリンダ内へ燃料を噴射することを特
徴とする。
【００２９】ピストンは、突起の頂角が噴射ノズルのナ
ッペ角と実質的に一致しており、窪みの壁が、上死点に
対して±３０°までのピストンの任意の位置が有利に用
いられるように、噴射された燃料が前記窪みの外側に向
かって導かれると共にシリンダの壁に達することなく気
化するように形成されている。
【００３０】本発明は、シリンダ壁上に液体燃料が付着
することを防ぐことを可能にするとともに、エンジン性
能の向上と汚染の抑制とを可能にする。
【００３１】本発明による、直噴内燃エンジンの作動範
囲を拡げる方法は、少なくとも１つのシリンダと、この
シリンダ内で滑動するピストンと、ガス吸気手段および
排気手段（３，４）と、シリンダヘッドに向いている突
起を有しているピストンの上面によって一方の側の境界
が定められた燃焼室とを有する直噴内燃エンジンの作動
範囲を拡げる方法において、低負荷および平均負荷のと
きには、混合気の燃焼前の空気と燃料との混合時間を長
く得られるように、シリンダの直径をＣＤとし、噴射ノ
ズルからの燃料ジェットの起点と、上死点（ＴＤＣ）に
対して５０°のクランクシャフト角に相当するピストン
の位置との間の距離をＦとしたときに、２ｔａｎ-1（Ｃ
Ｄ／２Ｆ）以下のナッペ角を有する噴射ノズルによって
各シリンダ内に燃料を噴射することと、高負荷のときに
は、燃料と空気との成層混合と段階的な燃焼が得られる
ように、同じナッペ角を有する同じ噴射ノズルによって
燃料を噴射することとを特徴とする。
【００３２】本発明によるエンジンは、全負荷および高
負荷で、吸入された空気を有効利用して良好な燃焼率と
高い空燃比を得るために、空気との混合を促進する程度
まで気化燃料を良好に持ち越すことを可能にする。部分
負荷では、ナッペ角を減少することで、シリンダ壁を濡
らすことなく、噴射システムの調整範囲を広くすること
が可能になる。
【００３３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
【００３４】図１および図２を参照すると、燃料噴射ノ
ズルを備えた、例えばディーゼル型の内燃エンジンは、
シリンダヘッド２を備えた、軸ＸＸ’に沿っている少な
くとも１つのシリンダ１と、本例ではそれぞれ１つまた
は２つ以上の吸気弁３および１つまたは２つ以上の排気
弁４である、吸気手段および燃焼済みガスの排気手段
と、シリンダ１の中で滑動するピストン５と、好ましく
はシリンダの軸ＸＸ’上に一列に配列されているマルチ
ジェットのノズルのような燃料噴射ノズル６とを有して
いる。
【００３５】もちろん、噴射ノズルは軸ＸＸ’上に一列
に配列されていなくてもよいが、この場合は、この燃料
噴射ノズルから来る燃料ジェットのナッペの一般軸は、
この軸ＸＸ’と同軸である。
【００３６】燃料噴射ノズルはナッペ角ａ1が小さく、
ナッペ角ａ1は大きくても１２０°、好ましくは４０°
から１００°の間の範囲に選択されている。
【００３７】このナッペ角は、αが上死点（ＴＤＣ）に
対して選択された噴射相のクランクシャフト角を表し、
この角度αが均質燃焼を得るために５０°よりも大き
く、１８０°以下であるときに、＋５０°と＋αとの間
または−５０°と−αとの間の範囲にあるピストンの任
意の位置について、シリンダの壁が燃料によって濡れる
ことが決してないように選択されている。
【００３８】ＣＤがシリンダ１の直径を表し、Ｆが噴射
ノズル６から来るジェットの起点と５０°のクランクシ
ャフト角に対応するピストンの位置との間の距離を表す
場合には、ナッペ角ａ1は、２ｔａｎ-1（ＣＤ／２Ｆ）
以下である。
【００３９】ナッペ角ａ1の通常の角度範囲は、例えば
４０°から１００°の間の範囲である。
【００４０】したがって、本発明は、上記のように定義
された噴射ノズルが、αが上死点（ＴＤＣ）に対して選
択された噴射相用のクランクシャフト角を表し、この角
度αが５０°よりも大きく、１８０°以下であるとき
に、５０°と＋αとの間または−５０°と−αとの間の
範囲にあるクランクシャフト角に対応するピストンの各
位置の間の範囲内で噴射するための、シリンダ壁を濡ら
さない燃料ジェットのナッペを得ることが可能になるの
で、噴射回数の選択範囲を広くすることができる。
【００４１】燃料のナッペは、実際には、何度も示して
きたように、三角形の形状で、かつその三角形が縦断面
に関して直径がその三角形の底辺に等しい半円に終端し
ている縦断面と一致して、噴射ノズルから出てくるよう
に構成されている。
【００４２】燃焼室は、シリンダヘッド２によって一方
の側の境界が定められ、ピストン５の上面ＳＰによって
反対側の境界が定められている。
【００４３】この面は、噴射ノズル６から来る燃料のナ
ッペの軸と同様に同軸であり、噴射ノズル６からの燃料
ジェットのナッペの軸とやはり同軸である碗状部分、す
なわち窪み８の中心でシリンダヘッド２を向いている突
起７を有している。この窪み８の凹部は、このシリンダ
ヘッド２に向けられており、前記のピストン５の水平部
９上に実質的に開いている。
【００４４】もちろん、この窪みの軸はシリンダの軸と
同軸ではないかもしれないが、重要なのは、燃料ジェッ
トのナッペの軸、突起の軸、および窪みの軸が同軸に配
置されていることである。
【００４５】先端が切断されたこの突起７は、実質的に
直線の側面１１によって窪み８の底の方向に延びた実質
的に水平な頂部１０を有している。突起７の頂角ａ2が
噴射ノズル６のナッペ角ａ1と実質的に適合しているの
で、燃料は、ピストン５が上死点（ＴＤＣ）の近傍にあ
るときに、突起７の側面１１に実質的に沿って噴射され
る。
【００４６】窪み８の直径部分は、曲線からなり、かつ
突起７の頂部からピストン５の外側に対称的に向かっ
て、ピストンの軸（ここでは軸ＸＸ’と同化している）
の両側に、側面１１によって形成された直線部分に曲線
状に接続した突起７の頂部１０を有しており、この側面
１１は、曲率半径がＲ１の第１の曲線部１２と、曲率半
径がＲ２の第２の曲線部１３とによって延長され、ピス
トン５の上面ＳＰの水平部９に実質的に繋がっている実
質的に直線の傾いた側壁１４によって終端している。
【００４７】Ｌは窪み８の深さを表し、ＢＤは窪みの開
口径を表し、ＣＤはシリンダの直径を表し、Ｃｂ／２
は、突起の頂部と、燃料ジェットのナッペを通ってピス
トン５の上面ＳＰとの接続部まで達している軸（ここで
はＸＸ’）との交点で採寸された、突起７の頂部１０か
らの窪み８の直径に沿った半分の部分の長さを表し（し
たがって、窪みの直径断面の拡張された長さはＣｂであ
る）、ａ3は、ここでは、この図の例ではノズル６から
のジェットの軸に平行な直線ともまた一致する、軸ＸＸ
‘に平行な垂直線に対して窪みの壁１４によって構成さ
れた角度を表し、ＦＤは窪み８の底から見た場合の窪み
８の平均直径を表している。図１の場合には、直径ＦＤ
は、窪みの最下点Ｍ、すなわち半径Ｒ１と半径Ｒ２との
交点で採寸されている。窪みの最下点が平面領域である
構成では、直径ＦＤは、この平面領域の中央で得られる
直径とみなされる。
【００４８】窪み８の形状は、選択されたナッペ角ａ1
に適合している。窪み８の形状は、（例えば、上死点
（ＴＤＣ）に対して±３０°までのピストン５の任意の
位置用の）従来型の作動モードにおいて、シリンダヘッ
ドに向かって（窪みの外側に向かって窪みの凹部に沿っ
て）噴射された燃料の方向転換の所望の効果と、シリン
ダ壁を濡らさずに燃料を気化させることとを達成するこ
とができるように構成されている。
【００４９】この形状は、ＢＤ／Ｌ比が６未満であり、
好ましくは４未満である、ＢＤ／Ｒ１比が４より大き
い、Ｒ２／Ｒ１比が０．４から１の範囲である、ＦＤ／
ＢＤ比が０．８未満である、Ｃｂ／ＢＤ比が２未満であ
る、の条件を満たすことで好適に得られる。
【００５０】ａ3には、４５°未満の角度（図１）、さ
らに有利なことには、図２に示したような実質的に２０
°に等しい角度が選択されることが好ましい。
【００５１】頂部１０までの窪み８の底部で採寸された
突起７の高さＨは、窪み８の深さＬより小さいことが有
利である。
【００５２】したがって、燃料噴射に際して、燃料ジェ
ットは、燃焼室内に進入することがあらかじめ認められ
た空気（または再循環された排気ガスと空気との混合
気）と側面１１に沿って混合し、シリンダ１の壁に接触
することができないように、側壁１４と組み合わされた
部分１２および１３によって導かれていく。
【００５３】図３は、ピストン５に含まれた窪みの形状
の他の例を示している。
【００５４】軸ＸＸ’に沿ったピストン５は、曲線部が
シリンダヘッド（不図示）を向いており、かつ突起７を
有している窪み８を有している。
【００５５】窪み８の中心に位置し、燃料ジェットのナ
ッペの軸とも同軸である突起は、頂部１０が僅かに丸く
され、また底面が図１および図２のそれよりも小さい円
錐形状で、図１および図２に示された突起よりもさらに
先細りの形状を有している。
【００５６】この頂部は、窪みの底部の方向に向かって
実質的に直線の側面１１によって延長され、そして、曲
率半径がＲ１の第１の曲線部１２、窪みの底部を形成し
ている実質的に水平な平面壁１５、曲率半径がＲ２の第
２の曲線部１３、窪みの側壁を形成している傾斜壁１
４、および肩部１７によって側壁１４に繋げられた、ピ
ストン５の上面ＳＰの水平部９に通じている傾斜面１６
によって延長されている。
【００５７】したがって、直径断面Ｃｂの長さは、突起
７の頂部１０と、この場合には軸ＸＸ’と同化する突起
の幾何学的軸との交点から、傾斜面１６とピストン５の
上面との接続部までの長さの２倍からなる。
【００５８】図３の例では、突起７の頂角ａ2が燃料が
実質的に側面１１に沿って噴射され、この突起７が、ピ
ストン５の水平部９と平面壁１５との間で採寸された深
さである、窪み８の深さＬの少なくとも４０％より高い
高さＨを有しており、この高さは、図３の例では、窪み
の深さＬの６０％よりも高い。
【００５９】肩部１７と曲線部１３との間で採寸され
た、窪みの側壁１４と垂直軸とによって構成された角度
ａ3は、図１および図２に関して述べた角度と実質的に
同一であるが、その角度ａ3は負であるという特有の特
徴を有しており、すなわち、図１および図２の角度ａ3
とは反対方向に測定される。
【００６０】したがって、側壁１４は、側壁１４と、傾
斜面１６の１点を通る垂直軸によって形成された５°よ
りも大きいことが好ましい角度ａ4で傾斜した傾斜面１
６との間の肩部によって形成された首１７を構成する窪
み８の出口で、再進入部分を形成している。
【００６１】したがって、図３の窪みは、窪みの底部の
近傍で採寸された半径を備え、軸ＸＸ’と第２の曲線部
１３の最も遠い点との間で得られた距離に相当する、窪
みの開口径ＢＤと、半径が、軸ＸＸ’と、平面壁１５に
よって形成された窪みの底部の境界を定めている線分Ａ
Ｂの中点Ｍとの間の距離に相当する、窪みの底部の直径
ＦＤと、半径が、軸ＸＸ’と、窪みの出口断面の境界を
定める、突起７に対向する首１７の端部との間の距離に
相当する、首の直径ＧＤと、首の直径ＧＤで採寸され、
首１７から平面壁１５まで延びている、首の深さＬ２と
を有している。
【００６２】この他の窪みの形状は、同様に、上記の比
率の条件に加えて、Ｌ２／Ｌが１未満である、窪みの総
容積Ｖで除算された窪みの（直径ＧＤで採寸された）出
口断面積Ｓが０．１ｍｍ-1未満である、ＧＤ／ＢＤが１
未満である、という比率を満たしている。
【００６３】Ｓ／Ｖ比は、約０．０５ｍｍ-1に等しいこ
とが好ましい。
【００６４】図３からわかるように、首の直径ＧＤは、
窪みの径ＢＤよりも小さく、これにより、首の直径ＧＤ
で採寸された出口断面積を制限し、燃料混合気の置換率
をより高めることを可能にしている。さらに、角度ａ3
の負の傾斜は、燃料ジェットを軸ＸＸ’に向かわせる利
点と、これにより燃料がシリンダ壁と接触することを防
ぐ利点とを有している。
【００６５】さらに、突起７の高さＨが高いと、突起の
側面１１と燃料ジェットとの間に含まれる空気の体積が
より多くなるために、噴射ノズルから来る燃料ジェット
をより良好に分離することと、気化状態の燃料ジェット
をより良好に放つこととが可能になる。
【００６６】燃料ジェットは、側面１１と５°のオーダ
ーの交角ａ5を形成することが好ましい。
【００６７】もちろん、本発明は、上述した実施例に限
定されるものではなく、本発明は、低負荷および平均負
荷のときには、混合気の燃焼前の空気と燃料との混合時
間を長く得るために、上死点に対して＋５０°と＋αと
の間または−５０°と−αとの間の範囲であるピストン
５の任意の位置について（αは、上述のように５０°よ
りも大きく、１８０°以下である）、燃料ジェットがシ
リンダ１の壁に接触しないように、上記のように定義さ
れたナッペ角ａ1を有する噴射ノズルによって各シリン
ダ内に燃料を噴射し、高負荷のときには、燃料と空気と
の成層混合と段階的な燃焼を得るために、同じナッペ角
を有する同じ噴射ノズルによって燃料を噴射することと
を可能にするエンジンを用いた方法で、同様に実施する
ことができる。
【００６８】例として、全負荷時（クランクシャフト角
が−１５°から＋４０°の間）における燃焼の種々の段
階を示す図４ａから図４ｅから、噴射された燃料が窪み
の曲線部に沿って導かれることがわかる。
【００６９】図４ａ〜図４ｅでは、黒色の領域が噴射さ
れた燃料を表し、明るい影の領域が空気を表し、暗い影
の領域が気化燃料と空気との混合気を表している。
【図面の簡単な説明】
【図１】ナッペ角が狭い燃料噴射ノズルと、可能な噴射
回数の選択をより広範囲にする、表面形状が入念にデザ
インされたピストンとを備えた内燃機関を模式的に示す
図である。
【図２】図１のピストンの改良された形状の窪みの一部
を拡大して示す図である。
【図３】ピストンの他の形状の窪みの一部を拡大して示
す図である。
【図４】本発明による、全負荷の作動状態における燃料
の燃焼の種々の段階を示す図である。
【符号の説明】
１ シリンダ ２ シリンダヘッド ３ 吸気手段 ４ 排気手段 ５ ピストン ６ 燃料噴射ノズル ７ 突起 ８ 窪み ９ 水平部 １０ 頂部 １１ 側面 １２ 第１の曲線部 １３ 第２の曲線部 １４ 側壁 １５ 平面壁 １６ 傾斜面 １７ 首（肩部） ＳＰ 上面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０Ｊ (72)発明者 ヴァルテ ブリュノ フランス国 92000 ナンテール ル デ スイス 108−110 Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA03 AA07 AA11 AB05 AC05 AD02 AD04 AD09 AD12 AG01 3G066 AA07 AB02 AD12 BA03 BA16 BA22 BA23 CC34 CC48 CD28 DA09 DB06 DB08 DB09

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダヘッド（２）を備えた少なくと
    も１つのシリンダ（１）と、このシリンダ内で滑動する
    ピストン（５）と、ガス吸気手段および排気手段（３，
    ４）と、シリンダヘッド（２）に向いているとともに凹
    形の窪み（８）の中心に配置された突起（７）を有して
    いるピストン（５）の上面（ＳＰ）によって一方の側の
    境界が定められた燃焼室とを有する直噴内燃エンジンに
    おいて、 シリンダ（１）の直径をＣＤとし、噴射ノズル（６）か
    らの燃料ジェットの起点と、上死点（ＴＤＣ）に対して
    ５０°のクランクシャフト角に相当するピストンの位置
    との間の距離をＦとしたとき、２ｔａｎ-1（ＣＤ／２
    Ｆ）以下のナッペ角（ａ1）で燃料を噴射する少なくと
    も１つの噴射ノズル（６）を有していることを特徴とす
    る直噴内燃エンジン。
  2. 【請求項２】 突起（７）の頂角（ａ2）が噴射ノズル
    （６）のナッペ角（ａ1）と実質的に一致して選択され
    ており、窪み（８）は、上死点（ＴＤＣ）に対して±３
    ０°までのピストン（５）の任意の位置について、噴射
    された燃料が、前記窪みの外側に向いた曲線部に沿うこ
    とによって前記シリンダヘッドに向かう方向に方向転換
    するとともに、前記シリンダの壁に達することなく気化
    するように構成されている、請求項１に記載のエンジ
    ン。
  3. 【請求項３】 噴射ノズル（６）のナッペ角（ａ1）は
    ０°から１２０°の間に選択されている、請求項１また
    は２に記載のエンジン。
  4. 【請求項４】 噴射ノズル（６）のナッペ角（ａ1）は
    ４０°から１００°の間に選択されている、請求項１ま
    たは２に記載のエンジン。
  5. 【請求項５】 突起（７）の頂角（ａ2）は、０°から
    ３０°の間の値の分だけナッペ角（ａ1）よりも大きく
    選択されている、請求項３または４に記載のエンジン。
  6. 【請求項６】 突起（７）の高さは、窪み（８）の深さ
    の少なくとも４０％よりも高い、請求項１から５のいず
    れか１項に記載のエンジン。
  7. 【請求項７】 突起（７）の高さは、窪み（８）の深さ
    の少なくとも６０％よりも高い、請求項１から５のいず
    れか１項に記載のエンジン。
  8. 【請求項８】 噴射ノズル（６）からの燃料ジェット
    は、突起（７）の側面（１１）との間に５°のオーダー
    の交角（ａ5）を形成している、請求項１から７のいず
    れか１項に記載のエンジン。
  9. 【請求項９】 前記窪みは、窪みの直径がＢＤ、窪みの
    深さがＬ、第１の曲線部（１２）の半径がＲ１、第２の
    曲線部（１３）の半径がＲ２、窪みの底部の直径がＦ
    Ｄ、側面（１４）の傾斜角がａ3、直径に沿った部分の
    長さがＣｂであり、前記窪みの寸法が、 ＢＤ／Ｌ比が６よりも小さく、より好ましくは４よりも
    小さい、 ＢＤ／Ｒ１比が４よりも大きい、 Ｒ２／Ｒ１比が０．４から１の間の範囲にある、 ＦＤ／ＢＤ比が０．８よりも小さい、 Ｃｂ／ＢＤ比が２よりも小さい、 傾斜角ａ3が４５°よりも小さい、の条件の少なくとも
    １つを満たしている、請求項１から８のいずれか１項に
    記載のエンジン。
  10. 【請求項１０】 傾斜角ａ3は負であり、これにより、
    前記窪みは、前記窪みの出口の直径（ＧＤ）を画定しう
    る再進入首（１７）を有している、請求項９に記載のエ
    ンジン。
  11. 【請求項１１】 首（１７）は、前記窪みの全高よりも
    低い高さ（Ｌ２）に位置している、請求項１０に記載の
    エンジン。
  12. 【請求項１２】 前記窪みの寸法は、 ＧＤ／ＢＤ比が１よりも小さい、 Ｌ２／Ｌ比が１よりも小さい、 Ｓを直径ＧＤにおける出口の断面積とし、前記窪みの総
    容積をＶとしたときのＳ／Ｖ比が０．１ｍｍ-1よりも小
    さい、の条件のうちの１つを満たしている、請求項１０
    または１１に記載のエンジン。
  13. 【請求項１３】 少なくとも１つのシリンダ（１）と、
    このシリンダ（１）内で滑動するピストン（５）と、ガ
    ス吸気手段および排気手段（３，４）と、碗状部分、す
    なわち窪み（８）の中心にシリンダヘッドに向いている
    突起（７）を有しているピストン（５）の上面によって
    一方の側の境界が定められた燃焼室とを有する直噴内燃
    エンジンの作動範囲を拡げる方法において、 シリンダ（１）の直径をＣＤとし、噴射ノズル（６）か
    らの燃料ジェットの起点と、上死点（ＴＤＣ）に対して
    ５０°のクランクシャフト角に相当するピストンの位置
    との間の距離をＦとしたときに２ｔａｎ-1（ＣＤ／２
    Ｆ）以下のナッペ角（ａ1）を有している噴射ノズルに
    よって各シリンダ内へ燃料を噴射することを特徴とす
    る、直噴内燃エンジンの作動範囲を拡げる方法。
  14. 【請求項１４】 ピストン（５）は、突起（７）の頂角
    （ａ2）が噴射ノズル（６）のナッペ角（ａ1）と実質的
    に一致しており、窪み（８）の壁（１４）が、上死点
    （ＴＤＣ）に対して±３０°までのピストン（５）の任
    意の位置が用いられるように、噴射された燃料が前記窪
    みの外側に向かって導かれると共にシリンダ（１）の壁
    に達することなく気化するように形成されている、請求
    項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 少なくとも１つのシリンダ（１）と、
    このシリンダ（１）内で滑動するピストン（５）と、ガ
    ス吸気手段および排気手段（３，４）と、碗状部分、す
    なわち窪み（８）の中心にシリンダヘッドに向いている
    突起（７）を有しているピストン（５）の上面によって
    一方の側の境界が定められた燃焼室とを有する直噴内燃
    エンジンの作動範囲を拡げる方法において、 低負荷および平均負荷のときには、混合気の燃焼前の空
    気と燃料との混合時間を長く得られるように、シリンダ
    （１）の直径をＣＤとし、噴射ノズル（６）からの燃料
    ジェットの起点と、上死点（ＴＤＣ）に対して５０°の
    クランクシャフト角に相当するピストンの位置との間の
    距離をＦとしたときに２ｔａｎ-1（ＣＤ／２Ｆ）以下の
    ナッペ角（ａ1）を有する噴射ノズルによって各シリン
    ダ内に燃料を噴射することと、 高負荷のときには、燃料と空気との成層混合と段階的な
    燃焼が得られるように、同じナッペ角を有する同じ噴射
    ノズルによって燃料を噴射することとを特徴とする、直
    噴内燃エンジンの作動範囲を拡げる方法。
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