JP2009264167A - 燃料直噴エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 ペントルーフ型ピストンを備えた燃料直噴エンジンにおいて、バルブ孔の開口面積を確保しながらフュエルインジェクタが受ける熱害を軽減する。
【解決手段】 ピストン１３のペントルーフ型の頂面に対向するシリンダヘッド１６の下面の頂部１６ａの幅Ａを、そこに開口するインジェクタ取付孔１６ｂの直径Ｂよりも小さく形成したので、シリンダヘッド１６の吸気バルブ孔１７の直径を可及的に大きくしても、吸気バルブ孔１７が前記頂部１６ａと干渉し難くなるため、吸気バルブ孔１７の形状の変形を最小限に抑えて吸気効率を高めることができる。シリンダヘッド１６の頂部１６ａの幅Ａを小さくすると、フュエルインジェクタ２３の先端部２３ａの露出量が増加して熱害を受け易くなるが、インジェクタ取付孔１６ｂの開口縁を囲むように環状の遮熱ボス部１６ｃをシリンダヘッド１６の下面に突設したことで、フュエルインジェクタ２３の先端部２３ａを熱害から保護することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、頂面のピストン中心軸方向の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの頂面の中央部に凹設されたキャビティと、前記キャビティ内に燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備えた燃料直噴エンジンに関する。

一般的に燃料直噴ディーゼルエンジンのピストンの頂面は平坦に形成されているが、ピストンの頂面をペントルーフ型に突出させた燃料直噴ディーゼルエンジンが、下記特許文献１により公知である。

このように、ピストンの頂面をペントルーフ型に形成すると、それに対向するシリンダヘッドの下面もペントルーフ型になるため、そこに開口する吸気バルブ孔や排気バルブ孔の開口面積を増加させて吸排気効率を高めることができる。
実開昭６２−４９６２０号公報

ところで上記従来のものは、シリンダヘッドのペントルーフ型の下面の頂部は尾根状に尖っておらず、フュエルインジェクタを装着するインジェクタ取付孔を形成できるように所定幅を有する平面状になっている。その結果、シリンダヘッドのペントルーフ型の下面の傾斜面の幅が減少し、吸気バルブ孔や排気バルブ孔の開口面積を充分に確保できなくなる問題がある。

この問題を解消するために、吸気バルブ孔や排気バルブ孔の直径をシリンダヘッドの下面の平面状の頂部と干渉するように拡大すると、吸気バルブ孔や排気バルブ孔の形状が前記平面状の頂部と干渉する部分で変形してしまい、その部分で吸気や排気の流れが乱れて吸排気効率が低下するという問題が発生してしまう。

そこで、シリンダヘッドのペントルーフ型の下面の頂部の幅を減少させ、傾斜面の幅を増加させることが考えられるが、このようにすると、ピストン中心軸上に配置されて先端がシリンダヘッドからピストン側に突出するフュエルインジェクタの先端部の露出量が増加するため、その先端部が燃焼した混合気の熱に晒され易くなってフュエルインジェクタの耐久性に悪影響を及ぼす可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ペントルーフ型ピストンを備えた燃料直噴エンジンにおいて、バルブ孔の開口面積を確保しながらフュエルインジェクタが受ける熱害を軽減することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ピストンピン軸線と平行に延びる頂部を挟んで傾斜する二つの傾斜面を含み、ピストン中心軸方向の高さが円周方向に変化するペントルーフ型の頂面を有するピストンと、前記ピストンのペントルーフ型の頂面に対向するペントルーフ型の下面に、前記二つの傾斜面に対向するバルブ孔が開口するシリンダヘッドと、前記ピストンの頂面の中央部に凹設されたキャビティと、前記シリンダヘッドのピストン中心軸上に穿設されたインジェクタ取付孔に装着され、複数の燃料噴射孔が形成された先端部が前記シリンダヘッドの下面の頂部から下方に突出するフュエルインジェクタとを備える燃料直噴エンジンにおいて、前記シリンダヘッドの下面の頂部の幅を前記インジェクタ取付孔の直径よりも小さく形成するとともに、前記インジェクタ取付孔の開口縁を囲むように環状の遮熱ボス部を前記シリンダヘッドの下面に突設したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記シリンダヘッドの遮熱ボス部は、ピストン中心軸から放射方向に延びる任意の半平面と交差する断面形状が、円周方向の全域に亘って略等しいことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、Ｎを２以上の自然数とし、前記キャビティの内壁面と、ピストン中心軸から放射方向に延びて互いに均等な挟み角を有するＮ個の半平面とで、前記キャビティをＮ個の仮想的なキャビティ区分に区画したとき、前記各々の仮想的なキャビティ区分の容積が略等しくなるように、前記キャビティの内壁面の形状を設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

尚、実施の形態の吸気バルブ孔１７および排気バルブ孔１８は本発明のバルブ孔に対応する。

請求項１の構成によれば、ピストンのペントルーフ型の頂面に対向するシリンダヘッドのペントルーフ型の下面の頂部の幅を、そこに開口するインジェクタ取付孔の直径よりも小さく形成したので、シリンダヘッドの下面に形成されるバルブ孔の直径を可及的に大きくしても、そのバルブ孔がシリンダヘッドの下面の頂部と干渉し難くなるため、前記バルブ孔の形状の変形を最小限に抑えて吸排気効率を高めることができる。シリンダヘッドのペントルーフ型の下面の頂部の幅を小さくすると、フュエルインジェクタの先端部の露出量が増加して混合気の燃焼に伴う熱の影響が増加するが、インジェクタ取付孔の開口縁を囲むように環状の遮熱ボス部をシリンダヘッドの下面に突設したことで、フュエルインジェクタの先端部を熱害から保護することができる。

また請求項２の構成によれば、シリンダヘッドの遮熱ボス部のピストン中心軸から放射方向の断面形状を、円周方向の全域に亘って略等しくしたので、遮熱ボス部の各部に加わる熱負荷を均一化することができる。

また請求項３の構成によれば、ピストンの頂面の中央部に凹設したキャビティの内壁面と、ピストン中心軸から放射方向に延びて互いに均等な挟み角を有するＮ個の半平面とで、キャビティをＮ個の仮想的なキャビティ区分に区画したとき、各々の仮想的なキャビティ区分の容積が略等しくなるようにキャビティの内壁面の形状を設定したので、キャビティにおける燃料および空気の混合状態を均一化してエンジンの出力向上および排気有害物質の低減を図ることができる。このとき、シリンダヘッドの遮熱ボス部のピストン中心軸から放射方向の断面形状を、円周方向の全域に亘って略等しくしたので、遮熱ボスを設けても各々の仮想的なキャビティ区分の容積の均一性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図１３は本発明の実施の形態を示すもので、図１はディーゼルエンジンの要部縦断面図（図２の１−１線断面図）、図２は図１の２−２線矢視図、図３は図１の３−３線矢視図、図４はピストンの上部斜視図、図５は図２の５−５線断面図、図６は図２の６−６線断面図、図７は図３の７−７線断面図、図８は図３の８−８線断面図、図９は図３の９−９線断面図、図１０は補正後のキャビティの断面形状を示す、前記図７に対応する図、図１１は補正後のキャビティの断面形状を示す、前記図８に対応する図、図１２は仮想的なキャビティ区分の説明図、図１３はキャビティ区分の方向を円周方向に変化させたときの、該キャビティ区分の容積の変化率を示すグラフである。

図１〜図６に示すように、燃料直噴型のディーゼルエンジンは、シリンダブロック１１に形成されたシリンダ１２に摺動自在に嵌合するピストン１３を備えており、ピストン１３はピストンピン１４およびコネクティングロッド１５を介して図示せぬクランクシャフトに接続される。シリンダブロック１１の上面に結合されるシリンダヘッド１６の下面に、ピストン１３の頂面に対向する２個の吸気バルブ孔１７，１７と、２個の排気バルブ孔１８，１８とが開口しており、吸気バルブ孔１７，１７に吸気ポ−ト１９が連通し、排気バルブ孔１８，１８に排気ポート２０が連通する。吸気バルブ孔１７，１７は吸気バルブ２１，２１で開閉され、排気バルブ孔１８，１８は排気バルブ２２，２２で開閉される。ピストン中心軸Ｌｐ上に位置するようにフュエルインジェクタ２３が設けられるとともに、フュエルインジェクタ２３に隣接するようにグロープラグ２４が設けられる。

ピストン１３の頂面と、そこに対向するシリンダヘッド１６の下面とは平坦ではなく断面三角形のペントルーフ状に傾斜しており、この形状により、吸気ポ−ト１９および排気ポート２０の湾曲度を小さくするとともに吸気バルブ孔１７，１７および排気バルブ孔１８，１８の直径を確保し、吸気効率および排気効率を高めることができる。ペントルーフ状に形成されたシリンダヘッド１６の下面の頂部１６ａ，１６ａは、ピストンピン１４と平行に直線状に延びる平坦面であり、その幅Ａ（図２参照）は極めて小さく設定されている。このように、シリンダヘッド１６の下面の頂部１６ａ，１６ａの幅Ａを可及的に小さくすることで、吸気バルブ孔１７，１７および排気バルブ孔１８，１８の直径を最大限に確保することができる。シリンダヘッド１６の下面には、前記頂部１６ａ，１６ａの両側に連なって下向きに傾斜する一対の傾斜面１６ｄ，１６ｄが形成される。

ピストン１３の頂面には、ピストン中心軸Ｌｐを中心とするキャビティ２５が凹設される。キャビティ２５の径方向外側には、ピストンピン１４と平行に直線状に延びる頂部１３ａ，１３ａから吸気側および排気側に向かって下向きに傾斜する一対の傾斜面１３ｂ，１３ｂと、傾斜面１３ｂ，１３ｂの下端近傍に形成されてピストン中心軸Ｌｐに直交する一対の平坦面１３ｃ，１３ｃと、頂部１３ａ，１３ａの両端を平坦に切り欠いた一対の切欠き部１３ｄ，１３ｄとが形成される。ピストン１３の頂部１３ａ，１３ａはシリンダヘッド１６の頂部１６ａ，１６ａに対向し、ピストン１３の傾斜面１３ｂ，１３ｂはシリンダヘッド１６の傾斜面１６ｄ，１６ｄに対向する。

ピストン中心軸Ｌｐに沿うようにシリンダヘッド１６に穿設されたインジェクタ取付孔１６ｂに嵌合するフュエルインジェクタ２３は、ピストン中心軸Ｌｐ上の仮想的な点である燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心として円周方向に６０°間隔で離間する６つの方向に燃料を噴射すべく、その先端部２３ａに６個の燃料噴射孔２３ｂ…を備える。インジェクタ取付孔１６ｂの直径Ｂに対し、シリンダヘッド１６の下面の頂部１６ａ，１６ａの幅Ａは小さく設定される。尚、インジェクタ取付孔１６ｂの直径Ｂとは、インジェクタ２３を燃焼室内に挿入するために必要なシリンダヘッド１６の下面に形成される開口の直径である。前記６本の燃料噴射軸のうちの２本の第１燃料噴射軸Ｌｉ１は、ピストン中心軸Ｌｐ方向に見てピストンピン１４と重なっており、他の４本の第２燃料噴射軸Ｌｉ２は、ピストンピン１４の方向に対して６０°の角度で交差している。またピストン中心軸Ｌｐに直交する方向に見て、６本の第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２は斜め下向きに傾斜しており、その下向きの度合いは第１燃料噴射軸Ｌｉ１については小さく、第２燃料噴射軸Ｌｉ１については大きくなっている（図８および図９参照）。

尚、フュエルインジェクタ２３が実際に燃料を噴射する燃料噴射孔２３ｂ…はピストン中心軸Ｌｐから径方向外側に僅かにずれているが、前記燃料噴射点Ｏｉｎｊは前記第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２がピストン中心軸Ｌｐと交差する点として定義される。

図１、図２、図５および図６から明らかなように、シリンダヘッド１６の下面に開口するインジェクタ取付孔１６ｂの開口部の周囲を囲むように環状の遮熱ボス部１６ｃが下向きに突設される。図１および図５を比較すると分かるように、ピストン中心軸Ｌｐを通る任意の半平面が遮熱ボス部１６ｃと交差する断面形状は、円周方向の全ての位置で略一致している。

次に、図７〜図９を参照して先願発明（特願２００６−１７５５９７号）のキャビティ２５の断面形状を詳述する。先願発明のキャビティ２５の断面形状を説明する理由は、先願発明のキャビティ２５の断面形状を補正して本願発明のキャビティ２５の断面形状を得るからである。図７はピストンピン１４に対して直交する方向の断面であり、図８はピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面（第２燃料噴射軸Ｌｉ２を含む断面）であり、図９はピストンピン１４に沿う方向の断面（第１燃料噴射軸Ｌｉ１を含む断面）である。

先願発明は、ピストン中心軸Ｌｐを通る任意の断面において、キャビティ２５の形状を可及的に一致させることを狙ったものである。キャビティ２５の断面形状はピストン中心軸Ｌｐを挟んで左右二つの部分に分かれており、その二つの部分は図９のピストンピン１４方向の断面では概ね直線状に繋がっているが、図７のピストンピン１４直交方向の断面と、図８のピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面とでは、ピストン１３のペントルーフ形状に応じて山型に繋がっている。但し、キャビティ２５の断面形状の主要部、つまり図７〜図９に網かけをして示す部分の形状は完全に一致している。

図７〜図９から明らかなように、ピストン中心軸Ｌｐを中心として形成されたキャビティ２５は、ピストン１３の頂面から下向きに直線状に延びる周壁部２５ａと、周壁部２５ａの下端からピストン中心軸Ｌｐに向かってコンケーブ状に湾曲する曲壁部２５ｂと、曲壁部２５ｂの径方向内端からピストン中心軸Ｌｐに向かって斜め上方に直線状に延びる底壁部２５ｃと、ピストン中心軸Ｌｐ上で底壁部２５ｃの径方向内端に連なる頂部２５ｄとで構成される。

キャビティ２５に対向するシリンダヘッド１６の下面を示す線Ｌ−Ｒ１，Ｌ−Ｒ２から下方に距離Ｈａだけ離れて平行に延びるラインをピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２とする。同様にシリンダヘッド１６の下面を示す線Ｌ−Ｒ１，Ｌ−Ｒ２から下方に距離Ｈｂｃだけ離れて平行に延びる線をキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１，Ｌ−ｂｃ２とし、シリンダヘッド１６の下面を示す線Ｌ−Ｒ１，Ｌ−Ｒ２から下方に距離Ｈｄだけ離れて平行に延びる線をキャビティ頂部基本線Ｌ−ｄ１，Ｌ−ｄ２とする。

燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒａの円弧と前記ピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２との交点をａ１，ａ２とする。同様に燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｂの円弧と前記キャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１，Ｌ−ｂｃ２との交点をｂ１，ｂ２とし、燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｃの円弧と前記キャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１，Ｌ−ｂｃ２との交点をｃ１，ｃ２とし、燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｄの円弧と前記キャビティ頂部基本線Ｌ−ｄ１，Ｌ−ｄ２との交点をｄ１，ｄ２とする。交点ｅ１，ｅ２は、前記交点ｄ１，ｄ２からピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２に下ろした垂線が該ピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２に交差する点である。

キャビティ２５の周壁部２５ａは直線ａ１ｂ１，ａ２ｂ２の上にあり、キャビティ２５の底壁部２５ｃは直線ｃ１ｄ１，ｃ２ｄ２に一致し、キャビティ２５の曲壁部２５ｂは直線ａ１ｂ１，ａ２ｂ２および直線ｃ１ｄ１，ｃ２ｄ２を滑らかに接続する。

しかして、交点ａ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１あるいは交点ａ２，ｃ２，ｄ２，ｅ２によって決まる網かけした断面形状が，ピストン中心軸Ｌｐを通る任意の断面において等しくなるように、キャビティ２５の形状が設定される。

前記交点ａ１，ａ２は本発明の第１特定点Ａｎに対応し、前記交点ｅ１，ｅ２は本発明の第２特定点Ｂｎに対応し、前記交点ｄ１，ｄ２は本発明の第３特定点Ｃｎに対応するものである。

図８および図９に示す第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２を通る断面については、図９に示すピストンピン１４方向の断面（燃料噴射断面Ｓ１）における網かけ部分と、図８に示すピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面（燃料噴射断面Ｓ２）における網かけ部分とは同形になる。

図９に示すピストンピン１４方向の断面において、第１燃料噴射軸Ｌｉ１がキャビティ２５と交差する点を燃料衝突点Ｐ１とし、図８に示すピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面において、第２燃料噴射軸Ｌｉ２がキャビティ２５と交差する点を燃料衝突点Ｐ２とする。二つの燃料衝突点Ｐ１，Ｐ２は、網かけした同一形状の断面上の同じ位置に存在している。従って、燃料衝突点Ｐ２の位置は燃料衝突点Ｐ１の位置よりも低くなり、燃料噴射点Ｏｉｎｊから延びる第２燃料噴射軸Ｌｉ２は第１燃料噴射軸Ｌｉ１よりも更に下向きに燃料を噴射することになる。

燃料噴射点Ｏｉｎｊから燃料衝突点Ｐ１までの距離Ｄ１は、燃料噴射点Ｏｉｎｊから燃料衝突点Ｐ２までの距離Ｄ２に略一致する。また燃料衝突点Ｐ１におけるキャビティ２５の接線と第１燃料噴射軸Ｌｉ１とが成す燃料衝突角α１は、燃料衝突点Ｐ２におけるキャビティ２５の接線と第２燃料噴射軸Ｌｉ２とが成す燃料衝突角α２に略一致する。

以上のように先願発明によれば、ピストン中心軸Ｌｐを通る任意の断面において、燃料噴射点Ｏｉｎｊの近傍のごく一部（交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた領域）を除いて、キャビティ２５の断面形状が同一に形成されている。特に、第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２を含む二つの断面（図８および図９参照）においてもキャビティ２５の断面形状が同一に形成されており、しかも前記二つの断面において燃料噴射点Ｏｉｎｊから燃料衝突点Ｐ１，Ｐ２までの距離Ｄ１，Ｄ２が略等しく設定され、かつ燃料衝突点Ｐ１，Ｐ２における燃料衝突角α１，α２が略等しく設定されるので、キャビティ２５の各部における空気および燃料の混合状態を円周方向に均一化し、混合気の燃焼状態を改善してエンジン出力の増加および排気有害物質の低減を図ることができる。

また図７および図８に示すピストン１３の頂面が傾斜する断面においても、キャビティ２５の開口のエッジ（交点ａ２の部分）が成す角度が、図９に示すピストン１３の頂面が平坦な場合に比べて鋭角化することがないため、その部分の熱負荷を軽減して耐熱性を高めることができる。

ところで先願発明は、図７〜図９におけるキャビティ２５の断面形状が、網かけをして示す部分では完全に一致しているものの、燃料噴射点Ｏｉｎｊの近傍の交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域で不一致になっている。その理由は、キャビティ２５の断面形状のピストン中心軸Ｌｐを挟む二つの部分が、図９のピストンピン１４方向の断面では概ね直線状に繋がっているが、図７のピストンピン１４直交方向の断面と、図８のピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面とでは、ピストン１３のペントルーフ形状に応じて山型に繋がっているため、交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域の面積が、図９のピストンピン１４方向の断面で最も大きく、図８のピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面で減少し、図７のピストンピン１４直交方向の断面で更に減少するためである。

本実施の形態は、交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域の面積が最大になるピストンピン１４方向のキャビティ２５の断面形状（図９参照）を基準とし、その他の方向の断面形状を拡大する方向（つまり、キャビティ２５の深さを増加させる方向）に補正することで、前記交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域の面積の差異を補償し、キャビティ２５の全ての方向の断面で空気および燃料の混合状態の一層の均一化を図るものである。

図１０は、図７のピストンピン１４直交方向におけるキャビティ２５の断面形状の補正手法を説明するものであり、鎖線の形状は先願発明のものを示し、実線の形状は本実施の形態のものを示している。

本実施の形態によるキャビティ２５の断面形状の補正は、交点ｂ１および交点ｃ１の位置を、それぞれ交点ｂ１′および交点ｃ１′となるように下方に移動させることで、網かけ部分の面積を増加させることにより行われる。

先ずキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１と、直線ｅ１ｄ１の下方への延長線との交点をｆ１として決定する。続いて交点ｆ１を通るキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１を、交点ｆ１を中心として所定角度βだけ下方に回転させ、新たなキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１′を設定する。続いて燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｂの円弧と新たなキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１′との交点を前記ｂ１′として決定し、燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｃの円弧と新たなキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１′との交点を前記ｃ１′として決定する。

しかして、補正後のキャビティ２５の断面形状では、キャビティ２５の周壁部２５ａは直線ａ１ｂ１′の上にあり、キャビティ２５の底壁部２５ｃは直線ｃ１′ｄ１に一致し、キャビティ２５の曲壁部２５ｂは直線ａ１ｂ１′および直線ｃ１′ｄ１を滑らかに接続している。

尚、キャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１とピストン中心軸Ｌｐとの交点をｆとし、この交点ｆを中心としてキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１を所定角度βだけ下方に回転させることで、新たなキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１′を設定しても良い。

このように、キャビティ２５の内壁面における経路ＡｎＣｎのうち、経路ＡｎＣｎの最下部から第３特定点Ｃｎまでの区間は第２燃料噴射軸Ｌｉ２と近接するが、その区間の形状を変化させることでキャビティ２５の内壁面への燃料の付着を抑制して燃焼悪化を防止することができる。

本実施の形態では、正味平均有効圧力ＮＭＥＰが、煤が発生しない状態で、先願発明に対して２％程度向上した。

図１０は、図８のピストンピン１４に対して６０°で交差する方向におけるキャビティ２５の断面形状の補正手法を説明するものであり、鎖線の形状は先願発明のものを示し、実線の形状は本実施の形態のものを示している。

図９（ピストンピン１４方向）および図７（ピストンピン１４直交方向）における交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域の面積の差異に比べ、図９（ピストンピン１４方向）および図８（ピストンピン１４に対して６０°で交差する方向）の前記面積の差異は小さいため、図１１（ピストンピン１４に対して６０°で交差する方向）におけるキャビティ２５の断面形状の拡大量は、図１０（ピストンピン１４直交方向）におけるキャビティ２５の断面形状の拡大量よりも小さなものとなる。

以上、ピストン中心軸Ｌｐの一側のキャビティ２５の断面形状の補正について説明したが、ピストン中心軸Ｌｐの他側のキャビティ２５の断面形状の補正も全く同様にして行われる。

以上のように、本実施の形態によれば、先願発明が有する問題点、つまり燃料噴射点Ｏｉｎｊの近傍の交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた領域におけるキャビティ２５の各断面形状の不一致が補償されるので、キャビティ２５の各部における空気および燃料の混合状態を円周方向に一層均一化し、混合気の燃焼状態を改善してエンジン出力の更なる増加および排気有害物質の更なる低減を図ることができる。

図１２は、本実施の形態によるキャビティ２５の断面形状の補正を、別の視点で捕らえる説明図である。

同図において、キャビティ２５の中心を通るピストン中心軸Ｌｐから、６個の半平面Ｘ１〜Ｘ６が放射状に延びている。隣接する２個の半平面Ｘ１〜Ｘ６が成す角度（挟み角）は全て６０°であり、各半平面Ｘ１〜Ｘ６の間を２等分する６本の２等分線は、ピストン中心軸Ｌｐの方向に見て第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２と重なっている。キャビティ２５は６個の半平面Ｘ１〜Ｘ６によって６個の仮想的なキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆに分割されており、本実施の形態によれば、上述したキャビティ２５の断面形状の補正により、６個のキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積を理論的には同一に設定することが可能である。

しかしながら、６個のキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積を完全に同一に設定する必要はなく、それを略同一に設定するだけでも、先願発明に比べて燃料の混合状態を円周方向により均一化することができる。具体的には、６個のキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積のばらつき、つまり最大容積のキャビティ区分と最小容積のキャビティ区分の容積との差分を先願発明に比べて小さくすれば、燃料の混合状態を円周方向により均一化することができる。

図１３は、キャビティ区分の方向（つまり、キャビティ区分の挟み角の２等分線の方向）をピストンピン１４の方向を基準（０°）としてピストン中心軸Ｌｐまわりに左右に各６０°の範囲で移動させたとき、そのキャビティ区分の容積の変化率を示すものである。破線は従来例に対応し、実線は本実施の形態に対応する。

何れのものも、キャビティ区分の挟み角の２等分線の方向がピストンピン１４の方向に対して６０°で交差するとき（図１２のキャビティ区分２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｅ，２５Ｆ参照）を基準とし、そのときの変化率を０％としている。破線で示す従来例では、キャビティ区分の挟み角の２等分線の方向がピストンピン１４の方向に一致するとき（図１２のキャビティ区分２５Ａ，２５Ｄ参照）、変化率は最大になって７％程度であるが、実線で示す実施の形態では、同じ位置で変化率は最大になるが、その値は大幅に減少して僅か０．５％に抑えられている。

従って、本願発明の一つの定義は、「各キャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積のばらつきが、キャビティの深さを円周方向に均一にした従来例の各キャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積のばらつきよりも小さいもの」とすることができる。

さて、図６（実施の形態）および図１５（従来例）を比較すると明らかなように、図１５の従来例はシリンダヘッド１６の下面の頂部１６ａ，１６ａの幅Ａがインジェクタ取付孔１６ｂの直径Ｂよりも大きく設定されているので、吸気バルブ孔１７，１７の一部が前記頂部１６ａ，１６ａと大きく干渉してしまい、その部分で吸気バルブ孔１７，１７の形状が変化して吸気の流れがスムーズでなくなる問題がある。一方、図６の実施の形態はシリンダヘッド１６の下面の頂部１６ａ，１６ａの幅Ａがインジェクタ取付孔１６ｂの直径Ｂよりも小さく設定されているので、吸気バルブ孔１７，１７は前記頂部１６ａ，１６ａと殆ど干渉せず、吸気バルブ孔１７，１７の形状を円周方向に概ね一定にして吸気の流れをスムーズにすることができる。

このように、本実施の形態によれば、シリンダヘッド１６の下面の頂部１６ａ，１６ａの幅Ａをインジェクタ取付孔１６ｂの直径Ｂよりも小さく設定したことで、吸気バルブ孔１７，１７の直径を最大限に確保しながら、吸気バルブ孔１７，１７を通過する吸気の流れをスムーズにすることができる。

図１４は参考例を示すものである。

上述した実施の形態では遮熱ボス部１６ｃがインジェクタ取付孔１６ｂの周囲を３６０°に亘って取り囲むように形成されるが、この参考例は、フュエルインジェクタ２３が最も露出して熱害を受け易い部分だけを遮熱ボス部１６ｃで覆うようにしている。つまり環状の遮熱ボス部１６ｃの高さを実施の形態よりも低くすることで、シリンダヘッド１６の下面の頂部１６ａ，１６ａの近傍の２か所だけに下向きに突出する遮熱ボス部１６ｃ，１６ｃが残るようにしている。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では本発明を吸気バルブ孔１７，１７に対して適用しているが、排気バルブ孔１８，１８に対しても適用することができる。

また実施の形態のペントルーフ状に形成されたシリンダヘッド１６の下面の頂部１６ａ，１６ａは、完全な平坦面である必要はなく、角を丸めた曲面であっても良い。

また実施の形態では、仮想的なキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの数を６個に設定しているが（Ｎ＝６）、前記キャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの数は２個以上であれば良い（Ｎは２以上の自然数）。

このとき、キャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの数と燃料噴射軸の数とは、必ずしも一致させる必要はないが、それを一致させることで、一つのキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆに一つの燃料噴射軸が対応することになり、燃料の混合状態を円周方向により均一化することができる。尚、キャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの挟み角の２等分線を燃料噴射軸に一致させれば、一つのキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの中心に燃料噴射軸が位置することになり、燃料の混合状態を更に均一化することができる。

また実施の形態では、仮想的なキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積には、上死点にあるピストン１３の頂面とシリンダヘッド１６の下面とに挟まれた部分の容積を含めず、キャビティ２５の開口端縁までの容積（即ち、ピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２より下の容積）としたが、それを含めたものを仮想的なキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積として定義しても、同様の作用効果を奏することができる。

また実施の形態ではディーゼルエンジンについて説明したが、本願発明はディーゼルエンジンに限定されず、燃焼室内に燃料を直接噴射する任意の形式のエンジンに対して適用することができる。

ディーゼルエンジンの要部縦断面図（図２の１−１線断面図） 図１の２−２線矢視図 図１の３−３線矢視図 ピストンの上部斜視図 図２の５−５線断面図 図２の６−６線断面図 図３の７−７線断面図 図３の８−８線断面図 図３の９−９線断面図 補正後のキャビティの断面形状を示す、前記図７に対応する図 補正後のキャビティの断面形状を示す、前記図８に対応する図 仮想的なキャビティ区分の説明図 キャビティ区分の方向を円周方向に変化させたときの、該キャビティ区分の容積の変化率を示すグラフ 参考例を示す前記図２に対応する図 従来例を示す前記図６に対応する図

符号の説明

１３ ピストン
１３ａ 頂部
１３ｂ 傾斜面
１６ シリンダヘッド
１６ａ 頂部
１６ｂ インジェクタ取付孔
１６ｃ 遮熱ボス部
１７ 吸気バルブ孔（バルブ孔）
１８ 排気バルブ孔（バルブ孔）
２３ フュエルインジェクタ
２３ａ 先端部
２３ｂ 燃料噴射孔
２５ キャビティ
２５Ａ〜２５Ｆ キャビティ区分
Ｘ１〜Ｘ６ 半平面
Ｌ２ ピストンピン軸線
Ｌｐ ピストン中心軸
Ａ シリンダヘッドのペントルーフ型の下面の頂部の幅
Ｂ インジェクタ取付孔の直径

Claims (3)

1. ピストンピン軸線（Ｌ２）と平行に延びる頂部（１３ａ）を挟んで傾斜する二つの傾斜面（１３ｂ）を含み、ピストン中心軸（Ｌｐ）方向の高さが円周方向に変化するペントルーフ型の頂面を有するピストン（１３）と、前記ピストン（１３）のペントルーフ型の頂面に対向するペントルーフ型の下面に、前記二つの傾斜面（１３ｂ）に対向するバルブ孔（１７，１８）が開口するシリンダヘッド（１６）と、前記ピストン（１３）の頂面の中央部に凹設されたキャビティ（２５）と、前記シリンダヘッド（１６）のピストン中心軸（Ｌｐ）上に穿設されたインジェクタ取付孔（１６ｂ）に装着され、複数の燃料噴射孔（２３ｂ）が形成された先端部（２３ａ）が前記シリンダヘッド（１６）の下面の頂部（１６ａ）から下方に突出するフュエルインジェクタ（２３）とを備える燃料直噴エンジンにおいて、
   前記シリンダヘッド（１６）の下面の頂部（１６ａ）の幅（Ａ）を前記インジェクタ取付孔（１６ｂ）の直径（Ｂ）よりも小さく形成するとともに、前記インジェクタ取付孔（１６ｂ）の開口縁を囲むように環状の遮熱ボス部（１６ｃ）を前記シリンダヘッド（１６）の下面に突設したことを特徴とする燃料直噴エンジン。
2. 前記シリンダヘッド（１６）の遮熱ボス部（１６ｃ）は、ピストン中心軸（Ｌｐ）から放射方向に延びる任意の半平面と交差する断面形状が、円周方向の全域に亘って略等しいことを特徴とする、請求項１に記載の燃料直噴エンジン。
3. Ｎを２以上の自然数とし、前記キャビティ（２５）の内壁面と、ピストン中心軸（Ｌｐ）から放射方向に延びて互いに均等な挟み角を有するＮ個の半平面（Ｘ１〜Ｘ６）とで、前記キャビティ（２５）をＮ個の仮想的なキャビティ区分（２５Ａ〜２５Ｆ）に区画したとき、前記各々の仮想的なキャビティ区分（２５Ａ〜２５Ｆ）の容積が略等しくなるように、前記キャビティ（２５）の内壁面の形状を設定したことを特徴とする、請求項２に記載の燃料直噴エンジン。

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