JP2016148244A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮比の確保と、燃焼室壁面と燃焼領域との距離の確保の両立を図りやすくでき、さらに、燃焼の熱がシリンダヘッドに逃げにくくできる圧縮自着火式の内燃機関を提供する。【解決手段】ピストンの頂部４の、ピストンの中心軸線１０に交差する位置に、燃焼室を形成する上面視で略扇形のキャビティ５が形成される。キャビティ５の基端部５ａは中心軸線１０からオフセットした位置に配置される。キャビティ５の略円弧状の第１壁面部５ｂは、基端部５ａのオフセット方向と反対方向に中心軸線１０からオフセットした位置に配置される。インジェクタ９は、基端部５ａの側に中心軸線１０からオフセットした位置において、シリンダヘッドのヘッド面に垂直に取り付けられる。インジェクタ９の噴孔はヘッド面からキャビティ５側に突出するように配置される。噴孔は第１壁面部５ｂの側のみに形成されて、噴孔から第１壁面部５ｂの方向に燃料が噴射される。【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射してその燃料を自着火燃焼させる圧縮自着火式の内燃機関に関する。

従来、燃焼室に燃料を直接噴射してその燃料を自着火燃焼させる圧縮自着火式の内燃機関が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、ピストンの上面（頂部）とシリンダヘッドのヘッド面のそれぞれに凹部を形成し、これら凹部により、燃焼噴射弁（インジェクタ）のノズルを基点として斜め下方に向けて水平方向に広がった扇状パターンに燃焼室を形成することが記載されている。これによれば、低いスペースでも噴射方向に対して大きな容積の燃焼室を確保できるとしている。

特開平７−３１７５４２号公報

ところで、圧縮自着火式の内燃機関においては、燃焼室に噴射された燃料の自着火を安定させるためには、圧縮行程時に燃焼室の容積を小さくする必要がある。言い換えると、下死点における燃焼室の容積と上死点における燃焼室の容積の比である圧縮比を大きくする必要がある。圧縮比が小さいと、上死点における燃焼室の圧力（筒内圧）が低くなる。その結果、燃焼室の温度が低くなり、着火性が悪化する。

一方で、圧縮比を大きくすると、上死点における燃焼室の容積が小さくなるので、燃焼室の壁面と燃料噴霧の燃焼領域との距離が短くなる。その距離が短くなると、壁面近傍での燃焼量が増加し、燃焼により発生した熱の壁面への移動が増加、つまり熱損失が増加し、その結果、内燃機関の熱効率が低下する。

このように、従来の圧縮自着火式の内燃機関では、圧縮比の確保と、燃焼室壁面と燃焼領域との距離の確保との両立を図り難いという問題がある。

また、特許文献１に記載の内燃機関では、インジェクタの噴孔がシリンダヘッド内に設けられており、そのシリンダヘッドは通常は冷却されているので、燃焼の熱がシリンダヘッドに逃げやすい。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、圧縮比の確保と、燃焼室壁面と燃焼領域との距離の確保の両立を図りやすくでき、さらに、燃焼の熱がシリンダヘッドに逃げにくくできる圧縮自着火式の内燃機関を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、シリンダ内を上下動するピストンの頂部に形成されたキャビティとシリンダヘッドにおける前記ピストンの頂部に対向する面であるヘッド面とで形成された燃焼室と、
前記シリンダヘッドに取り付けられ、噴孔から前記燃焼室に燃料を噴射するインジェクタとを備え、
前記インジェクタから噴射された燃料を前記燃焼室で自着火燃焼させる内燃機関であって、
前記キャビティは、前記ピストンの中心軸線が交差する位置において上面視で略扇形に形成され、
扇形の両半径部の交点に相当する前記キャビティの部分である基端部は、前記中心軸線からオフセットした位置に配置され、
扇形の円弧部に相当する前記キャビティの部分である第１壁面部は、前記中心軸線から、前記基端部のオフセット方向と反対方向にオフセットした位置に配置され、
前記インジェクタは、前記基端部の側に前記中心軸線からオフセットした位置において、前記噴孔が前記ヘッド面から突出するように配置され、かつ、前記第１壁面部の方向に燃料を噴射することを特徴とする。

本発明によれば、ピストンの頂部に、燃焼室を形成する略扇形のキャビティが形成される。そのキャビティのインジェクタ側の基端部、及び噴射方向側の第１壁面部は、ピストンの中心軸線から互いに反対方向にオフセットした位置に配置される。また、インジェクタは、キャビティの基端部側にオフセットした位置に配置されて、キャビティの第１壁面部の方向に燃料を噴射するので、燃焼室の中心から燃料噴射を行う構成に比べて、噴射方向における燃料噴霧と燃焼室壁面（第１壁面部）との距離を大きくできる。よって、燃焼室壁面と燃焼領域との距離を確保しやすくできるので、燃焼の熱が燃焼室壁面から逃げてしまうのを抑制、すなわち熱効率を向上できる。また、キャビティが略扇形となっているので、円形の場合に比べて燃焼室の容積を小さくできる。つまり、圧縮比を確保しやすくできる。このように、本発明では、圧縮比の確保と、燃焼室壁面と燃焼領域との距離の確保の両立を図りやすくできる。さらに、本発明では、インジェクタの噴孔が、シリンダヘッドのヘッド面から突出するように配置されるので、燃焼領域をヘッド面から離すことができる。これにより、燃焼の熱がシリンダヘッドに逃げにくくできる。

ディーゼルエンジンの側面断面図である。 ピストンの頂部を上面視した図である。 噴孔径と、燃料の液滴が気体の状態に変化するのに必要な噴霧到達距離（必要距離）との関係を示した図である。 １つの噴孔当たりの燃料の水平方向広がり角度を示した図である。 広がり角度が９０度のキャビティを上面視した図である。 インジェクタのサック部の断面及び各噴孔から噴射された燃料噴霧の示した図である。 ピストンの中心軸線と基端部の両方に交差する直線１１に対して非対称のキャビティの一例を上面視した図である。 比較例におけるエンジンの側面断面図である。 比較例における燃焼領域及びキャビティの一部を抜き出した図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の内燃機関としてのディーゼルエンジン１（圧縮自着火式内燃機関）の側面断面図を示している。なお、図１の側面断面図は、後述する基端部５ａ及び中心軸線１０を通る平面でディーゼルエンジン１を切った図である。ディーゼルエンジン１は、４ストローク（４×ピストン行程）のエンジンである。すなわち、ディーゼルエンジン１は、吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程を１燃焼サイクルとして、この燃焼サイクルを繰り返し実行する。ディーゼルエンジン１は、シリンダブロック２、ピストン３、シリンダヘッド６、インジェクタ９等を備えている。

シリンダブロック２には、上面視で円形のシリンダ２ａが形成されている。シリンダ２ａには、シリンダ２ａの内径（ボア径）と同じ径の、上面視で円形のピストン３が往復動（上下動）可能に収容されている。そのピストン３の頂部４（上面）には、キャビティ５（凹部）が形成されている。このキャビティ５の詳細は後述する。シリンダブロック２には、シリンダ２ａの上端を塞ぐ形でシリンダヘッド６が組み付けられている。シリンダヘッド６は、ピストン３の頂部４に対向した、平面状のヘッド面７を有する。そして、キャビティ５とヘッド面７とで燃焼室８が形成されている。

また、シリンダヘッド６には、燃焼室８に開口する吸気ポート（図示略）と排気ポート（図示略）とが例えば１つのシリンダ２ａに対して２つずつ（計４ポート）形成されている。そして、これら吸気ポート及び排気ポートが、それぞれ図示しないカムシャフトによって駆動される吸気弁（図示略）と排気弁（図示略）とにより開閉されるようになっている。さらに、吸気ポートには、燃焼室８に空気を吸入するための吸気通路（図示略）が接続され、排気ポートには、燃焼室８から燃焼ガス（排気）を排出するための排気通路（図示略）が接続されている。また、シリンダヘッド６の内部には、インジェクタ９等の各部品を冷却するための冷却水路（図示略）が形成されている。その冷却水路には冷却水が流れ、その冷却水はラジエターにより冷却される。

燃料ポンプ（図示略）により、コモンレール（図示略）へ燃料（軽油）が圧送される。コモンレール（蓄圧容器）は燃料を蓄圧状態で保持する。インジェクタ９（燃料噴射弁）は、コモンレール内に蓄圧状態で保持された燃料を、燃焼室８に噴射する。

ディーゼルエンジン１の吸気行程において吸気通路を通じて燃焼室８に空気が吸入され、圧縮行程においてピストン３により空気が圧縮される。圧縮上死点付近でインジェクタ９により燃焼室８に燃料が噴射され、燃焼行程において噴射された燃料が自着火して燃焼される。詳しくは、インジェクタ９からは燃料が液滴として噴射され、その燃料の液滴が燃焼室８内を進行するにしたがって圧縮により温度が上昇した空気から熱を受けて気相（気体）に変換されるとともに、その気相の燃料噴霧と空気とで混合気が形成される。そして、その混合気がある温度以上になった時に燃料が自着火し、燃焼が行われる。そして、排気行程において燃焼後のガス（排気）が、排気通路を通じて燃焼室８から排出される。

なお、燃料を安定して自着火させるには、燃料と空気との化学反応を十分に浸透させることができる熱エネルギーが必要、つまり、混合気を、所定の温度（例えば８５０Ｋ）以上の高温にする必要がある。そのために、上死点での燃焼室の容積を小さくする（圧縮比を大きくする）必要がある。圧縮比が大きいと、上死点での燃焼室の圧力（筒内圧）が大きくなり、筒内圧が大きくなると、混合気の温度が高くなる。

以下、本発明の特徴部分であるキャビティ５及びインジェクタ９の配置について説明する。先ずキャビティ５から説明する。図２は、ピストン３の頂部４を上面視した図である。なお、図２ではインジェクタ９も図示している。図２に示すように、キャビティ５は、ピストン３の中心軸線１０に交差する位置において上面視で略扇形に形成される。詳しくは、キャビティ５は、扇形の両半径部の交点に相当する上面視でＵ字状又はＶ字状の外形線を有する基端部５ａと、扇形の円弧部に相当する上面視で略円弧状の外形線を有する第１壁面部５ｂと、扇形の両半径部に相当する上面視で略直線状の外形線を有する第２壁面部５ｃとを備える。各第２壁面部５ｃは、第１壁面部５ｂの端部５ｄと基端部５ａとを繋ぐ形で形成される。このように、キャビティ５は、基端部５ａから第１壁面部５ｂにかけて、中心軸線１０に直交する方向（以下、水平方向という）に１８０度未満の角度の広がりを持った形状に形成される。

基端部５ａは中心軸線１０から水平方向にオフセットした位置（図２では中心軸線１０から左側にオフセット設置した位置）に配置される。第１壁面部５ｂは、基端部５ａのオフセット方向（図２では中心軸線１０から見て左方向）と反対の水平方向（図２では中心軸線１０から見て右方向）に、中心軸線１０からオフセットした位置に配置される。このように、基端部５ａ及び第１壁面部５ｂは、間に中心軸線１０を挟んだ位置に、配置される。

キャビティ５は、中心軸線１０に直交する平面（断面）における基端部５ａと中心軸線１０の両方に交差する直線１１（水平方向に伸びた直線）に対して線対称に形成される。さらに言うと、キャビティ５は、中心軸線１０に直交する平面における基端部５ａと、第１壁面部５ｂの断面線（第１壁面部５ｂを該平面で切ったときの断面線）の中点５ｅ（図２参照）とを通る直線（直線１１と同じ）に対しても線対称に形成される。線対称にキャビティ５を形成することで、バランス良く燃焼させることでき、その結果、熱効率を向上できる。ただし、図７に示すように、直線１１に対して非対称にキャビティ１４を形成しても良い。図７のキャビティ１４では、直線１１よりも上側の領域が下側の領域よりも大きくなっている。

また、後述するようにインジェクタ９は基端部５ａ付近の位置に配置されるが、インジェクタ９の噴孔と第１壁面部５ｂまでの長さは、噴孔から噴射された燃料が液滴のまま第１壁面部５ｂに到達しない長さ、すなわち、燃料が第１壁面部５ｂに到達するまでに液体の状態から気体の状態に変化できる長さに設定される。具体的には、インジェクタ（噴孔）から噴射された燃料の液滴が気体の状態に変化するのに必要な噴霧到達距離（以下、必要距離という）は、図３に示すように、噴孔径が大きいほど大きい値となる。噴孔径が大きいほど、燃料液滴の径が大きくなるためである。よって、図３の特性を考慮して、インジェクタ９の噴孔径に対応する必要距離を求め、その必要距離を確保できるように、インジェクタ９から第１壁面部５ｂまでの長さを設定する。

例えば噴孔径が０．１５ｍｍであったとすると、必要距離は２０ｍｍとなる。この場合には、燃料噴射時におけるインジェクタ９の噴孔から第１壁面部５ｂまでの距離が２０ｍｍ以上となるように、それらインジェクタ９、第１壁面部５ｂの位置を設定する。なお、噴孔から第１壁面部５ｂまでの水平方向成分の距離は、ピストン３が移動したとしても変化しないので、例えばその水平方向成分の距離が２０ｍｍ以上となるように、インジェクタ９（噴孔）及び第１壁面部５ｂを配置する。これによって、噴孔径が０．１５ｍｍ以下の場合に、燃料噴射時のピストン３の位置にかかわらず、噴孔から第１壁面部５ｂまでの距離を２０ｍｍ以上とすることができる。

また、例えば、インジェクタ９を、第１壁面部５ｂのオフセット方向と反対方向（基端部５ａのオフセット方向と同じ方向）に中心軸線１０から２０ｍｍ以上水平方向にオフセットした位置に配置するようにする。これによっても、噴孔から第１壁面部５ｂまでの距離を２０ｍｍ以上とすることができる。

このように、インジェクタ９と第１壁面部５ｂ間の距離を必要距離以上とすることで、インジェクタ９からの燃料が液滴のまま第１壁面部５ｂに接触してしまうのを抑制でき、燃焼領域と第１壁面部５ｂとの距離を適正にできる。その結果、燃焼の熱が第１壁面部５ｂから逃げてしまうのを抑制でき、熱損失を低減できる（熱効率を向上できる）。

なお、インジェクタ９は基端部５ａ付近の位置に配置されるので、基端部５ａから第１壁面部５ｂまでの長さも、必要距離以上（例えば２０ｍｍ以上）となる。さらに、基端部５ａ（インジェクタ９）から第１壁面部５ｂまでの長さは、燃焼領域と第１壁面部５ｂ間の距離を確保するという点で、大きい値にするのが好ましく、例えば、ボア直径（ピストン３の直径、シリンダ２ａの内径）の半分程度、又はそれ以上とすることができる。

キャビティ５の基端部５ａから第１壁面部５ｂへの水平方向の広がり角度θ（図２参照）、すなわち両第２壁面部５ｃの成す角度θは、インジェクタ９から噴射される燃料の水平方向における広がりなどを考慮して設定される。詳しくは、図４に示すように１つの噴孔９ｄ当たりの燃料の水平方向広がり角度φと、噴孔９ｄの個数に基づいて、噴孔９ｄから噴射される各燃料噴霧の水平方向広がり角度φを合算した総広がり角度が求まる。その総広がり角度程度に、キャビティ５の広がり角度θを設定する。

より詳しくは、通常、１つの噴孔９ｄ当たりの燃料の広がり角度φは１３度程度となる。よって、キャビティ５の広がり角度θは１３度以上とするのが好ましい。これによって、噴孔９ｄが一つしか形成されていないインジェクタ９を用いた場合であっても、燃料が第２壁面部５ｃに接触してしまうのを抑制でき、良好な燃焼を実現できる。

また、広がり角度θが大きすぎると、基端部５ａと第１壁面部５ｂの間の長さが短くなって、燃焼領域と第１壁面部５ｂ間の距離を確保しづらくなるので、広がり角度θは９０度以下とするのが好ましい。広がり角度θを９０度とした場合には、例えば図５に示すようにキャビティ５が配置される。図５のキャビティ５では、基端部５ａは頂部４の外周線上に配置され、第１壁面部５ｂの両端部５ｄ間を結んだ直線１３（円弧状の第１壁面部５ｂの弦に相当）は、中心軸線１０と交わる。つまり、直線１３はピストン３の直径に相当する。このように、広がり角度θを９０度とすることで、基端部５ａと第１壁面部５ｂの長さをピストン３の直径（ボア径）の半分以上の長さを確保できるとともに、より多くの噴孔数を有したインジェクタ９にも対応できる。

第１壁面部５ｂは上面視で円弧状に形成されるのが好ましい。第１壁面部５ｂを円弧状に形成することで、図６に示すように、各噴孔９ｄから噴射される各燃料噴霧１５〜１７の到達距離（噴霧長）と第１壁面部５ｂ間の距離ｄ１〜ｄ３との関係（比）を、燃料噴霧１５〜１７間で均一にすることができる。その結果、各燃料噴霧１５〜１７を均一に燃焼させることができ、有害成分（ＮＯｘ、ＰＭ等）の排出を少なくできる。なお、図６では、噴孔数が３つの場合を例示している。

また、第１壁面部５ｂを円弧状とする場合、距離ｄ１〜ｄ３を均一にするという観点では、円弧の曲率半径は、第２壁面部５ｃを中心軸線１０に直交する平面で切ったときの第２壁面部５ｃの断面線の長さ、つまり基端部５ａと第１壁面部５ｂの端部５ｄ間の長さとするのが好ましいが、それ以外の値としても良い。また、第１壁面部５ｂは円弧状でなくても良く、例えば上面視で直線状であっても良い。

第２壁面部５ｃの曲率度は、燃料噴霧が第２壁面部５ｃに接触しない限度で、より大きな圧縮比を確保できるように、定められる。具体的には、例えば第２壁面部５ｃは上面視で直線状に形成される。これによって、キャビティ５における燃焼領域にあまり関係しない領域を最小限にでき、圧縮比を大きくすることができる。その結果、燃料の着火を安定させることができる。なお、第２壁面部５ｃは厳密に直線状でなくても良く、上面視で若干曲線状になっていても良い。キャビティ５が水平方向に広がるように第２壁面部５ｃを曲線状に形成した場合、燃料噴霧が第２壁面部５ｃに接触しにくくできる。

キャビティ５は、燃料噴霧がインジェクタ９から離れるにつれて次第に広がっていくことを考慮して、図１に示すように、基端部５ａから第１壁面部５ｂの方向に進むにしたがって次第に深くなる形状に形成されている。これによって、インジェクタ９からの燃料噴霧が燃焼前にキャビティ５の底面５ｆに接触してしまうのを抑制できるとともに、図１の破線２５のように一定の深さにした場合に比べて、燃焼領域にあまり関係がない領域を小さくできる。これにより、キャビティ５の容積を小さくでき、すなわち圧縮比を大きくできる。

次に、インジェクタ９について説明する。インジェクタ９は、図１に示すように、円筒状のノズル本体９ａと、そのノズル本体９ａの内部に配置された棒状のニードル９ｂとを備える。ノズル本体９ａの先端には、ニードル９ｂが配置されるノズル本体９ａの部分の径に比べて小さい径のサック部９ｃが形成されている。サック部９ｃには１又は複数の噴孔９ｄが形成されている。また、ノズル本体９ａの内部の、ニードル９ｂが配置されない空間９ｅは、燃料の流通路である。

また、インジェクタ９は、電磁ソレノイド等からなる、ニードル９ｂを駆動する駆動部（図示外）を備えている。駆動部の電磁ソレノイドの通電が無い状態では、ニードル９ｂの先端がサック部９ｃの内部空間を塞いでいる。電磁ソレノイドが通電されると、ニードル９ｂがサック部９ｃから離れる方向（図１の上方向）に移動する。その移動に伴い、ノズル本体９ａの内部空間９ｅに満たされた燃料がサック部９ｃに流れて、噴孔９ｄから噴射される。なお、図１では、インジェクタ９は先端側の一部のみを図示している。

インジェクタ９は、図１、図２に示すように、基端部５ａ付近の位置に配置される。すなわち、インジェクタ９は、基端部５ａのオフセット方向と同じ方向に中心軸線１０から水平方向にオフセットした位置に配置されている。詳しくは、インジェクタ９は、図２の上面視から見て直線１１上、かつ、キャビティ５と重なる位置に配置されている。インジェクタ９を直線１１上に配置することで、各噴孔９ｄから噴射される各燃料噴霧を均一に燃焼しやすくできる。

なお、インジェクタ９は、基端部５ａの側（第１壁面部５ｂの反対側）に配置されていれば、直線１１上に配置されていなくても良い。すなわち、インジェクタ９は、中心軸線１０及び直線１１の両方に直交する水平方向に伸びた直線２１（図２参照）よりも基端部５ａ側のキャビティ５との重なり領域のうちのどこに配置されたとしても良い。

また、インジェクタ９は、噴孔９ｄがヘッド面７から突出するように配置される。すなわち、噴孔９ｄ（ザック部９ｃ）は、ヘッド面７より下側（キャビティ５側）の空間に配置される。噴孔９ｄをヘッド面７からどの程度下側に配置するかは、例えば、ピストン３が上死点の位置にあるときに、噴孔９ｄがキャビティ５の内部に入るようにする。

一方、インジェクタ９の噴孔９ｄ周辺部以外の部分は、シリンダヘッド６内において、ヘッド面７に垂直、言い換えると中心軸線１０と平行に配置されている。

さらに、インジェクタ９は第１壁面部５ｂの方向に燃料を噴射し、それ以外の方向には燃料を噴射しないように、噴孔９ｄの形成位置及び向きが定められている。図６には、図１のＡ−Ａ線（インジェクタ９の軸線１２に直交する線）でサック部９ｃを切ったときの断面を示している。図６に示すように、噴孔９ｄは、軸線１２を中心した円周範囲のうち、第１壁面部５ｂが配置された側のみに形成されている。

また、噴孔９ｄは、第１壁面部５ｂが配置された側の範囲において、キャビティ５の水平方向の広がりに応じた個数だけ形成される。すなわち、キャビティ５の水平方向の広がりが大きいほど、噴孔９ｄの個数を多くできる。詳しくは、キャビティ５の広がり角度θの最大値を９０度とし、１つの噴孔９ｄ当たりの燃料噴霧の広がり角度φ（図４参照）を１３度とする。そして、広がり角度θ＝９０度のときに、各噴孔９ｄからの燃料噴霧間の干渉を抑え、かつ、燃料噴霧が第２壁面部５ｃに接触するのを抑え、かつ、キャビティ５内の空間を最大限燃焼に使うことができる噴孔数は、９０÷１３＝６．９・・・により６個となる。よって、広がり角度θ≦９０度の場合では、噴孔９ｄの個数は６以下とするのが好ましい。

このように、本実施形態によれば、キャビティ５が上面視で略扇形に形成され、キャビティ５の基端部５ａと第１壁面部５ｂとを互いに反対方向に中心軸線１０からオフセットした位置に配置するので、基端部５ａから第１壁面部５ｂまでの距離を大きくできる。そして、インジェクタ９を基端部５ａ側に中心軸線１０からオフセットした位置に配置して、インジェクタ９から第１壁面部５ｂの方向に燃料を噴射するので、噴射方向における燃料噴霧と燃焼室壁面（第１壁面部５ｂ）との距離を大きくできる。その結果、燃焼の熱が第１壁面部５ｂから逃げてしまうのを抑制でき、熱効率を向上できる。

また、キャビティ５は略扇形となっており、燃料の噴射方向以外の方向の空間が小さいので圧縮比を大きくできる。これにより、燃料の自着火及び着火後の燃焼を安定させることができる。このように、本実施形態では、圧縮比の確保と、燃焼室壁面と燃焼領域との距離の確保の両立を図ることができる。

さらに、噴孔９ｄがヘッド面７からキャビティ５側に突出して設けられるので、燃焼領域を、冷却されたシリンダヘッド６から離すことができる。これにより、燃焼の熱がシリンダヘッド６に逃げてしまうのを抑制でき、冷却損失（熱損失）を低減できる。

これに対して、特許文献１のように、噴孔をシリンダヘッド内に配置する構成では、燃焼領域がシリンダヘッドに接触しやすく、燃焼の熱がシリンダヘッドに逃げやすくなる。また、燃焼の熱がシリンダヘッドに伝わることでシリンダヘッドの温度が上昇しやすくなり、その上昇を抑えるために冷却システムの冷却性能（ラジエータや冷却水路）を大きくする必要がある。つまり、冷却システムが大型化する。本実施形態では、噴孔がヘッド面から突出しているので、シリンダヘッドの冷却システムを簡略化できる。

また、本実施形態では、インジェクタ９がヘッド面７に垂直に設けられるので、シリンダヘッド６の内部を有効に活用できる。これに対して、インジェクタをシリンダヘッド内に斜め（ヘッド面に対して斜め）に設けられる構成では、インジェクタを配置するための斜めの空間をシリンダヘッド内に形成する必要がある。この斜めの空間により、他の部品や冷却水路の配置がしにくくなったり、デッドスペースが増加したりする。

また、噴孔９ｄは第１壁面部５ｂが配置された側のみに形成されているので、インジェクタ９の本体を第１壁面部５ｂに向けて斜めにしなくても、インジェクタ９からは第１壁面部５ｂの方向のみに燃料を噴射させることができる。また、第１壁面部５ｂ以外の方向には燃料が噴射されないので、燃費を向上できる。

本実施形態の構成に対して、図８、図９は比較例を説明する図である。詳しくは、図８は、ピストン２２の中心軸線２３に対して対称形状（リエントラント形状）のキャビティ１８が形成され、インジェクタ１９が中心軸線２３上に配置されたエンジンの側面断面図を示している。図９は、図８のインジェクタ１９から噴射された燃料噴霧の燃焼領域２０及びキャビティ１８の一部を抜き出した図である。

図８の構成では、キャビティ１８が中心軸線２３に対して対称となっているので、インジェクタ１９から噴射される燃料噴霧の到達距離（噴霧長）を確保しにくくなり、ボア径の半分より短い噴霧長しか確保できない。その結果、液滴のままキャビティ１８の壁面に接触したり、燃焼領域２０とキャビティ１８の壁面との距離ｄ（図９参照）が短くなったりすることで、壁面近傍での燃焼量が増加し、熱効率が低下する。また、距離ｄを確保しようとすると、キャビティ１８を大きくする必要があり、この場合には、圧縮比が低下して、燃料の着火性が悪化してしまう。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。

１ ディーゼルエンジン
２ａ シリンダ
３ ピストン
４ ピストンの頂部
５ キャビティ
５ａ 基端部
５ｂ 第１壁面部
６ シリンダヘッド
７ ヘッド面
８ 燃焼室
９ インジェクタ
９ｄ 噴孔
１０ ピストンの中心軸線

Claims (10)

1. シリンダ（２ａ）内を上下動するピストン（３）の頂部（４）に形成されたキャビティ（５）とシリンダヘッド（６）における前記ピストンの頂部に対向する面であるヘッド面（７）とで形成された燃焼室（８）と、
   前記シリンダヘッドに取り付けられ、噴孔（９ｄ）から前記燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ（９）とを備え、
   前記インジェクタから噴射された燃料を前記燃焼室で自着火燃焼させる内燃機関（１）であって、
   前記キャビティは、前記ピストンの中心軸線（１０）が交差する位置において上面視で略扇形に形成され、
   扇形の両半径部の交点に相当する前記キャビティの部分である基端部（５ａ）は、前記中心軸線からオフセットした位置に配置され、
   扇形の円弧部に相当する前記キャビティの部分である第１壁面部（５ｂ）は、前記中心軸線から、前記基端部のオフセット方向と反対方向にオフセットした位置に配置され、
   前記インジェクタは、前記基端部の側に前記中心軸線からオフセットした位置において、前記噴孔が前記ヘッド面から突出するように配置され、かつ、前記第１壁面部の方向に燃料を噴射することを特徴とする内燃機関。
2. 前記噴孔は、前記インジェクタの軸線（１２）を中心とした円周範囲のうち、前記第１壁面部が配置された側のみに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記噴孔の個数が６以下であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記キャビティは、前記基端部から前記第１壁面部の方向に進むにしたがって次第に深くなる形状に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 扇形の両半径部に相当する前記キャビティの部分である両第２壁面部（５ｃ）の成す角度は９０度以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 扇形の両半径部に相当する前記キャビティの部分である両第２壁面部（５ｃ）の成す角度は１３度以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
7. 前記インジェクタは、前記ヘッド面に垂直に設けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
8. 前記第１壁面部は、上面視で円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
9. 前記中心軸線に直交する平面内の方向における、前記噴孔から前記第１壁面部までの距離が２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関。
10. 前記キャビティは、前記基端部と前記中心軸線の両方に交差する、前記中心軸線に直交する方向に伸びた直線（１１）に対して線対称に形成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関。

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