JP2019190293A - ディーゼルエンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の燃焼状態の悪化を抑制しつつリブの容積を拡大してディーゼルエンジンの圧縮比を高めることができるディーゼルエンジンの燃焼室構造を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジン１の燃焼室構造５０は、ディーゼルエンジン１の燃焼室５１の底面５２から側面５３に至るように設けられたリブ６０を複数個有するとともに、互いに隣接するリブ６０の間の領域に、リブ６０が形成されていない非リブ領域７０を有する、ディーゼルエンジン１の燃焼室構造５０において、燃料噴射弁４０から噴射された燃料Ｆが衝突する衝突面８１を有する衝突板８０を備え、衝突面８１は、燃料噴射弁４０から噴射された燃料が衝突面８１に衝突することによって燃料の進行方向を変えて、燃焼室５１の非リブ領域７０に向かって進行するように設定されていることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本開示はディーゼルエンジンの燃焼室構造に関する。

従来、ディーゼルエンジンの燃焼室構造として、ディーゼルエンジンの燃焼室の底面から側面に至るように設けられたリブ（隆起）を複数個有するとともに、互いに隣接するリブの間の領域に、リブが形成されていない非リブ領域を有するものが知られている（例えば特許文献１参照）。このような燃焼室構造によれば、リブを備えていない燃焼室構造に比較して、燃焼室の容積を低減させて、ディーゼルエンジンの圧縮比を高めることができる。

また、特許文献１には、燃料噴射弁が互いに隣接するリブとリブとの間の領域（すなわち非リブ領域）に向かって燃料を噴射することも記載されている。このような技術によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料がリブに直接衝突する場合に比較して、燃料噴射弁から噴射された燃料の到達距離を長くすることができるので、燃料の燃焼状態を良好にすることができる。

特表２０１６−５０５７５２号公報

上記のような、リブを有する燃焼室構造において、圧縮比をさらに高めるために、例えばリブの幅を大きくしたり、リブの高さを高くしたりすることによって、リブの容積を拡大した場合、燃料噴射弁から噴射された燃料がリブに直接衝突してしまうおそれがある。この場合、燃料噴射弁から噴射された燃料の到達距離が短くなるので、燃料の燃焼状態が悪化してしまう。

本開示は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料の燃焼状態の悪化を抑制しつつリブの容積を拡大してディーゼルエンジンの圧縮比を高めることができるディーゼルエンジンの燃焼室構造を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の態様に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造は、ディーゼルエンジンの燃焼室の底面から側面に至るように設けられたリブを複数個有するとともに、互いに隣接する前記リブの間の領域に、前記リブが形成されていない非リブ領域を有する、ディーゼルエンジンの燃焼室構造において、燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突する衝突面を有する衝突板を備え、前記衝突面は、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記衝突面に衝突することによって燃料の進行方向を変えて、前記燃焼室の前記非リブ領域に向かって進行するように設定されていることを特徴とする。

本発明の態様によれば、燃料の燃焼状態の悪化を抑制しつつリブの容積を拡大してディーゼルエンジンの圧縮比を高めることができる。

実施形態に係るディーゼルエンジンの模式的断面図である。 実施形態に係る燃料噴射弁の１つの噴孔の拡大正面図である。 図３（ａ）はピストンの上面を上方側から視認した模式的平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面を模式的に示す断面図である。 図４（ａ）は衝突板を説明するための模式的平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）の一つの衝突板の近傍の模式的拡大図である。 図５（ａ）は、実施形態に係る燃焼室構造において、燃料噴射弁から燃料が噴射された様子を示す模式的平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の一つの衝突板の近傍を拡大して模式的に示す拡大図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）の燃料のＢ−Ｂ線断面を模式的に示す断面図である。 図６（ａ）は、変形例に係る燃焼室構造について、燃料噴射弁から燃料が噴射された様子を示す模式的平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の燃焼室構造の一つの衝突板の近傍の模式的拡大図である。

以下、本実施形態に係るディーゼルエンジン１の燃焼室構造５０について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る燃焼室構造５０を有するディーゼルエンジン１の構成を模式的に示す断面図である。なお、図１には、参考用として、右手系のＸ−Ｙ−Ｚの直交座標が図示されている。本実施形態に係るディーゼルエンジン１は車両に搭載されている。ディーゼルエンジン１は、シリンダブロック１０、シリンダヘッド２０、ピストン３０、及び、燃料噴射弁４０を備えている。なお、ディーゼルエンジン１の燃焼室５１には、後述する衝突板８０も配置されているが、図１においては、ピストン３０の断面形状を視認し易くするため、この衝突板８０の図示は省略されている。

シリンダヘッド２０はシリンダブロック１０の上方（Ｚ方向）側に配置されている。ピストン３０はシリンダブロック１０に形成されたシリンダ１１に、上下方向に摺動可能に配置されている。なお、シリンダブロック１０は、その上面にガスケットを備えているが、このガスケットの図示は省略されている。

なお、本実施形態において、「上方（Ｚ方向）」とはピストン３０の摺動方向でピストン３０がシリンダヘッド２０に近づく方向（又はクランクシャフトから遠ざかる方向）をいい、「下方（−Ｚ方向）」とはピストン３０の摺動方向でピストン３０がシリンダヘッド２０から遠ざかる方向（又はクランクシャフトに近づく方向）をいう。また本実施形態に係るディーゼルエンジン１は、一例として、車両のエンジンルームに縦置き状態で配置されているので、本実施形態に係る「下方」は重力の方向に相当する。

ディーゼルエンジン１の燃焼室５１は、ピストン３０の上面（頂面）に形成された凹部３１と、ピストン３０が上死点位置にあるときのシリンダヘッド２０の下面と、によって区画されている。なお、図１に図示されている中心軸線１００は、燃焼室５１の中心軸を示している。この中心軸線１００は、Ｘ−Ｙ−Ｚの直交座標のうちＺ軸に平行な線となっている。燃焼室５１は、ピストン３０の凹部３１に形成された底面５２と、底面５２の外周縁から燃焼室５１の中心軸線方向（中心軸線１００に沿った方向）で上方側へ延在する側面５３と、シリンダヘッド２０の下面によって構成された天井面５４とを備えている。

なお、本実施形態に係る燃焼室５１の底面５２は、一例として、燃焼室５１の中心側に向かうに従って徐々に上方側に突出する形状になっている。但し、底面５２の形状はこれに限定されるものではない。

燃料噴射弁４０は、シリンダヘッド２０に配置されており、燃焼室５１の天井面５４の中心部から燃料を噴射する（この噴射態様については、後述する図５で説明する）。また
、本実施形態に係る燃料噴射弁４０は、複数個の噴孔４１（本実施形態では、一例として６個）を備えている。図２は、燃料噴射弁４０の１つの噴孔４１を拡大して示す拡大正面図である。本実施形態に係る噴孔４１は、噴孔４１を正面から視認した形状が真円形状になっている。すなわち、本実施形態において、各々の噴孔４１の中心から噴孔４１の外縁までの距離（ｒ）は一様である。

図３（ａ）はピストン３０の上面を上方側から視認した様子を模式的に示す平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面を模式的に示す断面図である。なお、図３（ａ）には、後述する衝突板８０が図示されているが、図３（ｂ）においては、ピストン３０の断面形状を視認し易くするために、この衝突板８０の図示は省略されている。本実施形態に係る燃焼室構造５０は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に例示するようなリブ６０（視認し易くするため、チェック模様が付されている）を複数個備えている。具体的には、各々のリブ６０は、燃焼室５１の底面５２から側面５３に至るように設けられている。そして、燃焼室構造５０は、互いに隣接するリブ６０の間の領域に、リブ６０の形成されていない非リブ領域７０を有している。

リブ６０の個数は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として６個である。また、各々のリブ６０は、一例として、燃焼室５１の中心から外周方向に向けて放射状に配置されている。さらに、リブ６０は、隣接するリブ６０とリブ６０とのなす角が等しくなるように（すなわち円周方向に等角度間隔で）、配置されている。また、複数個のリブ６０は、燃焼室５１の底面５２の中心部において接続している。但し、リブ６０の構成はこれに限定されるものではなく、例えば複数個のリブ６０は、底面５２の中心部において接続していない構成であってもよい。

また、各々のリブ６０は、底面リブ片６１と、側面リブ片６２とを有している。底面リブ片６１は、燃焼室５１の底面５２の中心から底面５２の外周縁（底面外周縁）に至るように設けられた部分である。側面リブ片６２は、底面リブ片６１における底面外周縁の部分から上方に延在するように設けられた部分である。なお、底面リブ片６１は、燃焼室５１の底面５２から上方側に突出するように設けられており、側面リブ片６２は燃焼室５１の側面５３から径方向で内側に突出するように設けられている。

なお、本実施形態において、底面リブ片６１の幅及び側面リブ片６２の幅は、同じ値に設定されている。また、複数個のリブ６０の間で比較した場合に、各々のリブ６０の高さ及び幅は、互いに同じ値に設定されている（すなわち、各々のリブ６０の容積は同じ値に設定されている）。但し、これはリブ６０の形状の一例を示したものに過ぎず、リブ６０の形状はこれに限定されるものではない。

また、本実施形態において、燃焼室５１の容積に対する複数個のリブ６０の容積の割合は、予め設定された基準値よりも大きく設定されている。この基準値の具体的な値は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として、５％を用いている。すなわち、本実施形態において、「（複数個のリブ６０の容積の合計値）／（燃焼室５１の容積）×１００」は５％よりも大きい値に設定されている。

なお、底面リブ片６１の高さ（上方への突出距離）及び幅や、側面リブ片６２の高さ（燃焼室５１の径方向への突出距離）及び幅の具体的な値は、特に限定されるものではなく、複数個のリブ６０の容積の割合が上述した基準値よりも大きくなる範囲で、適切な値を設定すればよい。

図４（ａ）は衝突板８０を説明するための模式的平面図である。具体的には図４（ａ）は、ピストン３０の上面を上方側から視認した様子を模式的に図示するとともに、衝突板
８０が目立つように、衝突板８０以外の部材を二点鎖線で図示している。本実施形態に係る燃焼室構造５０は、図４（ａ）に例示するような衝突板８０を合計で６個、備えている。図４（ｂ）は図４（ａ）の一つの衝突板８０の近傍を拡大して模式的に示す拡大図である。本実施形態において、衝突板８０の個数は、燃料噴射弁４０の噴孔４１の個数（６個）に対応している。また、本実施形態に係る衝突板８０は、一例として、リブ６０の上面（具体的には底面リブ片６１の上面）に配置されている。

図５（ａ）は、燃焼室構造５０において、燃料噴射弁４０から燃料（Ｆ）が噴射された様子を模式的に示す平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の一つの衝突板８０の近傍を拡大して模式的に示す拡大図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）の燃料のＢ−Ｂ線断面を模式的に示す断面図である。なお、図５（ａ）に図示されているライン１１０は、互いに隣接するリブ６０の中間部分に位置する面（中間境界面と称する）を燃焼室５１の外側にまで延伸させた面を、上方から視認したラインとなっている。この中間境界面は、この中間境界面を挟んで一方の側にあるリブ６０までの距離と、他方の側にあるリブ６０までの距離と、が等しい面となっている。

図４及び図５を参照して、衝突板８０は、燃料噴射弁４０から噴射された燃料（Ｆ）が衝突する衝突面８１を有している。換言すると、衝突板８０は、燃料噴射弁４０の噴射方向に交差するような箇所に配置されており、これにより、燃料噴射弁４０から噴射された燃料は衝突板８０の衝突面８１に衝突する。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、この衝突面８１は、燃料噴射弁４０から噴射された燃料が衝突面８１に衝突することによって燃料の進行方向を変えて、燃焼室５１の非リブ領域７０に向かって進行するように設定されている。

具体的には、図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る衝突面８１は、衝突面８１に衝突した後の燃料が、非リブ領域７０における互いに隣接するリブ６０の中間部分（ライン１１０に相当する中間境界面）に向かって進行するように設定されている。より具体的には、燃料噴射弁４０から噴射された燃料は、衝突面８１に衝突した後に、衝突面８１に沿って流動することで、その進行方向を変更する。このため、衝突面８１の面方向が中間境界面に交差するように、衝突面８１の面方向を設定することによって、衝突面８１に衝突後の燃料を中間境界面に向けて進行させることができる。

なお、本実施形態に係る燃料噴射弁４０は、衝突板８０の衝突面８１に衝突した後の燃料が燃焼室５１の底面５２及び側面５３に直接衝突しないような燃料噴射圧で（換言すると、衝突面８１に衝突した後の燃料が底面５２及び側面５３に届かないような燃料噴射圧で）、燃料を噴射している。これにより、燃料が燃焼室５１の底面５２や側面５３に直接衝突することに伴う燃焼状態の悪化が抑制されている。但し、これは一例に過ぎず、燃料噴射弁４０の燃料噴射圧は、これに限定されるものではない。

また、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、本実施形態に係る衝突面８１は、衝突面８１に衝突した後の燃料が、当該燃料の燃焼室５１の周方向における長さ（ｄ１）よりも当該燃料の燃焼室５１の中心軸線方向における長さ（ｄ２）の方が長い断面形状（すなわち、縦長の断面形状）を有するように構成されている。具体的には、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、本実施形態に係る衝突面８１は、燃焼室５１の中心軸線方向（中心軸線１００に沿った方向）に対して平行になるように設定されている。換言すると、衝突面８１は、燃焼室５１の中心軸線方向に沿うようにして上方（Ｚ方向）に延在している。これにより、図５（ｃ）に示すように、衝突面８１に衝突した後の燃料は、縦長の断面形状（具体的には、縦長の楕円状の断面形状）になっている。

続いて、本実施形態に係る燃焼室構造５０の作用効果について説明する。まず、本実施
形態によれば、図３で説明したように、複数個のリブ６０を有しているので、リブ６０が形成されていない燃焼室構造、具体的にはリブ６０が形成されておらず且つ燃焼室５１の内径及び高さが本実施形態と同じである燃焼室構造に比較して、燃焼室５１の容積を低減させることができる。これにより、ディーゼルエンジン１の圧縮比を高めることができる。

そして、本実施形態によれば、図４及び図５で説明したように、衝突板８０を備えており、この衝突板８０の衝突面８１が、燃料噴射弁４０から噴射された燃料が衝突面８１に衝突することによって燃料の進行方向を変えて、燃焼室５１の非リブ領域７０に向かって進行するように設定されているので、燃料噴射弁４０から噴射された燃料がリブ６０に直接衝突することで燃料の到達距離（すなわち噴霧到達距離）が短くなることを抑制しつつ、リブ６０の幅を大きくしたり、リブ６０の高さを高くしたりすることによってリブ６０の容積を拡大することができる。これにより、燃焼状態の悪化を抑制しつつ、リブ６０の容積を拡大してディーゼルエンジン１の圧縮比を高めることができる。

実際、本実施形態によれば、燃焼室５１の容積に対する複数個のリブ６０の容積の割合が予め設定された基準値（一例として５％）よりも大きく設定されているので（すなわち、リブ６０の容積が実際に拡大されているので）、この割合が基準値の場合に比較して、ディーゼルエンジン１の圧縮比が高くなっている。

また、本実施形態によれば、図５（ａ）で説明したように、衝突面８１に衝突した後の燃料が、燃焼室５１の非リブ領域７０における、互いに隣接するリブ６０の中間部分に向かって進行するように設定されているので、このような構成になっていない場合に比較して、衝突面８１に衝突した後の燃料とリブ６０との間の距離（ｄ３；図５（ａ）参照）を大きくすることができる。これにより、衝突面８１に衝突した後の燃料とリブ６０との間の領域に、より多くの空気を導入することができるので、燃料の燃焼状態をより向上させることができる。

また、本実施形態によれば、図５（ｃ）等で説明したように、衝突面８１に衝突した後の燃料が、当該燃料の燃焼室５１の周方向における長さ（ｄ１）よりも当該燃料の燃焼室５１の中心軸線方向における長さ（ｄ２）の方が長い断面形状（縦長の断面形状）を有しているので、衝突面８１に衝突した後の燃料の断面形状が真円の場合に比較して、衝突面８１に衝突した後の燃料とリブ６０との間の距離（ｄ３）を大きくすることができる。これにより、燃料の燃焼状態をより向上させることができる。

また、本実施形態によれば、図２で説明したように、燃料噴射弁４０の噴孔４１を正面から視認した形状が真円形状になっているので、噴孔４１の正面形状が、真円形状以外の場合（例えば、燃焼室５１の中心軸線方向を長軸とする縦長形状等の場合）に比較して、噴孔４１を容易に加工することができる。これにより、燃料噴射弁４０の製造コストの低減を図ることができる。

（実施形態の変形例）
続いて、上記実施形態の変形例に係るディーゼルエンジン１の燃焼室構造５０ａについて説明する。図６（ａ）は、本変形例に係る燃焼室構造５０ａについて、燃料噴射弁４０から燃料（Ｆ）が噴射された様子を模式的に示す平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の燃焼室構造５０ａの一つの衝突板８０ａの近傍を拡大して模式的に示す拡大図である。本変形例に係る燃焼室構造５０ａは、衝突板８０に代えて、衝突板８０ａを備えている点において、前述した図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す燃焼室構造５０と異なっている。燃焼室構造５０ａの他の構成は、燃焼室構造５０と同様である。

本変形例に係る衝突板８０ａは、その配置されている箇所が、前述した衝突板８０のそれと異なっている。具体的には衝突板８０ａは、ピストン３０の底面５２における非リブ領域７０の部分（より具体的には、底面５２のうち、互いに隣接する底面リブ片６１の間の部分）に配置されている。

なお、衝突板８０ａの他の構成は、衝突板８０と同様である。具体的には、本変形例に係る衝突板８０ａにおいても、燃料噴射弁４０から噴射された燃料（Ｆ）が衝突板８０ａの衝突面８１に衝突することによって燃料の進行方向を変えて、非リブ領域７０に向かって進行するように設定されており、より具体的には、衝突面８１に衝突した後の燃料が非リブ領域７０における互いに隣接するリブ６０の中間部分に向かって進行するように設定されている。

また、本変形例においても、衝突面８１に衝突した後の燃料は、当該燃料の燃焼室５１の周方向における長さ（ｄ１）よりも当該燃料の燃焼室５１の中心軸線方向における長さ（ｄ２）の方が長い断面形状（縦長の断面形状）を有している。また、本変形例においても、燃料噴射弁４０の噴孔４１を正面から視認した形状は真円形状になっている。

以上のような本変形例に係る燃焼室構造５０ａによっても、前述した燃焼室構造５０と同様の作用効果を奏することができる。

なお、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ ディーゼルエンジン
４０ 燃料噴射弁
４１ 噴孔
５０，５０ａ 燃焼室構造
５１ 燃焼室
５２ 底面
５３ 側面
６０ リブ
７０ 非リブ領域
８０，８０ａ 衝突板
８１ 衝突面

Claims (4)

1. ディーゼルエンジンの燃焼室の底面から側面に至るように設けられたリブを複数個有するとともに、互いに隣接する前記リブの間の領域に、前記リブが形成されていない非リブ領域を有する、ディーゼルエンジンの燃焼室構造において、
   燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突する衝突面を有する衝突板を備え、
   前記衝突面は、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記衝突面に衝突することによって燃料の進行方向を変えて、前記燃焼室の前記非リブ領域に向かって進行するように設定されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼室構造。
2. 前記衝突面は、前記衝突面に衝突した後の燃料が、前記非リブ領域における、互いに隣接する前記リブの中間部分に向かって進行するようにさらに設定されていることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃焼室構造。
3. 前記衝突面は、前記衝突面に衝突した後の燃料が、当該燃料の前記燃焼室の径方向における長さよりも当該燃料の前記燃焼室の中心軸線方向における長さの方が長い、断面形状を有するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの燃焼室構造。
4. 前記燃料噴射弁の噴孔は、前記噴孔を正面から視認した形状が真円形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの燃焼室構造。

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