JP5644228B2 - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

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Description

本発明は、ピストンの頂面にシリンダの軸心に対してオフセットして凹設されるキャビティを有するエンジンの燃焼室構造に関する。
エンジンの部品点数削減による信頼性向上や低価格化の観点から、１個の吸気バルブと１個の排気バルブとを備えた２バルブエンジンが知られている。この２バルブエンジンは、特に、多様な使用環境で使用されるフォークリフトや建設機械等の産業用エンジンに適用されている。
また、２バルブエンジンにおいては、例えば、ピストン頂面に凹設されたキャビティを、シリンダの軸心に対してオフセットさせたエンジンの燃焼室構造も知られている（例えば、特許文献１参照）。
特表２００７−５１８９２４号公報
ところで、前述のピストン頂面に凹設されたキャビティをシリンダの軸心に対してオフセットさせたエンジンの燃焼室構造においては、オフセット側のスキッシュエリア容積と反オフセット側のスキッシュエリア容積とに偏りができる。
また、部品配置の構成上、噴射ノズルの噴射孔中心もシリンダの軸心に対してオフセットされるため、燃料と空気との混合気分布にも、オフセット側のスキッシュエリアと反オフセット側のスキッシュエリアとに偏りが生じる。そして、係るスキッシュエリアにおける混合気分布の偏りは、燃焼室における燃焼効率に影響を及ぼす可能性がある。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、ピストンの頂面にシリンダの軸心に対してオフセットして凹設されるキャビティを有するエンジンの燃焼室構造において、オフセット側のスキッシュエリアへの混合気分布の偏りを抑制して、反オフセット側のスキッシュエリアでの空気利用率を向上することで、燃焼室内の燃焼効率を向上することができるエンジンの燃焼室構造を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明のエンジンの燃焼室構造は、シリンダと、前記シリンダに設けられる噴射ノズルと、前記シリンダに収容されるピストンと、前記ピストンの頂面に前記シリンダの軸心に対してオフセットして凹設されるキャビティと、前記キャビティの壁面に設けられ前記キャビティの径方向内側に突出する突起部と、前記ピストンの頂面から前記突起部の頂部に向かって傾斜する傾斜面部と、を備え、前記傾斜面部は、反オフセット側の傾斜面とピストン頂面とがなす鋭角の角度が、オフセット側の傾斜面とピストン頂面とがなす鋭角の角度よりも小さく設定されることを特徴とする。
また、前記噴射ノズルは、噴射孔中心を前記キャビティの中心に隣接して設けられ、前記傾斜部は、前記噴射孔中心から離間するにしたがい傾斜面とピストン頂面とがなす鋭角の角度が小さく設定されるようにしてもよい。
本発明のエンジンの燃焼室構造によれば、ピストンの頂面にシリンダの軸心に対してオフセットして凹設されるキャビティを有するエンジンの燃焼室構造において、オフセット側のスキッシュエリアへの混合気分布の偏りを抑制して、反オフセット側のスキッシュエリアでの空気利用率を向上することで、燃焼室内の燃焼効率を向上することができる。
本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造を示す一部断面図である。 本発明の一実施形態に係るピストンを示す平面図である。
以下、図面により、本発明に係る一実施形態について説明する。
図１，２は、本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造を説明するものである。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１，２に示すように、本実施形態に係るエンジンの燃焼室構造１は、１個の吸気バルブ（不図示）と１個の排気バルブ（不図示）とを備えた直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造であって、シリンダ１０と、シリンダ１０上部に設けられる噴射ノズル１１と、シリンダボア１０ａに収容されるピストン１２と、ピストン１２頂面に凹設されるキャビティ１３と、キャビティ１３壁面に設けられる環状突起部（突起部）１４と、環状傾斜部（傾斜部）１５とを備え構成されている。
なお、図１中において、破線Ａはシリンダ１０の軸心とピストン１２の軸心とを示し、一点鎖線Ｂはキャビティ１３の中心を示し、二点鎖線Ｃは噴射ノズル１１の噴射孔１１ａ中心を示している。また、図２中、点Ａはシリンダ１０の中心とピストン１２の中心を示し、点Ｂはキャビティ１３の中心を示し、点Ｃは噴射ノズル１１の噴射孔１１ａ中心を示している。
ピストン１２の外周面上部には、図１に示すように、ピストンリングが収装される複数のリング溝１６が形成されている。また、ピストン１２の頂面には、図１，２に示すように、中心Ｂをシリンダ軸心Ａ（もしくは、ピストン１２の軸心Ａ）に対してオフセットさせたキャビティ１３が凹設されている。
このキャビティ１３の底部には、図１に示すように、中央突起部１３ａが設けられている。また、キャビティ１３の壁面には、噴射ノズル１１の噴射孔１１ａから噴射された燃料の噴霧が衝突する部分に環状突起部１４が設けられている。
環状突起部１４は、図２に示すように、キャビティ１３中心Ｂ（径方向内側）に向かって突出するもので、キャビティ１３の壁面全周にわたって形成されている。すなわち、噴射ノズル１１の噴射孔１１ａから噴射された燃料の噴霧は、この環状突起部１４によって、キャビティ１３内とオフセット側スキッシュエリアαおよび、反オフセット側スキッシュエリアβへと分割されて、燃焼室内に空気と燃料との混合気が生成される。
噴射ノズル１１は、図１に示すように、噴射孔１１ａの中心Ｃをキャビティ１３の中心Ｂに隣接させて、シリンダ１０の上部に設けられている。
環状傾斜部１５は、図１に示すように、ピストン１２の頂面から環状突起部１４の頂部に向かって傾斜して設けられている。すなわち、環状傾斜部１５は、ピストン１２の生産過程において、環状突起部１４の上側側面を面取り加工することで形成される。また、環状傾斜部１５は、噴射孔１１ａの中心Ｃから離間するにしたがい傾斜角度が小さくなるように形成されている。すなわち、図２に示すように、環状傾斜部１５の表面積（面取り加工量）は、噴射孔１１ａの中心Ｃから離間するにしたがい大きくなるように形成されている。
なお、環状傾斜部１５の傾斜角度は、反オフセット側をオフセット側よりも小さく設定するものであればよい。本実施形態では、傾斜角度の基準を噴射孔１１ａの中心Ｃとしたが、例えば、シリンダ１０（ピストン１２）の軸心Ａを基準とし、このシリンダの軸心Ａから離間するにしたがい傾斜角度が大きくなるように形成してもよい。
上述のような構成により、本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造１によれば、以下のような作用・効果を奏する。
噴射ノズル１１の噴射孔１１ａから噴射された燃料の噴霧は、キャビティ１３の壁面に設けられた環状突起部１４に衝突する。環状突起部１４に衝突した噴霧は、環状突起部１４よりも下方のキャビティ１３内と、環状突起部１４よりも上方の燃焼室へと分割される。
そして、環状突起部１４よりも上方の燃焼室に分割される噴霧は、環状傾斜部１５の表面に沿ってスキッシュエリアα，βへと流される。ここで、本実施形態において、環状傾斜部１５は、噴射孔１１ａの中心Ｃから離間するにしたがい傾斜角度が小さくなる（面取り加工量が大きくなる）ように形成されている。すなわち、オフセット側のスキッシュエリアαへの噴霧の流れ込みよりも、反オフセット側のスキッシュエリアβへの噴霧の流れ込みの方がより円滑に促進される。
したがって、オフセット側のスキッシュエリアαへの混合気分布の偏りが抑制されて、反オフセット側のスキッシュエリアβでの空気利用率を向上することができ、当然ながら、燃焼室内の燃焼効率も効果的に向上することができる。
また、燃焼室内の燃焼効率が向上されることで、ＣＯ2の発生も効果的に抑制することができ、エンジンの排気ガス性能や燃費性能も効果的に向上することができる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
例えば、本実施形態のエンジンの燃焼室構造１は、１個の吸気バルブと１個の排気バルブとを備えた２バルブエンジンに適用されるものとして説明したが、キャビティ１３がシリンダ１１の軸心Ａに対してオフセットされるエンジンの燃焼室構造であれば、４バルブエンジン等にも広く適用することができる。
また、環状突起部１４は、必ずしもキャビティ１３の壁面に全周にわたって設けられる必要はなく、噴射された燃料の噴霧が衝突する位置に部分的に設けられる突起であってもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
１ エンジンの燃焼室構造
１０ シリンダ
１１ 噴射ノズル
１１ａ 噴射孔
１２ ピストン
１３ キャビティ
１４ 環状突起部（突起部）
１５ 環状傾斜部（傾斜部）

Claims (2)

  1. シリンダと、前記シリンダに設けられる噴射ノズルと、前記シリンダに収容されるピストンと、前記ピストンの頂面に前記シリンダの軸心に対してオフセットして凹設されるキャビティと、前記キャビティの壁面に設けられ前記キャビティの径方向内側に突出する突起部と、前記ピストンの頂面から前記突起部の頂部に向かって傾斜する傾斜面部と、を備え、
    前記傾斜面部は、反オフセット側の傾斜面とピストン頂面とがなす鋭角の角度が、オフセット側の傾斜面とピストン頂面とがなす鋭角の角度よりも小さく設定される
    ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
  2. 前記噴射ノズルは、噴射孔中心を前記キャビティの中心に隣接して設けられ、
    前記傾斜部は、前記噴射孔中心から離間するにしたがい傾斜面とピストン頂面とがなす鋭角の角度が小さく設定されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃焼室構造。
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