JP6786059B2 - ディーゼルエンジン - Google Patents
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Description
このように構成された本発明においては、キャビティの周縁からピストンの径方向外側に凹んだ溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けてピストンの周方向に傾斜するように延び、燃料噴射弁の噴孔は溝部を指向しているので、噴孔から噴射された燃料噴霧は、溝部に沿ってピストンの周方向に向きを変えながらシリンダヘッド側に向かってらせん状に緩やかに上昇する。したがって、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がそのまま噴射方向に進んでシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達する場合と比較して、燃料噴霧が噴孔から噴射された後シリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達するまでの移動経路を延長することができる。これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止し、冷却損失を低減することが可能となる。
また、溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けて、スワール流が流れる方向に傾斜しているので、溝部のシリンダヘッド側の端部に到達した燃料噴霧を、溝部の上方を流れるスワール流に引き込んでシリンダの中心軸線まわりに旋回させることができ、これにより、燃料噴霧が噴孔から噴射された後シリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達するまでの移動経路を確実に延長して、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止することができる。
このように構成された本発明においては、複数の溝部によって、噴孔から噴射された燃料噴霧の流動方向をより確実にピストンの周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。
このように構成された本発明においては、キャビティ内に平面視で放射状に噴霧された燃料の流動方向を、各噴孔が指向する溝部によってより確実にピストンの周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。
また、複数の噴孔から噴射された燃料噴霧が複数の溝部に沿って向きを変え、各溝部からピストンの周方向に沿って流出するので、各溝部から流出した燃料噴霧における多量のスートが存在する領域を、溝部からの流出方向とは反対側において隣接する燃料噴霧における多量のOHラジカルが存在する領域と接触させることができ、これにより、スートをOHラジカルにより酸化して排ガス中におけるスートの量を低減することができる。
図1は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの構成を示す概略図であり、図2は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンにおける吸気ポート及び排気ポートの配置を概略的に示す平面図であり、図3は、本発明の実施形態による燃料噴射弁の先端部の部分断面図であり、図4は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの運転状態に応じて異なるように設定された燃料の噴射形態の一例を示す図である。
図5は、本発明の実施形態によるピストン10の斜視図であり、図6は、図5に示したピストン10の平面図であり、図7は、図6中のVII−VIIに沿って見たピストン10及びシリンダヘッド6などの部分断面図である。
なお、図7では、上死点まで上昇したときのピストン10を示すとともに、図6及び図7では、燃料噴射弁34の噴孔56から噴射された燃料の噴霧を符号Fとして示している。これらの図から理解されるように、キャビティ12は、少なくともピストン10が上死点にあるときに燃料噴射弁34から噴射された燃料(噴霧F)を受け入れ可能な形状および大きさに形成されている。
各溝部64は、シリンダヘッド6とは反対側の端部(即ちキャビティ12の周辺凹部60側の端部。以下「下端部64a」という)からシリンダヘッド6側の端部(即ちピストン10の冠面10a側の端部。以下「上端部64b」という)に向けて、吸気スワール流Sが流れる方向(本実施形態ではシリンダヘッド6側(上側)から見て、反時計回り)に傾斜するように延びている。
溝部64の底面64cは、下端部64aにおいて周辺凹部60からピストン10の径方向外側に向かって傾斜して延び、上端部64bに近づくほど気筒2の内周面とほぼ平行になるように湾曲して形成されている。
平面視においてピストン10の中心と溝部64の底面64cの両端とを結ぶ直線が成す中心角α(溝部64の幅に相当する)は、本実施形態では例えばピストン10の冠面10aにおいて14°である。また、溝部64の下端部64aにおいて底面64cと周辺凹部60とが成す角θは、本実施形態では例えば45°である。
また、側面64dとピストン10の軸線方向との成す角γ(溝部64の傾斜角に相当)は種々の値を取り得るが、本実施形態の側面64dは、ピストン10の軸線方向から吸気スワール流Sが流れる方向に45°傾斜するように形成されている。
溝部64内に進入した噴霧Fは、図9に示すように、溝部64の底面64c及び側面64dに沿ってピストン10の径方向外側且つシリンダヘッド6側に進み、溝部64の上端部64aからピストン10の冠面10aの上方に向かって、ピストン10の周方向に沿って流出する。
したがって、溝部64の上端部64aに到達した燃料噴霧Fは、この上端部64aの上方を流れるスワール流Sに引き込まれて溝部64から流出し、スワール流Sと合流して気筒2の中心軸線まわりに旋回する。
このように、本実施形態によれば、噴孔56からピストン10の径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧Fは、溝部64に沿ってピストン10の周方向に向きを変えながらシリンダヘッド6側に向かってらせん状に緩やかに上昇するので、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁からピストンの径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧がそのままピストンの径方向に進んでシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達する場合と比較して、燃料噴霧Fが噴孔56から噴射された後シリンダヘッド6や気筒2の内周面に到達するまでの移動経路を延長することができる。これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Fが低温のシリンダヘッド6や気筒2の内周面に到達することを防止し、冷却損失を低減することが可能となる。
一方、噴孔56から噴射された直後の燃料噴霧Fにおけるキャビティ12の壁面とは反対側の領域(図10において符号Oにより示す上側の領域。以下「完全燃焼領域」という)は、周囲の空気と接触しており十分な酸素が得られるので完全燃焼が行われる。
この燃料噴霧Fが溝部64の底面64c及び側面64dに沿って向きを変え、上端部64bからピストン10の周方向に沿って流出すると、図11に示すように、各溝部64から流出した燃料噴霧Fにおけるスート領域Iは、溝部64からの流出方向とは反対側において隣接する燃料噴霧Fにおける完全燃焼領域Oと接触する。この完全燃料領域Oには、燃焼の過程で発生する多量のOHラジカルが存在するので、スート領域Iに存在するスートがOHラジカルにより酸化される。これにより、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁からピストンの径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧がそのままピストンの径方向に進む場合と比較して、排ガス中におけるスートの量を低減することができる。
上記した実施形態では、平面視においてピストン10の中心と溝部64の底面64cの両端とを結ぶ直線が成す中心角αが例えば14°であり、溝部64の下端部64aにおいて底面64cと周辺凹部60とが成す角θが45°であり、側面64dはピストン10の軸線方向から吸気スワール流Sが流れる方向に45°傾斜すると説明したが、溝部64をこれとは異なる寸法により形成してもよい。
また、複数の噴孔56から噴射された燃料噴霧Fが複数の溝部64に沿って向きを変え、各溝部64の上端部64bからピストン10の周方向に沿って流出するので、各溝部64から流出した燃料噴霧Fにおける多量のスートが存在する領域Iを、溝部64からの流出方向とは反対側において隣接する燃料噴霧Fにおける多量のOHラジカルが存在する領域Oと接触させることができ、これにより、スートをOHラジカルにより酸化して排ガス中におけるスートの量を低減することができる。
2 気筒
6 シリンダヘッド
10 ピストン
10a 冠面
12 キャビティ
18 第1の吸気ポート
20 第2の吸気ポート
22 第1の排気ポート
24 第2の排気ポート
34 燃料噴射弁
56 噴孔
58 中央隆起部
60 周辺凹部
62 リップ部
64 溝部
64a 下端部
64b 上端部
64c 底面
64d 側面
S スワール流
Claims (3)
- シリンダの一端を覆うシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに対向する冠面を備え前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダヘッドに取り付けられた燃料噴射弁とを有するディーゼルエンジンであって、
前記ピストンの冠面には、前記シリンダヘッドとは反対側に凹んだ平面視円形のキャビティと、前記キャビティの周縁から前記ピストンの径方向外側に凹んだ溝部とが形成され、
前記溝部は、前記シリンダヘッドとは反対側の端部から前記シリンダヘッド側の端部に向けて前記ピストンの周方向に傾斜するように延び、
前記燃料噴射弁には、前記溝部を指向する噴孔が形成され、
前記シリンダヘッドには、前記シリンダ内にスワール流を生成するように吸気ポートが形成されて、
前記溝部は、前記シリンダヘッドとは反対側の端部から前記シリンダヘッド側の端部に向けて前記スワール流が流れる方向に傾斜し、
前記溝部の底面は、前記シリンダヘッド側の端部に近いほど、前記シリンダの内周面に対して略平行になるように形成され、
前記溝部の前記シリンダヘッドとは反対側の端部は、前記キャビティの底面の周縁に近接した位置に配置されている、
ことを特徴とするディーゼルエンジン。 - 前記ピストンの冠面には、複数の前記溝部が形成されている、請求項1に記載のディーゼルエンジン。
- 前記燃料噴射弁には、前記キャビティ内に平面視で放射状に燃料を噴霧するように複数の前記溝部を指向する複数の前記噴孔が形成されている、請求項2に記載のディーゼルエンジン。
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