JP7463311B2

JP7463311B2 - 内燃機関

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Publication number: JP7463311B2
Application number: JP2021031354A
Authority: JP
Inventors: 翔平石田; 徹朗 ▲瀬▼耒; 朋博林; 健一友松; 健司大島; 昌晴伊藤; 勇人山下; 謹河合; 努梅原
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2024-04-08
Anticipated expiration: 2041-03-01
Also published as: JP2022132736A

Description

この発明は、内燃機関に関する。

例えば、特開２０１３－１５０５４号公報には、ピストンと、ピストンの頂面に形成されたキャビティに向かって燃料を噴射する燃料噴射手段と、を備える筒内噴射式内燃機関が開示されている。キャビティは、底面と側壁面とにより規定されている。

特開２０１３－１５０５４号公報

特開２０１３－１５０５４号公報に記載される内燃機関では、冷却損失はなるべく低減されることが望ましい。

本発明の目的は、冷却損失の低減が可能な内燃機関を提供することである。

この発明の一局面に従った内燃機関は、シリンダライナと、前記シリンダライナに接続されており、吸気口及び排気口を有するシリンダヘッドと、前記吸気口を開閉する吸気バルブと、前記排気口を開閉する排気バルブと、前記シリンダライナに対して相対移動可能で、前記シリンダヘッドと対向する位置に形成されたキャビティを有するピストンと、前記シリンダヘッドから前記キャビティに向かって燃料を噴射するインジェクタと、を備え、前記吸気口及び前記吸気バルブは、前記シリンダヘッド及び前記ピストン間に形成される燃焼室にスワール流を形成するように構成されており、前記インジェクタは、前記シリンダヘッドの中心から前記シリンダヘッドの径方向における外向きに前記燃料を噴射し、前記ピストンは、前記キャビティを区画する区画壁を有し、前記区画壁は、前記インジェクタから噴射された前記燃料が着火することにより形成される火炎と衝突する位置に形成された衝突壁を含み、前記火炎は、当該火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記衝突壁に衝突する。

この発明によれば、冷却損失の低減が可能な内燃機関を提供することができる。

本発明の第１実施形態の内燃機関を概略的に示す平面図である。図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。ピストンの平面図である。図３において実線ＩＶで示される範囲の拡大図である。側壁の変形例を概略的に示す図である。ピストンの変形例を概略的に示す断面図である。ピストンの変形例を概略的に示す平面図である。図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線での断面図である。図７において実線ＩＸで示される範囲の拡大図である。図９におけるＸ－Ｘ線での断面図である。図９におけるＸＩ－ＸＩ線での断面図である。図９におけるＸＩＩ－ＸＩＩ線での断面図である。図９におけるＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線での断面図である。ピストンの変形例の一部を概略的に示す斜視図である。図１４に示されるピストンの平面図である。図１５におけるＸＶＩ－ＸＶＩ線での断面図である。図１５におけるＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線での断面図である。ピストンの変形例の一部を概略的に示す平面図である。シリンダヘッドの変形例を概略的に示す底面図である。図１９におけるＸＸ－ＸＸ線での断面図である。シリンダヘッドの凹部を概略的に示す斜視図である。火炎の衝突点からの距離と凹部の深さとの関係を示すグラフである。吸気バルブ及び排気バルブの変形例を概略的に示す底面図である。図２３におけるＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ線での断面図である。本発明の第２実施形態における内燃機関のピストンを概略的に示す平面図である。図２５におけるＸＸＶＩ－ＸＸＶＩ線での断面図である。図２５において実線ＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩ線で示される範囲の拡大図である。本発明の第３実施形態における内燃機関のピストンを概略的に示す平面図である。図２８におけるＸＸＩＸ－ＸＸＩＸ線での断面図である。図２８において実線ＸＸＸ－ＸＸＸ線で示される範囲の拡大図である。本発明の第４実施形態における内燃機関のピストンを概略的に示す平面図である。図３１におけるＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩ線での断面図である。図３１において実線ＸＸＸＩＩＩ－ＸＸＸＩＩＩ線で示される範囲の拡大図である。本発明の第５実施形態における内燃機関のピストンを概略的に示す平面図である。図３４におけるＸＸＸＶ－ＸＸＸＶ線での断面図である。図３４において実線ＸＸＸＶＩ－ＸＸＸＶＩ線で示される範囲の拡大図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の内燃機関を概略的に示す平面図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。図１及び図２に示されるように、内燃機関１は、シリンダライナ１００と、シリンダヘッド２００と、吸気バルブ３００と、排気バルブ４００と、ピストン５００と、インジェクタ６００と、を備えている。なお、図１及び図２には、１気筒のみが示されているが、内燃機関１は、多気筒型にも適用可能である。

シリンダライナ１００は、円筒状に形成されている。

シリンダヘッド２００は、シリンダライナ１００の端部に接続されている。シリンダヘッド２００は、円板状に形成されている。シリンダヘッド２００は、吸気口ｈ１と、排気口ｈ２と、を有している。

吸気バルブ３００は、吸気口ｈ１を開閉する。排気バルブ４００は、排気口ｈ２を開閉する。

ピストン５００は、シリンダライナ１００に対して当該シリンダライナ１００の中心軸方向（図２における上下方向）に沿って相対移動可能である。図２に示されるように、ピストン５００は、シリンダヘッド２００と対向する位置に形成されたキャビティＣＡを有している。キャビティＣＡは、ピストン５００の天面５０４からシリンダヘッド２００から離間する向き（図２における下向き）に窪む形状を有している。このキャビティＣＡを含むピストン５００とシリンダヘッド２００との間に燃焼室が形成される。ピストン５００は、キャビティＣＡを区画する区画壁５０２を有している。

吸気口ｈ１及び吸気バルブ３００は、燃焼室にスワール流ＳＷを形成するように構成されている。

インジェクタ６００は、シリンダヘッド２００からキャビティＣＡに向かって燃料を噴射する。インジェクタ６００は、シリンダヘッド２００の中心に設けられている。インジェクタ６００は、シリンダヘッド２００の中心からシリンダヘッド２００の径方向における外向きに燃料を噴射する。

ここで、図３及び図４も参照しながら、ピストン５００の区画壁５０２について詳細に説明する。図３は、ピストンの平面図である。図４は、図３において実線ＩＶで示される範囲の拡大図である。区画壁５０２は、底壁５１０と、側壁５２０と、を有している。

底壁５１０は、シリンダライナ１００の中心軸方向にインジェクタ６００と対向している。図２に示されるように、底壁５１０は、前記中心軸方向にインジェクタ６００と対向する中央部から前記径方向における外側に向かうにしたがって次第にシリンダヘッド２００から離間するように傾斜する形状を有している。

側壁５２０は、底壁５１０の縁部から起立する形状を有している。側壁５２０は、前記中心軸まわりに環状につながっている。側壁５２０は、衝突壁５２２と、案内壁５２４と、連続壁５２６と、を有している。本実施形態では、図３に示されるように、側壁５２０は、９つの衝突壁５２２と、９つの案内壁５２４と、９つの連続壁５２６と、を有している。１つの衝突壁５２２、１つの連続壁５２６及び１つの案内壁５２４は、単一の火炎に接する単位壁を構成している。側壁５２０は、スワール流ＳＷの周方向に沿って並ぶ９つの前記単位壁で構成されている。

衝突壁５２２は、インジェクタ６００から噴射された燃料が着火することにより形成される火炎Ｂと衝突する位置に形成されている。図４に示されるように、火炎Ｂは、当該火炎Ｂの成長方向と衝突壁５２２とのなす角θが鋭角となるように衝突壁５２２に衝突する。

本実施形態では、衝突壁５２２は、スワール流ＳＷ（図３を参照）の下流側に向かうにしたがって次第に径方向における外側（図４における右側）に向かうように、当該衝突壁５２２に向かう燃料の噴射方向（図４における右向き）に対して傾斜する形状を有している。

案内壁５２４は、火炎Ｂの成長方向における衝突壁５２２の下流側に形成されている。案内壁５２４は、火炎Ｂの先端がキャビティＣＡの中心に向かうように火炎Ｂを案内する。本実施形態では、案内壁５２４は、衝突壁５２２に沿って火炎Ｂが成長する方向（図４における右下方向）における先端に向かって凸となるように湾曲する形状を有している。火炎Ｂの成長方向における案内壁５２４の下流側の端部は、当該案内壁５２４に接する火炎Ｂにスワール流ＳＷの周方向における下流側に隣接する火炎が衝突する衝突壁５２２（図４では、「５２２ａ」と表記している。）の上流側の端部につながっている。

連続壁５２６は、衝突壁５２２から火炎Ｂの成長方向における下流側に向かって連続している。連続壁５２６は、衝突壁５２２と案内壁５２４との間に介在している。本実施形態では、連続壁５２６は、衝突壁５２２と面一に形成されている。連続壁５２６は、衝突壁５２２の表面粗さよりも大きな表面粗さを有していてもよい。

以上に説明したように、本実施形態の内燃機関１では、火炎Ｂが当該火炎Ｂの成長方向と衝突壁５２２とのなす角θが鋭角となるように衝突壁５２２に衝突するため、換言すれば、衝突壁５２２に対する火炎Ｂの垂直成分が低減されるため、火炎Ｂの衝突壁５２２への衝突速度が低下する。よって、冷却損失が低減される。

以下、上記実施形態の変形例について説明する。

（第１変形例）
図５に示されるように、連続壁５２６は、衝突壁５２２から当該衝突壁５２２に衝突した火炎Ｂの成長方向における下流側に向かうにしたがって次第にシリンダヘッド２００の径方向における外側（図５における右側）に向かう形状を有していてもよい。

この態様では、火炎Ｂが側壁５２０から離間するため、冷却損失がより低減される。

（第２変形例）
図６に示されるように、衝突壁５２２は、シリンダヘッド２００に近づくにしたがって次第にシリンダヘッド２００の径方向における外側に向かう形状を有していてもよい。また、側壁５２０の全域がシリンダヘッド２００に近づくにしたがって次第に径方向における外側に向かう形状を有していることがより好ましい。

このようにすれば、衝突壁５２２に衝突した火炎Ｂが底壁５１０に向かうことが抑制されるため、火炎Ｂが底壁５１０に接触することに起因する冷却損失が低減される。

（第３変形例）
図７から図１３に示されるように、区画壁５０２は、ヘッド側突出部５３０と、底側突出部５４０と、をさらに有していてもよい。ヘッド側突出部５３０は、側壁５２０におけるシリンダヘッド２００側（図８における上側）の端部からシリンダヘッド２００の径方向における内側に向かって突出している。底側突出部５４０は、側壁５２０における底壁５１０側（図８における下側）の端部からシリンダヘッド２００の径方向における内側に向かって突出している。図１０から図１３に示されるように、各突出部５３０，５４０の突出量は、衝突壁５２２に衝突した後の火炎の成長方向における下流側に向かうにしたがって大きくなることが好ましい。なお、図１３には、火炎Ｂの挙動が概略的に示されている。

この態様では、衝突壁５２２に衝突した後の火炎Ｂがシリンダヘッド２００及び底壁５１０に接触することが抑制されるため、冷却損失がさらに低減される。

（第４変形例）
図１４から図１７に示されるように、ピストン５００は、対向壁５０６を有していてもよい。対向壁５０６は、ピストン５００の天面５０４に形成されている。具体的に、対向壁５０６は、案内壁５２４におけるシリンダヘッド２００側の端部につながっており、シリンダヘッド２００と対向している。図１４に示されるように、対向壁５０６は、天面５０４より底壁５１０に近い位置、つまり、天面５０４よりも低い位置に形成されている。図１４及び図１７に示されるように、対向壁５０６は、衝突壁５２２から案内壁５２４に向かう火炎の成長方向における下流側に向かうにしたがって次第にシリンダヘッド２００に近づくように傾斜する形状を有している。

図１４及び図１５に示されるように、対向壁５０６は、連続壁５２６と案内壁５２４との境界部（案内壁５２４の上流側の端部）５２５からスワール流の周方向における下流側の範囲に形成されている。

なお、図１８に示されるように、対向壁５０６は、案内壁５２４に向かう火炎の成長方向における案内壁５２４の中央部５２４ａからスワール流の周方向における下流側の範囲に形成されていてもよい。

この態様では、対向壁５０６とシリンダヘッド２００との隙間に向かう火炎がシリンダライナ１００に対して傾斜して接触するため、冷却損失が低減される。

（第５変形例）
また、図１９から図２２に示されるように、シリンダヘッド２００は、ヘッド凹部２１０を有していてもよい。図１９に示されるように、インジェクタ６００は、少なくとも吸気バルブ３００及び排気バルブ４００間に向けて燃料を噴射する。なお、インジェクタ６００は、さらに吸気バルブ３００及び排気バルブ４００に向けて燃料を噴射してもよい。

ヘッド凹部２１０は、シリンダライナ１００の中心軸と平行な方向に衝突壁５２２と対向する位置に形成されている。ヘッド凹部２１０は、衝突壁５２２とシリンダヘッド２００との隙間に向かう火炎をキャビティＣＡに向かうように誘導する。より好ましくは、ヘッド凹部２１０は、シリンダライナ１００の中心軸と平行な方向に側壁５２０と対向する位置に形成されており、側壁５２０とシリンダヘッド２００との隙間に向かう火炎をキャビティＣＡに向かうように誘導する。

図２１に示されるように、ヘッド凹部２１０は、受け部２１２と、戻し部２１４と、を有している。なお、図２１は、ヘッド凹部２１０のみを概念的に示す斜視図である。

受け部２１２は、火炎を受ける部位である。受け部２１２は、インジェクタ６００からの燃料の噴射方向に対して傾斜する形状を有している。

戻し部２１４は、受け部２１２に衝突した火炎をキャビティＣＡ向けて戻す部位である。戻し部２１４は、受け部２１２に衝突した火炎の成長方向における外向きに凸となるように湾曲する形状を有している。

図２１及び図２２に示されるように、ヘッド凹部２１０の深さ（図２１における上下方向の長さ）は、受け部２１２のうち火炎が衝突する部位から離間するにしたがって次第に小さくなる。

この態様では、火炎Ｂとシリンダヘッド２００との接触が抑制されるため、冷却損失が低減される。

（第６変形例）
また、図２２及び図２３に示されるように、吸気バルブ３００は、吸気側凹部３１０を有し、排気バルブ４００は、排気側凹部４１０を有していてもよい。図２３に示されるように、インジェクタ６００は、少なくとも吸気バルブ３００及び排気バルブ４００に向けて燃料を噴射する。なお、インジェクタ６００は、さらに吸気バルブ３００及び排気バルブ４００間に向けて燃料を噴射してもよい。

吸気側凹部３１０は、シリンダライナ１００の中心軸と平行な方向に衝突壁５２２と対向する位置に形成されている。吸気側凹部３１０は、衝突壁５２２から吸気バルブ３００に向かう火炎をキャビティＣＡに向かうように誘導する。吸気側凹部３１０は、吸気バルブ３００の中心まわりに円環状につながっている。

図２４に示されるように、吸気側凹部３１０は、受け部３１２と、戻し部３１４と、を有している。

受け部３１２は、火炎を受ける部位である。受け部３１２は、吸気バルブ３００の径方向における外側から内側に向かうにしたがって次第にピストン５００から離間するように傾斜する形状を有している。

戻し部３１４は、受け部３１２に衝突した火炎をキャビティＣＡ向けて戻す部位である。戻し部３１４は、受け部３１２に衝突した火炎の成長方向における外向きに凸となるように湾曲する形状を有している。

排気側凹部４１０は、シリンダライナ１００の中心軸と平行な方向に衝突壁５２２と対向する位置に形成されている。排気側凹部４１０は、衝突壁５２２から吸気バルブ３００に向かう火炎をキャビティＣＡに向かうように誘導する。排気側凹部４１０は、吸気側凹部３１０と同じ形状を有している。

この態様では、火炎Ｂと各バルブ３００，４００との接触が抑制されるため、冷却損失が低減される。

（第２実施形態）
次に、図２５から図２７を参照しながら、本発明の第２実施形態の内燃機関１について説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。

本実施形態では、内燃機関１は、屈曲板７００をさらに備えている。屈曲板７００は、インジェクタ６００と衝突壁５２２との間に配置されている。屈曲板７００は、火炎Ｂの成長方向と衝突壁５２２とのなす角θが鋭角となるように火炎Ｂを屈曲させるための部材である。図２５に示されるように、複数の屈曲板７００は、スワール流ＳＷの周方向に沿って等間隔に並ぶように配置されている。図２６に示されるように、屈曲板７００は、底壁５１０から起立している。

図２７に示されるように、屈曲板７００は、上流壁部７１０と、下流壁部７２０と、を有している。

上流壁部７１０は、スワール流ＳＷの周方向における上流側に形成されている。下流壁部７２０は、スワール流ＳＷの周方向における下流側に形成されている。上流壁部７１０の長さは、下流壁部７２０の長さよりも大きい。

屈曲板７００は、インジェクタ６００から噴射された燃料ないし火炎が上流壁部７１０にのみ接する姿勢で設けられている。

本実施形態では、図２５及び図２７に示されるように、シリンダライナ１００の中心軸と直交する平面での側壁５２０の断面は、多角形（この実施形態では９角形）に形成されている。案内壁５２４は、衝突壁５２２を含む仮想平面ＰＬ（図２７を参照）に沿って衝突壁５２２から離間するにしたがって次第にキャビティＣＡの中心に近づくように衝突壁５２２に対して傾斜する形状を有している。

この実施形態では、コアンダー効果によって火炎Ｂが屈曲板７００の上流壁部７１０から下流壁部７２０に向けて有効に屈曲されるため、火炎Ｂが衝突壁５２２に対して有効に傾斜する。

なお、シリンダライナ１００の中心軸と直交する平面での側壁５２０の断面は、円形に形成されもよい。この場合、側壁５２０のうち火炎Ｂの衝突する部位が衝突壁５２２を構成し、その衝突壁５２２と火炎Ｂとのなす角θは、火炎Ｂと衝突壁５２２との衝突部における法線と、衝突壁５２２に衝突する火炎Ｂの中心軸と、のなす角を意味する。

（第３実施形態）
次に、図２８から図３０を参照しながら、本発明の第３実施形態の内燃機関１について説明する。なお、第３実施形態では、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第２実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。

この実施形態では、屈曲板７００の下流壁部７２０は、平坦に形成されている。具体的に、屈曲板７００は、平板状に形成されている。上流壁部７１０の長さは、下流壁部７２０の長さと同じであってもよい。屈曲板７００は、スワール流ＳＷの下流側に向かうにしたがって次第にシリンダヘッド２００の径方向における外側に向かうように、当該屈曲板７００に向かう燃料の噴射方向に対して傾斜している。また、屈曲板７００は、当該屈曲板７００と衝突壁５２２との間を通過するスワール流ＳＷによって衝突壁５２２に向かう火炎Ｂがスワール流ＳＷの下流側に向かうように衝突壁５２２から離間した位置に設けられている。

本実施形態では、図３０に示されるように、屈曲板７００は、インジェクタ６００から噴射された燃料ないし火炎Ｂが下流壁部７２０にのみ接する姿勢で設けられている。燃料の噴射方向と下流壁部７２０とのなす角θ１は、衝突壁５２２に向かう火炎Ｂの成長方向と衝突壁５２２とのなす角θが鋭角となるように設定される。屈曲板７００は、低熱伝導材からなることが好ましい。

この実施形態では、インジェクタ６００から噴射された燃料ないし火炎Ｂは、屈曲板７００によって噴射方向に対してスワール流ＳＷの下流側に向かうように屈曲し、その屈曲した燃料ないし火炎Ｂは、屈曲板７００と衝突壁５２２との間を通過したスワール流によって衝突壁５２２に対して有効に傾斜する。

（第４実施形態）
次に、図３１から図３３を参照しながら、本発明の第４実施形態の内燃機関１について説明する。なお、第４実施形態では、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第３実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。

この実施形態では、屈曲板７００は、インジェクタ６００から噴射された燃料のスワール流ＳＷの周方向における両側に設けられている。屈曲板７００は、インジェクタ６００から噴射された燃料に接触しない位置に設けられている。屈曲板７００は、当該屈曲板７００と衝突壁５２２との間を通過するスワール流ＳＷによって衝突壁５２２に向かう火炎Ｂがスワール流ＳＷの下流側に向かうように衝突壁５２２から離間した位置に設けられている。スワール流ＳＷの周方向に互いに隣接する一対の屈曲板７００は、当該一対の屈曲板７００間に噴射された燃料の噴射方向における下流に向かうにしたがって次第に互いに離間する姿勢で設けられている。

この実施形態においても、屈曲板７００と衝突壁５２２との隙間を通過したスワール流ＳＷにより、火炎Ｂが衝突壁５２２に対して有効に傾斜する。

（第５実施形態）
次に、図３４から図３６を参照しながら、本発明の第５実施形態の内燃機関１について説明する。なお、第５実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。

本実施形態では、側壁５２０は、隣接衝突壁５２８をさらに有している。隣接衝突壁５２８は、スワール流ＳＷの周方向における衝突壁５２２の上流側に形成されている。より詳細には、隣接衝突壁５２８は、スワール流ＳＷの周方向において衝突壁５２２に向かう火炎Ｂの上流側に隣接する火炎Ｂ１（図３６を参照）と衝突する位置に形成されている。

隣接衝突壁５２８は、衝突壁５２２に向かう火炎Ｂがスワール流ＳＷの下流側に向かうように当該隣接衝突壁５２８に衝突した火炎Ｂ１を衝突壁５２２に向かうように誘導する。隣接衝突壁５２８は、スワール流ＳＷの下流側に向かうにしたがって次第にシリンダヘッド２００の径方向における外側（図３６における右側）に向かうように、当該隣接衝突壁５２８に向かう燃料の噴射方向に対して傾斜する形状を有している。隣接衝突壁５２８に向けて噴射された燃料の噴射方向と隣接衝突壁５２８とのなす角α（図３６を参照）は、衝突壁５２２に衝突する火炎Ｂと衝突壁５２２とのなす角θと同程度となるように設定されている。ただし、前記角αは、鋭角であれば前記角θと異なっていてもよい。

この態様では、隣接衝突壁に衝突した火炎によって衝突壁に向かう火炎が衝突壁に衝突する前に有効に傾斜する。

［態様］
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

この開示の一局面に従った内燃機関は、シリンダライナと、前記シリンダライナに接続されており、吸気口及び排気口を有するシリンダヘッドと、前記吸気口を開閉する吸気バルブと、前記排気口を開閉する排気バルブと、前記シリンダライナに対して相対移動可能で、前記シリンダヘッドと対向する位置に形成されたキャビティを有するピストンと、前記シリンダヘッドから前記キャビティに向かって燃料を噴射するインジェクタと、を備え、前記吸気口及び前記吸気バルブは、前記シリンダヘッド及び前記ピストン間に形成される燃焼室にスワール流を形成するように構成されており、前記インジェクタは、前記シリンダヘッドの中心から前記シリンダヘッドの径方向における外向きに前記燃料を噴射し、前記ピストンは、前記キャビティを区画する区画壁を有し、前記区画壁は、前記インジェクタから噴射された前記燃料が着火することにより形成される火炎と衝突する位置に形成された衝突壁を含み、前記火炎は、当該火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記衝突壁に衝突する。

この内燃機関では、火炎が当該火炎の成長方向と衝突壁とのなす角が鋭角となるように衝突壁に衝突するため、換言すれば、衝突壁に対する火炎の垂直成分が低減されるため、火炎の衝突壁への衝突速度が低下する。よって、冷却損失が低減される。

前記衝突壁は、前記スワール流の下流側に向かうにしたがって次第に前記シリンダヘッドの前記径方向における外側に向かうように、当該衝突壁に向かう前記燃料の噴射方向に対して傾斜する形状を有していてもよい。

この態様では、火炎の成長方向と衝突壁とのなす角が有効に鋭角となる。

あるいは、前記インジェクタと前記衝突壁との間に配置されており、前記火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記火炎を屈曲させるための屈曲板をさらに備えていてもよい。

また、前記屈曲板は、前記スワール流の周方向における上流側に形成された上流壁部と、前記スワール流の周方向における下流側に形成された下流壁部と、を有し、前記上流壁部の長さは、前記下流壁部の長さよりも大きく、前記屈曲板は、前記インジェクタから噴射された前記燃料ないし火炎が前記上流壁部に接する姿勢で設けられていてもよい。

この態様では、コアンダー効果によって火炎が屈曲板の上流壁部から下流壁部に向けて有効に屈曲されるため、火炎が衝突壁に対して有効に傾斜する。

あるいは、前記屈曲板は、前記スワール流の下流側に向かうにしたがって次第に前記シリンダヘッドの前記径方向における外側に向かうように、当該屈曲板に向かう前記燃料の噴射方向に対して傾斜しており、当該屈曲板と前記衝突壁との間を通過する前記スワール流によって前記衝突壁に向かう火炎が前記スワール流の下流側に向かうように前記衝突壁から離間した位置に設けられていてもよい。

この態様では、インジェクタから噴射された燃料ないし火炎は、屈曲板によって噴射方向に対してスワール流の下流側に向かうように屈曲し、その屈曲した燃料ないし火炎は、屈曲板と衝突壁との間を通過したスワール流によって衝突壁に対して有効に傾斜する。

あるいは、前記屈曲板は、当該屈曲板と前記衝突壁との間を通過する前記スワール流によって前記衝突壁に向かう火炎が前記スワール流の下流側に向かうように前記衝突壁から離間した位置に設けられていてもよい。

この態様では、屈曲板と衝突壁との隙間を通過したスワール流により、火炎が衝突壁に対して有効に傾斜する。

また、前記区画壁は、前記スワール流の周方向において前記衝突壁に向かう火炎の上流側に隣接する火炎と衝突する位置に形成された隣接衝突壁をさらに有し、前記隣接衝突壁は、前記衝突壁に向かう火炎が前記スワール流の下流側に向かうように当該隣接衝突壁に衝突した火炎を前記衝突壁に向かうように誘導してもよい。

この場合において、前記隣接衝突壁は、前記スワール流の下流側に向かうにしたがって次第に前記シリンダヘッドの前記径方向における外側に向かうように、当該隣接衝突壁に向かう前記燃料の噴射方向に対して傾斜する形状を有することが好ましい。

このようにすれば、火炎の隣接衝突壁への衝突速度も有効に低下する。

また、前記区画壁は、前記火炎の成長方向における前記衝突壁の下流側に形成されており、前記火炎の先端が前記キャビティの中心に向かうように前記火炎を案内する案内壁をさらに有することが好ましい。

このようにすれば、案内壁により案内された火炎が当該火炎に隣接する火炎と干渉することが抑制されるため、火炎の衝突壁付近での滞留が抑制される。よって、冷却損失がより低減される。

また、前記案内壁は、前記衝突壁に沿って前記火炎が成長する方向における先端に向かって凸となるように湾曲する形状を有していてもよい。

この場合において、前記ピストンは、前記案内壁における前記シリンダヘッド側の端部につながっており、前記シリンダヘッドと対向する対向壁を有し、前記対向壁は、前記衝突壁から前記案内壁に向かう前記火炎の成長方向における下流側に向かうにしたがって次第に前記シリンダヘッドに近づくように傾斜する形状を有することが好ましい。

この態様では、対向壁とシリンダヘッドとの隙間に向かう火炎がシリンダライナに対して傾斜して接触するため、冷却損失が低減される。

また、前記案内壁は、前記衝突壁を含む仮想平面に沿って前記衝突壁から離間するにしたがって次第に前記キャビティの中心に近づくように前記衝突壁に対して傾斜する形状を有していてもよい。

また、前記区画壁は、前記衝突壁から前記火炎の成長方向における下流側に向かって連続する連続壁をさらに有することが好ましい。

この場合において、前記連続壁は、前記衝突壁から前記火炎の成長方向における下流側に向かうにしたがって次第に前記シリンダヘッドの前記径方向における外側に向かう形状を有していてもよい。

このようにすれば、衝突壁に衝突した後の火炎とピストンとの接触面積が低減されるため、冷却損失が低減される。

また、前記連続壁は、前記衝突壁の表面粗さよりも大きな表面粗さを有していてもよい。

このようにすれば、連続壁に沿った火炎の速度境界層の厚さが大きくなるため、冷却損失が低減される。

また、前記区画壁は、前記シリンダライナの中心軸方向に前記インジェクタと対向する底壁をさらに有することが好ましい。

この場合において、前記衝突壁は、前記シリンダヘッドに近づくにしたがって次第に前記シリンダヘッドの前記径方向における外側に向かう形状を有することが好ましい。

このようにすれば、衝突壁に衝突した火炎が底壁に向かうことが抑制されるため、火炎が底壁に接触することに起因する冷却損失が低減される。

また、前記区画壁は、前記衝突壁における前記シリンダヘッド側の端部から前記シリンダヘッドの前記径方向における内側に向かって突出するヘッド側突出部と、前記衝突壁における前記底壁側の端部から前記シリンダヘッドの前記径方向における内側に向かって突出する底側突出部と、を有していてもよい。

この態様では、衝突壁に衝突した後の火炎がシリンダヘッド及び底壁に接触することが抑制されるため、冷却損失がさらに低減される。

また、前記インジェクタは、前記吸気バルブ及び前記排気バルブ間に向けて前記燃料を噴射し、前記シリンダヘッドは、前記衝突壁と前記シリンダヘッドとの隙間に向かう火炎を前記キャビティに向かうように誘導するヘッド凹部を有することが好ましい。

この態様では、火炎とシリンダヘッドとの接触が抑制されるため、冷却損失が低減される。

また、前記インジェクタは、前記吸気バルブ及び前記排気バルブに向けて前記燃料を噴射し、前記吸気バルブは、前記衝突壁から前記吸気バルブに向かう火炎を前記キャビティに向かうように誘導する吸気側凹部を有し、前記排気バルブは、前記衝突壁から前記排気バルブに向かう火炎を前記キャビティに向かうように誘導する排気側凹部を有することが好ましい。

この態様では、火炎と各バルブとの接触が抑制されるため、冷却損失が低減される。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１内燃機関、１００シリンダライナ、２００シリンダヘッド、２１０ヘッド凹部、２１２受け部、２１４戻し部、３００吸気バルブ、３１０吸気側凹部、３１２受け部、３１４戻し部、４００排気バルブ、４１０排気側凹部、５００ピストン、５０２区画壁、５０４天面、５０６対向壁、５１０底壁、５２０側壁、５２２衝突壁、５２４案内壁、５２６連続壁、５２８隣接衝突壁、５３０ヘッド側突出部、５４０底側突出部、６００インジェクタ、７００屈曲板、７１０上流壁部、７２０下流壁部、Ｂ火炎、ＣＡキャビティ、ｈ１吸気口、ｈ２排気口、ＳＷスワール流。

Claims

シリンダライナと、
前記シリンダライナに接続されており、吸気口及び排気口を有するシリンダヘッドと、
前記吸気口を開閉する吸気バルブと、
前記排気口を開閉する排気バルブと、
前記シリンダライナに対して相対移動可能で、前記シリンダヘッドと対向する位置に形成されたキャビティを有するピストンと、
前記シリンダヘッドから前記キャビティに向かって燃料を噴射するインジェクタと、を備え、
前記吸気口及び前記吸気バルブは、前記シリンダヘッド及び前記ピストン間に形成される燃焼室にスワール流を形成するように構成されており、
前記インジェクタは、前記シリンダヘッドの中心から前記シリンダヘッドの径方向における外向きに前記燃料を噴射し、
前記ピストンは、前記キャビティを区画する区画壁を有し、
前記区画壁は、前記インジェクタから噴射された前記燃料が着火することにより形成される火炎と衝突する位置に形成された衝突壁を含み、
前記火炎は、当該火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記衝突壁に衝突し、
前記インジェクタと前記衝突壁との間に配置されており、前記火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記火炎を屈曲させるための屈曲板をさらに備え、
前記屈曲板は、
前記スワール流の周方向における上流側に形成された上流壁部と、
前記スワール流の周方向における下流側に形成された下流壁部と、を有し、
前記上流壁部の長さは、前記下流壁部の長さよりも大きく、
前記屈曲板は、前記インジェクタから噴射された前記燃料ないし火炎が前記上流壁部に接する姿勢で設けられている、内燃機関。
シリンダライナと、
前記シリンダライナに接続されており、吸気口及び排気口を有するシリンダヘッドと、
前記吸気口を開閉する吸気バルブと、
前記排気口を開閉する排気バルブと、
前記シリンダライナに対して相対移動可能で、前記シリンダヘッドと対向する位置に形成されたキャビティを有するピストンと、
前記シリンダヘッドから前記キャビティに向かって燃料を噴射するインジェクタと、を備え、
前記吸気口及び前記吸気バルブは、前記シリンダヘッド及び前記ピストン間に形成される燃焼室にスワール流を形成するように構成されており、
前記インジェクタは、前記シリンダヘッドの中心から前記シリンダヘッドの径方向における外向きに前記燃料を噴射し、
前記ピストンは、前記キャビティを区画する区画壁を有し、
前記区画壁は、前記インジェクタから噴射された前記燃料が着火することにより形成される火炎と衝突する位置に形成された衝突壁を含み、
前記火炎は、当該火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記衝突壁に衝突し、
前記区画壁は、前記スワール流の周方向において前記衝突壁に向かう火炎の上流側に隣接する火炎と衝突する位置に形成された隣接衝突壁をさらに有し、
前記隣接衝突壁は、前記衝突壁に向かう火炎が前記スワール流の下流側に向かうように当該隣接衝突壁に衝突した火炎を前記衝突壁に向かうように誘導する、内燃機関。
前記隣接衝突壁は、前記スワール流の下流側に向かうにしたがって次第に前記シリンダヘッドの前記径方向における外側に向かうように、当該隣接衝突壁に向かう前記燃料の噴射方向に対して傾斜する形状を有する、請求項２に記載の内燃機関。
シリンダライナと、
前記シリンダライナに接続されており、吸気口及び排気口を有するシリンダヘッドと、
前記吸気口を開閉する吸気バルブと、
前記排気口を開閉する排気バルブと、
前記シリンダライナに対して相対移動可能で、前記シリンダヘッドと対向する位置に形成されたキャビティを有するピストンと、
前記シリンダヘッドから前記キャビティに向かって燃料を噴射するインジェクタと、を備え、
前記吸気口及び前記吸気バルブは、前記シリンダヘッド及び前記ピストン間に形成される燃焼室にスワール流を形成するように構成されており、
前記インジェクタは、前記シリンダヘッドの中心から前記シリンダヘッドの径方向における外向きに前記燃料を噴射し、
前記ピストンは、前記キャビティを区画する区画壁を有し、
前記区画壁は、前記インジェクタから噴射された前記燃料が着火することにより形成される火炎と衝突する位置に形成された衝突壁を含み、
前記火炎は、当該火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記衝突壁に衝突し、
前記区画壁は、前記火炎の成長方向における前記衝突壁の下流側に形成されており、前記火炎の先端が前記キャビティの中心よりも前記スワール流の上流側に向かうように前記火炎を案内する案内壁をさらに有する、内燃機関。
前記案内壁は、前記衝突壁に沿って前記火炎が成長する方向における先端に向かって凸となるように湾曲する形状を有する、請求項４に記載の内燃機関。
前記ピストンは、前記案内壁における前記シリンダヘッド側の端部につながっており、
前記シリンダヘッドと対向する対向壁を有し、
前記対向壁は、前記衝突壁から前記案内壁に向かう前記火炎の成長方向における下流側に向かうにしたがって次第に前記シリンダヘッドに近づくように傾斜する形状を有する、請求項５に記載の内燃機関。
シリンダライナと、
前記シリンダライナに接続されており、吸気口及び排気口を有するシリンダヘッドと、
前記吸気口を開閉する吸気バルブと、
前記排気口を開閉する排気バルブと、
前記シリンダライナに対して相対移動可能で、前記シリンダヘッドと対向する位置に形成されたキャビティを有するピストンと、
前記シリンダヘッドから前記キャビティに向かって燃料を噴射するインジェクタと、を備え、
前記吸気口及び前記吸気バルブは、前記シリンダヘッド及び前記ピストン間に形成される燃焼室にスワール流を形成するように構成されており、
前記インジェクタは、前記シリンダヘッドの中心から前記シリンダヘッドの径方向における外向きに前記燃料を噴射し、
前記ピストンは、前記キャビティを区画する区画壁を有し、
前記区画壁は、前記インジェクタから噴射された前記燃料が着火することにより形成される火炎と衝突する位置に形成された衝突壁を含み、
前記火炎は、当該火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記衝突壁に衝突し、
前記区画壁は、前記衝突壁から前記火炎の成長方向における下流側に向かって連続する連続壁をさらに有し、
前記連続壁は、前記衝突壁から前記火炎の成長方向における下流側に向かうにしたがって次第に前記シリンダヘッドの前記径方向における外側に向かうように前記衝突壁に対して傾斜する形状を有する、内燃機関。
シリンダライナと、
前記シリンダライナに接続されており、吸気口及び排気口を有するシリンダヘッドと、
前記吸気口を開閉する吸気バルブと、
前記排気口を開閉する排気バルブと、
前記シリンダライナに対して相対移動可能で、前記シリンダヘッドと対向する位置に形成されたキャビティを有するピストンと、
前記シリンダヘッドから前記キャビティに向かって燃料を噴射するインジェクタと、を備え、
前記吸気口及び前記吸気バルブは、前記シリンダヘッド及び前記ピストン間に形成される燃焼室にスワール流を形成するように構成されており、
前記インジェクタは、前記シリンダヘッドの中心から前記シリンダヘッドの径方向における外向きに前記燃料を噴射し、
前記ピストンは、前記キャビティを区画する区画壁を有し、
前記区画壁は、前記インジェクタから噴射された前記燃料が着火することにより形成される火炎と衝突する位置に形成された衝突壁を含み、
前記火炎は、当該火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記衝突壁に衝突し、
前記区画壁は、前記衝突壁から前記火炎の成長方向における下流側に向かって連続する連続壁をさらに有し、
前記連続壁は、前記衝突壁の表面粗さよりも大きな表面粗さを有する、内燃機関。
シリンダライナと、
前記シリンダライナに接続されており、吸気口及び排気口を有するシリンダヘッドと、
前記吸気口を開閉する吸気バルブと、
前記排気口を開閉する排気バルブと、
前記シリンダライナに対して相対移動可能で、前記シリンダヘッドと対向する位置に形成されたキャビティを有するピストンと、
前記シリンダヘッドから前記キャビティに向かって燃料を噴射するインジェクタと、を備え、
前記吸気口及び前記吸気バルブは、前記シリンダヘッド及び前記ピストン間に形成される燃焼室にスワール流を形成するように構成されており、
前記インジェクタは、前記シリンダヘッドの中心から前記シリンダヘッドの径方向における外向きに前記燃料を噴射し、
前記ピストンは、前記キャビティを区画する区画壁を有し、
前記区画壁は、前記インジェクタから噴射された前記燃料が着火することにより形成される火炎と衝突する位置に形成された衝突壁を含み、
前記火炎は、当該火炎の成長方向と前記衝突壁とのなす角が鋭角となるように前記衝突壁に衝突し、
前記区画壁は、
前記シリンダライナの中心軸方向に前記インジェクタと対向する底壁と、
前記衝突壁における前記底壁側の端部から前記シリンダヘッドの前記径方向における内側に向かって突出する底側突出部と、を有し、
前記底側突出部は、前記火炎の成長方向における前記衝突壁の下流側に設けられている、内燃機関。
前記衝突壁は、前記スワール流の下流側に向かうにしたがって次第に前記シリンダヘッドの前記径方向における外側に向かうように、当該衝突壁に向かう前記燃料の噴射方向に対して傾斜する形状を有する、請求項１から９のいずれかに記載の内燃機関。
前記区画壁は、前記シリンダライナの中心軸方向に前記インジェクタと対向する底壁をさらに有する、請求項１から８のいずれかに記載の内燃機関。
前記衝突壁は、前記シリンダヘッドに近づくにしたがって次第に前記シリンダヘッドの前記径方向における外側に向かう形状を有する、請求項９に記載の内燃機関。
前記区画壁は、
前記衝突壁における前記シリンダヘッド側の端部から前記シリンダヘッドの前記径方向における内側に向かって突出するヘッド側突出部と、
前記衝突壁における前記底壁側の端部から前記シリンダヘッドの前記径方向における内側に向かって突出する底側突出部と、を有する、請求項１１又は１２に記載の内燃機関。
前記インジェクタは、前記吸気バルブ及び前記排気バルブ間に向けて前記燃料を噴射し、
前記シリンダヘッドは、前記衝突壁と前記シリンダヘッドとの隙間に向かう火炎を前記キャビティに向かうように誘導するヘッド凹部を有する、請求項１から１３のいずれかに記載の内燃機関。
前記インジェクタは、前記吸気バルブ及び前記排気バルブに向けて前記燃料を噴射し、
前記吸気バルブは、前記衝突壁から前記吸気バルブに向かう火炎を前記キャビティに向かうように誘導する吸気側凹部を有し、
前記排気バルブは、前記衝突壁から前記排気バルブに向かう火炎を前記キャビティに向かうように誘導する排気側凹部を有する、請求項１から１４のいずれかに記載の内燃機関。