JP2019120205A - Internal combustion engine - Google Patents

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寿記 伊藤
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寿記 伊藤
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Abstract

To provide an internal combustion engine capable of improving combustion efficiency by efficiently utilizing the air filled in a combustion chamber, in the compression self-ignition type internal combustion engine including a duct in which a fuel spray passes in the combustion chamber.SOLUTION: A compression self-ignition type internal combustion engine for injecting a fuel into a compressed combustion chamber, includes a fuel injection nozzle disposed so that an injection hole is exposed to the combustion chamber from a center of a top surface of the combustion chamber, and a hollow duct in which fuel spray injected from an injection hole of the fuel injection nozzle passes. The plurality of injection holes are disposed so that the fuel spray is radially injected toward a bore wall surface of the combustion chamber. Duct having half number of the injection holes are alternately disposed to these injection holes.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関に関し、詳しくは、圧縮された燃焼室に燃料を直接噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, to a compression self-ignition internal combustion engine that performs combustion by directly injecting fuel into a compressed combustion chamber.

従来、例えば特許文献１には、圧縮自着火式の内燃機関において、燃料と充填空気との燃焼室での予混合を促進するための技術が開示されている。この技術では、燃焼室に露出する燃料噴射装置の先端部の開口部に近接して、中空管で構成されたダクトが設けられている。開口部から噴射された燃料は、この中空管を通して燃焼室へと噴射される。中空管の内部では、噴射された燃料が通過する過程で充填空気との予混合が促進される。これにより、燃焼室において過濃な燃料の分布が低減されるので、スモークの発生が低減される。   BACKGROUND ART Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses a technique for promoting premixing of a fuel and a charging air in a combustion chamber in a compression self-ignition internal combustion engine. In this technique, a duct constituted by a hollow pipe is provided in the vicinity of the opening of the tip of the fuel injection device exposed to the combustion chamber. The fuel injected from the opening is injected into the combustion chamber through the hollow tube. Inside the hollow tube, in the process of passing the injected fuel, premixing with the charge air is promoted. As a result, the distribution of rich fuel in the combustion chamber is reduced, and the generation of smoke is reduced.

特表２０１７−５３０２９８号公報Japanese Patent Application Publication No. 2017-530298 特開２０１３−９２１０３号公報JP, 2013-92103, A

上記の従来の技術では、燃料噴射装置の先端部に設けられた複数の開口部の全てに対応して複数のダクトがそれぞれ配置されている。このような構成では、開口部から噴射された燃料は、何れもダクト内を通過して燃焼室のボア壁面付近に噴射される。この場合、燃焼室のボア中心付近の充填空気を効率よく活用できず燃焼効率が低下するおそれがある。   In the above-mentioned prior art, a plurality of ducts are respectively arranged corresponding to all the plurality of openings provided at the tip of the fuel injection device. In such a configuration, any fuel injected from the opening passes through the duct and is injected near the bore wall surface of the combustion chamber. In this case, the charging air in the vicinity of the bore center of the combustion chamber can not be efficiently used, and the combustion efficiency may be reduced.

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、燃料噴霧が通過するダクトを燃焼室内に備えた圧縮自着火式の内燃機関において、燃焼室内の充填空気を効率よく活用して燃焼効率を高めることのできる内燃機関を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and in a compression self-ignition internal combustion engine provided with a duct through which fuel spray passes in a combustion chamber, the combustion is efficiently performed utilizing charge air in the combustion chamber. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of enhancing the efficiency.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関を対象としている。内燃機関は、燃料を噴射する噴孔を有し、噴孔が燃焼室の天面の中心から燃焼室内へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、入口及び出口が燃焼室に露出するように天面に固定され、燃料噴射ノズルの噴孔から噴射された燃料噴霧が入口から出口へと通過する中空のダクトと、を備える。噴孔は、燃料噴霧が燃焼室のボア壁面に向かって放射状に噴射されるように偶数個設けられている。そして、ダクトは、噴孔の数の半数個設けられ、偶数個の噴孔に対して１つおきに配置されている。   A first invention is directed to a compression self-ignition internal combustion engine that performs combustion by injecting fuel into a compressed combustion chamber to achieve the above object. The internal combustion engine has an injection hole for injecting fuel, and a fuel injection nozzle provided so that the injection hole is exposed to the combustion chamber from the center of the top surface of the combustion chamber, and an inlet and an outlet are exposed to the combustion chamber. And a hollow duct through which the fuel spray injected from the injection hole of the fuel injection nozzle passes from the inlet to the outlet. The injection holes are provided in an even number such that the fuel sprays are injected radially toward the bore wall surface of the combustion chamber. The ducts are provided by a half of the number of the injection holes, and are arranged alternately for the even number of injection holes.

また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関を対象としている。内燃機関は、燃料を噴射する噴孔を有し、噴孔が燃焼室の天面の中心から燃焼室内へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、入口及び出口が燃焼室に露出するように天面に固定され、燃料噴射ノズルの噴孔から噴射された燃料噴霧が入口から出口へと通過する中空のダクトと、を備える。噴孔は、燃料噴霧が燃焼室のボア壁面に向かって放射状に噴射されるように９個設けられている。そして、ダクトは３個設けられ、９個の噴孔に対して２つおきに配置されている。   The second aspect of the present invention is directed to a compression self-ignition internal combustion engine that performs combustion by injecting fuel into a compressed combustion chamber to achieve the above object. The internal combustion engine has an injection hole for injecting fuel, and a fuel injection nozzle provided so that the injection hole is exposed to the combustion chamber from the center of the top surface of the combustion chamber, and an inlet and an outlet are exposed to the combustion chamber. And a hollow duct through which the fuel spray injected from the injection hole of the fuel injection nozzle passes from the inlet to the outlet. The nine injection holes are provided so that the fuel spray is radially injected toward the bore wall surface of the combustion chamber. And, three ducts are provided, and every two of the nine injection holes are arranged.

ダクトに燃料を通過させると、ダクトがない場合に比べて燃料の貫徹力が強くなるため、より遠方へと燃料噴霧を送ることができる。第１の発明によれば、複数の噴孔に対して１つおきにダクトが配置される。これにより、燃焼室の中心付近とボア壁面付近の双方に燃料噴霧を効率よく送ることができるので、燃焼室内の充填空気を効率よく活用して燃焼効率を向上させることが可能となる。   When the fuel is allowed to pass through the duct, the fuel penetration can be stronger than in the case without the duct, so that the fuel spray can be sent farther. According to the first aspect of the invention, the ducts are arranged alternately for the plurality of injection holes. As a result, since the fuel spray can be efficiently sent to both the vicinity of the center of the combustion chamber and the vicinity of the bore wall surface, it is possible to efficiently utilize the charge air in the combustion chamber to improve the combustion efficiency.

第２の発明によれば、９個の噴孔に対して２つおきに３個のダクトが配置される。これにより、燃焼室の中心付近とボア壁面付近の双方に燃料噴霧を効率よく送ることができるので、燃焼室内の充填空気が効率よく利用して燃焼効率を向上させることが可能となる。   According to the second aspect of the invention, three ducts are arranged every two holes for nine injection holes. As a result, since the fuel spray can be efficiently sent to both the vicinity of the center of the combustion chamber and the vicinity of the bore wall surface, it is possible to efficiently utilize the charged air in the combustion chamber to improve the combustion efficiency.

実施の形態１に係る内燃機関の燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。FIG. 2 is a view schematically showing the internal structure of a combustion chamber of the internal combustion engine according to Embodiment 1 from the lower surface side. 図１中の内燃機関をＡ−Ａ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。It is the figure which cut | disconnected the internal combustion engine in FIG. 1 by the AA line, and transparently penetrated the internal structure from the side side typically. ペネトレーションの増大効果が得られる噴孔の噴孔径とダクトの諸元との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the injection hole diameter of the injection hole from which the increase effect of penetration is obtained, and the item of a duct. エンジン回転速度とエンジン負荷で規定されるエンジン２の運転領域の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the driving | operation area | range of the engine 2 prescribed | regulated by engine rotational speed and engine load. 実施の形態２に係る内燃機関の燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。FIG. 7 is a view schematically showing the internal structure of a combustion chamber of an internal combustion engine according to a second embodiment from the lower surface side. 図５中の内燃機関をＢ−Ｂ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。It is the figure which cut | disconnected the internal combustion engine in FIG. 5 by the BB line, and has penetrated the internal structure typically through the side side typically. ダクトのペネトレーション効果が得られる燃料噴射ノズルの噴孔径、ダクト長及びダクト内径の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the injection hole diameter of a fuel injection | spray nozzle from which the penetration effect of a duct is acquired, duct length, and duct inner diameter. 実施の形態３に係る内燃機関の燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。FIG. 13 is a view schematically showing the internal structure of a combustion chamber of an internal combustion engine according to a third embodiment from the lower surface side. 図８中の内燃機関をＣ−Ｃ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。It is the figure which cut | disconnected the internal combustion engine in FIG. 8 by the C-C line | wire, and see through the internal structure typically from the side side.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, when the number of the number, the number, the quantity, the range, etc. of each element is mentioned in the embodiment shown below, the mention is made unless otherwise specified or the number clearly specified in principle. The present invention is not limited to the above numbers. Further, the structures described in the embodiments described below are not necessarily essential to the present invention, unless otherwise specified or clearly specified in principle.

実施の形態１．
実施の形態１について図を参照して説明する。 Embodiment 1
The first embodiment will be described with reference to the drawings.

［実施の形態１の構成］
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。また、図２は、図１中の内燃機関をＡ−Ａ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。実施の形態１の内燃機関２は、複数気筒を備えた圧縮自着火式の内燃機関（以下、単に「エンジン」と称する）である。なお、図１及び図２では、エンジン２が備える複数の気筒のうちの１つの気筒の内部構造を示している。 [Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a view schematically showing an internal structure of a combustion chamber of an internal combustion engine according to a first embodiment from the lower surface side. Moreover, FIG. 2 is the figure which cut | disconnected the internal combustion engine in FIG. 1 by the AA, and has seen through the internal structure typically from the side side. The internal combustion engine 2 of the first embodiment is a compression self-ignition internal combustion engine (hereinafter simply referred to as "engine") having a plurality of cylinders. FIGS. 1 and 2 show the internal structure of one of the plurality of cylinders provided in the engine 2.

図１及び図２に示すように、エンジン２は、シリンダヘッド４とシリンダブロック６とを備えている。シリンダブロック６にはシリンダボア６２が形成されている。図示しないピストンは、シリンダボア６２の内部に配置されている。シリンダヘッド４、シリンダボア６２のボア壁面及びピストンの頂面で囲まれた空間には、燃焼室８が形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the engine 2 includes a cylinder head 4 and a cylinder block 6. A cylinder bore 62 is formed in the cylinder block 6. A piston (not shown) is disposed inside the cylinder bore 62. A combustion chamber 8 is formed in a space surrounded by the cylinder head 4, the bore wall surface of the cylinder bore 62 and the top surface of the piston.

燃焼室８を形成するシリンダヘッド４の天面部４２には、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４が、それぞれ２つずつ配置されている。天面部４２の中央には、燃料噴射ノズル１６が配置されている。より詳しくは、燃焼室８を形成するシリンダヘッド４の天面部４２の中央には、燃料噴射ノズル１６を固定するための取付穴４４が貫通している。燃料噴射ノズル１６は、ボデー１６１の内部にニードル１６２を備えた構成を有している。燃料噴射ノズル１６は、先端の噴孔１８が燃焼室８内へ露出するように取付穴４４に固定されている。   Two intake valves 12 and two exhaust valves 14 are disposed on the top surface portion 42 of the cylinder head 4 forming the combustion chamber 8. The fuel injection nozzle 16 is disposed at the center of the top surface portion 42. More specifically, a mounting hole 44 for fixing the fuel injection nozzle 16 penetrates at the center of the top surface portion 42 of the cylinder head 4 forming the combustion chamber 8. The fuel injection nozzle 16 has a configuration in which a needle 162 is provided inside the body 161. The fuel injection nozzle 16 is fixed to the mounting hole 44 such that the injection hole 18 at the tip is exposed into the combustion chamber 8.

実施の形態１のエンジン２は、その特徴的な構成として、シリンダヘッド４の天面部４２に固定されたダクト２０を備えている。ダクト２０は、入口２０２から出口２０４に向かって貫通する直線の中空管により構成されている。   The engine 2 according to the first embodiment is provided with a duct 20 fixed to the top surface portion 42 of the cylinder head 4 as its characteristic configuration. The duct 20 is constituted by a straight hollow tube penetrating from the inlet 202 toward the outlet 204.

実施の形態１の燃料噴射ノズル１６には、燃焼室８のボア壁面に向かって均等に放射状に噴射される８つの噴孔１８が設けられている。それぞれの噴孔１８は、燃料の噴射方向を示す噴孔軸線Ｌ２と気筒中心軸線Ｌ１との成す角が９５°から１１０°の範囲になるように構成されている。   The fuel injection nozzle 16 of the first embodiment is provided with eight injection holes 18 which are uniformly and radially injected toward the bore wall surface of the combustion chamber 8. Each injection hole 18 is configured such that an angle between an injection hole axis L2 indicating the fuel injection direction and the cylinder center axis L1 is in the range of 95 ° to 110 °.

実施の形態１のエンジン２では、８つの噴孔１８に対して１つおきとなるように４つのダクト２０が設けられている。より詳しくは、ダクト２０は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４に干渉しないように、シリンダヘッド４を下面側から見て吸気バルブ１２及び排気バルブ１４の間の位置になるように構成されている。また、ダクト２０は、中空管の中心軸線が噴孔軸線Ｌ２と一致する位置になるように構成されている。   In the engine 2 of the first embodiment, four ducts 20 are provided so that every other one of the eight injection holes 18 is provided. More specifically, the duct 20 is configured to be located between the intake valve 12 and the exhaust valve 14 when the cylinder head 4 is viewed from the lower surface side so as not to interfere with the intake valve 12 and the exhaust valve 14. Further, the duct 20 is configured such that the central axis of the hollow tube coincides with the injection hole axis L2.

［実施の形態１のダクトの構成による作用及びその効果］
圧縮自着火式のエンジン２では、燃焼室８内に充填された空気が圧縮された状態で、燃料噴射ノズル１６から燃料が噴射される。噴射された燃料は、燃焼室８内の充填空気と混合されて燃料濃度の均質化が進められた後、自着火による燃焼が行われることが好ましい。しかしながら、例えば、ダクト２０を備えていない構成では、燃料噴射ノズル１６から噴射された燃料が、燃焼室８の熱を受けて逸早く過熱し、燃焼室８の中心付近で自着火してしまうおそれがある。この場合、燃焼室８のボア壁面付近の充填空気が効率よく活用されず燃焼効率が低下するおそれがある。 [Operation by the configuration of the duct of the first embodiment and its effect]
In the compression self-ignition engine 2, fuel is injected from the fuel injection nozzle 16 in a state where the air filled in the combustion chamber 8 is compressed. Preferably, the injected fuel is mixed with the charge air in the combustion chamber 8 to promote homogenization of the fuel concentration, and then combustion by self-ignition is performed. However, for example, in the configuration not provided with the duct 20, the fuel injected from the fuel injection nozzle 16 may overheat quickly due to the heat of the combustion chamber 8, and may self-ignite near the center of the combustion chamber 8. is there. In this case, the filling air in the vicinity of the bore wall surface of the combustion chamber 8 may not be efficiently used, and the combustion efficiency may be reduced.

これに対して、ダクト２０を備えた構成では、燃料噴射ノズル１６から噴射された燃料噴霧が入口２０２からダクト２０の内部へと導入される。ダクト２０内に燃料を通過させるとダクト２０内を通過させない場合に比べて強いペネトレーション（貫徹力）の効果が得られる。これにより、燃焼室８のボア壁面付近の充填空気を効率よく活用することができる。   On the other hand, in the configuration provided with the duct 20, the fuel spray injected from the fuel injection nozzle 16 is introduced from the inlet 202 into the inside of the duct 20. Passing the fuel into the duct 20 provides a stronger penetration effect as compared to the case where the fuel is not passed through the duct 20. Thereby, the filling air near the bore wall surface of the combustion chamber 8 can be efficiently used.

しかしながら、噴孔１８から噴射される燃料噴霧の全てがダクト２０を通過する構成では、燃焼室８の中心付近の充填空気が効率よく活用できないおそれがある。そこで、実施の形態１のエンジン２では、８つの噴孔１８に対して１つおきにダクト２０が設けられている。このような構成によれば、ダクト２０が設けられていない噴孔１８からの燃料噴霧は、燃焼室８の中心付近の充填空気と混合され、ダクト２０を通過した燃料噴霧は、燃焼室８のボア壁面付近の充填空気と混合される。これにより、燃焼室８全体の充填空気を効率よく活用することができるので、煤の発生を低減して燃焼効率を向上させることができる。   However, in the configuration in which all of the fuel spray injected from the injection hole 18 passes through the duct 20, there is a possibility that the filling air near the center of the combustion chamber 8 can not be efficiently used. Therefore, in the engine 2 of the first embodiment, the ducts 20 are provided for every eight injection holes 18. According to such a configuration, the fuel spray from the injection hole 18 where the duct 20 is not provided is mixed with the filling air near the center of the combustion chamber 8, and the fuel spray that has passed through the duct 20 is Mixed with the filling air near the bore wall. Thereby, since the filling air of the whole combustion chamber 8 can be used efficiently, generation | occurrence | production of a soot can be reduced and combustion efficiency can be improved.

なお、ダクト２０によって得られるペネトレーションの効果は、噴孔１８の噴孔径、ダクト２０のダクト長、内径に依存する。図３は、ペネトレーションの増大効果が得られる噴孔の噴孔径とダクトの諸元との関係を示す図である。この図に示すように、噴孔１８の噴孔径が大きいほど、ペネトレーションの増大効果が得られるダクト長は短くなる。これは、噴孔１８の噴孔径が大きいほど噴霧角が拡がることに起因する。本実施の形態１のエンジン２では、図３に示す関係を考慮して、以下のようにエンジン２及びダクト２０の諸元を定めている。エンジン２は、シリンダボア径がφ９２ｍｍとされ、噴孔１８の噴孔数が８個とされ、そして噴孔径が０．１ｍｍとされる。また、噴孔１８からダクト２０の入口２０２までの距離ｌ１は２ｍｍとされ、ダクト２０の長さｌ２は１４ｍｍとされる。ダクト２０の外径はφ４ｍｍとされ、内径はφ３ｍｍとされる。   The effect of penetration obtained by the duct 20 depends on the injection hole diameter of the injection hole 18, the duct length of the duct 20, and the inner diameter. FIG. 3 is a view showing the relationship between the injection hole diameter of the injection hole and the specifications of the duct where the increase effect of penetration is obtained. As shown in this figure, the larger the injection hole diameter of the injection hole 18, the shorter the duct length for which the increase effect of penetration is obtained. This is due to the fact that the spray angle increases as the injection hole diameter of the injection hole 18 increases. In the engine 2 of the first embodiment, the specifications of the engine 2 and the duct 20 are determined as follows in consideration of the relationship shown in FIG. The engine 2 has a cylinder bore diameter of 92 mm, a number of injection holes of 8 injection holes, and an injection diameter of 0.1 mm. The distance l1 from the injection hole 18 to the inlet 202 of the duct 20 is 2 mm, and the length l2 of the duct 20 is 14 mm. The outer diameter of the duct 20 is φ4 mm, and the inner diameter is φ3 mm.

このように構成されたダクト２０では、エンジン２の軽負荷及び高負荷の何れの運転状態においても燃焼改善の効果が得られる。図４は、エンジン回転速度とエンジン負荷で規定されるエンジン２の運転領域の一例を示す図である。例えばこの図に示すような軽負荷の領域では高負荷の領域に比べて燃料の噴射量が少量となる。このため、このような軽負荷の領域では、パイロット噴射とメイン噴射を組み合わせるマルチ噴射によって、燃料噴霧を遠くに飛ばさず、燃焼室８の壁面にできるだけ当たらないようにすることができる。燃料の噴射量が少量である場合には、ダクト２０による強いペネトレーション効果は得られないため、燃料噴霧がボア壁面に当たってＨＣが発生するような燃焼を軽減することができる。   In the duct 20 configured as described above, the effect of combustion improvement can be obtained under any of the light load and high load operating conditions of the engine 2. FIG. 4 is a diagram showing an example of the operating region of the engine 2 defined by the engine rotational speed and the engine load. For example, in the light load area as shown in this figure, the fuel injection amount is smaller than in the high load area. For this reason, in such a light load region, it is possible to prevent the fuel spray from flying as far as possible and not to hit the wall surface of the combustion chamber 8 as much as possible by multi injection combining pilot injection and main injection. When the injection amount of fuel is small, a strong penetration effect by the duct 20 can not be obtained, and therefore, it is possible to reduce the combustion where the fuel spray hits the wall of the bore and generates HC.

一方、燃料の噴射量が多量となる高負荷の領域では、ダクト２０における強いペネトレーション効果が得られる。このため、ダクト２０を通過した燃料噴霧は、燃焼室８のシリンダボア６２付近の充填空気と混合される。これにより、燃焼室８全体の充填空気を効率よく活用することができるので、煤の発生を低減して燃焼効率を向上させることができる。このように、実施の形態１のエンジン２の構成によれば、軽負荷及び高負荷の双方の運転領域において煤の発生を低減して燃焼効率の向上を図ることが可能となる。   On the other hand, in the high load area where the fuel injection amount is large, a strong penetration effect in the duct 20 is obtained. For this reason, the fuel spray that has passed through the duct 20 is mixed with the filling air in the vicinity of the cylinder bore 62 of the combustion chamber 8. Thereby, since the filling air of the whole combustion chamber 8 can be used efficiently, generation | occurrence | production of a soot can be reduced and combustion efficiency can be improved. As described above, according to the configuration of the engine 2 of the first embodiment, it is possible to improve the combustion efficiency by reducing the generation of soot in both the light load and high load operation regions.

なお、上述したダクト２０の構成に代えて、噴孔径の異なる２種類の噴孔を交互に配置した燃料噴射ノズルを採用することも考えられる。このような構成によれば、噴孔径の小さい噴孔からの燃料噴霧を燃焼室の中心付近の充填空気と混合させ、噴孔径の大きい噴孔からの燃料噴霧を燃焼室のシリンダボア壁面付近の充填空気と混合させることができる。しかしながら、噴孔の噴孔径に差を設けると、燃料の噴出速度に差が生じる。つまり、小径の噴孔からの燃料の噴出速度は、大径の噴孔からの燃料の噴出速度よりも遅くなる。このため、小さい噴孔からの燃料噴霧は大粒径になり燃焼時に煤が発生し易くなる。また、大径の噴孔からの燃料噴霧は流量が多くなりすぎることによって当量比が高くなり煤が発生し易くなる。この点、実施の形態１のダクト２０の構成によれば、どの噴孔からも同じ速度で燃料が噴出するので、上記のような煤の発生を有効に防ぐことができる。   It is also conceivable to adopt a fuel injection nozzle in which two types of injection holes having different injection hole diameters are alternately arranged instead of the above-described configuration of the duct 20. According to such a configuration, the fuel spray from the injection hole with the small injection diameter is mixed with the filling air near the center of the combustion chamber, and the fuel spray from the injection hole with the large injection diameter fills the vicinity of the cylinder bore wall surface of the combustion chamber. It can be mixed with air. However, when the injection hole diameter of the injection holes is different, a difference occurs in the fuel injection speed. That is, the injection speed of the fuel from the small diameter injection hole is slower than the injection speed of the fuel from the large diameter injection hole. For this reason, the fuel spray from the small injection holes has a large particle size, and it becomes easy to generate wrinkles at the time of combustion. In addition, the fuel spray from the large diameter injection holes has a high flow rate, so that the equivalence ratio becomes high and it becomes easy to generate soot. In this respect, according to the configuration of the duct 20 of the first embodiment, since the fuel is ejected from all the injection holes at the same speed, the generation of the above-described soot can be effectively prevented.

実施の形態２．
実施の形態２について図を参照して説明する。 Second Embodiment
The second embodiment will be described with reference to the drawings.

［実施の形態２の特徴］
図５は、実施の形態２に係る内燃機関の燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。また、図６は、図５中の内燃機関をＢ−Ｂ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。なお、図５及び図６において、図１又は図２と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。 [Features of Embodiment 2]
FIG. 5 is a view schematically showing the internal structure of the combustion chamber of the internal combustion engine according to the second embodiment from the lower surface side. Moreover, FIG. 6 is the figure which cut | disconnected the internal combustion engine in FIG. 5 by the BB line, and has penetrated the internal structure typically through the side side typically. In FIGS. 5 and 6, the elements shared with FIG. 1 or 2 are assigned the same reference numerals and detailed explanations thereof will be omitted.

図５及び図６に示すように、実施の形態２の燃料噴射ノズル１６には、ボア壁面に向かって均等に放射状に噴射される６つの噴孔１８が設けられている。また、実施の形態２のエンジン２では、６つの噴孔１８に対して１つおきとなるように３つのダクト２０が設けられている。   As shown in FIGS. 5 and 6, the fuel injection nozzle 16 of the second embodiment is provided with six injection holes 18 which are uniformly and radially injected toward the bore wall surface. Further, in the engine 2 of the second embodiment, three ducts 20 are provided so as to be alternately provided for the six injection holes 18.

ここで、ダクト２０は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４に干渉しないダクト長に設定されている。図７は、ダクトのペネトレーション効果が得られる燃料噴射ノズルの噴孔径、ダクト長及びダクト内径の関係を示す図である。この図に示すように、噴孔径に対してダクト内径を小さくすれば、ペネトレーション効果を維持しつつダクト長を短くすることができる。   Here, the duct 20 is set to a duct length that does not interfere with the intake valve 12 and the exhaust valve 14. FIG. 7 is a view showing the relationship between the injection hole diameter of the fuel injection nozzle, the duct length, and the duct inner diameter capable of obtaining the penetration effect of the duct. As shown in this figure, if the inner diameter of the duct is smaller than the injection hole diameter, the duct length can be shortened while maintaining the penetration effect.

そこで、実施の形態２のエンジン２では、ダクト２０が吸気バルブ１２及び排気バルブ１４に干渉せず、且つペネトレーション効果を得られるように、以下のようにエンジン２及びダクト２０の諸元を定めている。エンジン２は、シリンダボア径がφ９２ｍｍとされ、噴孔１８の噴孔数が６個とされ、そして噴孔径が０．１３ｍｍとされる。また、噴孔１８からダクト２０の入口２０２までの距離ｌ１は２ｍｍとされ、ダクト２０の長さｌ２は６ｍｍとされる。ダクト２０の外径はφ４ｍｍとされ、内径はφ２ｍｍとされる。   Therefore, in the engine 2 of the second embodiment, the specifications of the engine 2 and the duct 20 are determined as follows so that the duct 20 does not interfere with the intake valve 12 and the exhaust valve 14 and the penetration effect can be obtained. There is. The engine 2 has a cylinder bore diameter of 92 mm, a number of injection holes of 6 injection holes, and an injection diameter of 0.13 mm. The distance l1 from the injection hole 18 to the inlet 202 of the duct 20 is 2 mm, and the length l2 of the duct 20 is 6 mm. The outer diameter of the duct 20 is φ4 mm, and the inner diameter is φ2 mm.

このように、実施の形態２のエンジン２によれば、図７に示す関係を考慮してダクト２０のダクト長を設定することにより、ダクト２０によるペネトレーション効果を得つつ、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４に干渉しないダクト２０を構成することができる。これにより、燃料噴射ノズル１６の噴孔１８の数が８個でなくても、６個、１０個等の偶数個であれば、複数の噴孔１８に対して１つおきにダクト２０を配置することができる。これにより、ダクト２０を通過する燃料噴霧とダクト２０を通過しない燃料噴霧とを燃焼室８にバランスよく噴出することができるので、燃焼室全体の充填空気を効率よく活用して煤の低減及び燃焼効率の向上を図ることが可能となる。   As described above, according to the engine 2 of the second embodiment, the intake valve 12 and the exhaust valve are obtained while setting the duct length of the duct 20 in consideration of the relationship shown in FIG. 7 while obtaining the penetration effect by the duct 20. A duct 20 can be configured that does not interfere with. Thereby, even if the number of the injection holes 18 of the fuel injection nozzle 16 is not eight, if the number is an even number such as six or ten, the ducts 20 are arranged alternately for the plurality of injection holes 18 can do. Thereby, the fuel spray passing through the duct 20 and the fuel spray not passing through the duct 20 can be jetted out to the combustion chamber 8 in a balanced manner, so the charge air in the entire combustion chamber can be efficiently utilized to reduce soot and burn. It is possible to improve the efficiency.

実施の形態３．
実施の形態３について図を参照して説明する。 Third Embodiment
The third embodiment will be described with reference to the drawings.

［実施の形態３の特徴］
図８は、実施の形態３に係る内燃機関の燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。また、図９は、図８中の内燃機関をＣ−Ｃ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。なお、図８及び図９において、図１又は図２と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。 [Features of Embodiment 3]
FIG. 8 is a view schematically showing an internal structure of a combustion chamber of an internal combustion engine according to a third embodiment from the lower surface side. Moreover, FIG. 9 is the figure which cut | disconnected the internal combustion engine in FIG. 8 by CC line | wire, and see through the internal structure typically from the side side. In FIGS. 8 and 9, the elements shared with FIG. 1 or 2 are assigned the same reference numerals and detailed explanations thereof will be omitted.

図８及び図９に示すように、実施の形態３の燃料噴射ノズル１６には、シリンダボア６２の壁面に向かって均等に放射状に噴射される９つの噴孔１８が設けられている。また、実施の形態３のエンジン２では、９つの噴孔１８に対して２つおきとなるように、３つのダクト２０が設けられている。より詳しくは、ダクト２０は、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４に干渉しないダクト長に設定されている。   As shown in FIGS. 8 and 9, the fuel injection nozzle 16 according to the third embodiment is provided with nine injection holes 18 which are uniformly and radially injected toward the wall surface of the cylinder bore 62. Further, in the engine 2 of the third embodiment, three ducts 20 are provided so that every two injection holes 18 are provided. More specifically, the duct 20 is set to a duct length that does not interfere with the intake valve 12 and the exhaust valve 14.

なお、吸気バルブ１２及び排気バルブ１４に干渉しないダクト長の設定方法については、上述した実施の形態２と同様の方法を採用することができる。実施の形態３のエンジン２では、ダクト２０が吸気バルブ１２及び排気バルブ１４に重ならず、且つペネトレーション効果を得られるように、以下のようにエンジン２及びダクト２０の諸元を定めている。エンジン２は、シリンダボア径がφ９２ｍｍとされ、噴孔１８の噴孔数が９個とされ、そして噴孔径が０．１３ｍｍとされる。また、噴孔１８からダクト２０の入口２０２までの距離ｌ１は２ｍｍとされ、ダクト２０の長さｌ２は６ｍｍとされる。ダクト２０の外径はφ４ｍｍとされ、内径はφ２ｍｍとされる。   In addition, about the setting method of the duct length which does not interfere with the inlet valve 12 and the exhaust valve 14, the method similar to Embodiment 2 mentioned above is employable. In the engine 2 of the third embodiment, the specifications of the engine 2 and the duct 20 are determined as follows so that the duct 20 does not overlap the intake valve 12 and the exhaust valve 14 and the penetration effect can be obtained. In the engine 2, the cylinder bore diameter is 92 mm, the number of injection holes of the injection holes 18 is 9, and the injection hole diameter is 0.13 mm. The distance l1 from the injection hole 18 to the inlet 202 of the duct 20 is 2 mm, and the length l2 of the duct 20 is 6 mm. The outer diameter of the duct 20 is φ4 mm, and the inner diameter is φ2 mm.

このように、実施の形態３のエンジン２によれば、燃料噴射ノズル１６の噴孔１８の数量が偶数個でない場合であっても、ダクト２０を通過する燃料噴霧とダクト２０を通過しない燃料噴霧とを燃焼室にバランスよく噴出することができる。これにより、燃焼室全体の充填空気を効率よく活用することができるので、煤の低減及び燃焼効率の向上を図ることが可能となる。   As described above, according to the engine 2 of the third embodiment, even if the number of the injection holes 18 of the fuel injection nozzle 16 is not an even number, the fuel spray passing through the duct 20 and the fuel spray not passing through the duct 20 And can be jetted in a well-balanced manner into the combustion chamber. This makes it possible to efficiently utilize the charging air in the entire combustion chamber, thereby reducing soot and improving combustion efficiency.

２ 内燃機関（エンジン）
４ シリンダヘッド
６ シリンダブロック
８ 燃焼室
１２ 吸気バルブ
１４ 排気バルブ
１６ 燃料噴射ノズル
１８ 噴孔
２０ ダクト
４２ 天面部
４４ 取付穴
６２ シリンダボア
１６１ ボデー
１６２ ニードル
２０２ 入口
２０４ 出口 2 Internal combustion engine (engine)
4 cylinder head 6 cylinder block 8 combustion chamber 12 intake valve 14 exhaust valve 16 fuel injection nozzle 18 injection hole 20 duct 42 top surface portion 44 mounting hole 62 cylinder bore 161 body 162 needle 202 inlet 204 outlet

Claims (2)

圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関において、
燃料を噴射する噴孔を有し、前記噴孔が前記燃焼室の天面の中心から前記燃焼室内へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、
入口及び出口が前記燃焼室に露出するように前記天面に固定され、前記燃料噴射ノズルの前記噴孔から噴射された燃料噴霧が前記入口から前記出口へと通過する中空のダクトと、を備え、
前記噴孔は、前記燃料噴霧が前記燃焼室のボア壁面に向かって放射状に噴射されるように偶数個設けられ、
前記ダクトは、前記噴孔の数の半数個設けられ、偶数個の前記噴孔に対して１つおきに配置されていることを特徴とする内燃機関。 In a compression self-ignition internal combustion engine that performs combustion by injecting fuel into a compressed combustion chamber,
A fuel injection nozzle having an injection hole for injecting fuel, the injection hole being exposed from the center of the top surface of the combustion chamber into the combustion chamber;
And a hollow duct fixed to the top surface so that an inlet and an outlet are exposed to the combustion chamber, and through which the fuel spray injected from the injection hole of the fuel injection nozzle passes from the inlet to the outlet. ,
The injection holes are provided in an even number such that the fuel sprays are injected radially toward the bore wall surface of the combustion chamber,
An internal combustion engine, wherein the duct is provided by a half of the number of the injection holes, and is arranged alternately for an even number of the injection holes. 圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関において、
燃料を噴射する噴孔を有し、前記噴孔が前記燃焼室の天面の中心から前記燃焼室内へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、
入口及び出口が前記燃焼室に露出するように前記天面に固定され、前記燃料噴射ノズルの前記噴孔から噴射された燃料噴霧が前記入口から前記出口へと通過する中空のダクトと、を備え、
前記噴孔は、前記燃料噴霧が前記燃焼室のボア壁面に向かって放射状に噴射されるように９個設けられ、
前記ダクトは３個設けられ、９個の前記噴孔に対して２つおきに配置されていることを特徴とする内燃機関。 In a compression self-ignition internal combustion engine that performs combustion by injecting fuel into a compressed combustion chamber,
A fuel injection nozzle having an injection hole for injecting fuel, the injection hole being exposed from the center of the top surface of the combustion chamber into the combustion chamber;
And a hollow duct fixed to the top surface so that an inlet and an outlet are exposed to the combustion chamber, and through which the fuel spray injected from the injection hole of the fuel injection nozzle passes from the inlet to the outlet. ,
The nine injection holes are provided such that the fuel spray is radially injected toward the bore wall surface of the combustion chamber.
3. The internal combustion engine according to claim 3, wherein three ducts are provided, and every two ducts are arranged for nine of the nozzle holes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20230243327A1 (en) * 2022-02-02 2023-08-03 Caterpillar Inc. Fuel injector having spray ducts sized for optimized soot reduction

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20230243327A1 (en) * 2022-02-02 2023-08-03 Caterpillar Inc. Fuel injector having spray ducts sized for optimized soot reduction
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