JPS5939921A - 圧縮着火式直接噴射内燃機関 - Google Patents
圧縮着火式直接噴射内燃機関Info
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ピストン頂面にキャビティを形成し。
キャビティ内に燃料を直接噴射する圧縮着火式直接噴射
内燃機関に関する。
内燃機関に関する。
ピストン頂面にくぼみ(以下単にキャビティと言う)を
形成して燃焼室を構成する圧縮着火式直接噴射内燃機関
は、渦流室や予燃焼室を有する圧縮着火式内燃機関に比
べ、燃焼室の主室と副室との連絡孔が無く、圧縮比も低
くとれるので機関の摩擦損失が少なく、P、料消費量も
少ないという利点を有するため、大型機関ではよく使わ
れている。
形成して燃焼室を構成する圧縮着火式直接噴射内燃機関
は、渦流室や予燃焼室を有する圧縮着火式内燃機関に比
べ、燃焼室の主室と副室との連絡孔が無く、圧縮比も低
くとれるので機関の摩擦損失が少なく、P、料消費量も
少ないという利点を有するため、大型機関ではよく使わ
れている。
しかしながら、シリンダ径の小さな小型機関においては
、大型機関に比べ混合気形成に問題がある。
、大型機関に比べ混合気形成に問題がある。
すなわち、従来の直接噴射内燃@関においては。
ピストンの頂面に形成したキャビティの中央に燃料噴射
弁を配設し、複数の噴口より放射状tこ複数の噴霧を噴
射する。機関の吸入時に吸気弁のポートなど1こよって
発生させた旋回流(スワー/I/)は。
弁を配設し、複数の噴口より放射状tこ複数の噴霧を噴
射する。機関の吸入時に吸気弁のポートなど1こよって
発生させた旋回流(スワー/I/)は。
圧縮行程末期tこおいても存続し、キャビディ内で燃料
噴霧を旋回方向におし流しながら混合気を形成する。キ
ャビディの直径は、ピストンの直径の40%ないし70
%の範囲内のものが一般1こ使われている。したがって
、ピストンの直径が100n以下の小型機関では、キャ
ビティCの径は小さくなり、しかも圧縮比を大きくとろ
うとすると一層キャビティの径が小さくなる。よって、
燃料噴射弁の′11数の噴口から放射状に噴射した燃料
噴霧は、キャビティの内壁面に衝突し、壁面に液膜とし
て付着したり、粗大粒として残存するので有効な混合気
が減少する。したがりて、有効な燃焼が達成されず、出
力および燃費の低下9発煙発生はかつてなく、排気ガス
中の炭化水素の増大や燃焼騒音の増大をきたすという問
題があった。
噴霧を旋回方向におし流しながら混合気を形成する。キ
ャビディの直径は、ピストンの直径の40%ないし70
%の範囲内のものが一般1こ使われている。したがって
、ピストンの直径が100n以下の小型機関では、キャ
ビティCの径は小さくなり、しかも圧縮比を大きくとろ
うとすると一層キャビティの径が小さくなる。よって、
燃料噴射弁の′11数の噴口から放射状に噴射した燃料
噴霧は、キャビティの内壁面に衝突し、壁面に液膜とし
て付着したり、粗大粒として残存するので有効な混合気
が減少する。したがりて、有効な燃焼が達成されず、出
力および燃費の低下9発煙発生はかつてなく、排気ガス
中の炭化水素の増大や燃焼騒音の増大をきたすという問
題があった。
燃料のキャビテイ壁面への衝突を防止するために、(イ
)燃焼室内に形成する旋回流を強くする。
)燃焼室内に形成する旋回流を強くする。
(ロ)燃料噴射弁の噴口な小さくして噴口の数を多(す
る。(ハ)圧縮比を高くして燃料噴射時期におけるキャ
ビディ内の圧力(密度)を高くして、燃料噴射弁の噴霧
貫徹力を低減させる等の方法が一般に採用されている。
る。(ハ)圧縮比を高くして燃料噴射時期におけるキャ
ビディ内の圧力(密度)を高くして、燃料噴射弁の噴霧
貫徹力を低減させる等の方法が一般に採用されている。
(イ)の方法においては、小型機関ではスワール比を大
きくすると、吸気ポートの流体抵抗が増大し。
きくすると、吸気ポートの流体抵抗が増大し。
機関の空気吸入効率が低下するという問題がある。
(ロ)の方法においては、噴口がつまり易くなり。
隣り合う噴口から噴射された噴霧が旋回流に流されキャ
ビティの内壁に近いところで重合して1部分的1こ燃料
の過濃域が発生し1発煙の原因になるという問題がある
。
ビティの内壁に近いところで重合して1部分的1こ燃料
の過濃域が発生し1発煙の原因になるという問題がある
。
(ハ)の方法においては、燃焼に寄与しないシリンダー
ヘッドとピストン頂面との間のスキマを小さくするのに
限界があり、特に小型機関にあっては厳しく、エンジン
要素の熱膨張の回避2機関の組立調整が困難tこなると
いう問題がある。
ヘッドとピストン頂面との間のスキマを小さくするのに
限界があり、特に小型機関にあっては厳しく、エンジン
要素の熱膨張の回避2機関の組立調整が困難tこなると
いう問題がある。
本発明者らは、上記従来の小型圧縮着火式直接噴射内燃
機関が有していた問題点を解決するため系統的実験、解
析および試作を繰り返えし9本発明に到達したものであ
る。
機関が有していた問題点を解決するため系統的実験、解
析および試作を繰り返えし9本発明に到達したものであ
る。
本発明は、シリンダ径の小さな小翌の圧縮着火式直接噴
射内燃機関において、キャビディ内壁への燃料噴霧の衝
突や、燃料噴霧の重合を防止して。
射内燃機関において、キャビディ内壁への燃料噴霧の衝
突や、燃料噴霧の重合を防止して。
混合気形成を良好ならしめ、燃料消費の少ない圧縮着火
式直接噴射内燃機関を提供することを目的とする。
式直接噴射内燃機関を提供することを目的とする。
本発明の圧縮着火式直接噴射内燃機関は、燃焼室内に空
気を供給し、ピストンにより空気を圧縮するとともに燃
料を噴射して着火燃焼させる圧縮着火式直接噴射内燃機
関【こおいて、前記燃焼室内に供給する吸入空気を旋回
させる旋回機構を具備した吸気機構と、ピストン頂面に
円形のキャビディをその中心がピストン頂面の中心に対
して次に示すピストンの直径りの長さに対する割合08
/Dの関係を満足する 噴霧を噴口からキャビティ内に形成されている吸入空気
の旋回流の順流方向tこ噴射する燃料噴射弁とから成る
ものである。
気を供給し、ピストンにより空気を圧縮するとともに燃
料を噴射して着火燃焼させる圧縮着火式直接噴射内燃機
関【こおいて、前記燃焼室内に供給する吸入空気を旋回
させる旋回機構を具備した吸気機構と、ピストン頂面に
円形のキャビディをその中心がピストン頂面の中心に対
して次に示すピストンの直径りの長さに対する割合08
/Dの関係を満足する 噴霧を噴口からキャビティ内に形成されている吸入空気
の旋回流の順流方向tこ噴射する燃料噴射弁とから成る
ものである。
上述の構成より成る本発明の圧縮着火式直接噴射内燃機
関は、吸気機構の旋回機構により燃焼室を構成するキャ
ビティ意向に所定ヌヮール比の旋回流を形成し、燃料噴
射弁からこの旋回流が形成されているキャビディ内に接
線方向成分を有する低い貫徹力の燃料噴霧を旋回流の順
流方向に沿って噴射するこ2により、前記旋回流に乗せ
てキャビティの円周方向全周に分散させる。また本発明
は、ピストン頂面に偏心させてキャビティを形成したの
で、キャビディ内に全周から流れ込むスキッシユの強さ
に差をつけることにより、燃料噴射弁から噴射された燃
料噴霧のキャビティ内の位置を制御して、燃料噴霧がキ
ャビティ内壁に接触しないように内壁に近イ4けるとと
もに、キャビティの中心を越えて分布しない様tこして
、燃料の過誤域の発生を防止することにより1発煙の発
生を防止する。さらに本発明は1円周方向の速度成分を
有する旋回流とキャビディの深さ方向の異なった速度成
分を有するスキッシーとがキャビティ内で適度に衝突し
て、噴射さねた燃料と空気との混合を良くして良好な混
合気を形成する。本発明は。
関は、吸気機構の旋回機構により燃焼室を構成するキャ
ビティ意向に所定ヌヮール比の旋回流を形成し、燃料噴
射弁からこの旋回流が形成されているキャビディ内に接
線方向成分を有する低い貫徹力の燃料噴霧を旋回流の順
流方向に沿って噴射するこ2により、前記旋回流に乗せ
てキャビティの円周方向全周に分散させる。また本発明
は、ピストン頂面に偏心させてキャビティを形成したの
で、キャビディ内に全周から流れ込むスキッシユの強さ
に差をつけることにより、燃料噴射弁から噴射された燃
料噴霧のキャビティ内の位置を制御して、燃料噴霧がキ
ャビティ内壁に接触しないように内壁に近イ4けるとと
もに、キャビティの中心を越えて分布しない様tこして
、燃料の過誤域の発生を防止することにより1発煙の発
生を防止する。さらに本発明は1円周方向の速度成分を
有する旋回流とキャビディの深さ方向の異なった速度成
分を有するスキッシーとがキャビティ内で適度に衝突し
て、噴射さねた燃料と空気との混合を良くして良好な混
合気を形成する。本発明は。
以上の様にしてキャビティ内全容積に亘り良好な混合気
を形成するので、必要最小限の燃料による効率の良い燃
焼を可能にして1発煙、炭化水素。
を形成するので、必要最小限の燃料による効率の良い燃
焼を可能にして1発煙、炭化水素。
−酸化度素、炭素等の微粒子の発生を抑制するという利
点を有する。
点を有する。
本発明者らは、第1図に示すよう1こピストンPの頂面
に各種の偏心90 sだけ偏心してキャビディCを形成
した複数のピストンを製作し79本発明の作用効果を有
効に奏するためのキャビティC内(こ全周から流れ込む
スキッシュSの強さの差が有効に形成されるキャピテイ
Cの偏心(%Os とピストンPの直径りとの関係と
して 8 0.02< 0 < 0.15 に到達したものである。
に各種の偏心90 sだけ偏心してキャビディCを形成
した複数のピストンを製作し79本発明の作用効果を有
効に奏するためのキャビティC内(こ全周から流れ込む
スキッシュSの強さの差が有効に形成されるキャピテイ
Cの偏心(%Os とピストンPの直径りとの関係と
して 8 0.02< 0 < 0.15 に到達したものである。
即ちエンジンの吸入行稈が終りピストンによってシリン
ダ内の空気が圧縮され始める時、吸入機構等1こより旋
回運動を与えられた吸入空気は、その旋回中心がほぼシ
リンダ中心にあるピストンが上昇し圧縮が進行するとそ
の旋回中心はますますリ シリンダ中心に一致するようにふる。ピストンがヂ 上死点附近に到達すると、シリンダ内の旋回電気はピス
トンlのキVビディ2の中に流れ込む。従って、偏心し
たキャビティの中心に旋回空気の中心が移行する。この
移行量が大きい程旋回空気速度の減衰が大きくなる。従
って偏心が大きすぎるとあらかじめ吸入時に減衰を見込
んで強い吸入旋回流を形成しなくてはならず、吸入ボー
トの流体抵抗の増大を来たす。Os/l) (0,15
では、旋回流の減衰がいちじるしく増大するので実用的
でない。又偏心が少ないとスキッシーの非対称性が不十
分で効果がない。したがって0.15〜02以下では実
際に効果を示す程の非対称性を生じない。
ダ内の空気が圧縮され始める時、吸入機構等1こより旋
回運動を与えられた吸入空気は、その旋回中心がほぼシ
リンダ中心にあるピストンが上昇し圧縮が進行するとそ
の旋回中心はますますリ シリンダ中心に一致するようにふる。ピストンがヂ 上死点附近に到達すると、シリンダ内の旋回電気はピス
トンlのキVビディ2の中に流れ込む。従って、偏心し
たキャビティの中心に旋回空気の中心が移行する。この
移行量が大きい程旋回空気速度の減衰が大きくなる。従
って偏心が大きすぎるとあらかじめ吸入時に減衰を見込
んで強い吸入旋回流を形成しなくてはならず、吸入ボー
トの流体抵抗の増大を来たす。Os/l) (0,15
では、旋回流の減衰がいちじるしく増大するので実用的
でない。又偏心が少ないとスキッシーの非対称性が不十
分で効果がない。したがって0.15〜02以下では実
際に効果を示す程の非対称性を生じない。
本発明は、実施するに当たり、以下の様な態様を採り得
る。
る。
本発明の第1f′)態様は、第2図囚および[有])に
示す様に燃料噴射弁がピストンPの中心Opとキャビデ
ィCの中心Oe kを結ぶ直線に直角なキャビティ中心
を通る直線で決定される偏心側の半円に。
示す様に燃料噴射弁がピストンPの中心Opとキャビデ
ィCの中心Oe kを結ぶ直線に直角なキャビティ中心
を通る直線で決定される偏心側の半円に。
キャビティC内に形成される旋回流Swの方向と1逆の
方向に円周角で45度付加した円周角925度の角度範
囲内に燃料噴霧がおさまるよう1こ噴射するものである
。
方向に円周角で45度付加した円周角925度の角度範
囲内に燃料噴霧がおさまるよう1こ噴射するものである
。
本第1の態様は、キャビティC内の燃料11!tF%を
噴射する領域に関するもので、燃料噴射弁の噴口の位置
、燃料gpt霧パターンを調整して、上記キャビティC
の円周角領域内tこ燃料噴霧を分布させ第1は、スキッ
シュの差により燃料噴霧の位置の制御を有効に行なうこ
とができるという利点を有する。
噴射する領域に関するもので、燃料噴射弁の噴口の位置
、燃料gpt霧パターンを調整して、上記キャビティC
の円周角領域内tこ燃料噴霧を分布させ第1は、スキッ
シュの差により燃料噴霧の位置の制御を有効に行なうこ
とができるという利点を有する。
すなわち、燃料噴霧が内壁に接触しないように出来るだ
けキャビティCの内壁に近付けるとともに。
けキャビティCの内壁に近付けるとともに。
キャビティCの中心Ocを越えて分布しないよう1こす
ることができるので、燃料のier濃域の発生を防止し
て1発煙の発生を防止するという利点を有する。
ることができるので、燃料のier濃域の発生を防止し
て1発煙の発生を防止するという利点を有する。
本発明の第2の態様は、第3図(5)および(8)に示
すよう1こピストン頂面に形成したキャビティは入口開
口部が絞られ他の部分はそれより面積が大きくなる様に
形成して、その入口開口部の面積Aとピストン頂面の面
積Aoとの比が の関係を満足するようにするものである。
すよう1こピストン頂面に形成したキャビティは入口開
口部が絞られ他の部分はそれより面積が大きくなる様に
形成して、その入口開口部の面積Aとピストン頂面の面
積Aoとの比が の関係を満足するようにするものである。
水温2の態様は、キャビディC内に流れ込む流れである
スキッシュSの強さは、ピストンPの面積Aoとキャビ
ティCの開口部の面積Aとの比(絞り比)によって決定
されるので、上述の範囲内に設定すれば本発明・のヌキ
ッシーの強さの差を一層有効に作用させるという利点を
有する。
スキッシュSの強さは、ピストンPの面積Aoとキャビ
ティCの開口部の面積Aとの比(絞り比)によって決定
されるので、上述の範囲内に設定すれば本発明・のヌキ
ッシーの強さの差を一層有効に作用させるという利点を
有する。
本発明の第3の態様は、燃料噴射弁がキャビディCの円
周角で90°から1800の円周角範囲内に燃料噴霧を
噴射するようにするものであり、キャビディC内に形成
されている旋回流に乗ってキャビティCの全円周角に亘
り、燃料噴霧を分散させ、良好な混合気を形成するとい
う利点を有する。
周角で90°から1800の円周角範囲内に燃料噴霧を
噴射するようにするものであり、キャビディC内に形成
されている旋回流に乗ってキャビティCの全円周角に亘
り、燃料噴霧を分散させ、良好な混合気を形成するとい
う利点を有する。
本発明の第4の態様は、燃料噴射弁が燃料噴霧の最も広
がる部分でもキャビディの中心と内周壁との間1こおさ
まる様な噴霧法がり角で燃料を噴射するものであり、燃
料のキャビティの円周壁への衝突や中心部を越えて燃料
が分布することによる燃料の重合を防止するので、キャ
ビティ内における燃料の過濃域の発生を防止して1発煙
の発生を防止するとともに、スキッシュの差による燃料
噴霧の位置の制御作用を一層有効なものにする2いう利
点を有する。
がる部分でもキャビディの中心と内周壁との間1こおさ
まる様な噴霧法がり角で燃料を噴射するものであり、燃
料のキャビティの円周壁への衝突や中心部を越えて燃料
が分布することによる燃料の重合を防止するので、キャ
ビティ内における燃料の過濃域の発生を防止して1発煙
の発生を防止するとともに、スキッシュの差による燃料
噴霧の位置の制御作用を一層有効なものにする2いう利
点を有する。
次に本発明の詳細な説明する。
実施例の圧縮着火式直接噴射内IP機関は1本発明の第
1.tIrJ2.第3および第4の態様のいずれをこも
属し、ピストン頂面の中心に対して偏心して形成したキ
ャビティ内に予かしめ旋回流を形成し円 ておき、キャビディの全へ局方向から場所によって異な
った強さのスキッシュをキャビティ内に流れ込ませ、キ
ャビティ内に噴射された燃料噴霧の分布位置を制御して
、燃料の過濃域の発生を防止して、良好な混合気を形成
する点に特徴があり。
1.tIrJ2.第3および第4の態様のいずれをこも
属し、ピストン頂面の中心に対して偏心して形成したキ
ャビティ内に予かしめ旋回流を形成し円 ておき、キャビディの全へ局方向から場所によって異な
った強さのスキッシュをキャビティ内に流れ込ませ、キ
ャビティ内に噴射された燃料噴霧の分布位置を制御して
、燃料の過濃域の発生を防止して、良好な混合気を形成
する点に特徴があり。
以下第4図ないし第6図を用いて説明する。
第4図に示すように、シリンダー5内を往復動するピス
トンlの頂部平担面の中心から3.5 fi+偏心シテ
その中心が位置する様に略球形のキャビティ2を穿設す
る。偏心量0s(3,5ff)とピストン直径D(84
fi)との比は、約0.042になる。
トンlの頂部平担面の中心から3.5 fi+偏心シテ
その中心が位置する様に略球形のキャビティ2を穿設す
る。偏心量0s(3,5ff)とピストン直径D(84
fi)との比は、約0.042になる。
キャビティ2の開口部2hには、燃料噴射弁の噴口およ
び噴射燃料との衝突を回避するため切欠2Cを形成し、
切欠の面積も含めた開口部の開口面積Aとピストン頂面
の面積Aoとの面積比表は。
び噴射燃料との衝突を回避するため切欠2Cを形成し、
切欠の面積も含めた開口部の開口面積Aとピストン頂面
の面積Aoとの面積比表は。
O
イ2内の吸入空気がピストン1の頂部平担面1こ流れな
い様に配慮した。
い様に配慮した。
燃料噴射弁は、第4図に示すようtこ、シリンダーヘッ
ド4を貫通配置し、その噴[1を前記キャビディ2の切
欠2C部に臨む様にしたスリットタイプ渦巻噴射りf8
から成る。
ド4を貫通配置し、その噴[1を前記キャビディ2の切
欠2C部に臨む様にしたスリットタイプ渦巻噴射りf8
から成る。
渦巻噴射弁3は、第6図に示す様に先端が細い中空円筒
部材から成るノズル本体30と、ノズル本体80内1こ
介挿した段付棒部材のニードル部材31とから成る。ノ
ズル本体30の先端部には。
部材から成るノズル本体30と、ノズル本体80内1こ
介挿した段付棒部材のニードル部材31とから成る。ノ
ズル本体30の先端部には。
渦巻室35を穿設するとともに、該渦巻室に開口する噴
口3iを同軸的に穿設する。該噴口82をふさぐ様にニ
ードル部材31の円錐形のニードル先端部83が当接す
る。ニードル先端部38を形成する大径部には、第6図
に示す様に大径部の外周壁に沿い、その軸心に対して所
定の角度をもたせた溝状のスリット34を穿設し、渦巻
室35と燃料供給通路87を介して燃料噴射ポンプ(図
示せず)に連絡した部屋36とを連通させる。
口3iを同軸的に穿設する。該噴口82をふさぐ様にニ
ードル部材31の円錐形のニードル先端部83が当接す
る。ニードル先端部38を形成する大径部には、第6図
に示す様に大径部の外周壁に沿い、その軸心に対して所
定の角度をもたせた溝状のスリット34を穿設し、渦巻
室35と燃料供給通路87を介して燃料噴射ポンプ(図
示せず)に連絡した部屋36とを連通させる。
渦巻噴射弁8は、中空円錐状の噴霧パターンを形成シ、
キャビティ2の中心から内周壁までの距離を考慮して第
6図tこ示す燃料の拡がり角θが50度になる様に、前
記スリットの角度、断面積および長さ、渦巻室85の寸
法および噴口82の径と長さを決定した。噴口82の径
は1本発明者らの実験によればα3flから1.0Hが
良(9本実施例は0.6Hに設定した。また、第6図1
こ示す中空円錐状の燃料噴霧の厚み角βは、あまり大き
くとることができず、5度から15度の範囲内で選んだ
。
キャビティ2の中心から内周壁までの距離を考慮して第
6図tこ示す燃料の拡がり角θが50度になる様に、前
記スリットの角度、断面積および長さ、渦巻室85の寸
法および噴口82の径と長さを決定した。噴口82の径
は1本発明者らの実験によればα3flから1.0Hが
良(9本実施例は0.6Hに設定した。また、第6図1
こ示す中空円錐状の燃料噴霧の厚み角βは、あまり大き
くとることができず、5度から15度の範囲内で選んだ
。
燃料噴射弁8は、キャビティ2の開口部2hの第5図中
の水平方向から3o度の位置に形成した切欠2’Cの底
の部分に臨んだ噴口がら、キャビティ2の120度の円
周角の範囲に亘り、燃料噴霧を噴射する。
の水平方向から3o度の位置に形成した切欠2’Cの底
の部分に臨んだ噴口がら、キャビティ2の120度の円
周角の範囲に亘り、燃料噴霧を噴射する。
シリンダヘッド4には、第4図に示すように。
吸気弁5および排気弁を挿入配置する。吸気弁す遍
を配置した吸気道路には、第4図に示すように所定のス
ワール比(本実施例では3)の旋回流を発生する様にチ
ューニングしたヘリカルポートHPを形成する。
ワール比(本実施例では3)の旋回流を発生する様にチ
ューニングしたヘリカルポートHPを形成する。
上述の構成より成る実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機
関は、ヘリカルポー)HPにより旋回力を付与された吸
入空気が、ピストンlの上昇に応じ圧縮される。ピスト
ンlの上昇に応じ、吸入空気の旋回流に空気の粘性とシ
リンダ壁との摩擦により、適度に旋回速度が抑制される
。ピストンlが上死点に近(なり、上死点前20度ない
し6度には渦巻噴射弁8から接線方向の速度成分を有す
る所定の拡がり角の中空円錐状の三次元噴霧パターンで
燃料の噴射が始まり、キャビティ2の開口部の内壁面に
近いところまで噴霧が到達する。上死点前101前後に
なると、ピストンlのキャビティ2の開口部が絞られて
いるので、ピストンlの平担面からキャビティ2の中へ
流れ込む場所により強さの異なるスキッシーSにより、
燃料噴霧の分布位置を制御して残存している旋回流に乗
ってキャビディ2の全円周角に頁り燃料噴霧を拡散。
関は、ヘリカルポー)HPにより旋回力を付与された吸
入空気が、ピストンlの上昇に応じ圧縮される。ピスト
ンlの上昇に応じ、吸入空気の旋回流に空気の粘性とシ
リンダ壁との摩擦により、適度に旋回速度が抑制される
。ピストンlが上死点に近(なり、上死点前20度ない
し6度には渦巻噴射弁8から接線方向の速度成分を有す
る所定の拡がり角の中空円錐状の三次元噴霧パターンで
燃料の噴射が始まり、キャビティ2の開口部の内壁面に
近いところまで噴霧が到達する。上死点前101前後に
なると、ピストンlのキャビティ2の開口部が絞られて
いるので、ピストンlの平担面からキャビティ2の中へ
流れ込む場所により強さの異なるスキッシーSにより、
燃料噴霧の分布位置を制御して残存している旋回流に乗
ってキャビディ2の全円周角に頁り燃料噴霧を拡散。
混合して、圧縮末期の断熱圧縮された高温空気によって
蒸発しながら、キャビティ2内の全容積に良好な混合気
を形成して9発火する。
蒸発しながら、キャビティ2内の全容積に良好な混合気
を形成して9発火する。
発火は、キャビディ2の内壁面付近から起こり。
旋回流に乗って旋回しつつキャビティ2の中央部に到達
する。ピストンlが上死点を過ぎると、ピストンlの頂
面の平担面とシリンダヘッド4の下壁面との隙間が増大
するので、キャビティ2の中のガスは開口部2hを通っ
て激しく噴出し、完全燃焼する。
する。ピストンlが上死点を過ぎると、ピストンlの頂
面の平担面とシリンダヘッド4の下壁面との隙間が増大
するので、キャビティ2の中のガスは開口部2hを通っ
て激しく噴出し、完全燃焼する。
上述の構成より成る本実施例の圧縮着火式直接噴射内燃
機関は、へりカルポートHPによりキャビティ2内に旋
回流を形成し、燃料噴射弁8から旋回流が形成されてい
るキャビティ内に接線方向成分を有する低い貫徹力の燃
料噴霧を旋回流の順流方向に沿って噴射することにより
、旋回流に乗せてキャビディ2の円周方向全周に亘り分
散させる。
機関は、へりカルポートHPによりキャビティ2内に旋
回流を形成し、燃料噴射弁8から旋回流が形成されてい
るキャビティ内に接線方向成分を有する低い貫徹力の燃
料噴霧を旋回流の順流方向に沿って噴射することにより
、旋回流に乗せてキャビディ2の円周方向全周に亘り分
散させる。
本実施例の直接噴射内燃機関は、ピストンlの頂面に偏
心させてキャビディ2を形成したので。
心させてキャビディ2を形成したので。
キャビティ2内に全周から流れ込むスキッシーの強さに
差をつけること1こより、燃料噴射前から噴射された燃
料噴霧のキャビティ2内の分布位置を制御して、燃料噴
霧がキャビディ2の内壁tこ接触しないように内壁に近
接させるとともに、キャビティ2の中心を越えて分布し
ない様にして、燃料の過濃域の発生を防止することtこ
より9発煙の発生を防止する。
差をつけること1こより、燃料噴射前から噴射された燃
料噴霧のキャビティ2内の分布位置を制御して、燃料噴
霧がキャビディ2の内壁tこ接触しないように内壁に近
接させるとともに、キャビティ2の中心を越えて分布し
ない様にして、燃料の過濃域の発生を防止することtこ
より9発煙の発生を防止する。
さらに本実施例の直接噴射内燃機関は1円周方向の速度
成分を有する旋回流とキャビディ2の深さ方向の異なっ
た速度成分を有するスキツシーSとが、キャビディ2内
で適度に衝突して、噴射された燃料と空気との混合を良
くして良好な混合気を形成する。
成分を有する旋回流とキャビディ2の深さ方向の異なっ
た速度成分を有するスキツシーSとが、キャビディ2内
で適度に衝突して、噴射された燃料と空気との混合を良
くして良好な混合気を形成する。
以上の様に1本実施例の直接噴射内燃機関は。
キャビティ2内の全容量に亘り良好な混合気を形成する
ので、必要最小限の燃料により効率の良い燃焼を可能に
して1発煙、炭化水素、−酸化炭素。
ので、必要最小限の燃料により効率の良い燃焼を可能に
して1発煙、炭化水素、−酸化炭素。
伏素等の微粒子の発生を抑制するという利点を有する。
上述した如く本実施例の直接噴射内燃機関は。
前述の第1ないし第4の態様の要件を具備するので、第
1ないし第4の態様の作用効果を奏する。
1ないし第4の態様の作用効果を奏する。
一般に圧縮着火内燃機関の燃料噴射時期は、ガソリン機
関の点火時期と異なり、負荷の大小によっては殆んど変
わらず9回転数が高くなると噴射時期が早くなり、この
変化の幅は、クランク角度で大略20度ないし0度であ
る。噴射時期が早(なると、ピストン1のキャビディC
と燃料噴射弁の噴口との距離は大となり、噴口より噴射
されたリ、内周壁に衝突する可能性が生ずるが、この様
な場合、ぬ強さの異なるスキフシ−Sの作用により燃料
噴霧の領域および位置を最適に制御して、上述の問題を
回避するという利点を有する。
関の点火時期と異なり、負荷の大小によっては殆んど変
わらず9回転数が高くなると噴射時期が早くなり、この
変化の幅は、クランク角度で大略20度ないし0度であ
る。噴射時期が早(なると、ピストン1のキャビディC
と燃料噴射弁の噴口との距離は大となり、噴口より噴射
されたリ、内周壁に衝突する可能性が生ずるが、この様
な場合、ぬ強さの異なるスキフシ−Sの作用により燃料
噴霧の領域および位置を最適に制御して、上述の問題を
回避するという利点を有する。
さらに本実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機関は、燃料
の貫徹力の小さい渦巻噴射弁3を用いているので、燃料
噴霧のキャビディ2の内壁面への衝突がないから、衝突
による燃料粒の粗大化および燃料液膜の形成がなく、渦
巻噴射弁3が燃料の微粒化特性が良く、シかも強さの異
なるスキツシーSによる乱れ、の有効な形成により燃焼
を一層促進させ、完全燃焼させるという利点を有する。
の貫徹力の小さい渦巻噴射弁3を用いているので、燃料
噴霧のキャビディ2の内壁面への衝突がないから、衝突
による燃料粒の粗大化および燃料液膜の形成がなく、渦
巻噴射弁3が燃料の微粒化特性が良く、シかも強さの異
なるスキツシーSによる乱れ、の有効な形成により燃焼
を一層促進させ、完全燃焼させるという利点を有する。
したがって本実施例内燃機関は発煙をいちじるしく抑制
し9法化水素(HC)、−酸化炭素(CO)、炭素等の
微粒子(Ptc)を低減し、渦巻噴射弁3から噴射され
た燃料噴霧をスキフシ、−8に乗せて、キャビティ2の
内壁面近くに連続的に分布させるので1着火遅れが短か
く、騒音を低く抑えることができるという利点を有する
。
し9法化水素(HC)、−酸化炭素(CO)、炭素等の
微粒子(Ptc)を低減し、渦巻噴射弁3から噴射され
た燃料噴霧をスキフシ、−8に乗せて、キャビティ2の
内壁面近くに連続的に分布させるので1着火遅れが短か
く、騒音を低く抑えることができるという利点を有する
。
また本#F実施例の内燃機関は、圧縮比を高くとる必要
がないので、エンジンの摩擦が小さく。
がないので、エンジンの摩擦が小さく。
機械効率を高め、上述した完全燃焼とあいまって燃判消
費率示小さいという利点を有する。
費率示小さいという利点を有する。
さら1こ本実施例の内燃機関は、燃料のへ微力の小さい
渦巻噴射弁3を使用するので11.キャビティ2の内壁
面への燃料の衝突を避けるために強い旋回流を形成する
必要がなく、吸入孔および吸気弁付近のベリカルポート
の流れの抵抗を小さくすることができるため、燃焼室へ
の吸入空気の吸気効率(η■)を高くすることができ、
同一シリンダ一体積ンこ対して吸入でさる空気量が増加
し、同一空気過剰率のもとて燃焼できる燃料の量を増や
すことができ、エンジン出力を増大させるという利点を
有する。
渦巻噴射弁3を使用するので11.キャビティ2の内壁
面への燃料の衝突を避けるために強い旋回流を形成する
必要がなく、吸入孔および吸気弁付近のベリカルポート
の流れの抵抗を小さくすることができるため、燃焼室へ
の吸入空気の吸気効率(η■)を高くすることができ、
同一シリンダ一体積ンこ対して吸入でさる空気量が増加
し、同一空気過剰率のもとて燃焼できる燃料の量を増や
すことができ、エンジン出力を増大させるという利点を
有する。
本実施例の内燃機関で使用した渦巻噴射弁3は。
通常のホールノズルおよびビントルノズルが噴出口から
の燃料噴霧の噴出飛行方向が速度の主成分であり2貫徹
力が大きいの1こ対し、接線方向速度成分と燃料噴霧の
噴出飛行方向(半径方向)の速度成分に分かれるため、
燃焼噴霧の噴出飛行方向の速度成分が小さく、且つすぐ
減衰するので、燃料噴霧の貫徹力が小さいという利点を
有する。
の燃料噴霧の噴出飛行方向が速度の主成分であり2貫徹
力が大きいの1こ対し、接線方向速度成分と燃料噴霧の
噴出飛行方向(半径方向)の速度成分に分かれるため、
燃焼噴霧の噴出飛行方向の速度成分が小さく、且つすぐ
減衰するので、燃料噴霧の貫徹力が小さいという利点を
有する。
本実施例の直接噴射内燃機関では、キャビディ2の中心
部では、空気の旋回速度が遅(1周辺部はど流速が速く
なるため、混合気の分布としては。
部では、空気の旋回速度が遅(1周辺部はど流速が速く
なるため、混合気の分布としては。
一様に分布させるか9周辺部が濃く、中心部は薄い混合
気になることが望ましい。本実施例では。
気になることが望ましい。本実施例では。
渦巻噴射弁3から、中空円錐状の燃料噴霧パターンで燃
料が噴射され、旋回流の流速の遅いキャビティ中央部に
燃料がたまることなくキャビティ2内に形成されている
旋回流との協動により、キャビディ2の開口部2h付近
の内壁面付近まで到達するが1貫徹力が弱いためキャビ
ティ2の内壁面には衝突しない。燃料粒と空気との混合
・拡散は本実施例において適正にチューニングされたキ
ャビティ開口部内に流れ込む強さの異なるスキフシ−8
により達成される。すなわちキャビティ2の内壁面近く
に到達した燃料粒は、スキッシーにより空気と混合され
ながらキャビティの内壁面に沿って深さ方向に流され、
キャビティ2内に一様に分布する。内壁面付近の燃料噴
霧は、圧縮行程路りの断熱圧縮された高温空気によって
蒸発しながら、内壁面1こ近い周辺から着火しはじめす
みやかに中心部にむかって燃焼が進行する。
料が噴射され、旋回流の流速の遅いキャビティ中央部に
燃料がたまることなくキャビティ2内に形成されている
旋回流との協動により、キャビディ2の開口部2h付近
の内壁面付近まで到達するが1貫徹力が弱いためキャビ
ティ2の内壁面には衝突しない。燃料粒と空気との混合
・拡散は本実施例において適正にチューニングされたキ
ャビティ開口部内に流れ込む強さの異なるスキフシ−8
により達成される。すなわちキャビティ2の内壁面近く
に到達した燃料粒は、スキッシーにより空気と混合され
ながらキャビティの内壁面に沿って深さ方向に流され、
キャビティ2内に一様に分布する。内壁面付近の燃料噴
霧は、圧縮行程路りの断熱圧縮された高温空気によって
蒸発しながら、内壁面1こ近い周辺から着火しはじめす
みやかに中心部にむかって燃焼が進行する。
さら1こ1本実施例の直接噴射内燃、−関は、燃料噴射
弁をキャビティ2の中心からオフセットさせ且つ傾斜さ
せて配置して、吸気弁6および排気弁を1個ずつにした
ので、吸気および排気弁が各1個で構成されることの多
い小型の圧縮着火式直接噴射内燃機関に適用しやすいと
いう利点を有する。
弁をキャビティ2の中心からオフセットさせ且つ傾斜さ
せて配置して、吸気弁6および排気弁を1個ずつにした
ので、吸気および排気弁が各1個で構成されることの多
い小型の圧縮着火式直接噴射内燃機関に適用しやすいと
いう利点を有する。
以上本発明は、上述した実施例に限定されることなく、
特許請求の範囲の精神に反しない限り幾多の設計変更お
よび付加変更が可能である。
特許請求の範囲の精神に反しない限り幾多の設計変更お
よび付加変更が可能である。
第1図は1本発明を説明する平面図、第2回国および(
Blは2本発明の第1の態様を説明する平面図、第8回
国および第3図(B)は9本発明の第2のの実施例の内
燃機関を説明する図で、第4図は嘗実施例の内燃機関の
第5図のB−B線tこ沿う縦断面図、第6図は、実施例
の内燃機関の第4図のA−A線に沿う横断面図、第6図
は、米施例の内燃機関の渦巻噴射弁の縦断面図を示す。 図中、lはピストン、2はキャビディ、8は渦巻噴射弁
、4はシリンダヘッド、5はシリンダ。 6は吸気弁、HPはヘリカルボート、85は渦巻室、8
4はスリットを夫々示す。 特許出願人 株式会社 豊田中央研究所 (”)11 区 ( 鋒
Blは2本発明の第1の態様を説明する平面図、第8回
国および第3図(B)は9本発明の第2のの実施例の内
燃機関を説明する図で、第4図は嘗実施例の内燃機関の
第5図のB−B線tこ沿う縦断面図、第6図は、実施例
の内燃機関の第4図のA−A線に沿う横断面図、第6図
は、米施例の内燃機関の渦巻噴射弁の縦断面図を示す。 図中、lはピストン、2はキャビディ、8は渦巻噴射弁
、4はシリンダヘッド、5はシリンダ。 6は吸気弁、HPはヘリカルボート、85は渦巻室、8
4はスリットを夫々示す。 特許出願人 株式会社 豊田中央研究所 (”)11 区 ( 鋒
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)燃焼室内に空気を供給し、ピストンにより空気を
圧縮するととも1こ燃料を噴射して着火燃焼させる圧縮
′着火式直接噴射内燃機関において。 前記燃焼室内に供給する吸入空気を旋回させる旋回機構
を具備した吸気機構と。 ピストン頂面に円形のキャビディを形成してその中心が
ピストン頂面の中心に対して次に示すピストンの直径り
の長さに対する割合Os /’f)の関係を満足する S 0.02(p <0.15 偏心量08だけ偏心させて形成した燃焼室と。 燃料の旋回手段を有し、接線方向速度成分を有する燃料
噴霧を噴口からキャビディ内に形成されている吸入空気
の旋回流の順流方向に噴射する燃料噴射弁とから成るこ
とを特徴とする圧a着火式%式% (2)前記燃料噴射弁が、ピストン中心とキャビティ中
心とを結ぶ直線に直角なキャビディ中心を通る直線で決
定されるキャビティの偏心側の半円に、キャビティ内に
形成される旋回流の方向と逆の方向に円周角で45度付
加した円那角225度の角度範囲内に燃料噴霧がおさま
るように噴射するよう1こしたことを特徴とする特許請
求の範囲第+11項記載の圧縮着火式直接噴射内燃機関
。 (8)前記ビヌトン頂面1こ形成したキャビティは。 入口開口部が絞られ他の部分はそれより面積が大きくな
る様に形成して、その入口開口部の面積Aとピストン頂
面の面積Aoとの比が o、 o s りXτ< 0.25 の関係を満足するようにしたことを特徴とする特許請求
の範囲第(1)項記載の圧縮着火式直接噴射内燃機関。 (4)前記燃料噴射弁が、キャビティの円周角で90°
から180°の円周角範囲内に燃料噴霧を噴射するよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第(2)項記載
の圧縮着火式直接噴射内燃機関。 (5)前記燃料噴射弁は、燃料噴霧の最も広がる部分が
キャビティの中心と内周壁との間tこおさまる様な噴霧
拡がり角で噴射するようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第flj項記載の圧縮着火式直接噴射内燃機関
。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57149620A JPS5939921A (ja) | 1982-08-27 | 1982-08-27 | 圧縮着火式直接噴射内燃機関 |
EP83108386A EP0104448B1 (en) | 1982-08-27 | 1983-08-25 | Direct injection internal combustion engine of the compression ignition type |
DE8383108386T DE3381205D1 (de) | 1982-08-27 | 1983-08-25 | Dieselbrennkraftmaschine mit direkteinspritzung. |
US06/526,841 US4526143A (en) | 1982-08-27 | 1983-08-26 | Direct injection internal combustion engine of compression ignition type |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57149620A JPS5939921A (ja) | 1982-08-27 | 1982-08-27 | 圧縮着火式直接噴射内燃機関 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5939921A true JPS5939921A (ja) | 1984-03-05 |
JPS6343566B2 JPS6343566B2 (ja) | 1988-08-31 |
Family
ID=15479192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57149620A Granted JPS5939921A (ja) | 1982-08-27 | 1982-08-27 | 圧縮着火式直接噴射内燃機関 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4526143A (ja) |
EP (1) | EP0104448B1 (ja) |
JP (1) | JPS5939921A (ja) |
DE (1) | DE3381205D1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01118124U (ja) * | 1988-02-01 | 1989-08-09 |
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JPS6056165A (ja) * | 1983-09-05 | 1985-04-01 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 間欠式渦巻噴射弁 |
JPS60183268U (ja) * | 1984-05-14 | 1985-12-05 | 株式会社豊田中央研究所 | 間欠式渦巻噴射弁 |
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JPH0288676U (ja) * | 1988-12-28 | 1990-07-13 | ||
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JP2003113716A (ja) * | 2001-10-03 | 2003-04-18 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン |
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