(57)【要約】【課題】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。【解決手段】圧縮自着火式の内燃機関は、燃料噴射ノズルと、複数の中空のダクトと、を備える。燃料噴射ノズルは、燃料を噴射する複数の噴孔を有し、複数の噴孔が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ている。複数の中空のダクトは、入口及び出口が燃焼室に露出するように構成され、燃料噴射ノズルの複数の噴孔から噴射された燃料噴霧が、複数の中空のダクトのそれぞれの入口から出口へと通過するように構成されている。そして、ダクトは、燃料噴霧の通過方向に垂直な断面において、内方の形状が矩形状となるように構成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
燃料を噴射する複数の噴孔を有し、前記複数の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構成され、前記燃料噴射ノズルの前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧がそれぞれ前記入口から前記出口へと通過するように構成された複数の中空のダクトと、を備え、
前記ダクトは、燃料噴霧の通過方向に垂直な断面において内方の形状が矩形状となるように構成されていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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複数のダクトが放射状に設けられている。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１７−５３０２９８号公報
【特許文献２】特開２０１３−９２１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、燃料噴射装置の先端部に設けられた複数の開口部に対応して複数の円筒のダクトが放射状に配置されている。このような構成では、開口部から噴射された燃料は、ダクト内を通過した後にボア壁面へ向かって円錐状に拡散する。この場合、隣り合う円錐状の燃料噴霧の隙間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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、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、燃料噴射ノズルと、複数の中空のダクトと、を備える。燃料噴射ノズルは、燃料を噴射する複数の噴孔を有し、複数の噴孔が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ている。複数の中空のダクトは、入口及び出口が燃焼室に露出するように構成され、燃料噴射ノズルの複数の噴孔から噴射された燃料噴霧が、複数の中空のダクトのそれぞれの入口から出口へと通過するように構成されている。そして、ダクトは、燃料噴霧の通過方向に垂直な断面において内方の形状が矩形状となるように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、内方矩形断面のダクトを通過する燃料噴霧は、燃焼室内を四角錐状に拡散する。このような構成によれば、円錐状の燃料噴霧に比べて、隣り合う燃料噴霧の隙間を減らして燃料の拡散度合を高めることができる。これにより、燃焼室内の充填空気を効率よく活用することができるので、燃焼効率を高めることによるスモークの低減、及び後燃え期間の短縮による熱効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】ダクトをその中心軸線に垂直な面で切断した断面図である。
【図４】比較例として中空円筒管として構成されたダクトを備えたエンジンにおける燃料噴射の様子を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態１の中空矩形管として構成されたダクトを備えたエンジンにおける燃料噴射の様子を模式的に示す図である。
【図６】ダクトの搭載方法の変形例を示す図である。
【図７】ダクトの搭載方法の他の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
［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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、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。
【００１４】
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。図３は、ダクト２０をその中心軸線に垂直な面Ｓ１で切断した断面図である。この図に示すように、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矩形管により構成されている。具体的には、ダクト２０は、燃料噴霧の通過方向に垂直な面Ｓ１による断面の内方形状が矩形状となるように構成されている。
【００１５】
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、例えば９５°から１１０°の範囲になるように構成されている。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、８つの噴孔１８に対してそれぞれ設けられている。
【００１６】
［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、円筒のダクトを備えた構成では、燃料噴射ノズルから噴射された燃料が、燃焼室８内の充填空気と十分に混合されないおそれがある。
【００１７】
図４は、比較例として中空円筒管として構成されたダクトを備えたエンジンにおける燃料噴射の様子を模式的に示す図である。なお、図４中の（ａ）は、燃料噴射ノズルから噴射された燃料噴霧の形状を模式的に示した図である。また、図４中の（ｂ）は、燃焼室の内部を上面側から模式的に透視した図である。さらに、図４中の（ｃ）は、（ｂ）中のｃ方向から燃焼室の内部を模式的に透視した図である。なお、図４では、燃焼室８を燃料噴霧に対応した８つの仮想領域に区画する仮想区画線８２を図示するとともに、ダクトの具体的な構造の図示を省略している。
【００１８】
図４の比較例に示すように、中空円筒管として構成されたダクトを通過した燃料噴霧は、円錐状に拡散する。このため、仮想区画線８２で囲まれた矩形形状の四隅には、燃料が行き渡らない領域ができてしまう。この場合、隣り合う燃料噴霧の間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。
【００１９】
図５は、実施の形態１の中空矩形管として構成されたダクトを備えたエンジンにおける燃料噴射の様子を模式的に示す図である。なお、図５中の（ａ）は、燃料噴射ノズルから噴射された燃料噴霧の形状を模式的に示した図である。また、図５中の（ｂ）は、燃焼室の内部を上面側から模式的に透視した図である。また、図５中の（ｃ）は、（ｂ）中のｃ方向から燃焼室の内部を模式的に透視した図である。さらに、図５中の（ｄ）は、燃料噴射ノズルから噴射された燃料噴霧が拡散する様子を模式的に示した図である。なお、図５では、燃焼室８を燃料噴霧に対応した８つの仮想領域に区画する仮想区画線８２を図示するとともに、ダクトの具体的な構造の図示を省略している。
【００２０】
図５に示すように、中空矩形管として構成されたダクト２０を通過した燃料噴霧は、コアンダ効果によって四角錐状に拡散する。このため、仮想区画線８２で囲まれた矩形形状の四隅には燃料が行き渡らない領域が比較例の場合に比べて減少する。これにより、隣り合う燃料噴霧の間の充填空気が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。
【００２１】
なお、ダクト２０の内方の矩形形状は、例えば以下のように決定することとしてもよい。すなわち、先ず、エンジン２の排気量と圧縮比とから、燃料噴霧が存在すべき空間の容積が決まる。これにより、気筒中心軸線方向の仮想領域の高さが決まるので、ダクト２０の気筒中心軸線方向の幅を決定することができる。また、燃料噴射ノズル１６の噴孔１８の数から仮想領域のシリンダボアの周方向の幅が決まるので、ダクト２０のシリンダボアの周方向の幅を決定することができる。
【００２２】
［実施の形態１の変形例］
実施の形態１のエンジン２は、以下のように変形した形態を採用してもよい。
【００２３】
ダクト２０の搭載方法は、シリンダヘッド４の天面部４２に固定する方法に限られない。図６は、ダクトの搭載方法の変形例を示す図である。この図に示すように、ダクト２０は、シリンダヘッド４の天面部４２に固定された円環形状の支持体３０に穴加工を施すことにより、支持体３０の内部を貫通する断面矩形形状の貫通孔として構成されていてもよい。
【００２４】
図７は、ダクトの搭載方法の他の変形例を示す図である。この図に示すように、ダクト２０は、シリンダヘッド４に直接穴加工を施すことにより、シリンダヘッド４の内部を貫通する断面矩形形状の貫通孔として構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
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
３０  支持体
４２  天面部
４４  取付穴
６２  シリンダボア
８２  仮想区画線
２０２  入口
２０４  出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020016153.tif 000008
【図７】
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