(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の第１の噴孔と該第１の噴孔よりも断面積の大きな複数個の第２の噴孔とを備えた燃料噴射弁をシリンダヘッド内壁面の中央部に配置し、シリンダヘッド内壁面の周辺部に吸気弁および排気弁をそれらの軸線が上方に行くに従いシリンダ軸線から離れるように傾斜配置し、ピストン頂面上にキャビティを形成し、圧縮行程の後半に各第１の噴孔から夫々吸気弁の燃焼室に面する弁体前面および排気弁の燃焼室に面する弁体前面に向けて燃料を噴射すると共に各第２の噴孔からキャビティ内に向けて該第１の噴孔からの噴射燃料の粒径に比べて大きな粒径の燃料を噴射するようにした圧縮着火式内燃機関。
【請求項２】
第１の噴孔および第２の噴孔が共に円孔からなり、第２の噴孔の径が第１の噴孔の径よりも大きい請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項３】
排気弁の弁体前面に向けて燃料を噴射する第１の噴孔の径を吸気弁の弁体前面に向けて燃料を噴射する第１の噴孔の径よりも大きくした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項４】
燃料噴射弁の軸線周りにおいて第１の噴孔と第２の噴孔とが交互に配置されている請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項５】
複数個の第２の噴孔からキャビティ内の夫々異なる領域に向けて燃料が噴射され、排気弁下方の領域に向けて燃料を噴射する第２の噴孔の径を吸気弁下方の領域に向けて燃料を噴射する第２の噴孔の径よりも大きくした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項６】
吸気行程の前半に各第１の噴孔および各第２の噴孔から補助燃料が噴射され、一方の第１の噴孔から噴射された補助燃料が吸気弁の開口部に指向されると共に他方の第１の噴孔から噴射された補助燃料が排気弁の燃焼室に面する弁体前面に指向される請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮着火式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火式内燃機関では通常、平坦なシリンダヘッド内壁面の中央部に燃料噴射弁を配置し、ピストン頂面上にキャビティを形成し、圧縮行程末期に燃料噴射弁からキャビティ内に向けて燃料を噴射するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような圧縮着火式内燃機関では着火遅れによる燃焼騒音やＮＯＸ  の発生、および煤の発生が常に問題となる。即ち、圧縮着火式内燃機関では、燃料噴射が開始されるや否や噴射燃料が空気と十分に混合して着火せしめられ、ひき続いて噴射される燃料も空気と十分に混合して順次着火せしめられれば燃焼騒音やＮＯＸ  や煤の発生を伴ない良好な燃焼を得ることができる。
【０００４】
しかしながら実際には噴射が開始されてから噴射燃料が着火されるまでに時間を要し、噴射燃料が着火せしめられるとそれまでに噴射された燃料が一気に燃焼せしめられる。その結果、燃焼圧が急激に上昇するために燃焼騒音が発生し、燃焼温が高くなるためにＮＯＸ  が発生することになる。また、噴射燃料が着火せしめられるとひき続いて噴射される燃料が燃焼火炎中に飛び込み、空気不足の状態で燃焼せしめられるために多量の煤が発生することになる。
【０００５】
本発明は、燃料噴射が開始されるや否や噴射燃料が空気と十分に混合して着火せしめられ、ひき続いて噴射される燃料も空気と十分に混合して順次着火せしめられるようにして燃焼騒音やＮＯＸ  や煤の発生を伴ない良好な燃焼を得ることができる圧縮着火式内燃機関を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明によれば、複数個の第１の噴孔と第１の噴孔よりも断面積の大きな複数個の第２の噴孔とを備えた燃料噴射弁をシリンダヘッド内壁面の中央部に配置し、シリンダヘッド内壁面の周辺部に吸気弁および排気弁をそれらの軸線が上方に行くに従いシリンダ軸線から離れるように傾斜配置し、ピストン頂面上にキャビティを形成し、圧縮行程の後半に各第１の噴孔から夫々吸気弁の燃焼室に面する弁体前面および排気弁の燃焼室に面する弁体前面に向けて燃料を噴射すると共に各第２の噴孔からキャビティ内に向けて第１の噴孔からの噴射燃料の粒径に比べて大きな粒径の燃料を噴射するようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１および図２を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関本体、２はシリンダブロック、３はピストン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室、６はシリンダヘッド４の内壁面中央部に配置された燃料噴射弁、７は一対の吸気弁、８は吸気ポート、９は一対の排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。
【００１１】
シリンダヘッド４の内壁面はペントルーフ型をなしており、従って吸気弁７および排気弁９はそれらの軸線が上方に行くに従いシリンダ軸線から離れるように傾斜配置されている。一方、ピストン３の頂面にはキャビティ１１が形成されており、このキャビティ１１は吸気弁７の弁体全体および排気弁９の弁体全体を包囲するように配置されている。
【００１２】
図３を参照すると燃料噴射弁６は吸気弁７方向に指向された一対の第１の噴孔１２ａ，１２ｂと、排気弁９方向に指向された一対の第１の噴孔１２ｃ，１２ｄからなる４つの第１の噴孔を具備しており、更に燃料噴射弁６は一対の吸気弁７間に指向された第２の噴孔１３ａと、一対の排気弁９間に指向された第２の噴孔１３ｃと、吸気弁７と排気弁９間に指向された一対の第２の噴孔１３ｂ，１３ｄからなる４つの第２の噴孔を具備している。従って第１の噴孔１２ａ〜１２ｄおよび第２の噴孔１３ａ〜１３ｄは夫々燃料噴射弁６の中心軸線周りにおいてほぼ等角度間隔を隔てて配置されており、更に第１の噴孔１２ａ〜１２ｄと第２の噴孔１３ａ〜１３ｄは燃料噴射弁６の中心軸線周りにおいて交互に配置されている。
【００１３】
また、第１の噴孔１２ａ〜１２ｄの断面積は第２の噴孔１３ａ〜１３ｄの断面積よりも小さくされている。図１から図３に示す実施例では第１の噴孔１２ａ〜１２ｄおよび第２の噴孔１３ａ〜１３ｄは円孔からなり、第１の噴孔１２ａ〜１２ｄの径は第２の噴孔１３ａ〜１３ｄの径よりも小さくされている。なお、図１から図３に示す実施例では第１の噴孔１２ａ〜１２ｄは全て同一の径を有しており、第２の噴孔１３ａ〜１３ｄも全て同一の径を有している。
【００１４】
本発明による第１の実施例では圧縮行程末期に燃料噴射弁６から燃料噴射が行われ、このときの様子が図１および図２に示されている。図１、図２および図３からわかるように第１の噴孔１２ａ，１２ｂからは各吸気弁７の燃焼室５に面する弁体前面に向けて燃料Ｓ１が噴射され、第１の噴孔１２ｃ，１２ｄからは各排気弁９の燃焼室５に面する弁体前面に向けて燃料Ｓ１が噴射される。また、各第２の噴孔１３ａ〜１３ｄからはキャビティ１１の中央部に向けて燃料Ｓ２が噴射される。
【００１５】
上述したように第１の噴孔１２ａ〜１２ｄは第２の噴孔１３ａ〜１３ｄよりも小さな径を有する。従って第１の噴孔１２ａ〜１２ｄから噴射された燃料Ｓ１のほうが第２の噴孔１３ａ〜１３ｄから噴射された燃料Ｓ２に比べて燃料粒子の径は小さく、従って燃料Ｓ１の方が燃料の微粒化が急速に進む。しかしながら噴射燃料の貫徹力は燃料粒子の径が小さくなるほど弱くなるので第１の噴孔１２ａ〜１２ｄから噴射された燃料Ｓ１の貫徹力は第２の噴孔１３ａ〜１３ｄから噴射された燃料Ｓ２の貫徹力よりも弱くなる。
【００１６】
ところで空気中に燃料が噴射されると燃料噴霧内には周囲の空気が巻き込まれ、巻き込まれた空気は燃料粒子により加速されて燃料粒子の飛行方向に流動せしめられる。一方、燃料粒子についてみると燃料粒子のもつ運動エネルギは巻き込まれた空気を加速するために使用されるので燃料粒子は減速せしめられる。この場合、燃料噴霧内に巻き込まれる空気量が多くなるほど燃料粒子が減速せしめられ、燃料噴霧の飛行到達距離は短かくなる。
【００１７】
さて、上述したように第１の噴孔１２ａ〜１２ｄの径は小さいために第１の噴孔１２ａ〜１２ｄから噴射された燃料Ｓ１の貫徹力は弱い。しかしながら第１の噴孔１２ａ〜１２ｄから噴射された燃料Ｓ１は図１に示されるように吸気弁７および排気弁９の弁体前面からわずかな間隔を隔てて飛行し、弁体前面に衝突した後に再び弁体前面からわずかな間隔を隔てて進む。このように弁体前面に沿って噴射燃料Ｓ１が進行すると燃料噴霧には空気が弁体前面側からは巻き込まれず、ピストン３側のみから巻き込まれる。従って燃料噴霧内へ巻き込まれる空気量が少なくなるために燃料噴霧はさほど減速せしめられない。斯くして第１の噴孔１２ａ〜１２ｄから噴射された燃料Ｓ１はもともと貫徹力が弱かったとしても到達距離が長くなり、図１に示されるように燃焼室５の周辺部に達することになる。
【００１８】
一方、前述したように第１の噴孔１２ａ〜１２ｄから噴射された燃料Ｓ１は粒径が小さく、しかもこれら燃料は高温の吸気弁７および排気弁９の弁体前面上に衝突せしめられるので燃料の微粒化および蒸発が促進され、斯くして噴射燃料Ｓ１が燃焼室５の周辺部に達したときにまず初めに燃焼室５の周辺部においてただちに燃料Ｓ１が着火せしめられることになる。即ち、噴射が開始されると燃焼室５の周辺部において燃料Ｓ１がただちに着火せしめられ、斯くして着火遅れ期間は極めて短かくなる。
【００１９】
一方、燃焼室５の周辺部において燃料Ｓ１が着火せしめられると第２の噴孔１３ａ〜１３ｄからキャビティ１１内に噴射された燃料Ｓ２の蒸発作用が加速される。その結果、キャビティ１１の周辺部に到達している燃料Ｓ２が着火せしめられ、次いでひき続き噴射された燃料Ｓ２が順次燃焼せしめられる。
このように着火遅れ期間が短かくなるために着火時に燃焼せしめられる燃料量は少くなる。その結果、燃焼圧が急激に上昇することがないので燃焼騒音が低減せしめられ、また燃焼温がさほど高くならないためにＮＯＸ  の発生量が低減せしめられる。更に燃焼室５の周辺部で最初に着火が生じ、噴射燃料Ｓ２はキャビティ１１の周辺部に達すると燃焼せしめられる。即ち、噴射燃料Ｓ２が噴射されるや否や火炎の中に飛び込むことがなく、空気と十分に混合した後に燃焼せしめられるので煤が発生するのを抑制することができることになる。
【００２０】
ところで各噴射燃料Ｓ１はできるだけ早く同時に燃焼室５の周辺部において着火せしめられることが好ましい。即ち、各噴射燃料Ｓ１の着火時期が異なると各噴射燃料Ｓ２の燃焼状態が夫々異なってしまい、全体として良好な燃焼が得られなくなるおそれがある。
そこで第２の実施例では噴射燃料Ｓ１を同時に着火せしめるために排気弁９の弁体前面に向けて燃料Ｓ１を噴射する第１の噴孔１２ｃ，１２ｄの径を、吸気弁７の弁体前面に向けて燃料Ｓ１を噴射する第１の噴孔１２ａ，１２ｂの径よりも大きくするようにしている。即ち、排気弁９および排気弁９周りの温度は吸気弁７および吸気弁７周りの温度よりも高くなり、従って排気弁９の弁体前面に向かう燃料Ｓ１の方が吸気弁７の弁体前面に向かう燃料Ｓ１よりも微粒化しやすくなり、早期に着火しやすくなる。そこでこの第２の実施例では排気弁９の弁体前面に向かう燃料Ｓ１の微粒化を抑制して全燃料Ｓ１が同時に着火するように第１の噴孔１２ｃ，１２ｄの径を第１の噴孔１２ａ，１２ｂの径よりも大きくしている。
【００２１】
また、第３の実施例では燃料Ｓ２の燃焼完了時期を全体的に早めるために排気弁９下方のキャビティ１１内の領域に向けて燃料Ｓ２を噴射する第２の噴孔１３ｃの径を、吸気弁７下方のキャビティ１１内の領域に向けて燃料Ｓ２を噴射する第２の噴孔１３ａの径よりも大きくしている。即ち、排気弁９周りの温度の方が吸気弁７周りの温度よりも高いので排気弁９下方のキャビティ１１内に噴射される燃料Ｓ２の燃焼速度は早くなり、吸気弁７下方のキャビティ１１内に噴射される燃料Ｓ２の燃焼速度は遅くなる。従ってこの第３実施例では吸気弁７下方のキャビティ１１内に噴射される燃料Ｓ２の量を少なくし、排気弁９下方のキャビティ１１内に噴射される燃料Ｓ２の量を多くして両燃料Ｓ２がほぼ同時に燃焼を完了するようにし、それによって燃料Ｓ２の燃焼完了時期を全体的に早めるようにしている。
【００２２】
次に第４実施例について説明する。この第４実施例では図１および図２に示されるように圧縮行程末期に燃料噴射を行うのに先立って図４に示されるように吸気弁７が開弁している吸気行程初期に補助燃料Ｓ１，Ｓ２を噴射するようにしている。このように補助燃料Ｓ１，Ｓ２を吸気行程中に噴射するとこの補助燃料Ｓ１，Ｓ２は圧縮行程末期までに着火しやすいケトン、パーオキサイド、アルデヒド等の中間生成物となり、斯くして着火遅れ期間を短縮することができる。
【００２３】
ところでこのように吸気行程中に補助燃料を噴射するようにした場合、単に補助燃料を噴射すると、シリンダボア内壁面近くに達した燃料粒子がシリンダボア内壁面により冷却され、その結果これら燃料粒子からの燃料の蒸発作用が十分に促進されないために多量の未燃ＨＣが発生するという問題を生ずる。また、噴射燃料がシリンダボア内壁面に付着し、その結果多量の未燃ＨＣが発生するばかりでなく付着燃料によって潤滑油が希釈されるという問題を生じる。
【００２４】
しかしながらこの第４実施例では図４に示されるように第１の噴孔１２ａ，１２ｂから噴射された燃料Ｓ１は吸気弁７の開口部に指向され、第１の噴孔１２ｃ，１２ｄから噴射された燃料Ｓ１は排気弁９の弁体前面に指向され、第２の噴孔１３ａ〜１３ｄから噴射された燃料Ｓ２はキャビティ１１内に指向されるので多量の未燃ＨＣが発生したり、噴射燃料によって潤滑油が希釈されるのを抑制することができる。
【００２５】
即ち、吸気弁７の開口部に向けて噴射された燃料Ｓ１は吸入空気流によって燃焼室５の中心部に向け押し戻されるのでこの燃料Ｓ１はシリンダボア内壁面上にほとんど到達することがない。従ってこの燃料Ｓ１によって多量の未燃ＨＣが発生することもないし、またこの燃料Ｓ１によって潤滑油が希釈されることもない。それよりもむしろこの燃料Ｓ１は吸入空気流により強力な剪断力を受けて微粒化が促進され、斯くしてより一層中間生成物が生成されるために更に着火遅れ期間を短縮することができる。
【００２６】
一方、噴射燃料Ｓ１はもともと燃料粒子の径が小さく、従ってこの噴射燃料Ｓ１が高温の排気弁９の弁体前面に衝突するとかなり燃料の蒸発が促進される。従ってこの噴射燃料Ｓ１についても燃料粒子がシリンダボア内壁面に付着することがほとんどなくなる。従ってこの噴射燃料Ｓ１によって多量の未燃ＨＣが発生することもないし、またこの噴射燃料Ｓ１によって潤滑油が希釈されることもない。それよりもむしろこの噴射燃料Ｓ１はかなり微粒化が促進されるのでより一層中間生成物が生成され、斯くして更に着火遅れ期間を短縮することができる。
【００２７】
また、キャビティ１１内に噴射された燃料Ｓ２はほとんどシリンダボア内壁面に到達しない。従ってこの第４実施例では吸気行程中に補助燃料Ｓ１，Ｓ２が噴射されても多量の未燃ＨＣが発生することがなく、補助燃料によって潤滑油が希釈されることもほとんどない。
【００２８】
【発明の効果】
燃焼騒音やＮＯＸ  や煤の発生を伴なわない良好な燃焼を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮着火式内燃機関の側面断面図である。
【図２】シリンダヘッドの底面図である。
【図３】燃料噴射弁の先端部を断面で示したシリンダヘッドの底面図である。
【図４】吸気行程中における補助燃料の噴射を示す図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
７…吸気弁
９…排気弁
【図１】
0003596351.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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