(57)【要約】【課題】シリンダライナ内壁面への燃料付着を抑制するように改良された内燃機関を提供する。【解決手段】第一噴射孔からシリンダライナの内壁面または仮想延長内壁面までの距離を第一距離とし、第二噴射孔からシリンダライナの内壁面までの距離を第二距離とする。このとき第一距離が第二距離よりも大きくされているので、第一噴射孔から噴射された噴霧をシリンダライナ内壁面に対して到達しにくくすることができる。さらに、第一孔径を第二孔径よりも大きくすることで、第一噴射孔が第二噴射孔よりも多量の燃料を噴射する。このようにすることで、燃料がシリンダライナ壁面に到達しにくい第一噴射孔に、多量の燃料噴射を分担させることができる。【選択図】図１
2019173689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ中心軸を持つ筒状のシリンダライナと、
前記シリンダライナの内部に設けられたピストンと、
前記シリンダライナの上方に設けられ、前記ピストンの上面とともに燃焼室を形成する燃焼室天井面を備えたシリンダヘッドと、
前記燃焼室天井面の中央部に設けられた点火プラグと、
前記燃焼室天井面の前記中央部において前記点火プラグの隣に設けられた直噴インジェクタと、
を備え、
前記燃焼室天井面における前記直噴インジェクタの配設位置は、前記シリンダ中心軸と前記燃焼室天井面との交点からずらされており、
前記直噴インジェクタのノズル中心軸が、前記シリンダ中心軸に対して傾けられており、
前記直噴インジェクタのノズル先端には、第一孔径を有する第一噴射孔および第二孔径を有する第二噴射孔が設けられ、
前記第一噴射孔は第一方向軸を中心軸とする放射状燃料噴霧を噴射し、前記第一方向軸は前記ノズル中心軸に対して傾けられ、
前記第二噴射孔は第二方向軸を中心軸とする放射状燃料噴霧を噴射し、前記第二方向軸は前記ノズル中心軸に対して前記第一方向軸とは異なる角度で傾けられて前記シリンダライナの内壁面と交差し、
前記第一方向軸が前記シリンダライナの内壁面または前記内壁面を仮想的に延長した仮想延長内壁面と交差する点と前記第一噴射孔との間の距離を、第一距離とし、
前記第二方向軸が前記シリンダライナの前記内壁面に交差する点と前記第二噴射孔との間の距離を、第二距離とし、
前記第一距離は、前記第二距離よりも大きく、
前記第一孔径は、前記第二孔径よりも大きい内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開平５−３０６６１８号公報に開示されているように、燃焼室天井面に直噴インジェクタを設置した内燃機関が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３０６６１８号公報
【特許文献２】特公平８−００６５９３号公報
【特許文献３】特開２０１５−５２９３０４号公報
【特許文献４】特公平７−１２２４０５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、直噴インジェクタのノズルに設けられた複数の噴射孔から、複数の放射状噴霧が噴射される。複数の噴射孔は、ノズル先端に異なる方向を向けて設けられている。これにより、燃焼室内において、シリンダ中心軸周りに複数の放射状噴霧が分散して放たれる。
【０００５】
一部の噴射孔は、シリンダ中心軸に対して小さな角度で燃料を噴射する。この一部の噴射孔からの噴霧は、シリンダライナに付着しにくい。これに対し、他の噴射孔はシリンダ中心軸に対して大きな角度を持つ方向へと燃料を噴射する。このような他の噴射孔を用いた燃料噴射は、シリンダライナの内壁面への燃料付着を増大させてしまう。シリンダ内壁面への燃料付着量が多くなると、エミッション悪化などの問題が生ずるので、好ましくない。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、シリンダライナ内壁面への燃料付着を抑制するように改良された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】
【０００７】
本発明にかかる内燃機関は、
シリンダ中心軸を持つ筒状のシリンダライナと、
前記シリンダライナの内部に設けられたピストンと、
前記シリンダライナの上方に設けられ、前記ピストンの上面とともに燃焼室を形成する燃焼室天井面を備えたシリンダヘッドと、
前記燃焼室天井面の中央部に設けられた点火プラグと、
前記燃焼室天井面の前記中央部において前記点火プラグの隣に設けられた直噴インジェクタと、
を備え、
前記燃焼室天井面における前記直噴インジェクタの配設位置は、前記シリンダ中心軸と前記燃焼室天井面との交点からずらされており、
前記直噴インジェクタのノズル中心軸が、前記シリンダ中心軸に対して傾けられており、
前記直噴インジェクタのノズル先端には、第一孔径を有する第一噴射孔および第二孔径を有する第二噴射孔が設けられ、
前記第一噴射孔は第一方向軸を中心軸とする放射状燃料噴霧を噴射し、前記第一方向軸は前記ノズル中心軸に対して傾けられ、
前記第二噴射孔は第二方向軸を中心軸とする放射状燃料噴霧を噴射し、前記第二方向軸は前記ノズル中心軸に対して前記第一方向軸とは異なる角度で傾けられて前記シリンダライナの内壁面と交差し、
前記第一方向軸が前記シリンダライナの内壁面または前記内壁面を仮想的に延長した仮想延長内壁面と交差する点と前記第一噴射孔との間の距離を、第一距離とし、
前記第二方向軸が前記シリンダライナの前記内壁面に交差する点と前記第二噴射孔との間の距離を、第二距離とし、
前記第一距離は、前記第二距離よりも大きく、
前記第一孔径は、前記第二孔径よりも大きい。
【発明の効果】
【０００８】
第一噴射孔からシリンダライナの内壁面または仮想延長内壁面までの距離を第一距離とし、第二噴射孔からシリンダライナの内壁面までの距離を第二距離とする。このとき第一距離が第二距離よりも大きくされているので、第一噴射孔から噴射された噴霧をシリンダライナ内壁面に対して到達しにくくすることができる。さらに、第一孔径を第二孔径よりも大きくすることで、第一噴射孔が第二噴射孔よりも多量の燃料を噴射する。このようにすることで、燃料がシリンダライナ壁面に到達しにくい第一噴射孔に、多量の燃料噴射を分担させることができる。これとともに、第一噴射孔と比べて燃料がシリンダライナ壁面に到達しやすい第二噴射孔に対しては、第一噴射孔よりも少量の燃料噴射を分担させることができる。複数の噴射孔からシリンダライナ内壁面への噴霧の到達しやすさに応じて複数の噴射孔に燃料噴射量を適切に配分することで、シリンダライナ内壁面への燃料付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる内燃機関を示す側断面図である。
【図２】実施の形態にかかる内燃機関をＸ矢印方向に見て得られる下面視を表す図である。
【図３】実施の形態にかかる内燃機関の作用効果を説明するための図である。
【図４】実施の形態にかかる内燃機関の作用効果を説明するための図である。
【図５】実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関を示す側断面図である。
【図６】実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関の作用効果を説明するための図である。
【図７】実施の形態にかかる内燃機関の作用効果を説明するための図である。
【図８】実施の形態にかかる内燃機関の作用効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、実施の形態にかかる内燃機関１０を示す側断面図である。図２は、実施の形態にかかる内燃機関１０をＸ矢印方向に見て得られる下面視を表す図である。内燃機関１０は、筒状のシリンダライナ１２と、シリンダライナ１２の内部に設けられたピストン１３と、シリンダヘッド１４と、点火プラグ２３と、直噴インジェクタ２０と、吸気ポート１５および排気ポート１６と、吸気ポート１５を開閉する吸気バルブ２１と、排気ポート１６を開閉する排気バルブ２２と、を備えている。
【００１１】
シリンダヘッド１４は、シリンダライナ１２の上方に設けられている。シリンダヘッド１４は、ピストン１３の上面とともに燃焼室を形成する燃焼室天井面１４ａを備えている。点火プラグ２３は、燃焼室天井面１４ａの中央部に設けられている。直噴インジェクタ２０は、燃焼室天井面１４ａの中央部において点火プラグ２３の隣に設けられている。吸気ポート１５および排気ポート１６は、シリンダヘッド１４に設けられて燃焼室天井面１４ａに連通する。
【００１２】
図１に示すように、筒状のシリンダライナ１２は、シリンダ中心軸ＡＣＬを持っている。燃焼室天井面１４ａにおける直噴インジェクタ２０の配設位置は、シリンダ中心軸ＡＣＬと燃焼室天井面１４ａとの交点からずらされている。直噴インジェクタ２０のノズル中心軸ＡＮＺが、シリンダ中心軸ＡＣＬに対して傾けられている。これは、点火プラグ２３に対して直噴インジェクタ２０のノズル先端を近づけるためである。触媒暖機時の燃焼安定性を高めるために、点火プラグ２３の付近で燃料を噴射することができる。
【００１３】
直噴インジェクタ２０は、図２に示す「Ｆｒ−Ｒｒ方向」に見て対称に配置された６つの噴射孔を有する。６つの噴射孔は、直噴インジェクタ２０のノズル先端に設けられている。６つの噴射孔は、第一孔径を有する二つの第一噴射孔と、第二孔径を有する二つの第二噴射孔と、第三孔径を有する二つの第三噴射孔とを含む。これらの第一〜第三噴射孔は、筒内での燃料均質性を高めるために放射状の燃料噴霧を噴射する。
【００１４】
第一噴射孔は、第一方向軸Ａ１を中心軸とする第一放射状燃料噴霧３１を噴射する。第一方向軸Ａ１はノズル中心軸ＡＮＺに対して、第一角度θ１だけ傾けられている。
【００１５】
第二噴射孔は、第二方向軸Ａ２を中心軸とする第二放射状燃料噴霧３２を噴射する。第二方向軸Ａ２は、ノズル中心軸ＡＮＺに対して第二角度θ２で傾けられている。第二方向軸Ａ２は、シリンダライナ１２の内壁面と交差している。
【００１６】
第三噴射孔は、第三方向軸Ａ３を中心軸とする第三放射状燃料噴霧３３を噴射する。第三方向軸Ａ３は、ノズル中心軸ＡＮＺに対して第三角度θ３で傾けられている。第三方向軸Ａ３は、シリンダライナ１２の内壁面と交差している。
【００１７】
第二噴射孔は、排気バルブ２２の設けられた側に向けて第二放射状燃料噴霧３２を噴射する。第三噴射孔は、吸気バルブ２１の設けられた側に向けて第三放射状燃料噴霧３３を噴射する。第一噴射孔は、第二噴射孔の噴射方向と第三噴射孔の噴射方向との間に挟まれるように第一放射状燃料噴霧３１を噴射する。
【００１８】
図１は、図２のＹ−Ｙ線に沿って内燃機関１０を切断したときの断面視である。図１は、シリンダ中心軸ＡＣＬを含みシリンダ中心軸ＡＣＬと平行な仮想平面に沿って内燃機関１０を切断したときの断面に対して、第一放射状燃料噴霧３１、第二放射状燃料噴霧３２、および第三放射状燃料噴霧３３を投影したものである。
【００１９】
仮想延長内壁面１２ａは、シリンダライナ１２の内壁面を仮想的に延長したものである。第一方向軸Ａ１が仮想延長内壁面１２ａと交差する点を、第一交点Ｐ１とする。第二方向軸Ａ２がシリンダライナ１２の内壁面に交差する点を、第二交点Ｐ２とする。第三方向軸Ａ３がシリンダライナ１２の内壁面に交差する点を、第三交点Ｐ３とする。
【００２０】
第一交点Ｐ１と、第一放射状燃料噴霧３１を噴射する第一噴射孔との間の距離を、「第一距離」とする。第二交点Ｐ２と、第二放射状燃料噴霧３２を噴射する第二噴射孔との間の距離を、「第二距離」とする。第三交点Ｐ３と、第三放射状燃料噴霧３３を噴射する第三噴射孔との間の距離を、「第三距離」とする。
【００２１】
第一角度θ１は、第二角度θ２および第三角度θ３よりも小さくされている。また、第一距離＞第三距離＞第二距離の順に距離が長くされている。さらに、第一孔径＞第三孔経＞第二孔径の順に孔径が大きくされ、この順に燃料噴射量が多くなるように直噴インジェクタ２０が構築されている。つまり、排気バルブの側の第二噴射孔からの第二放射状燃料噴霧３２の燃料量が最も少ない。その次に、排気バルブの側の第三噴射孔からの第三放射状燃料噴霧３３の燃料量が二番目に少ない。第一噴射孔からの第一放射状燃料噴霧３１の燃料量が、最も多い。
【００２２】
排気バルブ２２の設けられた側へ第二放射状燃料噴霧３２を噴射する第二噴射孔の孔径を絞ることで、シリンダライナへの燃料付着量を抑制することができる。また、上述したように第二噴射孔と第三噴射孔との中間に位置する第一噴射孔の噴射角度（すなわち第一角度θ１）は、第二噴射孔および第三噴射孔の噴射角度（すなわち第二角度θ２および第三角度θ３）よりも小さくされている。これにより、第一放射状燃料噴霧３１とシリンダライナ１２との間の距離を大きく確保することができる。排気バルブ２２の設けられた側の第二噴射孔について流量を絞った分、第一噴射孔が噴射する燃料流量を増加させることで、シリンダライナ１２に到達するまでに気化を促進し、燃料付着を抑制することができる。
【００２３】
図５は、実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関１１０を示す側断面図である。比較例にかかる内燃機関１１０では、直噴インジェクタ１２０が、燃料の等流量分配を行うように構築されている。つまり、比較例では、第一噴射孔〜第三噴射孔の孔径を同じ大きさとすることで、第一放射状燃料噴霧１３１、排気バルブ２２の側の第二放射状燃料噴霧１３２、および吸気バルブ２１の側の第三放射状燃料噴霧１３３が等しい流量となっている。図６は、実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関１１０の作用効果を説明するための図である。図６と図４とを比較すると、図６の比較例の構造では、破線枠Ｃで示すように、実施の形態よりも燃料付着が多くなってしまうという問題がある。
【００２４】
燃料付着の問題を更に説明する。内燃機関１０が特に過給エンジンである場合には、内燃機関１０の排気系に設置された排気触媒の排気ガス浄化率向上のために、急速触媒暖機時の熱量を確保する必要がある。この熱量確保は燃焼室天井面１４ａの中央に直噴インジェクタ２０を配置することで実現されるが、このような中央配置の直噴インジェクタ２０ではシリンダライナ１２の内壁面への燃料付着が増加してしまうおそれがある。すなわち、燃焼室天井面１４ａの中央に直噴インジェクタ２０が配置されると、各噴射方向において噴射孔からシリンダライナ１２までの距離が近くなる。その結果、シリンダライナ１２の内壁面への燃料付着量が増加してしまうおそれがある。
【００２５】
例えば、排気バルブ２２の設けられた側の第二噴射孔は、シリンダライナ１２に対して燃料付着量が多くなりがちである。そこで、排気バルブ２２の設けられた側の第二噴射孔の孔径を小さくして流量を絞ることで、シリンダライナ１２への燃料付着量を低減することが考えられる。しかし、燃料噴射量の合計量を一定にする条件を満たすためには、一部の噴射孔の流量を絞ると他の噴射孔の流量が増加することになる。第二噴射孔の流量を絞った分だけ、シリンダライナ１２の内壁面における他の部位への燃料付着量が増加してしまうおそれがある。
【００２６】
この点、実施の形態では、複数の噴射孔からシリンダライナ１２内壁面への噴霧の到達しやすさに応じて、複数の噴射孔に燃料噴射量を適切に配分している。これにより、シリンダライナ１２の内壁面への燃料付着を抑制することができる。
【００２７】
図３および図４は、実施の形態にかかる内燃機関１０の作用効果を説明するための図である。前述したように、第一交点Ｐ１と第一噴射孔との間の距離が第一距離であり、第二交点Ｐ２と第二噴射孔との間の距離が第二距離である。実施の形態では第一距離が第二距離よりも大きくされているので、第一噴射孔から噴射された噴霧をシリンダライナ１２内壁面に対して到達しにくくすることができる。
【００２８】
さらに、実施の形態では、第一孔径を第二孔径よりも大きくすることで、第一噴射孔が第二噴射孔よりも多量の燃料を噴射する。このようにすることで、燃料がシリンダライナ１２の内壁面に到達しにくい第一噴射孔に、多量の燃料噴射を分担させることができる。これとともに、第一噴射孔と比べて燃料がシリンダライナ１２の内壁面に到達しやすい第二噴射孔に対しては、第一噴射孔よりも少量の燃料噴射を分担させることができる。複数の噴射孔からシリンダライナ１２内壁面への噴霧の到達しやすさに応じて複数の噴射孔に燃料噴射量を適切に配分することで、シリンダライナ１２内壁面への燃料付着を抑制することができる。これにより図４の破線枠Ｂに示すように燃料付着を抑制することができる。
【００２９】
図７および図８は、実施の形態にかかる内燃機関１０の作用効果を説明するための図である。シリンダライナ１２の内壁面までの距離の近い第二噴射孔の孔径を絞ることおよび気化の促進により、図７に示すように比較例に比べて壁面燃料付着量を抑制することができる。燃料付着量の低減効果によって、筒内の燃料付着に起因するＰＮ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｎｕｍｂｅｒ）も図８に示すように低減することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０、１１０  内燃機関
１２  シリンダライナ
１２ａ  仮想延長内壁面
１３  ピストン
１４  シリンダヘッド
１４ａ  燃焼室天井面
１５  吸気ポート
１６  排気ポート
２０、１２０  直噴インジェクタ
２１  吸気バルブ
２２  排気バルブ
２３  点火プラグ
３１、１３１  第一放射状燃料噴霧
３２、１３２  第二放射状燃料噴霧
３３、１３３  第三放射状燃料噴霧
Ａ１  第一方向軸
Ａ２  第二方向軸
Ａ３  第三方向軸
ＡＣＬ  シリンダ中心軸
ＡＮＺ  ノズル中心軸
Ｐ１  第一交点
Ｐ２  第二交点
Ｐ３  第三交点
θ１  第一角度
θ２  第二角度
θ３  第三角度
【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】
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【図７】
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【図８】
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