(57)【要約】【課題】本発明は、主噴射時における燃料の着火燃焼性を確保しつつ、主噴射以外の噴射時の燃料のシリンダ壁面への衝突を防げるディーゼル機関を提供する。【解決手段】本発明のディーゼル機関は、シリンダ３の周辺に斜めの向きで配置したインジェクタ１４の先端部に、シリンダ３の径方向に複数の噴口１７を一列に並ばせ、ピストン４の燃焼室５内へ向け、噴霧形状が扇状をなすように各噴口１７から燃料を独立に噴霧する噴口部１６を設ける構造を採用することで、各噴口１７から燃料を周囲の空気と混合させ良好に霧化させて圧縮空気を熱源に圧縮着火燃焼させるともに、主噴射以外の噴射のときは燃料をシリンダ壁面に到達する前に蒸発させて、オイルの希釈や油膜切れをもたらす燃料の衝突を防げるようにした。【選択図】　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端面に燃焼室を有するピストンが往復動可能に設けられたシリンダと、前記シリンダの上面を覆うシリンダヘッドの下面に設けられ先端部から前記シリンダ内へ燃料を噴霧するインジェクタと、前記シリンダ内に連通する吸気および排気通路とを具備し、
前記インジェクタが前記シリンダの周辺に斜めの向きで配置され、
当該インジェクタの先端部には、前記シリンダの軸線と斜めに交差する面に沿って複数の噴口を一列に並ばせてなり、前記ピストンの燃焼室内へ向け、噴霧形状が扇状をなすように各噴口から燃料を独立に噴霧する噴口部が設けられる
ことを特徴とするディーゼル機関。
【請求項２】
前記一列に並んだ噴口は、ピストンの上死点の前後クランク角３０°近傍の噴射時期で噴霧されるとき、各噴口からの噴霧燃料が相互に干渉せずに前記各噴射時期に存在する前記ピストンの燃焼室内へ到達するように構成してあることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関。
【請求項３】
前記燃焼室が、前記インジェクタ側から前記インジェクタと対向する側に向かって前記ピストンの内部に傾斜する底面、及び前記底面から隆起して形成され、前記吸気通路によって生成される縦渦流を反転しうる側壁面から構成されたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インジェクタからの燃料を圧縮着火させて燃焼させるディーゼル機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン（ディーゼル機関）は、通常、シリンダヘッドの下面中央にインジェクタが配置してある。そして、主噴射と称して、圧縮行程の後期、具体的にはピストンが上死点近傍にあるとき、インジェクタの先端部にある複数の噴口から、ピストンの先端面中央に形成してある円形な燃焼室内へ燃料を噴霧して、該燃料を圧縮着火により燃焼させている。
【０００３】
またディーゼルエンジンでは、動力を確保する主噴射以外に、爆発的燃焼の回避、ＮＯｘの発生低減、予混合圧縮着火燃焼、排気ガス処理装置の活性化や触媒活性化の排温上昇などのために、その主噴射の前後の圧縮行程後期や膨張行程などで燃料を噴射することが行われている。具体的には、上死点を挟む前後クランク角３０°の近傍で、直前パイロット噴射やアフタ噴射と称して微量燃料を噴射したり、主噴射前の上死点からクランク角６０°の近傍で、早期パイロット噴射と称して微量燃料を噴射したり、主噴射後の上死点からクランク角１２０°の付近で、ポスト噴射と称して微量燃料を噴射したりしている。
【０００４】
ところで、インジェクタの先端部の各噴口は、通常、インジェクタの周方向に並ぶ環状の配置としてあり、ピストンが上死点近傍にある主噴射時期のとき、シリンダの中心から燃焼室の周壁に向けて燃料が放射状へ噴射されるようにしてある。この主噴射時、燃料は燃焼室内に止まるので、インジェクタから噴霧された燃料が、直接、シリンダの壁面を形成するシリンダライナの壁面には付着することはない。
【０００５】
これに対し、主噴射以外のパイロット噴射時やアフタ噴射時やポスト噴射時は、ピストンが上死点から離れる。このため、インジェクタから噴霧された燃料は、ピストンの燃焼室からはみ出したりあるいは燃焼室に到達せずにそのままシリンダの壁面をなすシリンダライナへ向かう。
【０００６】
ところが、インジェクタから噴霧方向のシリンダ壁面までの距離は短いので、インジェクタからの燃料は、蒸発せずに、壁面部分をなすシリンダライナに衝突してしまう（ライナアタック）。特に高圧で燃料噴霧するコモンレール式の燃料噴射構造のディーゼルエンジンは、こうした燃料の衝突が発生しやすい。燃料の衝突は、シリンダライナの壁面に付着しているオイルを洗い流して、オイル溜りのオイルを希釈させたり、シリンダライナの壁面に形成されている油膜を消失させてピストンリングの円滑な摺動を損なわせたりする問題がある。
【０００７】
一方、火花点火式エンジン、具体的には筒内噴射式のガソリンエンジンでは、シリンダの周辺で斜めの下向きに配置したインジェクタの先端部に、横方向に延びるスリットで形成される噴口を形成し、このスリットで複数の噴口を１個所にする構造を採用して、ピストンが上死点近傍にあるとき、シリンダの周辺から斜め下方向の向きで燃料をピストンの燃焼室内へ横方向に拡がる形状で噴霧させる構造がある。
【０００８】
この噴射構造は、インジェクションの先端部から噴霧方向のシリンダライナの壁面までの距離がかせげるので、同構造をディーゼルエンジンに適用することが考えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ディーゼルエンジンには不適である。
【００１０】
すなわち、ディーゼルエンジンの燃焼は、ガソリンエンジンのような点火プラグで混合気を点火させて燃焼するのではなく、高圧縮の空気を熱源として燃料が多点で自着火して燃焼、すなわち圧縮着火により燃焼する。このため、ディーゼルエンジンでは、良好に圧縮着火を行わせるために、インジェクタから噴射した燃料を霧化させることが求められる。しかも、黒煙の低減など排気ガスの良化のためには、燃料は十分な霧化が要求される。
【００１１】
ところが、上記したスリット状の噴口から燃料を噴射する構造は、燃料がスリット形の塊状のまま扇状に噴射されるので、空気に触れる部位は塊状の最外側だけとなる。このため、同構造だと、空気と混ざり合う機会が少なく、燃料の霧化は十分に行えず、ディーゼル燃焼ができない。
【００１２】
そこで、本発明は、主噴射時における燃料の着火燃焼性を確保しつつ、主噴射以外の噴射時における燃料のシリンダ壁面への衝突を防げるディーゼル機関を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、シリンダの周辺に斜めの向きで配置したインジェクタの先端部に、シリンダの軸線と斜めに交差する面に沿って複数の噴口を一列に並ばせ、ピストンの燃焼室内へ向け、噴霧形状が扇状をなすように各噴口から燃料を独立に噴霧する噴口部を設けた。
【００１４】
同構成により、インジェクタの各噴口からは、燃料が、ピストンの燃焼室内に向け、それぞれ空気と触れながら、横一列に並んで噴射されるから、燃料は周囲の空気と混合して良好に霧化し、圧縮された空気を熱源に霧化燃料が圧縮着火して燃焼するようになる。
【００１５】
しかも、インジェクタの斜め配置によって、インジェクタの先端部から噴霧方向のシリンダ壁面までの距離がかせげるから、ピストンが上死点から離れた時期に燃料噴射が行われても、各噴口からの燃料噴霧は、シリンダ壁面に到達する前、熱で蒸発するので、オイルの希釈や油膜切れをもたらす燃料の衝突が防げる。
【００１６】
特に主噴射時は、先の霧化のしやすさに、インジェクタの先端部からピストンの燃焼室までの距離が長くなる挙動が加わるので、良好な燃焼が約束される。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、主噴射以外で多く用いられる噴射時期で良好な着火燃焼性が確保されるよう、一列に並んだ噴口は、ピストンの上死点の前後クランク角３０°近傍の噴射時期で噴霧されるとき、噴霧燃料が各噴口から相互に干渉せずにピストンの燃焼室内へ到達するように構成した。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、さらに良好な燃焼が確保されるよう、燃焼室が、インジェクタ側からインジェクタと対向する側に向かってピストンの内部に傾斜する底面、及び底面から隆起して形成され、吸気通路によって生成される縦渦流を反転しうる側壁面から構成した。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１ないし図６に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【００２０】
図１は、ディーゼルエンジン（ディーゼル機関）の主要部の断面図を示していて、図中１はシリンダブロック、１０は同シリンダブロック１の頭部に搭載されたシリンダヘッドを示している。
【００２１】
シリンダブロック１の上部には、筒状のシリンダライナ２が埋め込んであり、内部に筒状のシリンダ３を形成している。このシリンダ３内には、往復動可能にピストン４が収めてある。このピストン４の先端面（上面）には、例えば円形状の凹部で形成される燃焼室５が設けてある。このピストン４が、コンロッド４ａを介して、シリンダブロック１の下部に組付けてあるクランクシャフト（図示しない）に回転自在に連結してある。なお、４ｂはピストン４の外周面に組付けてあるピストンリングを示す。
【００２２】
シリンダヘッド１０には、図１に示されるように直立ポートで形成される吸気通路１１、屈曲ポートで形成される排気通路１２が直径方向に並んで形成されている。このうち吸気通路１１の出口端は、図５に示されるように二股に分かれ、その各端がシリンダヘッド１０の下面（シリンダ３と向き合う部位）に開口している。吸気通路１１の入口端は、上方へ直立してインテークマニホルド（図示しない）と連通していて、シリンダ３内へ燃焼用空気が導入されるようにしてある。また排気通路１２の入口端は、図５に示されるように二股に分かれ、その各端が吸気通路１１の出口端と隣接したシリンダヘッド１０の下面部分の地点に開口している。また排気通路１２の出口端は、エキゾーストマニホルド（図示しない）と連通していて、燃焼を終えたシリンダ３内の排ガスが外部へ導出されるようにしてある。なお、吸気通路１１の出口端には吸気弁１１ａが設けられ、排気通路１２の入口端には排気弁１２ａが設けてある。
【００２３】
シリンダヘッド１０には、図１〜図３、図５および図６に示されるようにシリンダ３の周辺部に位置して、インジェクタ１４が組付けてある。このインジェクタ１４は、先端部を吸気通路１１の各出口端間の部分からシリンダ３内に臨ませた、斜め下向きの姿勢で取付けてある。このインジェクタ１４の先端部には噴口部１６が形成されていて、図示しないコモンレールからインジェクタ１４へ供給される高圧燃料がインジェクタ１４の先端部から斜め下向きに噴霧されるようにしている。このインジェクタ１４に設けられた図示しない開閉弁によって、ピストン４が上死点近傍にある主噴射時期、それ以外の上死点前後のクランク角３０°近傍の直前パイロット噴射時期やアフタ噴射時期、上死点前のクランク角６０°近傍の早期パイロット噴射時期、上死点後のクランク角１２０°近傍のポスト噴射時期などのとき、燃料がシリンダ３内へ噴射されるようにしている。
【００２４】
このインジェクタ１４の噴口部１６に工夫が施してある。すなわち、噴口部１６は、図４（ａ），（ｂ）に示されるように複数の小径の噴口１７を横方向に一列、具体的にはシリンダ３の直径方向又は、シリンダ軸線に対して斜めに交差する面に沿って例えば５つの噴口１７を一列に並べた構造が用いられる。これにより、各噴口１７から独立して燃料がコーン状に噴霧されるようにしてある。そして、各噴口１７は、各噴口１７から噴霧される噴霧燃料ａ〜ｅと空気との接触が損なわれないよう所定の間隔で扇状に配置させてある。これにより、各コーン状の噴霧燃料ａ〜ｅ間に空気層が介在されるようにして、縦方向（シリンダ３の軸心方向）は狭く横方向（シリンダ３の径方向）は幅広の噴霧形状、すなわち偏平な扇状に燃料が噴霧されるようにしている。特に各噴口１７は、ピストン４の上死点前後のクランク角３０°近傍の時期に燃料が噴霧されるとき、各噴口１７からの噴霧燃料ａ〜ｅが相互に干渉しないまま、当該噴射時期に存在するピストン４の燃焼室５内へ到達させる間隔や形状に定めてある。
【００２５】
インジェクタ１４の向きは、図１に示されるようにピストン４が上死点近傍にある主噴射の開始のとき、同位置で存在する燃焼室５のインジェクタ１４側の壁面に沿って斜めに噴射され、図２に示されるピストン４が上死点から下がるとき、同位置で存在する燃焼室５のインジェクタ１４とは反対側の壁面へ向かう斜めの噴射となる姿勢に定めてある。また燃焼室５は、図１に示されるようなピストン４が上死点にあるときでも、図２に示されるようなピストン４が上死点から下がるときでも、図５に示されるようにインジェクタ１４から扇状に噴霧される燃料をはみ出さずに内部に止める大きさや形状にしてある。
【００２６】
さらに吸気通路１１の各出口側の内面には、図４（ａ），（ｂ）に示されるように当該出口端からの燃焼用空気をインジェクタ１４寄りへ偏流させて燃焼室５内の片側から流入させる手段、例えば偏流突起１８がそれぞれ設けられていて、吸気行程のとき、図６中の矢印に示されるように燃焼室５内で縦渦流の空気の流動が生じるようにしてある。またこの空気の流動を促進するために、燃焼室５の底面５ａには、インジェクタ１４側から反対側に向かって下がる勾配が形成されると共に、この縦渦流をスムーズに反転しうるように、底面５ａから隆起する側壁面５ｂが形成されている。この空気の流動により、ピストン４の動きを利用して燃焼室５の内部で縦渦流がスムーズに生起されるようにしてある。
【００２７】
そして、一列に並んだ噴口構造により、主噴射でも、主噴射以外の噴射時期の噴射でも、良好なディーゼル燃焼が行えるようにしている。
【００２８】
すなわち、ピストン４が、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程にしたがいシリンダ３内を往復動しているとする。
【００２９】
このうち吸気行程のとき、図６（ａ）に示されるように開弁した吸気弁１１ａ、偏流突起１８を通じて、燃焼空気が、ピストン４の頭部の燃焼室５内へ斜め方向から導入される。これにより、同図中の矢印で示されるように燃焼室５内には、縦渦流の空気流動が生じる。
【００３０】
続く圧縮行程、すなわちピストン４の上死点に向かう動きにより、縦渦流の速度が増す。
【００３１】
主噴射は、このピストン４が上死点近傍の地点にまで上昇したとき、インジェクタ１４の噴口部１６から燃焼室５に向け所定量の燃料を噴霧することで行われる。
【００３２】
このときの噴霧は、横一列に扇状に並べた各噴口１７から独立して行われるから、噴霧パターンとしては、図４（ａ）および図５に示されるように各噴口１７から噴霧されたコーン状の噴霧燃料ａ〜ｅが空気層を挟んで横に並ぶ扇状をなす。
【００３３】
すると、各噴口１７からの噴霧燃料ａ〜ｅは、それぞれ空気と触れながら、横一列に並んだ扇形の状態まま、図１、図２および図５に示されるようにピストン４の燃焼室５内へ至り、周囲の空気と混合して良好に霧化する。特に噴霧燃料ａ〜ｅは、燃焼室５内で縦渦流動している燃焼空気と混ざり合い、当該噴霧燃料ａ〜ｅは速やかに霧化される。これにより、霧化燃料ａ〜ｅは、圧縮されたシリンダ３内の空気を熱源として多点で圧縮着火して拡散しながら燃焼される。
【００３４】
一方、主噴射以外の噴射、例えば上死点前後のクランク角３０°近傍を噴射時期とした直前パイロット噴射時やアフタ噴射時や上死点前のクランク角６０°近傍を噴射時期とした早期パイロット噴射時や上死点後のクランク角１２０°近傍を噴射時期としたポスト噴射時が行われたとする。このときは、燃料の噴霧は、例えば図３中の実線で示すピストン４が上死点から離れた時期、図３中の二点鎖線で示すそれよりピストン４が離れた時期などで行われる。これにより、噴霧燃料ａ〜ｅはそのままシリンダ３の壁面へ向かう。
【００３５】
このとき、インジェクタ１４の斜め配置により、噴口部１６から噴霧方向のシリンダ３の壁面までの距離をかせいであるから（長くなるから）、噴霧燃料ａ〜ｅはシリンダ３の壁面に到達する前に熱で蒸発し、シリンダ３の壁面には到達しない。
【００３６】
それ故、主噴射時は着火燃焼性が確保でき、主噴射以外の噴射時はオイルの希釈や油膜切れをもたらす燃料のシリンダ壁面への衝突を防ぐことができる。特に主噴射時や主噴射以外の噴射時は、いずれも霧化がしやすい状況に、燃焼室５までの距離が長く挙動が加わるので、安定した圧縮着火燃焼が確保できる。
【００３７】
しかも、各噴口１７からの噴霧燃料ａ〜ｅは、少なくとも上死点前後のクランク角３０°近傍にあるときのピストン４の燃焼室５に到達するまでは、相互が干渉しないようにしてあるので、多用される直前パイロット噴射やアフタ噴射なども、燃焼室５に到達するまでの間で噴霧燃料ａ〜ｅの霧化が速やかに進み、安定かつ良好な圧縮着火燃焼が確保できる。
【００３８】
そのうえ、主噴射の燃料は、底面５ａ及び側壁面５ｂに沿って縦渦状に流動している燃焼室５内へ噴霧されるので、噴霧の燃焼室５の壁面への付着が防止され、良好な燃焼が確保できる。
【００３９】
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば一実施形態では、偏流突起１８を用いて縦渦流を形成したが、これに限らず、吸気通路１１は偏流突起１８無しの直立ポートのみで縦渦流を形成するものや、インジェクタ１４の反対側から燃焼用空気を導入して縦渦流を形成するものでも良い。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、主噴射時の燃料の着火燃焼性を確保しつつ、主噴射以外の燃料のシリンダ壁面への衝突を防止することができる。
【００４１】
請求項２の発明によれば、上記効果に加え、主噴射以外で多く用いられる上死点前後３０°近傍の燃料噴射時において、安定かつ良好な着火燃焼性が確保できるといった効果を奏する。
【００４２】
請求項３の発明によれば、さらに良好な縦渦流が形成され、噴霧の燃焼室の壁面への付着が防止されるので、良好な燃焼が確保できるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のディーゼルエンジンの主要部を、ピストンが上死点にある主噴射時における燃料の噴霧状態と共に示す断面図。
【図２】同ピストンが上死点から下がった状態を示す断面図。
【図３】主噴射以外の噴射時における燃料の噴霧状態を示す断面図。
【図４】（ａ）は、インジェクタの噴口部の構造を、噴霧パターンと共に示す正面図。
（ｂ）は、その側面図。
【図５】図２中のＡ−Ａ線に沿う平断面図。
【図６】（ａ）は、吸気行程における燃焼空気の流動を説明するための断面図。
（ｂ）は、同図６（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う吸気通路の平断面図。
【符号の説明】
３…シリンダ
４…ピストン
５…燃焼室
１４…インジェクタ
１６…噴口部
１７…噴口。
【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】
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