(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの吸気側（４；４’）の吸気バルブ（３；３’）と、少なくとも１つの排気側（６；６’）の排気バルブ（５；５’）と、燃料の燃焼室（２）への噴射のための中央の噴射ノズル（１２；１２’）とを備えた燃焼室（２）を有する内燃機関の燃料噴射システム（１；１’）に関する。噴射ノズル（１２，１２’）は少なくとも２つの噴射孔（１３ａ，１３ｂ，１３’ａ，１３’ｂ，１３’ｃ，１３’ｄ，１３’ｅ，１３’ｆ）を有し、これらは、排気側（６，６’）に噴射される燃料量が吸気側（４，４’）に噴射される燃料量より少なくなるように配置又は形成される。  これによって、特に排気の少ない内燃機関の運転が達成可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの吸気側（４’）の吸気バルブ（３’）と、少なくとも１つの排気側（６’）の排気バルブ（５’）と、燃料の燃焼室（２）への噴射のための中央の噴射ノズル（１２’）とを備えた前記燃焼室（２）を有する内燃機関の燃料噴射システム（１’）であって、
前記噴射ノズル（１２’）は、６つの噴射孔（１３’ａ，１３’ｂ，１３’ｃ，１３’ｄ，１３’ｅ，１３’ｆ）を備え、
２つの噴射孔（１３’ａ，１３’ｂ）によって燃料の第一部分量を前記吸気側（４’）に噴射可能であり、
２つの噴射孔（１３’ｃ，１３’ｄ）によって燃料の第二部分量を前記排気側（６’）に噴射可能であり、
２つの噴射孔（１３’ｅ，１３’ｆ）によって燃料の第三部分量を、軸方向（Ａ）に延びる吸気側（４’）と排気側（６’）との間の境界領域（１５’）に噴射可能であり、
前記燃料の第二部分量は前記燃料の第一部分量と第三部分量のそれぞれよりも少なく、
前記燃料の第一部分量は前記燃料の第三部分量と実質的に等しい
ことを特徴とする燃料噴射システム（１’）。
【請求項２】
前記噴射ノズル（１２’）は、前記燃焼室（２）に噴射される燃料が燃焼室壁（１４’）にもピストン（１３）にも当たらないように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射システム（１’）。
【請求項３】
前記噴射孔（１３’ａ，１３’ｂ，１３’ｃ，１３’ｄ，１３’ｅ，１３’ｆ）は、円錐形の噴射形状の燃料噴射がもたらされ、前記燃料噴射が実質的に８０°の開口角度を有するように配置されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射システム（１’）。
【請求項４】
前記噴射ノズル（１２’）は前記燃焼室（２）の軸（Ｚ）上に配置され、及び／又は、
前記噴射ノズル（１２’）は前記燃焼室（２）の前記軸（Ｚ）に対して０°≦φ≦２０°の角度で配置される
ことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射システム（１’）。
【請求項５】
全体の使用燃料量のうち、前記燃料の第一部分量はその約４２％、前記燃料の第二部分量はその約１８％、前記燃料の第三部分量はその約４０％であることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射システム（１’）。
【請求項６】
少なくとも１つの噴射孔（１３’ａ，１３’ｂ，１３’ｃ，１３’ｄ，１３’ｅ，１３’ｆ）の長さが約２００μｍであることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射システム（１’）。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の燃料噴射システム（１’）を備えた内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の燃料噴射システム、及び、このような燃料噴射システムを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接噴射によるガソリンエンジンでは、いわゆる内燃機関の均質運転において、噴射ノズルによって燃焼室における最善の燃料の分配と、効率的で低汚染の燃料と空気との混合気の燃焼が達成されなければならない。この目的のために、従来の燃料噴射システムでは多くの場合噴射ノズルの形式で噴射バルブが使用され、これは内側へ向かって開き、コーンビームを発する。このような噴射ノズルは通常５〜７個の噴射孔を備える。燃料の良好な微粒化を達成するために、燃料は噴射ノズルによって２０ＭＰａまでの燃料圧のもとで燃焼室へ噴射されることができる。しかしながら、燃焼室の壁、内燃機関のシリンダヘッド及びピストンの表面、並びに吸気バルブの液体燃料による湿潤は、望ましくない、内燃機関の汚染物質排出の増加をもたらすため、可能な限り回避されなければならない。
【０００３】
このような望ましくない湿潤の回避のために重要であるのは、噴射される燃料噴霧と、シリンダへもたらされた空気質量の内部流入との相互作用の制御である。例えば排気ガスターボチャージャーによって給気された内燃機関では、しばしばいわゆる「タンブル流」の形で大きな空気流の動きをしており、これによって噴射される燃料の分布の影響が強化される。噴射ノズルがシリンダ上の中心に配置された内燃機関においては、噴射される燃料が空気流の動きによって燃焼室の排気側へ誘導され、これによって、ここでより大きな燃料の集中が起こり得るとともに、燃料による望ましくない燃焼室の壁の湿潤が起こり得る。
【０００４】
特許文献１は、燃料をピストン・シリンダ構造によって形成された燃焼室へ噴射する噴射ノズルと、燃焼室の中へ突出する点火プラグとを備えたガソリンエンジンのための燃料噴射システムについて記述している。噴射ノズルは燃焼室の中央領域に位置し、噴射ノズルの周辺部に配分された少なくとも一連の噴射孔を備え、こうして噴射孔による的を絞った燃料の噴射によって混合気の雲を形成することで噴射による燃焼プロセスが実現できる。この燃焼プロセスに基づき、少なくとも一つの燃料噴射がもたらされ、燃料噴射は点火のために少なくともおよそ点火プラグの方向に向けられ、点火プラグとの接触領域には気化した燃料だけが存在するように制御される。さらなる燃料噴射とともに、少なくとも一つのほぼ閉じた、及び／又は凝集する混合雲が形成され、この際、さらなる噴射と内燃機関のピストン又はシリンダ壁との実質的な接触には至らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９８ ０４ ４６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の欠点が排除、または、少なくとも低減された、燃料噴射システムの改善された実施形態を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は独立請求項の主題によって達成される。好ましい実施形態は従属請求項の主題である。
【０００８】
本発明は、少なくとも２つの噴射孔を備えた噴射ノズルが、燃焼室の排気側に噴射される燃料量が燃焼室の吸気側に噴射される燃料量より少なくなるように形成されるという一般的な考えに基づく。吸気又は排気側は、実質的に、吸気又は排気バルブのそれぞれの位置によって決定することができる。噴射ノズルの近くで強力となった排気側の方向の空気質量流のために、この領域に噴射される燃料が特に急速に望ましくなく、燃焼室の壁に到達し、そこで上述の望ましくない影響を引き起こすため、本発明に係る排気側に噴射される燃料量の減少は、燃焼室の壁の望ましくない湿潤の減少をもたらす。理想的には、そのような燃料による望ましくない湿潤は完全に回避され得る。これによって特に汚染物質排出の増加を回避することができる。
【０００９】
好ましくは少なくとも１つの吸気側のための噴射孔が、少なくとも１つの排気側のための噴射孔の第二の開口直径よりも大きい第一の開口直径を有する。このようにして、本発明に係る吸気側と反対の排気側の領域における燃料噴射量の削減が、技術的に簡易な方法で実現できる。
【００１０】
特に好ましいのは、噴射孔の開口直径が１００μｍ〜２５０μｍであるような実施形態である。
【００１１】
燃焼室に噴射される燃料の、特に低汚染の燃焼を確実にするために、発展形実施形態の噴射ノズルは、燃焼室に噴射される燃料が内燃機関の燃焼室壁にもピストンにも当たらないような設計で構成することができる。
【００１２】
燃焼室に噴射される燃料の特に効率的な燃焼のために、発展形実施形態では、噴射孔は円錐形の噴射形状の燃料噴射がもたらされるように、燃料噴射が実質的に８０°の開口角度を有するように、配置されることが考えられる。
【００１３】
好ましい実施形態では、噴射ノズルが燃焼室の軸上に配置され、及び／又は噴射ノズルが軸に対して０°≦φ≦２０°の角度で燃焼室に配置されることによって、燃焼室壁の望ましくない湿潤が回避され得る。
【００１４】
自動車での実際の稼働において特に適した実施形態では、噴射ノズルは６つの噴射孔を有してもよく、このうち２つの噴射孔によって燃料の第一部分量が吸気側に噴射可能であり、さらなる２つの噴射孔によって燃料の第二部分量が排気側に噴射可能であり、さらなる２つの噴射孔によって燃料の第三部分量が軸方向に延びる吸気側と排気側との間の境界領域に噴射可能である。この実施形態に基づき、燃料の第二部分量は燃料の第一部分量と第三部分量のそれぞれよりも少ない。発展形の、技術的に簡易に実現可能な実施形態では、燃料の第一部分量が燃料の第三部分量と実質的に等しい。
【００１５】
特に燃料効率のよい実施形態では、全体の使用燃料量のうち、燃料の第一部分量は約４２％、燃料の第二部分量は約１８％、燃料の第三部分量は約４０％であってもよい。これによって、高い効率で特に好ましい混合気の形成とシリンダ壁の湿潤の回避が実現できる。
【００１６】
好ましくは、少なくとも１つの噴射孔の長さは約２００μｍである。これにより、燃料は特に効率的に燃焼室に噴射されることができる。
【００１７】
本発明は、１つ又は複数の前述の特徴を備えた燃料噴射システムを有する内燃機関にも関する。
【００１８】
本発明のさらなる重要な特徴と利点は、従属請求項、図面、及び図面を参照して、関連する図面の説明より明らかになるであろう。
【００１９】
前述の、及び後述する特徴はそれぞれ記載した組み合わせにおいてのみならず、本発明の範囲から逸脱することなく、その他の組み合わせ又は単独でも使用できるものと理解される。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態は図面に示すとともに以下の説明において詳述され、類似又は同じ機能の構成部分には同じ参照番号を付す。
【００２１】
以下のとおり、概略的に図に示す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】燃焼室の領域における本発明に係る燃料噴射システムの縦断面図である。
【図２】図１の燃料噴射システムの燃焼室における燃料の分布を示す。
【図３】図１の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は本発明に係る内燃機関の、参照符号１を付した燃料噴射システムを概略的に示した縦断面図である。燃料噴射システム１は、吸気側４に吸気バルブ３を備え、排気側６に排気バルブ５を備えた燃焼室２を含む。燃焼室２には上下動可能なピストン１３が配置されている。燃焼室２は通常円筒状に形成され、シリンダヘッドの領域において端面７によって閉鎖され、端面７には吸気バルブ受入開口８と排気バルブ受入開口９が備えられてもよく、これらにはそれぞれ吸気バルブ３又は排気バルブ５が挿入される。
【００２４】
吸気バルブ受入開口８又は排気バルブ受入開口９からそれぞれ出発して軸方向Ａへ延びる、燃焼室２の容積領域１０，１１（図１に破線で示す）が吸気側４及び排気側６から延在していてもよい。本発明に係る燃料噴射システム１は、燃焼室２の端面７の略中央に配置されている、燃焼室２に燃料を噴射するための中央の噴射ノズル１２を含む。噴射ノズル１２は好ましくは、軸方向Ａへと延びる燃焼室２の（中心）軸Ｚ上に配置される。わかり易くするために図１には示されていない変形形態においては、噴射ノズル１２は軸Ｚに対して０°〜２０°の角度で傾斜して配置されてもよい。
【００２５】
噴射ノズル１２は少なくとも２つの噴射孔１３ａ，１３ｂを有し、２つの噴射孔１３ａ，１３ｂのうち少なくとも１つの噴射孔の長さは約２００μｍである。変形形態では当然ながら異なる数の噴射孔を設けてもよい。２つの噴射孔１３ａ，１３ｂは、排気側６、特に領域１１に噴射される燃料量が、吸気側４、特に領域１０に噴射される燃料量よりも少なくなるように噴射ノズル１２に配置される。このような分布は、図１に概略的に示すように、噴射孔１３ａ，１３ｂの噴射ノズル１２における適切な配置によって達成することができる。
【００２６】
噴射孔１３ａから燃焼室２へ噴射される燃料は、第一の噴射孔１３ａの適切な幾何学的な配置によって実質的に領域１０（吸気側４）へ噴射され、これに対して噴射孔１３ｂから燃焼室２へ噴射される燃料はとりわけ領域１１（排気側６）へ噴射される。
【００２７】
２つの噴射孔１３ａ，１３ｂの各開口直径ｄａ，ｄｂの適した選択によって、燃焼室２に噴射される全燃料のうち領域１１（排気側６）よりも領域１０（吸気側４）へ、相対的に大きな割合の燃料が噴射可能である。これを達成するために、開口直径ｄａは開口直径ｄｂより大きくてもよい。好ましくは噴射孔１３ａ，１３ｂの開口直径は、１００μｍ〜２５０μｍの範囲の値とすることができる。前述の噴射孔１３ａ，１３ｂの配置は、当然ながら、例として示すものである。
【００２８】
変形形態においては基本的に、噴射孔１３ａ，１３ｂが同一の開口直径を有することも考えられ、本発明に係る噴射は、ここでは排気側６へ噴射される燃料量が吸気側４へ噴射される燃料量よりも少ないが、これは噴射孔１３ａ，１３ｂの適切な配置又は向きのみによって達成される。実施形態のさらなる変形例では当然ながら、本発明に係る燃料の噴射を実現するために、異なる数の噴射孔１３ａ，１３ｂがあってもよい。例えば実施形態の変形例において、噴射ノズル１２に全部で５つの噴射孔が備えられ、これら５つの噴射孔のうち３つによって燃料が吸気側４へ噴射され、残りの２つの噴射孔によって燃料が排気側６へ噴射されることも考えられる。
【００２９】
好ましくは噴射ノズル１２及び特にその噴射孔１３ａ，１３ｂは、燃焼室２に噴射される燃料が燃焼室２の燃焼室壁１４にも（特に排気側６の領域において）ピストン１３にも当たらないように形成されている。
【００３０】
図２は、本発明に係る燃料噴射システム１によって燃焼室２に噴射される燃料の燃料分布を示す。図２からは、燃焼室壁１４には燃料が当たっておらず、このため燃焼室壁１４は望ましくないやり方で燃料によって濡らされることがないことが即座に見て取れる。同様のことが図２に示す内燃機関のピストン１３にも当てはまる。
【００３１】
図３ａは、２つの吸気バルブ３’と、２つの排気バルブ５’と、６つの噴射孔１３’ａ，１３’ｂ，１３’ｃ，１３’ｄ，１３’ｅ，１３’ｆを備えた噴射ノズル１２’とを有する燃料噴射システム１’の変形例を示す。図３ａは端面７’を燃焼室２内部からみた平面図として示す。図３ｂは噴射ノズル１２’の拡大図である。噴射ノズル１２’は６つの噴射孔１３’ａ〜１３’ｆを有し、このうち２つの噴射孔１３’ａ，１３’ｂによって燃料の第一部分量が吸気側４’へ噴射され、他方で他の２つの噴射孔１３’ｃ，１３’ｄによって燃料の第二部分量が排気側６’に噴射され、２つの噴射孔１３’ｅ，１３’ｆによって燃料の第三部分量が軸方向Ａに延びる吸気側４’と排気側６’との間の境界領域１５’に噴射される。この変形例によれば、燃料の第二部分量が燃料の第一部分量と第三部分量のそれぞれよりも少なくなり、このため使用された全ての燃料量のうち、それぞれ、燃料の第一部分量は約４２％、燃料の第二部分量は約１８％、燃料の第三部分量は約４０％となる。代替的に、燃料の第一部分量は実質的に燃料の第三部分量と同量であってもよい。
【００３２】
２つ以上の噴射孔、例えば図３ａ及び図３ｂの６つの噴射孔１３’ａ，１３’ｂ，１３’ｃ，１３’ｄ，１３’ｅ，１３’ｆを有する噴射ノズル１２’が使用される場合、噴射孔は円錐形の噴射形状を備えた燃料噴射をもたらすように配置され、燃料噴射は実質的に８０°の開口角度を有する。
【図１】
2015529304.tif 000003
【図２】
2015529304.tif 000004
【図３ａ】
2015529304.tif 000005
【図３ｂ】
2015529304.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月20日(2015.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
特許文献１は内燃機関の燃料噴射システムを開示し、この燃料噴射システムは吸気側に少なくとも１つの吸気弁と、排気側に少なくとも１つの排気弁と、燃焼室内への燃料噴射のための中央の噴射ノズルとを備える燃焼室を有する。噴射ノズルは６つの噴射孔を有し、２つの第一噴射孔によって燃料の第一部分量が吸気側へ噴射可能であり、４つの第二噴射孔によって燃料の第二部分量が排気側へ噴射可能である。噴射孔への流路はそれぞれ異なる構造を有し、これによって、２つの第一噴射孔への流路は４つの第二噴射孔への流路よりも大きな流路抵抗を有する。これによって、２つの第一噴射孔の噴射の長さが短縮され、シリンダ壁との燃料との接触が回避可能となる。しかしながら、４つの第二噴射孔の噴射によるシリンダ壁と燃料との接触の可能性は排除されない。
特許文献２は、燃料をピストン・シリンダ構造によって形成された燃焼室へ噴射する噴射ノズルと、燃焼室の中へ突出する点火プラグとを備えたガソリンエンジンのための燃料噴射システムについて記述している。噴射ノズルは燃焼室の中央領域に位置し、噴射ノズルの周辺部に配分された少なくとも一連の噴射孔を備え、こうして噴射孔による的を絞った燃料の噴射によって混合気の雲を形成することで噴射による燃焼プロセスが実現できる。この燃焼プロセスに基づき、少なくとも一つの燃料噴射がもたらされ、燃料噴射は点火のために少なくともおよそ点火プラグの方向に向けられ、点火プラグとの接触領域には気化した燃料だけが存在するように制御される。さらなる燃料噴射とともに、少なくとも一つのほぼ閉じた、及び／又は凝集する混合雲が形成され、この際、さらなる噴射と内燃機関のピストン又はシリンダ壁との実質的な接触には至らない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０４６００１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９８ ０４ ４６３号明細書
【国際調査報告】
2015529304.tif 000007
2015529304.tif 000008
2015529304.tif 000009
2015529304.tif 000010