(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の燃焼室の形状と燃料噴射のタイミングを工夫することにより、燃焼室におけるＮＯｘの発生量を低減する内燃機関及び内燃機関のＮＯｘ低減方法を提供する。【解決手段】内燃機関のピストン１０の頂部の燃焼室１１において、同一燃焼行程で、燃料噴射弁２０の隣接する噴孔２１ａ、２１ｂから噴射された複数の噴霧Ｆａ、Ｆｂの一方の噴霧Ｆａが燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧Ｆｂを未燃状態で一方の噴霧Ｆａに流入させるように構成する。あるいは、内燃機関のピストン１０の頂部の燃焼室１１において、燃料噴射弁２０から噴射された一次噴霧が燃焼している状態になっているときに、この燃料噴射弁２０若しくは別の燃料噴射弁から噴射された二次噴霧を未燃状態で一次噴霧に流入させるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンの頂部の燃焼室において、同一燃焼行程で、燃料噴射弁の隣接する噴孔から噴射された複数の噴霧の一方の噴霧が燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧を未燃状態で前記一方の噴霧に流入させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射弁の噴孔を第１噴孔と該第１噴孔に隣接する第２噴孔とで形成し、前記第１噴孔から噴射する燃料の噴射圧力が、前記第２噴孔から噴射する燃料の噴射圧力よりも大きくなるように形成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記燃料噴射弁の噴孔を第１噴孔と該第１噴孔に隣接する第２噴孔とで形成し、前記第１噴孔から噴射する燃料の噴霧の拡散状態が、前記第２噴孔から噴射する燃料の噴霧の拡散状態よりも燃焼し易くなるように前記第１噴孔と前記第２噴孔を形成したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
内燃機関のピストンの頂部の燃焼室において、同一燃焼行程で、燃料噴射弁から噴射された一次噴霧が燃焼している状態になっているときに、この一次噴霧の噴射後に前記燃料噴射弁若しくは別の燃料噴射弁から噴射された二次噴霧を、未燃状態で前記一次噴霧に流入させることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
前記燃焼室のキャビティの上下方向の少なくとも一部において、ピストンの上下軸に垂直な断面が、中心領域と該中心領域から放射状に広がり、かつ、互いに隣接する複数の袋小路領域から形成されると共に、該袋小路領域の先端側が曲線で形成され、
更に、前記燃焼室のキャビティが、ピストンの上下軸方向に関して上から見たときに、前記燃料噴射弁から前記袋小路領域に向かって噴射された噴霧が前記袋小路領域の側壁に沿って方向転換して、前記燃料噴射弁のある方向に向かうように形成されたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記燃焼室の圧力を計測する筒内圧センサを設けて、前記一次噴霧を噴射した後に前記筒内圧センサで検出した計測筒内圧に基づいて、前記二次噴霧を噴射することを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関。
【請求項７】
燃料としてジメチルエーテル又は水エマルジョン燃料を使用することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
内燃機関のピストンの頂部の燃焼室において、燃料噴射弁の隣接する噴孔から噴射された複数の噴霧の一方の噴霧が燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧を未燃状態で前記一方の噴霧に流入させることを特徴とする内燃機関のＮＯｘ低減方法。
【請求項９】
内燃機関のピストンの頂部の燃焼室において、燃料噴射弁から噴射された一次噴霧が燃焼している状態になっているときに、この一次噴霧の噴射後に前記燃料噴射弁若しくは別の燃料噴射弁から噴射された二次噴霧を、未燃状態で前記一次噴霧に流入させることを特徴とする内燃機関のＮＯｘ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室の形状と燃料噴射のタイミングを工夫することにより、燃焼室におけるＮＯｘの発生量を低減する内燃機関及び内燃機関のＮＯｘ低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関では、大気汚染防止の観点から、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減することが必須の課題であり、大幅にＮＯｘを低減するために、接触還元型触媒（ＳＣＲ触媒）やＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を用いた排気ガス処理装置で後処理をしている。
【０００３】
しかしながら、これらの触媒には、希少な貴金属が使用されており、排気ガス浄化装置が高価になるという問題や、これらの排気ガス浄化装置は、排出ガス温度が低いエンジンの運転領域では、触媒が活性化しないので、ＮＯｘ低減の効果を十分に発揮できないという問題がある。また、排気ガス浄化装置の再生制御などでは、シリンダ内燃料噴射において、燃料の噴射時期を過度に遅らすポスト噴射を行ったりしているので、燃費が悪化するという問題もある。
【０００４】
これに関連して、内燃機関のピストン上部の燃焼室のキャビティの内部の外周壁（ピストン外側ボウル部）の一部に第１形式の突起を配設して、燃料噴射弁の隣接する噴射口から放射された燃料が燃焼してできた火炎を外周壁から第１形式の突起の両側にそれぞれ導いて、両側の火炎をピストンの中心軸側に突出した突起の頂上部の近傍の衝突領域で衝突させて、残留している煤煙の後の酸化を更に促進するように構成されたピストンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このピストンでは、同時に噴射されて燃焼する火炎は、２つの火炎柱の発達状態を互いの反転鏡像と見ることができるものであり、この２つの火炎柱を第１形式の突起を利用して、燃焼ガスのより向上した混合を実現するものである。また、この第1の形状の突起の角度を傾斜させて、左側から発達する火炎柱を、右側から発達する火炎柱とは異なる状態で発達させることも行っているが、衝突後の火炎柱の流れ方向をピストン中心方向ではなく、ピストン軸回りの方向にするためであり、衝突時における左右の火炎柱の燃焼状態に差を生じさせることには想到していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１３−５１９８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、本発明者は、次に知見を得た。つまり、炭化水素燃料は、燃焼過程において、様々なラジカル種を生成しながら、二酸化炭素（ＣＯ2）、水（Ｈ2Ｏ）へと変化していく。一酸化窒素（ＮＯ）は、これらの炭化水素ラジカル（ＣＨ3、ＨＣＣＯなど）との反応により、図６に示すような還元反応経路を持ち、これらの反応は、エンジン筒内（シリンダ内）のような高温、高圧力の場において、比較的高い速度を持ち、また、この反応の進行には触媒を必要としない。
【０００８】
そのため、エンジンの筒内において、燃料を一酸化窒素と混合して燃焼させることにより、触媒を用いることなく、一酸化窒素の還元反応を得ることができる。従って、燃料が燃焼して一酸化窒素が発生している間に、新たな燃料を混合することで、一酸化窒素を還元して、ＮＯｘの発生量を低減できる。つまり、燃焼中の火炎の中に燃料を混合することによりＮＯｘの発生量を低減することができる。
【０００９】
なお、このとき、燃料は一酸化窒素、二酸化炭素、水へと変化するため発熱するが、この熱はピストン仕事として利用することができ、エンジン出力として使用できるので、この一酸化窒素の還元反応における燃料の熱は無駄にならず、燃費の悪化にはならない。
【００１０】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の燃焼室の形状と燃料噴射のタイミングを工夫することにより、燃焼室におけるＮＯｘの発生量を低減する内燃機関及び内燃機関のＮＯｘ低減方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、内燃機関のピストンの頂部の燃焼室において、同一燃焼行程で、燃料噴射弁の隣接する噴孔から噴射された複数の噴霧の一方の噴霧が燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧を未燃状態で前記一方の噴霧に流入させるように構成される。
【００１２】
この構成によれば、燃料噴射弁の隣り合う噴孔から噴射された噴霧同士が、一方の噴霧が燃焼状態で、他方が未燃状態で干渉することによって、各々の噴霧内で形成される一酸化窒素を、未燃状態の噴霧中の燃料から生成される炭化水素ラジカルによって還元できるので、気筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減できる。つまり、隣り合う噴霧を干渉させることによって、燃焼が起こっていて酸素が消費されている噴霧の個所に未燃燃料を突入させて、単独の噴霧では実現が難しいＮＯ還元を引き起こしてＮＯの低減を図り、全体としてＮＯｘの低減を導くことができる。
【００１３】
上記の内燃機関において、前記燃料噴射弁の噴孔を第１噴孔と該第１噴孔に隣接する第２噴孔とで形成し、前記第１噴孔から噴射する燃料の噴射圧力が、前記第２噴孔から噴射する燃料の噴射圧力よりも大きくなるように形成すると、噴射圧力の大きい第１噴孔からの噴霧の噴射速度が大きくなり、早くキャビティの壁面に衝突して拡散し、空気との混合が行われるので、第１噴孔からの噴霧が早く着火し火炎となる。従って、この着火して燃焼している噴霧の中に、噴射圧力の小さい第２噴孔から噴射速度が小さい噴霧が後から到着して突入することになり、一方の噴霧が燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧を未燃状態で一方の噴霧に流入させることができる。
【００１４】
あるいは、上記の内燃機関において、前記燃料噴射弁の噴孔を第１噴孔と該第１噴孔に隣接する第２噴孔とで形成し、前記第１噴孔から噴射する燃料の噴霧の拡散状態が、前記第２噴孔から噴射する燃料の噴霧の拡散状態よりも燃焼し易くなるように前記第１噴孔と前記第２噴孔を形成すると、拡散状態が燃焼し易い第１噴孔からの噴霧における空気との混合が早く行われるので、第１噴孔からの噴霧が早く着火し火炎となる。従って、この着火して燃焼している噴霧の中に、拡散状態が第１噴孔よりも燃焼し難い第２噴孔からの噴霧が後から到着して突入することになり、一方の噴霧が燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧を未燃状態で一方の噴霧に流入させることができる。
【００１５】
なお、上記の第１噴孔と第２噴孔で燃料の噴射圧力の変化と噴霧の拡散状態の変化の両方を組み合わせると、両方の作用効果により、一方の噴霧が燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧を未燃状態で一方の噴霧に流入させることができる。
【００１６】
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、内燃機関のピストンの頂部の燃焼室において、燃料噴射弁から噴射された一次噴霧が燃焼している状態になっているときに、この一次噴霧の噴射後に前記燃料噴射弁若しくは別の燃料噴射弁から噴射された二次噴霧を、未燃状態で前記一次噴霧に流入させるように構成される。
【００１７】
この構成によれば、燃料噴射弁から先に噴射された一次噴霧が燃焼状態になったときに、未燃状態の二次噴霧を噴射するので、一次噴霧と二次噴霧の各々の噴霧内で形成される一酸化窒素を、未燃状態の二次噴霧中の燃料から生成される炭化水素ラジカルによって還元でき、気筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減できる。
【００１８】
上記の内燃機関において、前記燃焼室のキャビティの上下方向の少なくとも一部において、ピストンの上下軸に垂直な断面が、中心領域と該中心領域から放射状に広がり、かつ、互いに隣接する複数の袋小路領域から形成されると共に、該袋小路領域の先端側が曲線で形成され、更に、前記燃焼室のキャビティが、ピストンの上下軸方向に関して上から見たときに、前記燃料噴射弁から前記袋小路領域に向かって噴射された噴霧が前記袋小路領域の側壁に沿って方向転換して、前記燃料噴射弁のある方向に向かうように形成されると、一次噴霧が燃料噴射弁のある方向に向かってくるタイミングで、二次噴霧を噴射すると、一次噴霧は袋小路領域の正面に衝突して拡散し、空気と混合して着火して燃焼するので、燃焼中の一次噴霧に、未燃状態の二次噴霧を突入させることができる。
【００１９】
上記の内燃機関において、前記燃焼室の圧力を計測する筒内圧センサを設けて、前記一次噴霧を噴射した後に前記筒内圧センサで検出した計測筒内圧に基づいて、前記二次噴霧を噴射すると、一次噴霧が着火して燃焼を開始すると筒内圧が急上昇するので、計測筒内圧の急激な上昇を捉えて二次噴霧することにより、容易に、着火した一次噴霧の中に未燃状態の二次噴霧を突入させることができる。
【００２０】
上記の内燃機関において、燃料としてジメチルエーテル又は水エマルジョン燃料を使用すると、軽油よりも煤を発生しないジメチルエーテル又は水エマルジョン燃料の使用により、燃焼ガス中に未燃燃料を突入させると煤が発生し易くなるという不利な点を解消できる。つまり、燃料としてジメチルエーテル又は水エマルジョン燃料を使用する内燃機関では、特に、本発明の効果が大きくなる。
【００２１】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＮＯｘ低減方法は、内燃機関のピストンの頂部の燃焼室において、燃料噴射弁の隣接する噴孔から噴射された複数の噴霧の一方の噴霧が燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧を未燃状態で前記一方の噴霧に流入させることを特徴とする方法である。
【００２２】
この方法によれば、燃料噴射弁の隣り合う噴孔から噴射された噴霧同士において、一方が燃焼状態で、他方が未燃状態で干渉させることができ、各々の噴霧内で形成される一酸化窒素を、未燃状態の噴霧中の燃料から生成される炭化水素ラジカルによって還元できるので、気筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減できる。
【００２３】
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＮＯｘ低減方法は、内燃機関のピストンの頂部の燃焼室において、燃料噴射弁から噴射された一次噴霧が燃焼している状態になっているときに、この一次噴霧の噴射後に前記燃料噴射弁若しくは別の燃料噴射弁から噴射された二次噴霧を、未燃状態で前記一次噴霧に流入させることを特徴とする方法である。
【００２４】
この方法によれば、燃料噴射弁から先に噴射された一次噴霧が燃焼状態になったときに、未燃状態の二次噴霧を続いて噴射するので、一次噴霧と二次噴霧の各々の噴霧内で形成される一酸化窒素を、未燃状態の二次噴霧中の燃料から生成される炭化水素ラジカルによって還元でき、気筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の内燃機関及び内燃機関のＮＯｘ低減方法によれば、２つの噴霧を燃焼状態と、未燃状態で干渉させることができ、各々の噴霧内で形成される一酸化窒素を、未燃状態の噴霧中の燃料から生成される炭化水素ラジカルによって還元できる。従って、燃焼室におけるＮＯｘの発生量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関の燃焼室のキャビティの形状の例を示す、キャビティのピストンの上下方向（移動方向）に垂直な断面を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関の燃焼室のキャビティの形状の一例を示す、キャビティのピストンの上下方向（移動方向）に垂直な断面を示す図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関の燃焼室のキャビティの形状の別の例を示す、キャビティのピストンの上下方向（移動方向）に垂直な断面を示す図である。
【図４】図２及び図３の燃焼室のキャビティの形状における中心領域と袋小路領域を示す、キャビティのピストンの上下方向（移動方向）に垂直な断面を示す図である。
【図５】燃焼室のキャビティの形状のピストンの上下軸（移動方向）を含む断面を例示する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の内燃機関及び内燃機関のＮＯｘ低減方法におけるＮＯ還元を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関及び内燃機関のＮＯｘ低減方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関は、図１に示すように、燃焼室１１のキャビティ１２の上下方向の少なくとも一部において、ピストン１０の上下軸に垂直な断面が、図４に示すように、中心領域（密なシングルハッチング領域）Ｒｃと中心領域Ｒｃから放射状に広がり、かつ、互いに隣接する複数の袋小路領域（粗なシングルハッチング領域）Ｒｂから形成されると共に、この袋小路領域Ｒｂの先端側が曲線Ｌｂで形成される。
【００２９】
また、袋小路領域Ｒｂは図４に示すようにその中心線Ｌｓに対して線対称な図形に形成してもよいが、線対称ではない図形にして、相互の噴霧Ｆａ、Ｆｂが衝突する時の噴霧Ｆａ、Ｆｂの形状が異なるようにして、火炎と未燃燃料の混合状態をより良好な状態にするのが好ましい。
【００３０】
より具体的には、例えば、倒披針形や倒卵形の葉の形状に形成され、葉先に当たる部分が丸まっている円頭（円端）等の鈍頭（鈍端）に形成されることがより好ましい。なお、この袋小路領域Ｒｂの数は、３以上８以下が燃料噴射弁２０の噴孔２１の数や燃料領域の確保の面から好ましい。
【００３１】
また、図５に、燃焼室１１のキャビティ１２の形状のピストン１０の上下軸（移動方向）Ｐｃを含む断面を例示する。この燃焼室１１の上側には、シリンダヘッド３０があり、シリンダヘッド３０の下面３１により、燃焼室１１の上部が閉囲されている。なお、吸排気弁などは図示を省略している。
【００３２】
そして、燃焼室１１のキャビティ１２が、ピストン１０の上下軸Ｐｃの方向に関して上から見たときに、図１に示すように、燃料噴射弁２０から袋小路領域Ｒｂに向かって噴射された噴霧Ｆ１が袋小路領域Ｒｂの側壁１２ａに沿って方向転換して、燃料噴射弁２０のある方向に向かうように形成される。
【００３３】
つまり、図１に示すように、燃料噴射弁２０の噴孔を第１噴孔２１ａとこの第１噴孔２１ａに隣接する第２噴孔２１ｂとで形成し、内燃機関のピストン１０の頂部の燃焼室１１において、同一燃焼行程で、燃料噴射弁２０の互いに隣接する第１噴孔２１ａと第２噴孔２１ｂから噴射された噴霧Ｆａ、Ｆｂの一方の噴霧Ｆａが燃焼している状態になっているときに、この火炎となっている一方の噴霧Ｆａに他方の噴霧Ｆｂを未燃状態で流入させるように構成される。なお、図１の粗いクロスハッチングの部分Ａは燃料と空気が拡散混合した状態を模式的に示し、密なクロスハッチングの部分Ｂは燃料して火炎となっていることを模式的に示す。
【００３４】
この燃焼の進行状態が異なった噴霧ＦａとＦｂを形成するために、例えば、第１噴孔２１ａから噴射する燃料Ｆａの噴射圧力Ｐａを、第２噴孔２１ｂから噴射する噴霧Ｆｂの噴射圧力Ｐｂよりも大きくする。
【００３５】
これにより、噴射圧力の大きい第１噴孔２１ａからの噴霧Ｆａの噴射速度Ｖａが大きくなり、早くキャビティ１２の側壁１２ａに衝突して拡散し、空気との混合が行われるので、第１噴孔２１ａからの噴霧Ｆａが早く着火し火炎Ｂとなる。従って、この着火して燃焼している噴霧Ｆａの火炎Ｂの中に、噴射圧力の小さい第２噴孔２１ｂから噴射速度Ｖｂが小さい噴霧Ｆｂが後から到着して突入することになり、一方の噴霧Ｆａが燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧Ｆｂを未燃状態で一方の噴霧Ｆａに流入させることができる。
【００３６】
あるいは、この燃焼の進行状態が異なった噴霧ＦａとＦｂを形成するために、例えば、第１噴孔２１ａから噴射する燃料の噴霧Ｆａの拡散状態が、第２噴孔２１ｂから噴射する燃料の噴霧Ｆｂの拡散状態よりも燃焼し易くなるようなに、第１噴孔２１ａと第２噴孔２１ｂの形状を形成する。
【００３７】
これにより、拡散状態が燃焼し易い第１噴孔２１ａからの噴霧Ｆａにおける空気との混合が早く行われるので、第１噴孔２１ａからの噴霧Ｆａが早く着火し火炎となる。従って、この着火して燃焼している噴霧Ｆａの中に、拡散状態が第１噴孔２１ａよりも燃焼し難い第２噴孔２１ｂからの噴霧Ｆｂが後から到着して突入することになり、一方の噴霧Ｆａが燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧Ｆｂを未燃状態で一方の噴霧Ｆａに流入させることができる。
【００３８】
なお、上記の第１噴孔２１ａと第２噴孔２１ｂで燃料の噴射圧力の変化と噴霧の拡散状態の変化の両方を組み合わせると、両方の作用効果により、一方の噴霧Ｆａが燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧Ｆｂを未燃状態で一方の噴霧Ｆａに流入させることができる。
【００３９】
この第１の実施の形態の内燃機関における内燃機関のＮＯｘ低減方法は、内燃機関のピストン１０の頂部の燃焼室１１において、燃料噴射弁２０の隣接する噴孔２１ａ、２１ｂから噴射された噴霧Ｆａ、Ｆｂの一方の噴霧Ｆａが燃焼している状態になっているときに、他方の噴霧Ｆｂを未燃状態で一方の噴霧Ｆａに流入させる方法である。
【００４０】
この第１の実施の形態の内燃機関及び内燃機関のＮＯｘ低減方法によれば、燃料噴射弁２０の隣り合う噴孔２１ａ、２１ｂから噴射された噴霧同士Ｆａ、Ｆｂが、一方の噴霧Ｆａが燃焼状態で、他方の噴霧Ｆｂが未燃状態で互いに干渉することによって、各々の噴霧Ｆａ、Ｆｂ内で形成される一酸化窒素（ＮＯ）を、図６に示すような反応経路で、未燃状態の噴霧Ｆｂ中の燃料から生成される炭化水素ラジカルによって窒素（Ｎ2）に還元できるので、気筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減できる。
【００４１】
そして、第２の実施の形態の内燃機関は、図２又は図３に示すように、内燃機関のピストン１０の頂部の燃焼室１１において、同一燃焼行程中で、燃料噴射弁２０から噴射された一次噴霧Ｆ１が燃焼している状態になっているときに、この一次噴霧Ｆ１の噴射後に燃料噴射弁２０若しくは別の燃料噴射弁（図示しない）から噴射された二次噴霧Ｆ２を、未燃状態で一次噴霧Ｆ１に流入させる。
【００４２】
第２の実施の形態の内燃機関の燃焼室１１のキャビティ１２の形状は、第１の実施の形態の内燃機関の燃焼室１１のキャビティ１２の形状と同様の形状に形成され、燃焼室１１のキャビティ１２が、ピストン１０の上下軸方向に関して上から見たときに、燃料噴射弁２０から袋小路領域Ｒｂに向かって噴射された噴霧Ｆ１が袋小路領域Ｒｂの側壁１２ａに沿って方向転換して、燃料噴射弁２０のある方向に向かうように形成される。
【００４３】
そして、図２の構成では、燃料噴射弁２０から袋小路領域の中心に向かって噴射された噴霧Ｆ１は袋小路領域Ｒｂの側壁１２ａに沿って、両側に２つに分かれて方向転換して、燃料噴射弁２０のある方向に向かうように形成される。この場合には、燃料噴射弁２０の噴孔２１は、袋小路領域Ｒｂの中心に向かって、燃料噴射するように構成される。また、図４に示すように、袋小路領域Ｒｂはその中心線Ｌｓに対して線対称な図形で形成されることが好ましい。
【００４４】
この構成で、一次噴霧Ｆ１の後、予め設定した時間が経過した後で、一次噴霧Ｆ１が燃料噴射弁２０のある方向に向かってくるタイミングで、二次噴霧Ｆ２を噴射すると、一次噴霧Ｆ１は袋小路領域Ｒｂの正面に衝突して拡散し、空気と混合して着火して燃焼するので、燃焼中の一次噴霧Ｆ１に、後から噴射した未燃状態の二次噴霧Ｆ２を突入させることができる。
【００４５】
一方、図３の構成では、燃料噴射弁２０から袋小路領域Ｒｂの片側の側壁に向かって噴射された噴霧Ｆ１は袋小路領域Ｒｂの側壁１２ａに沿って１つのまとまりで方向転換して、袋小路領域Ｒｂの反対側の側壁に沿って移動する。この場合には、一次噴霧Ｆ１を噴射するときの噴孔２１の位置、即ち、袋小路領域Ｒｂの片側の側壁に向かって噴射する位置とは異なり、袋小路領域Ｒｂの反対側の側壁に向かって噴射する位置で、二次噴霧Ｆ２を噴射することが好ましい。
【００４６】
これは、例えば、一次噴霧Ｆ１をする噴孔と二次噴霧Ｆ２をする噴孔２１を別に形成しておくか、一次噴霧Ｆ１をする噴孔２１の位置を、燃料噴射弁２０を少し回転させることで、二次噴霧Ｆ２をする噴孔２１の位置に変更し、二次噴霧Ｆ２をした後に燃料噴射弁２０の回転を戻すことで、噴孔２１の位置を元の位置に戻すように構成することで行うことができる。
【００４７】
この構成で、一次噴霧Ｆ１の後、予め設定した時間が経過した後で、一次噴霧Ｆ１が燃料噴射弁２０のある方向に向かってくるタイミングで、二次噴霧Ｆ２を噴射すると、一次噴霧Ｆ１は袋小路領域Ｒｂの側面に沿って拡散しながら回り込んで、空気と混合して着火して燃焼するので、燃焼中の一次噴霧Ｆ１に、未燃状態の二次噴霧Ｆ２を突入させることができる。
【００４８】
また、この場合には、袋小路領域Ｒｂは図４に示すようにその中心線Ｌｓに対して線対称な図形に形成してもよいが、相互の噴霧Ｆ１、Ｆ２が衝突する時の噴霧Ｆ１、Ｆ２の形状が異なるように線対称ではない図形にして、火炎と未燃燃料の混合状態をより良好な状態にするのが好ましい。
【００４９】
また、燃焼室１１の圧力を計測する筒内圧センサ（図示しない）を設けて、一次噴霧Ｆ１が着火して燃焼を開始した時点を特定して、二次噴霧Ｆ２を噴射する。この燃料を開始した時点は、一次噴霧Ｆ１が着火して燃焼を開始すると筒内圧Ｐｉｎが急上昇するので、計測筒内圧Ｐｉｎｍの急激な上昇を捉えることで、容易に一次噴霧Ｆ１が着火して燃焼を開始した時点を特定できる。つまり、一次噴霧Ｆ１を噴射した後に筒内圧センサで検出した計測筒内圧Ｐｉｎｍに基づいて、二次噴霧Ｆ２を噴射すると、容易に、着火した一次噴霧Ｆ１の中に未燃状態の二次噴霧Ｆ２を突入させることができる。
【００５０】
これにより、燃料噴射弁２０から先に噴射された一次噴霧Ｆ１が燃焼状態で火炎になったときに、未燃状態の二次噴霧Ｆ２を噴射するので、一次噴霧Ｆ１と二次噴霧Ｆ２の各々の噴霧内で形成される一酸化窒素を、未燃状態の二次噴霧Ｆ２中の燃料から生成される炭化水素ラジカルによって還元でき、気筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減できる。
【００５１】
この第２の実施の形態の内燃機関における内燃機関のＮＯｘ低減方法は、内燃機関のピストン１０の頂部の燃焼室１１において、燃料噴射弁２０から噴射された一次噴霧Ｆ１が燃焼している状態になっているときに、燃料噴射弁２０若しくは別の燃料噴射弁（図示しない）から噴射された二次噴霧Ｆ２を未燃状態で一次噴霧Ｆ１に流入させる方法である。
【００５２】
この第２の実施の形態の内燃機関及び内燃機関のＮＯｘ低減方法によれば、燃料噴射弁２０から先に噴射された一次噴霧Ｆ１が燃焼状態になったときに、未燃状態の二次噴霧Ｆ２を噴射するので、一次噴霧Ｆ１と二次噴霧Ｆ２の各々の噴霧Ｆ１、Ｆ２内で形成される一酸化窒素（ＮＯ）を、図６に示すような反応経路で、未燃状態の二次噴霧Ｆ２中の燃料から生成される炭化水素ラジカルによって窒素（Ｎ2）に還元でき、気筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減できる。
【００５３】
上記の内燃機関において、燃料としてジメチルエーテル又は水エマルジョン燃料を使用すると、煤を発生しないジメチルエーテル又は水エマルジョン燃料の使用により、燃焼ガス中に未燃燃料を突入させると煤が発生し易くなるという不利な点を解消できる。つまり、燃料としてジメチルエーテル又は水エマルジョン燃料を使用する内燃機関では、特に、本発明の効果が大きくなる。
【００５４】
なお、燃料全体を、水エマルジョン燃料とするだけでなく、第１噴孔２１ａから噴射する一方の噴霧Ｆａと一次噴霧Ｆ１を軽油とし、第２噴孔２１ｂから噴射する他方の噴霧Ｆｂと二次噴霧Ｆ２を水エマルジョン燃料としてもよい。
【００５５】
従って、上記の構成の内燃機関及び内燃機関のＮＯｘ低減方法によれば、２つの噴霧Ｆａ、Ｆｂを燃焼状態と未燃状態で干渉させることができ、各々の噴霧Ｆａ、Ｆｂ内で形成される一酸化窒素を、未燃状態の噴霧Ｆｂ中の燃料から生成される炭化水素ラジカルによって還元できる。従って、燃焼室１１におけるＮＯｘの発生量を低減することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ピストン
１１  燃焼室
１２  キャビティ
１２ａ  キャビティの側壁
２０  燃料噴射弁
２１  噴孔
２１ａ  第１噴孔
２１ｂ  第２噴孔
３０  シリンダヘッド
３１  シリンダヘッドの下面
Ａ  混合領域
Ｂ  燃焼領域（火炎）
Ｆａ  一方の噴霧
Ｆｂ  他方の噴霧
Ｆ１  一次噴霧
Ｆ２  二次噴霧
Ｌｂ  曲線
Ｐｉｎ  筒内圧
Ｐｉｎｍ  計測筒内圧
Ｒａ  中心領域
Ｒｂ  袋小路領域
【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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