JP2003278549A - 燃料噴射装置を備えた内燃エンジン - Google Patents
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Abstract
止する。 【解決手段】 本発明は、シリンダ10と、シリンダヘ
ッド12と、シリンダ内を摺動するピストン22と、気
体流体用の吸気手段14,18と、燃料ジェット角度β
と燃料ジェットナッペ角a1を有するマルチジェット燃
料噴射ノズル24と、凹形の窪み34内に配置された乳
首状部36を有しているピストン22の上面によって一
方の側が形成された燃焼室とを少なくとも有している直
噴内燃エンジンに関する。本発明によれば、燃料ジェッ
ト30の2つの連続する軸32の間のジェット角度β
は、FDを窪み34の底部の直径であるとして、10π
/FDと少なくとも等しく、ナッペ角a1は、CDをシ
リンダ10の直径、Fを燃料ジェットの原点と上死点に
対して50°のクランクシャフト角に対応するピストン
の位置との間の距離であるとして、2Arctg(CD
/2F)以下である。
Description
を備えた内燃エンジンに関する。
シリンダヘッドと、このシリンダ内を摺動するピストン
と、少なくとも1つの気体流体用の吸気手段と、燃料ジ
ェット角度と燃料ジェットナッペ角を有するマルチジェ
ット燃料噴射ノズルと、シリンダヘッドの方を向いてお
り、凹形の窪み内に配置された乳首状部を有しているピ
ストンの上面によって一方の側が形成された燃焼室とを
少なくとも有している直噴内燃エンジンに関する。
ンジンの場合、燃焼が始まる前に均一な燃料混合物を得
るために、マルチジェット噴射ノズルから噴射された燃
料を、空気や、再循環された排気ガス(EGR)と空気
との混合物のような、このエンジンの燃焼室内に取り込
まれた気体流体と混合することが周知である。
よって、燃料消費量を少なくし、窒素酸化物(NOX)
および粒子の発生を最小限にすることができる。
の混合を促進するために、20個程度の多数の穴を備え
た噴射ノズルを有するエンジンが開発されている。
ルは、均一燃焼モードでのエンジンの作動状態を改善す
ることが可能であるが、特に、燃焼室の内部の空力構造
が、燃料の小滴をシリンダの壁に吹き付ける、取り込ま
れた気体流体の旋回運動を利用するときに、燃料の小滴
でシリンダの壁を濡らしてしまう。
上に存在する潤滑油の作用を低下させ、すすを生成させ
るだけでなく、排出物を増やし、特にエンジンの燃料消
費量を増加させることによってエンジン性能を低下させ
る。
出力を引き出すために高負荷で、通常の燃焼条件の下で
作動する場合、このような多数のジェットはこの燃焼モ
ードに適しない。
近すぎると、これらのジェットの端部が窪み内で互いに
重なり合い、したがって、気体流体との混合を妨げ、す
すの形成に繋がる、燃料が過度に濃い領域を形成する。
によって前述の欠点を解消することを目的とする。
燃焼モードで作動することができ、一方の燃焼モードか
ら他方の燃焼モードへの変更は、基本的に噴射相を変え
ることによって行われる。
は、均一燃焼モードにおいて燃料でシリンダの壁が濡れ
るのを防止しつつ、燃料を取り込まれた気体流体(空
気、または再循環された排気ガスと空気)と十分に均一
に混合し、他方では、通常の燃焼において各燃料ジェッ
トを適切に独立させるように、特定の数のジェットに関
連付けられた小さなナッペ角の噴射ノズルを用いること
に基づいている。
ンダヘッドと、このシリンダ内を摺動するピストンと、
少なくとも1つの気体流体用の吸気手段と、燃料ジェッ
ト角度と燃料ジェットナッペ角を有するマルチジェット
燃料噴射ノズルと、シリンダヘッドの方を向いており、
凹形の窪み内に配置された乳首状部を有しているピスト
ンの上面によって一方の側が形成された燃焼室とを少な
くとも有している直噴内燃エンジンにおいて、燃料ジェ
ット角度は、FDを窪みの底部の直径であるとして、1
0π/FDと少なくとも等しく、ナッペ角は、CDをシ
リンダの直径、Fを燃料ジェットの原点と上死点に対し
て50°のクランクシャフト角に対応するピストンの位
置との間の距離であるとして、2Arctg(CD/2
F)以下であることを特徴とする直噴内燃エンジンに関
する。
あることが好ましい。
であることが有利である。
も0°から30°の範囲内の値だけ大きい角度に選択す
ることができる。
して5°程度の交差角度をなしていてもよい。
な例として与えられる以下の説明を、添付図面を参照し
て読むことによって明らかになるであろう。
ィーゼル型の直噴内燃エンジンは、軸XX’および直径
CDからなるシリンダ10と、シリンダヘッド12と、
開閉が吸気弁18等の手段によって制御される、空気や
再循環ガス(EGR)と空気との混合物等の少なくとも
1つの気体流体用の少なくとも1つの吸気マニホールド
14と、開閉が排気弁20等の手段によって制御され
る、少なくとも1つの排気マニホールド16と、シリン
ダ10内を摺動するピストン22と、燃料噴射ノズル2
4とを少なくとも有している。
配置されている燃料噴射ノズルは、主軸が軸線32によ
って示されているジェット30の形態で燃焼室内に噴霧
させる燃料が通る多数のオリフィス、すなわち穴28
を、ノズルの先端26の近くに有している。
有するタイプのものであり、そのナッペ角a1は、αが
上死点(TDC)に対して選択される噴射相に関するク
ランシャフト角度を表し、この角度αは均一燃焼を得る
ために50°よりも大きく180°以下になっている場
合、+50°と+αとの間または−50°と−αとの間
の範囲のピストンの任意の位置に関してシリンダ10の
壁が燃料で濡れることがないように選択されている。
表し、Fが燃料ジェット30の原点と50°のクランク
シャフト角度に対応するピストンの位置との間の距離
(mm単位)を表す場合、ナッペ角a1(度単位)は2
Arctg(CD/2F)以下である。
0°以下、好ましくは40°から100°の範囲であ
る。
リンダ10の円形の壁、およびピストン22の上面によ
って形成されている。
2の方を向いており、窪みの中央に配置された乳首状部
36が内側に構成された凹形の窪み34を有している。
ズル24の軸、および乳首状部36の軸はシリンダの軸
XX’と同一であるが、もちろん、窪み、噴射ノズル、
および乳首状部の各軸はシリンダの軸と同軸でなくても
よく、燃料ジェットナッペの主軸、乳首状部の軸、およ
び窪みの軸が同軸であるような構成であることが重要で
ある。
質的に直線状の傾斜した側面40のそばで窪みの底部3
8の方向に延び、さらに、ピストン22の上面の実質的
に水平な表面40に接する実質的に直線状の傾斜した横
壁42のそばで窪みの底部38から延びている、好まし
くは丸められた頂部を有している。
点Aと点Bによって画定される実質的に平面の環状面か
ら成り、この底部の直径FDは、この表面の直径の平均
値となる位置、すなわち線分ABの中点である点Mで測
定される。
から成る場合、窪みの底部の直径FDは、この凹形の表
面の最下点の高さ、すなわちシリンダヘッド12から最
も遠い点の高さで測定される。
4の横壁42の傾斜角度は、燃料が乳首状部の側面40
に実質的に沿って噴射され、次に窪みの横壁42に沿っ
て環流するように、燃料ジェット30のナッペ角に実質
的に適合している。
ナッペ角a1よりも0°から30°の範囲の値だけ大き
くなるように選択されており、窪み34の横壁42の傾
斜角度は45°未満である。
のすべての軸を通る噴射ノズルからの円錐形によって形
成される頂部での角度であると考えられる。
側面40に対して5°程度の交差角度を形成することが
好ましい。
で互いに重なり合うことがないように、ジェット同士に
周方向の角度偏差を持たせる必要がある。
燃焼モードにおいてエンジンの満足のいく作動条件を得
るのを可能にし、他方では、燃料を空気や再循環された
排気ガス(EGR)と空気との混合物のような気体流体
と均一に混合するのを可能にする、燃料ジェット30の
2本の連続する軸32の間の理想的な角度偏差βを計算
によって求めた。この角度偏差は、軸XX’に直交する
平面内に存在すると考えられる(図2参照)。
窪みの底部の直径がFDである理想的な窪みも定めた。
小角度β(ラジアン単位)は10π/FDである(FD
はmm単位)。
ル24の穴28の数Nt、したがって噴射ノズルの軸の
周りに周方向に均等に分配されたジェット30の数を、
この角度から算出することができる。
い、より小さい値に対応する穴の実際の数が求められ
る。
である場合、最も近い整数は5であり、したがって5つ
の穴を備えた噴射ノズルが用いられる。
ズルと、上記のように説明した実際の数の穴を有する噴
射ノズルとを組み合わせて用いると、燃料と気体流体と
の混合を改善し、ジェット同士が互いに重なり合うのを
防止しつつ、上死点(TDC)に近い燃料噴射用の通常
の燃焼モードを使用することが可能になる。
モードにおいて、汚染を大幅に抑制してエンジン性能の
潜在能力を高めつつ、シリンダの壁上に付着する液体の
燃料を無くすことができる。
時に、気化した燃料の十分なキャリーオーバを可能に
し、これにより、この燃料と気体流体との混合が促進さ
れ、取り込まれた気体流体と噴射された燃料とが適切に
使用されていることを示す良好な燃焼率と高い混合濃度
が得られる。部分負荷時には、上述の噴射ノズルと組み
合わされた、小さくされたナッペ角によって、シリンダ
の壁が濡れるのを防止すると共に、燃料を気体流体と混
合することが可能になる。
ンジンを概略的に示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 シリンダ(10)と、シリンダヘッド
(12)と、このシリンダ内を摺動するピストン(2
2)と、少なくとも1つの気体流体用の吸気手段(1
4,18)と、燃料ジェット角度(β)と燃料ジェット
ナッペ角(a1)を有するマルチジェット燃料噴射ノズ
ル(24)と、シリンダヘッド(12)の方を向いてお
り、凹形の窪み(34)内に配置された乳首状部(3
6)を有しているピストン(22)の上面によって一方
の側が形成された燃焼室とを少なくとも有している直噴
内燃エンジンにおいて、 燃料ジェット角度(β)は、FDを窪み(34)の底部
の直径であるとして、、10π/FDと少なくとも等し
く、ナッペ角(a1)は、CDをシリンダ(10)の直
径、Fを燃料ジェット(30)の原点と上死点に対して
50°のクランクシャフト角に対応するピストン(2
2)の位置との間の距離であるとして、2Arctg
(CD/2F)以下であることを特徴とする直噴内燃エ
ンジン。 - 【請求項2】 燃料ジェット(30)のナッペ角
(a1)は120°以下である、請求項1に記載のエン
ジン。 - 【請求項3】 ナッペ角(a1)は40°から100°
の間の範囲である、請求項1または2に記載のエンジ
ン。 - 【請求項4】 乳首状部(36)の頂部での角度が、ナ
ッペ角(a1)よりも0°から30°の範囲内の値だけ
大きい角度に選択されている、請求項1から3のいずれ
か1項に記載のエンジン。 - 【請求項5】 燃料ジェット(30)の軸(32)が、
乳首状部(36)の側面(40)に対して5°程度の交
差角度をなしている、請求項1に記載のエンジン。
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