JP2003293909A - 噴射反応性が高い内燃エンジン用の燃料噴射方法、およびこのような方法を用いているエンジン - Google Patents

噴射反応性が高い内燃エンジン用の燃料噴射方法、およびこのような方法を用いているエンジン

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JP2003293909A JP2003088311A JP2003088311A JP2003293909A JP 2003293909 A JP2003293909 A JP 2003293909A JP 2003088311 A JP2003088311 A JP 2003088311A JP 2003088311 A JP2003088311 A JP 2003088311A JP 2003293909 A JP2003293909 A JP 2003293909A
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ガテリィエ ベルトラン
Bruno Walter
ヴァルテ ブルノ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排出量を大幅に減らしつつエンジンの出力を
かなり高くすることを可能にする。 【解決手段】 シリンダ１０の壁と、シリンダヘッド１
２と、内側に乳首状部２８が配置された窪み２６を有し
ているピストン２２とによって形成されている、直噴内
燃エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する方法において、
本発明によれば、燃料を、３８０ｍｍ3／３０ｓ以上の
エンジンの噴射反応性を得ることを可能にし、かつ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ＴＤＣ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、２Ａｒｃ
ｔｇ（ＣＤ／２Ｆ）以下のナッペ角ａ1を有している噴
射ノズル２４によって噴射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの噴射反
応性を高くすることを可能にする燃料噴射ノズルを有し
ている、特にディーゼル型の直噴内燃エンジンの燃焼室
内に燃料を噴射する方法に関する。
【０００２】本発明は、このような方法を用いている内
燃エンジンに関するものでもある。
【０００３】
【従来の技術】専門家に概ね認められているように、総
排気量と噴射装置が異なるエンジン同士の比較は、エン
ジンの噴射反応性（ｍｍ3／３０ｓ）を求めるのを可能
にする以下の公式によって一般になされる。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここで、「通気性」は噴射ノズルの通気性
を表し（ｍｍ3／３０ｓ単位）、「出力」はエンジンの
１リットル当たりの出力を表し（ｋＷ／ｌ単位）、「Ｌ
＿ｃｙｌ」はエンジンの総排気量を表し（リットル単
位）、「Ｐ＿ｉｎｊ」は噴射装置の最大圧力を表してい
る（バール単位）。
【０００６】この反応性を選択することによって、全負
荷（トルクおよび出力）での要求性能と部分負荷での環
境汚染に関する要求との間の兼ね合いが図られる。
【０００７】したがって、反応性の値が３８０ｍｍ3／
３０ｓを下回るエンジンは、一般に、汚染規制に関連す
る制約を考慮して十分な出力を発生させるために用いら
れる。
【０００８】一例として、図４は、縦座標に示されたこ
のエンジンの出力（Ｐ）の推移を、横座標に示されたエ
ンジンの噴射反応性（Ｓ）（ｍｍ3／３０ｓ単位）の関
数として示している。
【０００９】エンジンの出力は、点Ｃまでは、噴射反応
性が高くなるのにしたがってほぼ線形に高くなり、次
に、点Ｃから点Ｄまでは、エンジンの出力の増大は最小
限になるが噴射反応性は著しく高くなり、点Ｄからは、
反応性は高くなるがエンジンの出力は低くなることが分
かる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】部分負荷では、多くの
場合に実証されているように、噴射反応性が高くなると
排出量（ＮＯx、粒子、およびＣＯ）が増える。
【００１１】汚染物質に関して、この場合も一例とし
て、図５は、都市部での運転条件の典型的な実用段階で
の、縦座標に示されたｇ／ｋＷｈ単位の排出量（Ｅ）
（ＮＯx／１０または粒子）の推移を、横座標に示され
た噴射反応性（Ｓ）の関数として示している。
【００１２】噴射反応性が点Ａから点Ｂまで約４０ｍｍ
3／３０ｓだけ高くなると排出量が０．１５ｇ／ｋＷ程
度増え、この点Ｂを超えると、排出量が著しく増えるこ
とが分かる。
【００１３】図６は、部分負荷での排出量（Ｅ）（ＮＯ
x／１０または粒子）が横座標に示され、エンジンの出
力（Ｐ）が縦座標に示されたグラフ上での噴射反応性の
推移を示している。汚染規制に従うには、噴射反応性
を、このグラフの点Ｇに対応する３８０ｍｍ3／３０ｓ
よりも低く維持する必要があることが分かる。
【００１４】出願人は、前述の欠点を克服し、特に汚染
防止規制とエンジン性能（出力およびトルク）との妥協
点を打破するために、排出量を大幅に減らしつつエンジ
ンの出力をかなり高くすることを可能にする燃料噴射方
法を開発した。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このエンジンは、２つの
燃焼モードで作動する。燃焼上死点近くでの燃料噴射と
拡散燃焼とを備えた通常のディーゼル型の燃焼モード
が、好ましくは高負荷で用いられる。
【００１６】エンジンは、噴射方式を変えることによっ
て、低負荷で用いられる、均一モードと呼ばれる別の燃
焼モードで作動する。
【００１７】したがって、本発明は、シリンダの壁と、
シリンダヘッドと、内側に乳首状部が配置された窪みを
有しているピストンとによって形成されている、直噴内
燃エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する方法において、
燃料を、３８０ｍｍ3／３０ｓ以上のエンジンの噴射反
応性を得ることを可能にし、かつＣＤをシリンダの直
径、Ｆを燃料ジェットの原点と上死点（ＴＤＣ）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）以下のナッペ角を有している噴射ノズルによって噴
射することを特徴とする、直噴内燃エンジンの燃焼室内
に燃料を噴射する方法に関する。
【００１８】反応性は３８０ｍｍ3／３０ｓから５２０
ｍｍ3／３０ｓの間の範囲であることが有利である。
【００１９】燃料を１２０°以下の燃料ジェットナッペ
角で噴射させてもよい。
【００２０】燃料を４０°から１００°の間の範囲のナ
ッペ角で噴射させてもよい。
【００２１】本発明はまた、シリンダと、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、燃料噴射
ノズルと、シリンダヘッドの方を向いており、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ている燃焼室とを有する内燃エン
ジンにおいて、このエンジンは、３８０ｍｍ3／３０ｓ
以上の噴射反応性を得ることを可能にし、かつＣＤをシ
リンダの直径、Ｆを燃料ジェットの原点と上死点（ＴＤ
Ｃ）に対して５０°のクランクシャフト角に対応する前
記ピストンの位置との間の距離であるとして、２Ａｒｃ
ｔｇ（ＣＤ／２Ｆ）以下のナッペ角を有している噴射ノ
ズルを有していることを特徴とする内燃エンジンに関す
る。
【００２２】噴射ノズルのナッペ角を０°から１２０°
の間、好ましくは４０°から１００°の間に選択するこ
とができる。
【００２３】乳首状部の頂部での角度を、ナッペ角より
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。
【００２４】燃料ジェットの複数の軸が、乳首状部の側
面に対して５°程度の交差角度をなしていてもよい。
【００２５】窪みは傾斜した横壁を有していてもよく、
この壁の傾斜角は４５°未満である。
【００２６】本発明の他の特徴および利点は、非制限的
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。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は、特にディーゼル型の内燃
エンジンを示している。このエンジンは、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１
２と、開閉が吸気弁１６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等の手段によって同様
に制御される、少なくとも１つの燃焼ガス排気マニホー
ルド１８と、シリンダ１０内を摺動するピストン２２
と、エンジンの燃焼室内に燃料を噴霧する、好ましくは
マルチジェット型の燃料噴射ノズル２４とを少なくとも
有している。
【００２８】したがって、燃焼室は、シリンダヘッド１
２の内面、シリンダ１０の円形の壁、およびピストン２
２の上面によって形成されている。
【００２９】ピストンのこの上面は、シリンダヘッド１
２の方を向いており、窪み２６の中央に配置された乳首
状部２８が内部に収容された凹形の窪み２６を有してい
る。
【００３０】先端が概ね切断された乳首状部２８は、好
ましくは丸められた頂部を有しており、実質的に直線状
の傾斜した側面３２のそばで窪みの底部３０の方向に延
び、さらに、ピストンの上面の実質的に水平な表面３６
に接する実質的に直線状の傾斜した横壁３４のその底部
から延びている。
【００３１】燃料噴射ノズルは、小さなナッペ角ａ1を
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。
【００３２】ＣＤがシリンダ１０の直径（ｍｍ単位）を
表し、Ｆが燃料ジェットの原点と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２Ａｒｃ
ｔｇ（ＣＤ／２Ｆ）以下である。
【００３３】ナッペ角は、仮想の周囲壁が燃料ジェット
のすべての軸を通る噴射ノズル２４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。
【００３４】ナッペ角ａ1の代表的な角度範囲は、１２
０°以下、好ましくは４０°から１００°の範囲であ
る。
【００３５】乳首状部の頂部での角度が燃料ジェットの
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、窪み２６の横壁３４の傾斜角度
は４５°未満であることが有利である。
【００３６】燃料ジェットの軸が、乳首状部２８の側面
３２に対して５°程度の交差角度をなすことが好まし
い。
【００３７】乳首状部２８の頂部での角度および窪み２
６の横壁３４の傾斜角度は、燃料が、乳首状部の側面３
２に実質的に沿って噴射され、次に横壁３４に沿って環
流するように、燃料ジェットのナッペ角ａ1に実質的に
適合している。
【００３８】図示した例では、窪み２６の主軸、噴射ノ
ズル２４の軸、および乳首状部２８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、噴射ノズル２４からの燃料ジェットナッペの主
軸、乳首状部２８の軸、および窪み２６の軸が同軸であ
るような構成であることが重要である。
【００３９】燃焼を実現するために、燃料は、上記に定
義した小さなナッペ角を有する、エンジンの噴射反応性
が３８０ｍｍ3／３０ｓ以上になるように構成されてい
る噴射ノズルによって燃焼室内に噴射される。
【００４０】高い噴射反応性と小さなナッペ角とを組み
合わせるこの噴射方法によって、エンジンの出力を高
め、部分負荷での排出量を減らすことができる。
【００４１】この燃焼プロセスによれば、縦座標に示さ
れた排出量（Ｅ）（ＮＯx／１０または粒子）の推移
が、横座標に示された噴射反応性（Ｓ）の関数として示
されている図２を見ると分かるように、噴射反応性の値
が３８０ｍｍ3／３０ｓを超えても排出量はそれほど増
えない。
【００４２】したがって、噴射反応性の値を、全負荷条
件のみの関数として、すなわち３８０ｍｍ3／３０ｓよ
りもずっと大きい値に選択することが可能である。
【００４３】同様に、部分負荷における排出量（Ｅ）
（ＮＯx／１０または粒子）が横座標に示され、エンジ
ンの出力（Ｐ）が縦座標に示されている、噴射反応性の
推移を示す曲線である図３を見ると分かるように、エン
ジンの噴射反応性が３８０ｍｍ 3／３０ｓから５２０ｍ
ｍ3／３０ｓまで、すなわち点Ｌから点Ｍまで高くなる
と、エンジンの出力は排出量をそれほど増やさずに１０
ｋＷ／ｌ程度高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を用いている直噴内燃エンジ
ンの軸方向の部分断面図である。
【図２】本発明の方法による、排出量の推移を噴射反応
性の関数として示すグラフである。
【図３】本発明による、噴射反応性の推移を排出量とエ
ンジンの出力の関数として示す別のグラフである。
【図４】縦座標に示されたこのエンジンの出力（Ｐ）の
推移を、横座標に示されたエンジンの噴射反応性（Ｓ）
の関数として示すグラフである。
【図５】都市部での運転条件の典型的な実用段階での、
縦座標に示されたｇ／ｋＷｈ単位の排出量（Ｅ）の推移
を、横座標に示された噴射反応性（Ｓ）の関数として示
すグラフである。
【図６】部分負荷での排出量（Ｅ）を横座標に示し、エ
ンジンの出力（Ｐ）を縦座標に示したグラフである。
【符号の説明】
１０ シリンダ １２ シリンダヘッド １４ 吸気マニホールド １６ 吸気弁 １８ 排気マニホールド ２０ 排気弁 ２２ ピストン ２４ 噴射ノズル ２６ 窪み ２８ 乳首状部 ３０ 底部 ３２ 側面 ３４ 横方向の壁 ３６ 表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｄ 63/00 63/00 Ｍ (72)発明者 ベルトラン ガテリィエ フランス国 78380 ブージヴァル ル パスツール ３ (72)発明者 ブルノ ヴァルテ フランス国 92250 ラ ガレヌ コロン ブ ル デュ シアトー 23 Ｆターム(参考） 3G023 AA04 AA05 AA07 AB05 AC05 AD02 AD09 AD14 3G066 AA07 AB02 AD12 BA23 CC34 CC48 CE13

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダ（１０）の壁と、シリンダヘッ
    ド（１２）と、内側に乳首状部（２８）が配置された窪
    み（２６）を有しているピストン（２２）とによって形
    成されている、直噴内燃エンジンの燃焼室内に燃料を噴
    射する方法において、 前記燃料を、３８０ｍｍ3／３０ｓ以上のエンジンの噴
    射反応性を得ることを可能にし、かつ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（Ｔ
    ＤＣ）に対して５０°のクランクシャフト角に対応する
    前記ピストンの位置との間の距離であるとして、２Ａｒ
    ｃｔｇ（ＣＤ／２Ｆ）以下のナッペ角（ａ 1）を有して
    いる噴射ノズル（２４）によって噴射することを特徴と
    する、直噴内燃エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する方
    法。
  2. 【請求項２】 前記反応性は３８０ｍｍ3／３０ｓから
    ５２０ｍｍ3／３０ｓの間の範囲である、請求項１に記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 前記燃料を１２０°以下の燃料ジェット
    ナッペ角（ａ1）で噴射する、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記燃料を４０°から１００°の間の範
    囲のナッペ角（ａ1）で噴射する、請求項３に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 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、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、窪み（２６）内に配置され
    た乳首状部（２８）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ている燃焼室とを有する
    内燃エンジンにおいて、 このエンジンは、３８０ｍｍ3／３０ｓ以上の噴射反応
    性を得ることを可能にし、かつ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（ＴＤＣ）に
    対して５０°のクランクシャフト角に対応する前記ピス
    トンの位置との間の距離であるとして、２Ａｒｃｔｇ
    （ＣＤ／２Ｆ）以下のナッペ角（ａ1）を有している噴
    射ノズル（２４）を有していることを特徴とする内燃エ
    ンジン。
  6. 【請求項６】 噴射ノズル（２４）のナッペ角（ａ1）
    は０°から１２０°の間に選択されている、請求項５に
    記載のエンジン。
  7. 【請求項７】 噴射ノズル（２４）のナッペ角（ａ1）
    は４０°から１００°の間に選択されている、請求項６
    に記載のエンジン。
  8. 【請求項８】 乳首状部（２８）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５から７のいずれ
    か１項に記載のエンジン。
  9. 【請求項９】 燃料ジェットの複数の軸が、乳首状部
    （２８）の側面（３２）に対して５°程度の交差角度を
    なしている、請求項５から８のいずれか１項に記載のエ
    ンジン。
  10. 【請求項１０】 横壁（３４）の傾斜角が４５°未満で
    あることを特徴とする、窪み（２６）が傾斜した横壁
    （３４）を有している請求項５に記載のエンジン。
JP2003088311A 2002-03-28 2003-03-27 噴射反応性が高い内燃エンジン用の燃料噴射方法、およびこのような方法を用いているエンジン Pending JP2003293909A (ja)

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