JP2007170377A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の大小に関わらずに安定した混合気の圧縮自着火を可能にしてトルクショックの発生を防止する。
【解決手段】 燃焼室１５内に燃料を供給するインジェクタ２０，２１を備えて圧縮着火運転が可能な内燃機関は、インジェクタ２０，２１が燃焼室１５に供給する燃料が、ＢＴＤＣ２０°において、点火プラグ２２の近傍に燃焼室１５の３％ないし７％の容積で当量比が１．２ないし２．０のリッチ混合気領域Ｒ１を形成し、その他の大部分の位置に当量比が１．０未満のリーン混合気領域Ｒ２とを形成する。内燃機関の全ての負荷状態でリーン混合気領域Ｒ２の基本的に均質な混合気を圧縮自着火あるいは火種自着火により燃焼させることで、負荷状態の変化に伴うトルクショックの発生を回避しながら、低燃料消費率および低エミッションの運転が可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段を備えて圧縮着火運転が可能な内燃機関に関する。

内燃機関の部分負荷運転領域では、ＴＤＣ近傍に吸気弁および排気弁の両方が閉弁する密閉期間を形成し、燃焼室内に排気ガスを閉じ込めて混合気と共に圧縮して自着火燃焼させるとともに、内燃機関の全負荷運転領域では、ＴＤＣ近傍に吸気弁および排気弁の両方が開弁するバルブオーバーラップ期間を形成し、燃焼室内の混合気に点火プラグで火花着火するものが、下記特許文献１により公知である。この内燃機関によれば、通常の火花点火式内燃機関に比べて特に圧縮比を高めることなく、部分負荷運転時に安定した圧縮自着火燃焼を可能にしてエミッションの排出量を削減し、また全負荷運転時には過大な圧縮比によるノッキングの発生を防止することができる．
特開２０００−３２０３３３号公報

しかしながら上記従来のものは、部分負荷運転時および全負荷運転時で吸気弁および排気弁の開閉タイミングを変更する必要があるために動弁機構の構造が複雑化する問題があり、しかも混合気の着火形態が部分負荷運転時の圧縮自着火と全負荷運転時の火花着火とで異なるため、部分負荷運転時および全負荷運転時の切り換え時にトルクショックが発生し易くなる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、負荷の大小に関わらずに安定した混合気の圧縮自着火を可能にしてトルクショックの発生を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、燃焼室内に燃料を供給する燃料供給手段を備えて圧縮着火運転が可能な内燃機関において、前記燃料供給手段が燃焼室に供給する燃料は、ＢＴＤＣ２０°において、燃焼室の３％ないし７％の容積で当量比が１．２ないし２．０のリッチ混合気領域を形成するとともに、燃焼室の残りの大部分の容積で当量比が１．０未満のリーン混合気領域を形成することを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、火花を発生して混合気に点火する点火手段を備え、この点火手段の近傍に前記リッチ混合気領域を形成することを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、火花を発生して混合気に点火する点火手段を備え、前記リッチ混合気領域を形成する燃料供給手段は複数の燃料噴射口を有し、前記燃料噴射口は、隣り合う燃料噴射軸の成す角度が１０°以下に設定されることを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、火花を発生して混合気に点火する点火手段を備え、前記リッチ混合気領域を形成する燃料供給手段は複数の燃料噴射口を有し、前記燃料噴射口は、隣り合う燃料噴射軸の成す角度が１０°以下に設定されることを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記隣り合う燃料噴射軸の間に前記点火手段が配置されることを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記リッチ混合気領域を形成する燃料供給手段は複数の燃料噴射口を有し、前記複数の燃料噴射口のうち、前記点火手段の近傍を指向する燃料噴射口が他の燃料噴射口よりも密に配置され、これら隣り合う燃料噴射口の燃料噴射軸の成す角度が１０°以下に設定されることを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記リッチ混合気領域を形成する燃料供給手段は複数の燃料噴射口を有し、前記複数の燃料噴射口のうち、前記点火手段の近傍を指向する燃料噴射口の径が他の燃料噴射口の径よりも大きく設定されることを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項３〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記燃料噴射口の径をｄ［ｍｍ］とし、エンジン運転条件下での最低燃料噴射量をｑ［ｍｍ³ ／ｓｈｏｔ］とし、燃料噴射口（２３）の数をｎとしたとき、
ｄ≦０．１４（ｑ／ｎ）^1/2
が成立し、かつ前記燃料噴射口が形成されるプレートの板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、
ｔ＜７ｄ
が成立することを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、請求項３または請求項４の構成に加えて、前記複数の燃料噴射口の複数の燃料噴射軸が形成する錘から外れて前記点火手段の近傍を指向する他の燃料噴射軸を有する他の燃料噴射口を備えることを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項９に記載された発明によれば、請求項３または請求項４の構成に加えて、前記燃料噴射口の数をｎとし、前記燃料供給手段の先端と前記点火手段の電極とを結ぶ線が該燃料供給手段の燃料噴射中心線に対して成す角度をαとし、前記燃料噴射口軸が該燃料供給手段の燃料噴射中心線に対して成す角度をβとしたとき、
ｎ≧３０ｓｉｎ（α−β）
が成立することを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項１０に記載された発明によれば、請求項９の構成に加えて、前記燃料噴射口の径をｄ［ｍｍ］とし、エンジン運転条件下での最低燃料噴射量をｑ［ｍｍ³ ／ｓｈｏｔ］とし、燃料噴射口の数をｎとしたとき、
ｄ≦０．１４（ｑ／ｎ）^1/2
が成立し、かつ前記燃料噴射口が形成されるプレートの板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、
ｔ＜７ｄ
が成立することを特徴とする内燃機関が提案される。

尚、実施例の第１、第２インジェクタ２０，２１は本発明の燃料供給手段に対応し、実施例の点火プラグ２２は本発明の点火手段に対応する。

請求項１の構成によれば、燃焼室の容積の大部分を当量比が１．０未満のリーン混合気領域としたので、内燃機関の全ての負荷状態でリーン混合気領域の基本的に均質な混合気を圧縮自着火あるいは火種自着火により燃焼させることで、負荷状態の変化に伴うトルクショックの発生を回避しながら、低燃料消費率および低エミッションの運転が可能になる。また燃焼室の容積の極一部である３％ないし７％の領域をリッチ混合気領域とし、そのリッチ混合気領域に点火手段を配置したので、点火手段の火花で着火したリッチ混合気領域の燃焼熱でリーン混合気領域の圧縮自着火をアシストすることで、失火の発生を確実に防止するとともに、ＴＤＣ直後の熱発生率を高めて等容度を改善し、燃料消費率を減少させることができる。

特に、リッチ混合気領域の容積を燃焼室の容積の７％以下としたので、混合気の燃焼期間を短くして燃焼安定性を高めることができ、またリッチ混合気領域の容積を燃焼室の容積の３％以上としたので、混合気の着火性を確保することができる。

更に、リッチ混合気領域の当量比を１．２ないし２．０としたので、混合気の着火遅れを最小限に抑えて燃焼安定性を確保することができる。

請求項２の構成によれば、火花を発生して混合気に点火する点火手段の近傍にリッチ混合気領域を形成したので、リッチ混合気の圧縮自着火を点火手段の火花でアシストして自着火可能な運転領域を拡大し、失火の発生を確実に回避することができる。

請求項３の構成によれば、燃料供給手段の複数の燃料噴射口のうちの隣り合う燃料噴射口の燃料噴射軸の成す角度が１０°以下に設定されるので、リッチ混合気領域の燃料濃度を均一化することができる。

請求項４の構成によれば、前記隣り合う燃料噴射軸の間に点火手段が配置されるので、点火手段の近傍に確実にリッチ混合気領域を形成することができる。

請求項５の構成によれば、燃料供給手段の複数の燃料噴射口のうち、点火手段の近傍を指向する燃料噴射口が他の燃料噴射口よりも密に配置され、これら隣り合う燃料噴射口の燃料噴射軸の成す角度が１０°以下に設定されるので、点火手段の近傍に確実にリッチ混合気領域を形成することができる。

請求項６の構成によれば、燃料供給手段の複数の燃料噴射口のうち、点火手段の近傍を指向する燃料噴射口の径が他の燃料噴射口の径よりも大きく設定されるので、点火手段の近傍に確実にリッチ混合気領域を形成することができる。

請求項７の構成によれば、燃料噴射口の径をｄ［ｍｍ］とし、エンジン運転条件下での最低燃料噴射量をｑ［ｍｍ³ ／ｓｈｏｔ］とし、燃料噴射口の数をｎとしたとき、
ｄ≦０．１４（ｑ／ｎ）^1/2
が成立し、かつ燃料噴射口が形成されるプレートの板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、
ｔ＜７ｄ
が成立するので、安定した燃料の噴霧を得ることができる。

請求項８の構成によれば、複数の燃料噴射口の複数の燃料噴射軸が形成する錘から外れて点火手段の近傍を指向する他の燃料噴射軸を有する他の燃料噴射口を備えたことで、点火手段の近傍に確実にリッチ混合気領域を形成することができる。

請求項９の構成によれば、燃料噴射口の数をｎとし、燃料供給手段の先端と点火手段の電極とを結ぶ線が該燃料供給手段の燃料噴射中心線に対して成す角度をαとし、燃料噴射口軸が該燃料供給手段の燃料噴射中心線に対して成す角度をβとしたとき、
ｎ≧３０ｓｉｎ（α−β）
が成立するので、充分な数の燃料噴射口を確保してリッチ混合気領域を形成することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、燃料噴射口の径をｄ［ｍｍ］とし、エンジン運転条件下での最低燃料噴射量をｑ［ｍｍ³ ／ｓｈｏｔ］とし、燃料噴射口の数をｎとしたとき、 ｄ≦０．１４（ｑ／ｎ）^1/2
が成立し、かつ燃料噴射口が形成されるプレートの板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、
ｔ＜７ｄ
が成立するので、安定した燃料の噴霧を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図１４は本発明の第１実施例を示すもので、図１は内燃機関の燃焼室周辺の構造を示す図、図２はリッチ混合気領域の当量比と、点火プラグの点火から混合気の１０％が燃焼するまでの期間との関係を示す図、図３は第２インジェクタから噴射される燃料の点火プラグ近傍の噴霧流速と、点火プラグの点火から混合気の１０％が燃焼するまでの期間との関係を示す図、図４は混合気の１０％が燃焼したときの燃焼室の容積に対する空燃比が６未満の容積の占める割合と、混合気の１０％が燃焼してから９０％が燃焼するまでの期間との関係を示す図、図５は混合気の１０％が燃焼したときの燃焼室内の噴霧の蒸発率と、混合気の１０％が燃焼してから９０％が燃焼するまでの期間との関係を示す図、図６は点火プラグによる着火アシストの効果を説明する図、図７は第２インジェクタの燃料噴射軸の配置を示す図、図８は第２インジェクタの燃料噴射軸と点火プラグとの位置関係を示す図、図９は第２インジェクタの燃料噴射軸と点火プラグとの位置関係を示す図、図１０は燃料噴射口が形成されたプレートの第１の例を示す図、図１１は燃料噴射口が形成されたプレートの第２の例を示す図、図１２は燃料噴射口が形成されたプレートの第３の例を示す図、図１３は第２インジェクタの燃料噴射中心線を傾けた例を示す図、図１４は図１３の第２インジェクタのプレートを示す図である。

図１に示すように、内燃機関Ｅはシリンダブロック１１に形成したシリンダ１２に摺動自在に嵌合するピストン１３を備えており、ピストン１３の頂面とシリンダヘッド１４の下面間に燃焼室１５が区画される。シリンダヘッド１４には吸気ポート１６および排気ポート１７が形成されており、吸気ポート１７が燃焼室１５に開口する吸気開口が吸気バルブ１８で開閉され、排気ポート１７が燃焼室１５に開口する排気開口が排気バルブ１９で開閉される。吸気ポート１６の吸気開口に近い位置には燃焼室１５を指向する第１インジェクタ２０が配置され、燃焼室１５の頂部中央にはシリンダ軸線に沿う第２インジェクタ２１が配置される。また燃焼室１５の排気バルブ１９寄りの位置には点火プラグ２２が配置される。

吸気ポート１６に設けられた第１インジェクタ２０は内燃機関Ｅの高負荷領域で燃料を噴射し、燃焼室１５に設けられた第２インジェクタ２１は内燃機関Ｅの全ての負荷領域で燃料を噴射する。第２インジェクタ２１はシリンダ軸線の周囲に円錐状に燃料を噴射するが、その燃料噴射密度は円周方向に不均一であり、点火プラグ２２を指向する方向の燃料噴射密度が他の方向よりも高く設定される。従って、この第２インジェクタ２１が噴射する燃料により、燃焼室１５の点火プラグ２２の周辺に空燃比が部分的に高いリッチ混合気領域Ｒ１（燃焼室１５内の斜線部分）が形成され、燃焼室１５のその他の部分に空燃比が低いリーン混合気領域Ｒ２（燃焼室１５内の白抜き部分）が形成される。点火プラグ２２は、全ての負荷領域で火花を発生する。

図示平均有効圧力ＩＭＥＰが４００ｋＰａ未満の低負荷領域では、第２インジェクタ２１が噴射した燃料により点火プラグ２２の近傍に空燃比が部分的にリッチな成層混合気が形成される。この混合気が圧縮行程において圧縮されると点火プラグ２２の近傍のリッチ混合気領域Ｒ１から自着火して燃焼室１５全体の混合気が燃焼する。低負荷領域では混合気の空燃比が燃焼室１５の大部分で理論空燃比よりもリーンであるために燃焼温度が低く、排気ガス中のＮｏｘの濃度を殆どゼロに抑えることができる。尚、低負荷領域では混合気が圧縮のみで自着火するため、点火プラグ２２の火花は必ずしも必要ではなく、点火プラグ２２を不作動にすることも可能である。即ち、成層混合気を圧縮することによって圧縮自着火が可能である。

図示平均有効圧力ＩＭＥＰが３００ｋＰａ〜ワークアウトの高負荷領域では、第１インジェクタ２０が噴射した燃料により燃焼室１５の大部分の領域に空燃比が均質で理論空燃比よりもリーンなリーン混合気領域Ｒ２が形成されるとともに、第２インジェクタ２１が噴射した燃料により点火プラグ２２の近傍にリッチ混合気領域Ｒ１が形成される。高負荷領域のうちの比較的に負荷が低い領域では、ＥＧＲ量を制御することで点火プラグ２２の近傍のリッチ混合気領域Ｒ１を自着火させることができる。また高負荷領域のうちの比較的に負荷が高い領域では、点火プラグ２２が発生する火花を種火として点火プラグ２２の近傍のリッチ混合気領域Ｒ１を火花着火させ、リッチ混合気領域Ｒ１の火炎伝播による熱でリーン混合気領域Ｒ２を圧縮自着火させる火種自着火が可能である。この高負荷領域でも混合気の空燃比が燃焼室１５の大部分でリーンであるために燃焼温度が低く、排気ガス中のＮｏｘの濃度を５０ｐｐｍ未満に抑えることができる。

次に、点火プラグ２２の近傍のリッチ混合気領域Ｒ１の圧縮あるいは火花による着火性の条件について説明する。

図２は、リッチ混合気領域Ｒ１の当量比（理論空燃比／実空燃比）と、点火プラグ２２の点火から混合気の１０％が燃焼するまでの期間（クランクアングル換算）との関係を示すものであり、前記期間が短いほど混合気の着火が速やかに行われることを示している。同図から明らかなように、クランクアングルがＴＤＣの２０°手前位置において、当量比が１．２から２．０の領域、つまり空燃比が１２．２５から７．３５の領域で混合気の着火遅れが極小になっており、混合気の着火性が高いことが分かる。

図３は、第２インジェクタ２１から噴射される燃料の点火プラグ２２近傍の噴霧流速と、点火プラグ２２の点火から混合気の１０％が燃焼するまでの期間（クランクアングル換算）との関係を示すものであり、前記期間が短いほど混合気の着火が速やかに行われることを示している。同図から明らかなように、噴霧流速が５ｍ／ｓｅｃ以下の領域で混合気の着火遅れが小さくなっており、混合気の着火性が高いことが分かる。

次に、燃焼室１５内の混合気の主燃焼の条件について説明する。

図４は、混合気の１０％が燃焼したときの燃焼室１５の容積に対する空燃比が６未満の容積の占める割合（過リッチ割合）と、混合気の１０％が燃焼してから９０％が燃焼するまでの期間（クランクアングル換算）との関係を示す図である。同図から明らかなように、過リッチ割合７％以下のときに前記燃焼期間が短くなっており、混合気が速やかに燃焼することが分かる。

図５は、混合気の１０％が燃焼したときの燃焼室１５内の噴霧の蒸発率と、混合気の１０％が燃焼してから９０％が燃焼するまでの期間（クランクアングル換算）との関係を示す図である。同図から明らかなように、噴霧蒸発率が９０％以上のときに前記燃焼期間が短くなっており、混合気が速やかに燃焼することが分かる。

図６は、点火プラグ２２による着火アシストの効果を説明する図であり、横軸はクランクアングル（０°はＴＤＣ）を示し、縦軸は熱発生率を示している。図中の破線は点火プラグ２２による着火アシストが無い場合、実線は点火プラグ２２による着火アシストが有る場合を示しており、点火プラグ２２による着火アシストによってＴＤＣ後の熱発生率の立ち上がりタイミングが早くなり、かつ熱発生率が増加していることが分かる。実線で示すアシスト有りのラインの立ち上がり部分の斜線領域は、リッチ混合気領域Ｒ１の微小火炎伝播による発熱を表している。

以上説明したように、吸気ポート１６に設けた第１インジェクタ２０および燃焼室１５に設けた第２インジェクタ２１からの燃料の噴射により、燃焼室の容積の大部分を占める領域をリーン混合気領域Ｒ２としたので、内燃機関Ｅの低負荷状態から高負荷状態までの全ての負荷状態で、広いリーン混合気領域Ｒ２内で実質的に均質に分布する混合気を圧縮自着火あるいは火種自着火により燃焼させることで、内燃機関Ｅの負荷状態の変化に伴うトルクショックの発生を回避しながら、リーンな混合気の燃焼による低燃料消費率および低エミッションの運転が可能になる。

また燃焼室１５の容積全体から見ると極一部である３％ないし７％の領域をリッチ混合気領域Ｒ１とし、そのリッチ混合気領域Ｒ１に点火プラグ２２を配置したので、リーン混合気領域Ｒ２の圧縮自着火を点火プラグ２２の火花で着火したリッチ混合気領域Ｒ１の燃焼熱でアシストすることができる。これにより、種々の負荷領域での失火の発生を確実に防止することが可能になるだけでなく、リッチ混合気領域Ｒ１の燃焼による火炎伝播でＴＤＣ直後の熱発生率を高めて等容度を改善し、燃料消費率を減少させることができる。

燃焼室１５の容積に対するリッチ混合気領域Ｒ１の容積の比率は重要であり、ＢＴＤＣ２０°においてリッチ混合気領域Ｒ１の容積を燃焼室の容積の７％以下としたことで、混合気の燃焼期間を短くして燃焼安定性を高めることができ、またリッチ混合気領域Ｒ１の容積を燃焼室の容積の３％以上としたことで、混合気の着火性を確保することができる。またリッチ混合気領域Ｒ１の当量比をＢＴＤＣ２０°において１．２ないし２．０としたことで、混合気の着火遅れを最小限に抑えて燃焼安定性を確保することができる。

次に、燃焼室１５における上述した燃料噴射密度を実現するために第２インジェクタ２１（シリンダ軸線に沿うインジェクタ）の燃料噴射特性について説明する。

第２インジェクタ２１の燃料噴射特性には種々の態様があるが、先ず共通の特性を説明する。図１０に示すように、第２インジェクタ２１は複数個（例えば、１２個）の燃料噴射口２３…が形成されたプレート２４を備えており、それらの燃料噴射口２３…は第２インジェクタ２１の燃料噴射中心線Ａを囲む円周上に配置され、かつ各燃料噴射口２３…の燃料噴射軸Ｌは燃料噴射中心線Ａに対して円錐状に傾斜するように配置される。よって複数の燃料噴射口２３…から燃料噴射軸Ｌに沿って噴射された燃料は燃焼室１５内に円錐状の拡散する。このとき隣接する二つの燃料噴射軸Ｌの成す角度は１０°以下とすることが望ましい（図７参照）。この１０°という角度は、図７の投影図上における角度ではなく、実際に２本の燃料噴射軸Ｌが成す角度である。

上記図７の条件の代わりに、図８に示すように、第２インジェクタ２１および点火プラグ２２を通る平面を挟んで両側に位置する２本の燃料噴射軸Ｌの成す角度が１０°以下であっても良い。この１０°という角度は、図８の投影図上における角度ではなく、実際に２本の燃料噴射軸Ｌが成す角度である。

そして図７および図８のいずれの場合にも、図９に示すように、点火プラグ２２を指向する燃料噴射軸Ｌを中心とする頂角１０°の円錐の範囲内に点火プラグ２２の電極が位置するように設定される。

このような燃料噴射条件をみたすことで、ＢＴＤＣ２０°において、燃焼室１５の３％ないし７％の容積で当量比が１．２ないし２．０のリッチ混合気領域Ｒ１を形成するとともに、燃焼室１５の残りの大部分の容積で当量比が１．０未満のリーン混合気領域Ｒ２を形成することができる。

この条件のもとで、図１０に示すように、複数の燃料噴射口２３…のうち、点火プラグ２２の電極を指向する１個の燃料噴射口２３の直径を残りの燃料噴射口２３…の直径よりも大径に設定することで、点火プラグ２２近傍の燃料密度を他の部分の燃料密度よりも高めることができる。

図１０の別案として、図１１に示すように、複数の燃料噴射口２３…の配置間隔を円周方向に不均一にし、点火プラグ２２の電極を指向する複数個（例えば、３個）の燃料噴射口２３…を密に配置することで、点火プラグ２２近傍の燃料密度を他の部分の燃料密度よりも高めることができる。

図１０の更なる別案として、図１２に示すように、点火プラグ２２の電極を指向する１個の燃料噴射口２３の径方向外側および内側に点火プラグ２２の電極を指向する追加の燃料噴射口２３，２３を配置することで、点火プラグ２２近傍の燃料密度を他の部分の燃料密度よりも高めることができる。

また更なる別案として、図１３および図１４に示すように、プレート２４の円周上に形成した燃料噴射口２３…の角度を点火プラグ２２と反対側に傾斜させることで、つまり第２インジェクタ２１の燃料噴射中心線Ａの方向を点火プラグ２２と反対側に傾斜させることで、複数の燃料噴射軸Ｌが成すコーンが点火プラグ２２から離れるようにする。その代わりに、プレート２４に点火プラグ２２を指向する燃料噴射口２３′を別途形成し、この燃料噴射口２３′から燃料噴射軸Ｌ′方向に燃料を噴射することで点火プラグ２２の近傍の燃料密度を他の部分の燃料密度よりも高めることができる。

尚、第１インジェクタ２０で吸気ポート１６内に燃料を噴射した後に第２インジェクタ２１で点火プラグ２２を指向する方向にのみ燃料を噴射することで、点火プラグ２２の近傍の燃料密度を他の部分の燃料密度よりも高めても良い。

以上の何れの形状のプレート２４を採用した場合でも、各燃料噴射口２３の直径ｄ［ｍｍ］とし、エンジン運転条件下での最低燃料噴射量をｑ［ｍｍ³ ／ｓｈｏｔ］とし、燃料噴射口２３…の数をｎとしたとき、
ｄ≦０．１４（ｑ／ｎ）^1/2
が成立することが望ましい。

次に、図１５に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では第２インジェクタ２１が円周方向に不均一に、つまり点火プラグ２２を指向する方向がリッチになるように燃料を噴射しているが、第２の実施の形態では第２インジェクタ２１が燃料噴射中心線Ａに関して円周方向に均一に燃料を噴射するとともに、燃料噴射中心線Ａを第２インジェクタ２１の軸線（つまり燃焼室１５の軸線）に対して傾斜させることにより、点火プラグ２２の近傍に燃料の濃度を高めている。

この場合、第２インジェクタ２１の燃料噴射中心線Ａを傾けても、燃料噴射口２３…の数が少ないと点火プラグ２２の近傍の燃料の濃度を確実に高めることができないため、燃料噴射口２３…の数ｎは以下のように設定される。

即ち、第２インジェクタ２１の先端と点火プラグ２２の電極とを結ぶ直線が第２インジェクタ２１の軸線と成す角度をαとし、第２インジェクタ２１の燃料噴射中心線Ａと第２インジェクタ２１の軸線と成す角度をβとしたとき、
ｎ≧３０ｓｉｎ（α−β）
が成立することが望ましい。また各燃料噴射口２３の直径ｄ［ｍｍ］とし、エンジン運転条件下での最低燃料噴射量をｑ［ｍｍ³ ／ｓｈｏｔ］とし、燃料噴射口２３…の数をｎとしたとき、
ｄ≦０．１４（ｑ／ｎ）^1/2
が成立することが望ましい。

これらの条件を満たすことで、第２インジェクタ２１が円周方向に均一に燃料を噴射するものであっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

更に、燃料噴射口２３…が形成されるプレート２４の板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、
ｔ＜７ｄ
が成立することが望ましい。

燃料噴射口２３…の数ｎを４０個に設定した場合には、隣接する二つの燃料噴射軸Ｌの成す角度は１０°以下となり、燃料噴射口２３の直径ｄは０．０５ｍｍ以下となり、板厚ｔは０．３５ｍｍ以下となる。また燃料噴射口２３…の数ｎを１５個に設定した場合には、隣接する二つの燃料噴射軸Ｌの成す角度は１０°以下となり、燃料噴射口２３の直径ｄは０．０８ｍｍ以下となり、板厚ｔは０．５６ｍｍ以下となる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では複数の燃料噴射口２３…を基本的に真円周上に配置しているが、それらを円周上ではなく、楕円上や、一部が突出あるいは陥没するように変形した円上や、一部に直線部を有する変形した円上に配置してもよい、つまり、複数の燃料噴射口２３…が配置される図形の形状は任意である。

第１の実施の形態に係る内燃機関の燃焼室周辺の構造を示す図 リッチ混合気領域の当量比と、点火プラグの点火から混合気の１０％が燃焼するまでの期間との関係を示す図 第２インジェクタから噴射される燃料の点火プラグ近傍の噴霧流速と、点火プラグの点火から混合気の１０％が燃焼するまでの期間との関係を示す図 混合気の１０％が燃焼したときの燃焼室の容積に対する空燃比が６未満の容積の占める割合と、混合気の１０％が燃焼してから９０％が燃焼するまでの期間との関係を示す図 混合気の１０％が燃焼したときの燃焼室内の噴霧の蒸発率と、混合気の１０％が燃焼してから９０％が燃焼するまでの期間との関係を示す図 点火プラグによる着火アシストの効果を説明する図 第２インジェクタの燃料噴射軸の配置を示す図 第２インジェクタの燃料噴射軸と点火プラグとの位置関係を示す図 第２インジェクタの燃料噴射軸と点火プラグとの位置関係を示す図 燃料噴射口が形成されたプレートの第１の例を示す図 燃料噴射口が形成されたプレートの第２の例を示す図 燃料噴射口が形成されたプレートの第３の例を示す図 第２インジェクタの燃料噴射中心線を傾けた例を示す図 図１３の第２インジェクタのプレートを示す図 第２の実施の形態に係る、前記図８に対応する図

符号の説明

１５ 燃焼室
２０ 第１インジェクタ（燃料供給手段）
２１ 第２インジェクタ（燃料供給手段）
２２ 点火プラグ（点火手段）
Ａ 燃料噴射中心線
Ｌ 燃料噴射軸
Ｒ１ リッチ混合気領域
Ｒ２ リーン混合気領域

Claims (10)

1. 燃焼室（１５）内に燃料を供給する燃料供給手段（２０，２１）を備えて圧縮着火運転が可能な内燃機関において、
   前記燃料供給手段（２０，２１）が燃焼室（１５）に供給する燃料は、ＢＴＤＣ２０°において、燃焼室（１５）の３％ないし７％の容積で当量比が１．２ないし２．０のリッチ混合気領域（Ｒ１）を形成するとともに、燃焼室（１５）の残りの大部分の容積で当量比が１．０未満のリーン混合気領域（Ｒ２）を形成することを特徴とする内燃機関。
2. 火花を発生して混合気に点火する点火手段（２２）を備え、この点火手段（２２）の近傍に前記リッチ混合気領域（Ｒ１）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
3. 火花を発生して混合気に点火する点火手段（２２）を備え、前記リッチ混合気領域（Ｒ１）を形成する燃料供給手段（２１）は複数の燃料噴射口（２３）を有し、前記燃料噴射口（２３）は、隣り合う燃料噴射軸（Ｌ）の成す角度が１０°以下に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記隣り合う燃料噴射軸（Ｌ）の間に前記点火手段（２２）が配置されることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記リッチ混合気領域（Ｒ１）を形成する燃料供給手段（２１）は複数の燃料噴射口（２３）を有し、前記複数の燃料噴射口（２３）のうち、前記点火手段（２２）の近傍を指向する燃料噴射口（２３）が他の燃料噴射口（２３）よりも密に配置され、これら隣り合う燃料噴射口（２３）の燃料噴射軸（Ｌ）の成す角度が１０°以下に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
6. 前記リッチ混合気領域（Ｒ１）を形成する燃料供給手段（２１）は複数の燃料噴射口（２３）を有し、前記複数の燃料噴射口（２３）のうち、前記点火手段（２２）の近傍を指向する燃料噴射口（２３）の径が他の燃料噴射口（２３）の径よりも大きく設定されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
7. 前記燃料噴射口（２３）の径をｄ［ｍｍ］とし、エンジン運転条件下での最低燃料噴射量をｑ［ｍｍ³ ／ｓｈｏｔ］とし、燃料噴射口（２３）の数をｎとしたとき、
   ｄ≦０．１４（ｑ／ｎ）^1/2
   が成立し、
   かつ前記燃料噴射口（２３）が形成されるプレート（２４）の板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、
   ｔ＜７ｄ
   が成立することを特徴とする、請求項３〜請求項５の何れか１項に記載の内燃機関。
8. 前記複数の燃料噴射口（２３）の複数の燃料噴射軸（Ｌ）が形成する錘から外れて前記点火手段（２２）の近傍を指向する他の燃料噴射軸（Ｌ′）を有する他の燃料噴射口（２３′）を備えることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の内燃機関。
9. 前記燃料噴射口（２３）の数をｎとし、前記燃料供給手段（２１）の先端と前記点火手段（２２）の電極とを結ぶ線が該燃料供給手段（２１）の燃料噴射中心線（Ａ）に対して成す角度をαとし、前記燃料噴射口軸（Ｌ）が該燃料供給手段（２１）の燃料噴射中心線（Ａ）に対して成す角度をβとしたとき、
   ｎ≧３０ｓｉｎ（α−β）
   が成立することを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の内燃機関。
10. 前記燃料噴射口（２３）の径をｄ［ｍｍ］とし、エンジン運転条件下での最低燃料噴射量をｑ［ｍｍ³ ／ｓｈｏｔ］とし、燃料噴射口（２３）の数をｎとしたとき、
    ｄ≦０．１４（ｑ／ｎ）^1/2
    が成立し、
    かつ前記燃料噴射口（２３）が形成されるプレート（２４）の板厚をｔ［ｍｍ］としたとき、
    ｔ＜７ｄ
    が成立することを特徴とする、請求項９に記載の内燃機関。

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