JP2014132166A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine.
燃焼室にスワール流を生成する内燃機関が知られている。特許文献1では、ディーゼルエンジンにおいて燃料噴霧がスワール方向に流されることが記載されている。このほか、燃料噴射弁の噴孔間隔の設定に関し、特許文献2では燃料噴射弁からキャビティ底壁面までの距離が近い側よりも遠い側の噴孔数を多くする筒内直接噴射式内燃機関が開示されている。この内燃機関はかかる構成によってキャビティ上空への燃料噴霧の巻上げ力の均一化を図っている。
An internal combustion engine that generates a swirl flow in a combustion chamber is known. Patent Document 1 describes that fuel spray is caused to flow in a swirl direction in a diesel engine. In addition, regarding the setting of the injection hole interval of the fuel injection valve,
内燃機関は例えば次のような場合に、シリンダヘッドの底壁面がペントルーフ形状を有するとともに、キャビティの底壁面がペントルーフ形状に合わせて隆起した形状を有する構成とすることができる。すなわち、圧縮着火式内燃機関(例えばディーゼルエンジン)と火花点火式内燃機関(例えばガソリンエンジン)との間でシリンダヘッドの共通化や共通性向上を図る場合にかかる構成とすることができる。 For example, the internal combustion engine may have a configuration in which the bottom wall surface of the cylinder head has a pent roof shape and the bottom wall surface of the cavity has a raised shape in accordance with the pent roof shape in the following cases. That is, it is possible to adopt a configuration in which cylinder heads are made common or improved in common between a compression ignition type internal combustion engine (for example, a diesel engine) and a spark ignition type internal combustion engine (for example, a gasoline engine).
この場合、上記キャビティ底壁面および上記シリンダヘッドの底壁面との関係上、複数の噴孔の噴射方向が次のように設定されることになる。すなわち、上記複数の噴孔のうちいずれかの噴孔から噴射される燃料噴霧の到達距離であって、上記燃焼室にスワール流を生成しない場合における燃料噴霧の到達距離が、上記複数の噴孔同士の間で同じではなくなるように設定されることになる。 In this case, due to the relationship between the cavity bottom wall surface and the cylinder head bottom wall surface, the injection directions of the plurality of nozzle holes are set as follows. That is, the arrival distance of the fuel spray injected from any one of the plurality of injection holes, and the arrival distance of the fuel spray when no swirl flow is generated in the combustion chamber is the plurality of injection holes It is set so that they are not the same between each other.
ところが、上記到達距離が上記複数の噴孔同士の間で同じではない場合には、上記複数の噴孔から噴射される燃料噴霧それぞれがスワール流から受ける影響も同じではなくなってくる。このためこの場合には、上記到達距離によって異なってくるスワール流の影響を考慮した燃料噴射を行うことが望まれる。 However, when the reaching distance is not the same among the plurality of nozzle holes, the influence of each fuel spray injected from the plurality of nozzle holes from the swirl flow is not the same. For this reason, in this case, it is desired to perform fuel injection in consideration of the influence of the swirl flow that varies depending on the reach distance.
本発明は上記課題に鑑み、燃焼室にスワール流を生成しない場合における燃料噴霧の到達距離によって異なってくるスワール流の影響を考慮した燃料噴射を行うことで、燃焼室に燃料を適切に噴射できる内燃機関を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention can appropriately inject fuel into a combustion chamber by performing fuel injection in consideration of the influence of the swirl flow that varies depending on the reach of the fuel spray when no swirl flow is generated in the combustion chamber. An object is to provide an internal combustion engine.
本発明はスワール流が生成される燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記燃料噴射弁が備える複数の噴孔のうち隣り合う2つの噴孔同士の噴孔間隔であって、前記燃焼室にスワール流を生成しない場合における燃料噴霧の到達距離が相対的に長く設定される領域に燃料を噴射する2つの噴孔同士の噴孔間隔が、前記燃料噴射弁が備える複数の噴孔のうち隣り合う2つの噴孔同士の噴孔間隔であって、前記燃焼室にスワール流を生成しない場合における燃料噴霧の到達距離が相対的に短く設定される領域に燃料を噴射する2つの噴孔同士の噴孔間隔よりも狭く設定されている内燃機関である。 The present invention includes a fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber in which a swirl flow is generated, and is an injection hole interval between two adjacent injection holes among a plurality of injection holes provided in the fuel injection valve, When the swirl flow is not generated in the combustion chamber, a plurality of nozzle holes provided in the fuel injection valve have a nozzle hole interval between two nozzle holes for injecting fuel into a region where the fuel spray reach distance is set to be relatively long. Of the two nozzle holes adjacent to each other, and two injections for injecting fuel to a region where the fuel spray reach distance is set relatively short when a swirl flow is not generated in the combustion chamber The internal combustion engine is set to be narrower than the interval between the nozzle holes.
本発明は前記燃焼室に曝されるキャビティが設けられているピストンと、前記燃焼室を形成する部分である中央部を有するシリンダヘッドとを備え、前記キャビティがスワール流の流れに沿った方向において高さが変化する形状を有するキャビティ底壁面を備えるとともに、前記中央部がスワール流の流れに沿った方向において高さが変化する形状を有するヘッド底壁面を備えており、前記燃焼室の中心軸線に沿った方向における距離であって、前記複数の噴孔のうちいずれかが噴射する燃料噴霧の到達点と、前記キャビティ底壁面および前記ヘッド底壁面のうち少なくともいずれかとの間の距離が、前記複数の噴孔それぞれの間で一定になるように、前記複数の噴孔それぞれの噴射方向が設定されている構成とすることができる。 The present invention includes a piston provided with a cavity that is exposed to the combustion chamber, and a cylinder head having a central portion that is a portion that forms the combustion chamber, and the cavity is in a direction along the flow of the swirl flow. A cavity bottom wall surface having a shape whose height changes, and a head bottom wall surface having a shape whose height changes in the direction along the flow of the swirl flow, the central axis of the combustion chamber The distance between the arrival point of fuel spray injected by any one of the plurality of nozzle holes and at least one of the cavity bottom wall surface and the head bottom wall surface is a distance in a direction along It can be set as the structure by which the injection direction of each said several nozzle hole is set so that it may become constant between each nozzle hole.
本発明によれば、燃焼室にスワール流を生成しない場合における燃料噴霧の到達距離によって異なってくるスワール流の影響を考慮した燃料噴射を行うことで、燃焼室に燃料を適切に噴射できる。 According to the present invention, the fuel can be appropriately injected into the combustion chamber by performing the fuel injection in consideration of the influence of the swirl flow that varies depending on the arrival distance of the fuel spray when the swirl flow is not generated in the combustion chamber.
図面を用いて本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は内燃機関1の概略構成図である。図2は図1に示すA−A断面で内燃機関1を見た図である。図1では内燃機関1のうちシリンダブロック2およびシリンダヘッド3を燃焼室Eの中心軸線である中心軸線P1を含む断面で示す。内燃機関1における上下方向については図1に示す通り、中心軸線P1に沿った方向を上下方向とし、シリンダヘッド3がシリンダブロック2よりも上に位置しているものとする。図1、図2に示す方向Xは内燃機関1の吸排気方向を示す。図2に示す方向Yは内燃機関1のフロント、リア方向を示す。図1、図2では各構成を簡略化して示している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine 1. FIG. 2 is a view of the internal combustion engine 1 taken along the line AA shown in FIG. In FIG. 1, the
内燃機関1は圧縮着火式内燃機関であり、燃焼室Eにスワール流が生成される内燃機関となっている。内燃機関1はシリンダブロック2とシリンダヘッド3と吸気弁4と排気弁5と燃料噴射弁6とピストン7とを備えている。シリンダブロック2にはシリンダ21が形成されている。シリンダ21は中心軸線P1を有している。換言すれば、シリンダ21が中心軸線P1を決定している。シリンダ21内にはピストン7が収容されている。シリンダブロック2の上部にはシリンダヘッド3が固定されている。
The internal combustion engine 1 is a compression ignition type internal combustion engine, and is an internal combustion engine in which a swirl flow is generated in the combustion chamber E. The internal combustion engine 1 includes a
シリンダヘッド3はシリンダブロック2およびピストン7とともに燃焼室Eを形成している。シリンダヘッド3の底壁部のうち燃焼室Eを形成する部分である中央部31はペントルーフ形状を有している。当該ペントルーフ形状は具体的には中央部31が備える底壁面311が有している。底壁面311はヘッド底壁面に相当する。
The cylinder head 3 forms a combustion chamber E together with the
上記ペントルーフ形状は具体的には方向Xにおいて中心軸線P1から排気側にオフセットした位置に頂部を有する構成となっている。中央部31(具体的には底壁面311)は方向Xにおいて中心軸線P1に合わせて、或いは中心軸線P1から吸気側にオフセットした位置に頂部が設けられたペントルーフ形状を有していてもよい。 Specifically, the pent roof shape has a top portion at a position offset in the direction X from the central axis P1 to the exhaust side. The central portion 31 (specifically, the bottom wall surface 311) may have a pent roof shape in which the top portion is provided in the direction X in accordance with the central axis P1 or at a position offset from the central axis P1 toward the intake side.
シリンダヘッド3には吸気ポート32および排気ポート33が形成されている。また、吸気弁4および排気弁5が設けられている。吸気ポート32と排気ポート33とはともに燃焼室Eに開口している。吸気ポート32は燃焼室Eに吸気を導き、排気ポート33は燃焼室Eのガスを排気する。吸気弁4は吸気ポート32を開閉し、排気弁5は排気ポート33を開閉する。
An
吸気ポート32は具体的には吸気弁4とともに燃焼室Eに対して複数(ここでは2つ)設けられている。排気ポート33も排気弁5とともに燃焼室Eに対して複数(ここでは2つ)設けられている。各吸気ポート32は互いに独立した独立ポートであってもよく、燃焼室Eに対して途中で複数に分岐して開口するサイアミーズポートの一部であってもよい。各吸気ポート32の具体的な形状は互いに異なっていてよい。これらのことは各排気ポート33についても同様である。
Specifically, a plurality (two in this case) of
シリンダヘッド3にはさらに燃料噴射弁6が設けられている。燃料噴射弁6は燃焼室Eに燃料を噴射する。燃料噴射弁6は噴孔部61を備えている。噴孔部61は燃焼室E上部のうち中央の部分に露出している。燃料噴射弁6の方向Xに沿った位置は中央部31が有するペントルーフ形状の頂部に合わせて設定されている。このため、燃料噴射弁6は具体的には方向Xにおいて中心軸線P1から排気側にオフセットした位置に設けられている。
The cylinder head 3 is further provided with a fuel injection valve 6. The fuel injection valve 6 injects fuel into the combustion chamber E. The fuel injection valve 6 includes a
図3は噴孔部61を示す図である。噴孔部61には噴孔611が設けられている。噴孔部61は燃料噴射弁6のうち噴孔611が設けられている部分であり、中心軸線P2を有している。噴孔部61は具体的には燃料噴射弁6が備えるノズルボディの先端部となっている。噴孔611は噴孔部61の周方向に沿って複数(ここでは8つ)設けられている。複数の噴孔611の数は偶数とすることができる。
FIG. 3 is a view showing the
図4はピストン7の外観図である。図5はピストン7の上面図である。図6は図5に示すB−B断面でピストン7を見た図である。図7は図5に示すC−C断面でピストン7を見た図である。図4から図7では前述した内燃機関1における上下方向や方向Xや方向Yのほか、吸気側、排気側、フロント側およびリア側の表示によって内燃機関1におけるピストン7の向きを示す。以下に示す説明においては、内燃機関1における状態についても考慮しながらピストン7について説明する。このため、以下に示す説明においても必要に応じてこれらの表示に従ってピストン7について説明する。
FIG. 4 is an external view of the
ピストン7はキャビティ71を備えている。キャビティ71はピストン7の頂部に設けられている。このため、キャビティ71は内燃機関1において燃焼室Eに曝される。キャビティ71の方向Xに沿った位置は燃料噴射弁6に合わせて設定されている。このため、キャビティ71はピストン7の中心軸線である中心軸線P3から方向Xにおいて排気側にオフセットした位置に設けられている。ピストン7は内燃機関1において中心軸線P3が中心軸線P1と同一の位置に配置されるように設けられる。同一であることは製造誤差の範囲内で互いに異なる場合を含む。同一であることはさらに本発明の作用効果を奏することが可能な範囲内で異なる場合を含むことができる。これは以下でも同様である。
The
キャビティ71は周縁部711と底壁面712と中間部713とを備えている。周縁部711は円筒状の形状を有している。周縁部711は必ずしも円筒状の形状に限られず、例えば楕円による筒状の形状を有していてもよい。周縁部711はキャビティ71の中心軸線である中心軸線P4を有している。換言すれば、周縁部711が中心軸線P4を決定している。
The
中心軸線P4は中心軸線P3に沿って延伸している。中心軸線P4はキャビティ71内におけるスワール流の回転中心軸線にも相当する。中心軸線P4は方向Xにおいて中心軸線P3よりも排気側にオフセットした位置に設定されている。中心軸線P4は具体的には内燃機関1において中心軸線P2と同一の位置に配置されるよう設定されている。
The central axis P4 extends along the central axis P3. The central axis P4 also corresponds to the rotational central axis of the swirl flow in the
底壁面712は隆起した形状を有している。当該形状は中心軸線P3に対して非軸対称で、且つ中心軸線P4に対して軸対称な形状となっている。底壁面712は周縁部711と中心軸線P4を共有している。底壁面712は必ずしも周縁部711と中心軸線P4を共有していなくてもよい。底壁面712はキャビティ底壁面に相当する。中間部713は周縁部711、底壁面712間に設けられ、周縁部711と底壁面712とを接続している。中間部713は底壁面712に隣接する隣接部Aを備えている。
The
底壁面712は具体的には中心軸線P4を含むピストン7の各断面(例えば図6または図7に示す断面)において、中心軸線P4を間に挟んだ一方の側および他方の側それぞれで、隣接部Aが設けられている高さから隆起するように設けられている。中心軸線P4を含むピストン7の各断面において、中心軸線P4を間に挟んだ隣接部Aそれぞれの高さは具体的には同一になっている。
Specifically, the
当該各断面において、中心軸線P4を間に挟んだ隣接部Aそれぞれはさらに具体的にはキャビティ71の表面のうち最も位置が低い部分となっている。当該各断面のうち図6に示す断面の場合よりも図7に示す断面の場合のほうが、中心軸線P4を間に挟んだ隣接部Aそれぞれの高さは高くなっている。中心軸線P4を含むピストン7の各断面において、中心軸線P4を間に挟んだ隣接部Aそれぞれの高さは必ずしも同一でなくてもよい。
In each of the cross sections, each of the adjacent portions A sandwiching the central axis P4 is more specifically the portion of the surface of the
次に底壁面712についてさらに図8、図9、図10を用いて説明する。図8は各種パラメータの変化を示す図である。図9は図8に応じた底壁面712の説明図である。図10は図8、図9に応じた燃焼室Eの説明図である。図8に示す縦軸は中心軸線P1に沿った方向における位置を示す。図8に示す横軸は中心軸線P4を回転中心とした位相(角度位置)を示す。図9、図10に示す方向Rはスワール流の回転方向を示す。
Next, the
図8では各種パラメータとして高さH1および高さH2を示す。高さH1は底壁面712の高さであり、具体的には中心軸線P4に直交し、且つ底壁面712よりも下方に位置する仮想平面L(図6、図7参照)を基準とした高さである。高さH2は底壁面311の高さであり、具体的には中心軸線P1に直交し、且つ底壁面311よりも下方に位置する仮想平面(ここでは仮想平面L)を基準とした高さである。図8では後述する増大部D1、減少部D2および中間部D3と、後述する領域E1からE8とを併せて示す。
FIG. 8 shows the height H1 and the height H2 as various parameters. The height H1 is the height of the
図8に示す各種パラメータの変化はスワール流の流れに沿った方向における変化となっている。位相M1は中心軸線P4を回転中心とした位相におけるフロント側の位相中心を示す。位相M2は当該位相における排気側の、位相M3は当該位相におけるリア側の、位相M4は当該位相における吸気側の位相中心をそれぞれ示す。スワール流の流れに沿った方向における変化とは具体的には次のような変化であることを意味する。すなわち、ここでキャビティ71内においてスワール流の軌跡は周縁部711の形状に応じたものとなる。
The changes in various parameters shown in FIG. 8 are changes in the direction along the flow of the swirl flow. The phase M1 indicates the phase center on the front side in the phase with the central axis P4 as the rotation center. The phase M2 is the exhaust side of the phase, the phase M3 is the rear side of the phase, and the phase M4 is the intake side of the phase center. Specifically, the change in the direction along the flow of the swirl flow means the following change. That is, the locus of the swirl flow in the
このため、スワール流の流れに沿った方向における変化とは、周縁部711の輪郭に沿った方向における変化であることを意味する。かかる変化は具体的には中心軸線P4を回転中心とする位相に応じた変化であって、且つ周縁部711の形状に応じたスワール流の仮想軌跡C(図10参照)に沿って認められる変化であることを意味する。仮想軌跡Cは具体的には周縁部711と中心軸線P4を共有し、且つ中心軸線P4に沿って見た周縁部711の輪郭と相似となるリング状の軌跡となる。
For this reason, the change in the direction along the flow of the swirl flow means a change in the direction along the outline of the
底壁面712はスワール流の流れに沿った方向において高さH1が変化する形状を有している。かかる底壁面712は具体的には次に示す減少部D1と増大部D2と中間部D3を有する底壁面となっている。
The
減少部D1は方向Rに沿って位相M1から位相M2に至る区間内と、方向Rに沿って位相M3から位相M4に至る区間内とに設けられている。減少部D11は前者の区間内に設けられた減少部D1であることを示し、減少部D12は後者の区間内に設けられた減少部D1であることを示す。減少部D1は方向Rに沿って高さH1が減少する部分となっている。 The decreasing portion D1 is provided in a section from the phase M1 to the phase M2 along the direction R and in a section from the phase M3 to the phase M4 along the direction R. The decrease part D11 indicates that the decrease part D1 is provided in the former section, and the decrease part D12 indicates that the decrease part D1 is provided in the latter section. The decreasing portion D1 is a portion where the height H1 decreases along the direction R.
増大部D2は方向Rに沿って位相M2から位相M3に至る区間内と、方向Rに沿って位相M4から位相M1に至る区間内とに設けられている。増大部D21は前者の区間内に設けられた増大部D2であることを示し、増大部D22は後者の区間内に設けられた増大部D2であることを示す。増大部D2は方向Rに沿って高さH1が増大する部分となっている。 The increasing portion D2 is provided in a section from the phase M2 to the phase M3 along the direction R and in a section from the phase M4 to the phase M1 along the direction R. The increase part D21 indicates that it is an increase part D2 provided in the former section, and the increase part D22 indicates that it is an increase part D2 provided in the latter section. The increasing portion D2 is a portion where the height H1 increases along the direction R.
中間部D3は位相M1、位相M2、位相M3および位相M4それぞれに対応させて設けられている。中間部D31は位相M1に対応させて設けられた中間部D3であることを示す。中間部D32は位相M2に、中間部D33は位相M3に、中間部D34は位相M4にそれぞれ対応させて設けられた中間部D3であることを示す。中間部D3は方向Rに沿った方向において減少部D1と増大部D2に隣接し、隣接する減少部D1と増大部D2を接続している。中間部D3はスワール流の流れに沿った方向において高さH1が一定となる部分となっている。 The intermediate portion D3 is provided corresponding to each of the phase M1, the phase M2, the phase M3, and the phase M4. The intermediate part D31 is an intermediate part D3 provided in correspondence with the phase M1. The intermediate part D32 corresponds to the phase M2, the intermediate part D33 corresponds to the phase M3, and the intermediate part D34 corresponds to the intermediate part D3 provided corresponding to the phase M4. The intermediate portion D3 is adjacent to the decrease portion D1 and the increase portion D2 in the direction along the direction R, and connects the adjacent decrease portion D1 and increase portion D2. The intermediate portion D3 is a portion where the height H1 is constant in the direction along the flow of the swirl flow.
中間部D3は隣接する減少部D1と増大部D2との間において高さH1の変化傾向を変化させる変曲部であってもよい。底壁面712は中間部D3を備える代わりに例えば互いに隣接する減少部D1および増大部D2によって形成されるエッジ部を有していてもよい。
The intermediate portion D3 may be an inflection portion that changes the change tendency of the height H1 between the adjacent decrease portion D1 and increase portion D2. The
底壁面712の頂部は平坦になっている。したがって、底壁面712は具体的には頂部以外の部分でスワール流の流れに沿った方向において高さH1が変化する形状を有している。中間部713の表面も底壁面712と同様に減少部D1、増大部D2および中間部D3を備えている。底壁面712はさらに中間部713の表面を含む部分とすることができる。すなわち、底壁面712および中間部713の表面をキャビティ底壁面とすることもできる。
The top of the
底壁面311もスワール流の流れに沿った方向において高さH2が変化する形状を有している。これに対し、高さH1はスワール流の流れに沿った方向において高さH2と同様に変化している。これは、ピストン7の位置を固定した状態において、中心軸線P4を含む燃焼室Eの断面積が、スワール流の流れに沿った方向において概ね一定になるように底壁面712が設けられているためである。換言すれば、スワール流の流れに沿った方向において上記断面積が変化することを抑制するように底壁面712が設けられているためである。
The
燃焼室Eは複数の領域である領域E1から領域E8を有している。領域E1から領域E8はキャビティ71上に存在している。領域E1は中間部D31に隣接する領域となっている。領域E2は減少部D11に、領域E3は中間部D32に、領域E4は増大部D21に、領域E5は中間部D33に、領域E6は減少部D12に、領域E7は中間部D34に、領域E8は増大部D22にそれぞれ隣接する領域となっている。
The combustion chamber E has a plurality of regions E1 to E8. Regions E <b> 1 to E <b> 8 exist on the
領域E4と領域E8とは、スワール流が増大部D2の影響を受けながら流通する結果、スワール流が旋回しながら上方に向かって流通する領域となっている。領域E4と領域E8とは、スワール流が旋回しながら上方に向かって流通することで、燃料噴霧が底壁面311および底壁面712のうち底壁面311側に輸送され易くなる領域となっている。
The region E4 and the region E8 are regions in which the swirl flow circulates while being swung, as a result of the swirl flow flowing while being affected by the increased portion D2. The region E4 and the region E8 are regions in which the fuel spray is easily transported to the
領域E2と領域E6とは、スワール流が減少部D1の影響を受けながら流通する結果、スワール流が旋回しながら下方に向かって流通する領域となっている。領域E2と領域E6とは、スワール流が旋回しながら下方に向かって流通することで、燃料噴霧が底壁面311および底壁面712のうち底壁面712側に輸送され易くなる領域となっている。
The region E2 and the region E6 are regions in which the swirl flow circulates while being swirled as a result of the swirl flow being circulated while being affected by the reduced portion D1. The region E2 and the region E6 are regions in which the fuel spray is easily transported to the
図11は複数の噴孔611の配置説明図である。図12は噴射角αの説明図である。図11、図12では噴孔611をその中心軸線によって示す。図12では図11に示すD−D断面と同様の断面で示した内燃機関1の要部を用いて噴射角αについて説明する。図12では基準噴射角αs、基準到達点Nsおよび基準距離NLsを併せて示す。
FIG. 11 is an explanatory view of the arrangement of the plurality of nozzle holes 611. FIG. 12 is an explanatory diagram of the injection angle α. In FIG. 11 and FIG. 12, the
複数の噴孔611は領域E2、領域E4、領域E6および領域E8に対応させて設けられている。噴孔611Aと噴孔611Bとは領域E2に燃料を噴射する噴孔611を示す。噴孔611Cと噴孔611Dとは領域E4に、噴孔611Eと噴孔611Fとは領域E6に、噴孔611Gと噴孔611Hとは領域E8に燃料を噴射する噴孔611をそれぞれ示す。
The plurality of nozzle holes 611 are provided corresponding to the region E2, the region E4, the region E6, and the region E8. The injection holes 611A and 611B indicate the injection holes 611 that inject fuel into the region E2. The
噴孔611Aは噴孔611Bよりも方向Rに沿って手前側に位置する噴孔611を示す。噴孔611Cは噴孔611Dよりも、噴孔611Eは噴孔611Fよりも、噴孔611Gは噴孔611Hよりも方向Rに沿って手前側に位置する噴孔611をそれぞれ示す。
The
噴射角αは複数の噴孔611のうちいずれかの噴射角であり、具体的には複数の噴孔611のうちいずれかの噴射方向が中心軸線P2、或いは中心軸線P2と平行な直線となす鋭角である。噴射角α5は噴孔611Eに、噴射角α8は噴孔611Hに対応する噴射角αをそれぞれ示す。また、図示しないが噴孔611Aは噴射角α1を、噴孔611Bは噴射角α2を、噴孔611Cは噴射角α3を、噴孔611Dは噴射角α4を、噴孔611Fは噴射角α6を、噴孔611Gは噴射角α7を噴射角αとしてそれぞれ有している。
The injection angle α is any one of the plurality of nozzle holes 611. Specifically, any one of the plurality of nozzle holes 611 has an injection direction that is a central axis P2 or a straight line parallel to the central axis P2. It is an acute angle. The injection angle α5 indicates the
基準噴射角αsは燃焼室Eにスワール流を生成しない場合の噴射角であり、具体的には次のように設定される。すなわち、基準噴射角αsはピストン7を基準位置に固定した状態において、複数の噴孔611のうちいずれかの中心軸線が底壁面311と底壁面712との間の中央に位置するように設定される。このように基準噴射角αsを設定するにあたり、基準噴射角αsはさらに具体的には次のように設定することができる。
The reference injection angle αs is an injection angle when no swirl flow is generated in the combustion chamber E, and is specifically set as follows. That is, the reference injection angle αs is set so that any one of the plurality of nozzle holes 611 is positioned at the center between the
すなわち、基準噴射角αsは中心軸線P1に沿った方向(したがって、換言すれば内燃機関1における上下方向に沿った方向)において、上記中心軸線に含まれる点が底壁面311と底壁面712との間の中心に位置するように設定することができる。或いは、基準噴射角αsは上記中心軸線を含む中心軸線P1に平行な平面上で、上記中心軸線に直交する方向において、上記中心軸線に含まれる点が底壁面311と底壁面712との間の中心に位置するように設定することができる。
That is, the reference injection angle αs is a point between the
上述の設定それぞれのうち後者の設定は前者の設定よりも厳密な設定であり、前者の設定は後者の設定よりも簡便な設定である。すなわち、基準噴射角αsは前者の設定ような簡便な設定によって設定されてもよく、後者の設定ような厳密な設定によって設定されてもよい。 Of the above settings, the latter setting is a stricter setting than the former setting, and the former setting is a simpler setting than the latter setting. That is, the reference injection angle αs may be set by a simple setting such as the former setting, or may be set by a strict setting such as the latter setting.
上記基準位置は内燃機関1の運転状態(例えば回転数および負荷)が所定の運転領域にある場合における燃料噴射時のピストン7の位置とすることができる。基準噴射角αsは複数の噴孔611それぞれに対して個別に設定される。基準噴射角αsの具体的な大きさは複数の噴孔611それぞれの間で同じでなくてよい。
The reference position can be the position of the
基準到達点Nsは燃焼室Eにスワール流を生成しない場合の燃料噴霧の到達点であり、具体的には次に示す到達点である。すなわち、基準到達点Nsはピストン7を基準位置に固定した状態において、基準噴射角αsを設定した噴孔611が噴射する燃料噴霧の到達点である。基準到達点Nsは具体的には当該噴孔611の中心軸線に含まれる点となっている。また、基準到達点Nsは仮想軌跡Cを含み、且つ中心軸線P1に沿って延伸する仮想筒状体C´を燃料噴霧の到達先とした点となっている。基準到達点Nsは周縁部711を燃料噴霧の到達先とした点であってもよい。
The reference reaching point Ns is a fuel spray reaching point when no swirl flow is generated in the combustion chamber E, and is specifically the following reaching point. That is, the reference arrival point Ns is the arrival point of the fuel spray injected by the
複数の噴孔611のうちいずれかの噴射方向(具体的には上下方向における噴射方向)は噴射角αによって示される噴射方向となっている。また、複数の噴孔611のうちいずれかの噴射方向に対応する基準方向は基準噴射角αsによって示される噴射方向となっている。 One of the injection holes 611 (specifically, the injection direction in the vertical direction) is the injection direction indicated by the injection angle α. Moreover, the reference direction corresponding to one of the injection directions among the plurality of injection holes 611 is the injection direction indicated by the reference injection angle αs.
基準距離NLsは複数の噴孔611のうちいずれかから対応する基準到達点Nsへの燃料噴霧の到達距離である。したがって、基準距離NLsは燃焼室Eにスワール流を生成しない場合における燃料噴霧の到達距離となっている。基準距離NLsの具体的な大きさは複数の噴孔611それぞれの間で同じでなくてよい。 The reference distance NLs is an arrival distance of the fuel spray from any of the plurality of nozzle holes 611 to the corresponding reference arrival point Ns. Therefore, the reference distance NLs is the fuel spray reach distance when no swirl flow is generated in the combustion chamber E. The specific size of the reference distance NLs may not be the same among the plurality of nozzle holes 611.
噴孔611Hは前述の通り、領域E8に燃料を噴射する。領域E8は前述の通り、燃焼室Eのうちスワール流が旋回しながら上方に向かって流通する領域である。これに対し、噴射角α8は基準噴射角αsよりも小さく設定されている。したがって、噴孔611Hの噴射方向は基準方向よりも下側の方向に設定されている。噴孔611C、噴孔611Dおよび噴孔611Gの噴射方向についても同様である。
As described above, the
噴孔611Eは前述の通り、領域E6に燃料を噴射する。領域E6は前述の通り、燃焼室Eのうちスワール流が旋回しながら下方に向かって流通する領域である。これに対し、噴射角α5は基準噴射角αsよりも大きく設定されている。したがって、噴孔611Eの噴射方向は基準方向よりも上側の方向に設定されている。噴孔611A、噴孔611Bおよび噴孔611Fの噴射方向についても同様である。
As described above, the
図13は到達点Nの第1の説明図である。図13では図11に示すD−D断面と同様の断面で示した内燃機関1の要部を用いて到達点Nについて説明する。図13では到達点N´と到達距離NLとを併せて示す。 FIG. 13 is a first explanatory diagram of the reaching point N. FIG. In FIG. 13, the reaching point N will be described using the main part of the internal combustion engine 1 shown in the same cross section as the DD cross section shown in FIG. 11. FIG. 13 also shows the arrival point N ′ and the arrival distance NL.
到達点Nは複数の噴孔611のうちいずれかが噴射する燃料噴霧が到達する点である。到達点Nは具体的には内燃機関1の運転状態が前述した所定の運転領域に含まれる運転状態それぞれのうち所定の運転状態(いずれかの運転状態)にある場合において、複数の噴孔611のうちいずれかが噴射する燃料噴霧が到達する点となっている。到達点N5は噴孔611Eに、到達点N8は噴孔611Hに対応する到達点Nをそれぞれ示す。到達点N´は複数の噴孔611のうちいずれかの中心軸線に含まれる点である。到達点N5´は噴孔611Eに、到達点N8´は噴孔611Hに対応する到達点N´をそれぞれ示す。
The reaching point N is a point at which fuel spray injected from any of the plurality of nozzle holes 611 arrives. Specifically, the arrival point N is a plurality of
複数の噴孔611それぞれにつき、到達点Nは具体的には燃焼室Eにスワール流を生成しない場合に到達点N´に到達する燃料噴霧がスワール流の影響を受けながら実際に到達する点となっている。したがって、到達点Nは実際には図13に示す断面から方向Rに沿ってスワール流によって流された分だけ異なる位相に存在している。到達点Nと到達点N´とは仮想筒状体C´を燃料噴霧の到達先とした点となっている。到達点Nと到達点N´とは周縁部711を燃料噴霧の到達先とした点であってもよい。
For each of the plurality of nozzle holes 611, the arrival point N is specifically the point where the fuel spray that reaches the arrival point N ′ when the swirl flow is not generated in the combustion chamber E is actually reached while being affected by the swirl flow. It has become. Therefore, the reaching point N actually exists in a phase different from that of the cross section shown in FIG. 13 by the swirl flow along the direction R. The reaching point N and the reaching point N ′ are points where the virtual cylindrical body C ′ is the destination of the fuel spray. The arrival point N and the arrival point N ′ may be points where the
到達距離NLは複数の噴孔611のうちいずれかから対応する到達点N´への燃料噴霧の到達距離である。したがって、到達距離NLは燃焼室Eにスワール流を生成しない場合における燃料噴霧の到達距離となっている。到達距離NLの具体的な大きさは複数の噴孔611それぞれの間で同じでなくてよい。 The arrival distance NL is the arrival distance of the fuel spray from any one of the plurality of nozzle holes 611 to the corresponding arrival point N ′. Accordingly, the reach distance NL is the reach distance of the fuel spray when no swirl flow is generated in the combustion chamber E. The specific size of the reaching distance NL does not have to be the same among the plurality of nozzle holes 611.
図14は到達距離NLの説明図である。図15は間隔NFの説明図である。図14において縦軸は到達距離を示し、横軸は中心軸線P4を回転中心とした位相を示す。図14では領域E1から領域E8と、噴孔611Aから噴孔611Hと、曲線CNLsと、領域E11から領域E14とを併せて示す。図15では領域E1から領域E8と、領域E11から領域E14と、噴孔611Aから噴孔611Hと、基準間隔NFsとを併せて示す。図14、図15では複数の噴孔611それぞれをその中心軸線によって示す。
FIG. 14 is an explanatory diagram of the reach distance NL. FIG. 15 is an explanatory diagram of the interval NF. In FIG. 14, the vertical axis indicates the reach distance, and the horizontal axis indicates the phase with the central axis P4 as the rotation center. In FIG. 14, the region E1 to the region E8, the
曲線CNLsは基準距離NLsの仮想曲線を示す。曲線CNLsは具体的には各位相に中心軸線の位相を合わせるようにして仮想的に配置した噴孔611それぞれに対応する基準距離NLsを示している。領域E11と領域E13とは基準距離NLsが相対的に短く設定される領域を示す。領域E12と領域E14とは基準距離NLsが相対的に長く設定される領域を示す。領域E11と領域E13とは到達距離NLが相対的に短く設定される領域であってもよい。同時に領域E12と領域E14とは到達距離NLが相対的に長く設定される領域であってもよい。領域E11から領域E14それぞれは、隣接する領域との境界領域それぞれを含む領域とすることができる。 A curve CNLs indicates a virtual curve of the reference distance NLs. Specifically, the curve CNLs indicates the reference distance NLs corresponding to each of the nozzle holes 611 virtually arranged so that the phase of the central axis coincides with each phase. Regions E11 and E13 indicate regions where the reference distance NLs is set relatively short. Regions E12 and E14 indicate regions where the reference distance NLs is set relatively long. The region E11 and the region E13 may be regions where the reach distance NL is set to be relatively short. At the same time, the region E12 and the region E14 may be regions where the reach distance NL is set relatively long. Each of the region E11 to the region E14 can be a region including each boundary region with an adjacent region.
間隔NFは複数の噴孔611のうち隣り合う2つの噴孔同士の噴孔間隔である。間隔NFは具体的には中心軸線P2を回転中心とした位相の間隔となっている。間隔NF1は噴孔611H、611A同士の間隔NFを示す。間隔NF2は噴孔611A、611B同士の、間隔NF3は噴孔611B、611C同士の、間隔NF4は噴孔611C、611D同士の、間隔NF5は噴孔611D、611E同士の、間隔NF6は噴孔611E、611F同士の、間隔NF7は噴孔611F、611G同士の、間隔NF8は噴孔611G、611H同士の間隔NFをそれぞれ示す。
The interval NF is a nozzle hole interval between two adjacent nozzle holes among the plurality of nozzle holes 611. Specifically, the interval NF is a phase interval with the central axis P2 as the rotation center. An interval NF1 indicates an interval NF between the nozzle holes 611H and 611A. The distance NF2 is between the nozzle holes 611A and 611B, the distance NF3 is between the nozzle holes 611B and 611C, the distance NF4 is between the nozzle holes 611C and 611D, the distance NF5 is between the nozzle holes 611D and 611E, and the distance NF6 is the
基準間隔NFsは燃焼室Eにスワール流を生成しない場合の噴孔間隔であり、当該噴孔間隔は具体的には複数の噴孔611から噴射される燃料噴霧それぞれをスワール流の流れに沿った方向において均等に配置するように設定される噴孔間隔となっている。このため、基準間隔NFsそれぞれは具体的には互いに等しくなっている。 The reference interval NFs is a nozzle hole interval when a swirl flow is not generated in the combustion chamber E. Specifically, the nozzle hole interval follows each of the fuel sprays injected from the plurality of nozzle holes 611 along the flow of the swirl flow. The nozzle hole intervals are set so as to be evenly arranged in the direction. For this reason, the reference intervals NFs are specifically equal to each other.
間隔NFそれぞれのうちいずれか2つの間隔に対応する基準間隔NFs同士(例えば間隔NF1に対応する基準間隔NFsと、間隔NF2に対応する基準間隔NFs)は互いに異なっていてもよい。基準間隔NFsそれぞれが同じではない場合に基準間隔NFsそれぞれと間隔NFそれぞれとの対応関係は次のようにして把握することができる。 The reference intervals NFs corresponding to any two intervals among the intervals NF (for example, the reference interval NFs corresponding to the interval NF1 and the reference interval NFs corresponding to the interval NF2) may be different from each other. When the reference intervals NFs are not the same, the correspondence between the reference intervals NFs and the intervals NF can be grasped as follows.
すなわち、この場合には基準間隔NFsを設定するにあたり、中心軸線P2に沿って見て、位相M1と位相M3とを結ぶ直線および中心軸線P2を含む平面と、位相M2と位相M4とを結ぶ直線および中心軸線P2を含む平面それぞれに対して対称な配置となるように複数の噴孔611を配置する。 That is, in this case, when setting the reference interval NFs, the straight line connecting the phase M1 and the phase M3 and the plane including the central axis P2 and the straight line connecting the phase M2 and the phase M4 as viewed along the central axis P2. The plurality of nozzle holes 611 are arranged so as to be symmetrical with respect to each plane including the central axis P2.
このように配置される複数の噴孔611の配置は具体的には次に示す第1および第2の配置のうちいずれかとなる。第1の配置は複数の噴孔611のうちいずれかの中心軸線の位相を位相M1、位相M2、位相M3および位相M4のうちいずれかに設定する配置である。第2の配置は複数の噴孔611それぞれの中心軸線の位相を位相M1、位相M2、位相M3および位相M4以外の位相に設定する配置である。 The arrangement of the plurality of nozzle holes 611 arranged in this way is specifically one of the following first and second arrangements. The first arrangement is an arrangement in which the phase of any central axis of the plurality of nozzle holes 611 is set to any one of the phase M1, the phase M2, the phase M3, and the phase M4. The second arrangement is an arrangement in which the phase of the central axis of each of the plurality of nozzle holes 611 is set to a phase other than the phase M1, the phase M2, the phase M3, and the phase M4.
基準間隔NFsそれぞれが同じではない場合に、基準間隔NFsそれぞれと間隔NFそれぞれとの対応関係は、かかる第1および第2の配置のうちいずれかの配置(ここでは第2の配置)に応じた基準間隔NFsそれぞれと間隔NFそれぞれとを対比することで把握することができる。第1および第2の配置のうちいずれかの配置を選択するにあたっては、間隔NFそれぞれが設定されている複数の噴孔611それぞれの配置に近いほうの配置を選択することができる。これは第1の配置や第2の配置が複数考えられる場合についても同様である。 When each of the reference intervals NFs is not the same, the correspondence between each of the reference intervals NFs and each of the intervals NF depends on one of the first and second arrangements (here, the second arrangement). This can be grasped by comparing each of the reference intervals NFs and each of the intervals NF. In selecting one of the first and second arrangements, an arrangement closer to the arrangement of each of the plurality of nozzle holes 611 in which the intervals NF are set can be selected. The same applies to a case where a plurality of first arrangements and second arrangements are conceivable.
領域E2と領域E6とは、前述の通りスワール流が旋回しながら下方に向かって流通する領域であることから、複数の噴孔611のうち対応する噴孔611それぞれ(具体的には噴孔611A、噴孔611B、噴孔611Eおよび噴孔611Fそれぞれ)において、噴射方向が基準方向よりも上側の方向に設定される領域となっている。このため、領域E2および領域E6それぞれは同時に、複数の噴孔611のうち対応する噴孔611それぞれにおいて、到達距離NLが基準距離NLsよりも短く設定される領域となっている。
Since the region E2 and the region E6 are regions in which the swirl flow circulates downward while rotating as described above, each of the corresponding nozzle holes 611 (specifically, the nozzle holes 611A) among the plurality of nozzle holes 611. In each of the
領域E4と領域E8とは、前述の通りスワール流が旋回しながら上方に向かって流通する領域であることから、複数の噴孔611のうち対応する噴孔611それぞれ(具体的には噴孔611C、噴孔611D、噴孔611Gおよび噴孔611Hそれぞれ)において、噴射方向が基準方向よりも下側の方向に設定される領域となっている。このため、領域E4および領域E8それぞれは同時に、複数の噴孔611のうち対応する噴孔611それぞれにおいて、到達距離NLが基準距離NLsよりも長く設定される領域となっている。
Since the region E4 and the region E8 are regions where the swirl flow circulates upward while rotating as described above, each of the corresponding nozzle holes 611 among the plurality of nozzle holes 611 (specifically, the nozzle holes 611C). In each of the
噴孔611Bと噴孔611Cとは領域E12に、噴孔611Fと噴孔611Gとは領域E14にそれぞれ燃料を噴射する噴孔となっている。到達距離NLは噴孔611Bおよび噴孔611C間で、回転方向Rに沿って手前に位置する噴孔611Bのほうが噴孔611Cよりも小さくなっている。噴孔611Fおよび噴孔611Gについても同様である。
The
噴孔611Hと噴孔611Aとは領域E11に、噴孔611Dと噴孔611Eとは領域E13にそれぞれ燃料を噴射する噴孔となっている。到達距離NLは噴孔611Hおよび噴孔611A間で、回転方向Rに沿って手前に位置する噴孔611Hのほうが噴孔611Aよりも大きくなっている。噴孔611Dおよび噴孔611Eについても同様である。
The
領域E12に対応する間隔NF3、および領域E14に対応する間隔NF7それぞれは基準間隔NFsよりも狭く設定されている。領域E11に対応する間隔NF1、および領域E13に対応する間隔NF5それぞれは基準間隔NFsよりも広く設定されている。このため、間隔NF3および間隔NF7それぞれは、間隔NF1および間隔NF5それぞれよりも狭く設定されている。 Each of the interval NF3 corresponding to the region E12 and the interval NF7 corresponding to the region E14 is set to be narrower than the reference interval NFs. Each of the interval NF1 corresponding to the region E11 and the interval NF5 corresponding to the region E13 is set wider than the reference interval NFs. For this reason, the interval NF3 and the interval NF7 are set narrower than the interval NF1 and the interval NF5, respectively.
領域E2と領域E6とは、底壁面712および底壁面311との関係上、基準距離NLsが方向Rに沿って増加するように設定される領域となっている。領域E2と領域E6とは、到達距離NLが方向Rに沿って増加するように設定される領域であってもよい。領域E2および領域E6同士の間には、領域E4を含む領域と領域E8を含む領域との2つの領域が存在している。これら2つの領域は具体的には方向Rに沿って領域E3から領域E5までの領域、および領域E7から領域E1までの領域となっている。
The region E2 and the region E6 are regions set such that the reference distance NLs increases along the direction R due to the relationship between the
領域E4と領域E8とは、底壁面712および底壁面311との関係上、基準距離NLsが方向Rに沿って減少するように設定される領域となっている。領域E4と領域E8とは、到達距離NLが方向Rに沿って減少するように設定される領域であってもよい。領域E4および領域E8同士の間には、領域E2を含む領域と領域E6を含む領域との2つの領域が存在している。これら2つの領域は具体的には方向Rに沿って領域E1から領域E3までの領域、および領域E5から領域E7までの領域となっている。
The region E4 and the region E8 are regions that are set such that the reference distance NLs decreases along the direction R due to the relationship between the
領域E2および領域E6同士の間の領域それぞれに対応する間隔NF4および間隔NF8それぞれは、基準間隔NFsよりも狭く設定されている。領域E4および領域E8同士の間の領域それぞれに対応する間隔NF2および間隔NF6それぞれは、基準間隔NFsよりも広く設定されている。このため、間隔NF4および間隔NF8それぞれは、間隔NF2および間隔NF6それぞれよりも狭く設定されている。 Each of the interval NF4 and the interval NF8 corresponding to each of the regions between the region E2 and the region E6 is set to be narrower than the reference interval NFs. Each of the interval NF2 and the interval NF6 corresponding to each of the regions between the region E4 and the region E8 is set wider than the reference interval NFs. For this reason, the interval NF4 and the interval NF8 are set narrower than the interval NF2 and the interval NF6, respectively.
図16は到達点Nの第2の説明図である。縦軸は中心軸線P1に沿った方向における位置を示す。横軸は中心軸線P4を回転中心とした位相を示す。図16では高さH1、高さH2、曲線CN、到達点N´、距離F1および距離F2を併せて示す。図16では図8と同様に位相に応じてスワール流の流れに沿った方向における変化を示す。 FIG. 16 is a second explanatory diagram of the arrival point N. FIG. The vertical axis indicates the position in the direction along the central axis P1. The horizontal axis indicates the phase with the central axis P4 as the rotation center. FIG. 16 also shows the height H1, the height H2, the curve CN, the reaching point N ′, the distance F1, and the distance F2. FIG. 16 shows the change in the direction along the flow of the swirl flow according to the phase as in FIG.
到達点N1は噴孔611Aに、到達点N2は噴孔611Bに、到達点N3は噴孔611Cに、到達点N4は噴孔611Dに、到達点N6は噴孔611Fに、到達点N7は噴孔611Gに対応する到達点Nをそれぞれ示す。
The arrival point N1 is in the
到達点N1´は噴孔611Aに、到達点N2´は噴孔611Bに、到達点N3´は噴孔611Cに、到達点N4´は噴孔611Dに、到達点N6´は噴孔611Fに、到達点N7´は噴孔611Gに対応する到達点N´をそれぞれ示す。
The arrival point N1 ′ is at the
距離F1は中心軸線P1に沿った方向における距離であって、到達点Nと底壁面712との間の距離である。距離F11は到達点N1に、距離F12は到達点N2に、距離F13は到達点N3に、距離F14は到達点N4に、距離F15は到達点N5に、距離F16は到達点N6に、距離F17は到達点N7に、距離F18は到達点N8に対応する距離F1をそれぞれ示す。
The distance F1 is a distance in the direction along the central axis P1 and is a distance between the arrival point N and the
距離F2は中心軸線P1に沿った方向における距離であって、到達点Nと底壁面311との間の距離である。距離F21は到達点N1に、距離F22は到達点N2に、距離F23は到達点N3に、距離F24は到達点N4に、距離F25は到達点N5に、距離F26は到達点N6に、距離F27は到達点N7に、距離F28は到達点N8に対応する距離F2をそれぞれ示す。
The distance F2 is a distance in the direction along the central axis P1, and is a distance between the arrival point N and the
破線で示す曲線CNは中心軸線P1に沿った方向における位置それぞれであって、底壁面712および底壁面311のうち少なくともいずれか(ここでは底壁面712)のスワール流の流れに沿った方向における部分形状に沿った位置それぞれを示す仮想曲線である。当該部分形状は具体的にはリング状の形状を有している。
Curves CN indicated by broken lines are positions in the direction along the central axis P1, and are portions of the
噴射角αそれぞれ(換言すれば、複数の噴孔611それぞれの噴射方向)は、到達点Nそれぞれがスワール流の流れに沿った方向において、底壁面712のスワール流の流れに沿った方向における部分形状であって、中心軸線P1に沿った方向において対向する部分形状に沿って配置されるように設定されている。このため、到達点Nそれぞれは曲線CNに含まれることができる。このように設定された噴射角αそれぞれは、具体的には距離F1が複数の噴孔611それぞれの間で一定になるように設定されている。
Each injection angle α (in other words, the injection direction of each of the plurality of nozzle holes 611) is a portion of the
噴射角αそれぞれは、到達点Nそれぞれがスワール流の流れに沿った方向において、底壁面712および底壁面311のうち少なくともいずれかのスワール流の流れに沿った方向における部分形状であって、中心軸線P1に沿った方向において対向する部分形状に沿って配置されるように設定することができる。噴射角αそれぞれは具体的には、距離F1および距離F2のうち少なくともいずれかが複数の噴孔611それぞれの間で一定になるように設定することができる。噴射角αは複数の噴孔611それぞれにつき、距離F1と距離F2とが等しくなるように設定されてもよい。
Each of the injection angles α is a partial shape in the direction along the flow of the swirl flow of at least one of the
次に内燃機関1の主な作用効果について説明する。ここで、内燃機関1では燃料噴霧に対するスワール流の影響が到達距離NLによって次のように異なってくる。すなわち、領域E12では回転方向Rに沿って手前に位置する噴孔611Bのほうが噴孔611Cよりも到達距離NLが小さくなっている。このため、噴射した燃料噴霧が到達点Nに到達するまでの間にスワール流によって輸送される量は、噴孔611Bのほうが噴孔611Cよりも小さくなる。結果、噴孔611B、噴孔611C間では燃料噴霧の間隔が広がることになる。領域E14についても同様である。
Next, main effects of the internal combustion engine 1 will be described. Here, in the internal combustion engine 1, the influence of the swirl flow on the fuel spray varies depending on the reach distance NL as follows. That is, in the region E12, the injection distance NL of the
また、領域E11では回転方向Rに沿って手前に位置する噴孔611Hのほうが噴孔611Aよりも到達距離NLが大きくなっている。このため、噴射した燃料噴霧が到達点Nに到達するまでの間にスワール流によって輸送される量は、噴孔611Hのほうが噴孔611Aよりも大きくなる。結果、噴孔611H、噴孔611A間では、燃料噴霧の間隔が狭まることになる。領域E13についても同様である。
In the region E11, the
これに対し、内燃機関1では領域E12に対応する間隔NF3、および領域E14に対応する間隔NF7それぞれを基準間隔NFsよりも狭く設定している。また、内燃機関1では領域E11に対応する間隔NF1、および領域E13に対応する間隔NF5それぞれを基準間隔NFsよりも広く設定している。したがって、内燃機関1は間隔NF3および間隔NF7それぞれを間隔NF1および間隔NF5それぞれよりも狭く設定している。 In contrast, in the internal combustion engine 1, the interval NF3 corresponding to the region E12 and the interval NF7 corresponding to the region E14 are set to be narrower than the reference interval NFs. In the internal combustion engine 1, the interval NF1 corresponding to the region E11 and the interval NF5 corresponding to the region E13 are set wider than the reference interval NFs. Therefore, the internal combustion engine 1 sets the intervals NF3 and NF7 to be narrower than the intervals NF1 and NF5, respectively.
内燃機関1はこのように間隔NFそれぞれを設定することで、スワール流が輸送する燃料噴霧の位置を適切な位置に補正できる。すなわち、内燃機関1は到達距離NLによって異なってくるスワール流の影響を考慮した間隔NFそれぞれを設定することで、かかる影響を考慮した燃料噴射を行うことができる。結果、燃焼室Eに燃料を適切に噴射できる。 The internal combustion engine 1 can correct the position of the fuel spray transported by the swirl flow to an appropriate position by setting the intervals NF in this way. That is, the internal combustion engine 1 can perform fuel injection in consideration of the influence by setting each interval NF in consideration of the influence of the swirl flow that varies depending on the reach distance NL. As a result, fuel can be appropriately injected into the combustion chamber E.
内燃機関1では同時に噴孔611C、噴孔611D、噴孔611Gおよび噴孔611Hの噴射方向を基準方向よりも下側の方向に、噴孔611A、噴孔611B、噴孔611Eおよび噴孔611Fの噴射方向を基準方向よりも上側の方向にそれぞれ設定している。 In the internal combustion engine 1, the injection holes 611C, 611B, 611B, 611E, 611E, and 611F are formed at the same time with the injection directions of the injection holes 611C, 611D, 611G, and 611H below the reference direction. The injection direction is set to a direction above the reference direction.
このため、内燃機関1は複数の噴孔611それぞれが噴射する燃料噴霧が底壁面311および底壁面712のうちいずれかの側に輸送され易くなることを防止或いは抑制することもできる。結果、燃料噴霧が底壁面311や底壁面712に衝突することで、燃料の霧化が阻害されることも防止或いは抑制できる。内燃機関1は燃料の霧化が阻害されることを防止或いは抑制することで、具体的には燃料の未燃成分やスモークの発生量を低減できる。
For this reason, the internal combustion engine 1 can also prevent or suppress the fuel spray injected from each of the plurality of nozzle holes 611 from being easily transported to one of the
内燃機関1は具体的には到達点Nそれぞれがスワール流の流れに沿った方向において、底壁面712および底壁面311のうち少なくともいずれかのスワール流の流れに沿った方向における部分形状であって、中心軸線P1に沿った方向において対向する部分形状に沿って配置されるように、噴射角αそれぞれが設定されている構成とすることができる。具体的には内燃機関1は距離F1および距離F2のうち少なくともいずれかが複数の噴孔611それぞれの間で一定になるように、噴射角αそれぞれが設定されている構成とすることができる。
Specifically, the internal combustion engine 1 has a partial shape in the direction along at least one of the
すなわち、内燃機関1は具体的には例えばかかる構成であることで、燃料噴霧が底壁面311や底壁面712に衝突することを好適に防止或いは抑制可能にすることができる。結果、燃料の霧化が阻害されることを好適に防止或いは抑制可能にすることができる。内燃機関1は複数の噴孔611それぞれにつき、距離F1と距離F2とが等しくなるように噴射角αが設定されている構成とすることもできる。
That is, the internal combustion engine 1 specifically has, for example, such a configuration, so that it is possible to suitably prevent or suppress the fuel spray from colliding with the
内燃機関1は次に示すように間隔NFが設定されている構成であってもよい。すなわち、内燃機関1は領域E2および領域E6同士の間の領域それぞれに対応する間隔NF4および間隔NF8それぞれが基準間隔NFsよりも狭く設定されており、領域E4および領域E8同士の間の領域それぞれに対応する間隔NF2および間隔NF6それぞれが基準間隔NFsよりも広く設定されている構成であってもよい。したがって、内燃機関1は間隔NF4および間隔NF8それぞれが、間隔NF2および間隔NF6それぞれよりも狭く設定されている構成であってもよい。 The internal combustion engine 1 may have a configuration in which the interval NF is set as described below. That is, in the internal combustion engine 1, the interval NF4 and the interval NF8 corresponding to the regions between the region E2 and the region E6 are set to be narrower than the reference interval NFs, respectively, and the regions between the region E4 and the region E8 are respectively set. Each of the corresponding intervals NF2 and NF6 may be set wider than the reference interval NFs. Therefore, the internal combustion engine 1 may have a configuration in which the intervals NF4 and NF8 are set narrower than the intervals NF2 and NF6, respectively.
この場合でも、内燃機関1はスワール流が輸送する燃料噴霧の位置を適切な位置に補正できる。内燃機関1は間隔NF1、間隔NF3、間隔NF5および間隔NF7を前述したように設定するとともに、間隔NF2、間隔NF4、間隔NF6および間隔NF8をこのように設定する構成であることで、スワール流が輸送する燃料噴霧の位置をより適切な位置に補正できる。 Even in this case, the internal combustion engine 1 can correct the position of the fuel spray transported by the swirl flow to an appropriate position. The internal combustion engine 1 is configured to set the interval NF1, the interval NF3, the interval NF5, and the interval NF7 as described above, and to set the interval NF2, the interval NF4, the interval NF6, and the interval NF8 in this way. The position of the fuel spray to be transported can be corrected to a more appropriate position.
内燃機関1は到達点N´それぞれがスワール流の流れに沿った方向において、底壁面712および底壁面311のうち少なくともいずれかのスワール流の流れに沿った方向における部分形状であって、中心軸線P1に沿った方向において対向する部分形状に沿って配置されるように、噴射角αそれぞれが設定されている構成とすることもできる。具体的には内燃機関1は中心軸線P1に沿った方向における距離であって、到達点N´と底壁面712および底壁面311のうち少なくともいずれかとの間の距離が複数の噴孔611それぞれの間で一定になるように噴射角αそれぞれが設定されている構成とすることもできる。
The internal combustion engine 1 has a partial shape in a direction along the flow of at least one of the
この場合でも、内燃機関1は底壁面712および底壁面311の形状を考慮した燃料噴射を行うことで、燃料噴霧が底壁面311や底壁面712に衝突することを防止或いは抑制可能にすることができる。但し、この場合にはスワール流の流動態様を考慮していない分、燃料噴霧が底壁面311や底壁面712に衝突し易くなる虞がある。内燃機関1は複数の噴孔611それぞれにつき、中心軸線P1に沿った方向における距離であって、到達点N´と底壁面712および底壁面311それぞれとの間の距離それぞれが等しくなるように噴射角αが設定されている構成とすることもできる。
Even in this case, the internal combustion engine 1 can prevent or suppress the fuel spray from colliding with the
この場合、間隔NFを設定するにあたって内燃機関1は例えば間隔NF2、間隔NF4、間隔NF6および間隔NF8を前述したように設定する構成とすることができる。 In this case, when setting the interval NF, the internal combustion engine 1 may be configured to set the interval NF2, the interval NF4, the interval NF6, and the interval NF8 as described above, for example.
内燃機関1は基準間隔NFsの代わりに次に示す基準間隔NFs´を適用した構成であってもよい。図17は基準間隔NFs´の一例を示す図である。基準間隔NFs´はスワール流の角速度を考慮した噴孔間隔を示す。間隔NFs1´は噴孔611H、611A同士の基準間隔NFs´を示す。間隔NFs2´は噴孔611A、611B同士の、間隔NFs3´は噴孔611B、611C同士の、間隔NFs4´は噴孔611C、611D同士の、間隔NFs5´は噴孔611D、611E同士の、間隔NFs6´は噴孔611E、611F同士の、間隔´NFs17は噴孔611F、611G同士の、間隔NFs8´は噴孔611G、611H同士の基準間隔NFs´をそれぞれ示す。 The internal combustion engine 1 may have a configuration in which the following reference interval NFs ′ is applied instead of the reference interval NFs. FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the reference interval NFs ′. The reference interval NFs ′ indicates the nozzle hole interval considering the angular velocity of the swirl flow. The interval NFs1 ′ indicates a reference interval NFs ′ between the nozzle holes 611H and 611A. The interval NFs2 ′ is between the nozzle holes 611A and 611B, the interval NFs3 ′ is between the nozzle holes 611B and 611C, the interval NFs4 ′ is between the nozzle holes 611C and 611D, and the interval NFs5 ′ is the distance between the nozzle holes 611D and 611E. 'Represents the reference interval NFs' between the nozzle holes 611E and 611F, the interval' NFs17 'represents the nozzle holes 611F and 611G, and the interval NFs8' represents the nozzle holes 611G and 611H.
ここで、領域E4と領域E8とはスワール流が旋回しながら上方に向かって流通する結果、スワール流の角速度が燃料噴射によって減速される領域となっている。領域E4と領域E8とは、底壁面712のうちスワール流の流れに沿った方向において変化する勾配の符号が正となる部分に隣接している。
Here, the region E4 and the region E8 are regions in which the swirl flow circulates upward while swirling, and as a result, the angular velocity of the swirl flow is decelerated by fuel injection. The region E4 and the region E8 are adjacent to a portion of the
領域E2と領域E6とは、スワール流が旋回しながら下方に向かって流通する結果、スワール流の角速度が燃料噴射によって加速される領域となっている。領域E2と領域E6とは、底壁面712のうちスワール流の流れに沿った方向において変化する勾配の符号が負となる部分に隣接している。
The region E2 and the region E6 are regions in which the swirl flow circulates downward while swirling, and as a result, the angular velocity of the swirl flow is accelerated by fuel injection. The region E2 and the region E6 are adjacent to a portion of the
噴孔611H、611Aは複数の噴孔611のうち隣り合う2つの噴孔であって、領域E8と領域E2とに燃料を噴射する2つの噴孔となっている。領域E8と領域E2とはスワール流が旋回しながら方向Rに沿って順に上方に向かって流通する領域と下方に向かって流通する領域とを構成している。これに対し、間隔NFs1´は基準間隔NFsよりも狭く設定されている。間隔NFs5´も同様である。 The nozzle holes 611H and 611A are two adjacent nozzle holes among the plurality of nozzle holes 611, and are two nozzle holes for injecting fuel into the region E8 and the region E2. The region E8 and the region E2 constitute a region in which the swirl flow circulates in the direction R in order while swirling, and a region in which the swirl flow circulates downward. On the other hand, the interval NFs1 ′ is set narrower than the reference interval NFs. The same applies to the interval NFs5 ′.
噴孔611B、611Cは複数の噴孔611のうち隣り合う2つの噴孔であって、領域E2と領域E4とに燃料を噴射する2つの噴孔となっている。領域E2と領域E4とはスワール流が旋回しながら方向Rに沿って順に下方に向かって流通する領域と上方に向かって流通する領域とを構成している。これに対し、間隔NFs3´は基準間隔NFsよりも広く設定されている。間隔NFs7´も同様である。
The nozzle holes 611B and 611C are two adjacent nozzle holes out of the plurality of nozzle holes 611, and are two nozzle holes for injecting fuel into the region E2 and the region E4. The region E2 and the region E4 constitute a region in which the swirl flow circulates in the direction R along the swirl direction and a region in which the swirl flow circulates upward. On the other hand, the interval NFs3 ′ is set wider than the reference interval NFs. The same applies to the
内燃機関1はこのように間隔NFs1´、間隔NFs3´、間隔NFs5´および間隔NFs7´を設定することで、燃料噴射によって加減速されるスワール流が輸送する燃料噴霧の位置を適切な位置に補正できる。基準間隔NFs´それぞれはスワール流の角速度を考慮して、例えばこのように間隔NFs1´、間隔NFs3´、間隔NFs5´および間隔NFs7´を設定した場合における間隔NFs1´から間隔NFs8´とすることができる。この場合において、間隔NFs´は具体的には上述の勾配に基づき設定されている。 In this way, the internal combustion engine 1 sets the interval NFs1 ′, the interval NFs3 ′, the interval NFs5 ′, and the interval NFs7 ′, thereby correcting the position of the fuel spray transported by the swirl flow accelerated / decelerated by the fuel injection to an appropriate position. it can. Each of the reference intervals NFs ′ takes into account the angular velocity of the swirl flow, for example, the interval NFs1 ′, the interval NFs3 ′, the interval NFs5 ′, and the interval NFs7 ′ are set to the interval NFs1 ′ from the interval NFs1 ′. it can. In this case, the interval NFs ′ is specifically set based on the above-described gradient.
内燃機関1は基準間隔NFsの代わりに基準間隔NFs´を用いることで、到達距離NLによって異なってくるスワール流の影響とスワール流の角速度とを考慮した間隔NFそれぞれを設定することができる。これにより、内燃機関1はさらに高い燃焼性を得ることができる。 By using the reference interval NFs ′ instead of the reference interval NFs, the internal combustion engine 1 can set each of the intervals NF in consideration of the influence of the swirl flow and the angular velocity of the swirl flow that vary depending on the reach distance NL. Thereby, the internal combustion engine 1 can obtain higher combustibility.
底壁面712はスワール流の流れに沿った方向において次に示す断面積Sを変化させる形状を有していてもよい。図18は断面積Sの説明図である。図18では図6と同様にピストン7を示す。図18ではさらに中央部31および燃料噴射弁6を併せて示す。断面積Sはピストン7の位置を固定した状態において、中心軸線P4を含む燃焼室Eの断面のうち中心軸線P4から径方向に沿っていずれか一方の側に位置する部分の面積である。
The
この場合、断面積Sが方向Rに沿って増大するように増大部D2を設けることができる。またこの場合、断面積Sが方向Rに沿って減少するように減少部D1を設けることができる。したがって、内燃機関1は増大部D2に対応する領域E4および領域E8が、断面積Sが方向Rに沿って増大する領域であり、減少部D1に対応する領域E2および領域E6が、断面積Sが方向Rに沿って減少する領域である構成とすることもできる。 In this case, the increased portion D2 can be provided so that the cross-sectional area S increases along the direction R. In this case, the reduced portion D1 can be provided so that the cross-sectional area S decreases along the direction R. Therefore, in the internal combustion engine 1, the region E4 and the region E8 corresponding to the increasing portion D2 are regions where the cross-sectional area S increases along the direction R, and the region E2 and the region E6 corresponding to the decreasing portion D1 are the cross-sectional area S. Can be configured to be a region that decreases along the direction R.
この場合、スワール流の角速度は断面積Sに応じて次のように変化する。すなわち、スワール流の角速度は断面積Sが相対的に小さい位相では断面積Sが相対的に大きい位相よりも速くなるように変化する。このためこの場合には、断面積Sに応じて変化するスワール流の角速度を考慮した基準間隔NFs´を設定することで、スワール流が輸送する燃料噴霧の位置を適切な位置に補正できる。断面積Sに応じて変化するスワール流の角速度を考慮した基準間隔NFs´を設定するには、断面積Sに基づき基準間隔NFs´を設定することができる。 In this case, the angular velocity of the swirl flow changes according to the cross-sectional area S as follows. That is, the angular velocity of the swirl flow changes so that the phase with a relatively small cross-sectional area S is faster than the phase with a relatively large cross-sectional area S. For this reason, in this case, the position of the fuel spray transported by the swirl flow can be corrected to an appropriate position by setting the reference interval NFs ′ in consideration of the angular velocity of the swirl flow that changes in accordance with the cross-sectional area S. In order to set the reference interval NFs ′ in consideration of the angular velocity of the swirl flow that changes according to the cross-sectional area S, the reference interval NFs ′ can be set based on the cross-sectional area S.
したがって、スワール流の角速度を考慮した基準間隔NFs´は具体的には上述した勾配および断面積Sのうち少なくともいずれかに基づき設定することができる。この場合、内燃機関1は次に示す構成とすることができる。 Therefore, the reference interval NFs ′ considering the angular velocity of the swirl flow can be specifically set based on at least one of the gradient and the cross-sectional area S described above. In this case, the internal combustion engine 1 can be configured as follows.
すなわち、この場合において間隔NF1、間隔NF3、間隔NF5および間隔NF7を設定する際には、内燃機関1は間隔NF3および間隔NF7それぞれが対応する基準間隔NFs´よりも狭く設定されている構成とすることができる。同時に、内燃機関1は間隔NF1および間隔NF5それぞれが対応する基準間隔NFs´よりも広く設定されている構成とすることができる。間隔NF2、間隔NF4、間隔NF6および間隔NF8を設定する場合についても同様である。 That is, in this case, when setting the interval NF1, the interval NF3, the interval NF5, and the interval NF7, the internal combustion engine 1 is configured such that each of the interval NF3 and the interval NF7 is set narrower than the corresponding reference interval NFs ′. be able to. At the same time, the internal combustion engine 1 can be configured such that each of the intervals NF1 and NF5 is set wider than the corresponding reference interval NFs ′. The same applies to the case where the interval NF2, the interval NF4, the interval NF6, and the interval NF8 are set.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の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の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
内燃機関 1
シリンダヘッド 3
中央部 31
底壁面(ヘッド底壁面) 311
燃料噴射弁 6
噴孔部 61
ピストン 7
キャビティ 71
底壁面(キャビティ底壁面) 712
Internal combustion engine 1
Cylinder head 3
Bottom wall surface (head bottom wall surface) 311
Fuel injection valve 6
Bottom wall surface (cavity bottom wall surface) 712
Claims (2)
前記燃料噴射弁が備える複数の噴孔のうち隣り合う2つの噴孔同士の噴孔間隔であって、前記燃焼室にスワール流を生成しない場合における燃料噴霧の到達距離が相対的に長く設定される領域に燃料を噴射する2つの噴孔同士の噴孔間隔が、前記燃料噴射弁が備える複数の噴孔のうち隣り合う2つの噴孔同士の噴孔間隔であって、前記燃焼室にスワール流を生成しない場合における燃料噴霧の到達距離が相対的に短く設定される領域に燃料を噴射する2つの噴孔同士の噴孔間隔よりも狭く設定されている内燃機関。 A fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber in which a swirl flow is generated;
Of the plurality of nozzle holes provided in the fuel injection valve, the nozzle hole interval between two adjacent nozzle holes, and the fuel spray reach distance when the swirl flow is not generated in the combustion chamber is set to be relatively long. A nozzle hole interval between two nozzle holes for injecting fuel into a region to be injected is a nozzle hole interval between two adjacent nozzle holes among the plurality of nozzle holes provided in the fuel injection valve, and a swirl is formed in the combustion chamber. An internal combustion engine that is set to be narrower than a nozzle hole interval between two nozzle holes that inject fuel into a region where a fuel spray reach distance is set to be relatively short when no flow is generated.
前記燃焼室に曝されるキャビティが設けられているピストンと、前記燃焼室を形成する部分である中央部を有するシリンダヘッドとを備え、
前記キャビティがスワール流の流れに沿った方向において高さが変化する形状を有するキャビティ底壁面を備えるとともに、前記中央部がスワール流の流れに沿った方向において高さが変化する形状を有するヘッド底壁面を備えており、
前記燃焼室の中心軸線に沿った方向における距離であって、前記複数の噴孔のうちいずれかが噴射する燃料噴霧の到達点と、前記キャビティ底壁面および前記ヘッド底壁面のうち少なくともいずれかとの間の距離が、前記複数の噴孔それぞれの間で一定になるように、前記複数の噴孔それぞれの噴射方向が設定されている内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
A piston provided with a cavity that is exposed to the combustion chamber; and a cylinder head having a central portion that is a portion forming the combustion chamber;
A head bottom having a cavity bottom wall surface having a shape whose height changes in the direction along the flow of the swirl flow, and a central portion whose shape changes in height in the direction along the flow of the swirl flow With walls,
A distance in a direction along the central axis of the combustion chamber, and a fuel spray arrival point that any one of the plurality of nozzle holes injects, and at least one of the cavity bottom wall surface and the head bottom wall surface An internal combustion engine in which an injection direction of each of the plurality of nozzle holes is set so that a distance therebetween is constant between the plurality of nozzle holes.
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