JP5239435B2 - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒内の燃焼室に直接燃料を噴射するディーゼルエンジンの燃料噴射装置、特に、それぞれが２つの噴射孔からなる複数の噴孔群を有する燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射装置に関する。

ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルを、複数の噴射孔からなる複数の噴孔群を有し、各噴孔群の複数の噴射孔から噴射される燃料がそれぞれ１つの燃料噴霧を形成するよう構成した、所謂、群噴孔ノズル（グループホールノズル、略してＧＨＮ）とし、噴射孔の径を小さくして燃料を微粒化しつつ、噴射孔の数を増やして全体としての噴射孔の流路面積を確保するようにしたものにおいて、各噴孔群を構成する噴射孔の噴孔間角度（噴孔中心軸間の角度）を工夫することで、燃料の微粒化促進による、すす（黒煙）の低減と、噴霧貫徹力（ペネトレーション）の強化を図ることが従来から提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−５１６２４号公報

ディーゼルエンジンから排出されるすす（黒煙）を低減するためには、群噴孔ノズル（ＧＨＮ）を採用して燃料微粒化を促進することが有効であるが、特に、着火遅れを大きくし、燃料が燃焼室壁面に当たった後で着火するよう設定する場合に、すすを一層低減し、また、すすと共に窒素酸化物（ＮＯｘ）を十分に低減するためには、燃料微粒化の促進とともに、燃焼室内の縦渦を強化して燃焼ガスの余剰空気との混合による再燃焼を促進することが重要である。そして、燃焼室内の縦渦を強化するためには、燃焼室壁面到達前の噴霧の貫徹力（ペネトレーション）を強化するのに加えて、燃料噴霧の壁面衝突後の貫徹力（ペネトレーション）を大きくして、燃焼領域下流での燃料噴霧および既燃焼ガスの縦方向の回り込みを強化する必要がある。

ディーゼルエンジンの燃焼室に噴射された燃料の噴霧は、適度な噴霧ペネトレーションの設定により、着火遅れ期間にキャビティ壁面に衝突し、壁面に沿って広がる。そして、その燃料噴霧は壁面近傍で一番良く燃え、燃焼ガス（既燃ガス）が、燃料噴霧とともに燃焼膨張流による縦渦の流れに乗り、キャビティ壁面に沿って縦方向に回り込む。そして、その回り込んだ燃料噴霧と既燃ガスが、キャビティの中央付近まで素早く達すると、その辺りには燃焼に使われていない酸素を多量に含んだ低温の余剰空気があるため、高温の既焼ガスが低温の余剰空気と混じることによって急激に冷やされて、ＮＯｘの生成が低減され、また、既焼ガスに含まれている煤が酸素と触れ合って再燃焼することで、すす（黒煙）が低減される。そこで、燃料噴霧の壁面衝突後の貫徹力（ペネトレーション）を大きくして、燃料噴霧および既燃ガスの縦方向の回り込みを強化することで、既燃ガスを余剰空気と素早く混合させ、それより、ＮＯｘを低減することができるとともに、煤を再燃焼させて、すすを低減することが可能である。

上記従来の技術は、微粒化された噴霧同士の衝突により噴霧の貫徹力を維持し、噴孔から燃焼室壁面に至る燃焼室空間の空気を無駄なく利用して、噴霧が燃焼室壁面に到達する前に実質的に燃焼終了させるためのもので、燃料噴霧の壁面衝突後の貫徹力の強化を考慮したものではない。

各噴孔群の２つの噴射孔から噴射される燃料の噴霧が燃焼室壁面に衝突した後に噴孔群毎に１つの燃料噴霧を形成する群噴孔ノズル（ＧＨＮ）を採用し、燃料を燃焼室壁面に当たった後で着火させるディーゼルエンジンの場合、燃料噴霧の微粒化と壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力（ペネトレーション）の特性は、例えば各噴孔群が２つの噴射孔からなる場合に、２つの噴射孔から噴射した燃料の噴霧が燃焼室壁面に衝突したときの衝突点の間の距離（壁面衝突点距離という）によって定まる。

そこで、そういった群噴孔ノズル（ＧＨＮ）を採用するディーゼルエンジンにおいて、壁面衝突点距離が最適になるようにして、燃料噴霧の微粒化や壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力の強化を促進することが考えられる。そして、その場合、壁面衝突点距離は、２つの噴射孔の噴射孔間の距離および噴射孔間の角度と、燃焼室形状（ノズル中心から燃焼室壁面上の噴霧衝突点までの距離）の設定（ノズルスペック）により基本的に定まる。そのため、例えば、壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力（ペネトレーション）が極大値付近となる壁面衝突点距離となるように、噴射孔間の距離および噴射孔間の角度を設定することになる。

しかし、噴射孔間距離、噴射孔間角度等のノズルスペックが同じでも、燃焼室内のスワールの強度が大きければ、燃料の噴霧は燃焼室壁面に到達するまでにスワール方向に流され、通常は、２つの噴射孔から噴射された燃料の噴霧が流される度合に差ができて、スワール強度が大きい程、壁面衝突点距離が広がる傾向がある。そして、そのスワールは、スワールコントロールバルブ等で制御するが、基本的には、エンジンの回転数に比例して強度が大きくなるのが普通で、そのため、例えば低回転域で噴霧貫徹力が極大値となる壁面衝突点距離に合わせてノズルスペックを設定すると、高回転域では衝突点間距離が広がってしまって、噴霧貫徹力強化のための最適範囲から外れてしまう恐れがあり、また、高回転域で噴霧貫徹力が極大値となる壁面衝突点距離に合わせてノズルスペックを設定すると、低回転域では衝突点間距離が狭まってしまって、噴霧貫徹力強化のための最適範囲から外れてしまう恐れがある。

本発明は、各噴孔群の２つの噴射孔から噴射される燃料の噴霧が燃焼室壁面に衝突した後に噴孔群毎に１つの燃料噴霧を形成するよう構成したディーゼルエンジンにおいて、燃焼室内のスワール強度にかかわらず燃料噴霧の微粒化と壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力（ペネトレーション）の強化を促進してＮＯｘおよびすすの発生を十分に低減することができる燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明のディーゼルエンジンの燃料噴射装置は、ピストンの頂面中央部にピストンの動作方向における断面が凹形状に設けられて、燃焼室を形成するキャビティと、前記燃焼室の略中央に臨む位置に設けられ、燃焼室の側壁面に向けて燃料を噴射する燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、前記燃焼室は、ピストン径方向の中央に位置する底部中央部分が開口端側に向かって隆起した形状を有するものであり、前記燃料噴射ノズルは、それぞれが２つの噴射孔からなる複数の噴孔群を有し、各噴孔群の前記２つの噴射孔は、それら２つの噴射孔から噴射される燃料の噴霧が燃焼室壁面に衝突した後に噴孔群毎に１つの燃料噴霧を形成し、それら２つの噴射孔から噴射された燃料の噴霧が前記燃焼室壁面に衝突したときの一対の衝突点の間の距離が、前記燃焼室内のスワール強度が最小となる運転領域での前記一対の衝突点の間の距離と前記燃焼室内のスワール強度が最大となる運転領域での前記一対の衝突点の間の距離とが、前記燃焼室壁面衝突後に得られる燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大となる距離を跨いで前記衝突点の間の距離の下限および上限となり、その間で前記燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大値近傍を維持できるように、前記２つの噴射孔の噴射孔間の距離および噴射孔間の角度が設定されていることを特徴とするものである。

燃焼室中央部の上方から燃焼室の側壁面に向けて燃料を噴射する形態では、燃焼領域下流の燃料噴霧は燃焼室の側壁面近傍に比べて燃料噴射ノズル下方に位置する燃焼室中央付近で燃焼が促進されずに余剰空気が残り易い特徴がある。そこで、上述のような燃料噴射ノズルを構成する。そうすることで、燃焼室内のスワール強度にかかわらず燃料噴霧の壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力を極大値近傍に維持することができ、それにより燃焼領域下流の燃料噴霧および既燃ガスの縦方向の回り込みを強化することができるため、燃料噴霧および既燃ガスが燃焼室の壁面に沿って燃料噴射ノズル下方の燃焼室中央付近に到達するようになる。その結果、既燃ガスを余剰空気と素早く混合させることができて、既燃ガスを急激に冷やしてＮＯｘの生成を抑制することができるとともに、既焼ガス中のすすの再燃焼を促進することができ、ＮＯｘおよびすすの発生を低減することができる。

２つの噴射孔から噴射された燃料の噴霧の壁面衝突後の噴霧粒径は、２つの噴射孔から噴射された燃料の噴霧が燃焼室壁面に衝突したときの衝突点の間の距離（これを「壁面衝突点距離」という）が大きくなるにつれて単調に微粒化が進む。一方、壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力（ペネトレーション）は、貫徹力が大きくなる壁面衝突点距離の範囲というのが途中にあって、その前後で単調に貫徹力が減少する。そして、この燃料噴霧の微粒化と壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力の特性は、燃焼室の大きさによらず壁面衝突点距離によって一義的に定まる。但し、燃焼室内のスワール強度が大きければ、燃料の噴霧は燃焼室壁面に到達するまでにスワール方向に流され、通常は、２つの噴射孔から噴射された燃料の噴霧が流される度合に差ができて、スワール強度が大きい程、壁面衝突点距離が広がる傾向がある。そのため、壁面衝突点距離を、スワール強度にかかわらず、壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大値近傍を維持する所定範囲内となるようにすることで、壁面衝突後の貫徹力を強化しつつ、燃料微粒化を促進できる範囲に維持することができるのである。壁面衝突点距離は、２つの噴射孔の噴射孔間の距離および噴射孔間の角度と、燃焼室形状（ノズル中心から燃焼室壁面上の噴霧衝突点までの距離）の設定により基本的に定まる。

この燃料噴射装置において、燃料噴射ノズルは、スワール強度が最小となる運転領域での壁面衝突点距離と、スワール強度が最大となる運転領域での壁面衝突点距離とが、壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大となる距離に対して等距離となるように、各噴孔群の２つの噴射孔の噴射孔間の距離および噴射孔間の角度が設定されるものであってよいが、より好ましくは、スワール強度が最大となる運転領域での壁面衝突点距離の方が縦方向貫徹力が極大となる距離に近くなるように、つまり、スワール強度が最小となる運転領域での衝突点の間の距離よりも、スワール強度が最大となる運転領域での衝突点の間の距離の方が燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大となる距離に近くなるように、２つの噴射孔の噴射孔間の距離および噴射孔間の角度が設定されるのがよい。

燃焼室内のスワール強度すなわちスワール流の運動量が大きい運転領域（高回転域）では、燃料噴霧および既燃ガスが大きく流されて、燃焼室縦方向への回り込みが弱くなり、既燃ガスを余剰空気と素早く混合させてＮＯｘを低減するとともに再燃焼を促進してすすを低減させる回り込みの効果が弱まる傾向が大である。そのため、そうしたスワール強度の大きい運転領域（高回転域）では、壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力を十分強くする必要がある。そのため、スワール強度が最小となる運転領域での衝突点の間の距離よりも、スワール強度が最大となる運転領域での衝突点の間の距離の方が燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大となる距離に近くなるように噴射孔間の距離および噴射孔間の角度を設定するのがよい。そうすることで、スワール強度が大きい運転領域での壁面衝突後の噴霧貫徹力を極大値に一層近づけることができ、それにより、燃料噴霧および既燃ガスの燃焼室縦方向への回り込みの悪化を抑制し、ＮＯｘやすすの発生を抑制することができる。

以上から明らかなように、本発明によれば、燃焼室内のスワール強度にかかわらず燃料噴霧の微粒化と壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力（ペネトレーション）の強化を促進してＮＯｘおよびすすの発生を十分に低減することができる

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図７は本発明の実施形態を示している。図１は実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室近傍の断面図、図２は燃料噴霧の壁面衝突点距離Ｘを示す説明図、図３は燃料噴霧ノズルの噴孔レイアウトのパラメータを説明するもので、（ａ）はノズル縦断面における噴孔間距離Ｙおよび噴孔間角度αの説明図、（ｂ）はノズル横断面における噴孔間距離Ｚおよび噴孔間角度βの説明図、（ｃ）は燃焼室リップ半径ｒの説明図、図４は燃料噴霧の壁面衝突後の噴霧貫徹力（ペネトレーション）を説明する説明図、図５は燃料噴霧の壁面衝突点距離Ｘと壁面衝突後の噴霧貫徹力（ペネトレーション）との関係および壁面衝突点距離Ｘの最適範囲の第１の設定例を示すグラフ、図６は燃料噴霧の壁面衝突点距離Ｘと壁面衝突後の噴霧貫徹力（ペネトレーション）との関係および壁面衝突点距離Ｘの最適範囲の第２の設定例を示すグラフ、図７はスワール強度の特性図である。

この実施形態のディーゼルエンジンは、直列多気筒エンジンで、図１に示すように、シリンダブロック１の上部にシリンダヘッド２が配置され、シリンダブロック１に形成された各気筒のシリンダボア３内に、上下作動自在にピストン４が配置され、シリンダヘッド２とシリンダボア３とピストン４とで燃焼室５が区画形成されている。そして、シリンダヘッド２には、気筒毎に、スワール生成式の吸気ポート（ヘリカルポート）６と、排気ボート７が設けられ、吸気ポート６および排気ポート７をそれぞれ開閉するよう吸気弁８および排気弁９が配設されている。また、シリンダヘッド２には、各気筒の燃焼室５の略中央に臨む位置に燃料噴射装置の燃料噴射弁１０が取り付けられている。シリンダヘッド２はフラット型であり、吸気弁８および排気弁９は直立型である。

ピストン４の頂部には、ピストン動作方向（図１において上下の方向）を軸線方向として凹入し開口端側で径が小さくなったリエントラント型のキャビティ１１が形成されている。

キャビティ１１は、燃焼室５を構成するもので、ピストン４の頂面に近い開口縁部がピストン径方向の内方へ突出する環状のリップ部１２を形成し、リップ部１２に続いてピストン径方向の外方に凹入した環状凹入部１３を形成し、また、ピストン径方向の中央に位置するキャビティ１１の底部中央部分が、該キャビティ１１の開口端側に向かって隆起した凸部１４を形成している。

燃料噴射弁１０は、先端部が燃料噴射ノズル１５を構成し、その燃料噴射ノズル１５が、ピストン４頂部のキャビティ１１に燃料を直接噴射するべく燃焼室５内に若干突出している。

そして、その燃料噴射ノズル１５には、それぞれが２つの噴射孔２１，２２からなる複数の噴孔群２０（図２参照）が、略等間隔で周方向に並ぶ配置で設けられている。噴孔群２０の数は、例えば５〜１２個である。

各噴孔群２０の噴射孔２１，２２からは、ピストン４頂部のキャビティ１１のリップ部１２壁面に向けて、キャビティ軸線方向（ピストン軸線方向）の上方から斜め下向きに燃料が噴射される。各噴孔群２０は、２つの噴射孔２１，２２から噴射される燃料の噴霧が燃焼室壁面（キャビティ１１の壁面）に衝突した後に噴孔群２０毎に１つ（一塊）の燃料噴霧３１を形成する。

そして、それぞれの噴孔群２０の各２つの噴射孔２１，２２は、図２に示すように、２つの噴射孔２１，２２から噴射される燃料の噴射方向（噴孔中心軸の方向）が、キャビティ１１のリップ部１２の壁面に、互に隣接する２点（衝突点Ａおよび衝突点Ｂ）でそれぞれ略直交し、それら隣接する２点（衝突点Ａおよび衝突点Ｂの間に距離すなわち壁面衝突点距離Ｘが生ずるように構成されている。

壁面衝突点距離Ｘは、基本的には、２つの噴射孔２１，２２の噴射孔間の距離および噴射孔間の角度（噴孔中心軸間の角度）の設定と、ノズル中心から燃焼室壁面上の噴霧衝突点までの距離により定まる。ここで、噴射孔間の距離は、図３（ａ）に示すノズル縦断面における噴孔出口間距離Ｙと、図３（ｂ）に示すノズル横断面における噴孔出口間距離Ｚとで決まり、噴射孔間の角度は、図３（ａ）に示すノズル縦断面における噴孔間角度αと、図３（ｂ）に示すノズル横断面における噴孔間角度βとで決まる。また、ノズル中心から燃焼室壁面上の噴霧衝突点までの距離は、図３（ｃ）に示す燃焼室リップ半径ｒである。

壁面衝突点距離Ｘを求める式は次のとおりである。

ノズルスペックの各パラメータの設定範囲は、例えば、０．２５＜Ｙ＜０．５ｍｍ、０．２５＜Ｚ＜０．５ｍｍ、−５＜α＜＋５ｄｅｇ、７．５＜β＜１２．５ｄｅｇ、１４５＜θ＜１６０ｄｅｇ、２４／４３＜（ｒ／ボア半径）＜３５／４３である。θは噴孔コーン角である。

図４に示すように、燃焼室５に噴射された燃料の噴霧（燃料噴霧３１）は、着火遅れ期間にキャビティ１１壁面に衝突し、混合気３２とともにキャビティ１１の壁面に沿って広がる。そして、その燃料噴霧３１は、衝突する壁面の近傍で燃え、壁面衝突後の燃料噴霧３１Ａと既燃ガス（燃焼ガス）３３が、燃焼膨張流による縦渦の流れに乗って、キャビティ１１の壁面および下部底面に沿って縦方向に回り込む（矢印Ｔ）。そして、その回り込みが縦方向に強いと、燃料噴霧３１Ａと既燃ガス３３がキャビティ１１の中央まで素早く到達する。

キャビティ１１の中央付近には、燃焼に使われていない酸素を多量に含んだ低温の余剰空気３４が存在する。そして、壁面衝突後の燃料噴霧３１Ａおよび既燃ガス３３の縦方向の貫徹力（ペネトレーション）が大きいと、燃焼領域３５下流の燃料噴霧３１Ａおよび既燃ガス３３が縦方向に回り込み、既燃ガス３３が余剰空気３４と素早く混合させることができて、既燃ガス３３を急激に冷やしてＮＯｘの生成を抑制することができるとともに、既焼ガス３３中の煤の再燃焼を促進することができ、排出されるＮＯｘおよびスモークを低減することができる。

この実施形態の燃料噴射ノズル１５は、燃焼室内のスワール強度が最小となる運転領域（低回転域）での衝突点距離とスワール強度が最大となる運転領域（高回転域）での衝突点距離とが、燃焼室壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大となる衝突点距離を跨いで衝突点距離の下限および上限となり、その間で壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大値近傍を維持できるように、各噴孔群２０の２つの噴射孔２１，２２の噴射孔間の距離、噴射孔間の角度等、ノズルスペックが設定される。

その際、壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大値近傍を維持できる衝突点距離の範囲というのは、例えば図５に示すように、スワール強度が最小となる運転領域（低回転域）での壁面衝突点距離と、スワール強度が最大となる運転領域（高回転域）での壁面衝突点距離とが、壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大となる距離に対して等距離となる設定（第１の設定例）であってもよく、また、図６に示すように、スワール強度が最大となる運転領域（高回転域）での壁面衝突点距離の方が縦方向貫徹力が極大となる距離に近くなるように、つまり、スワール強度が最小となる運転領域（低回転域）での衝突点の間の距離よりも、スワール強度が最大となる運転領域（高回転域）での衝突点の間の距離の方が燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大となる距離に近くなる設定（第２の設定例）であってもよい。

衝突点距離がこのように設定した範囲（最適範囲）に入るように、各噴孔群２０の２つの噴射孔２１，２２の噴射孔間の距離、噴射孔間の角度等、ノズルスペックを設定することで、燃焼室内のスワール強度にかかわらず燃料噴霧の壁面衝突後の燃焼室縦方向の噴霧貫徹力を極大値近傍に維持することができ、それにより、燃焼領域下流の燃料噴霧および既燃ガスの縦方向の回り込みを強化することができ、ＮＯｘおよびすすの発生を低減することができる。スワール強度は、基本的に、図７に示すようにエンジン回転数に比例して大きくなる。

そして、特に図６に示す第２の例のように、スワール強度が最大となる運転領域（高回転域）での壁面衝突点距離の方が縦方向貫徹力が極大となる距離に近くなるように設定することが好ましい。なぜなら、図５および図６に実線で記載している燃焼室縦方向の噴霧貫徹力は、スワール強度が最小となる運転領域のものを示しており、スワール強度が強くなると、その影響によって、燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が図５および図６に示す傾向を維持しながら（図６に矢印で示す方向に）悪化するためである。すなわち、同じ壁面衝突点距離であっても、スワール強度が強まるにつれて、燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が弱まることになる。そのため、スワール強度が最大となる運転領域（高回転域）での壁面衝突点距離の方が縦方向貫徹力が極大となる距離に近くなるようにするのがよく、そうすることで、燃焼室内のスワール強度が大きいために燃料噴霧および既燃ガスの燃焼室縦方向への回り込みが悪化する運転領域で、壁面衝突後の噴霧貫徹力を極大値に一層近づけることができて、燃料噴霧および既燃ガスの燃焼室縦方向への回り込みの悪化を抑制し、ＮＯｘやすすの発生を抑制することができる。

図８は上記実施形態のディーゼルエンジンにおける燃料噴霧の壁面衝突後の噴霧貫徹力（ペネトレーション）に関連して、噴射孔が１つの場合と、２つの場合の、燃料を壁面に噴射した際の壁面衝突後の噴霧形状を計測した結果を示すもので、（ａ）および（ｂ）は噴射孔が１つの場合の計測結果説明図、（ｃ）および（ｄ）は噴射孔が２つの場合の計測結果説明図である。図６に示す計測結果から、普通に１つの噴射孔２３から噴射した燃料の噴霧３１を壁面に衝突させると、衝突後の噴霧３１Ａは同心円状に広がるが、上記実施形態のように、２つの噴射孔２１，２２を隣接させて適度の距離をもって配置し、それら２個の噴射孔２１，２２から噴射した燃料の噴霧３１は、１つの噴霧３１となってキャビティ１１の壁面に衝突し、その衝突後の噴霧３１Ａの広がりは、２つの噴射孔２１，２２を結ぶ線に直交する方向に増幅されて、楕円状に広がることが判る。この特性を利用することで、壁面衝突後の貫徹力（ペネトレーション）を強化することができ、それにより、壁面衝突後の燃料噴霧３１Ａおよび既燃ガス３２の縦方向の回り込みを強化することができる。

本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室近傍の断面図である。 本発明の実施形態のディーゼルエンジンにおける燃料噴霧の壁面衝突点距離Ｘを示す説明図である。 本発明の実施形態のディーゼルエンジンにおける燃料噴霧ノズルの噴孔レイアウトのパラメータを説明するもので、（ａ）はノズル縦断面における噴孔間距離Ｙおよび噴孔間角度αの説明図、（ｂ）はノズル横断面における噴孔間距離Ｚおよび噴孔間角度βの説明図、（ｃ）は燃焼室リップ半径ｒの説明図である。 本発明の実施形態のディーゼルエンジンにおける燃料噴射ノズルから噴射された燃料噴霧の壁面衝突後の噴霧貫徹力（ペネトレーション）を説明する説明図である。 本発明の実施形態のディーゼルエンジンにおける燃料噴射ノズルから噴射された燃料噴霧の壁面衝突点距離Ｘと壁面衝突後の噴霧貫徹力（ペネトレーション）との関係および壁面衝突点距離Ｘの最適範囲の第１の設定例を示すグラフである。 本発明の実施形態のディーゼルエンジンにおける燃料噴射ノズルから噴射された燃料噴霧の壁面衝突点距離Ｘと壁面衝突後の噴霧貫徹力（ペネトレーション）との関係および壁面衝突点距離Ｘの最適範囲の第２の設定例を示すグラフである。 本発明の実施形態のディーゼルエンジンにおけるスワール強度の特性図である。 本発明の実施形態のディーゼルエンジンにおける燃料噴射ノズルから噴射される燃料噴霧の壁面衝突後の噴霧貫徹力（ペネトレーション）に関連して、噴射孔が１つの場合と、２つの場合の、燃料を壁面に噴射した際の壁面衝突後の噴霧形状を計測した結果を示すもので、（ａ）および（ｂ）は噴射孔が１つの場合の計測結果説明図、（ｃ）および（ｄ）は噴射孔が２つの場合の計測結果説明図である。

符号の説明

５ 燃焼室
１０ 燃料噴射弁
１５ 噴射ノズル
２０ 噴孔群
２１、２２ 噴射孔
３１、３１Ａ 燃料噴霧
３２ 混合気
３３ 既燃ガス（燃焼ガス）
３４ 余剰空気
３５ 燃焼領域
Ａ、Ｂ 衝突点
Ｘ 壁面衝突点距離
Ｙ ノズル縦断面における噴孔間距離
α ノズル縦断面における噴孔間角度
Ｚ ノズル横断面における噴孔間距離
β ノズル横断面における噴孔間角度
ｒ 燃焼室リップ半径

Claims (2)

1. ピストンの頂面中央部にピストンの動作方向における断面が凹形状に設けられて、燃焼室を形成するキャビティと、前記燃焼室の略中央に臨む位置に設けられ、燃焼室の側壁面に向けて燃料を噴射する燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、
   前記燃焼室は、ピストン径方向の中央に位置する底部中央部分が開口端側に向かって隆起した形状を有するものであり、
   前記燃料噴射ノズルは、それぞれが２つの噴射孔からなる複数の噴孔群を有し、各噴孔群の前記２つの噴射孔は、それら２つの噴射孔から噴射される燃料の噴霧が燃焼室壁面に衝突した後に噴孔群毎に１つの燃料噴霧を形成し、それら２つの噴射孔から噴射された燃料の噴霧が前記燃焼室壁面に衝突したときの一対の衝突点の間の距離が、前記燃焼室内のスワール強度が最小となる運転領域での前記一対の衝突点の間の距離と前記燃焼室内のスワール強度が最大となる運転領域での前記一対の衝突点の間の距離とが、前記燃焼室壁面衝突後に得られる燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大となる距離を跨いで前記衝突点の間の距離の下限および上限となり、その間で前記燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大値近傍を維持できるように、前記２つの噴射孔の噴射孔間の距離および噴射孔間の角度が設定されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
2. 前記スワール強度が最小となる運転領域での前記衝突点の間の距離よりも、前記スワール強度が最大となる運転領域での前記衝突点の間の距離の方が前記燃焼室縦方向の噴霧貫徹力が極大となる距離に近くなるように、前記２つの噴射孔の噴射孔間の距離および噴射孔間の角度が設定されている請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。

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