JP6694684B2 - エンジン - Google Patents
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Description
このように構成された本発明においては、燃料噴射弁の長手軸線を囲む周方向に配置された複数の噴口は、圧縮上死点における燃焼室を、ピストンのキャビティの表面と、シリンダヘッドの下面である燃焼室の天井と、燃料噴射弁の長手軸線から互いに隣接する各噴口の中間を通って気筒の径方向に延びる垂直面により、各噴口の噴射方向に位置する複数の燃料噴射領域に区分し、この区分された複数の燃料噴射領域において、ペントルーフ形状の稜線の方向に延びるように区分された燃料噴射領域の容積を大きくし、かつ、ペントルーフ形状の稜線の方向に直交する方向に延びるように区分された燃料噴射領域を小さくしたとき、各噴口の噴射方向に位置する燃料噴射領域の容積が大きいほどその噴口の開口面積が大きくなるように形成されているので、エンジンの燃焼室がペントルーフ形状に形成されていること等により各噴口の噴射方向に位置する燃料噴射領域の容積が異なっていても、各燃料噴射領域の容積に応じた量の燃料を各噴口から噴射させることができ、これにより、点火時期における燃焼室内の混合気の均質性を確保することができる。
このように構成された本発明においては、各噴口から噴射される燃料の量を、各噴口の噴射方向に位置する各燃料噴射領域の容積と比例させることができ、これにより、各燃料噴射領域の容積が異なっていても、各燃料噴射領域における混合気の濃度を揃えることができ、点火時期における燃焼室内の混合気の均質性を確実に確保することができる。
なお、噴射角θは、燃料噴射弁3の長手軸線(即ちシリンダ軸線Z)を基準にして規定された、各噴口27からの燃料の噴射方向の傾斜角に相当する。また、燃料噴射弁3には、比較的高い燃圧(例えば40MPa〜120MPa)にて燃料が供給される。
図6の例では、燃料噴射弁3の10個の噴口27を、それぞれ記号A乃至Jで表すと共に、各噴口27が向けられた方向を一点鎖線で示している。即ち、気筒をシリンダ軸線方向の下方から見てペントルーフ稜線Y方向に沿って図6の紙面上方に向けられた噴口27をAとし、他の噴口27を時計回りにB乃至Jとしている。
そして、燃料噴射弁3の長手軸線(即ちシリンダ軸線Z)から互いに隣接する噴口Aと噴口Bとの中間を通って気筒の径方向に延びる仮想的な垂直面PABと、互いに隣接する噴口Jと噴口Aとの中間を通って気筒の径方向に延びる仮想的な垂直面PJAとにより、噴口Aの噴射方向に位置する燃料噴射領域VAが区分される。同様に、各噴口B乃至Jの噴射方向に位置する燃料噴射領域VB乃至VJが区分される。図6に示すように、これらの各燃料噴射領域は平面視で扇形に形成され、燃料噴射弁3の長手軸線を囲む周方向に配置されている。
噴霧輸送経路長は、燃料噴射弁3の噴口27から噴射角θで噴射された燃料がキャビティ11の表面に衝突する位置までの距離と、燃料がキャビティ11の表面に衝突した位置からキャビティ11の凹部11bを経由して燃焼室天井30aに到達するまでの移動距離との和として求められる。
図7の例では、噴口Cの噴霧輸送経路長LCは、噴口Cから噴射角θCで噴射された燃料がキャビティ11の表面に衝突する位置までの距離LC1と、燃料がキャビティ11の表面に衝突した位置からキャビティ11の凹部11bを経由して燃焼室天井30aに到達するまでの移動距離LC2との和であり、噴口Hの噴霧輸送経路長LHは、噴口Hから噴射角θHで噴射された燃料がキャビティ11の表面に衝突する位置までの距離LH1と、燃料がキャビティ11の表面に衝突した位置からキャビティ11の凹部11bを経由して燃焼室天井30aに到達するまでの移動距離LH2との和である。
また、図8の例では、噴口Aの噴霧輸送経路長LAは、噴口Aから噴射角θAで噴射された燃料がキャビティ11の表面に衝突する位置までの距離LA1と、燃料がキャビティ11の表面に衝突した位置からキャビティ11の凹部11bを経由して燃焼室天井30aに到達するまでの移動距離LA2との和であり、噴口Fの噴霧輸送経路長LFは、噴口Hから噴射角θFで噴射された燃料がキャビティ11の表面に衝突する位置までの距離LF1と、燃料がキャビティ11の表面に衝突した位置からキャビティ11の凹部11bを経由して燃焼室天井30aに到達するまでの移動距離LF2との和である。
そこで、本実施形態では、各噴口27を、各噴口27の噴射方向におけるキャビティ11の縁端部11dに対応する位置の燃焼室天井30aの高さが高いほどその噴口27の噴射角が大きくなるように形成することで、各噴口27の噴霧輸送経路長が等しくなるようにしている。
例えば、図7及び図8に示すように、噴口Cの噴射方向におけるキャビティ11の縁端部11dに対応する位置の燃焼室天井30aの高さをhCと、噴口Hの噴射方向におけるキャビティ11の縁端部11dに対応する位置の燃焼室天井30aの高さをhHとは等しいが、噴口Aの噴射方向におけるキャビティ11の縁端部11dに対応する位置の燃焼室天井30aの高さをhA及び噴口Fの噴射方向におけるキャビティ11の縁端部11dに対応する位置の燃焼室天井30aの高さをhFは、それぞれhCよりも高い。そこで、噴口Cの噴射角θCと噴口Hの噴射角θHを等しくし、噴口Aの噴射角θA及び噴口Hの噴射角θFを、噴口Cの噴射角θCよりも大きくすることで、噴口A、C、F及びHの噴霧輸送経路長が等しくなるようにしている。
また、燃焼室天井30aの高さが最も低い噴口C、D、H、Iの噴射角θC、θD、θH、θIを50°としたときの噴霧輸送経路長LC、LD、LH、LIは40mmである。
この場合、噴口B、E、G、Jの噴射角θB、θE、θG、θJを52°とし、噴口A、Fの噴射角θA、θFを55°とすることにより、各噴口27の噴霧輸送経路長が40mmとなり、全ての噴口27の噴霧輸送経路長が等しくなる。
上記した実施形態では、燃焼室30がペントルーフ形状に形成されたエンジンを示したが(図3等参照)、本発明は、燃焼室30がペントルーフ形状ではない形状(例えば半球型やバスタブ型など)に形成されたエンジンにも適用可能である。
また、上記した実施形態では、10個の噴口27を備えた燃料噴射弁3を示したが、本発明は、これとは異なる複数の噴口27を備えた燃料噴射弁3を有するエンジンにも適用可能である。
2 排気バルブ
3 燃料噴射弁
4 点火プラグ
4a 電極
5 吸気ポート
6 排気ポート
10 ピストン
11 キャビティ
11a 突起部
11b 凹部
11c キャビティの曲面
11d キャビティの縁端部
13 環状部
15 バルブリセス
17 ピストン上面部
19 バルブボディ
21 ニードル
23 シート部
25 燃料通路
27 噴口
30 燃焼室
30a 燃焼室天井
40 シリンダヘッド
Claims (2)
- 所定の運転領域において、圧縮行程後半から膨張行程前半までの間に燃料を気筒内の燃焼室に直接噴射して、圧縮上死点後に点火を行うエンジンであって、
上面の中央部に下方に凹んだキャビティが形成されたピストンと、
ペントルーフ形状の燃焼室であって、天井が上記ペントルーフ形状の稜線を有する燃焼室を形成するように構成されたシリンダヘッドと、
上記ピストンの中央部に対応する位置において、シリンダ軸線上に、シリンダ軸線と同一の方向に延びるように上記シリンダヘッドに配置され、圧縮行程後半から膨張行程前半までの間において上記ピストンのキャビティ内に入るように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁が設けられた位置に対応する上記ピストンの中央部よりも径方向外側で、且つ上記ピストンのキャビティの上方に対応する位置において上記シリンダヘッドに配置された点火プラグと、を有し、
上記ピストンのキャビティは、シリンダ軸線に対して軸対称に形成され、
上記燃料噴射弁は、その燃料噴射弁の長手軸線を囲む周方向に配置された複数の噴口を有し、
上記各噴口は、圧縮上死点における上記燃焼室を、上記ピストンのキャビティの表面と、上記シリンダヘッドの下面である上記燃焼室の天井と、上記燃料噴射弁の長手軸線から互いに隣接する上記各噴口の中間を通って上記気筒の径方向に延びる垂直面とにより、上記各噴口の噴射方向に位置する複数の燃料噴射領域に区分し、この区分された複数の燃料噴射領域において、上記ペントルーフ形状の稜線の方向に延びるように区分された燃料噴射領域の容積を大きくし、かつ、上記ペントルーフ形状の稜線の方向に直交する方向に延びるように区分された燃料噴射領域を小さくしたとき、各噴口の噴射方向に位置する上記燃料噴射領域の容積が大きいほどその噴口の開口面積が大きくなるように形成されている、ことを特徴とするエンジン。 - 上記各噴口は、上記各噴口の開口面積比と、上記各噴口の噴射方向に位置する上記各燃料噴射領域の容積比とが一致するように形成されている、請求項1に記載のエンジン。
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