JPS6056117A - 直接燃料噴射式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は，本発明者が既に出願した直接噴射式内燃機関
（特願昭５７−１２１４１８号）の改良に関する。

従来、ピストン頂面に凹所を形成して燃焼室を構成する
直接噴射式内燃機関は、渦流室や予燃焼室を有する内燃
機関に比べ該室と燃焼室との連絡孔が無く、圧縮比も比
較的低くとれるので１機関の摩擦損失が少なく、燃料消
費量も少ないという利点を有するため、大型機関ではよ
く使われている。

しかしながら、シリンダ径の小さな小型機関においては
、大型機関に比べて混合気形成に問題がある。

すなわち、従来の直接噴射式内燃機関においては、ピス
トン、頂面に形成した凹所のほぼ中央に燃料噴射弁を配
設し、複数の噴口より放射状に複数の噴霧な噴射する。

機関の吸入時に吸気弁や吸気通路などによって発生させ
た後先渦流は圧縮行程末期においても存続し、凹所内で
燃料噴霧を渦流旋回方向におし流しながら混合気を形成
する。該凹所の直径は、ピストンまたはシリンダの直径
の４０％ないし７０％の範囲内のものが一般に使われて
いる。したがって、ピストンの直径が１００−以下の小
型機関では、凹所径は小さくなり、しかも圧縮比を大き
くとろうとすると−ＷＩ凹所の径が小さくなる。よって
燃料噴射弁の複数の噴口から放射状に噴射した燃料噴霧
は、凹所の内側壁面に衝突し、壁面に液膜として付着し
て、または粗大粒として残存するので有効に燃焼しない
ため燃焼のために有効な混合気が減少し、出力および燃
費の低下、吐煙発生の問題があった。

燃料の凹所壁面への衝突を防止するために（イ）燃焼室
内に形成する旋回流を強くする。（ロ）燃料噴射弁の噴
口を小さくして噴口の数を多くする。（ハ）圧縮比を高
くして燃料噴射時期における凹所内の圧力空気密度）を
高くして、燃料噴射弁の噴霧ｊ１′微力を低減させる等
の方法が一般に採用されている。

（イ）の方法においては、シリンダ径が１．　ＯＯ〜１
２０Ｉｆｆの機関では、スワール比（燃焼室内に発生さ
せるスワー〃強さの尺度でヌワー／Ｌ’回転角速度を機
関回転角速度で割った値を言う）４前後であり、シリン
ダ径が９（１ｍ以下の機関では３．６〜＆６ぐらいが限
度である。この値以上に強くすると、逆に吸気通路の流
体抵抗が増大し９機関の吸気の充填効率がいちじるしく
低下し、かつ燃焼室壁面への熱損失が増大するという問
題がある。

（ロ）の方法においては、燃料噴射弁の噴口を小さくす
ると燃料が微粒化され１貫徹力が軽減されるが、あまり
小さくすると噴孔がつまり品くなり。

α１６顛以下は実用上問題がある。また噴口の数を多く
すると隣り合う噴口かも噴射された噴霧が多凹所のａｕ
ｒａに近いところで重合し１部分的に燃料の過濃域が発
生し１発煙の原因になるという問題がある。シリンダ径
１２０ｆｌ以下の機関では、噴口の数が４から５が一般
的である。

（ハ）の方法におし）ては、圧縮比は下死点時の全すき
ま容積と上死点時のスキマ容積との比で決まるため、ｌ
ｌ［液噴射式内燃機関にあっては、十分な出力を得るた
めには凹所の容積がスキマ容積の７０％以上必要である
。したがって、圧縮比を高くするためには燃焼に寄与し
ないＶリンダヘッドとピストン頂面との間のスキマは極
力小さくすることが望ましい。

しかし上記スキマは、エンジン要素の燃焼による熱膨張
製品誤差等を考慮すると０．６鰐程度が限度である。従
って機関が小型になる程圧縮比を高くとれなくなり、仮
りに高くとったとしても機関の組立調整が困難になると
いう問題がある。

本発明者らは、上記従来の小型直接燃料噴射式内燃機関
が有していた間趙点を解決するため、系統的爽験、解析
および試作を繰り返し本発明に到達したのである。

上述の実験および解析により１本発明者らは以下の知見
を得た。

従来の直接噴射式内燃機関における混合気形成の条件は
１次の４項を満足する必要がある。

■霧化 燃料粒が小さいほど、気化、燃焼が速やかに行なわれる
。したがって、燃料噴射弁から噴射される燃料粒は小さ
し１必要がある。

■　貫徹力 燃料粒が燃焼室内で静止していると、燃焼ガスに包まれ
、ｖ＆焼が進行しない。したがって燃料粒は燃焼が終る
まで燃焼室内で突き進んでいく力を持つ必要がある。

■　燃料分布 吐煙が発生すること無く、出来るだけ多くの燃料を燃焼
室内で燃焼させ、高い平均有効圧を得るためには、シリ
ンダ内の空気を残すことなく燃焼に用いる必要がある。

燃料粒の行き届かない所の空気は、全く利用されず９反
対に燃料粒が密集する所は空気が不足して、不完全燃焼
することになる。したがって燃焼の進行に伴って、燃焼
室の隅々まで燃料粒を効果的に分散する必要がある。

■　燃焼速度 燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が燃焼室内を進みな
がら拡がっていく。この拡がりは１貫徹力と分布とによ
って決まる。しかし燃焼がこのような拡散だけでは時間
がかかり、有効な燃焼期間中に完全に燃焼させることが
困難で、吸入空気に渦流を与え燃焼速度を速める必要が
ある。

上述の■ないし■の条件は、燃料噴射に関するものであ
る。すなわち、燃料噴射による噴霧の分散（混合気形成
）に燃料粒のはたす役割が大きい。

言い換えれば、微粒化した燃料粒が適当に分布しｒ） つつ、燃焼室内を充分に速度でつぎ進みながら。

混合気を形成するものである。したがって、従来の直接
噴射式内燃機関において１貫徹力の小さい噴射ノズルは
使用出来なし）ということが常識化していた。

本発明者らの実験解析によれば、従来の直接噴射式内燃
機関の混合気形成の理論には以下に述べる矛盾があるこ
とが判明した。

■　燃料粒を小さくすると貫徹力は低下する。

■　燃料の燃焼室内への分布を良くするために噴霧角を
大にすると貫徹力は低下する。

したがって、燃料の噴霧の到達距離を低下させることな
く、燃料粒を小さく、シかも分布を良くするためには９
強い吸気渦流と高い圧縮比（空気密度）が必要であった
。

そこで本発明者らは発想を転換し１本発明においては燃
料噴射弁には燃料の霧化機能と、燃焼室内の投影面上に
広く分布させる分布機能とを分担させ１貫徹力は期待し
ない。したがって、燃料噴射弁から噴射された燃料粒は
、燃焼室内の吸入空気に流れがなければ、それぞれの位
置で静止していてもよいとする。燃焼室内に形成される
旋回しながら下降する吸気渦流で、または吸気渦流とピ
ストン頂面の平担部から凹所に流れ込む流れいわゆるス
キッシ＝流との両者相まって燃料粒を燃焼室の深さ方向
に強く吹き流すとともに、燃焼速度を確保するものであ
る。すなわち、燃料噴射弁には凹所の特定領域への燃料
噴霧の分散を分担させ。

凹所全域へは吸気渦流またはこれとスキッＶユ流の両者
に分担、させるようにするものである。

本発明の目的は、上記の状況からして、燃焼室に設けた
凹所の中心軸とこの凹所に噴孔を臨ませた渦巻噴射弁の
噴霧軸心とを交差せずに斜行する位置に所定の数値関係
をもって設けることにより。

燃焼室壁面への燃料付着を防止し燃焼改善を図り燃料消
費の低減を図る最適諸元を具備する直接燃料噴射式内燃
機関を提供することにある。

分脱すれば本発明の目的は、渦巻噴射弁でもって凹所の
特定領域への燃料噴霧の分散を分担させ。

低い噴射圧力によって噴霧の微粒化良好で噴霧角が大き
くかつ噴霧の貫徹力が弱いことにより上記凹所の特定領
域への噴霧の分散を良好としこの噴霧の燃焼室壁面への
付着を防止し弱い吸気渦流に噴霧を混合するのに好適な
直接燃料噴射式内燃機関を提供することにある。

さらに本発明の目的は、燃焼室内に形成され旋回しなが
ら下降する吸気渦流またはこれといわゆるスキッシー流
との両者でもって凹所全域にほぼ一様の燃料分散を分担
させ、燃料噴霧を吸気渦流の主流に混入する量の増大を
図り燃焼室の深さ方向に強く吹き流すことにより噴霧自
体を燃焼室壁面に付着するのを妨げ、かつ吸気渦流の旋
回を促進し燃焼速度を確保する直接燃料噴射式内燃機関
を提供することにある。

しかも本発明の目的は燃料噴霧が凹所の中心軸側に集合
することなく吸気渦流の主流に混入されて凹所の周辺部
に位置させ凹所周辺部より着火して既燃ガスを吸気渦流
によって凹所中央に位置させ“ることにより凹所周辺部
に常時未燃ガスを存在させて燃焼過程を安定円滑にする
直接燃料噴射式内燃機関を提供することにある。

本発明の目的は燃焼室壁面への燃料噴霧の衝突をなくし
燃料粒の粗大化をなくすことにより発煙を著しく低く押
え、燃料の良好な微粒化と分散に式内燃機関を提供する
ことにある。

本発明者は、上記の目的を達成するため、先ず低い噴射
圧力によって燃料を旋回しつつほぼ円錐状に噴霧する渦
巻噴射弁に着眼したのである。この渦巻噴射弁は、噴射
圧力が低（て高圧噴射装置が不要である上に、噴霧の微
粒化が良くて噴霧角が大きいので、噴霧の分散を良好に
するのに都合が良く、また、噴霧の１ｍ力が弱いので、
噴霧の壁面付着を防止するのに都合が良く、更に、噴霧
の微粒化が良くてｊＩ微力が弱いことから０弱い吸気渦
流に噴霧を混合するのに適し、吸気渦流強さを大きくす
る必要がない。

次に９本発明者は、上記のような渦巻噴射弁の利点を充
分に生かすため、渦巻噴射弁の取付位置について研究し
たのである。渦巻噴射弁をその噴射軸心が燃焼室に設け
た凹所の中心軸と交差せずに斜行する位置に設けた場合
、渦巻噴射弁を凹所の中心軸から遠ざけて凹所の開口縁
ないし側面に付着する可能性が大きくなると共に、噴霧
が凹所の吸気渦流の主流に混入する量が減少する。

一方、渦巻噴射弁は凹所の中心軸側に近づけるに従って
、噴霧が凹所の吸気渦流の主流１こ混入する量が減少す
る。そこでこれらを勘案し２て本発明を案出した。すな
わち本発明はピストン、シリンダヘッド及びＶリフダブ
ロックにより形成するｐ畑室を有し。

訪燃焼室に吸飢が流入して旋回する凹所を設け。

凹所の開口に臨む燃料噴射弁を設けた直接噴射式内炉機
関において。

燃料噴射弁に燃料を旋回しつつほぼ円錐状に噴射する渦
巻噴射弁を用い、Ｆｌｌ焼室に設けた凹所の中心軸とこ
の凹所に噴孔を臨ませた渦巻噴射弁の噴霧軸心とを交差
せずに斜行する位置に配置し。

凹所の対面する側面間の最大距離をＤとし。

凹所の上記最大距離りの位置を含む一方の横断面とこの
横断面に対し垂直に交差して、かや前お横断面における
凹所中心を含む他方の面と前記噴霧軸心との距離なβと
し。

該渦巻噴射弁の噴霧軸心と曲記一方の横断面とのなす角
をθとすると。

Ｄ＝２５〜６１５８ β＝６〜８０１ θ＝４０　ＮＴｏ。

の関係を満すことにより、燃焼室壁面への燃料付着を防
止し、燃焼改！１番図り燃料消費の低減を図るようにし
た直接燃料噴射式内燃機関である。

また１本発明は、前記燃料噴射時における渦巻噴射弁の
噴孔と前記他方の面に対して垂直に交差し。

かつ前記横断面における凹所中心を含む面との距離をａ
とすると。

Ｄ−ｓ１５〜６５廖 β＝　６〜ＳＯＷ α＝　７〜９５ｆｉ θ＝４０〜７０　。

の関係を満すことを特徴とする直接燃料噴射式内燃機関
である。

かかる本発明における内燃機関によれば、上記数値範囲
の関係を満すことにより、渦巻噴射弁による適用範囲は
９行程容積（ＶＨ）８５０〜７５０１であり、前記行程
容積を有する直接燃料噴射式内燃機関の実行可能な圧縮
比ε＝１５〜９０である。゛よって、スキマ容積＜ｖ、
＝Ｍ）は１８．４〜６＆６ｄとなる。一方、前記行程容
積を有する直接燃料噴射式内燃機関にあっては、十分な
性能を発揮するためには凹所の容積（Ｖｏａｖ）がスキ
マ容積の７０％以上必要であることより、凹所容積は１
２〜５ａｄとなる。ところで渦巻噴射弁を具備する小排
気量の燃焼系を実現するには比較的強い筒内渦流が必要
であることを考えると、圧縮終了時の凹所内の強い筒内
渦流を確保するために凹所形状は回転楕円体であること
が望ましい。上お強い筒内渦流が要求されるのは、渦巻
噴射弁の前述した緒特性より噴霧分散の促進及び噴霧群
への空気導入が噴射系に基づくものよりは筒内渦流に主
に依存するからである。

ここで本発明の詳細説明の便宜上、凹所形状を半球とし
、凹所の最大径をＤとすると。

ｐ　＝９ａ　ｓ　ｖ′、艷ムヒｊで現わされる。従って
該凹　Ｋ 所の容積を満す最大径りは８６〜５Ｂ鱈となる。

しかし強い筒内渦流を必要上、一つの方策として吸気渦
流の上昇させる手段があるが、これでは。

吸気抵抗を増し体積効率を低減させることとなる欠点を
有する。他方、＠所の開口な凹所最大断面積に比して絞
・リスキッシュ流を￥！ｔ＠的に利用することにより前
記筒内渦流の強化が図れる。これは凹所内部より凹所開
口を通じて混合気が流出して未燃灰化水素（ＨＣ）とな
ったり、あるいは燃焼が凹所外部で途絶えたり、これに
伴９て吐煙（煤）が増大したりすること等を抑止すると
共に吸気抵抗が増して体積効率が低減することが殆んど
ない０従って、凹所に絞りを施した場合を加速すること
により該凹所の容積を満す最大径りは２５〜６５−とな
る。

次に、凹所内の渦流最大速度は第１図中破線矢印にて示
すように凹所最大径りのα６〜０．７付近に在りかかる
渦流の主流へ燃料噴霧な効果的に便乗させて分散を図る
ことにより良好な混合気形成が実現できる。これを満す
のが前記βの役割であり、かかるρは次式を満すことが
必須である。

β＝旦×（α６〜０．７） すなわちβ＝７．６〜５１ＰＬ７５Ｍがその条件になる
が、渦巻噴射弁の噴霧拡がり角θ６が大ぎい場合には燃
料噴霧の壁面付着が生じ前述のごとき噴霧粒の粗大化、
凹所壁面上での液膜化等の不都合を期すこととなる。か
かる欠点を解消するために本発明者が数次の寮験、解析
を行ない検討した結果βは６〜９０ＷＭとなる。すなわ
ち、βが２０Ｍを越えると凹所側壁への燃料噴霧付着が
増大して前記不都合をもたらす。一方、βが６ｆｆ未満
であると、噴霧が凹所中心部に集中してその分散が悪化
すると共に第１図中破線矢印にて示すように渦流速度が
極めて低いため上記噴霧群への空気導入が不十分で混合
気形成が悪くなり、かつ凹所内での空気利用率が低くな
る。さらには凹所中心部には既燃ガスが渦流によって集
合されて、いわゆる熱ピンチ状態となり燃焼が安定１円
滑に進行しないこととなり、結果的には吐煙ｍ度の増大
成いは燃料消費率の悪化をもたらす。

また、凹所の周壁に対する燃料付着阻止にはθの主たる
役割でありしかもこのθは前記ｐと相まって凹所内での
燃料噴霧の効果的分散に関連する。

すなわち、θが４０°″未満であれば渦巻噴射弁からの
燃料＋＊霧がシリンダヘッドの下面またはピストン頂面
に付、着する可能性が高くなり、結果的ｔこは燃料ａＢ
のかなりが凹所外部に散逸することとなる。ゆえに宋燃
脚化水素（Ｈｅ）の排出を増大し、ｔＰＳ焼効率を低下
させる。さらには、渦巻噴射弁の前述した特性上、凹所
底部には燃料噴霧が分散されｐこくくなって凹所頂部付
近ｔこ燃枦噴霧の殆んどが溜ることにより凹所内での空
気利用率が著しく低下し、しかも凹所頂部付近より凹所
開口を通じて混合気が流出して未燃灰化水素（ＨＣ）と
なったり、或は燃焼が凹所外部で途絶えたり、これに伴
って吐煙（煤）が増大しでしまう。一方。

が直接付着したり前記ρとの関連より凹所底部側壁への
燃料付着が増大することとなる。その結果。

ｑｔ霧粒の粗大化、凹所壁面上での液膜化等の悪影響を
及ぼすこととなる。かかる欠点を解消するにはθは４０
〜７０°となる。

さらに、凹所の周壁に対する燃料付着阻止にはると凹所
開口縁ならびにそのＩｆｆＡ壁へ渦巻噴射弁からの燃料
噴霧が前記に増してより一層付隋したり。

凹所底部側壁への燃料付着が著しく増大することとなり
前述のような悪影響が生ずる。一方、２７／Ｄがｏ、　
４未満（α＝７未満）であれば渦巻噴射弁の特性上（貫
徹カ小、噴霧角大、微粒化性能良好）から燃料噴霧が凹
中心部に集中してその分散が悪化すると共に第１図中破
線矢印に′Ｃ示すように渦流速度が扼めて低いため上記
噴ｍ群への空気導入が不十分で混合気形成が悪くなり、
かつ凹所内での空気利用率が低くなる。さらには凹所中
心部には既燃ガスが渦流によって集合されて、し＼わゆ
る熱ピンチ状態となり燃焼が安定９円滑に進行しないこ
ととなり、結果的には吐煙濃度の増大成いは一料消費率
の悪化をもたらす。

そこで９本発明におけるｉ！接接燃料噴射内燃機関によ
れば上記数値範囲の関係を満すことにより。

噴霧が凹所の開口縁ないし側面に付着するのを防止して
凹所の特定領域に供給できるととも釦こ、噴霧が凹所の
吸気渦流の主流に混入する量を増大でき、さらに加夕て
ピストンの上昇により訪ｖ１１ンダヘヲドとピストン頂
部とにより形成する隙間力１ら凹所中心に向ういわゆる
スキｙＶａ流が形成され、これが噴霧自体を凹所の前記
開口縁なし為し側面に付着するのを妨げ、かつ前記吸気
渦流の旋回を促進することができる。

よって０本発明の内燃種間は、噴霧の凹所壁面への衝突
は上記数値関係を満すことにより、さらには吸気渦流ま
たはスキツシユ流の相互作用等も相まつて凹所内の燃料
分布が吸気渦流に乗って凹所全域にほぼ一様にすること
ができる。従って。

本発明の内燃機関は凹所徴面への噴霧の衝突はなく燃料
粒の粗大化がないため発煙を著しく低くおさえ、渦巻噴
射弁の燃料霧化の良さと良好な燃料分散よりして灰化水
素（ＨＣ）の排出を低減できカーボン微粒子の生成を抑
制でき燃焼を大幅に改善でき。

各種性能を向上することができるといった実用上多大の
効果を奏する。さらに噴霧が凹所の中心軸側に集合する
ことなく、当該噴霧が凹所の吸気渦流の主流に混入する
量をさらに一層増し、しかも連続する燃焼過程を安定１
円滑に実奏する効果がガスが吸気渦流によって凹所の中
央部に位置せしめられる。よって、凹所の周辺部には常
時未然がヌが在存することによって連続する燃焼過程の
悪化を引き起す可能性は回避される。渦巻噴射弁が低噴
射圧にして、微粒化良好、大噴霧角、小貫徹力等という
各種特徴をもつ点から、該直接噴射式内燃機関の燃焼改
善は充分に可能である。

しかし、噴射方向に関する噴霧到達と凹所壁面との干渉
を考慮することにより、凹所内での噴霧分散度が著しく
改善され機関性能を大巾に向上せしめることができる。

本発明の直接噴射式内燃機関においては、上記の本発明
に至る経過説明から明らかなように、燃焼室の凹所の吸
気渦流強さを大きくすることなく。

また、凹所への燃料噴射圧力を高くすることなく。

凹所の燃料噴霧の分散を良好にし、かつ、凹所の開口縁
ないし側面への燃料噴霧の付着を防止することができ、
吸気渦流強さを大きくすることに甚く、また、燃料噴射
圧力を高くすることに基〈従来の欠点を除去することが
できる。

本発明にあっては燃料噴射弁の軸心と噴霧軸心とは同軸
関係に限らず、この他に両軸が平行関係もしくは非平行
関係でもよい。

さらに詳述すれば本発明の内燃機関は、βを６〜２０鰭
としたことにより、さらに好ましくはβを８〜１５ａｍ
としたことにより燃料噴霧が凹所中心部に集中してその
分散が悪化することなく凹所内に効果的に分散すること
ができると共に、凹所側壁への燃料噴霧の付着はなくな
り、第８図中曲線Ａが斜線で区画された領域（横軸２β
／Ｄ＝０．４８〜０．７）にて示すように燃料消費率の
低減を図ることができ、同時に吐煙濃度が同図中曲線Ｂ
が斜線で区画された前記と同一領域にて示すように低減
できる作用効果を奏する。

次に１本発明の内燃機関はθを４０〜７０°としたこと
により、さらに好ましくはθを４６〜６５°１としたこ
とにより、渦巻噴射弁からの燃料噴霧がシリンダヘッド
の下面またはピストン頂面に付着するこ−とがなくなり
、結果的には燃料噴霧のかなりが凹所外部に散逸するこ
とはない。ゆえに未燃灰化水素（ＨＣ）の排出を低減し
、燃焼効率を高める。さらには、渦巻噴射弁の前述した
特性上ψ凹所底部には燃料噴霧が効果的に分散されて凹
所頂部付近に燃料噴霧の殆んどが溜ることがなく凹所内
での空気利用率が著しく高まり、しかも凹所頂部付近よ
り凹所開口を通じて混合気が流出することはなくなって
未燃炭化水素（ＨＣ）となったり、或は燃焼が凹所外部
で途絶えた゛す、これに伴って吐ｎ＜煤）が増大するこ
とはない。さらには後述するαへの関連で凹所開口縁な
らびにその側壁へ渦巻噴射弁からの燃料噴霧が直接付着
したり前記βとの関連より凹所底部側壁への燃料付着が
増大することはない。その結果、噴霧粒の粗大化。

凹所壁面上での液膜化等の悪影響を解消できることとな
る。すなわち、第４図中曲線Ｃが斜線で区画された領域
（Ｊｉｌｔ軸θ＋＝＝４０〜７ｏ０）にて示すように燃
料消費率の低減を図ることができ、同時に吐煙濃度が同
図中白呻りが斜線で区画された前述と同一領域にて示す
ように低減できる作用効果を奏する。

また１本発明の内燃機関はαを７〜２５ｍとしたことに
より、さらに好ましくはαを９〜ｊｉＪＱｇｌｌとした
ことにより、凹所開口縁ならびにその側壁へ渦巻噴射弁
からの燃料噴霧が付着したり、凹所底部側壁への燃料付
着が著しく減少することとな好）から燃料噴霧が凹所中
心部に集中することなく効果的な噴霧分散が実奏できる
と共に第１図中破線矢印にて示すように渦流速度が極め
て低いため上記噴霧群への空気導入が不十分で混合気形
成が悪くなり、かつ凹所内での空気利用率が低くなると
いった不都合は生じない。さらには凹所中心部には既燃
ガスが渦流によって集合されることが是正されるため、
いわゆる熱ピンチ状態となって燃焼が安定９円滑に進行
しないことはな（、結果的には吐煙濃度の低減或し）は
燃料消費率の散着をもたらす。すなわち、第６図中曲線
Ｅが斜線で区イ 画された領域（横軸［４／Ｄ＝０．３〜α７７）にて示
すように燃料消費率の低減を図ることができ。

同時に吐煙濃度が同図中曲線Ｆが斜線で区画された前記
と同−領域にて示すように低減できる作用効果を奏する
。

次に、本発明の実施例ｔこついて説明する。

第１図及び第２図に示す本例の直接噴射式内燃機関は、
ディーゼルエンジンであり、Ｖりンダ（１）に摺嵌した
ピストン（２）の頂面に略球形状の凹所（８）たシリン
ダ１ツド（４）を重合して取付け、吸気弁（６）に対面
して配置し、シリンダ！１１とピストン（２）及びシリ
ンダへ、ド（４）によって燃焼室（９）を構成し、シ旋
回流を起生ずる吸気通路（６）を経て燃焼室（９）に流
入した吸気が凹所（８）に流入して旋回し、凹所（８）
の吸気渦流の主流にその主流の旋回方向に傾斜した渦巻
噴射弁頭から燃料が旋回しつつほぼ中空円錐状に噴霧さ
れるようにＶＭＷｔシている。

燃焼室（９）の行程容積は４６０１で、圧縮比は１８で
あり、凹所（８）の容積は９２ｄで、凹所（８）の対面
する側面間の最大ｌ！ａ離即ち最大径りは８８鱈であり
、凹所（８）の上記最大径りの位置を含む一方の横断面
とこの横断面に対し垂直に交差してかつ渦巻噴射弁の噴
霧軸芯に平行でかつ前記横断面に、封ける凹所中心を含
む他方の面とｎ＋＋記噴霧噴霧軸芯距離βはＩＬ４０で
あり渦巻噴射弁（ｌの噴霧軸芯と方 的記−分の横断面とのなす角θは５０度である。

また渦巻噴射弁の噴孔と前記他方の面に対して垂直に交
差し、かつ前記横断面における凹所中心を含む面との距
＃αは１８Ｎである。

従って　Ｄ＝８８鱈 β＝１１４鯖 ａ冨１８ｆｉ θ＃６０°　であるから Ｄ＝２ｔ５〜６６、β＝６〜２０．σ；７〜２５θ＝４
０°〜７０’の関係をさらには好ましい条件　Ｄ＝８０
〜６０缶舛 β＝　８〜１５弗〜 α＝　９〜８０　処加 θ＋４６〜６５１′・ の関係をも満している。

よって１本発明の実施例内燃機関は、噴霧の凹所（８）
の壁面への付着は回避され上お数値関係を満すことによ
り、さらには吸気渦流またはスキッシ晶流の相互作用等
も相まって凹所（８）内の燃料分散が吸気渦流に乗って
凹所内に効果的に賽奏される。

従って１本発明の実施例内燃機関は凹所壁面への発 噴霧の衝突はなく燃料粒の粗大化がないため４＠煙を著
しく低くおさえ、渦巻噴射弁の燃料霧化の良さと良好な
燃料分散よりして炭化水素（ＨＣ）の排出を低減し、ま
たカーボン微粒子の生成を抑制し燃焼を大幅に改善でき
、各種性能を向上することができるといった実用上多大
の効果を奏する。

上記数値関係を満さない場合には、噴霧は凹所（８の壁
面に付着して発煙を生じて燃料の分散が悪化して炭化水
素の排出を低減できず、カーボン微粒子の生成を抑制で
きず、さらに燃焼を改善することができなくなるか或は
、噴霧は凹所（８）の中心付近に集中して発煙を生じて
燃料の分散が悪化して炭化水素排出を増大し、カーボン
微粒子生成を助長し燃焼を改善することができなく９例
えばｔｓ６図中曲線番Ｈにて示す破線領域を逸脱する性
能結果をもたらした。

ちなみに９両者の関係を横軸に出力、縦軸に吐煙濃度を
とり表わした第ｅ図々示の通り、上記数値関係を満たし
た場合（・曲線Ｇに示す）の方が満さない場合（曲線Ｈ
にて示す）よりも低吐煙で高出力が得られるといった優
れた性能効果を奏した。

以上の構成からなる本発明の実施例内燃機関によれば、
上記各種の数値範囲の関係を満すことにより、噴霧が凹
所（８）の開口縁ないし側面に付着するのを防止できる
とともに、噴霧が凹所（８）の吸気渦流の主流に混入す
る量を増大することができ。

内燃機関の燃焼を大幅に改善でき各種性能を向上するこ
とができるといった多大な効果を奏する。

さらに噴霧が凹所の中心付近に集合することがなく、当
該噴霧が凹所（８）の吸気渦流の主流に混入する量をさ
らに一層増し、しかも連続する燃焼過程を安定１円滑に
実奏する効果がある。詳述すれば噴霧は吸気渦流によっ
て主流に混入されて凹所（（至）の周辺部に位置せしめ
られる。しかるのち凹所（騰の周辺部から着火が実奏さ
れ既燃ガスが吸気渦流によって凹所（３）の中央部に位
置せしめられる。よって凹所（８）の周辺部には常時未
燃ガスが存在することによって連続する燃焼過程の悪化
を引き起す可能性は回避される。

しかも、噴射方向に関する噴霧到達と凹所（８）の壁面
との干渉を考慮することにより、凹所（８）内での噴霧
分散度が著しく改善され機関性能を大巾に向上せしめる
ことができる。

なお、燃料噴射圧力は、　ｌ　５０−２００ｋｑ／ｄ以
下であり、０！［液噴射式内燃機関としては低い。

本例のディーゼルエンジンにおいては、凹所（鵠の弱い
吸気渦流の主流に渦巻噴射弁■）から燃料が低い噴射圧
力によって噴霧され、噴霧の分散が良好であると共に、
凹所（８）の開口縁ないし側面への噴霧の付着が極めて
少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図は本発明の一実施例をそれぞれ示す
横断面図ならびに縦断面図、第８図ないし第６図は本発
明による性能結果をそれぞれ示す線図である。 図中　１ニジリンダ、Ｑ：ビス［ン、８：凹所５：吸気
通路、９：燃焼室、ｌＯ：渦巻噴射弁 特許出願人 株式会社　豊田中央研究所 代理人 第３回 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）ピストン、シリンダヘッド及びＶリンダブロックに
   より形成する燃焼室を有し。 該燃焼室に吸気が流入して旋回する凹所な設け。 凹所の開口に臨む燃料噴射弁を設けた直接噴射式内燃機
   関において。 燃料噴射弁に燃料を旋回しつつほぼ円錐状に噴霧する渦
   巻噴射弁を用い、燃焼室に設けた凹所の中心軸とこの凹
   所に噴孔を臨ませた渦巻噴射弁の噴霧軸心とを交差せず
   に斜行する位置に配置し。 凹所の対面する側面間の最大距離をＤとし。 凹所の上記最大距離りの位置を含む一方の横断面とこの
   横断面に対し垂直に交差して、かつ前記横断面における
   凹所中心を含む他方の面と前記噴霧軸心との距離をβと
   し。 該渦巻噴射弁の噴霧軸心と前記一方の横断面とのなす角
   をθとすると。 Ｄ＝ｌｌ１５　Ｎ６３鰭 β＝ａＮｇｏｓ＋ｗ θ＝４０〜７０゜ の関係を満すことを特徴とする直接燃料噴射式内燃機関
   。 ２）前記燃料噴射時における渦巻噴射弁の噴孔と前記他
   方の面に対して垂直に交差し、かつ前記横断面における
   凹所中心を含む面との距離をσとすると。 Ｄ＝９６〜６６萌 β＝　６〜８０鰭 α＝　７〜９５ａ＋ θ＝４０〜７０１′ の関係を満すことを特徴とする特許 囲糖υ項記載の直接燃料噴射式内燃機関。