JPS6056118A - 圧縮着火式直接噴射内燃機関 - Google Patents

圧縮着火式直接噴射内燃機関

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JPS6056118A
JPS6056118A JP58163006A JP16300683A JPS6056118A JP S6056118 A JPS6056118 A JP S6056118A JP 58163006 A JP58163006 A JP 58163006A JP 16300683 A JP16300683 A JP 16300683A JP S6056118 A JPS6056118 A JP S6056118A
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combustion engine
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大島　雄次郎
Masatoshi Yamada
正俊 山田
Nobuyuki Mori
信之 森
Katsuhiko Sugiyama
勝彦 杉山
Taro Aoyama
太郎 青山
Akinori Saito
昭則 斎藤
Kazuhiro Kozuka
小塚　一宏
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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、ピストン頂面にキャピテイを形成し、キャビ
ティ内に燃料を直接噴射して、良好な混合気を形成する
圧縮着火式直接噴射内燃機関に関する。
従来の比較的小型の高速直噴ディーゼル機関で実用に供
されているのは、ピストン頂面に燃焼室を構成する円形
のキャビティを形成してその底部中央部に円錐状の突起
を形成することにより周辺に環状の凹部を形成したトロ
イダル系の燃焼室を有するもので、燃料噴射弁として４
孔ないし５孔の多孔のホールノズルをキャビティ中央に
配置し、燃料噴霧を放射状に四方に噴射させることによ
り、キャビティ内に形成される旋回流中を貫徹しながら
蒸発させて、混合気を形成するものである。
ホールノズルから噴射された燃料噴霧は、飛走方向の速
度成分が大きく、且つ貫徹力が強いため、キャビティ内
の高温空気中を進む間に、徐々に蒸発し、噴霧の燃料粒
が小さくなり、飛走速度も遅くなるので、キャビティ内
に形成されている旋回流に乗って流され、下流側のキャ
ビティ内壁面近傍の複数部位の旋回流中に混合気を形成
するものである。
しかしながら、この従来のディーゼル機関憂こおいては
、エンジン始動直後の冷温時にあっては、キャビティ内
壁面の温度、も低く冷たいため、機関の圧縮中に空気が
冷やされるので、キャビティ内に形成される旋回流の温
度も充分高くない。し７たがって、燃料噴霧の蒸発速度
も遅いため、燃料噴霧は充分蒸発しないので、大きな燃
料粒のまま高速でキャビティ内壁面に衝突する。その結
果、発煙が生じ、圧力上昇率が増大し、騒音が高くなり
、炭化水素（ｎｃ）が発生するという問題があった。
また、低速運転時にあっては、キャビティ内に形成され
る旋回流が弱いため、燃料噴霧がキャビティの内壁面に
衝突し、同様の問題があった。
またキャビティ内の旋回流は、一般に吸入ボート部の形
状を渦巻形状としたヘリカルボートで形成するが、ピス
トン速度が低い機関低回転時においては、旋回流の速度
が低いため、ホールノズルから噴射される燃料噴霧の飛
走を充分阻止することができず、燃料噴霧がキャビティ
内壁面に衝突する。
更に、機関の高回転時には、逆にピストン速度が速くな
るので、キャビティ内に形成される旋回流が早くなり過
ぎ、キャビティ内壁面近傍に形成される混合気層が流さ
れ、隣り合った噴口で形成ε された混合気層が重なり透流するため、混合気の重合を
きたし、その部分だけ混合気が過濃となり、発煙の原因
となっていた。自動車用の小型機関、特にシリンダ径が
７５期〜１００ｍ程度の機関では、アイドル回転数５０
０〜８００ｒｐｍ、最高回転数４，０００〜５，０００
　ｒＰｍと回転数範囲が広い。したがって、この種機関
にあっては、キャビティ直径が４０ｍ前後と小さいため
、上述の問題は、重大な問題である。
また、ホールノズルの一つの噴孔から噴射される燃料噴
霧を拡大して観察すると、一つの噴孔から噴射される燃
料噴霧の噴霧の飛走方向の速度成分は非常に大きいため
、燃料噴霧は、そのまわりの空気を随伴して巻き込みな
がら、飛走して、蒸発が進むにつれて速度を失ない、旋
回流に流されながら混合気を形成する。着火は、噴官の
先端付近のキャビティの高温壁面近くで発生する。上述
の様に、燃料噴霧は、そのまわりの空気を随伴して巻き
込みながら飛走するので、中実円錐状の燃料噴霧の表面
近くには十分な空気が存在し、先端付近での着火後、旋
回気流の下流混合気層はもちろんホールノズルから出た
ばかりの燃料噴稈の表面層もただちに火炎に包まれる。
したがって、着火直後の燃焼速度が速いため、キャビテ
ィ内の吸入空気を充分利用する時間的余裕が無いため、
発煙しやすく、しかも、圧力上昇率も大きいため、燃焼
騒音も大きいという問題があった。
上述以外の従来の直噴ディーセル機関としては、ピスト
ン頂面に四分の三の球形状のキャビティを形成して燃焼
室とし、へりカルポートによって空気吸入時に旋回を与
え、圧縮行程末期にキャビティ内に旋回流を形成するも
のがあり、一部に実用されている。燃料は、単孔又は２
孔のホールノズルからキャビティ内壁面に小さな角度で
積極的に衝突するように噴射し、キャビティ内壁面に燃
料のフィルムを形成する。この燃料フィルムは、キャビ
ティ内壁面で蒸発し、蒸発した燃料蒸気はキャビティ内
に形成されている旋回流に乗せて混合気を形成するもの
である。
しかしながら、この従来のテイーセル機関においても、
上述のトロイダル系の燃焼室を有するテイーセル機関に
比べ、壁面の燃料フィルムから蒸発した燃料蒸気だけ空
気と混合して燃焼させるため発煙が少ないという利点を
有するが、壁面、温度の影響を受けやすく、又低温始動
が困難であり、始動直後の炭化水素（Ｈｅ）のような排
気有害成分の発生が多いという問題点を有していた。
本発明者らは、上記従来の小型圧縮着火式直接噴射内燃
機関が有していた問題点を解決するため、系統的実験、
解析および試作を繰り返えした結果、本発明に到達した
ものである。
本発明の目的は、上記従来ディーゼル機関が有していた
問題点である燃焼室壁面への未蒸発燃料噴震の衝突を防
止し、燃料噴霧の飛走中におけるそのまわりの空気の随
伴、巻き込みを極力少なくして、着火直後の燃焼圧力上
昇率を低く抑えて燃焼騒音を低くするとともに、発煙（
吐煙）を低減することである。
本発明の圧縮着火式直接噴射内燃機関は、燃焼室内に空
気を吸入し、ピストンにより吸入空気を圧縮するととも
に、燃料を直接噴射して着火燃焼させる圧縮着火式直接
噴射内燃機関において、前記燃焼室内に供給する吸入空
気を旋回させる旋回機構を具備した吸気機構と、ピスト
ン頂面に形成した略球形のキャビティであって、入口開
口部が絞られ他の部分はそれより面積を大に形成した燃
焼室と、キャビティ内に形成される吸入空気の旋回流の
順流方向に沿って噴射する様に、キャビテ線方向速度成
分を有する略中空円錐状の燃料噴霧を噴射する渦巻噴射
弁とから成るものである。
上述の構成より成る本発明の圧縮着火式直接噴射内燃機
関は、旋回機構を具備した吸気機構により、予かしめキ
ャビティＣ内に吸入空気の旋回流ＳＷを形成しておき、
第１図に）に示す様にかがる旋回流の順流方向に沿って
キャビティ中心軸に対して距離をおいて傾斜して配設さ
れた渦巻噴射弁８Ｎの噴口から接線速度成分を有する略
中空円錐状の燃料噴霧をそのまわりの空気を随伴、巻き
込むことなく噴射するものである。その後、低用徹力で
飛走速度が小さく、且つ微粒化された燃料噴霧を第１図
ＧＢ）および第２図に示すように流れを乱すことなくな
めらかに旋回流に乗せてキャビティＣの円周方向にドー
ナツ状に分散させるとともに、ピストンの上昇とともに
ピストン頂面の平坦面から入口開口部を介してキャビテ
ィＣ内に流れ込む圧縮行程末期まで形成されているスキ
ッシュ流８により円周方向に分散された燃料噴霧を更に
キャビティの軸方向（深さ方向用こ更に分散させるもの
である。キャビティＣの円周方向および深さ方向に一様
に分散される間にもともと微粒化された燃料噴霧は蒸発
して、吸入空気との混合により第１図中）に示す様に均
一で良好なドーナツ状の混合気層をキャビティＣ内に形
成する。着火は、混合気の先端付近の１ケ所又は互いに
近接した複数点で始まり、燃料噴霧は旋回流の流速の速
い部分からその順流に噴射され、燃料噴霧自身の飛走速
度は遅いのでそのまわりの空気を随伴、巻き込むことが
ないため、燃焼初期に渦巻噴射弁ＳＮから噴射されたば
かりの中空円錐状の燃料噴霧がただちに火炎に包まれる
ことなく、第１図ＣＢ）に示すように先端から旋回流に
よりドーナツ吠円周方向に分散された上流領域に徐々に
燃焼が進行するため、発煙（吐煙）レベルが低く、且つ
燃焼圧力の上昇率も低いため、騒音の低い燃焼をすると
いうとともに、キャビティ内の空気を有効に利用するた
め、燃費を向上させるという利点を有する。
さらに本発明の圧縮着火式直接噴射内燃機関は、キャビ
ティＣを略球形に形成したので、キャビティＣ内に形成
される旋回流ＳＷおよびスキッシュ流Ｓを、キャビティ
Ｃ内壁面に沿って一様に形成して、キャビティＣ内にデ
ッドスペースを形成しないので、キャビティＣ内におけ
る均一な混合気形成を可能にするものである。
次に本発明の圧縮着火式直接噴射内燃機関の作用効果に
ついて更に詳細に説明する。
本発明内燃機関においては、燃焼室を構成するキャビテ
ィＣ内に吸入行程以後予かしめ吸入空気の旋回流８Ｗを
形成しておくとともに、圧縮工程開始以後ピストン頂面
平坦面からキャビティＣ内に流れこむスキッシュ流８を
形成するものである。
かかるキャビティ内に渦巻噴射弁から、低貫徹力で噴霧
の飛走方向の速度成分の小さい、第１図（５）に示す様
に形成されている旋回流の順流方向に燃料噴霧を噴射す
るものである。噴口より、旋回運動を与えられて中空円
錐膜状１こ噴射された燃料噴霧は、噴口から離れるにし
たがい径が大きくなるため、膜が薄くなり、ちぎれて微
粒化する。渦巻噴射弁から噴射された燃料噴霧の速度成
分は、飛走方向（進行方向）速度成分と接線方向速度成
分に分れるから、接線方向速度成分を有しない従来のホ
ールノズルに比べ画定方向の飛走速度と燃料の貫徹力が
小さく、且つ噴霧到達距離がきわめて小さい。
キャビティ内の旋回流に対し順流方向に噴射された燃料
噴餠は、飛走速度および燃料の貫徹力が小さく、そのま
わりの空気を随伴して巻き込むこと無いため、第１図中
）および第２図に示す様にキャビティ内の円周方向の旋
回流中のキャビティ内壁面近くに車に配置され、旋回流
にスムースに乗って流され、円周方向に分散される。
蒸気又は微粒化の良好な噴霧は、キャビティ内の旋回流
に流されより上層に配置される。配置された噴霧は旋回
流に運ばれながら、燃焼室内壁面近傍にドーナツ状の混
合気を形成していく。従って、強い貫徹力で噴霧自身が
そのまわりの空気を随伴して、巻き込みながら混合気を
形成するトロイダル系の従来機関や、キャビテイ壁面に
燃料フィルムを形成して蒸発させる従来機関とは、その
混合気形成のメカニズムが根本的に相異する。
渦巻噴射弁から噴射された中空円錐膜状の燃料噴霧は、
微粒化とともに速度を急速に失ない、まわりの密度につ
ぶされて噴震がしぼみ、空気と混合して蒸発しながら旋
回流に乗って、キャビティ内円周方向に分散して周辺部
に分布するとともにキャビティ内の深さ方向に形成され
ているスキッシュ流によりキャビティの深さ方向に更に
分散される。
着火は、混合気の先端付近１ケ所又は互いに近接１ノだ
複数点で着火する。本発明は、従来のトロイダル系のよ
うに旋回流の流速の遅いキャビティ中心部より放射状に
１射するので無く、旋回流の流速の速い周辺部分から順
流に燃料噴麩を噴射するとともに、燃料噴霧の飛走速度
は遅いため、そのまわりの空気を随伴して巻き込むこと
がないため、火炎が燃焼初期に渦巻噴射弁の噴口から噴
射されたばかりの燃料噴霧をただちに包むことなく、最
初の着火点から火炎は徐々に旋回流により円周方向に分
散され混合気化した領域の上流方向にむかつて伝播して
キャビティ内の吸入空気を有効に利用して徐々に進行す
る。したがって、本発明は、発煙（吐煙）レベルが低く
、燃焼圧力上昇率が低いため騒音も低く、キャビティ内
の吸気空気と燃料蒸気の拡散混合が良く、且つキャビテ
ィ内の吸入空気を有効に活用するため少量の燃料でも着
火、燃焼を可能にするため、出力特性および燃費特性を
向上するという利点を有する。
次に本発明は、実施するに当たり以下の態様を採り得る
。
本発明のｆＩＸｌの態様の圧縮着火式直接噴射内燃機関
は、第８図（５）および（Ｂｌに示す様にｍＪ記吸気機
構が、吸気通路のピストン中心側側壁Ｉｓが徐々に外方
に傾斜しその延長線が吸気弁ＩＶのロッドＩＲの外側壁
に接するかそれより外側になる様に形成するとともに、
吸気通路のピストン外周ｍｌ　１１１１壁Ｏ８が直線状
に形成され吸気弁ＩＶの中心軸１こ対しピストン外周側
に偏心した点を中心にして形成した円弧側壁Ｃ８になめ
らかに接続するよりにしたオフセットボートから成るも
のである。
本＠ｌの態様は、吸気機構を上述のオフセットホードで
構成するため、従来のヘリカルボートにおいては大容積
の渦巻室がパルプ室に形成され吸気通路が渦巻状に曲げ
られており９機関高速時ｔこおける空気抵抗が大きいと
いう問題を有していたが、＠１態様ではパルプ室に大き
な渦巻室が無いとともに吸入空気流は吸気弁ＩＶのロッ
ドＩＲに衝突しないでなめらかに流れるため１機関高速
時の空気抵抗が小さく、吸入空気のシリンダ内充填率（
吸気体積効率）が低下しないという利点を有する。
更に第１の態様は、第８図（４）に示す様にボートがシ
リンダに対し接線方向に設けたため、Ｖリング内含こ形
成される旋回流の速度分布が、へりカルボートに比べ剛
体渦に近くなり、ｍ回流中の最大速度を示す部分がシリ
ンダの内壁に近くなるという利点を有する。旋回流の最
大速度分布が周辺のシリンダ内壁近くにあると、圧縮行
程末期のキャビティ内の旋回流の旋回速度が速くなると
いう利点を有する。吸気機構の空気抵抗は、最大空気速
度で決まるので、旋回流の最大速度が吸入時には外周寄
りになる程、同じ燃焼室内旋回速度で１機関の吸気体積
効率を高くすることが出来るため。
機関の高回転時におけるエンジントルクを高めることが
できるという利点を有する。
さらＩｃ、第１の態様においては、燃料噴霧のキャビテ
ィ内の円周方向の分散に関して吸入空気の旋回流に依存
するものであるため、従来のトロイダル系の機関に比べ
強い旋回流が必要であり、一般にスワール比（燃焼室内
に発生させる旋回流（ヌワー／Ｉ／）の強さの尺度で、
スワール速度を機関の回転速度で割った値を言う）で２
．６〜４の範囲に設定するのが適当であり、さらに望ま
しくは８〜ａ７の範囲である。
本発明の第２の態様の圧縮着火式直接噴射内燃機関は、
第４図（２）に示す様に前記球形キＶピディの内壁面形
状が、渦巻噴射弁の噴射時の燃料噴霧パターンの形状に
沿う様をこキャビティを形成するものである。
本第２の態様は、渦巻噴射弁から噴射された燃料噴霧パ
ターンの形状に沿う様にキャビティの球形状内壁面を形
成するものであるため、燃料噴霧がキャビティ内壁面に
付着・衝突しないという利点を有する。キャビディは、
入口開口部ＣＯに絞りを有するため、渦巻噴射弁との機
械的接触および燃料噴霧との衝突を避けるため第４図（
８）に示す様に切欠部ＥＧを設けである。
本発明の第３の態様の圧縮着火式Ｌ！！接噴射内燃機関
は、第４図（８）に示す様に 前記渦巻噴射弁ＳＮの噴射時の燃料噴霧パターンがキャ
ビティの中心軸ｃｃとキャビディ内壁面ＣＷとの間ｊこ
おさまる様に渦巻噴射弁の配設位置および方向を設定す
るものである。
水溶８の態様は、キャビディの中心軸ｃｃからキャビデ
ィＣの内壁ｃｗまでの燃料の分散は、渦巻噴射弁ＳＮか
らの燃料噴霧の拡り角で分担させ。
渦巻噴射弁力島ら噴射する燃料噴霧がキャビティの内壁
面ＣＷに付着・衝突しない様にするとともに。
キャビティの中心軸ＣＣを越えない様にするため。
混合気の重なり合いによる混合気の過濃域な形成しない
という利点を有する。
本発明の第４の態様の圧縮着火式直接噴射内燃機関は、
前記球形キャビティの開口部の面積とピストン頂面の全
面積との比で決定されるキャビディの絞り比がＱＯ５〜
ａ１ｍの範囲内に納まる様にキャビティの開口部を形成
するものである。
水溶４の態様は、キャビティの入口開口部の絞り比を上
述の範囲内に設定したので、高速運転時における旋回流
の強さに対して相対的に低下する渦巻噴射弁から噴射さ
れる燃料の貫徹力を補うためスキツシ晶流によりキャビ
ティの深さ方向に燃料噴霧を供給するという利点を有す
る。逆にスキＶシェ流が強すぎると、キャビティ内に形
成され大 る乱れが強くなりすぎ、熱損失が増央して、ひいては燃
費の低下を招くことになる。
本発明の第６の態様の圧縮着火式直接噴射内燃機関は。
前記キャビティの全容積が、ピストンの上死点時のピス
トンとシリンダヘッド間の全すぎ間容積に対して０．６
〜０８０の範囲内におさまるようにキャビディを形成す
るものである。
水溶５の態様は、上述の様にキャビティの容積を決定し
たので、燃焼に必要な吸入空気量をキャビディ内に確保
して、ト〃りおよび出力の不足を防止するとともに、エ
ンジン製作上の問題や、ピストン運転時のシリンダヘッ
ドその他への衝突等を回避するという利点を有する。
本発明の第６の態様の圧縮着火式直接噴射内燃機関は、
第５図に示す様に前記渦巻噴射弁ＳＮの噴口の中心軸を
前記キャビティの絞られた入口開口部ＣＯの内壁より内
側で入口開口部の直径をＤとしたときのα８Ｄの直径の
円より外側に向けて指向させたものである。
水溶６の態様は、上述の様に旋回流およびスキツシー流
の強い領域に渦巻噴射弁の噴口を指向させるので、旋回
流およびスキツリー流に乗せて燃料噴霧なキャビティ内
の円周方向および深さ方向に有効に分散させ、良好な混
合気を形成するという利点を有する。
本発明の第７の態様の圧縮着火式直接噴射内燃機関は、
第６図に示す様に前記渦巻噴射弁の噴口の中心軸ＳＯと
前記キャビティＣの中心軸ＣＯとのなす角度θを８０°
〜７０°の角度範囲内におさまる様に渦巻噴射弁を配設
したものである。
木杭７の態様は、渦巻噴射弁の噴口の配設角度θを上述
の範囲内に設定したので、キャビティＣの内壁ＣＷに燃
料噴霧が付着２衝突しないという利点を有する。
次に本発明の実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機関を説
明する。
実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機関は１本発明の虹ｌ
ないし＊７ａ様のいずれにも属し、ピストンｌの頂面に
形成したキャビティ２内に予かじめ旋回流ＳＷを形成し
ておき、渦巻噴射弁８から噴射された燃料噴霧を旋回流
ＳＷに乗せてキャビディＢの円周方向に分散させるとと
もに、圧縮行程末期まで形成されているスキフシ１流Ｓ
によりキャビティ２の深さ方向に燃料噴霧を分散させて
。
燃料の蒸発を促進して、吸入空気との混合を良くしてキ
ャビディ２内に良好な混合気を形成してかかる混合気を
着火させ徐々に上流側の分散領域を燃焼させる様にした
Ａに特徴があり、以下第７図ないし第９図を用いて説明
する。
第７図に示す様に、Ｖリング６内を往復動するピストン
１の頂部平担面のほぼ中央部に略球形のキャビディ２を
穿設する。キャビディ２は、第７図に示すように横断面
が深さ方向部位により異なる径の円形をなし、縦断面が
最大直径部２ｍの上下で異なる曲率を有する２つの楕円
を最大直径部２ｍで接続した形状になる様に形成した。
キャビティ２の入口開口部２ｂは、他の部分に比べ径を
小さくして絞ってあり、後述する切欠部も含めたトータ
ル面積がピストン１の頂面の全面積に対し６８％の面積
になる様に内径を決定して、キャビティ２内に流れ込む
スキッシ畠流Ｓが最敵になるようにした。また入口開口
部２ｂには、渦巻噴射弁８および噴口からの燃料噴霧と
の衝突を回避するために、第８図（４）◆こ・示すよう
に渦巻噴射弁３の噴口近くの部位な略Ｕ字型に穿設して
切欠部９Ｃを形成した。さらにキャビディ２は、内容積
が。
燃焼における空気の利用を考慮して、ピストンｌの上死
点時における全燃焼室の隙間容積の７２９６になる様に
寸法を決定した。
ピストン１の上死点位置および下死点位置における隙間
容積で決定される圧縮比は１本実施例においては１７に
した。本実施例においては、渦巻噴射弁を用いているた
め、燃料の霧化が良いため圧縮比を高くとる必要がなく
、高くしすぎると着火おくれ時間が短かくなりすぎ、か
えって発煙が生じ、逆に低くしすぎると着火性が低下す
るため。
１４〜２０の範囲内で決定するのが好ましい。
燃料噴射弁は、第７図に示すように、Ｈ／リンダ−ヘッ
ド４を貫通配置し、その噴口を前記キャビディ２　ノ切
欠２０部に臨む様にしたスリットタイプ渦巻噴射弁３か
ら成る。すなわち、渦巻噴射弁３の噴口は、キャビティ
２内に形成される旋回流ＳＷの＋ｑ＆　流方向に指向し
ており、キャビティ２の中心軸を通る噴口の中心軸に平
行な線に沿ってキャビ苧イ２の中心軸からα１８Ｄ（Ｄ
はピストンの直径）だけ離れており、キャビティ２の中
心軸に噴口の中心軸から東線な引いた東線長さは。
０、　ｌ　２　Ｄにした。また噴口の中心軸とキャビデ
ィ２の中心軸とのなす角θは４１５’ｉにした。
渦巻噴射弁８は、第９図に示す様に先端か細い中空円筒
部材から成るノズル本体８ｏと、ノズＩし本体８０内に
介挿した段付棒部材のニードル部材８１とから成る。ノ
ズル本体８ｏの先端部には。
渦巻室８５を穿設するとともに、該渦巻室に開口する噴
口８ｆＡを同軸的に穿設する。該噴口８２をふさぐ様に
ニードル部材８１の円錐形のニードル先端部８８が当接
する。ニードル先端部８Ｂを構成する大径部には、第９
図に示す様に大径部の外周壁に沿い、その軸心に対して
所定の角度をもだ−せた溝状の４１．ト８４を２本（＠
９図中１本のみな示す）穿設し、渦巻室８５と燃料供給
通路８７を介して分配型の燃料噴射ポンプ（図示せず）
に連絡した部屋８６とを連通させる。
渦巻噴射弁８は、中空円錐状の噴霧パターンを形成し、
キャビディ９の中心から内周壁までの距離を考慮して＃
Ｅ書図に示す燃料の拡がり角ａが特産（大気圧下）にな
る様に、前記スリットの角度。
断面積および長さ、渦巻室８６の寸法および噴口８２の
径と長さを決定した。噴口８８の径は９本発明者らの実
験によればα８ｍからｔＯＷが良く。
本実施例はα６ｍに設定した。
燃料の拡がり角αは、９６度から６０度の範囲（大気圧
下）が有効である。狭すぎると、キャビディ９の円周方
向の分散が悪く、広すぎると中央部の混合気が濃くなり
、熱ピンチの原因になる。
拵９図に示す中空円鋤状の燃料噴霧の厚み角βは、あま
り大きくとることができず、１５度から１５度の範囲内
で選んだ。
渦巻噴射弁の全負荷噴射期間は、エンジン１１１１０Ｏ
ｒｐｍで約１８度、４０００ｒｐｔｎで約２９度Ｅ設定
し、その噴射圧力（開弁圧）は約ｘｅｏｋｔｉ／ｄであ
る。
シリンダへマド４には、第７図に示す様に吸気弁６を挿
入配置する。吸気弁６を配置した吸気通路には第７図に
示す様にスツール比＆６に設定したオフセットポート７
を形成した。
オフセットポート７は、上述の第１の態様の説明に用い
た第８図（４）および（８）に示すものと同様のものを
配設方向だけ逆にして採用したので、説明を省略する。
上述の構成より成る本実施例の圧縮着火式直接噴射内燃
機関は、オフセットポート７により形成された旋回流Ｓ
Ｗをキャビディ２内に予かじめ形成しておき、この旋回
流ＳＷの順流方向に渦巻噴射弁Ｂの噴口８２から接線方
向速度成分を有する最適な拡がり角の略中空円錐状の燃
料噴霧を噴射して、第８図ＣＢ＋に示すようになめらか
に旋回流ＳＷに乗せてキャビティ２の円周方向に略ドー
ナツ状に分散させる。さらにピストン１の上昇に伴ない
ピスト′７１の頂部平担面から入口開口部ｇｂを介して
流れ込む圧縮行程末期まで形成されているスキッＶユ流
Ｓにより、キャビディ２内の円周方向に分散させた燃料
噴霧をキャビディ２の深さ方向に更に分散させる。すな
わち０本実施例においては、キャビティｚ内の燃料の分
散は、キャビティ２の半径方向は渦巻噴射弁の燃料噴霧
の拡がり角でカバーし０円周方向は旋回流ＳＷに粱せて
分散させ、深さ方向はヌキッＶａＬ流Ｓにより行なうも
のである。しかも、これらの燃料の分散過程で燃料噴霧
は徐ｋに蒸発するのであるが、その間にキャビディ２の
内皺に燃料が付着・衝突しない様にするとともに、燃料
噴霧の重なり合いを防止して過濃混合気域の発生を防止
している。したがって９本実施例は、キャビディＢ内に
均一な混合気を形成する。
着火は、燃料の噴射開始から約α７〜１ｍ５ｓｅ後に燃
料噴霧の先端部分で発生する。キャビティ２内に形成さ
れている旋回流ＳＷの速度が速いのと、渦巻噴射弁８か
ら噴射された中空円錐状の燃料噴霧の飛走方向の飛走速
度と貫徹力が小さし・ので、中空円錐状の燃料噴霧のま
わりの吸入空気を随伴して１巻き込むことが少なく、従
来のトロイダル系の機関の様に混合気を形成しないので
、渦巻噴射弁から噴射されたばかりの未蒸発の燃料噴霧
の中空円錐状部分がただちに火炎に包まれることが無い
。燃焼は、旋回流ＳＷに乗ってキャビディ２内の円周方
向に分散して混合気を形成している部分に旋回方向とは
逆方向に徐々に進行していく。したがって、従来の機関
の様にススな多く発生することは無い。
渦巻噴射弁の噴霧広がり角が広すぎると、キャビディ８
の中央部にも＊ｉが到達する。この部分は、旋回流の流
速が遅いので、燃料噴霧は十分空気と混合しないのでス
スな発生する。本実施例においては、これを避けるため
、噴霧拡がり角αを４０度にして、これを防止した。一
般にディーゼル機関は、スス濃度で出力が制限されるた
め、ススの発生を抑制した機関は、高出力機関になる。
本実施例においては、低速から高速にわたる範囲でキャ
ビティ２内の空気を充分利用して燃焼が行なわれるので
、燃費を高めるとともに、高トルクを発生することが出
来るという利点を有する。
また、燃焼が徐々に進行し、従来の機関の様に一時に爆
発的に燃焼しないので、圧力上昇率が低くアイドｌｖ＠
音は３〜４ｄＢ低く、特にＩＫＨｚ〜５ＫＨｉ　の燃焼
騒音は極めて低し１という利点を有する。
上述以外にも１本実施例の機関は、上述の第１ないし第
７態様と同様の作用効果を奏する。
以上本発明は、上述した実施例に限定されるものでは無
く、特許請求の範囲の精神に反しない限り幾多の設計変
更、および付加変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図（４）は１本発明を説明する縦断面図、鴫１図田
）は１本発明を説明する平面図、１２図は９本発明を説
明する縦断面図、第８園（４）および田）は。 本発明の第１ｅ様を示す横断面および縦断面図。 第４図（２）および（８１は０本発明の第９薄様および
第８態様を示す縦断面図および噴断面図、椀６図は。 本発明の第６の態様を示す平面図、第６図は本発明の鳩
７の態様を示す縦断面図、第７Ｆｉ！ｌないし第９図は
１本発明の詳細な説明する図で第７図は。 実施例の機関を示す縦断面図、第８回置は実施例の機関
のピストンの平面図、第８図ＣＢ＋は、！Ｐ！施例―関
のピストンのキャビティを示す横断面図、および第９図
は、実施例の＃！関の渦巻噴射弁を示す縦断面図である
。 図中１はピストン、２はキャビティ、８は渦巻噴射弁、
４はシリンダヘッド、６はシリンダ、６は吸気弁、７は
オフセットボートな夫々示す。 特許出願人 株式会社　豊田中央研究所

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）燃焼室内に空気を吸入し、ピストンにより吸入空
    気を圧縮するとともに、燃料を直接噴射して着火燃焼さ
    せる圧縮着火式直接噴射内燃機関において、前記燃焼室
    内に供給する吸入空気を旋回させる旋回機構を具備した
    吸気機構と、ピストン頂面に形成した略球形のキャビテ
    ィであって、入口開口部が絞られ他の部分はそれより面
    積を大に形成した燃焼室と、キャビティ内に形成される
    吸入空気の旋回流の順流方向に沿って噴射する様に、キ
    ャビティの中心軸から離れた位置であって、かつキャビ
    ティ中心軸に対して傾斜して配設された唄口から接線方
    向速度成分を有する略中空円錐状の燃料噴霧を噴射する
    渦巻噴射弁とから成ることを特徴とする圧縮着火式直接
    噴射内燃機関。
  2. （２）前記吸気機構の旋回機構は、吸気通路のピストン
    中心側側壁が徐々に外方に傾斜しその延長線が吸気弁の
    ロッドの外側壁に接するかそれより外側になる様に形成
    するとともに、吸気通路のピストン外周側側壁が直線状
    に形成され吸気弁の中心軸に対しピストン外周側に偏心
    した点を中心にして形成した円弧側壁になめらかに接続
    するようにしたオフナツトボートから成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第（１）項記載の圧縮着火式直接噴
    射内燃機関。
  3. （３）前記球形キャビティの内壁面形状が、渦巻噴射弁
    の噴射時の燃料噴霧パターンの形状に沿う様にキャビテ
    ィを形成したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
    項記載の圧縮着火式直接噴射内燃機関。
  4. （４）前記渦巻噴射弁の噴射時の燃料噴震パターンがキ
    ャビティの中心軸とキャビティ内壁面との間におさまる
    様に渦巻噴射弁の配設位置および方向を決定したことを
    特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の圧縮着火式
    直接噴射内燃機関。
  5. （５）前記球形キャビティの開口部の面積とピストン頂
    面の全面積との比で決定されるキャビティの絞り比が０
    ．０５〜０．１２の範囲内に納まる様にキャビティの開
    口部を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第（１
    ）項記載の圧縮着火式直接噴射内燃機関。
  6. （６）前記キャビティの全容量が、ピストンの上死点時
    のピストンとシリンダヘッド間の全すきま容積に対して
    ０．６〜０．８０の範囲内におさまるようにキャビティ
    を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第（５）項
    記載の圧縮着火式直接噴射内燃機関。
  7. （７）前記渦巻噴射弁は、その噴口の中心軸を前記キャ
    ビティの絞られた入口開口部の内壁より内側で入口開口
    部の直径をＤとしたときの０．８Ｄの直径の円より外側
    に向けて指向させたことを特徴とする特許請求の範囲第
    （１）項記載の圧縮着火式直接噴射内燃機関。
  8. （８）前記渦巻噴射弁の噴口の中心軸と前記キャビティ
    の中心軸とのなす角ｅを８０°〜７０°の角度範囲内に
    おさまる様に渦巻噴射弁を配設したことを特徴とする特
    許請求の範囲第（１）項記載の圧縮着火式直接噴射内燃
    機関。
JP58163006A 1983-09-05 1983-09-05 圧縮着火式直接噴射内燃機関 Granted JPS6056118A (ja)

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