JPWO2014106903A1

JPWO2014106903A1 - 内燃機関

Info

Publication number: JPWO2014106903A1
Application number: JP2014555415A
Authority: JP
Inventors: 亮道川内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2017-01-19
Also published as: US20150330291A1; WO2014106903A1; EP2942507A4; CN104903558A; EP2942507A1

Abstract

内燃機関（１）はスワール流が生成される燃焼室（Ｅ）に燃料を噴射する燃料噴射弁（６）を備える。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（Ｅ８）に燃料を噴射する噴孔（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。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（Ｅ６）に燃料を噴射する噴孔（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。

Description

本発明は内燃機関に関する。

キャビティが設けられているピストンを備える圧縮着火式内燃機関（例えばディーゼルエンジン）では、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ことがある。特許文献１ではペントルーフ形ピストンが開示されている。特許文献１では、従来のペントルーフ形ピストンでは燃料噴霧がスワール流に流されてキャビティ内を旋回すると、キャビティ内に部分的に不均一な混合気が生成されることが記載されている。

特開平１１−２５７０８９号公報

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。

かかる構成の各内燃機関で燃焼室にスワール流を生成する場合、例えば次のようにキャビティの底壁面を設けることができる。すなわち、ピストンの位置を固定した状態において、キャビティ内におけるスワール流の回転中心軸線を含む燃焼室の断面積が、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キャビティの底壁面を設けることができる。

ところが、この場合には上記燃焼室にスワール流を生成するにあたり、上記キャビティの底壁面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ことになる。結果、キャビティ内を流通するスワール流が旋回しながら上方に向かって流通したり、下方に向かって流通したりすることになる。そして、このことが上記燃焼室に噴射される燃料噴霧に影響を及ぼすことになる。

このため、上述した各内燃機関で燃焼室にスワール流を生成する場合など、キャビティ内を流通するスワール流が旋回しながら上方に向かって流通したり、下方に向かって流通したりする場合には、スワール流の流動態様を考慮した燃料噴射を行うことが望まれる。

本発明は上記課題に鑑み、スワール流の流動態様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。

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いずれかの噴孔であって、前記燃焼室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に燃料を噴射する噴孔の噴射方向が基準方向よりも下側の方向に設定されており、前記燃料噴射弁が備える複数の噴孔のうちいずれかの噴孔であって、前記燃焼室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に燃料を噴射する噴孔の噴射方向が基準方向よりも上側の方向に設定されている内燃機関である。

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。

本発明によれば、スワール流の流動態様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。

内燃機関の概略構成図である。図１に示すＡ−Ａ断面で内燃機関を見た図である。噴孔部を示す図である。ピストンの外観図である。ピストンの上面図である。図５に示すＢ−Ｂ断面でピストンを見た図である。図５に示すＣ−Ｃ断面でピストンを見た図である。各種パラメータの変化を示す図である。図８に応じた底壁面の説明図である。図８、図９に応じた燃焼室の説明図である。複数の噴孔の配置説明図である。噴射角の説明図である。到達点の第１の説明図である。到達点の第２の説明図である。

図面を用いて本発明の実施例について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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では後述する減少部Ｄ１、増大部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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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および基準到達点Ｎｓを併せて示す。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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´を併せて示す。

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。

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。

図１４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１４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１４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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に内燃機関１の主な作用効果について説明する。内燃機関１では噴孔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設定している。また、内燃機関１では噴孔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設定している。

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を防止或いは抑制できる。

すなわち、内燃機関１はスワール流の流動態様を考慮した噴射方向それぞれを設定することで、スワール流の流動態様を考慮した燃料噴射を行うことができる。そして、かかる燃料噴射を行うことで、燃料の霧化が阻害され得ることに対して燃焼室Ｅに燃料を適切に噴射できる。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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

例えばキャビティ底壁面はピストンの位置を固定した状態において、キャビティ内におけるスワール流の回転中心軸線を含む燃焼室の断面積が、スワール流の流れに沿った方向において必ずしも概ね一定になるように設けられていなくてもよい。

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

Claims

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いずれかの噴孔であって、前記燃焼室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に燃料を噴射する噴孔の噴射方向が基準方向よりも下側の方向に設定されており、
前記燃料噴射弁が備える複数の噴孔のうちいずれかの噴孔であって、前記燃焼室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に燃料を噴射する噴孔の噴射方向が基準方向よりも上側の方向に設定されている内燃機関。
請求項１記載の内燃機関であって、
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。