JPS5912120A - 直接噴射式内燃機関 - 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、燃焼室に燃料を直接噴射する内燃機関に関す
る。

従来、ピストン頂面に凹所を形成して燃焼室全構成する
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９機関の単振損失が少なく、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全噴射する。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
吸気渦流は圧縮行程凹所の直径は、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
ｎ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一層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、凹所の内側壁面に向賛し、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）
燃料噴射弁の唄口金車さくして噴口の数を多くする。（
ハ）圧縮比金品くして燃料噴射時期における凹所内の圧
（イ）の方法においては、シリンダ径が１００〜１２０
ＭＭの機関では、スワール比（燃焼室内に発生させるス
ワール強さの尺度でスワール速度全機関回転速度で割っ
た値を百う）４前後であり、シリンダ径が９０ｙｘ以下
の機関では６５〜３．６ぐらいが限度である。この値線
−Ｆに強くすると、逆に吸気通路の流体抵抗が増大し１
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。

あまり小さくすると噴孔がつまり易くなり、０．１５１
１Ｈ以下は実用上問題がある。また噴口の数全多くする
と隣り合う噴口から噴射された噴霧が、凹所の側壁に近
いところで盲合し９部分的に燃料の過濃域が発生し９発
煙の原因になるという問題がある。シリンタ′径１２１
］＋ｍ以下の機関では、噴口の数が４から５が一般的で
ある。

（ハ）の方法においては、圧縮比は全行程体積と上死点
時のスキマ体積との比で決まるため、ｌｉ接接噴射内燃
機関にあっては９士分な出方全得るためには凹所の容積
がスギマ体積の７０％以上必要である。したがって、圧
縮比金高くするためには燃焼に寄与しないシリンダヘッ
ドとピストン頂面との間のヌキマは極力小さくすること
が望ましい。

しかし上記スギマは、エンジン要素の燃焼による熱膨張
、製品誤差２等全考慮すると０．５　ｍｌ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囃
になるという問題がある。

本発明者らは、上記従来の小型ｌｋ接接噴射内燃機関が
有していた間粗点を解決するため、系統的実験、解析お
よび試作を繰り返えし本発明に到達したのである。

」二連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項を渦足する必要がある。

ｑ）￥＃Ｊ化 燃料粒が小さいほど、気化、燃焼が連やかに行なわれる
。したがって、燃料噴射弁から噴射される燃料粒は小さ
い必要がある。

■　Ｋ倣力 燃料粒が燃焼室内で静止していると、燃焼ガス持つ必要
がある。

料金燃焼室内で燃焼させ、高い平均有効圧を得るために
は、シリンダ内の空気上桟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夜気は、全く利用さ
れず９反対に燃料粒が密集する所は夜気が不足して、不
完全燃焼することになる。したがって、燃焼室の隅々ま
で燃料粒が拡がって行き、全体に一様に分布する必要が
ある。

■　燃焼速度 燃料噴射弁から噴射された燃料＠霧が燃焼室内奮進みな
がら拡がっていく。この拡がりは、員°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、吸入突気に渦流を与え燃焼速度を速める必要
がおる。

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
）に燃料粒のはだす役割が大きい。

言い換えれば、ｅ粒化した燃料粒が適当に分布しつつ、
燃焼室内を充分な速度でつき進みながら。

混合気全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、貫徹力の小さい噴射ノズルは
使用出来ない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。

■　燃料粒全車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艮くするために拡がり角
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１
強い吸気渦流と高い圧縮比（＠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、崗徹力は期待し
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、または吸気渦流とビ
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ｐｔｒの特
定領域への燃料ｌｌ１１霧の分散全分担させ。

凹所全域へは吸気渦流またはこれとヌキソシュ流の両者
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、燃焼室の吸気渦
流強さを大きくすることなく、また、燃焼室への燃料噴
射圧力を高くすることなく、燃焼室の燃料噴霧の分散を
良好にし、かつ、燃焼室壁面への付着を防止し燃料消費
を少なくすることのできる直接噴射式内燃機関を提供す
ることである。

本発明者は、上記の目的全達成するため、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
ｍする渦巻噴射弁に着眼したのである。この渦巻噴射弁
は、噴射圧力が低くて高圧噴射装置が不要であるＬに、
噴霧の嶽粒化が艮くてＩｌｌ霧角が大きいので、噴霧の
分散全良好にするのに都合が艮く、また、　ｌｊｉ霧の
ぽ微力が剥いので、噴霧の壁面＋１着を防止するのに部
会が良く、史に、噴霧の叡粒化が良くて一微力が弱いこ
とから１弱い吸気渦流に噴霧全混合するのに通し、吸気
渦流強さ金大きくする必要がない。

次に９本発明者は、−ｈ記のような渦巻噴射弁の利点全
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芯が燃焼至に設
けた凹ｎｒの中心軸と父差せずに斜行する位置に設けた
場什、渦巻噴射升を凹所の中・Ｄ軸から遠ざけて凹所の
開口縁ないし側面側に近づけるに従って、噴霧が凹所の
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
、１１ｉｉ霧が凹所の吸気渦流の主流に混入する量が減
少する。そこで、凹所の対面する側■間の最大比ｍ全り
とし、凹所の上記最大距ｌ＠Ｄの位置全台む一方の横断
面と１この横断面に対し垂直に交差して凹所の上記最大
距離りの位置を含む他方の横断面内において燃料噴射時
における渦巻噴射弁の噴霧軸芯と前記他方の横断面間の
最短距離をρとし、該噴霧軸芯から凹所の上記最大距離
りの位置を含む而へおろした垂線の長さをＨとし渦巻噴
射弁の噴霧軸芯とシリンダヘッド下端面のなす角をθと
し、燃料噴射時における渦巻噴射弁の燃料噴射圧力０８
とすると。

の関係を満していれば、さらには の関係を満していれば、噴霧が凹所の開口縁ないし側面
に付着する可能性が小さくなると共に、噴霧が凹所の吸
気渦流の主流に混入する量が増大することを知得したの
である。

即ち１本発明は、燃焼室に吸気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
式内燃機関において、燃料噴射弁に燃料全旋回しつつほ
ぼ円錐状に噴霧する渦巻噴射弁を用い、渦巻噴射弁を七
〇噴霧軸芯が凹所の中心軸と交差せずに斜行する位置の
配置であって。

凹所の対面する側面間の最大距離全りとし、凹所の上記
最大距離りの位置を含む一方の横断面内とこの横断面に
対し垂１頁に交差して凹所の上記最大距離りの位＆を含
む他方の横断面内において燃料噴射時における渦巻噴射
弁の噴霧軸芯と前記他方の横断面間の最短距離會βとし
、該噴霧軸芯から凹所の上記最大距離りの位置を含む面
へおる（７た垂線の長さｉＨとし渦巻噴射弁の噴霧軸芯
とシリンダヘッド下端面のなす川音θとし、燃料噴射時
における渦巻噴射弁の燃料ＩＩｊｌ霧角をθ８とすると
。

全特徴とする直接噴射式内燃機関である（以下第１発明
と称する）。

かかる第１発明における内燃機関によれば、」二記数値
範囲の関係１ｒ、満すことにより、噴霧が四所の開口縁
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
給できるとともに、噴霧が凹所の吸気渦流の主流に混入
する量全増大でき、さらに加えてピストンの上昇により
該シリンダヘッドとピストン頂部とにより形成する隙間
から凹所中心に向ういわゆるスキツシユ流が形成され、
これが噴霧自体を凹所の前記開口縁ないし側面に付着す
るのを妨け、かつ前記吸気渦流の旋回全促進することが
できる。

よって、第１発明の内燃機関はｌｌ’ｉｌＪの凹所壁面
への衝突は上記数値関係金満すことにより、さらには吸
気渦流またはスキッシュ流の相互作用等も相俟って凹所
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（幾関は凹所壁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長さと良好な燃料分散よりして炭化
水素（Ｈ（））の排出を低減できカーボン微粒子軸り学
士の生成全抑制でき着火遅れを短縮することができ燃焼
全大幅に改善でき。

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
効果金臭する。

また１本発明は、ピストン、シリンダヘッド及びシリン
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、渦巻喰射升全その＠霧軸
芯が凹所の中心軸と交差せずに斜行する位置の配置であ
って、凹所の対面する側面間の最大距離ｉＤとし、凹所
の上記最大距離りの位置を含む一方の横断面内とこの横
断面に対し垂直に交差して凹所の上記最大距離りの位置
を含む他方の横断面内において、燃料噴射時における渦
巻噴射弁の噴霧軸芯と前記他方の横断面間の最短距離？
βとし、該噴霧軸芯から凹所の上記最大距１１１Ｄの位
置？含む而へおろした垂線の長さ會Ｈとし渦巻噴射弁の
噴霧軸芯とシリンダヘッド下端１ｍのなす川音０とし、
燃料噴射時における渦巻噴射弁の燃料噴霧川音０８とす
ると。

の関係を満すこと全特徴とする百ＭｔＱｊｔ射式内燃機
関である（以下第２発明と称する）。

かかる第２発明はＥ記数値範囲の関係金満すことによシ
１前記第１発明とほぼ同様の作用効果金臭するとともに
、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
所の周辺部に位置せしめられる。しかるのち凹所の周辺
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
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本然カスが存在すること
によって連続する燃焼過程の悪化音引き起す可能性は回
避される。

さらに第１発明にあっては、燃料噴射時における渦巻噴
射弁の噴霧軸芯と前記一方の横断面間の最短距離全αと
すると。

　Ｄ Ｚ十−≦１Ｔ十α の関係を満すことを特徴とする直接噴射式内燃機関であ
る（以下第１発明の態様と称する）。

また、第２発明にあっては、燃料噴射時における渦巻噴
射弁の噴霧軸芯と前記一方の横断面間の最短距離金αと
すると。

Ｄ Ｚ＋ｔａｎ（ｊ　≦Ｔ十α の関係を満すこと全特徴とする直接噴射式内燃機関であ
る（以下第２発明の態様と称する）。

なお、上記Ｚに関しては噴霧が凹ｍｒの最大径りを含む
而より上方に２いて該凹所の壁面に噴霧が付着しない条
件、ならびに吸気渦流またはスキンンユ流の効果音８＠
して式で表わすと前述の通りである。さらに該２に関し
て第４図に基づき詳述すれば、以下の通りでおる。

図中、Ｚは＠嚢軸芯に沿う噴霧の凹所壁面に向う延長繰
上の点りに対し直交する線と、前記凹所の最大径り全含
む面上であって該凹所壁面上における交点會Ｎとし、該
延長線上に対し前記凹所の最大径Ｄ（ｚ含む面との交点
全Ｍとするとき、当該Ｎ、Ｍ間の距離全いう。さらに９
図中Ｈは噴霧軸芯から凹所の最大径Ｄ２ｉ含む面へおろ
した垂線の長さ金いう。

またＸは前記り１Ｍ間の畏さ全、Ｙは前記り。

ＣＯＳθ Ｙ　　　ｓｉｎθ の関係が成り立つ７、 よって０本発明の内燃機関にあっては。

Ｚ十ｔｕｎｅ　　　””　−４−の関係を満す必要があ
る。

前述の第１発明あるいは第２発明における各態様の直接
噴射式内燃機関にあっては、渦巻噴射弁が低噴射圧にし
て、微粒化良好、大１．１ｊｉｉ霧角、小真゛倣力等と
いう各櫨％黴をもつ点から、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、前記噴霧の員°微力を考慮に入れた〜第１発明
あるいは第２発明の各態様にあっては、更に良好な燃焼
改善が達成できる。即ち、第１発明あるいは第２発明の
各態様では、噴射方向に関する噴霧到達と凹所壁面との
干［−考慮することにより、凹所内でのｌｌｉ霧分散度
が著しく改善され機関性能を犬山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
気渦流強さ金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＃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＠霧の付着全防止することができ、
吸気渦流強さ金大きくすることに基〈、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。

次に１本第１発明の実施例について説明する。

第１図乃至第６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、シリンダ（１）に摺嵌した
ピストン（２）の頂面に略球形状の凹所（３）をピスト
ンの中心軸から偏芯して穿設し、シリンダ（１１の開口
頂端に吸気通路（５）と排気通路（７）を設けたシリン
ダヘッド（４）ｆｆｉ３ｍ合して取付け、吸気弁（６）
を設けた吸気通路（５）の吸気口と排気弁（８）を設け
た排気通路（７）の排気口金それぞれピストン（２）の
頂面に対面して配置し、シリンダ（１）とピストン（２
）及びシリンダヘッド（４）によって燃焼室（９）全構
成し、シリンダヘッド（４）に低圧用燃料噴射装置の渦
巻噴射弁ＱＯｋ、その噴口ａηが燃焼室（９）の一部で
ある凹所（３）の開口に臨み、かつ、その噴射軸芯が凹
所（３）の中心軸と交差せずに斜行する位置に取付けて
おり。

旋回流を起生する吸気通路（５）を経て燃焼室（９）に
流入した吸気が凹所（３）に流入して旋回し、凹所（３
）の吸気渦流の主流にその主流の旋回方向に傾斜した渦
巻噴射弁〇〇から燃料が旋回しつつほぼ中壁円錐状に噴
霧されるように装置している。

燃焼室（９）の行程容積は４６０１で、圧縮比は１８で
あり、凹所（３）の容積は２２１で、凹所（３）の対面
する側面間の最大距離即ち最大径りは３８ｇ１＋であり
、凹所（３）の上記最大径りの位置全台む一方の横断面
内とこの横断面に対し垂直に交差して凹所（３）の上記
最大径りの位置を含む他方の横断面内において燃料噴射
時における渦巻噴射弁ＱＯの噴Ｉｌ＠芯と前記他方の横
断面間の最短距離βは６１１Ｍと１０朋であり、該噴霧
軸芯から凹所（３）の」：記最大径りの位置を含む而へ
おろした垂線の長さＨは１１１ｔＭ・　　であり、渦巻
噴射弁αＯの１Ｉｊｉ躾軸芯とシリンダヘッド（４）の
下端面とのなす角θは６０度である。そして、燃料噴射
時における渦巻噴射弁面の燃料＠体用０日は約６０度で
ある。

従って、　　　Ｄ　＝　３８　ＭＭ ρ−６１１，１０１３１ Ｈシ　１１　朋 θ；６０゜ Ｂ −＝５０°　　であるから。

０日 る。

すなわち１本第１発明の実施例にあっては、ρ−７．３
であることにより上述の関係を満している。

上記数値関係を満すことにより前記β＝６ＭＮの場合に
は第５図々示のような凹所（６）に対する′１＠霧状況
であり噴霧Ｐが凹所０）の壁面に付着することはなく、
凹所（３）の特定領域に供給できるとともに該噴霧Ｐと
凹所（３ンの壁面との間の全気層が凹所３の開口縁から
最大径りに亘ってや＼厚めである。

かかるＩＩＩ　Ｗｉ　Ｐは凹所３の吸気渦流の主流に混
入する散音増大でき、さらに加えてピストンの一ト昇に
より、該シリンダヘッドとピストン頂部とにより形成す
る隙間から凹所中心に向ういわゆるスキッシュ流が形成
され、これが噴霧自体全凹所（６）の前記開口縁ないし
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５本発明の実施例内燃機関は、ｌＩｊ！霧の凹所
（６）の壁面への付着は回避され上記数値関係金満吸気
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９本発明の実施例内燃機関は凹所壁面への噴霧の
衝突はなく燃料粒の粗大化がないため発煙全署しく低く
おさえ、渦巻噴射弁の燃料霧化の長さと良好な燃料分散
よりして炭化水素（Ｈｅ）の、排出を低減し、またカー
ボン微粒子の生成全抑制し着火遅れを短縮することがで
きｉ焼を大幅に改善でき、各種性能全肉１することがで
きるといった実用上多大の効果を奏する。

一方前記ｐ＝１０ＭＭの場合には、第６図々示のような
凹所（６）に対する噴霧状況であり、噴霧ｐ。

が凹所（６）の壁面に付着することはなく、該噴霧Ｐｌ
と凹所（６）の壁面との間の全気層が凹所（３）の開口
縁から最大径りに亘って薄めである。よって、β−１０
朋の場合には前述のρ−６Ｈに比して空気利用率が極め
て良好であり、優れた作用効果を奏する。

ちなみに９両者の関係全横軸に出力、縦軸に吐煙濃度を
とり表わした第７図々示の通り、β−１０朋（曲線Ａに
示す）の方がρ＝６Ｈ（曲線Ｂ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。

その他は上記ρ−６ＫＮの場合とほぼ同様の作用効果を
奏する。そして。

上記数値関係を満さない場合には、＠霧は凹所（６）と
ができなく９例えば第７図中曲線Ｏにて示す破線領域を
逸脱する性能結果金もたらした。

次に１本第２発明の実施例にあっては、数値會Ｄ＝５８
ｍｍ ρ　＝６朋、１０１１０ １ｆｆＨ＝１ １　＝６０゜ 五−３０°　　　　とすることにより 年す る。

すなわち、第２発明の実施例にあっては、β＝であるこ
とにより、上述の関係を満している。

上記数値関係を満すことにより前記β−６四の場合には
第８図々示のような凹所（８）の中心軸Ｒに対する噴霧
状況であり噴霧ｐ／が凹所（８ンの中心付近１こ集中す
ることなく、該噴霧Ｐ／と凹所（８）の中心軸Ｒとの間
の空気層が僅かながら存在する。かかる噴霧ｐ／は凹所
（８ンの特定領域に供給できるとともに凹所（８）の吸
気渦流の主流く混入する量を増大できる。よって９本第
２発明の実施例内燃機関は、上記数値関係を満すことに
より吸気渦流との相互作用等も相ま−て凹所（８）内の
燃料分布が吸気渦流に乗って凹所（８）の全域にほぼ一
様にすることができる。

従−て１本第２発明の実施例内燃機関は凹所（８）の中
心付近への噴霧の集中は全く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膨化水素排出（ＨＣ）を
低減で＃、またカーボンを向上することができるといっ
た実用上多大の効２／ 果を奏する１゜ 一方、前記β＝ｌＯｎの場合１こは第９図々示のような
凹所（８）の中心軸Ｒ１，ＩＣ対する噴霧状況であり、
噴霧Ｐ。が凹所（８）の中心付近に集中することなく、
該噴１ＩＰｏと凹所（８）の中心軸Ｒ１との間の空気層
がかなり存在する。かかる噴霧Ｐ。は凹所（３）の特定
領域に供給できるととも１こ凹所（８）の吸気渦流の主
流に混入する量を増大できる。

よって、β＝１０ｆｌｌの場合には前述のβ＝６闘に比
して空気利用率が極めて良好であり、優れた作用幼果を
奏する。

ちなみに１両者の関係を横軸に出力、縦軸に吐究濃度を
とり表わした第１０図々示の通り、β−１Ｏ訪（曲線Ａ
ａＫ示す）の方がβ＝６酊（曲線Ｂ。

１こて示す）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。その他は上記β＝６寵の場合
とほぼ同様の作用効果を奏する。そして、上記数値関係
を満さない場合１こは、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択化水素排
出を増大し、カーボン徽２、Ｐ 粒子生成を助長し着火遅れを延し燃焼を改曽することが
できな（１例えば第１Ｏ図中曲線Ｃ６にて示す破線領域
を逸脱する性能結果をもたらした。

また１本第１発明または第２発明の他の実施例１こあっ
ては、上記数値を Ｄ＝　８８１１１１ β−８寵 Ｈ−１１寵 θ＝６０゜ ａ＝１３ｇｇ とすること１こより。

または、別途 Ｄ＝　８８０ β＝１０ｎ Ｈ＝１１ｍ θ＝４５゜ λ／ １ であり、　Ｚ　＋　ｔａｎ６ｏ、＝　１９．０５　　で
あって８ Ｚ＋ｔａＪ　≦４Ｄ　十ａの関係を満している。

他方、後者は であり　　ｚ　＋−ＬＬ−＝４１であ−て。

ｔａｎ４５゜ 　　　　８ 上記ｚ＋ｔａｎ／ｌ≦τＤ＋αの関係を満している。

上記数値関係を満すことｔこより前者（β＝８Ｈ１ａ＝
１３ｍ）場合１こは第１１図々示のような凹所（８）に
対する噴霧状況であり噴霧Ｐ２が凹所（８）の壁面に付
着することはなく、あるいは凹所Ｃ８）の中心である。

かかる噴１１Ｐ２　）よ凹所（８ンの特定領域に供給で
きるとともに凹所（８）の吸気渦流の主流ニ混入する量
を増大でき、さらに加えてピストンの上昇ｔこより、該
シリンダヘッドとピストン頂部とくよＱ り形成する隙間から凹所中心に向ういわゆるスキッＶ−
流が形成され、これが噴霧自体な凹所（８）の前記開口
縁ないし側面に付着するのを妨げ、かつ前記吸傑渦流の
旋回を促進することができる。

よって１本発明の実施例内燃機関は、噴霧の凹所（８）
の壁面への衝突は上記数値関係を満すこと？こより、さ
ら１こは吸気渦流またはスキッシ眞流の相互作用等も相
まって凹所（８）内の燃料分布が吸気渦流に乗−て凹所
（８）の全域ｔこほぼ一様１こすることができる。従っ
て２本発明の実施例内燃機関）よ凹所壁面への噴霧の衝
突はなく燃料粒の粗大化か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
りして炭化水素排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
。

であり、噴１１Ｐ３が凹所（８）の壁面１こ付着するこ
と１ はなくあるいは凹所（８）の中心付近に集中することな
く、該噴霧Ｐ３と凹所（８ンの壁面との間の空気層が凹
所（８）の最大径りの近傍で薄めである。よ−て。

後者の場合１こは前者１こ比して空気利用率が極めて良
好であり、優れた作用効果を奏する。

ちなみに９両者の関係を横軸ｔこ出力、縦軸Ｅこ吐煙濃
度をとり表わした第１８図々示の通り、後者（曲線Ｄ２
完す）の方が前者（曲線Ｅ１こて示す）よりも低吐煙で
高出力が得られる優れた性能効果を奏した。その他は両
者共１こほぼ同様の作用効果を奏する。そして、上記数
値関係を満さない場合には、噴霧は凹所（８２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（
ＨＣ）を低減できまたカーボン微粒子軸承−４の発生を
抑制し着火遅ｔ′ｌを短縮し燃焼を改善することができ
なく。

例えは第１８図中曲線Ｆｔこて示す破線領域を逸脱する
性能結果をもたらした。

以上の構成からなる本発明の実施例内燃機関１こよれ（
よ、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１こ付着すＪシ るのを防止できるととも１こ、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（、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ｉ
ｃ＊奏する効果がある。詳述すれば噴霧は吸気渦流１こ
よって主流に混入されて凹所（８）の周辺部に位置せし
められる。しかるのち凹所（８）の周辺部から着火が実
奏さね既燃ガスが吸気渦流によって凹所（８）の中央部
に位置せしめられる。よりて凹所（８）の周辺部には常
時未燃ガスが存在すること１こよりで連続する燃焼過程
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）の壁上
せしめることができる。

なお、燃料噴射圧力は、１５０〜２ｏｏｋｇ／ｄＪ 以下であり、直接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１Ｂ＋の弱
い吸気渦流の主流に渦巻噴射弁（１０）から燃料が低い
噴射圧力によ−て噴霧され、噴霧の分散が良好であると
共１こ、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図は本第１発明の実施例の直接噴射式内燃機関の縦
断面図、第２図は同内燃機関の凹所の平面図、第８図ｆ
よ第２図のト」線断面図、第４図は噴射弁と凹所との関
係を示す線図、第６図および第６図は第１発明の実施例
における凹所壁面と噴霧の関係をそれぞれ示す概要図、
第７図は第１発明の実施例における性能線図、第８図お
よび第９図は第２発明の実施例における凹所中心軸と噴
霧の関係をそれぞれ示す概要図、第１０図は第２発明の
実施例１こおける性能線図、第１１図および第１２図は
第１発明および第２発明のその他の実施例における凹所
と噴霧の関係をそれぞれ示す概ノタ ”ｔ’＠−ｒ−１！！−１−ｅ−９１４−４３＝発−明
の実１１例亨］１十冬十ＩＩ−賛骨會十粁モ粁永千優要
図、第１８図は第１発明および第２発明の他の突施例１
こおける性能線図である。旧刊 ８；凹　所　　　　　　９Ｉ燃焼室 １０＋渦巻噴射弁　　　２：ピストン 特許出願人 株式会社　豊田中央研究所 代理人 弁理士　高　橋　祥　泰 外２名 げ 第７図 竿２図 第４図 第５図　　　　　　　第６図 第７図 第８図　　　　　　　　第９図 第７０図 第７７図　　　　　　　　第７２図 第７３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ピストン、シリンダヘッド及びシリンダブロ
   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燃機関にお
   いて。 燃料噴射弁に燃料全旋回しつつほぼ円錐状に噴霧する渦
   巻噴射弁を用い。 渦巻噴射弁全その噴霧軸芯が凹所の中心軸と交差せずに
   斜行する位置の配置であって。 凹所の対面する側面間の最大距離上りとし。 凹所の上記最大距離りの位置金倉む一方の横断面内とこ
   の横断面に対し垂直に交差して凹所の上記最大距離りの
   位置を含む他方の横断面内において燃料噴射時における
   渦巻噴射弁の噴霧軸芯と前記他方の横断面間の最短距離
   上ρとし。 該噴霧軸芯から凹所の上記最大距離りの位置を含む而へ
   おろした垂線の畏さｉＨとし。 渦巻噴射弁の噴霧軸芯とシリンダヘッド下端面のなす角
   をθとし。 燃料噴射時における渦巻噴射弁の燃料噴霧角ｓｉｎθ の関係金満すことを％徽とする直接噴射式内燃機関。
2. （２）　　ピストン、シリンダヘッド及びシリンダブロ
   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。 燃料噴射弁に燃料全旋回しつつほぼ円錐状に噴霧する渦
   巻噴射弁を用い。 渦巻噴射万全その噴霧軸芯が凹所の中心軸と交差せずに
   斜行する位置の配置であって。 凹所の対面する側面間の最大距離ｆｉｌ−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内とこ
   の横断面に対し垂直にり差して凹所の上記最大距離１）
   の位置を含む他方の横断面内において燃料噴射時におけ
   る渦巻噴射弁の噴霧軸芯と前記他方の横断面間の最短距
   離ｔρとし。 該噴霧軸芯から凹ｊＪ１■の上記最大距離りの位置を含
   む而へ２ろした垂線の長さ全Ｈとし。 渦巻噴射弁の噴霧軸芯とシリンダヘッド下端面のなす川
   音θとし 燃料噴射時における渦巻噴射弁の燃料噴霧角の関係を満
   すことを特徴とする直接噴射式内燃機関。
3. （３）燃料噴射時における渦巻噴射弁の噴霧軸芯と前記
   一方の横断面間の最短距離を趣とすると。 ３　　″″ Ｚ＋ｌゴｎＯ−クスＤ十丞 の関保全満すこと金％黴とする特許請求の範囲第１項記
   載の直接噴射式内燃機関。
4. （４）燃料噴射時における渦巻噴射弁のに＠霧軸芯と前
   記一方の横断面間の最短距離全αとすると。 ２＋爾≦−４Ｄ十α の関係を満すこと全特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の直接噴射式内燃機関。