DE102014000962A1

DE102014000962A1 - Dieselmotor

Info

Publication number: DE102014000962A1
Application number: DE102014000962.9A
Authority: DE
Inventors: Shinya Ilda; Sangkyu Kim; Jun KANZAKI; Takeshi Yokoo
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2014-08-07
Also published as: JP2014148947A; CN103967673A; US20140216397A1

Abstract

Ein Injektor eines Dieselmotors weist ein erstes Einspritzventil und ein zweites Einspritzventil auf, die so angeordnet sind, dass sie einander bezüglich der Mitte eines Brennraums zugewandt sind. Unter der Annahme, dass eine durch das erste Einspritzventil und das zweite Einspritzventil verlaufende gerade Linie eine Symmetrielinie ist, einer von zwei Bereichen, die durch Zweiteilen eines ebenen Bereichs des Brennraums (3) entlang der Symmetrielinie erhalten werden, ein erster Bereich ist und der andere der zwei Bereiche ein zweiter Bereich ist, spritzt das erste Einspritzventil Kraftstoff hin zum ersten Bereich ein und spritzt das zweite Einspritzventil Kraftstoff hin zu dem zweiten Bereich ein. In der oberen Fläche eines Kolbens ist ein Vertiefungsabschnitt ausgebildet. Das erste Einspritzventil und das zweite Einspritzventil weisen in Draufsicht jeweils Einspritzlöcher an radial inneren Positionen statt dem Umfang des Vertiefungsabschnitts auf.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dieselmotor zum diffusiven Verbrennen von Kraftstoff, der von einem Injektor in einem Brennraum eingespritzt wird.
2. Beschreibung einschlägiger Technik
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-231908 offenbart einen Dieselmotor der vorstehenden Art. Im Einzelnen ist der in der Veröffentlichung offenbarte Dieselmotor an einem Umfang der Deckenwand eines Brennraums, die einer oberen Fläche eines Kolbens zugewandt ist, zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum mit einem Paar von seitlichen Injektoren (einem ersten seitlichen Injektor und einem zweiten seitlichen Injektor) versehen.
Der erste und der zweite seitliche Injektor sind so angeordnet, dass sie hin zur Mitte des Brennraums gerichtet sind, wobei sie einander zugewandt sind. Wenn der Kraftstoff von den gepaarten seitlichen Injektoren gleichzeitig eingespritzt wird, kollidiert der von den Injektoren eingespritzte Kraftstoff miteinander und durch den Aufprall zum Zeitpunkt der Kollision wird eine Zerstäubung des Kraftstoffs gefördert.
In dem Fall, da ein von den gepaarten seitlichen Injektoren eingespritzter Kraftstoff miteinander kollidiert, wird aber ein Kraftstoff/Luft-Gemisch mit einer hohen Kraftstoffkonzentration in dem mittleren Teil des Brennraums gebildet und in dem peripheren Teil des Brennraums wird ein Kraftstoff/Luft-Gemisch einer niedrigen Kraftstoffkonzentration gebildet. Infolgedessen kann die Kraftstoffverteilung ungleichmäßig sein. Eine ungleichmäßige Kraftstoffverteilung senkt die Luftausnutzungsrate in dem Brennraum. Dies kann zu einer Zunahme der Rußerzeugungsmenge führen.
Wenn andererseits die Kraftstoffeinspritzrichtungen von den gepaarten seitlichen Injektoren bezüglich der Mitte des Brennraums weit weg voneinander sind, kann die vorstehend erwähnte übermäßige Zunahme der Kraftstoffkonzentration in dem mittleren Teil des Brennraums vermieden werden, da keine oder eine geringere Wahrscheinlichkeit besteht, dass der eingespritzte Kraftstoff von den gepaarten seitlichen Injektoren miteinander kollidieren kann. Eine übermäßige Zunahme des Abstands zwischen der Einspritzrichtung und der Mitte des Brennraums kann aber eine Kollision des eingespritzten Kraftstoffs von den gepaarten seitlichen Injektoren mit einer Wandfläche eines peripheren Elements, etwa eines Kolbens bei einem kurzen Abstand, hervorrufen. Dies kann die Kraftstoffkonzentration in einem anderen Bereich als dem mittleren Teil des Brennraums übermäßig steigern und eine ungleichmäßige Kraftstoffverteilung hervorrufen. Dadurch kann die Luftausnutzungsrate gesenkt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf das Vorstehende besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Dieselmotor bereitzustellen, der für ein effektives Reduzieren der Rußerzeugungsmenge die Verbesserung der Luftausnutzungsrate in einem Brennraum ermöglicht.
Eine Ausgestaltung der Erfindung ist auf einen Dieselmotor gerichtet, der mit einem zwischen einem Hubkolben und einem Zylinderkopf ausgebildeten Brennraum; und einem Injektor versehen ist, der von der Zylinderkopfseite zum diffusiven Verbrennen eines von dem Injektor in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs Kraftstoff in den Brennraum einspritzt. Der Injektor weist ein erstes Einspritzventil und ein zweites Einspritzventil auf, die bezüglich einer Mitte des Brennraums einander zugewandt angeordnet sind. Unter der Annahme, dass eine durch das erste Einspritzventil und das zweite Einspritzventil verlaufende gerade Linie eine Symmetrielinie ist, einer von zwei Bereichen, die durch Zweiteilen eines ebenen Bereichs des Brennraums entlang der Symmetrielinie erhalten werden, ein erster Bereich ist und der andere der zwei Bereiche ein zweiter Bereich ist, spritzt das erste Einspritzventil den Kraftstoff hin zum ersten Bereich ein und spritzt das zweite Einspritzventil den Kraftstoff hin zu dem zweiten Bereich ein. In einem Bereich an einer oberen Fläche des Kolbens, der einen mittleren Teil der oberen Fläche umfasst, ist ein Vertiefungsabschnitt ausgebildet, wobei der Vertiefungsabschnitt hin zu einer Seite gegenüber dem Zylinderkopf konkav ist. Jedes von erstem Einspritzventil und zweitem Einspritzventil ist in Draufsicht an einer radial inneren Position statt einem Umfang des Vertiefungsabschnitts mit mindestens einem Einspritzloch ausgebildet, wobei das Einspritzloch als Ausgang für den Kraftstoff dient.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaubild, das eine Gesamtkonfiguration eines die Erfindung verkörpernden Dieselmotors zeigt;
2 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines Motorhauptkörpers des Dieselmotors zeigt;
3 ist ein Schaubild, das eine Form einer Einlasszuleitung und einer Auslasszuleitung des Dieselmotors zeigt;
4 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines Injektors (eines ersten Einspritzventils und eines zweiten Einspritzventils) des Dieselmotors zeigt;
5 ist eine Seitenansicht eines distalen Endes des Injektors (des ersten Einspritzventils und des zweiten Einspritzventils);
6 ist eine Draufsicht zum Erläutern einer Positionsbeziehung zwischen dem ersten Einspritzventil und dem zweiten Einspritzventil und einer Kraftstoffeinspritzrichtung von jedem der Einspritzventile;
7 ist eine Seitenansicht, die 6 entspricht;
8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Massenverhältnis eines überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches, das in einem Brennraum durch Kraftstoffeinspritzung von jedem der Einspritzventile gebildet wird, und einem Kurbelwinkel zeigt;
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Rußmenge, die durch Verbrennung eines von jedem der Einspritzventile eingespritzten Kraftstoffs erzeugt wird, und einem Kurbelwinkel zeigt;
10 ist ein Graph, der zeigt, dass das zueinander unterschiedliche Auslegen der Größen von Einspritzlöchern der Einspritzventile zu einer Reduzierung einer Rußerzeugungsmenge führt;
11 ist ein Graph, der zeigt, dass das zueinander unterschiedliche Auslegen der Größen von Einspritzlöchern der Einspritzventile zu einer Reduzierung eines Kühlverlusts führt;
12 ist ein Graph, der zeigt, dass Kraftstoffeinspritzung von jedem der Einspritzventile einen Wirbelstrom verstärkt;
13 ist ein Diagramm, das einen Zustand von Kraftstoffstrahlen in dem Fall zeigt, da Kraftstoff von jedem der Einspritzventile bei verschiedenen Winkeln eingespritzt wird; und
14 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Abwandlung der Ausführungsform.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
(1) Gesamtkonfiguration eines Motors
1 und 2 zeigen einen Dieselmotor, der die vorliegende Erfindung verkörpert. Der in 1 und 2 gezeigte Dieselmotor ist ein Viertakt-Mehrzylinderdieselmotor, der als Antriebsquelle zum Fahren an einem Fahrzeug einzubauen ist. Im Einzelnen ist der Dieselmotor mit einem Vierzylinder-Reihenmotor-Hauptkörper 1 mit vier linear angeordneten Zylindern 2, einem Einlasskanal 20, durch den Luft in den Motorhauptkörper 1 gesaugt wird, und einem Auslasskanal 25, durch den in dem Motorhauptkörper 1 erzeugtes Abgas abgelassen wird, versehen.
Wie in 2 gezeigt weist der Motorhauptkörper 1 einen Zylinderblock 11, in dem die vier Zylinder 2 vorgesehen sind, einen Zylinderkopf 12, der an einer oberen Fläche des Zylinderblocks 11 ausgebildet ist, und Kolben 13, die jeweils hin- und herbewegbar und gleitend in den entsprechenden Zylinder 2 eingeführt sind, auf.
Jeder der Zylinder 2 ist so konfiguriert, dass in Draufsicht ein kreisförmiger Brennraum 3 an einer Stelle über dem Kolben 13 ausgebildet ist. In dem Brennraum 3 wird ein Luft/Kraftstoff-Gemisch diffusiv verbrannt, während Kraftstoff (Leichtöl), der von einem später zu beschreibenden Injektor 4 eingespritzt wird, mit Luft gemischt wird, und die Expansionsenergie durch die Verbrennung bewegt den Kolben 13 hin und her. Die Hubbewegung des Kolbens 13 wird in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 5 als Ausgangswelle mittels einer Pleuelstange 16 umgewandelt. Der Dieselmotor ist in dieser Ausführungsform ein Viertaktmotor. Demgemäß führt jeder der Zylinder 2 wiederholt vier Prozesse aus, d. h. in dieser Reihenfolge Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Auspuffprozesse, während die Kurbelwelle 5 gedreht wird.
Ein geometrisches Verdichtungsverhältnis jedes Zylinders 2, d. h. ein Verhältnis zwischen dem Volumen des Brennraums 3, wenn sich der Kolben 13 an einer unteren Totpunktposition befindet, und dem Volumen des Brennraums 3, wenn sich der Kolben 13 bei einer oberen Totpunktposition befindet, wird in dem Bereich von 13 bis 20 festgelegt. Ferner wird der Innendurchmesser (der Bohrungsdurchmesser) jedes Zylinders 2 so festgelegt, dass er nicht größer als 100 mm ist.
Eine obere Fläche des Kolbens 13 weist einen Vertiefungsabschnitt 13a, der hin zur Seite gegenüber dem Zylinderkopf 12 konkav ist, sowie einen um den Vertiefungsabschnitt 13a ausgebildeten Quetschabschnitt 13b auf. Der Vertiefungsabschnitt 13a ist in einem Bereich an der oberen Fläche des Kolbens 13 ausgebildet, der den mittleren Teil der oberen Fläche umfasst, und ist zu einer Tassenform ausgebildet, so dass die Tiefe des konkaven Abschnitts hin zur Mitte des Kolbens 13 zunimmt. Der Quetschabschnitt 13b ist an einer radial äußeren Position verglichen mit dem Vertiefungsabschnitt 13a ausgebildet und ist zu einer kranzförmigen flachen Fläche ausgebildet, die den Vertiefungsabschnitt 13a umgibt. Wie in 7 gezeigt weist der Quetschabschnitt 13b eine Funktion des Erzeugens eines so genannten Quetschstroms (eines Stroms von Luft, die von der äußeren Umfangsseite des Brennraums 3 hin zu dessen Mitte strömt, siehe den Pfeil S2 in 7) in dem Brennraum 3 auf, wenn der Kolben 13 nach oben nahe der oberen Totpunktposition der Verdichtung bewegt wird.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist der Zylinderkopf 12 mit einer Einlasszuleitung 6, durch die von dem Einlasskanal 20 zuzuführende Luft in den Brennraum 3 jedes Zylinders 2 gesaugt wird, einer Auslasszuleitung 7, durch die in dem Brennraum 3 jedes Zylinders 2 erzeugtes Abgas herausgesaugt wird, Einlassventilen 8, die eine Öffnung der Einlasszuleitung 6 an der Seite des Brennraums 3 öffnen und schließen, und Auslassventilen 9, die einen Öffnung der Auslasszuleitung 7 an der Seite des Brennraums 3 öffnen und schließen, ausgebildet. Jedes der Einlassventile 8 und der Auslassventile 9 wird angetrieben, um in Verbindung mit der Drehung der Kurbelwelle 5 des Motorhauptkörpers 1 von einem Ventiltriebmechanismus (nicht gezeigt), der eine Nockenwelle und eine Nocke umfasst, geöffnet und geschlossen zu werden. In dieser Ausführungsform weist jeder der Zylinder 2 zwei Einlassventile 8 und zwei Auslassventile 9 auf.
Der Einlasskanal 20 weist vier unabhängige Einlasskanäle 21, wovon jeder mit der Einlasszuleitung 6 des entsprechenden Zylinders 2 in Verbindung steht, einen Aufnehmer 22, der üblicherweise mit stromaufwärts liegenden Enden (stromaufwärts liegenden Enden in der Ansaugluftströmungsrichtung) der unabhängigen Einlasskanäle 21 verbunden ist, und ein Einlassrohr 23, das sich von dem Aufnehmer 22 hin stromaufwärts erstreckt, auf.
Der Auslasskanal 25 weist vier unabhängige Auslasskanäle 26, wovon jeder mit der Auslasszuleitung 7 des entsprechenden Zylinders 2 in Verbindung steht, einen Sammelabschnitt 27, an dem stromabwärts liegende Enden (stromabwärts liegende Enden in der Abgasströmungsrichtung) der unabhängigen Auslasskanäle 26 gesammelt sind, und ein Abgasrohr 28, das sich von dem Sammelabschnitt 27 hin stromabwärts erstreckt, auf.
Wie in 3 gezeigt ist die Einlasszuleitung 6 jedes Zylinders 2 in eine erste Zuleitung 6A und eine zweite Zuleitung 6B verzweigt, die jeweils konfiguriert sind, um zwischen dem stromabwärts liegenden Ende des entsprechenden unabhängigen Einlasskanals 32 und dem entsprechenden Brennraum 3 eine Verbindung herzustellen. Die erste Zuleitung 6A weist einen gebogenen Abschnitt 6A1 an einem distalen Ende derselben nahe der Öffnung hin zu dem Brennraum 3 auf. Der gebogene Abschnitt 6A1 ist in einer anderen Richtung als der Richtung hin zur Mitte P des Brennraums 3 gebogen, ist im Einzelnen in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zu einem Liniensegment gebogen, das die Öffnung der ersten Zuleitung 6A hin zu dem Brennraum 3 und die Mitte P des Brennraums 3 verbindet. Die zweite Zuleitung 6B weist dagegen einen gebogenen Abschnitt 6B1 mit im Wesentlichen der gleichen Konfiguration wie der gebogene Abschnitt 6A1 der ersten Zuleitung 6A auf, mit der Ausnahme, dass das distale Ende des gebogenen Abschnitts 6B1 zur Mitte P des Brennraums 3 gerichtet ist.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration bildet durch die erste Zuleitung 6A eingesaugte Ansaugluft eine Strömung von Luft, die um den Außenumfang des Brennraums 3 herumwirbelt, und durch die zweite Zuleitung 6B eingesaugte Ansaugluft bildet eine Strömung von Luft, die in der Nähe der Mitte P des Brennraums 3 wirbelt. Infolge der Ausbildung der Luftströmungen wird in dem gesamten Raum des Brennraums 3 ein Wirbelstrom S1, der gegen den Uhrzeigersinn wirbelt, gebildet.
Der Injektor 4 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff (Kraftstoff, der Leichtöl als Hauptbestandteil enthält) in den Brennraum 3 jedes Zylinders 2 ist an einer Stelle vorgesehen, die jedem Zylinder 2 in dem Zylinderkopf 12 entspricht. Der Injektor 4 jedes Zylinders 2 weist ein erstes Einspritzventil 4A, das an einer hin zur Einlassseite statt der Mitte P des Brennraums 2 versetzten Position angeordnet ist, und ein zweites Einspritzventil 4B, das an einer hin zur Auslassseite statt zur Mitte P des Brennraums 3 versetzten Position angeordnet ist, auf.
Das erste Einspritzventil 4A jedes Zylinders 2 ist mit einem ersten Common-Rail 30 verbunden, das üblicherweise so angeordnet ist, dass es sich in der Zylinderanordnungsrichtung erstreckt. Kraftstoff, der von einer ersten Hochdruckpumpe 32 zuzuführen ist, die ausgelegt ist, um den in einem Kraftstofftank 35 gespeicherten Kraftstoff unter Druck zu setzen und zuzuführen, ist in dem ersten Common-Rail 30 in einem druckbeaufschlagten Zustand gespeichert. Während des Betriebs des Motors wird der in dem ersten Common-Rail 30 gespeicherte Hochdruckkraftstoff von dem ersten Einspritzventil 4A eingespritzt und dem Brennraum 3 jedes Zylinders 2 zugeführt.
Das Kraftstoffzufuhrsystem zu dem zweiten Einspritzventil 4B ist im Wesentlichen das gleiche wie das erste Einspritzventil 4A. Das zweite Einspritzventil 4B jedes Zylinders 2 ist im Einzelnen mit einem zweiten Common-Rail 31 verbunden, das üblicherweise so angeordnet ist, dass es sich in der Zylinderanordnungsrichtung erstreckt. Kraftstoff, der von einer zweiten Hochdruckpumpe 33 zuzuführen ist, die ausgelegt ist, um den in dem Kraftstofftank 35 gespeicherten Kraftstoff unter Druck zu setzen und zuzuführen, ist in dem zweiten Common-Rail 31 in einem druckbeaufschlagten Zustand gespeichert. Während des Betriebs des Motors wird der in dem zweiten Common-Rail 31 gespeicherte Hochdruckkraftstoff von dem zweiten Einspritzventil 4B eingespritzt und dem Brennraum 3 jedes Zylinders 2 zugeführt.
(2) Beispiel einer Injektorkonfiguration
4 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur eines distalen Endes des ersten Einspritzventils 4A und des zweiten Einspritzventils 4B zeigt, und 5 ist eine Seitenansicht des distalen Endes des ersten Einspritzventils 4A und des zweiten Einspritzventils 4B von einer Seite (von einer Seite in der Zylinderanordnungsrichtung) aus gesehen. Wie in 4 und 5 gezeigt weist jedes der ersten und zweiten Einspritzventile 4A und 4B einen rohrförmigen Ventilkörper 41, der innen mit einem Kraftstoffkanal 42 ausgebildet ist, durch den Kraftstoff strömen kann, und ein Nadelventil 43, das so angeordnet ist, dass es sich bezüglich des Kraftstoffkanals 42 des Ventilkörpers 41 vor und zurückbewegt, auf. Ein Aussparungsabschnitt 45, der sich zu einem distalen Ende des Kraftstoffkanals 42 fortsetzt, ist in dem Ventilkörper 41 ausgebildet. In einem distalen Ende des Ventilkörpers 41 sind mehrere Einspritzlöcher 44a bis 44f (in dieser Ausführungsform sechs Einspritzlöcher) ausgebildet, um zwischen dem Aussparungsabschnitt 45 und der distalen Endfläche des Ventilkörpers 41 eine Verbindung herzustellen. Während des Betriebs des Motors wird das Nadelventil 43 durch eine Antriebskraft eines nicht gezeigten Solenoids angetrieben, um sich vor- und zurückzubewegen. Entsprechend der vorstehenden Konfiguration wird eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffkanal 42 und dem Aussparungsabschnitt 45 abgesperrt oder der Absperrzustand wird aufgehoben, wenn das Nadelventil 43 vorbewegt oder zurückbewegt wird. Während eines Zeitraums, in dem das Nadelventil 43 zurückgezogen wird (während eines Zeitraums, da der Kraftstoffkanal 42 und der Aussparungsabschnitt 45 miteinander in Verbindung stehen), wird Kraftstoff durch die Einspritzlöcher 44a bis 44b eingespritzt. 4 zeigt einen Querschnitt eines Zustands, in dem das Nadelventil 43 zurückbewegt ist (mit anderen Worten eines Zustands, in dem Kraftstoff eingespritzt wird).
Alle sechs Einspritzlöcher 44a bis 44f sind in einem der vier Bereiche angeordnet, die durch Vierteln der distalen Endfläche des im Wesentlichen halbkreisförmigen Ventilkörpers 41 erhalten werden. Im Einzelnen sind in der Ausführungsform die sechs Einspritzlöcher 44a bis 44f in zwei Reihen zu drei Spalten angeordnet. In diesem Beispiel sind die Einspritzlöcher 44a, 44c und 44e in dieser Reihenfolge von einer Seite in einer Umfangsrichtung des Ventilkörpers 41 in der oberen Reihe ausgebildet, und die Einspritzlöcher 44b, 44d und 44f sind in dieser Reihenfolge von der einen Seite in der Umfangsrichtung des Ventilkörpers 41 in der unteren Reihe ausgebildet. Die Einspritzlöcher 44a und 44b sind an der gleichen Position in der Umfangsrichtung ausgerichtet, und die Einspritzlöcher 44c und 44d sind an der gleichen Position in der Umfangsrichtung ausgerichtet, und die Einspritzlöcher 44e und 44f sind an der gleichen Position in der Umfangsrichtung ausgerichtet.
Im Folgenden wird eine Positionsbeziehung zwischen dem ersten Einspritzventil 4A und dem zweiten Einspritzventil 4B in jedem Zylinder 2 unter Bezugnahme auf die schematischen Diagramme von 6 und 7 beschrieben. 6 ist eine Draufsicht auf das erste und zweite Einspritzventil 4A und 4B eines der Zylinder 2 von der Deckenseite des Brennraums 3 gesehen. 7 ist eine Seitenansicht des Brennraums 3 in einem Zustand, in dem der Kolben 13 des Zylinders 2 zur oberen Totpunktposition der Verdichtung bewegt ist. Unter Bezugnahme auf 6 ist der Umfang des Vertiefungsabschnitts 13a, der in der oberen Fläche des Kolbens 13 ausgebildet ist, mit anderen Worten die Grenze zwischen dem Vertiefungsabschnitt 13a und dem Quetschabschnitt 13b, der den Vertiefungsabschnitt 13a umgibt, durch die Zweipunkt-Strich-Linie angedeutet. Unter Bezugnahme auf 7 ist der Radius des Umfangs des Vertiefungsabschnitts 13a durch das Zeichen ”Rc” angedeutet.
Wie in 6 und 7 gezeigt, ist das distale Ende des ersten Einspritzventils 4A an einer Position an dem Deckenabschnitt (der unteren Wand des Zylinderkopfs 12) des Brennraums 3 angeordnet, die um den Radius Rc des Vertiefungsabschnitts 13a hin zur Einlassseite statt der Mitte P des Brennraums versetzt ist. Die Mitte des distalen Endes des ersten Einspritzventils 4A ist mit anderen Worten auf eine Position gesetzt, die einem Punkt zugewandt ist, der am Nächsten zur Einlassseite am Umfang des Vertiefungsabschnitts 13a ist.
Das distale Ende des zweiten Einspritzventils 4B ist dagegen an einer Position angeordnet, die in Draufsicht durch Drehen des ersten Einspritzventils 4A um 180° um die Mitte P des Brennraums 3 von der Deckenseite des Brennraums 3 gesehen erhalten wird, d. h. an einer Position, die zu dem ersten Einspritzventil 4A bezüglich der Mitte P des Brennraums 3 symmetrisch ist. Die Mitte des distalen Endes des zweiten Einspritzventils 4B ist mit anderen Worten auf eine Position gesetzt, die einem Punkt zugewandt ist, der am Nächsten zur Auslassseite am Umfang des Vertiefungsabschnitts 13a ist.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 stellen Pfeile a1 bis a6, die sich von dem ersten Einspritzventil 4A erstrecken, jeweils Kraftstoffstrahlen dar, die durch die sechs Einspritzlöcher 44a bis 44f eingespritzt werden (siehe 4 und 5), die in dem distalen Ende des ersten Einspritzventils 4A ausgebildet sind, im Einzelnen die Mittellinien von Kraftstoffstrahlen. Analog stellen Pfeile b1 bis b6, die sich von dem zweiten Einspritzventil 4B erstrecken, jeweils Kraftstoffstrahlen dar, die durch die sechs Einspritzlöcher 44a bis 44f eingespritzt werden, die in dem distalen Ende des zweiten Einspritzventils 4B ausgebildet sind, im Einzelnen die Mittellinien von Kraftstoffstrahlen.
Im Einzelnen ist bezüglich des ersten Einspritzventils 4A ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44a durch a1 dargestellt, ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44b ist durch a2 dargestellt, ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44c ist durch a3 dargestellt, ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44d ist durch a4 dargestellt, ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44e ist durch a5 dargestellt und ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44f ist durch a6 dargestellt. In der Draufsicht von 6 scheinen sich Kraftstoffstrahlen durch die Einspritzlöcher, die an der gleichen Position in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind, zu überlagern. Demgemäß sind die Gruppe von a1 und a2, die Gruppe von a3 und a4 und die Gruppe von a5 und a6 so angedeutet, dass sie einander überlagern. In der Seitenansicht von 7 scheinen sich ferner Kraftstoffstrahlen durch die Einspritzlöcher, die an der gleichen Position in der Auf- und Abwärtsrichtung ausgerichtet sind, zu überlagern. Demgemäß sind die Gruppe von a1, a3 und a5 und die Gruppe von a2, a4 und a6 so angedeutet, dass sie sich überlagern.
Ferner ist bezüglich des zweiten Einspritzventils 4B ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44a durch b1 dargestellt, ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44b ist durch b2 dargestellt, ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44c ist durch b3 dargestellt, ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44d ist durch b4 dargestellt, ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44e ist durch b5 dargestellt und ein Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch 44f ist durch b6 dargestellt. In der Draufsicht von 6 scheinen sich Kraftstoffstrahlen durch die Einspritzlöcher, die an der gleichen Position in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind, zu überlagern. Demgemäß sind die Gruppe von b1 und b2, die Gruppe von b3 und b4 und die Gruppe von b5 und b6 so angedeutet, dass sie einander überlagern. In der Seitenansicht von 7 scheinen sich ferner Kraftstoffstrahlen durch die Einspritzlöcher, die an der gleichen Position in der Auf- und Abwärtsrichtung ausgerichtet sind, zu überlagern. Demgemäß sind die Gruppe von b1, b3 und b5 und die Gruppe von b2, b4 und b6 so angedeutet, die sie einander überlagern.
Unter Bezugnahme auf 6 sei angenommen, dass eine durch die Mitte des ersten Einspritzventils 4A und die Mitte des zweiten Einspritzventils 4B tretende Linie eine Symmetrielinie SL ist. Ferner sei angenommen, dass einer von zwei Bereichen, die durch Zweiteilen eines ebenen Bereichs des Brennraums 3 entlang der Symmetrielinie SL erhalten werden, ein erster Bereich D1 ist und der andere der zwei Bereiche ein zweiter Bereich D2 ist.
Das erste Einspritzventil 4A spritzt Kraftstoff durch die sechs Einspritzlöcher 44a bis 44f, die in dem distalen Ende des ersten Einspritzventils 4A ausgebildet sind, in einer radialen Weise hin zum ersten Bereich D1 ein. Das zweite Einspritzventil 4B spritzt dagegen Kraftstoff durch die sechs Einspritzlöcher 44a bis 44f, die in dem distalen Ende des zweiten Einspritzventils 4B ausgebildet sind, in einer radialen Weise hin zum zweiten Bereich D2 ein. Durch den vorstehenden Betrieb sind die Kraftstoffstrahlen a1 bis a6, die von dem ersten Einspritzventil 4A einzuspritzen sind, und die Kraftstoffstrahlen b1 bis b6, die von dem zweiten Einspritzventil 4B einzuspritzen sind, ausgelegt, um sich in zueinander versetzten Richtungen zu erstrecken, so dass sich die Kraftstoffstrahlen während der Einspritzung nicht schneiden.
Wie ferner in 6 und 7 gezeigt ist, sind die ersten und zweiten Einspritzventile 4A und 4B so angeordnet, dass sie in Draufsicht Kraftstoff von einer radial inneren Position (von der Mittenseite des Brennraums 3) statt dem Umfang des Vertiefungsabschnitts 13a einspritzen. Im Einzelnen sind alle Einspritzlöcher 44a bis 44f in dem ersten Einspritzventil 4A als Ausgänge für die Kraftstoffstrahlen a1 bis a6 und alle Einspritzlöcher 44a bis 44f in dem zweiten Einspritzventil 4B als Ausgänge der Kraftstoffstrahlen b1 bis b6 an radial inneren Positionen statt dem Umfang des Vertiefungsabschnitts 13a geöffnet. Demgemäß wird jeder der Kraftstoffstrahlen (a1 bis a6 und b1 bis b6) von den ersten und zweiten Einspritzventilen 4A und 4B hin zum Innenraum des Vertiefungsabschnitts 13a eingespritzt, ohne mit dem Quetschabschnitt 13b des Kolbens 13 zu kollidieren.
Der Kraftstoffstrahl, der von den sechs Kraftstoffstrahlen a1 bis a6, die von dem ersten Einspritzventil 4A einzuspritzen sind, am nächsten zur Symmetrielinie SL ist, sind die Kraftstoffstrahlen a1 und a2 durch die Einspritzlöcher 44a und 44b. Unter der Annahme, dass der Winkel (Kraftstoffstrahlwinkel), der durch die Mittellinie des Kraftstoffstrahls a1 (a2) und die Symmetrielinie SL festgelegt ist, r1 ist, ist der Kraftstoffstrahlwinkel r1 so festgelegt, dass er nicht kleiner als 7°, aber nicht größer als 15° ist.
Der Kraftstoffstrahl, der von den sechs Kraftstoffstrahlen a1 bis a6, die von dem ersten Einspritzventil 4A einzuspritzen sind, am zweitnächsten zur Symmetrielinie SL ist, sind die Kraftstoffstrahlen a3 und a4 durch die Einspritzlöcher 44c und 44d. Weiterhin ist der Kraftstoffstrahl, der am weitesten von der Symmetrielinie SL ist, die Kraftstoffstrahlen a5 und a6 durch die Einspritzlöcher 44e und 44f. Unter der Annahme, dass das Mittel dieser Kraftstoffstrahlwinkel, im Einzelnen der mittlere Kraftstoffstrahlwinkel, der durch Mitteln des Winkels, der durch die Mittellinie des Kraftstoffstrahls a3 (a4) und die Symmetrielinie SL festgelegt wird; und des Winkels, der durch die Mittellinie des Kraftstoffstrahls a5 (a6) und die Symmetrielinie SL festgelegt wird, erhalten wird, r2 ist, wird der mittlere Kraftstoffstrahlwinkel r2 auf 45 ± 10° festgelegt.
Das Gleiche gilt für das zweite Einspritzventil 4B. Der Kraftstoffstrahl, der von den sechs Kraftstoffstrahlen b1 bis b6, die von dem zweiten Einspritzventil 4B einzuspritzen sind, am nächsten zur Symmetrielinie SL ist, sind die Kraftstoffstrahlen b1 und b2 durch die Einspritzlöcher 44a und 44b. Der durch die Mittellinie des Kraftstoffstrahls b1 (b2) und die Symmetrielinie SL festgelegte Winkel wird also auf r1 gesetzt (wobei r1 nicht kleiner als 7°, aber nicht größer als 15° ist), ebenso wie der Kraftstoffstrahlwinkel des Kraftstoffstrahls a1 (a2).
Der Kraftstoffstrahl, der von den sechs Kraftstoffstrahlen b1 bis b6, die von dem zweiten Einspritzventil 4B einzuspritzen sind, am zweitnächsten zur Symmetrielinie SL ist, sind ferner die Kraftstoffstrahlen b3 und b4 durch die Einspritzlöcher 44c und 44d. Weiterhin ist der Kraftstoffstrahl, der am weitesten von der Symmetrielinie SL ist, die Kraftstoffstrahlen b5 und b6 durch die Einspritzlöcher 44e und 44f. Das Mittel dieser Kraftstoffstrahlwinkel, im Einzelnen der mittlere Kraftstoffstrahlwinkel r2, der durch Mitteln des Winkels, der durch die Mittellinie des Kraftstoffstrahls b3 (b4) und die Symmetrielinie SL festgelegt ist, und des Winkels, der durch die Mittellinie des Kraftstoffstrahls b5 (b6) und die Symmetrielinie SL festgelegt ist, erhalten wird, wird ebenfalls so festgelegt, dass r2 (= 45 ± 10°), ebenso wie der mittlere Kraftstoffstrahlwinkel der Kraftstoffstrahlen 3 bis a6.
Wie in 6 gezeigt sind die Richtungen der Kraftstoffstrahlen a1 bis a6 von dem ersten Einspritzventil 4A und die Richtungen der Kraftstoffstrahlen b1 bis b6 von dem zweiten Einspritzventil 4B jeweils ausgelegt, um sich entlang des Wirbelstroms S1, der in dem Brennraum 3 auszubilden ist, auszurichten. Im Einzelnen wird unter Bezugnahme auf 6 der Wirbelstrom S1, der in dem Brennraum 3 in Draufsicht gegen den Uhrzeigersinn wirbelt, ausgebildet. Demgemäß darf der Wirbelstrom S1 in dem ersten Bereich D1 des Brennraums 3 nach rechts (von links nach rechts) strömen und darf in dem zweiten Bereich D2 des Brennraums 3 nach links (von rechts nach links) strömen. Die Kraftstoffstrahlen a1 bis a6 von dem ersten Einspritzventil 4A werden dagegen in dem ersten Bereich D1 ebenso wie der Wirbelstrom S1 in dem ersten Bereich D1 nach rechts eingespritzt, und die Kraftstoffstrahlen b1 bis b6 von dem zweiten Einspritzventil 4B werden in dem zweiten Bereich D2 ebenso wie der Wirbelstrom S1 in dem zweiten Bereich D2 nach links eingespritzt.
Wie in 5 gezeigt ist, werden die sechs Einspritzlöcher 44a bis 44f in jedem von erstem und zweitem Einspritzventil 4A und 4B so ausgebildet, dass der Lochdurchmesser abnimmt, wenn der Abstand von der Symmetrielinie SL zu dem entsprechenden Kraftstoffstrahl zunimmt. Im Einzelnen wird der Durchmesser des Einspritzlochs 44c, 44d, das dem Kraftstoffstrahl a3, a4 (oder b3, b4) entspricht, der am zweitnächsten zu der Symmetrielinie SL ist, kleiner als der Durchmesser des Einspritzlochs 44a, 44b, das dem Kraftstoffstrahl a1, a2 (oder b1, b2) entspricht, der am nächsten zu der Symmetrielinie SL ist, festgelegt; und der Durchmesser des Einspritzlochs 44e, 44f, das dem Kraftstoffstrahl a5, a6 (oder b5, b6) entspricht, der am weitesten weg von der Symmetrielinie SL ist, wird kleiner als der Durchmesser des Einspritzlochs 44c, 44d festgelegt.
(3) Vorteilhafte Wirkungen etc.
Wie vorstehend beschrieben hat bei der Ausführungsform der Dieselmotor, der ausgelegt ist, um Kraftstoff durch Einspritzen des Kraftstoffs von dem Injektor 4 in den zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 12 ausgebildeten Brennraum 3 diffusiv zu verbrennen, die folgende Konfiguration.
Der Injektor 4 weist in der Draufsicht von der Deckenseite (von der Seite des Zylinderkopfs 12) des Brennraums 3 gesehen das erste Einspritzventil 4A, das in dem Umfang des Brennraums 3 vorgesehen ist, und das zweite Einspritzventil 4B, das bezüglich der Mitte P des Brennraums 3 an einer Position symmetrisch zu dem ersten Einspritzventil 4B vorgesehen ist, auf. Unter der Annahme, dass eine durch das erste Einspritzventil 4A und das zweite Einspritzventil 4B verlaufende gerade Linie eine Symmetrielinie SL ist, einer von zwei Bereichen, die durch Zweiteilen des ebenen Bereichs des Brennraums 3 entlang der Symmetrielinie SL erhalten werden, der erste Bereich D1 ist und der andere der zwei Bereiche der zweite Bereich D2 ist, spritzt das erste Einspritzventil 4A Kraftstoff hin zum ersten Bereich D1 ein und spritzt das zweite Einspritzventil 4B Kraftstoff hin zu dem zweiten Bereich D2 ein. Der Vertiefungsabschnitt 13a ist in einem Bereich an der oberen Fläche des Kolbens 13, der den mittleren Teil der oberen Fläche umfasst, ausgebildet und ist hin zur Seite gegenüber dem Zylinderkopf 12 konkav. Die Einspritzlöcher 44a bis 44f, die in jedem von erstem Einspritzventil 4A und zweitem Einspritzventil 4B ausgebildet sind, sind in Draufsicht an radial inneren Positionen statt dem Umfang des Vertiefungsabschnitts 13a ausgebildet.
Die vorstehende Konfiguration ist beim Verbessern der Luftausnutzungsrate im Brennraum 3 vorteilhaft, um dadurch die Rußmengenerzeugung effektiv zu reduzieren.
Im Einzelnen wird in der Ausführungsform Kraftstoff von dem ersten Einspritzventil 4A und dem zweiten Einspritzventil 4B, die so angeordnet sind, dass sie einander bezüglich der Mitte P des Brennraums zugewandt sind, hin zu den zwei Bereichen (dem ersten Bereich D1 und dem zweiten Bereich D2) eingespritzt, die durch die Symmetrielinie SL geteilt sind, die das erste und zweite Einspritzventil 4A und 4B verbindet. Im Gegensatz zu einem allgemeinen Dieselmotor, der ausgelegt ist, um Kraftstoff in einer radialen Weise von einem einzigen Einspritzventil, das an der Mitte P des Brennraums 3 angeordnet ist, hin zum Umfang des Brennraums 3 einzuspritzen, macht es die vorstehende Konfiguration demgemäß möglich, eine Flugstrecke zu verlängern, die die eingespritzten Kraftstoffstrahlen (insbesondere die Kraftstoffstrahlen a1 und a2 und die Kraftstoffstrahlen b1 und b2, die am Nächsten zu der Symmetrielinie SL sind), zurücklegen können, sie kann mit anderen Worten die Strecke vergrößern, die den Ausgang (das Einspritzloch) eines Kraftstoffstrahls und die Wandfläche des Kolbens 13 entlang der Mittellinie des Kraftstoffstrahls verbindet.
Insbesondere ist in der Ausführungsform der Vertiefungsabschnitt 13a, der hin zur Seite gegenüber dem Zylinderkopf 12 konkav ist, in der oberen Fläche des Kolbens 13 ausgebildet, und die Einspritzlöcher 44a bis 44f sind in jedem von erstem und zweitem Einspritzloch 4A und 4B an radial inneren Positionen statt dem Umfang des Vertiefungsabschnitts 13a ausgebildet. Diese Konfiguration macht es möglich, eine Kollision von Kraftstoffstrahlen durch die Einspritzlöcher 44a bis 44f mit der Umfangswandfläche (dem Quetschabschnitt 13b) außerhalb des Vertiefungsabschnitts 13a bei einem sehr kleinen Abstand zu vermeiden. Wie in 7 gezeigt macht es die vorstehende Konfiguration ferner möglich, die durch die Einspritzlöcher 44a bis 44f eingespritzten Kraftstoffstrahlen (a1 bis a6 und b1 bis b6) entlang der Wandfläche des Vertiefungsabschnitts 13a fliegen zu lassen. Dies macht es möglich, die Flugstrecke von Kraftstoffstrahlen zu verlängern.
Wie vorstehend beschrieben macht es das Sichern einer langen Flugstrecke der Kraftstoffstrahlen (a1 bis a6 und b1 bis b6) von dem ersten und dem zweiten Einspritzventil 4A und 4B möglich, den Kraftstoff während des Flugs der Kraftstoffstrahlen ausreichend zu zerstäuben und dadurch die Eindringtiefe der Kraftstoffstrahlen zu mindern. Demgemäß ist es möglich zu vermeiden, dass eine heftige Kollision von Kraftstoffstrahlen mit der Wandfläche des Kolbens 13 zu einer ungleichmäßigen Kraftstoffverteilung führt. Infolge des vorstehenden Betriebs wird die Luftausnutzungsrate in dem Brennraum 3 verbessert. Dies ist beim Unterbinden von Verbrennung in einer sauerstoffmageren Umgebung vorteilhaft, um dadurch die Rußerzeugungsmenge effektiv zu reduzieren.
Ferner sind das erste und das zweite Einspritzventil 4A und 4B an zwei Positionen angeordnet, die einander an dem Umfang des Brennraums 3 zugewandt sind. Dies macht es möglich, von den verschiedenen Positionen Kraftstoff einer gewünschten Menge in verteilter Weise einzuspritzen und Luft um die Einspritzlöcher in dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B durch den Wirbelstrom S1, der in dem Brennraum 3 herumwirbelt, konstant zuzuführen. Demgemäß wird ein Luftmangelzustand in der anfänglichen Phase der Verbrennung, in der der Kraftstoff von dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B gerade erstmals eingespritzt wurde, eliminiert und Kraftstoff und Luft werden ausreichend gemischt. Auf diese Weise wird eine ausreichende Luftmenge sichergestellt, selbst in einer anfänglichen Phase der Verbrennung, wenn das Eintreten eines Luftmangelzustands wahrscheinlich ist. Somit ist es möglich, eine Verbrennung mit weniger Rußerzeugung und verbesserter Emissionsleistung zu erreichen.
Ferner ist ein Mindern der Eindringtiefe von Kraftstoffstrahlen und ein Verbessern der Luftausnutzungsrate wie vorstehend beschrieben beim Reduzieren des Kühlverlusts eines Motors und beim Verbessern des Wärmewirkungsgrads vorteilhaft.
Kühlverlust wird durch Absorption von Wärmeenergie durch Verbrennung durch die Wandfläche des Brennraums 3 erzeugt. Durch eine Wandfläche absorbierte Wärmeenergie hängt hauptsächlich von drei Faktoren ab: (i) dem Flächeninhalt eines Wärmeübertragungsabschnitts, der ein Kontaktteil zwischen einer Wandfläche und Flamme ist, (ii) der Strömungsgeschwindigkeit an einem Wärmeübertragungsabschnitt und (iii) der Flammentemperatur. Wenn (i) der Flächeninhalt eines Wärmeübertragungsabschnitts zunimmt, steigt der Kühlverlust, wenn (ii) die Strömungsgeschwindigkeit an einem Wärmeübertragungsabschnitt steigt, steigt der Kühlverlust, und wenn (iii) die Flammentemperatur steigt, steigt der Kühlverlust.
In der Ausführungsform ist die Eindringtiefe andererseits gemindert, da eine lange Flugstrecke der Kraftstoffstrahlen gesichert ist. Dies vermeidet ein Ausbreiten einer Flamme an einem vorderen Ende eines Kraftstoffstrahls entlang der Wandfläche des Kolbens 13, und dadurch ist der Flächeninhalt des Wärmeübertragungsabschnitts verringert und die Strömungsgeschwindigkeit an dem Wärmeübertragungsabschnitt vermindert. Da eine relativ magere Verbrennung mit einer hohen Luftausnutzungsrate implementiert wird, wird zusätzlich zu Vorstehendem die Flammentemperatur gesenkt. Wie vorstehend beschrieben werden alle Faktoren (i) bis (iii) in einer Richtung des Reduzierens des Kühlverlusts geändert. Infolge der synergetischen Wirkung dieser Faktoren wird der Wärmewirkungsgrad verstärkt und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 8 und 9 näher der Mechanismus beschrieben, wie das Einspritzventilanordnungsverfahren der Ausführungsform beim Hemmen der Rußerzeugungsmenge vorteilhaft ist.
8 ist ein Graph, der ein Massenverhältnis eines überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches (in dieser Ausführungsform ein Gemisch, dessen Äquivalenzverhältnis ϕ 2 übersteigt), das in dem Brennraum 3 gebildet wird, in dem Fall, da Kraftstoff bei einem vorbestimmten Einspritzmuster eingespritzt wird, zeigt. Unter Bezugnahme auf 8 stellt die Wellenform V1 fetter durchgehender Linie ein Verhältnis eines überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Fall dar, da die Einspritzventile wie in der Ausführungsform beschrieben angeordnet sind (mit anderen Worten in dem Fall, da das erste und zweite Einspritzventil 4A und 4B so angeordnet sind, dass sie einander bezüglich der Mitte P des Brennraums 3 zugewandt sind, nachstehend wird diese Konfiguration als Seiteneinspritzverfahren bezeichnet). Die Wellenform V2 dünner durchgehender Linie stellt ein Verhältnis eines überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Fall dar, in dem ein einziges Einspritzventil in der Mitte P des Brennraums 3 angeordnet ist (nachstehend wird diese Konfiguration als Mitteneinspritzverfahren bezeichnet). In dem Fall des Mitteneinspritzverfahrens wird Kraftstoff in radialer Weise von einem einzigen Einspritzventil mit zwölf Einspritzlöchern hin zu dem Umfang des Brennraums 3 eingespritzt, deren Anzahl in der Ausführungsform gleich der Summe der Anzahl der Einspritzlöcher in dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B ist. Das Einspritzmuster ist ferner bei dem Seiteneinspritzverfahren und dem Mitteneinspritzverfahren das gleiche. In dem Beispiel des in 8 gezeigten Graphen werden zwei Voreinspritzungen Fp1 und Fp2 durchgeführt, bevor der Kolben die obere Totpunktposition der Verdichtung (die OT-Position an der horizontalen Achse) erreicht, eine Haupteinspritzung Fm wird unmittelbar nach Erreichen der oberen Totpunktposition der Verdichtung durch den Kolben durchgeführt und dann wird nach der Haupteinspritzung Fm eine Nacheinspritzung Fa durchgeführt.
Wie in 8 gezeigt, ist es offensichtlich, dass das mittlere Massenverhältnis eines überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Fall, in dem das Seiteneinspritzverfahren des Einspritzens von Kraftstoff von dem ersten und dem zweiten Einspritzventil 4A und 4B, die einander bezüglich der Mitte P des Brennraums 3 zugewandt sind, durchgeführt wird, kleiner als in dem Fall ist, bei dem das Mitteneinspritzverfahren des Einspritzens von Kraftstoff von einem einzigen Einspritzventil, das in der Mitte P des Brennraums 3 angeordnet ist, durchgeführt wird. Insbesondere bezüglich des überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches, das unmittelbar nach der Haupteinspritzung Fm gebildet wird, deren Kraftstoffeinspritzmenge am größten ist, ist der Spitzenwert des Massenverhältnisses des überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches kleiner und die Zerfallsrate des überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches nach Erreichen der Spitze des Massenverhältnisses ist in dem Fall, da das Seiteneinspritzverfahren durchgeführt wird, schneller als in dem Fall, da das Mitteneinspritzverfahren durchgeführt wird. Bezüglich des unmittelbar nach der Nacheinspritzung Fa ausgebildeten überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches ist ferner, auch wenn der Spitzenwert des Massenverhältnisses des überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Fall, in dem das Seiteneinspritzverfahren durchgeführt wird, etwas höher ist, die Zerfallsrate danach in dem Fall, da das Seiteneinspritzverfahren durchgeführt wird, schneller. Somit ist das mittlere Massenverhältnis eines überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Fall, da das Seiteneinspritzverfahren durchgeführt wird, kleiner als in dem Fall, da das Mitteneinspritzverfahren durchgeführt wird.
9 ist ein Graph, der einen Vergleich zwischen dem Seiteneinspritzverfahren und dem Mitteneinspritzverfahren bezüglich der Menge des Rußes zeigt, der beim Verbrennen von Kraftstoff erzeugt wird, der mit dem in 8 gezeigten Einspritzmuster eingespritzt wird. Die Wellenform W1 der fetten durchgehenden Linie stellt eine Rußerzeugungsmenge in dem Fall dar, da das Seiteneinspritzverfahren durchgeführt wird, und die Wellenform W2 der dünnen durchgehenden Linie stellt eine Rußerzeugungsmenge in dem Fall dar, da das Mitteneinspritzverfahren durchgeführt wird. Wie in 9 gezeigt ist es offensichtlich, dass die Rußerzeugungsmenge in dem gesamten Zeitraum nach Erreichen der oberen Totpunktposition (OT) der Verdichtung durch den Kolben 13 in dem Fall, da das Seiteneinspritzverfahren durchgeführt wird, kleiner als in dem Fall ist, da das Mitteneinspritzverfahren durchgeführt wird. Dies liegt daran, dass, wie in 8 gezeigt, das Implementieren des Seiteneinspritzverfahrens beim Senken des Gesamtmassenverhältnisses eines überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches (eines Gemisches, dessen Äquivalenzverhältnis ϕ 2 übersteigt) vorteilhaft ist. Bei Berücksichtigen der Tatsache, dass in einem Bereich hoher Kraftstoffkonzentration (wo Luft mager ist) das Erzeugen von Ruß wahrscheinlich ist, wird die Rußerzeugungsmenge im Einzelnen durch Nutzen des Seiteneinspritzverfahrens gehemmt, da das Seiteneinspritzverfahren das Massenverhältnis eines überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches hemmen kann.
Wie unter Bezugnahme auf 5 etc. beschrieben werden in der Ausführungsform die Einspritzlöcher 44a bis 44f in dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B so ausgebildet, dass sie einen kleineren Lochdurchmesser haben, wenn der Abstand von der Symmetrielinie SL zu dem entsprechenden Kraftstoffstrahl zunimmt. Im Einzelnen ist der Lochdurchmesser in der Reihenfolge der Einspritzlöcher 44a und 44b, die den Kraftstoffstrahlen a1 und a2 (oder b1 und b2) entsprechen, die am nächsten zu der Symmetrielinie SL sind, der Einspritzlöcher 44c und 44d, die den Kraftstoffstrahlen a3 und a4 (oder b3 und b4) entsprechen, die am zweitnächsten zu der Symmetrielinie SL sind, und der Einspritzlöcher 44e und 44f, die den Kraftstoffstrahlen a5 und a6 entsprechen, die am weitesten weg von der Symmetrielinie SL sind, kleiner festgelegt (44a = 44b > 44c = 44d > 44e = 44f). Entsprechend der vorstehenden Konfiguration wird, wenn der Abstand (die Flugstrecke) zwischen dem Austreten des Kraftstoffstrahls und der Wandfläche des Kolbens 13 verkürzt ist, das Einspritzloch als Austritt des Kraftstoffstrahls kleiner ausgebildet, um dadurch die Eindringtiefe zu mindern. Die vorstehende Konfiguration macht es somit möglich, eine heftige Kollision aller Kraftstoffstrahlen mit der Wandfläche des Kolbens 13 zu vermeiden, und macht es möglich, die Kraftstoffverteilung gleichmäßig zu machen. Dies ist beim Reduzieren der Rußerzeugungsmenge vorteilhaft.
Im Einzelnen hat der Kraftstoffstrahl (a1, a2, b1 und b2), der am nächsten zu der Symmetrielinie SL ist, die längste Flugstrecke, d. h. eine längste Strecke zwischen dem Austreten (den Einspritzlöchern 44a und 44b) eines Kraftstoffstrahls und der Wandfläche des Kolbens 13 entlang der Mittellinie des Kraftstoffstrahls. Dies macht es möglich, die Eindringtiefe während des Flugs der Kraftstoffstrahlen ausreichend zu mindern. Selbst wenn die Einspritzlöcher 44a und 44b, die den Kraftstoffstrahlen entsprechen, einen großen Durchmesser haben (selbst wenn mit anderen Worten die Einspritzmenge durch die Einspritzlöcher 44a und 44b groß ist), ist es demgemäß möglich, eine heftige Kollision von Kraftstoffstrahlen mit dem Kolben 13 zu vermeiden.
Auch wenn andererseits die Flugstrecke der Kraftstoffstrahlen (a5, a6, b5 und b6), die am weitesten weg von der Symmetrielinie SL sind, kurz ist, haben die Einspritzlöcher 44e und 44f, die den Kraftstoffstrahlen entsprechen, einen kleinen Durchmesser (die Einspritzmenge durch die Einspritzlöcher 44e und 44f ist mit anderen Worten klein). Demgemäß ist die inhärente Eindringtiefe schwach und es ist auch möglich, eine Kollision von Kraftstoffstrahlen mit dem Kolben 13 zu vermeiden.
Wie vorstehend beschrieben macht es die Konfiguration der Ausführungsform möglich, die Eindringtiefe der mittenseitigen Kraftstoffstrahlen (a1, a2, b1 und b2) während des Einspritzens ausreichend zu mindern, während ein Einspritzen einer großen Menge Kraftstoff durch die mittenseitigen Kraftstoffstrahlen gesichert wird. Demgemäß kann die inhärente Eindringtiefe der außenseitigen Kraftstoffstrahlen (insbesondere a5, a6, b5 und b6) durch Reduzieren der Einspritzmenge der außenseitigen Kraftstoffstrahlen gemindert werden. Infolge des vorstehenden Betriebs ist es möglich, eine Kollision aller Kraftstoffstrahlen mit dem Kolben 13 ausreichend zu unterbinden.
10 ist ein Graph, der einen Vergleich zwischen einer Rußerzeugungsmenge (durch die Wellenform Y durchgehender Linie angedeutet) in dem Fall, da die Einspritzlochdurchmesser wie vorstehend beschrieben zueinander unterschiedlich ausgelegt sind, und einer Rußerzeugungsmenge (durch die Wellenform Y2 gestrichelter Linie angedeutet) in dem Fall, da die Einspritzlochdurchmesser gleich ausgelegt werden, zeigt. In dem letzteren Fall werden die Lochdurchmesser aller Einspritzlöcher auf etwa 0,1 mm festgelegt. In dem ersten Fall werden Lochdurchmesser von drei Größen festgelegt, d. h. der Lochdurchmesser von etwa 0,1 mm, der Lochdurchmesser einer Größe, die um etwa 22% größer als die Größe des vorstehend erwähnten Lochdurchmessers ist, und der Lochdurchmesser einer Größe, die um etwa 30% kleiner als die Größe des vorstehend erwähnten Lochdurchmessers ist. Wie aus 10 offensichtlich ist, wird in dem Fall, da der Lochdurchmesser kleiner festgelegt wird, wenn der Kraftstoffstrahl weiter weg von der Symmetrielinie SL ist, die Rußerzeugungsmenge verglichen mit einem Fall, da die Lochdurchmesser untereinander gleich gehalten werden, reduziert. Dies liegt daran, dass der erstere Fall, bei dem die Lochdurchmesser untereinander unterschiedlich ausgelegt werden, beim effektiven Unterbinden einer Kollision von Kraftstoffstrahlen mit dem Kolben 13, wodurch die Luftausnutzungsrate verbessert wird, vorteilhaft ist.
10 ist ein Graph, der einen Vergleich zwischen einem Kühlverlust (durch die Wellenform Z1 durchgehender Linie angedeutet) in dem Fall, da die Einspritzlochdurchmesser wie vorstehend beschrieben untereinander unterschiedlich ausgelegt sind, und eines Kühlverlusts (durch die Wellenform Z2 gestrichelter Linie angedeutet) in dem Fall, da die Einspritzlochdurchmesser untereinander gleich ausgelegt werden, zeigt. Die vertikale Achse in dem Graphen von 11 bezeichnet einen integrierten Wert eines Wärmeverlusts in einem Brennraum. Wenn der integrierte Wert an der vertikalen Achse verringert ist, ist der Kühlverlust erhöht. Wie aus 11 offensichtlich ist, wird in dem Fall, da der Lochdurchmesser kleiner festgelegt wird, wenn der Kraftstoffstrahl weiter weg von der Symmetrielinie SL ist, der Kühlverlust verglichen mit einem Fall, da die Lochdurchmesser untereinander gleich gehalten werden, reduziert. Dies liegt daran, dass der erste Fall des untereinander unterschiedlichen Auslegens der Lochdurchmesser bezüglich eines vorteilhaften Unterdrückens einer Kollision von Kraftstoffstrahlen mit der Wandfläche vorteilhaft ist. Infolge des vorstehenden Betriebs ist es möglich, den Flächeninhalt eines Wärmeübertragungsabschnitts zu reduzieren und die Fluidgeschwindigkeit an dem Wärmeübertragungsabschnitt zu reduzieren, und weiterhin ist es möglich, die Luftausnutzungsrate zu verbessern, wodurch die Flammentemperatur gesenkt wird.
Wie in 2 und 7 gezeigt wird in der Ausführungsform der Quetschabschnitt 13b, der aus einer kranzförmigen flachen Fläche gebildet ist, an dem Außenumfang des Kolbens 13 an einer radial äußeren Stelle statt dem Vertiefungsabschnitt 13a gebildet. Gemäß der vorstehenden Konfiguration ist es bei Bewegen des Kolbens 13 nach oben nahe der oberen Totpunkposition der Verdichtung möglich, einen Quetschstrahl S2 (siehe 7) zu bilden, wobei er von der Außenumfangsseite des Brennraums 3 hin zur Mitte des Brennraums 3 gerichtet wird. Der Quetschstrahl S2 dient dazu, den Wirbelstrom S1, der in dem Brennraum 3 herumwirbelt, hin zur Mitte des Brennraums 3 zu schieben. Dies ist beim Verstärken des Wirbelstroms S1 weiter vorteilhaft. Ferner dient der Quetschstrom S2 dazu, die Kraftstoffstrahlen zurückzudrücken, die von dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B eingespritzt wurden und der Wandfläche des Kolbens 13 nahe kommen können (dem Umfang des Vertiefungsabschnitts 13a). Dies ermöglicht es, eine Kollision von Kraftstoffstrahlen mit der Wandfläche des Kolbens 13 zu unterbinden. Somit fördert die synergetische Wirkung des Wirbelstroms S1 und des Quetschstroms S2 ein Mischen von Kraftstoff und Luft, um dadurch die Luftausnutzungsrate weiter zu verbessern.
Insbesondere wird in der Ausführungsform der mittlere Kraftstoffstrahlwinkel r2 der verbleibenden Kraftstoffstrahlgruppe (a3 bis a6 und b2 bis b6) abgesehen von den Kraftstoffstrahlen (a1, a2, b1 und b2), die am nächsten zu der Symmetrielinie SL sind, aus den Kraftstoffstrahlen von dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B bezüglich der Symmetrielinie SL auf 45 ± 10° gesetzt. Die vorstehende Konfiguration ist ferner beim Verstärken des Wirbelstroms S1, der in dem Brennraum 3 herumwirbelt, und beim Fördern des Mischens von Kraftstoff und Luft vorteilhaft.
Im Einzelnen enthält die verbleibende Kraftstoffstrahlgruppe (a3 bis a6 und b3 bis b6), die von dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B einzuspritzen ist, in einer Richtung orthogonal zur Symmetrielinie SL eine große Menge an tangentialen Vektorkomponenten. Demgemäß dient die verbleibende Kraftstoffstrahlgruppe zum Verstärken des Wirbelstroms S1, der in dem Brennraum 3 herumwirbelt. Eine übermäßige Abnahme des Winkels (Kraftstoffstrahlwinkels) der verbleibenden Kraftstoffstrahlgruppe reduziert aber den Betrag der tangentialen Vektorkomponenten, was es erschweren kann, eine ausreichende Wirkung des Verstärkens des Wirbelstroms S1 zu erhalten. Eine übermäßige Zunahme des Kraftstoffstrahlwinkels kann dagegen die Flugstrecke ab Austreten eines Kraftstoffstrahls (die Einspritzlöcher 44c bis 44f) zu der Wandfläche des Kolbens 13 verkürzen. Dies kann ein heftige Kollision von Kraftstoffstrahlen mit dem Kolben 13 bewirken. In dem Fall, da der mittlere Wert (mittlerer Kraftstoffspritzwinkel) r2 der Winkel der verbleibenden Kraftstoffspritzgruppe dagegen auf 45 ± 10° gesetzt ist, ist es möglich, den Wirbelstrom S1 ausreichend zu verstärken, während eine Kollision von Kraftstoffstrahlen mit dem Kolben 13 wie vorstehend beschrieben vermieden wird. Die vorstehende Konfiguration ist somit beim Verbessern der Luftausnutzungsrate vorteilhaft.
12 ist ein Graph, der einen Vergleich zwischen dem Seiteneinspritzverfahren und dem Mitteneinspritzverfahren bezüglich der Stärke des in dem Brennraum 3 auszubildenden Wirbelstroms S1 (genauer gesagt eines Wirbelverhältnisses, das ein Verhältnis der Winkelgeschwindigkeit eines Wirbelstroms bezüglich der Winkelgeschwindigkeit einer Kurbelwelle ist) zeigt. Die Wellenform X1 der fetten durchgehenden Linie stellt ein Wirbelverhältnis in dem Fall dar, da das Seiteneinspritzverfahren durchgeführt wird, und die Wellenform X2 der dünnen durchgehenden Linie stellt ein Wirbelverhältnis in dem Fall dar, da das Mitteneinspritzverfahren durchgeführt wird. Unter Bezugnahme auf 12 wird in dem Fall, da das Seiteneinspritzverfahren durchgeführt wird, der mittlere Kraftstoffspritzwinkel r2 auf 45° gesetzt. Im Einzelnen wird der Kraftstoffstrahlwinkel der Kraftstoffstrahlen a3, a4, b3 und b4 auf 35° gesetzt und der Kraftstoffstrahlwinkel der Kraftstoffstrahlen a5, a6, b5 und b6 wird auf 55° gesetzt.
Wie in 12 gezeigt, ist es offensichtlich, dass das Wirbelverhältnis in dem Fall, in dem das Seiteneinspritzverfahren des Einspritzens von Kraftstoff von dem ersten und dem zweiten Einspritzventil 4A und 4B, die einander bezüglich der Mitte P des Brennraums 3 zugewandt sind, durchgeführt wird, merklich größer als verglichen mit dem Fall ist, bei dem das Mitteneinspritzverfahren des Einspritzens von Kraftstoff in radialer Weise von der Mitte P des Brennraums 3 durchgeführt wird. Dies liegt daran, dass wie vorstehend beschrieben der Wirbelstrom S1 durch den Quetschstrom S2 verstärkt wird und liegt an dem Wirken der Kraftstoffstrahlen a3 bis a6 und b3 bis b6, deren mittlerer Kraftstoffstrahlwinkel r2 45 ± 10° beträgt. Im Gegensatz zu dem Vorstehenden ist das Wirbelverhältnis in dem Fall, da das Mitteneinspritzverfahren durchgeführt wird, nicht erhöht, da bei dem Mitteneinspritzverfahren des Einspritzens von Kraftstoff in radialer Weise von der Mitte P des Brennraums 3 Momente der Kraftstoffstrahlen sich gegenseitig aufheben.
Wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wird in der Ausführungsform der durch die Mittellinie eines Kraftstoffstrahls (a1, a2, b1 und b2), der am nächsten zur Symmetrielinie SL von den Kraftstoffstrahlen ist, die von dem ersten Einspritzventil 4A und dem zweiten Einspritzventil 4B eingespritzt werden, und die Symmetrielinie SL definierte Winkel r1 auf nicht kleiner als 7°, aber nicht größer als 15° festgelegt. Entsprechend der vorstehenden Konfiguration ist es, wie später unter Bezugnahme auf 13 näher beschrieben wird, nicht nur möglich, eine Kraftstoffkonzentration in dem mittleren Teil des Brennraums 3 zu vermeiden, die sich aus einer Kollision zwischen den Kraftstoffstrahlen a1 und a2 von dem ersten Einspritzventil 4A und den Kraftstoffstrahlen b1 und b2 von dem zweiten Einspritzventil 4B ergibt, sondern es ist auch dank eines Involutionsphänomens des Anziehens des anderen (b1, b2 oder a1, a2) der Kraftstoffstrahlen hin zu einem (a1, a2 oder b1, b2) der Kraftstoffstrahlen möglich, die Eindringtiefe jedes der Kraftstoffstrahlen zu mindern. Dies macht es möglich, wie vorstehend beschrieben eine heftige Kollision von Kraftstoffstrahlen mit der Wandfläche des Kolbens 13 sicher zu vermeiden und die Wahrscheinlichkeit eines Ausbildens eines überfetten Luft/Kraftstoff-Gemisches, dessen Kraftstoffkonzentration übermäßig hoch ist, zu reduzieren. Somit ist die vorstehende Konfiguration beim Verbessern der Luftausnutzungsrate vorteilhaft, um dadurch die Rußerzeugungsmenge effektiv zu reduzieren.
13 ist ein Diagramm, das einen Zustand von Kraftstoffstrahlen bei einem Zeitpunkt zeigt, da ein vorbestimmter Zeitraum nach Einspritzung von Kraftstoff bei verschiedenen Winkeln von dem ersten Einspritzventil 4A und dem zweiten Einspritzventil 4B verstrichen ist. Unter Bezugnahme auf 13 wird die Kontur eines Kraftstoffstrahls, dessen Kraftstoffstrahlwinkel (der bezüglich der Symmetrielinie SL festgelegte Winkel) 5° ist, durch die gestrichelte Linie angedeutet, die Kontur eines Kraftstoffstrahls, dessen Kraftstoffstrahlwinkel 7° beträgt, wird durch die fette durchgehende Linie angedeutet, die Kontur eines Kraftstoffstrahls, dessen Kraftstoffstrahlwinkel 15° beträgt, wird durch die strichpunktierte Linie angedeutet, und die Kontur eines Kraftstoffstrahls, dessen Kraftstoffstrahlwinkel 17° beträgt, wird durch die dünne durchgehende Linie angedeutet. Wie aus diesen Liniendiagrammen in 13 offensichtlich ist, kollidieren in dem Fall, da der Kraftstoffstrahlwinkel 5° beträgt (durch die unterbrochene Linie angedeutet), die Kraftstoffstrahlen von dem ersten Einspritzventil 4A und die Kraftstoffstrahlen von dem zweiten Einspritzventil 4B miteinander und verschmelzen miteinander. Dies bedeutet, dass ein großer Kraftstoffbetrag in dem mittleren Teil des Brennraums 3 bleibt und ein Bereich, dessen Kraftstoffkonzentration bemerkenswert hoch ist, wird in dem mittleren Teil des Brennraums 3 gebildet. In dem Fall, da der Kraftstoffstrahlwinkel 17° beträgt (durch die dünne durchgehende Linie angedeutet), erstrecken sich dagegen, auch wenn die Kollision von Kraftstoffstrahlen wie vorstehend beschrieben nicht eintritt, die Kraftstoffstrahlen von dem ersten Einspritzventil 4A und die Kraftstoffstrahlen von dem zweiten Einspritzventil 4B im Wesentlichen linear ohne gegenseitige Beeinträchtigung. Dies bedeutet, dass die Eindringtiefe von Kraftstoffstrahlen von dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B selbst bei einem Zeitpunkt, da ein vorbestimmter Zeitraum nach der Einspritzung verstrichen ist, recht groß ist.
In dem Fall, da der Kraftstoffstrahlwinkel dagegen 7° (durch die fette durchgehende Linie angedeutet) oder 15° (durch die Strichpunktlinie angedeutet) beträgt, verschmelzen die Kraftstoffstrahlen von dem ersten Einspritzventil 4A und die Kraftstoffstrahlen von dem zweiten Einspritzventil 4B nicht miteinander und es kommt zu keiner Kollision. Zusätzlich zu Vorstehendem sind die vorderen Enden von Kraftstoffstrahlen von dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B in einer solchen Richtung gebogen, dass sie eine wechselseitige Involution bewirken. Somit verdeutlicht der obige Sachverhalt auch, dass die Eindringtiefe von Kraftstoffstrahlen gemindert wird, und die Einspritzgeschwindigkeit wird gesenkt.
Denkbarerweise ist das Phänomen, dass Kraftstoffstrahlen eine wechselseitige Involution hervorrufen, auf einen Druckgradienten zurückzuführen, der entlang der Achsenrichtung eines Kraftstoffstrahls erzeugt wird. Wenn im Einzelnen Kraftstoffstrahlen von dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B stark eingespritzt werden, steigt der Druck hin stromabwärts der Kraftstoffstrahlen (der Druck nimmt mit anderen Worten hin stromaufwärts der Kraftstoffstrahlen ab). Auf diese Weise wird ein Druckgradient entlang der Achsenrichtung eines Kraftstoffstrahls erzeugt. In dem Fall, da die von dem ersten und zweiten Einspritzventil 4A und 4B eingespritzten Kraftstoffstrahlen einander nahekommen, wie durch die fette durchgehende Linie oder die strichpunktierte Linie in 13 gezeigt ist, werden demgemäß stromabwärts liegende Enden der Kraftstoffstrahlen von einem von erstem und zweiten Einspritzventil 4A und 4B hin zu stromaufwärts liegenden Enden (hin zur Niederdruckseite) der Kraftstoffstrahlen von dem anderen von erstem und zweitem Einspritzventil 4A und 4B angezogen, und ein Phänomen (ein Involutionsphänomen), dass die Kraftstoffstrahlen hin zur Mitte des Brennraums 3 gebogen werden, tritt ein. In dem Fall, da der Abstand zwischen den Kraftstoffstrahlen lang ist (in dem Fall, da mit anderen Worten der Kraftstoffstrahlwinkel groß ist), wird aber keine sich aus einer Druckdifferenz ergebende Saugkraft erzeugt. Wie durch die dünne durchgehende Linie von 13 gezeigt kommt es demgemäß nicht zu einem Involutionsphänomen zwischen Kraftstoffstrahlen. Der Abstand zwischen den Kraftstoffstrahlen ist dagegen kurz (mit anderen Worten in dem Fall, da der Kraftstoffstrahlwinkel klein ist), wie durch die unterbrochene Linie in 13 gezeigt ist, die Kraftstoffstrahlen können miteinander kollidieren. Wie durch die fette durchgehende Linie und die strichpunktierte Linie in 13 gezeigt wird, ist der Bereich des Kraftstoffspritzwinkels, der es ermöglicht, ein Involutionsphänomen zwischen Kraftstoffstrahlen ordnungsgemäß zu erzeugen, ohne die vorstehend beschriebene Kollision zu bewirken, nicht kleiner als 7°, aber nicht größer als 15°.
In der Ausführungsform, wie sie in 2 und 7 gezeigt ist, ist der Kolben 13 mit dem tassenförmigen Vertiefungsabschnitt 13a gebildet, der eine solche Form aufweist, dass die Tiefe des konkaven Abschnitts hin zur Mitte des Kolbens 13 zunimmt. Der Vertiefungsabschnitt kann verschiedene andere Formen als die vorstehende aufweisen, solange der Bereich an der oberen Fläche des Kolbens, der den mittleren Teil der oberen Fläche umfasst, konkav gehalten ist. Wie zum Beispiel in 14 gezeigt ist, kann ein Kolben 113 so konfiguriert sein, dass ein Vertiefungsabschnitt 113a, der eine flache Fläche an einem mittleren Teil davon und eine zulaufende Fläche, die den mittleren Teil umgibt, umfasst, an einer oberen Fläche des Kolbens 113 ausgebildet.
Ferner sind in der Ausführungsform die sechs Einspritzlöcher 44a bis 44f, die in zwei Reihen zu drei Spalten angeordnet sind, in jedem von erstem und zweitem Einspritzventil 4A und 4B ausgebildet. Die Anzahl und Position von Einspritzlöchern sind nicht auf das Vorstehende beschränkt, sondern es können verschiedene Abwandlungen verwendet werden.
Ferner ist bei der Ausführungsform die Eindringtiefe von Kraftstoffstrahlen gemindert, wenn der Abstand von der Symmetrielinie SL zur kleineres Festlegen des Einspritzlochdurchmessers zunimmt, da der Abstand von der Symmetrielinie SL zunimmt. Das Verfahren zum Ändern der Eindringtiefe ist nicht auf das Vorstehende beschränkt. Zum Beispiel variiert die Eindringtiefe von Kraftstoffstrahlen durch Ändern der axialen Länge eines Einspritzlochs (die Dicke des Ventilkörpers 41 an einem Abschnitt, an dem ein Einspritzloch gebildet ist) statt des Änderns des Einspritzlochdurchmessers. Das Verlängern der axialen Länge eines Einspritzlochs reduziert mit anderen Worten den Diffusionswinkel eines Kraftstoffstrahls, der durch das Einspritzloch einzuspritzen ist. Dies verstärkt die Eindringtiefe. Das Verringern der axialen Länge eines Einspritzlochs vergrößert dagegen den Diffusionswinkel eines Kraftstoffstrahls, der durch das Einspritzloch einzuspritzen ist. Dies mindert die Eindringtiefe. Im Hinblick auf das Vorstehende ist es möglich, durch Ändern der axialen Länge eines Einspritzlochs zusätzlich zu oder an Stelle von einem Ändern des Einspritzlochdurchmessers die Eindringtiefe zu variieren.
Ferner sind in der Ausführungsform das erste Common-Rail 30, das Kraftstoff speichert, der dem ersten Einspritzventil 4A zuzuführen ist, während der Kraftstoff mit Druck zu beaufschlagen ist, und das zweite Common-Rail 31, das Kraftstoff speichert, der dem zweiten Einspritzventil 4B zuzuführen ist, während der Kraftstoff mit Druck zu beaufschlagen ist, vorgesehen. Alternativ kann ein einziges Common-Rail, das gemeinsam von dem ersten Einspritzventil 4A und dem zweiten Einspritzventil 4B genutzt wird, verwendet werden. Bei der vorstehenden Modifikation kann eine Hochdruckpumpe, die Kraftstoff mit Druck beaufschlägt und ihn dem Common-Rail zuführt, eine einzelne Pumpe sein, die Kraftstoff mit Druck beaufschlägt und ihn dem Common-Rail zuführt.
Ferner wurde die Ausführungsform beruhend auf der Voraussetzung beschrieben, dass ein Dieselmotor eine diffusive Verbrennung vornimmt, so dass Kraftstoff von dem ersten Einspritzventil 4A und dem zweiten Einspritzventil 4B zu einem Zeitpunkt eingespritzt wird, da der Kolben 13 nach oben nahe der oberen Totpunktposition der Verdichtung bewegt wird (mit anderen Worten in einen Zustand, in dem der Brennraum 13 sich in einem Zustand ausreichend hoher Temperatur befindet) (siehe die Haupteinspritzung Fm in 8), und der eingespritzte Kraftstoff während Mischen mit Luft verbrannt wird. Es ist nicht erforderlich, die vorstehende diffusive Verbrennung in dem gesamten Betriebsbereich des Motors durchzuführen. Der Dieselmotor kann so ausgelegt sein, dass die Vormischungsverbrennung (Verbrennung, bei der ausreichend Kraftstoff einspritzt wird, bevor der Kolben 13 die obere Totpunktposition der Verdichtung erreicht, und Verbrennung wird durchgeführt, nachdem der Kraftstoff und die Luft gleichmäßig gemischt sind) zumindest in einem Teil des Betriebsbereichs.
Zu beachten ist, dass verschiedene Abwandlungen anwendbar sind, sofern solche Abwandlungen nicht vom Kern der Erfindung abweichen.
(4) Zusammenfassung der Ausführungsform
Das Folgende ist eine Zusammenfassung der Konfiguration des in der Ausführungsform offenbarten Dieselmotors und der vorteilhaften Wirkungen des Dieselmotors beruhend auf der Konfiguration.
Der Dieselmotor ist mit einem Brennraum, der zwischen einem Hubkolben und einem Zylinderkopf ausgebildet ist, und einem Injektor, der Kraftstoff von der Zylinderkopfseite in den Brennraum zum diffusiven Verbrennen des von dem Injektor in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs einspritzt, versehen. Der Injektor weist ein erstes Einspritzventil und ein zweites Einspritzventil auf, die bezüglich einer Mitte des Brennraums einander zugewandt angeordnet sind. Unter der Annahme, dass eine durch das erste Einspritzventil und das zweite Einspritzventil verlaufende gerade Linie eine Symmetrielinie ist, einer von zwei Bereichen, die durch Zweiteilen eines ebenen Bereichs des Brennraums entlang der Symmetrielinie erhalten werden, ein erster Bereich ist und der andere der zwei Bereiche ein zweiter Bereich ist, spritzt das erste Einspritzventil den Kraftstoff hin zum ersten Bereich ein und spritzt das zweiten Einspritzventil den Kraftstoff hin zu dem zweiten Bereich ein. In einem Bereich an einer oberen Fläche des Kolbens, der einen mittleren Teil der oberen Fläche umfasst, ist ein Vertiefungsabschnitt ausgebildet, wobei der Vertiefungsabschnitt hin zu einer Seite gegenüber dem Zylinderkopf konkav ist. Jedes von erstem Einspritzventil und zweitem Einspritzventil ist in Draufsicht an einer radial inneren Position statt einem Umfang des Vertiefungsabschnitts mit mindestens einem Einspritzloch ausgebildet, wobei das Einspritzloch als Ausgang für den Kraftstoff dient.
Bei dem Dieselmotor mit der vorstehenden Konfiguration wird Kraftstoff von dem ersten Einspritzventil und dem zweiten Einspritzventil, die so angeordnet sind, dass sie einander bezüglich der Mitte des Brennraums zugewandt sind, hin zu den zwei Bereichen eingespritzt (der erste Bereich und der zweite Bereich), die durch die das erste und das zweite Einspritzventil verbindende Symmetrielinie unterteilt sind. Im Gegensatz zu einem allgemeinen Dieselmotor, der ausgelegt ist, um Kraftstoff in einer radialen Weise von einem einzigen Einspritzventil, das an der Mitte des Brennraums angeordnet ist, hin zum Umfang des Brennraums einzuspritzen, macht es die vorstehende Konfiguration demgemäß möglich, eine Flugstrecke zu verlängern, die die eingespritzten Kraftstoffstrahlen zurücklegen können, sie kann mit anderen Worten die Strecke vergrößern, die den Ausgang (das Einspritzloch) eines Kraftstoffstrahls und die Wandfläche des Kolbens entlang der Mittellinie des Kraftstoffstrahls verbindet.
Insbesondere ist bei dem Dieselmotor mit der vorstehenden Konfiguration der Vertiefungsabschnitt, der hin zur Seite gegenüber dem Zylinderkopf konkav ist, in der oberen Fläche des Kolbens ausgebildet, und die Einspritzlöcher sind sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Einspritzventil an radial inneren Positionen statt dem Umfang des Vertiefungsabschnitts ausgebildet. Diese Konfiguration macht es möglich, eine Kollision von Kraftstoffstrahlen durch die Einspritzlöcher mit der Umfangswandfläche außerhalb des Vertiefungsabschnitts bei einem sehr kleinem Abstand zu vermeiden. Ferner macht es die vorstehende Konfiguration möglich, die durch die Einspritzlöcher eingespritzten Kraftstoffstrahlen entlang der Wandfläche des Vertiefungsabschnitts fliegen zu lassen. Dies macht es möglich, die Flugstrecke der Kraftstoffstrahlen zu verlängern.
Wie vorstehend beschrieben macht es das Sichern einer langen Flugstrecke von Kraftstoffstrahlen von den Einspritzventilen möglich, den Kraftstoff während des Flugs der Kraftstoffstrahlen ausreichend zu zerstäuben und dadurch die Eindringtiefe der Kraftstoffstrahlen zu mindern. Demgemäß ist es möglich zu vermeiden, dass eine heftige Kollision von Kraftstoffstrahlen mit der Wandfläche des Kolbens zu einer ungleichmäßigen Kraftstoffverteilung führt. Infolge des vorstehenden Betriebs wird die Luftausnutzungsrate in dem Brennraum verbessert. Dies ist beim Unterbinden von Verbrennung in einer sauerstoffmageren Umgebung vorteilhaft, um dadurch die Rußerzeugungsmenge effektiv zu reduzieren.
Ferner sind das erste und das zweite Einspritzventil an zwei Positionen angeordnet, die einander an dem Umfang des Brennraums zugewandt sind. Dies macht es möglich, von den verschiedenen Positionen Kraftstoff einer gewünschten Menge in verteilter Weise einzuspritzen und Luft um die Einspritzlöcher in dem ersten und zweiten Einspritzventil durch den Wirbelstrom, der in dem Brennraum herumwirbelt, konstant zuzuführen. Demgemäß wird ein Luftmangelzustand in der anfänglichen Phase der Verbrennung, in der der Kraftstoff von dem ersten und zweiten Einspritzventil gerade erstmals eingespritzt wurde, eliminiert und Kraftstoff und Luft werden ausreichend gemischt. Auf diese Weise wird eine ausreichende Luftmenge sichergestellt, selbst in einer anfänglichen Phase der Verbrennung, wenn das Eintreten eines Luftmangelzustands wahrscheinlich ist. Somit ist es möglich, eine Verbrennung mit weniger Rußerzeugung und verbesserter Emissionsleistung zu erreichen.
Bei dem Dieselmotor mit der vorstehenden Konfiguration können vorzugsweise sowohl das erste Einspritzventil als auch das zweite Einspritzventil mit mehreren der Einspritzlöcher ausgebildet sein, wobei alle Einspritzlöcher in Draufsicht bei radial inneren Positionen statt dem Umfang des Vertiefungsabschnitts angeordnet sind, und die mehrere Einspritzlöcher in dem ersten Einspritzventil und in dem zweiten Einspritzventil können mit Formen ausgebildet werden, die sich voneinander unterscheiden, so dass die Eindringtiefe von Kraftstoffstrahlen durch die Einspritzlöcher unterschiedlich ist.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration wird Kraftstoff durch alle Einspritzlöcher in dem ersten und zweiten Einspritzventil hin zu dem Vertiefungsabschnitt eingespritzt. Dies macht es möglich, die Kraftstoffkonzentrationsverteilung in dem Brennraum gleichmäßig zu machen, was beim Verbessern der Luftausnutzungsrate in dem Brennraum vorteilhaft ist. Ferner macht es das Bilden der Einspritzlöcher mit Formen, die voneinander unterschiedlich sind, möglich, die Eindringtiefe zu mindern, wenn die Flugstrecke zu der Wandfläche des Kolbens abnimmt. Dies ermöglicht es, eine heftige Kollision aller Kraftstoffstrahlen mit der Wandfläche des Kolbens zu vermeiden. Somit ist die vorstehende Konfiguration beim gleichmäßigen Auslegen der Kraftstoffverteilung vorteilhaft, um dadurch die Rußerzeugungsmenge effektiv zu reduzieren.
Um die Eindringtiefe jedes Kraftstoffstrahls zu variieren, können die mehreren Einspritzlöcher in dem ersten Einspritzventil und in dem zweiten Einspritzventil mit Lochdurchmessern ausgebildet werden, die sich voneinander unterscheiden.
Um die Eindringtiefe bei Abnahme der Flugstrecke zur Wandfläche des Kolbens zu mindern, können in der vorstehenden Konfiguration ferner die mehreren Einspritzlöcher in dem ersten Einspritzventil und in dem zweiten Einspritzventil so ausgebildet werden, dass der Lochdurchmesser eines Einspritzlochs abnimmt, wenn ein Abstand von der Symmetrielinie zu dem Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch zunimmt.
Bei der vorstehenden Konfiguration ist das Ausbilden der Einspritzlöcher, so dass sie voneinander unterschiedliche Formen aufweisen, oder das Ausbilden der Einspritzlöcher, dass sie voneinander unterschiedliche Lochdurchmesser aufweisen, nicht auf eine Konfiguration beschränkt, bei der jedes der Einspritzlöcher eine andere Form (oder einen anderen Lochdurchmesser) hat. In dem Fall, da zum Beispiel drei oder mehr Einspritzlöcher vorliegen, ist es möglich, Einspritzlöcher mit einer gleichen Form (oder einem gleichen Lochdurchmesser) zu bilden, sofern Einspritzlöcher, die mindestens zwei unterschiedliche Formen (oder mindestens zwei unterschiedliche Lochdurchmesser) aufweisen, ausgebildet sind.
Bei dem Dieselmotor mit der vorstehenden Konfiguration kann der Kolben vorzugsweise einen Quetschabschnitt an einer radial äußeren Position statt dem Vertiefungsabschnitt aufweisen, wobei der Quetschabschnitt aus einer kranzförmigen flachen Fläche gebildet ist.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration ist es möglich, einen Quetschstrahl zu bilden, der von der Außenumfangsseite des Brennraums hin zu dessen Mitte gerichtet wird, wenn der Kolben nach oben nahe der oberen Totpunktposition der Verdichtung bewegt wird. Der Quetschstrahl dient dazu, den Wirbelstrom, der in dem Brennraum herumwirbelt, hin zur Mitte des Brennraums zu schieben. Dies ist beim Verstärken des Wirbelstroms vorteilhaft. Ferner fördert die synergetische Wirkung des Wirbelstroms und des Quetschstroms wie vorstehend beschrieben ein Mischen von Kraftstoff und Luft, um dadurch die Luftausnutzungsrate weiter zu verbessern.
Diese Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-018824 , die am 1. Februar 2013 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme mitaufgenommen ist.
Auch wenn die vorliegende Erfindung beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen umfassend beschrieben wurde, versteht sich, dass für den Fachmann verschiede Änderungen und Abwandlungen nahe liegen können. Sofern solche Änderungen und Abwandlungen nicht anderweitig vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, die nachstehend dargelegt ist, abweichen, sollen sie daher als darin enthalten ausgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007-231908 [0002]
JP 2013-018824 [0100]

Claims

Dieselmotor, umfassend: einen Brennraum (3), der zwischen einem Hubkolben (13) und einem Zylinderkopf (12) ausgebildet ist; und einen Injektor (4), der von einer Seite des Zylinderkopfs (12) Kraftstoff in den Brennraum (3) zum diffusiven Verbrennen des von dem Injektor (4) in den Brennraum (3) eingespritzten Kraftstoffs einspritzt, wobei der Injektor (4) ein erstes Einspritzventil (4A) und ein zweites Einspritzventil (4B) aufweist, die bezüglich einer Mitte (P) des Brennraums (3) einander zugewandt angeordnet sind, unter der Annahme, dass eine durch das erste Einspritzventil (4A) und das zweite Einspritzventil (4B) verlaufende gerade Linie eine Symmetrielinie (SL) ist, einer von zwei Bereichen, die durch Zweiteilen eines ebenen Bereichs des Brennraums (3) entlang der Symmetrielinie (SL) erhalten werden, ein erster Bereich (D1) ist und der andere der zwei Bereiche ein zweiter Bereich (D2) ist, das erste Einspritzventil (4A) den Kraftstoff hin zum ersten Bereich (D1) einspritzt und das zweite Einspritzventil (4B) den Kraftstoff hin zu dem zweiten Bereich (D2) einspritzt, ein Vertiefungsabschnitt (13a) in einem Bereich an einer oberen Fläche des Kolbens (13), der einen mittleren Teil der oberen Fläche umfasst, ausgebildet ist, wobei der Vertiefungsabschnitt (13a) hin zu einer Seite gegenüber dem Zylinderkopf (12) konkav ist und jedes von erstem Einspritzventil (4A) und zweitem Einspritzventil (4B) in Draufsicht an einer radial inneren Position statt einem Umfang des Vertiefungsabschnitts (13a) mit mindestens einem Einspritzloch (44a bis 44f) ausgebildet ist, wobei das Einspritzloch als Ausgang für den Kraftstoff dient.
Dieselmotor nach Anspruch 1, wobei jedes von erstem Einspritzventil (4A) und zweitem Einspritzventil (4B) mit mehreren Einspritzlöchern (44a bis 44f) ausgebildet ist, wobei alle Einspritzlöcher in Draufsicht an radial inneren Positionen statt dem Umfang des Vertiefungsabschnitts (13a) angeordnet sind, und die mehreren Einspritzlöcher (44a bis 44f) in dem ersten Einspritzventil (4A) und in dem zweiten Einspritzventil (4B) so ausgebildet sind, dass sie voneinander unterschiedliche Formen aufweisen, so dass eine Eindringtiefe von Kraftstoffstrahlen durch die Einspritzlöcher (44a bis 44f) unterschiedlich ist.
Dieselmotor nach Anspruch 2, wobei die mehreren Einspritzlöcher (44a bis 44f) in dem ersten Einspritzventil (4A) und in dem zweiten Einspritzventil (4B) so ausgebildet sind, dass sie Lochdurchmesser aufweisen, die sich voneinander unterscheiden.
Dieselmotor nach Anspruch 3, wobei die mehreren Einspritzlöcher (44a bis 44f) in dem ersten Einspritzventil (4A) und in dem zweiten Einspritzventil (4B) so ausgebildet sind, dass der Lochdurchmesser eines Einspritzlochs abnimmt, wenn ein Abstand von der Symmetrielinie (SL) zu dem Kraftstoffstrahl durch das Einspritzloch zunimmt.
Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kolben (13) einen Quetschabschnitt (13b) an einer radial äußeren Position statt dem Vertiefungsabschnitt (13a) aufweist, wobei der Quetschabschnitt (13b) aus einer kranzförmigen flachen Fläche gebildet ist.