JPS5910734A - 圧縮着火式直接噴射内燃機関 - Google Patents
圧縮着火式直接噴射内燃機関Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本弁明は、ピストン頂面ｅこキャビティを形成し。
キャビティ内に燃料を１＋ｊ：接唱ｊ、Ｈする圧稲危火
式直接哨剤（ハ）燃機関に関う−る。 ピヌトン頂面にくはみ（以下単にキャビティと言う）を
形成してＰ焼室を構成する圧縮着火式直接噴射内燃機関
は、渦流室−や予燃焼室を有する圧縮着火式内燃機関に
比べ、燃焼室の主室と謬ｊ室との連絡孔か無く、圧縮比
も比較的低くとれるので。 機関の摩擦損失が少なく、燃料消費量も少ないという利
点を有するため、大型機関ではよく使われている。 しかしながら、シリンダ径の小さな小型機関においては
大型機関に比べて混合気形成に問題がある。 すなわち従来の圧縮着火式直接噴射内燃機関においては
、第１図に示すようにピストンＰの頂面に形成したキャ
ビティＣ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務を噴射する。機関の吸入時に吸
気弁のボートなどによって発生させた旋回流（スワール
）は、圧縮性向）におし流しながら混合気を形成する。 キャビティの直径は、ピストンＰ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Ｐの直径が１００間以下の
小型機関では、キャビティＣの径は小さくなり、しかも
圧縮比を大きくとろうとすると一層キャビティＣの径が
小さくなる。よって玖訓噴１．ｌ］ｌ）゛の複数の唱Ｉ
Ｉから放射状に噴射した燃料噴霧は、第２図に示すよう
にキャビティＣの内側壁面に漸装し、壁面にｆ４１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
燻焼しない燃料のキャビテイ壁面への衝突全防止するた
めに（イ）溶焼室内に形成する旋回流を強くする。（ロ
）ｅｔｉ Ｉ’ｌｌ射弁の噴口金車きくして噴口の数全
多くする。 （ハ）ＩＥ＠比を高くして燃料噴射時期におけるキャビ
ティＣ内の圧力（密度）を高くして、燃料噴射弁のＩＷ
霧＠徹カが低減させる等の方法が一般に採用されている
。 （イ）の方法においては、シリンダ径が１ｏｏ〜１２０
朋の機関では、スワール比（燃焼室内に発生きせるスワ
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
値をぼう）４前後であり、シリンダ径が９０朋以下の機
関では３．５〜３．６ぐらいが限度である。この値以上
に強くすると、逆に吸気ボートの流体抵抗が増大し９機
関の孕気吸入効率がいちじるしく低トするという問題が
ある。 （ロ）の方法においては、燃料噴射弁の１１１４０金小
さくすると燃料が微粒化され、鉦徹カが軽減されるが、
あ１り小さくすると噴孔がっま９易くなり。 ０１５朋以下は実用」−問題がある。またｌｒｄ口の数
全多くすると、第１図中破線で示すように、隣り合う噴
式直接哨剤（ハ）燃機関に関う−る。 ピヌトン頂面にくはみ（以下単にキャビティと言う）を
形成してＰ焼室を構成する圧縮着火式直接噴射内燃機関
は、渦流室−や予燃焼室を有する圧縮着火式内燃機関に
比べ、燃焼室の主室と謬ｊ室との連絡孔か無く、圧縮比
も比較的低くとれるので。 機関の摩擦損失が少なく、燃料消費量も少ないという利
点を有するため、大型機関ではよく使われている。 しかしながら、シリンダ径の小さな小型機関においては
大型機関に比べて混合気形成に問題がある。 すなわち従来の圧縮着火式直接噴射内燃機関においては
、第１図に示すようにピストンＰの頂面に形成したキャ
ビティＣ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務を噴射する。機関の吸入時に吸
気弁のボートなどによって発生させた旋回流（スワール
）は、圧縮性向）におし流しながら混合気を形成する。 キャビティの直径は、ピストンＰ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Ｐの直径が１００間以下の
小型機関では、キャビティＣの径は小さくなり、しかも
圧縮比を大きくとろうとすると一層キャビティＣの径が
小さくなる。よって玖訓噴１．ｌ］ｌ）゛の複数の唱Ｉ
Ｉから放射状に噴射した燃料噴霧は、第２図に示すよう
にキャビティＣの内側壁面に漸装し、壁面にｆ４１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
燻焼しない燃料のキャビテイ壁面への衝突全防止するた
めに（イ）溶焼室内に形成する旋回流を強くする。（ロ
）ｅｔｉ Ｉ’ｌｌ射弁の噴口金車きくして噴口の数全
多くする。 （ハ）ＩＥ＠比を高くして燃料噴射時期におけるキャビ
ティＣ内の圧力（密度）を高くして、燃料噴射弁のＩＷ
霧＠徹カが低減させる等の方法が一般に採用されている
。 （イ）の方法においては、シリンダ径が１ｏｏ〜１２０
朋の機関では、スワール比（燃焼室内に発生きせるスワ
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
値をぼう）４前後であり、シリンダ径が９０朋以下の機
関では３．５〜３．６ぐらいが限度である。この値以上
に強くすると、逆に吸気ボートの流体抵抗が増大し９機
関の孕気吸入効率がいちじるしく低トするという問題が
ある。 （ロ）の方法においては、燃料噴射弁の１１１４０金小
さくすると燃料が微粒化され、鉦徹カが軽減されるが、
あ１り小さくすると噴孔がっま９易くなり。 ０１５朋以下は実用」−問題がある。またｌｒｄ口の数
全多くすると、第１図中破線で示すように、隣り合う噴
【」から噴射された噴霧が、キャビティＣの側壁に近い
ところで重合しく図中ハツチングで示す）１部分的に燃
料の過濃域が発生し１発煙の原因になるという開明があ
る。シリンダ径１２０朋似「の機関では、ｌ′１１ｉ１
′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
時あスキマ体積との比で決まるため、圧縮着火式直接噴
射内燃機関にあっては、十分な出力を得るためにはキャ
ビティの容積がスキマ体ｍの７０％以上必要である。し
たがって、圧縮比を高くするためには、燃焼に寄与しな
いシリンダヘッドとピストン頂面との間のスキマは極力
小さくすることが望ましい。しかし」二ｄ己ヌキマは、
エンジン兜素の燃焼による熱膨張、製品誤差等を考慮す
ると０５朋程度が限度である。従って機関が小型になる
桿ＦＥ縮比全晶くとれなくなり、仮りに高くとったとし
ても機関の組立調整が田螺になるという問題がある。 本発明者らは、上記従来の小型土稲着火式直接噴射内燃
機関が有していた開明点を解決するため。 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。 上述の実験および解杉ｉにより９本発明者らは以トの知
見を得た。 従来の圧縮石火式直接噴射内燃機関における混合気形成
の条件は１次の４項金満足する必要がある。 α）霧化 燃料粒が小さいほと、気化、燃焼が速やかに何なわれる
。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。 （２）拠徹力 燃料粒が燃焼室内で静止していると、燃焼力力を持つ必
要がある。 （ａ）燃料分布 発煙が発生すること無く、出来るだけ多くの燃料を燃焼
室内で燃焼させ、高い平均有効圧’（ｉ１ｍ得るために
は、シリンダ内の空気を残すことなく燃焼に用いる必要
がある。燃料粒の行き届かない所の空気は、全ぐ利用を
れず９反対に燃料粒が密集する所は空気が不足１．て、
不完全燃焼することになる。しまたがって、燃焼室の隅
々壕で燃料粒が拡がってイ１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噴霧が燃焼室内？：進み
ながら拡がっていく。この拡がりは１貫徹力と分布とに
よって決まる。しかし燃焼がこのような拡散だけでは時
間がかかり、有効な燃焼期間中に完全に燃焼させること
が困難で、吸入空気に旋回流（渦流）を与え燃焼速度ケ
速める必要がある。 」二連の（１）ないしくβ）の条件は、Ｐ料噴剤に関す
るものである。すなわち、Ｐ料噴剤による噴霧の分散（
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、Ｓ１粒化した燃料粒が】＠当に分布１７
つつ、燃焼室内を充分な速度でつき進みながら。 混合気を形成するものである。したがって、従来の圧縮
石火式直接噴射内燃機関において、１倣力の小さいＩｌ
ｌ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、従来の圧縮着火式直接
噴射内燃機関の混合気形成の卯論には以下に述べる矛盾
があることが判明した。 ■ 燃料粒を小さくするとｆｉ′会力は低下する。 の 燃料の燃焼室内への分布を艮くするために拡がり角
を大にすると貞倣力は低下する。 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。 強い燃焼室内旋回流と旨い圧縮比（密度）が必要であっ
た。 そこで本発明者らは１発想を転換し９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」
二に広く分布させる分布機能とを分担芒せ、＠微力は期
待しない。したがって、燃料噴射弁から１ｌｌｉｉ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旋回流とピストン頂
面の平担部からキャビティに流れ込む強い流れ（スキッ
シュ）とによって９燃料粒を燃焼室の３菓さ方向に強く
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、燃料噴射弁にはキャビティの平面（投影面）
方向の燃料噴霧の分散全分担させ、キャビティの深さ方
向はスキッシュに分担させるようにするものである。 本発明は、シリンダ径の小さな小型の圧縮着火式直接噴
射内燃機関において、混合気形成全良好ならしめ、燃料
消費の少ない圧縮肩入式直接噴射内燃機関全提供するこ
とを目的とする。 本発明は、ピストン頂面にキャビティを形成し。 キャビティ内に燃料を重接噴射する圧縮着火式泊接Ｉｌ
ｌ射内燃機関において、前記ピストン頂面に形成したキ
ャビティは、入口開口部が絞られ他の部分はそれ上り面
積が大きくなる様に形成して、その人し］開口部の面積
Ａとピストン頂面の面積Ａｆｉとの比が０．０８（−（
１１１，２５の関係を満足するようＡＯ− にするとともに、燃料の旋回手段を有し、噴口から噴射
きれる燃料に接線方向法度成分を有するようにした燃料
噴射弁ゲキャビティ中央部に噴口が位ＩＷするように配
置して、噴口から所定拡がり角の中窒円錐状の噴霧パタ
ーンでキャビティ内全周壁に噴射するようにした圧絹着
火弐泊接噴射内燃機関である。 −」二］本のＨｔｉ成より成る本発明の圧＃８ｉ盾火式
泊接噴射内燃機関は、燃料噴射弁からキャビティ内全周
壁に向かって噴射された燃料１１＆ １％ ’にピスト
ンｊ貝面の平担面からキャビティ内へ流れ込む適当な強
さに設尾された流れ（スキッシュ）によりキャビティの
深さ方向に分散させるので、キャビティ内に一様に分散
させるため、混合気形成？良好ならしめ、均一な燃焼を
可能にするとともに、燃料消費全史なくするという利点
を有する。 すなわち９本発明は渦巻ＩＩｔｉ射弁の槌な燃料に適当
な大きさの接線方向の速度成分ライ］与することに↓り
広角に噴射するため燃料の微粒化を図るとともに、キャ
ビテ２ｒの軸方向の適宜箇所の水平方向全周に亘り一様
に強すぎるこＡい肉塊な目１敞力で噴射する。その後、
キャビティ内に流れ込む軸方向（深さ方向）速度成分を
もったスキッシュ（ｆｆｌｆｌ、）により、キャビティ
の内壁面に沿いへ軸方向に微粒化された燃料を分散、拡
散させるとともに、望）、と充’；′Ｊｌ昆台、気化さ
せ、キャビティ内全容積に亘り良好な混合気を形成する
。 したがって１本発明は、燃料噴射弁の肖碌勾が混合気形
成の主役をつとめる従来の圧縮着火式内燃機関の柿に、
キャビティの壁面への衝突が無くしかも高い圧縮比や燃
料噴射圧を必要としない利点を有する。すなわち不発明
は、燃料＋＋ｎ 霧のキャビティ内壁面′＼の衝突がな
いから、衝突による燃料粒の粗大化および燃料液膜の形
成がなく、燃料噴射弁に＠微力が要求されないので燃料
の微粒化がｔ；、ｘ ＜ 、 ’ ｔ、、かもスキッシ
ュによる乱れの形成により燃焼全促准させ、完全燃焼さ
せるという利点含有する。したがって９本発明は９発煙
をいちじるしく抑制し７．炭化水木（ＨＣ）、−酸１ヒ
灰素（ｃｏ）。 炭素等の微粒子（ｐｔＣ）を低減し１．燃料噴射弁から
噴射された燃料噴霧をスキッシュに乗せてキャビティの
内壁面近くに連続的に分布させるので。 危火遅れが短かく１吋Ｍを低く抑えることができるとい
う利点を有する。また１本発明は、圧縮比を高くとる必
要がないので、エンジンσ）厚部が小さく１機械効率全
１ｆｆｌめ、上述］、た完全燃焼とあい″まって燃料消
費率が小さいという利点を有する。 さらに本発明は、ｆＰ、利の「微力の小さい炉ζ料哨１
４４弁全使用するので、吸入突気を旋回でせる場合。 スワール速度金車さくすることができ、そのため吸入孔
、吸気弁まわりのスワール形成のだめの吸気通路の流れ
の抵抗を小くすることができるため。 吸入望見の吸気効率（”１Ｖ）Ｉｔ：高くすることがで
きるので、同一シリンダ一体積に対して吸入できる望見
量が増加し、同一’ｆｆ気過剰率のもとて燃焼できる燃
料の址を増やすことかでき、エンジン出力を増大させる
という利点を有する。 本発明においでは、第６図（Ａ）お上ひ（Ｂ）に小すよ
本発明者らが１Ｊなった実験解析によれば１次に述べる
球な知見を得た。すなわちキャビティＣ内Ｖご流れ込む
流れ（スキッシュ）Ｓの強さはピストンＰの］用ｈｊＡ
ｏとキャビティＣの開口部の＋ＪｉｉｔＡとの比（収り
比）Ｋよって決まる。この面積比が人＠すきると、形成
される７・キッシュＳの強さが弱まり９本発明における
燃料哨霧全キャヒティ氷の内壁間に沿い深さ方向に案内
するという作用？奏忌ない。逆にキャビティＣの開口面
積Ａを小さくして１面積比−を小さくすると、スキッシ
ュＯ ８が強くなりすき、キャビティＣ内の流れや乱れが過大
になり、燃焼ガスとキャビティ０の内壁面どの熱伝達が
良くなり、熱損失が増加するととも燃焼室の絞り損失が
増大し、ｌＬＭ接噴射内燃機関の特色が失われる。そこ
で本発明者らは、更に綿密Δ な実験および解析を行ない＋ ｎｉＪ記１ｍ槓比−が０
０８Ｏ 〜０２５の範囲内に設定することにより９本発明の作用
効果を確保し、直接噴射内燃機関の特色も確保するとい
う結論に達したのである。 、／ ／ ／−、−、、、−−−−、、−、、、−、、、−−−−
、、−−−−−−一本発明は、実施するに当たり、以下
の様な態様を採り（■る。 本発明の第１の態様は、前ｉｒｉ′！燃焼室内に吸入空
気を供給する吸電機構が吸入空気を旋回させる旋回機構
を具備し、前記キャビティ内に旋回流を形成するように
するものである。 本実１の９ψ様は、上述のスキッシュ１こ加えて燃焼室
を構成するキャビディ内ｔこ吸入空気の旋回流を形成し
その中に燃料噴射弁から燃料を噴射するので、キャビテ
ィ内への燃料の分散、拡散、混合を一層有効ｔこ行なわ
せ、一層良好な混合気形成を可能にするという利点を有
する。 本発明の第２の態様は、第４図（４）および（Ｂ）（こ
示すように、前記燃料噴射弁の噴口から噴射される燃料
噴霧が、噴口とキャビティの開口絞り部の内壁面とが接
する直線ｔｌ より下側であり、噴口とキャビティの深
さをＬとするとぎ開口部から０．９Ｌの深さの部位とを
結ぶ直線ｂｌ より上側のキャビティ内Ｍ壁ｔこ指向す
る様に拡がり角および燃料噴射弁の噴口の位置を決定す
るものである。 本発明におけるスキブシーＳによりキャビティＣの内壁
面ｔこ沿って深さ方向に燃料噴霧な案内する作用を確保
するためには、燃料噴射弁力・ら噴射さｆ＋る燃料噴霧
は、キャビティＣの開口絞り部の内壁面に近い所定位置
を指向するの力；スキツシーＳによりキャビティＣの内
壁面に沿し・燃卑寺噴霧を深さ方向に案内するため最も
良く、そわ力・ら拡力；り角θを狭めてゆき、キャビテ
ィＣの深さＬσ）９割の位！ ０．９ Ｌを越えると、
スキッシュの効果力；期待できず、キャビディＣ内全体
Ｆこ良好な混合気を形成するのが困＠旧なる。 全容積トこ亘りへ有効に混合気を形成するとし・う枦１
点を有する。特ｔこ、キャビディＣの開口絞り部の内壁
面に近い所定位置ｔこ燃料噴霧が指向するように噴射す
ると、キャビディＣ内ｔこ流れ込むスキッシュＳにより
、キャビディＣの内壁面１こ沿し１キヤビデイＣの深さ
方向全体に燃料噴霧を連続的ｔこ案内するため、キャビ
ディＣ内全体に亘り一様な混合気を形成するとｋもに９
着火仔ねを〜おさえ、開音を抑制する七いう利点を４１
する。 本発明の第３の態様は、前記燃料噴射弁の川口をキャビ
ディの開口部の径の５割の領域内の位置に臨む様１こ配
置したものである。 本実８のなり様は、キャビティの開口部に対して燃料噴
射弁の川口を所定位置に配置すること１こより、燃焼室
を削成するキャビティの全内周壁に向けて微粒化さ才ま
た焼判噴霧を噴射するものである。 本発明の第４の態様は、 ｎｉｌ記燃料噴射弁の噴口を
前記キャビティの中心軸に略一致する様トこ配置して、
キャビティ内側壁全周１こｐり均−且つ一様１こ燃料を
噴射するものであり、キャビティ内全容積１こ亘り、均
−且ク一様な良好な混合気を形成するという利点を有す
る。 本発明の第５の態様は、前記燃料噴射弁の噴口をｍ１記
キヤビデイの中心軸から所定距離だけずらして配置する
とともに、キャビティの中心軸に対して所定角度傾斜さ
せて配置するものである。 本実５の態様は、キャビディの中心軸からすらして燃料
噴霧を噴射するが、キャピテイ内トこ形成されている吸
入空気の旋回流により、キャビティ内全容積に豆り分散
、拡散、混合され、良好な混合気を形成するとい５利点
を有するとともに、拡かり角θの小さい燃料噴射弁の使
用を可能にこするという１１１点を有する。 ／′ ５／ ／″ ／ ｌ −−−−−−−−−−−−−−一−−−−次に
本発明の詳細な説明する。 第１実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機関は。 本発明の第１．第２．第３および第４の態様に属し、？
焼室内には適正にコントロールされたスキッシーおよび
スワールを形成し、キャビティの中心軸上に配置した燃
料噴射弁からの燃料噴霧はキャビディの開口部の内壁部
１こ近い２ころを指向して噴射させる点に特徴があり、
以下第５図ないし第７図を用いて詳細に説明する。 第５図に示すようｔこ、シリンダヘッドを往復動するピ
ストンｌの頂部平担面の中央部に燃焼室を構成する有底
円筒形状のキャビディ２を穿設する。 キャビティ２の開口部２ｈの開口面積Ａとピストン頂面
の而ｆ＃ Ａ ｏとの面積比表は０．１８にした。 平担面に流れない様に配慮した。 燃料噴射弁は、第５図ｔこ示す様に、シリンダヘッド４
を貫通配置し、その噴口を前記キャビディ２の軸と一致
させたスリットタイツブの渦巻噴射弁８から成る。 渦巻噴射弁８は、第７図に示す様に先端が細い中空円筒
部材から成るノズル本体８０と、ノズル本体８０内Ｆこ
介挿した段付棒部材のニードル部材８１とから代る。ノ
ズル本体８０の先端部１こは。 渦巻室８５を穿設するとともに、該渦巻室に開口する噴
口３２を同軸的に穿設する。該噴口８２をふさぐ様にニ
ードル部材３１の円錐形のニードル先端部８３が当接す
る。ニードル先端部８３を構成する大径部には、第７図
に示す様に大径部の外周壁に沿い、その軸心に対して所
定の角度をもたせた溝状のスリット８４を穿設し、渦巻
室３５に燃料供給通路３７を介して燃料噴射ポンプ（図
示せず）ｆこ連絡した部屋８６とを連通させる。 渦巻噴射弁８は、中空円錐状の噴霧パターンを形成し、
第７図に示す燃料の拡がり角θが１２０度になる様に、
＠記スリットの角度、断面積および長さ、渦巻室８５の
寸法および噴口８２の径と長さを決定した。噴口８２の
径は１本発明者らの実験１こよれはＱ、 ３ ｗｍから
１．０１６Ｒが良く１本実施例は１Ｏａｙに設定した。 また、第７図に示す中空円錐状の燃ス゛（噴霧のｌ’ｔ
ｒ：、７１角βは、あまり人きくとることができ−す、
５度から３５度の範囲内で選んだ。 シリンダヘッド４には、第６図に示すよつＦこ。 ２個の吸％’、 ４Ｆ 、５ ＋ ５ ’および２個の
排匈弁６．６′４、 ”２１− を挿入配置ａ−渦巻噴剖弁３を四方から包囲する。 吸労弁５および５′が配置崎さオ′篭る吸気通路は。 第５［Ｎｌｉこ示す様に所定のスワール比の旋回流（ス
上述の構成より成る第１実施例の圧縮着火式直接噴射内
？機関は、ヘリカルボー） ＨＴ） ｋこより旋回力を
付与された吸入空気か、ピストンｌの上列１こ応じ圧縮
さ第１る。ビス量−ンｌの上昇に応じ、吸入空気ノスワ
ールは空気の粘性２シリンダ壁との摩擦トこより、適度
に旋回速度が抑制される。ピストンｌか上死点に近くな
り、上死点前２０度ないし５度Ｆこは渦巻噴射弁３から
接線力向の速度成分を有する大きな拡がり角の中空円錐
状の三次元噴霧パターンで燃料の噴射が始まり、キャビ
ティ２の開口部の内壁面に近いところまで噴霧が到達す
る。上死斉’ＪｉｌｌＯ度前後Ｆこなると、ピストン１
のキャビティ２の開口部が紋られているので、ピストン
１の平担面からキャビティ２の中へ流れ込むスキッシュ
Ｓにより、開口部２ｈの内壁近くの燃噴霧は拡散、混合
して、圧縮末期の断熱圧縮された高温空気によって蒸発
しながら、キャビディ２内の全容積に良好な混合気を形
成して１発火する。 発火は、キャビティ２の内壁面付近から起こり。 スワールｔこより旋回しつつキャビディ８の中央部１こ
到達する。ピストンが上死点を過ぎると、ビス１ン１１
７）Ｔｌｉｌｊ面の平担面とシリンダヘッド４の下壁面
との隙間が増大するので、キャビティ２の中のガスは開
口部２ｈを通−て激しく噴出し、完全燃焼する。 第１実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機関は。 燃料の貫徹力の小さい渦巻噴射弁８を用いているので、
燃料噴霧のキャビティ８σ）内壁面への衝突がないから
、衝突１こよる燃料粒の粗大化および燃料液膜の形成が
なく、渦巻噴射弁８が燃料の微粒う利点を有する。 したがって第１実施例内燃機関は発煙をいちじるしく抑
制し、炭化水素（ＨＣ）、−酸化炭素（ＣＯ）、炭素等
の微粒子（Ｐｔｅ）を低減し、渦巻噴射弁３から噴射さ
第１た燃料噴霧をスキッシュ８に乗せて、キャビディ２
の内壁面近くに連続的に分布させるので、Ｉｍｍ遅遅第
１短か＜、ｉｉ音を低く抑えるこ２ができるという利点
を有する。 また本第１実施例の内燃機関は、圧縮比を高（とる必要
がないので、エンジンの摩擦が小さく。 轡イ効率を高め、上述した完全燃焼とあいまって燃料消
ｌ＃率が小さいｋいう利点を有する。 さらに本第１実施例の内燃機関ｔよ、燃料のｗｔＭＩ力
の小さい渦巻噴射弁８を使用するので、キャビディ２の
内壁面への燃料の衝突を避けるためしこ強いスワールを
形成する必要がなく、吸入孔および・、し 吸完弁ｆ４近のベリカルボ−化の流れの抵抗を小さくす
ることができるため、燃焼室への吸入空気の吸電効率（
ηＶ）を高くすることができ、同一シリンダ一体積１こ
対して吸入できる空俄景が増加し。 同一空気過剰率のもとて燃焼できる燃料の量を増やすこ
とができ、エンジン出力を増大させるという利点を有す
る。 本第１実施例の内ｆＰｎ関で使用した渦巻噴射弁３は９
通常のホールノズルおよびビントルノズルが噴出口から
の燃料噴霧の噴出飛行方向が速度の主成分であり９貫徹
力が大きいのに対し、接線方向速度成分と燃料費霧の噴
出飛行方向（半径方向）の速度成分ンこ分かれるため、
燃焼噴霧の噴出飛行方向の速度成分が小さく、且つすぐ
減衰するので。 燃料噴霧のｌｌ１Ｗｌ力が小さいという利点を有する。 本第１実施例の直接噴射内燃機関では、キャビティ２の
中心部では、空電の旋回速度が遅く１周辺部はど流速が
速くなるため、混合気の分布としては、一様に分布させ
るか９周辺部が濃く、中心部は薄い混合気になることが
望ましい。本第１実施例では、＠巻噴射弁８から、中空
円錐状σ）燃料噴林パターンで燃料が噴射さね、スワー
ルの流速の遅いキャビディ中央部に燃料かたまることな
くキャビディ２内に形Ｉ８ｖ、さオＩているスワールと
の協動ｔこより、キャビディ２の開口部ｆ！ｈ付近の内
壁面付近まで到達するが、丙徹力か弱いためキャビティ
２の内壁面には衝突しない。燃料粒と空気上の屏１合・
拡散は本杭ｌ実施例において適正じチ＝−ニングさまた
キャビディ開口部内に流ｒ込むスキブシ：ＬＳにより達
成される。すなわちキャビティ２の内壁面近くに到達し
た燃料粒は、スキッシュにより空気と混合さｔＩながら
キャビティの内壁面［こ沿って深さ方向に流さオ′【、
キャビディ２内Ｆこ一様に分布する。内壁面付近の燃料
」」工、圧縮行程終りの断熱圧縮さ第１た高温空気によ
って蒸発しながら、内壁面【こ近い周辺から着火口まじ
めすみやかｔこ中心部１こむかつて燃焼が進行する。 第２実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機関は。 本発明の第１．第２．第８および第５の態様に属し、焼
炉室内には適正にコントロールされたスキッシーおよび
スワールを形成し、ｌＦ−料噴射弁はキャビティの中心
軸とずらして配置させるとともに１キヤビテイの中心軸
［こ対して所定の角度で傾斜させる点に特徴があり、以
下第８図、第９図［Ａｌおよび（Ｂ）を用いて、第１実
施例との相違点を中心に説明する。 第８図ｔこ示すようにシリンダヘッドを往復動するピス
トン１の頂部平担面の中央部に燃焼室を構成する球形の
キャビティ１２を穿設する。キャビティ１２の開口部１
１１１ｈの開口面積Ａとピストンりを構成させる。 燃料噴射弁は、第９図（４）および（Ｂ）に示すように
シリンダヘッド４を貫通して配置され、その噴口がキャ
ピテイ１２の軸心に対し若干偏心しており。 かつ噴射弁の軸はキャビデ４１２の軸心に対し約１５度
傾斜させた渦巻噴射弁７とから成る。 渦巻噴射弁７は、第９図■およびｆＢｌ ）こ示すよう
ｔこ、先端を他の部分より若干細くした中空円筒部材の
ノズル本体７０に、ノズル本体７０内に介挿さｉ１先端
を円錐形Ｅこした棒部材のニードル部材７１とからなる
。ノズル本体７０内の先端には所定の、−７２７ 径の渦巻室７２を穿設する。渦巻室永可と同軸的に所定
の径（０，ｆｌｆｌ）の噴ロア８を穿設するとともｅこ
、第９図（ＡｌおよびｆＢｌ中左右の対向する位置に接
線的Ｅこ渦巻室Ｆこ開口する２個の接線通路７４゜７４
′をｇ股する。接線通路７４は、ノズル本体７０内に平
行ｔこ並設した燃料供給通路７６．７５’を介しで、柩
料噴射ポンプ（図示せず）１こ連絡した環状通路７６１
こ連通する。 本渦巻噴射弁７は、略９０度の拡がり角を有する燃料噴
霧パターンで燃料を噴射するように噴ロア８の径および
長さ、渦巻室７２０寸法、および接線通路７４．７４’
の断面積および長さを決定した。本第２実施例をこおい
ては第８図中キャビティ１２内右側の燃料噴霧は、キャ
ビティ１２の深さの９割の位置より上向Ｅこ指向する様
にする必要がある。 シリンダヘッド４には、第８図Ｆこ示すよう１こ。 開口面積を太き（した１個の吸気弁８および１個の排完
弁（図示せず）を挿入配置する。 吸気弁８を配置した吸気通路は、第８図ｔこ示すように
、所定のスワール比の旋回流（スワール）を発生する様
にチューニングしたへりカルポートＪ（Ｐまたはスワー
ルポートを形成する。 上述の構成より成る第２寮施例の圧縮着火式直料を噴射
するので２図中キャビティ１２の右側の内壁面と燃料噴
霧との間［こ若干燃料の無い領域が生ずるように見える
が、キャビティ１２内１こは適当なスワールが形成され
ているため１図中キャビディ１２の左側の燃料噴霧がま
わりこんで（るため、キャビディ１２内全体に燃料噴霧
が行ぎわたり良好な混合気を形成するため、前述した第
１実施例の内燃機関と同様の作用効果を奏する。 尚９本第２実施例の内燃機関は、燃料噴霧パターンの拡
がり角θの小さい燃料噴射弁を使用することができると
いう利点を有すると２も１こ、噴口の径を第１実施例よ
り小さくすることが出来、哨出凍度が大きいので、カー
ボンによる噴口のよごねを少なくする２いうｆ１１点を
有′する。 本第２実施例の内鰐機関は、燃料噴霧のキャビティ］２
の内壁面１こ指向する深さ方向の位置が幅をもつため、
キャピテイ１２の深さ方向の燃料の分散を良くする利点
を有するとともに、スキブシ、Ｓを強（することができ
ない内燃機関１こおいてもキャビティ１２内の深さ方向
全体に一様に良好な？昆合気を形成することがで削るｋ
いう利点を有する。 さらＦこ本第２実施例の内？機関は、り料ｕＰ射弁を煩
ｉ１させて配置して、吸気弁および排気弁を１個ずつに
したので、吸気および排気弁が各１個で構成さ才］るこ
との多い小型の圧縮着火式直接噴射内ＰＮ機関１こ適用
しやすいという利点を有する。 １つシ１本発明は、上述した実施例１こ限定さオ（るこ
となく、特許請求の範囲の精神に反しない限り、
′幾多の設計変更および付加変更が可能である。
ところで重合しく図中ハツチングで示す）１部分的に燃
料の過濃域が発生し１発煙の原因になるという開明があ
る。シリンダ径１２０朋似「の機関では、ｌ′１１ｉ１
′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
時あスキマ体積との比で決まるため、圧縮着火式直接噴
射内燃機関にあっては、十分な出力を得るためにはキャ
ビティの容積がスキマ体ｍの７０％以上必要である。し
たがって、圧縮比を高くするためには、燃焼に寄与しな
いシリンダヘッドとピストン頂面との間のスキマは極力
小さくすることが望ましい。しかし」二ｄ己ヌキマは、
エンジン兜素の燃焼による熱膨張、製品誤差等を考慮す
ると０５朋程度が限度である。従って機関が小型になる
桿ＦＥ縮比全晶くとれなくなり、仮りに高くとったとし
ても機関の組立調整が田螺になるという問題がある。 本発明者らは、上記従来の小型土稲着火式直接噴射内燃
機関が有していた開明点を解決するため。 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。 上述の実験および解杉ｉにより９本発明者らは以トの知
見を得た。 従来の圧縮石火式直接噴射内燃機関における混合気形成
の条件は１次の４項金満足する必要がある。 α）霧化 燃料粒が小さいほと、気化、燃焼が速やかに何なわれる
。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。 （２）拠徹力 燃料粒が燃焼室内で静止していると、燃焼力力を持つ必
要がある。 （ａ）燃料分布 発煙が発生すること無く、出来るだけ多くの燃料を燃焼
室内で燃焼させ、高い平均有効圧’（ｉ１ｍ得るために
は、シリンダ内の空気を残すことなく燃焼に用いる必要
がある。燃料粒の行き届かない所の空気は、全ぐ利用を
れず９反対に燃料粒が密集する所は空気が不足１．て、
不完全燃焼することになる。しまたがって、燃焼室の隅
々壕で燃料粒が拡がってイ１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噴霧が燃焼室内？：進み
ながら拡がっていく。この拡がりは１貫徹力と分布とに
よって決まる。しかし燃焼がこのような拡散だけでは時
間がかかり、有効な燃焼期間中に完全に燃焼させること
が困難で、吸入空気に旋回流（渦流）を与え燃焼速度ケ
速める必要がある。 」二連の（１）ないしくβ）の条件は、Ｐ料噴剤に関す
るものである。すなわち、Ｐ料噴剤による噴霧の分散（
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、Ｓ１粒化した燃料粒が】＠当に分布１７
つつ、燃焼室内を充分な速度でつき進みながら。 混合気を形成するものである。したがって、従来の圧縮
石火式直接噴射内燃機関において、１倣力の小さいＩｌ
ｌ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、従来の圧縮着火式直接
噴射内燃機関の混合気形成の卯論には以下に述べる矛盾
があることが判明した。 ■ 燃料粒を小さくするとｆｉ′会力は低下する。 の 燃料の燃焼室内への分布を艮くするために拡がり角
を大にすると貞倣力は低下する。 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。 強い燃焼室内旋回流と旨い圧縮比（密度）が必要であっ
た。 そこで本発明者らは１発想を転換し９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」
二に広く分布させる分布機能とを分担芒せ、＠微力は期
待しない。したがって、燃料噴射弁から１ｌｌｉｉ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旋回流とピストン頂
面の平担部からキャビティに流れ込む強い流れ（スキッ
シュ）とによって９燃料粒を燃焼室の３菓さ方向に強く
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、燃料噴射弁にはキャビティの平面（投影面）
方向の燃料噴霧の分散全分担させ、キャビティの深さ方
向はスキッシュに分担させるようにするものである。 本発明は、シリンダ径の小さな小型の圧縮着火式直接噴
射内燃機関において、混合気形成全良好ならしめ、燃料
消費の少ない圧縮肩入式直接噴射内燃機関全提供するこ
とを目的とする。 本発明は、ピストン頂面にキャビティを形成し。 キャビティ内に燃料を重接噴射する圧縮着火式泊接Ｉｌ
ｌ射内燃機関において、前記ピストン頂面に形成したキ
ャビティは、入口開口部が絞られ他の部分はそれ上り面
積が大きくなる様に形成して、その人し］開口部の面積
Ａとピストン頂面の面積Ａｆｉとの比が０．０８（−（
１１１，２５の関係を満足するようＡＯ− にするとともに、燃料の旋回手段を有し、噴口から噴射
きれる燃料に接線方向法度成分を有するようにした燃料
噴射弁ゲキャビティ中央部に噴口が位ＩＷするように配
置して、噴口から所定拡がり角の中窒円錐状の噴霧パタ
ーンでキャビティ内全周壁に噴射するようにした圧絹着
火弐泊接噴射内燃機関である。 −」二］本のＨｔｉ成より成る本発明の圧＃８ｉ盾火式
泊接噴射内燃機関は、燃料噴射弁からキャビティ内全周
壁に向かって噴射された燃料１１＆ １％ ’にピスト
ンｊ貝面の平担面からキャビティ内へ流れ込む適当な強
さに設尾された流れ（スキッシュ）によりキャビティの
深さ方向に分散させるので、キャビティ内に一様に分散
させるため、混合気形成？良好ならしめ、均一な燃焼を
可能にするとともに、燃料消費全史なくするという利点
を有する。 すなわち９本発明は渦巻ＩＩｔｉ射弁の槌な燃料に適当
な大きさの接線方向の速度成分ライ］与することに↓り
広角に噴射するため燃料の微粒化を図るとともに、キャ
ビテ２ｒの軸方向の適宜箇所の水平方向全周に亘り一様
に強すぎるこＡい肉塊な目１敞力で噴射する。その後、
キャビティ内に流れ込む軸方向（深さ方向）速度成分を
もったスキッシュ（ｆｆｌｆｌ、）により、キャビティ
の内壁面に沿いへ軸方向に微粒化された燃料を分散、拡
散させるとともに、望）、と充’；′Ｊｌ昆台、気化さ
せ、キャビティ内全容積に亘り良好な混合気を形成する
。 したがって１本発明は、燃料噴射弁の肖碌勾が混合気形
成の主役をつとめる従来の圧縮着火式内燃機関の柿に、
キャビティの壁面への衝突が無くしかも高い圧縮比や燃
料噴射圧を必要としない利点を有する。すなわち不発明
は、燃料＋＋ｎ 霧のキャビティ内壁面′＼の衝突がな
いから、衝突による燃料粒の粗大化および燃料液膜の形
成がなく、燃料噴射弁に＠微力が要求されないので燃料
の微粒化がｔ；、ｘ ＜ 、 ’ ｔ、、かもスキッシ
ュによる乱れの形成により燃焼全促准させ、完全燃焼さ
せるという利点含有する。したがって９本発明は９発煙
をいちじるしく抑制し７．炭化水木（ＨＣ）、−酸１ヒ
灰素（ｃｏ）。 炭素等の微粒子（ｐｔＣ）を低減し１．燃料噴射弁から
噴射された燃料噴霧をスキッシュに乗せてキャビティの
内壁面近くに連続的に分布させるので。 危火遅れが短かく１吋Ｍを低く抑えることができるとい
う利点を有する。また１本発明は、圧縮比を高くとる必
要がないので、エンジンσ）厚部が小さく１機械効率全
１ｆｆｌめ、上述］、た完全燃焼とあい″まって燃料消
費率が小さいという利点を有する。 さらに本発明は、ｆＰ、利の「微力の小さい炉ζ料哨１
４４弁全使用するので、吸入突気を旋回でせる場合。 スワール速度金車さくすることができ、そのため吸入孔
、吸気弁まわりのスワール形成のだめの吸気通路の流れ
の抵抗を小くすることができるため。 吸入望見の吸気効率（”１Ｖ）Ｉｔ：高くすることがで
きるので、同一シリンダ一体積に対して吸入できる望見
量が増加し、同一’ｆｆ気過剰率のもとて燃焼できる燃
料の址を増やすことかでき、エンジン出力を増大させる
という利点を有する。 本発明においでは、第６図（Ａ）お上ひ（Ｂ）に小すよ
本発明者らが１Ｊなった実験解析によれば１次に述べる
球な知見を得た。すなわちキャビティＣ内Ｖご流れ込む
流れ（スキッシュ）Ｓの強さはピストンＰの］用ｈｊＡ
ｏとキャビティＣの開口部の＋ＪｉｉｔＡとの比（収り
比）Ｋよって決まる。この面積比が人＠すきると、形成
される７・キッシュＳの強さが弱まり９本発明における
燃料哨霧全キャヒティ氷の内壁間に沿い深さ方向に案内
するという作用？奏忌ない。逆にキャビティＣの開口面
積Ａを小さくして１面積比−を小さくすると、スキッシ
ュＯ ８が強くなりすき、キャビティＣ内の流れや乱れが過大
になり、燃焼ガスとキャビティ０の内壁面どの熱伝達が
良くなり、熱損失が増加するととも燃焼室の絞り損失が
増大し、ｌＬＭ接噴射内燃機関の特色が失われる。そこ
で本発明者らは、更に綿密Δ な実験および解析を行ない＋ ｎｉＪ記１ｍ槓比−が０
０８Ｏ 〜０２５の範囲内に設定することにより９本発明の作用
効果を確保し、直接噴射内燃機関の特色も確保するとい
う結論に達したのである。 、／ ／ ／−、−、、、−−−−、、−、、、−、、、−−−−
、、−−−−−−一本発明は、実施するに当たり、以下
の様な態様を採り（■る。 本発明の第１の態様は、前ｉｒｉ′！燃焼室内に吸入空
気を供給する吸電機構が吸入空気を旋回させる旋回機構
を具備し、前記キャビティ内に旋回流を形成するように
するものである。 本実１の９ψ様は、上述のスキッシュ１こ加えて燃焼室
を構成するキャビディ内ｔこ吸入空気の旋回流を形成し
その中に燃料噴射弁から燃料を噴射するので、キャビテ
ィ内への燃料の分散、拡散、混合を一層有効ｔこ行なわ
せ、一層良好な混合気形成を可能にするという利点を有
する。 本発明の第２の態様は、第４図（４）および（Ｂ）（こ
示すように、前記燃料噴射弁の噴口から噴射される燃料
噴霧が、噴口とキャビティの開口絞り部の内壁面とが接
する直線ｔｌ より下側であり、噴口とキャビティの深
さをＬとするとぎ開口部から０．９Ｌの深さの部位とを
結ぶ直線ｂｌ より上側のキャビティ内Ｍ壁ｔこ指向す
る様に拡がり角および燃料噴射弁の噴口の位置を決定す
るものである。 本発明におけるスキブシーＳによりキャビティＣの内壁
面ｔこ沿って深さ方向に燃料噴霧な案内する作用を確保
するためには、燃料噴射弁力・ら噴射さｆ＋る燃料噴霧
は、キャビティＣの開口絞り部の内壁面に近い所定位置
を指向するの力；スキツシーＳによりキャビティＣの内
壁面に沿し・燃卑寺噴霧を深さ方向に案内するため最も
良く、そわ力・ら拡力；り角θを狭めてゆき、キャビテ
ィＣの深さＬσ）９割の位！ ０．９ Ｌを越えると、
スキッシュの効果力；期待できず、キャビディＣ内全体
Ｆこ良好な混合気を形成するのが困＠旧なる。 全容積トこ亘りへ有効に混合気を形成するとし・う枦１
点を有する。特ｔこ、キャビディＣの開口絞り部の内壁
面に近い所定位置ｔこ燃料噴霧が指向するように噴射す
ると、キャビディＣ内ｔこ流れ込むスキッシュＳにより
、キャビディＣの内壁面１こ沿し１キヤビデイＣの深さ
方向全体に燃料噴霧を連続的ｔこ案内するため、キャビ
ディＣ内全体に亘り一様な混合気を形成するとｋもに９
着火仔ねを〜おさえ、開音を抑制する七いう利点を４１
する。 本発明の第３の態様は、前記燃料噴射弁の川口をキャビ
ディの開口部の径の５割の領域内の位置に臨む様１こ配
置したものである。 本実８のなり様は、キャビティの開口部に対して燃料噴
射弁の川口を所定位置に配置すること１こより、燃焼室
を削成するキャビティの全内周壁に向けて微粒化さ才ま
た焼判噴霧を噴射するものである。 本発明の第４の態様は、 ｎｉｌ記燃料噴射弁の噴口を
前記キャビティの中心軸に略一致する様トこ配置して、
キャビティ内側壁全周１こｐり均−且つ一様１こ燃料を
噴射するものであり、キャビティ内全容積１こ亘り、均
−且ク一様な良好な混合気を形成するという利点を有す
る。 本発明の第５の態様は、前記燃料噴射弁の噴口をｍ１記
キヤビデイの中心軸から所定距離だけずらして配置する
とともに、キャビティの中心軸に対して所定角度傾斜さ
せて配置するものである。 本実５の態様は、キャビディの中心軸からすらして燃料
噴霧を噴射するが、キャピテイ内トこ形成されている吸
入空気の旋回流により、キャビティ内全容積に豆り分散
、拡散、混合され、良好な混合気を形成するとい５利点
を有するとともに、拡かり角θの小さい燃料噴射弁の使
用を可能にこするという１１１点を有する。 ／′ ５／ ／″ ／ ｌ −−−−−−−−−−−−−−一−−−−次に
本発明の詳細な説明する。 第１実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機関は。 本発明の第１．第２．第３および第４の態様に属し、？
焼室内には適正にコントロールされたスキッシーおよび
スワールを形成し、キャビティの中心軸上に配置した燃
料噴射弁からの燃料噴霧はキャビディの開口部の内壁部
１こ近い２ころを指向して噴射させる点に特徴があり、
以下第５図ないし第７図を用いて詳細に説明する。 第５図に示すようｔこ、シリンダヘッドを往復動するピ
ストンｌの頂部平担面の中央部に燃焼室を構成する有底
円筒形状のキャビディ２を穿設する。 キャビティ２の開口部２ｈの開口面積Ａとピストン頂面
の而ｆ＃ Ａ ｏとの面積比表は０．１８にした。 平担面に流れない様に配慮した。 燃料噴射弁は、第５図ｔこ示す様に、シリンダヘッド４
を貫通配置し、その噴口を前記キャビディ２の軸と一致
させたスリットタイツブの渦巻噴射弁８から成る。 渦巻噴射弁８は、第７図に示す様に先端が細い中空円筒
部材から成るノズル本体８０と、ノズル本体８０内Ｆこ
介挿した段付棒部材のニードル部材８１とから代る。ノ
ズル本体８０の先端部１こは。 渦巻室８５を穿設するとともに、該渦巻室に開口する噴
口３２を同軸的に穿設する。該噴口８２をふさぐ様にニ
ードル部材３１の円錐形のニードル先端部８３が当接す
る。ニードル先端部８３を構成する大径部には、第７図
に示す様に大径部の外周壁に沿い、その軸心に対して所
定の角度をもたせた溝状のスリット８４を穿設し、渦巻
室３５に燃料供給通路３７を介して燃料噴射ポンプ（図
示せず）ｆこ連絡した部屋８６とを連通させる。 渦巻噴射弁８は、中空円錐状の噴霧パターンを形成し、
第７図に示す燃料の拡がり角θが１２０度になる様に、
＠記スリットの角度、断面積および長さ、渦巻室８５の
寸法および噴口８２の径と長さを決定した。噴口８２の
径は１本発明者らの実験１こよれはＱ、 ３ ｗｍから
１．０１６Ｒが良く１本実施例は１Ｏａｙに設定した。 また、第７図に示す中空円錐状の燃ス゛（噴霧のｌ’ｔ
ｒ：、７１角βは、あまり人きくとることができ−す、
５度から３５度の範囲内で選んだ。 シリンダヘッド４には、第６図に示すよつＦこ。 ２個の吸％’、 ４Ｆ 、５ ＋ ５ ’および２個の
排匈弁６．６′４、 ”２１− を挿入配置ａ−渦巻噴剖弁３を四方から包囲する。 吸労弁５および５′が配置崎さオ′篭る吸気通路は。 第５［Ｎｌｉこ示す様に所定のスワール比の旋回流（ス
上述の構成より成る第１実施例の圧縮着火式直接噴射内
？機関は、ヘリカルボー） ＨＴ） ｋこより旋回力を
付与された吸入空気か、ピストンｌの上列１こ応じ圧縮
さ第１る。ビス量−ンｌの上昇に応じ、吸入空気ノスワ
ールは空気の粘性２シリンダ壁との摩擦トこより、適度
に旋回速度が抑制される。ピストンｌか上死点に近くな
り、上死点前２０度ないし５度Ｆこは渦巻噴射弁３から
接線力向の速度成分を有する大きな拡がり角の中空円錐
状の三次元噴霧パターンで燃料の噴射が始まり、キャビ
ティ２の開口部の内壁面に近いところまで噴霧が到達す
る。上死斉’ＪｉｌｌＯ度前後Ｆこなると、ピストン１
のキャビティ２の開口部が紋られているので、ピストン
１の平担面からキャビティ２の中へ流れ込むスキッシュ
Ｓにより、開口部２ｈの内壁近くの燃噴霧は拡散、混合
して、圧縮末期の断熱圧縮された高温空気によって蒸発
しながら、キャビディ２内の全容積に良好な混合気を形
成して１発火する。 発火は、キャビティ２の内壁面付近から起こり。 スワールｔこより旋回しつつキャビディ８の中央部１こ
到達する。ピストンが上死点を過ぎると、ビス１ン１１
７）Ｔｌｉｌｊ面の平担面とシリンダヘッド４の下壁面
との隙間が増大するので、キャビティ２の中のガスは開
口部２ｈを通−て激しく噴出し、完全燃焼する。 第１実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機関は。 燃料の貫徹力の小さい渦巻噴射弁８を用いているので、
燃料噴霧のキャビティ８σ）内壁面への衝突がないから
、衝突１こよる燃料粒の粗大化および燃料液膜の形成が
なく、渦巻噴射弁８が燃料の微粒う利点を有する。 したがって第１実施例内燃機関は発煙をいちじるしく抑
制し、炭化水素（ＨＣ）、−酸化炭素（ＣＯ）、炭素等
の微粒子（Ｐｔｅ）を低減し、渦巻噴射弁３から噴射さ
第１た燃料噴霧をスキッシュ８に乗せて、キャビディ２
の内壁面近くに連続的に分布させるので、Ｉｍｍ遅遅第
１短か＜、ｉｉ音を低く抑えるこ２ができるという利点
を有する。 また本第１実施例の内燃機関は、圧縮比を高（とる必要
がないので、エンジンの摩擦が小さく。 轡イ効率を高め、上述した完全燃焼とあいまって燃料消
ｌ＃率が小さいｋいう利点を有する。 さらに本第１実施例の内燃機関ｔよ、燃料のｗｔＭＩ力
の小さい渦巻噴射弁８を使用するので、キャビディ２の
内壁面への燃料の衝突を避けるためしこ強いスワールを
形成する必要がなく、吸入孔および・、し 吸完弁ｆ４近のベリカルボ−化の流れの抵抗を小さくす
ることができるため、燃焼室への吸入空気の吸電効率（
ηＶ）を高くすることができ、同一シリンダ一体積１こ
対して吸入できる空俄景が増加し。 同一空気過剰率のもとて燃焼できる燃料の量を増やすこ
とができ、エンジン出力を増大させるという利点を有す
る。 本第１実施例の内ｆＰｎ関で使用した渦巻噴射弁３は９
通常のホールノズルおよびビントルノズルが噴出口から
の燃料噴霧の噴出飛行方向が速度の主成分であり９貫徹
力が大きいのに対し、接線方向速度成分と燃料費霧の噴
出飛行方向（半径方向）の速度成分ンこ分かれるため、
燃焼噴霧の噴出飛行方向の速度成分が小さく、且つすぐ
減衰するので。 燃料噴霧のｌｌ１Ｗｌ力が小さいという利点を有する。 本第１実施例の直接噴射内燃機関では、キャビティ２の
中心部では、空電の旋回速度が遅く１周辺部はど流速が
速くなるため、混合気の分布としては、一様に分布させ
るか９周辺部が濃く、中心部は薄い混合気になることが
望ましい。本第１実施例では、＠巻噴射弁８から、中空
円錐状σ）燃料噴林パターンで燃料が噴射さね、スワー
ルの流速の遅いキャビディ中央部に燃料かたまることな
くキャビディ２内に形Ｉ８ｖ、さオＩているスワールと
の協動ｔこより、キャビディ２の開口部ｆ！ｈ付近の内
壁面付近まで到達するが、丙徹力か弱いためキャビティ
２の内壁面には衝突しない。燃料粒と空気上の屏１合・
拡散は本杭ｌ実施例において適正じチ＝−ニングさまた
キャビディ開口部内に流ｒ込むスキブシ：ＬＳにより達
成される。すなわちキャビティ２の内壁面近くに到達し
た燃料粒は、スキッシュにより空気と混合さｔＩながら
キャビティの内壁面［こ沿って深さ方向に流さオ′【、
キャビディ２内Ｆこ一様に分布する。内壁面付近の燃料
」」工、圧縮行程終りの断熱圧縮さ第１た高温空気によ
って蒸発しながら、内壁面【こ近い周辺から着火口まじ
めすみやかｔこ中心部１こむかつて燃焼が進行する。 第２実施例の圧縮着火式直接噴射内燃機関は。 本発明の第１．第２．第８および第５の態様に属し、焼
炉室内には適正にコントロールされたスキッシーおよび
スワールを形成し、ｌＦ−料噴射弁はキャビティの中心
軸とずらして配置させるとともに１キヤビテイの中心軸
［こ対して所定の角度で傾斜させる点に特徴があり、以
下第８図、第９図［Ａｌおよび（Ｂ）を用いて、第１実
施例との相違点を中心に説明する。 第８図ｔこ示すようにシリンダヘッドを往復動するピス
トン１の頂部平担面の中央部に燃焼室を構成する球形の
キャビティ１２を穿設する。キャビティ１２の開口部１
１１１ｈの開口面積Ａとピストンりを構成させる。 燃料噴射弁は、第９図（４）および（Ｂ）に示すように
シリンダヘッド４を貫通して配置され、その噴口がキャ
ピテイ１２の軸心に対し若干偏心しており。 かつ噴射弁の軸はキャビデ４１２の軸心に対し約１５度
傾斜させた渦巻噴射弁７とから成る。 渦巻噴射弁７は、第９図■およびｆＢｌ ）こ示すよう
ｔこ、先端を他の部分より若干細くした中空円筒部材の
ノズル本体７０に、ノズル本体７０内に介挿さｉ１先端
を円錐形Ｅこした棒部材のニードル部材７１とからなる
。ノズル本体７０内の先端には所定の、−７２７ 径の渦巻室７２を穿設する。渦巻室永可と同軸的に所定
の径（０，ｆｌｆｌ）の噴ロア８を穿設するとともｅこ
、第９図（ＡｌおよびｆＢｌ中左右の対向する位置に接
線的Ｅこ渦巻室Ｆこ開口する２個の接線通路７４゜７４
′をｇ股する。接線通路７４は、ノズル本体７０内に平
行ｔこ並設した燃料供給通路７６．７５’を介しで、柩
料噴射ポンプ（図示せず）１こ連絡した環状通路７６１
こ連通する。 本渦巻噴射弁７は、略９０度の拡がり角を有する燃料噴
霧パターンで燃料を噴射するように噴ロア８の径および
長さ、渦巻室７２０寸法、および接線通路７４．７４’
の断面積および長さを決定した。本第２実施例をこおい
ては第８図中キャビティ１２内右側の燃料噴霧は、キャ
ビティ１２の深さの９割の位置より上向Ｅこ指向する様
にする必要がある。 シリンダヘッド４には、第８図Ｆこ示すよう１こ。 開口面積を太き（した１個の吸気弁８および１個の排完
弁（図示せず）を挿入配置する。 吸気弁８を配置した吸気通路は、第８図ｔこ示すように
、所定のスワール比の旋回流（スワール）を発生する様
にチューニングしたへりカルポートＪ（Ｐまたはスワー
ルポートを形成する。 上述の構成より成る第２寮施例の圧縮着火式直料を噴射
するので２図中キャビティ１２の右側の内壁面と燃料噴
霧との間［こ若干燃料の無い領域が生ずるように見える
が、キャビティ１２内１こは適当なスワールが形成され
ているため１図中キャビディ１２の左側の燃料噴霧がま
わりこんで（るため、キャビディ１２内全体に燃料噴霧
が行ぎわたり良好な混合気を形成するため、前述した第
１実施例の内燃機関と同様の作用効果を奏する。 尚９本第２実施例の内燃機関は、燃料噴霧パターンの拡
がり角θの小さい燃料噴射弁を使用することができると
いう利点を有すると２も１こ、噴口の径を第１実施例よ
り小さくすることが出来、哨出凍度が大きいので、カー
ボンによる噴口のよごねを少なくする２いうｆ１１点を
有′する。 本第２実施例の内鰐機関は、燃料噴霧のキャビティ］２
の内壁面１こ指向する深さ方向の位置が幅をもつため、
キャピテイ１２の深さ方向の燃料の分散を良くする利点
を有するとともに、スキブシ、Ｓを強（することができ
ない内燃機関１こおいてもキャビティ１２内の深さ方向
全体に一様に良好な？昆合気を形成することがで削るｋ
いう利点を有する。 さらＦこ本第２実施例の内？機関は、り料ｕＰ射弁を煩
ｉ１させて配置して、吸気弁および排気弁を１個ずつに
したので、吸気および排気弁が各１個で構成さ才］るこ
との多い小型の圧縮着火式直接噴射内ＰＮ機関１こ適用
しやすいという利点を有する。 １つシ１本発明は、上述した実施例１こ限定さオ（るこ
となく、特許請求の範囲の精神に反しない限り、
′幾多の設計変更および付加変更が可能である。
第１図および第２図は、従来の内燃機関の燃料ＣＬｉ４
ｍパターンを示す平面図、第３図（４）および第８図ｆ
Ｂ）は１本発明のキャビティの開口部の面積とピストン
頂面の面積比の関係およびスキッシーを説明する平面図
および断面図、第４図（４）およびｆＢｌは。 本発明の第２態様の燃料噴霧の指向する方向９位置を示
す断面図、第５図ないし第７回は１本発明の第１！５！
施例の内燃機関を説明する図で、第５図は、第１実施例
の内燃機関の第６図のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、第６図
は、第１賽施例の向学機関の第５図のＡ−Ａ線１こ沿う
横断面図、第７図は。 第１実施例の内燃機関の渦巻噴射弁の縦断面図。 第８図および第９図（４）およびＣＢ１図は本発明の第
２実施例の内？機関を説明する図で、第８図は第２実施
例の内Ｐ機関の縦断面図、第９図（５）は、第２実施例
の内燃機関の渦巻噴射弁の縦断面図、および襖９図＋Ｂ
ｌは、第９図（４）中のＣ−Ｃ線ｔこ沿う第２実施例の
渦巻噴射弁の横断面図を示す。 図中、ＣＹはシリンダ、ｌはピストン、２．１２はキャ
ビティ、８，７は渦巻噴射弁、４はシリンダー・ラド＋
５，５’＋８は吸剣弁、６，６’は排気弁、 ＨＰ １
１．、ヘリカルポート、 ３５．７２は渦巻窄、８４は
スリブ）１７４．７４’は接線通路を夫々示す。 特的出紛１１人 株式会ネ１ 豊田中央研究所 第１回 寸 ０ ３ ２ ′３ 第４ 図（Ａノ コ１ζ４ 図（Ｂ〕
ｍパターンを示す平面図、第３図（４）および第８図ｆ
Ｂ）は１本発明のキャビティの開口部の面積とピストン
頂面の面積比の関係およびスキッシーを説明する平面図
および断面図、第４図（４）およびｆＢｌは。 本発明の第２態様の燃料噴霧の指向する方向９位置を示
す断面図、第５図ないし第７回は１本発明の第１！５！
施例の内燃機関を説明する図で、第５図は、第１実施例
の内燃機関の第６図のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、第６図
は、第１賽施例の向学機関の第５図のＡ−Ａ線１こ沿う
横断面図、第７図は。 第１実施例の内燃機関の渦巻噴射弁の縦断面図。 第８図および第９図（４）およびＣＢ１図は本発明の第
２実施例の内？機関を説明する図で、第８図は第２実施
例の内Ｐ機関の縦断面図、第９図（５）は、第２実施例
の内燃機関の渦巻噴射弁の縦断面図、および襖９図＋Ｂ
ｌは、第９図（４）中のＣ−Ｃ線ｔこ沿う第２実施例の
渦巻噴射弁の横断面図を示す。 図中、ＣＹはシリンダ、ｌはピストン、２．１２はキャ
ビティ、８，７は渦巻噴射弁、４はシリンダー・ラド＋
５，５’＋８は吸剣弁、６，６’は排気弁、 ＨＰ １
１．、ヘリカルポート、 ３５．７２は渦巻窄、８４は
スリブ）１７４．７４’は接線通路を夫々示す。 特的出紛１１人 株式会ネ１ 豊田中央研究所 第１回 寸 ０ ３ ２ ′３ 第４ 図（Ａノ コ１ζ４ 図（Ｂ〕
Claims (5)
- （１） ビヌトン頂面にキャビティをＪ形成し、キャ
ビティ内に燃料全直接噴射する圧縮着火式直接噴射内燃
機関において ｌＩＩ記ピストン頂面に形成したキャビティは。 人口開口部が絞られ他の部分はそれより面積が大きくな
る様に形成して、その入口開口部の面積Ａとピストン頂
面の面積Ａ。との比が Ｏ，０Ｂ（：、。嘗 ０２５ の関係ｔａ足するようにするとともに。 燃料の旋回手段を有し、噴口から噴射される燃料に接線
方向速度成分を有するようにした燃料噴射弁をキャビテ
ィ中央部に噴口が位置するように配置して、川口から所
定拡がり角の中々円錐状の噴霧パターンでキャビティ内
全周壁に噴射するようにし７ｈことｆｆ：特Ｒとする圧
縮ｊＷｆ火式直接噴射内燃（走間。 - （２）前記燃焼室内に吸入空気を供給する吸気機構が吸
入空気を旋回させる旋回機構を具備し、前記キャビティ
内に旋回流を形成するようにしたことを特徴とする特許
請求の範囲第（１１１記載の圧縮着火式直＃ ”ＩＩ射
内燃機関。 - （３）前記燃料噴射弁の川口から噴射される燃料噴鳴が
、中口とキャビティの開口絞り部の内壁とが接する旧線
より下側であり、噴Ｅ］とキャビティの深さ（（Ｌとす
るとき開口部から０．９ Ｉ・の深をの部位とを結ぶ直
線より上側のキャビティ内周壁に指向する様に拡がり角
および燃料噴射弁の哨ロ位置ケ決足したことを特徴とす
る特許請求の範囲第（１１項記載の庄崩荊火式１自接唱
射内燃機関。 - （４） ＋ｉｉｌ記燃料Ｉｌｌ剖弁の川口をキーヤビ
ティの開口部の径の５割の頭域内の位置に臨む様に配置
したことを特徴とするｔＦｑ訂請求の範囲第（１）頃記
載の圧絹青火式Ｅ［ｊ接唱射内燃機関。 - （５）前記燃料ｌＩ＃Ｉ射弁の川口を前記キャビティの
中・ｕＩｌｌｌ！ｌｖＣ略一致ず−る棟に配置して、キ
ャビディ内側壁全周に亘り一様に燃料を噴射するように
したこと全特徴とする特許請求の範囲第（１１項記載の
出縮Ｊ’ｔｔ火式石４ｆ １Ｉｒ４射内炉、機関。 （ｔｉ） １４！Ｊ記慾料Ｉｌｌ射升の噴口ｋ Ａｉ
Ｊ記ギャビティの中！し８仙からＦｒｙ距離だけずらし
て配置するとともに、キャビティの中１Ｕ軸に対して所
定角Ｐ！ｉ傾斜させて配置したことを特徴とするせｄ′
Ｆ請求の範囲第（２１ＪＪ４ ｉ己戦のＩＪＥ Ｍ ｉ
Ｍ火式【ロ、接１貧別内燃機関。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57120195A JPS5910734A (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | 圧縮着火式直接噴射内燃機関 |
| US06/512,055 US4522172A (en) | 1982-07-09 | 1983-07-08 | Direct injection internal combustion engine of compression ignition type |
| DE8383106747T DE3382368D1 (de) | 1982-07-09 | 1983-07-08 | Luftverdichtende brennkraftmaschine mit direkteinspritzung. |
| EP83106747A EP0098619B1 (en) | 1982-07-09 | 1983-07-08 | Direct injection internal combustion engine of the compression ignition type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57120195A JPS5910734A (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | 圧縮着火式直接噴射内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5910734A true JPS5910734A (ja) | 1984-01-20 |
Family
ID=14780258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57120195A Pending JPS5910734A (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | 圧縮着火式直接噴射内燃機関 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4522172A (ja) |
| EP (1) | EP0098619B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5910734A (ja) |
| DE (1) | DE3382368D1 (ja) |
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1983
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