WO1993000504A1 - Moteur a combustion interne a allumage par compression du type a injection directe - Google Patents

Description

明 細 書 直噴式圧縮着火内燃機関 技 術 分 野

本発明は直噴式圧縮着火内燃機関に閩する。 背 景 技 術

ビス ト ン頂面上に形成されたキャビティの中心部に衝突面 を形成し、 燃料噴射弁から噴射された燃料を衝突面に衝突さ せて衝突した燃料を衝突面からキヤビティ内の周辺方向に飛 散させ、 次いで飛散した燃料を点火栓又はグローブラグによ り着火せしめるようにした内燃機関が既に本出願人により出 願されている （特開昭 63— 120815号公報参照） 。 この内燃機 関では点火栓又はグロ一プラグを用いて燃料を着火せしめる ようにしているがその後の研究によってこのような衝突作用 を利用した燃料噴霧の形成方法を圧縮着火内燃機関に適用す ると着火遅れ期間が極めて短く、 従って圧力上昇のゆるやか な燃焼が得られることが判明しており、 従ってこのような圧 縮着火内燃機関についても既に本出願人により出願されてい る （ P C T/ J P 9 0 Z 0 0 7 1 8参照） 。 この圧縮着火内 燃機関では一般的な圧縮着火内燃機関と同様に実質的に全て の噴射燃料をビス ト ン頂面上に形成されたキヤビティ内で燃 焼させるようにしている。

ところでビス ト ン頂面上に形成されたキャビティ は本来的 に全噴射懲料を燃焼せしめるのに十分な量の空気を収容しう る容積を有しており、 従ってキヤビティ内の全空気を燃焼に 利用できれば上述のように実質的に全ての噴射燃料をビス ト ンのキヤビティ内で燃焼させるようにしても良好な燃焼が得 られることになる。 しかしながらキヤビティ内の全空気を燃 焼に利用するためには噴射燃料をキヤビティ内全体^:均一に 分散させなければならない。 ところがこのように噴射燃料を キヤビティ内全体に均一に分散させることは一般的な圧縮着 火内燃機関はもとより、 噴射燃料を衝突面に街突させるよう にした圧縮着火内燃機関でも困難である。 従って実質的に全 ての噴射燃料をビス ト ンのキヤビティ内で燃焼させるよう に すると空気利用率が不十分となるために多量の未燃 H Cゃス モークが発生するという問題がある。 発 明 の 開 示

本発明の目的は新規な燃焼方法を用いて有害成分ゃスモー クの発生を大巾に抑制しつつ熱効率を大巾に高めることので きる圧縮着火内懲機閔を提供することにある。

本発明によれば、 ピス ト ン頂面上にキヤビティを形成する と共にキャビティ中心部上方のシリ ンダへッ ド内壁面上に燃 料噴射弁を配置し、 燃料噴射弁の下方に衝突面を具えた衝突 部を設けると共に燃料噴射弁から噴射された燃料を衝突面に 衝突させて街突した噴射燃料を衝突面からキヤビティの半径 方向に飛散させるようにした直噴式圧縮着火内燃機閬におい て、 燃料噴射開始時期を圧縮上死点近く に設定して初期燃焼 をキ ヤ ビテ ィ内で行わせると共に初期燃焼を続く残りの大部 分の燃焼をキ ヤビティ周りのビス ト ン頂面とシ リ ンダへ ッ ド 内壁面間において行わせるようにした直噴式圧縮着火内燃機 関が提供される。 図面の簡単な説明

第 1図は直噴式圧縮着火内燃機関の側面断面図、 第 2図は ビス ト ンの平面図、 第 3図はシ リ ンダへッ ドの底面図、 第 4 図は燃料噴射弁先端部の拡大側面断面図、 第 5図は図 4の V - V線に沿ってみた断面図、 第 6図は燃料噴射時期を示す図 第 7図は燃料噴射開始直後を示す内燃機関の側面断面図、 第 8図は燃料噴射完了直前を示す内燃機関の側面断面図、 第 9 図は噴霧バターンを示すビス ト ンキ ヤ ビティの平面図、 第 1 0図は直噴式圧縮着火内燃機関の別の実施例を示す側面断面 図、 第 1 1図は一般的な直噴式圧縮着火内燃機関の側面断面 図、 第 1 2図は第 1 1図に示されるビス ト ンの平面図である, 発明を実施するための最良の形態

第 1図から第 3図を参照すると、 1 はシリ ンダブロ ック、 2 はシ リ ンダブロ ッ ク 1 内で往復動する ピス ト ン、 3 はシ リ ンダブロ ック 1上に固締されたシリ ンダへッ ド、 4 はビス ト ン 2 と シ リ ンダへッ ド 3間に形成された燃焼室、 5 は一対の 吸気弁、 6 は一対の排気弁を夫々示す。 ピス ト ン 2の平坦な 頂面 2 a の中央部にはキ ヤ ビティ 7が形成され、 キ ヤ ビティ 7の周壁上方部には内方に突出したリ ップ部 8が形成される, このリ ップ部 8によってキヤビティ Ί中間部の断面積より も 小さな断面積を有するキャビティ上部開口 9が形成される _c このキヤビティ上部開口 9の周緣部には等角度間隔で円弧状 の輪郭形状を有する凹部 1 0が形成されている。

キヤビティ 7の底壁面中央部には上方に突出する支持部材 1 1がー体形成され、 この支持部材 1 1 の頂部に衝突部材 1 2がー体形成される。 この衝突部材 1 2の頂面にはほぼ平坦 をなす衝突面 1 3が形成される。 一方、 シリ ンダへッ ド 3 の 平坦な内壁面 3 a の中央部にはキヤビティ Ίの上部開口 9全 体を覆うように第 2 のキヤビティ 1 4が形成され、 衝突面 1 3上方の第 2のキヤビティ 1 4の中央部には燃料噴射弁 1 5 が配置される。

第 1図から第 3図に示す実施例では第 4図および第 5図に 示されるように燃料噴射弁 1 5 は円筒状をなすノズルロ 1 6 と、 ノズル口 1 6 開閉制御をするニー ドル 1 7 とを具備す る。 ニードル 1 7 はノズル孔 1 6に対して共軸的に形成され かつノズル孔 1 6より もわずかに小径の先端部 1 8を有し、 この先端部 1 8の外周面上には等角度間隔でもって 4個の平 坦面からなる切欠き 1 9が形成されている。 また、 ニードル 1 7 の受圧面 2 0周りに形成された燃料溜め 2 1 にはニード ル 1 Ίの軸線に対して点対称に配置された複数個の燃料供給 通路 2 2が連結されている。 燃料ポンプ （図示せず） から吐 出された高圧の 料は各燃料供給通路 2 2を介して隳料溜め 2 1 に供給され、 燃料溜め 2 1内の燃料圧が一定圧を越える とニードル 1 7が上昇してノズル孔 1 6から燃料が噴射され る。

燃料噴射弁 1 5からは衝突面 1 3の中央部に向けて燃料噴 射が行われ、 この燃料噴射の実際の噴射時期が第 6図に示さ れている。 なお、 第 6図において 0 Sは噴射開始時期を示し ており、 Eは噴射完了時期を示している。 また、 第 6図に おいて横軸は機閩負荷を示している。 第 6図からわかるよう に機関低負荷運転時には圧縮上死点 T D C後に燃料噴射が開 始され、 従ってこのときには全噴射燃料が圧縮上死点 T D C 後に噴射される。 一方、 噴射開始時期 0 Sは機関負荷が高く なるにつれて早められ、 機関負荷が高く なると圧縮上死点 T D Cより も少し前に燃料噴射が開始される。 このように噴射 開始時期 Sが早められても圧縮上死点 T D C後の噴射期間 の方が圧縮上死点 T D C前の噴射期間より もはるかに長く 、 従って大部分の噴射燃料は圧縮上死点 T D C後に燃焼せしめ られること力 わ力、る。

第 7図は燃料噴射が開始された直後を示しており、 第 8図 は燃料噴射が完了する直前を示している。 また、 第 9図は衝 突面 1 3に衝突した燃料が拡散する様子を示している。

第 7図に示されるようにビス ト ン 2が上死点 T D Cに近づ く とビス ト ン頂面 2 a の周辺部とシリ ンダへッ ド内壁面 3 a の周辺部間にはスキ ッ シユエリ ア 2 3が形成され、 このスキ ッ シユエリア 2 3からスキッ シュ流が矢印 Sで示されるよう にキヤビティ 7内に噴出する。 一方、 ビス ト ン 2が上死点付 近に達すると第 7図において Fで示されるように燃料噴射弁 1 5から燃料が連続液体流の形で街突面 1 3の中央部に向け て噴射され、 この噴射燃料 Fは衝突面 1 3 の中央部に連続液 体流の形で衝突せしめられる。 このとき一部の噴射燃料は衝 突エネルギによってただちに霧化し、 残りの燃料は液膜流の 形で街突面 1 3の周緣部に向けて四方に流れる。 次いでこの 液膜流は衝突面 1 3の周縁部において分裂して燃料微粒子と なり、 この燃料微粒子は衝突面 1 3から四方に飛散する。 斯 く してキヤビティ 7内には第 9図に示されるように衝突面 1 3からキヤビティ 7の周辺部に向かう燃料噴霧が形成される < 衝突面 1 3に衝突することによってただちに霧化した燃料は 慣傲カを有さず、 斯く してこの霧化した燃料は衝突面 1 3 の 周りに集まっている。 一方、 燃料噴射は圧縮上死点 T D C付 近で行われるので燃料噴射が行われるときの隳焼室 4内の圧 力および温度ばかなり高くなつている。 従って衝突面 1 3に 衝突することによってただちに霧化した燃料は霧化せしめら れるゃ否や着火せしめられ、 斯く して着火遅れ期間が極めて 短かくなる。 また、 最初に着火せしめられる燃料は衝突面 1 3 の周りに集まっている霧化した燃料であり、 従って燃料の 着火はキャビティ 7の中心部から開始されることになる。 次 いで着火火炎は衝突面 1 3周りからキヤビティ 7の周辺部に 向けて四方に伝播し、 キャビティ 7内における初期燃焼が行 われる。 第 6図からわかるように機関低負荷運転時にはこの 初期燃焼は圧縮上死点 T D C後に行われ、 機関高負荷運転時 には圧縮上死点 T D C付近でこの初期燧焼が行われる。

次いでビス ト ン 2が下降を開始すると第 8図において Rで 示されるようにキヤビティ 7内のガスをスキ ッ シュエリ ア 2 3内に引き込む逆スキッ シュ流が発生する。 また、 キヤビテ ィ Ί内の燃料噴霧 Gの初期燃焼が行われるとキヤビティ 7内 のガスが膨張し、 その結果キヤビティ 7内の既燃ガスおよび 空気がキャビティ 7 の上部開口 9を通ってキヤビティ 7内か ら流出する。 従ってキヤビティ 7内の既燃ガスおよび空気は 逆スキ ッ シュ流 Rおよびキヤビティ 7内のガスの膨張作用に よってスキッ シュエリ ア 2 3内に送り込まれることになる。 このとき衝突面 1 3 に衝突して四方に飛散する燃料噴霧 Gお よび着火火炎はキャビティ 7内からスキッ シュエリア 2 3内 に向かう既燃ガスおよび空気によって順次スキ ッ シュエリ ア 2 3内に案内され、 スキッ シュエリ ア 2 3内に送り込まれた 燃料噴霧 Gはスキッシユエリア 2 3内で順次燃焼せしめられ る。

従って本発明ではキヤビティ 7内において初期燃焼が行わ れた後の圧縮上死点 T D C後にスキ ッ シュエリア 2 3内にお いて後期燃焼が行われることになる。 第 6図からわかるよう に機関高負荷運転時であつても大部分の燃料は圧縮上死点 T D C後に噴射され、 斯く して大部分の噴射燃料は圧縮上死点 T D C後にスキ ッ シュエリア 2 3内で燃焼せしめられること になる。 このように圧縮上死点 T D C後に大部分の燃焼が行 われると燃焼エネルギの大部分が出力 トルクに有効に変換さ れることになり、 斯く して熱効率が向上せしめられることに なる。

ところでこのように本発明において大部分の噴射燃料を圧 縮上死点 T D C後に良好に燃焼せしめることができるのは噴 射燃料を衝突面 1 3に衝突させて微料化した燃料を衝突面 1 3から四方に飛散せしめるようにしており しかもスキッシュ エリア 2 3内で燃焼せしめるようにしているからである。 即 ち、 このように微粒化した燃料を衝突面 1 3から四方に飛散 させて微粒化せしめると逆スキッ シュ流 Rが発生したときに 順次噴射される嫘料の大部分が順次スキッ シュヱリ ア 2 3内 に送り込まれ、 しかもこのとき順次噴射される燃料がスキッ シュエリア 2 3内の全領域に亘つて比較的均一に分散せしめ られる。 また、 キヤビティ 7内において初期燃焼が行われて もキヤビティ Ί内にば燉焼に寄与していない多量の空気が存 在しており、 従って初期燃焼によるキヤビティ 7内のガス膨 張作用および逆スキッシュ流 Rによりキヤビティ 7内のガス がスキッ シュエリア 2 3内に送り込まれる際にこのガス中に 舍まれる多量の空気が燃料噴霧 Gと十分に混合せしめられる ₆ その結果、 圧縮上死点 T D C後においても良好な 焼が得ら れることになる。

なお、 上述したように圧縮上死点 T D C後において良好な 燃焼を得るためには衝突面 1 3に街突した燃料を衝突面 1 3 から四方に飛散させることが必要であり、 そのためには燃料 噴射弁 1 5から燃料を連続液体流の形で噴射させてこの噴射 燃料を微粒化されていない液状の形で衝突面 1 3に衝突させ ることが必要となる。 この場合、 無論燃料噴射弁 1 5から噴 射される全ての燧料の微粒化を阻止することは不可能であり、 従って実際には燃料噴射弁 1 5から噴射された燃料の一部が 微粒化していない液状の形で衝突面 1 3に街突することにな る。 このとき燃料は連続液休流の形で衝突面 1 3 に衝突する 場合もあり、 また噴射後分裂して液体の塊の形で衝突面 1 3 に衝突する場合もある。 いずれにしても本発明では噴射燃料 を衝突面 1 3 に衝突させることによつて微粒化せしめるよう にしているので噴射燃料をできるだけ高速度で衝突面 1 3上 に衝突せしめる必要があり、 そのために燃料噴射弁 1 5から 燃料を連続液体流,の形で噴射せしめるようにしている。 即ち 連続液体流の形で噴射された燃料は大きな貫徹力を有するの で衝突面 1 3に衝突するまでにほとんど減速されず、 斯く し て燃料噴射弁 1 5から噴射される燃料の燃料噴射圧を 1 0 0 kg / cm ² から 1 5 O kg / _{c m}程度の低圧としても噴射燃料を高 速度で衝突面 1 3に衝突せしめることができる。 その結果、 衝突した燃料が衝突面 1 3から四方に飛散し、 斯く して圧縮 上死点 T D C後にスキ ッ シュエリ ア 2 3内で大部分の燃料を 良好に燃焼せしめることができることになる。

なお、 前述したように噴射燃料を衝突面 1 3 に衝突させる と着火遅れ期間が短かく なり、 しかも最初の着火は衝突面 1 3周りのキヤビティ 7 の中心部において行われる。 次いでキ ャ ビティ 7内のガスが膨張し、 逆スキ ッ シュ流 Rが発生する と燃料噴霧 Gは四方に広がりながらスキ ッ シュエリ ア 2 3内 に向けて拡散することになる。 云い換えると燃料噴霧 Gは空 気中に分散しながら広がってい く ことになる。 このとき火炎 は空気中に分散しながら広がってい く燃料噴霧 Gを追いかけ るように伝播していく のでスキ ッシュエリア 2 3内の燃料噴 霧 Gは各燃料微粒子の周りに十分な空気が存在する状態で燃 焼せしめられ、 斯く して未燃 H Cが発生することもなく、 す すも発生しない良好な燃焼が得られることになる。 一方、 キ ャビティ 7内からスキッ シュエリア 2 3内に向かうガス中に は既燃ガスが舍まれており、 この既燃ガスがスキ ッ シュエ リ ァ 2 3内における後期燧焼に対して内部 E G Rの作用を果す, 従って燃焼速度が適度に抑制されるために最高燃焼温は低く なり、 斯く して Ν Ο χ の発生が抑制されることになる。 これ が本発明の基本となる燃焼方法である。

前述したように圧縮上死点 T D C後に大部分の燃焼が行わ れれば大部分の燃焼エネルギが出力 トルクに有効に変換され るので熱効率を向上せしめることができる。 このことは説明 することもなく周知である。 ただしこの場合熱効率を向上で きるのは圧縮上 点 T D C後に良好な燃焼を行う ことができ る場合である。 しかしながら一般的な直噴式圧縮着火内燃機 閬では大部分の燃焼を圧縮上死点 T D C後に行おう とする と 燃焼が悪化し、 熱効率 向上することは不可能である。 次に このことについて第 1 1図および第 1 2図を参照しつつ説明 する。

第 1 1図および第 1 2図は燃料噴射弁 aが 4個のホールノ ズルを有し、 各ホールノ ズルから燃料 Fをビス ト ン b のキヤ ビティ cの内周壁面に向けて噴射するようにした圧縮着火内 燃機閬を示している。 このような圧縮着火内燃機閬では第 1 2図において矢印 Sで示すようなスワールをキヤビティ c内 に発生せしめ、 このスワール Sによって噴射燃料 Fをキヤビ ティ c内に拡散せしめるようにしている。 ところでこのよう な圧縮着火内燃機関においても例えば噴射開始時期を上死点 付近にすると燃料噴射弁 aから燃料 Fが噴射されているとき にキヤ.ビティ cからスキ ッ シュエリア dに向かう逆スキ ッ シ ュ流が発生する。 しかしながらこのように各ホールノ ズルか らキヤビティ c の内周壁面に向けて燃料 Fを噴射するように した場合には各噴射燃料 Fの貫徹力が強く、 従ってスワール Sによって拡散された極く一部の燃料は逆スキ ッ シュ流によ り スキ ッ シュエリ ア d内に導びかれるが各噴射燃料 Fの主流 はスキッシュエリ ア dに導びかれることなく キヤビティ c の 内周壁面に向かう ことになる。 即ち、 このような圧縮着火内 燃機関ではたとえ燃料を圧縮上死点 T D C後に噴射したとし ても大部分の噴射燃料はキヤビティ c 内に供給されてキヤビ ティ c内で燃焼せ'しめられることになる。

しかしながらこのように大部分の噴射燃料をキヤビティ c 内において燃焼せしめるようにした場合にはキヤビティ c内 の空気を十分に利用できないために良好な燃焼が得られず、 斯く して冒頭で述べたように多量の未燃 H Cやスモークが発 生することになる。 これは 4個以上の多数のホールノズルを 有する燃料噴射弁 aを用いた場合でも同様である。 従って各 ホールノ ズルからキヤビティ cの内周壁面に向けて燃料を噴 射するようにしている限り、 圧縮上死点 T D C後に燃料を噴 射すれば燃焼が悪化し、 斯く して熱効率が向上するどころか 逆に熱効率が低下することになる。 従ってこのような圧縮着 火内燃機関では熱効率に対して突き破ることのできない上限 が存在することになる。 本発明はキヤビティ 7内で初期燃焼 を行い、 圧縮上死点 T D C後に大部分の燃焼をスキッ シユエ リア 2 3内で行う という新規な燃焼方法を用いて一般的な圧 縮着火内燃機関では突き破ることのできなかった熱効率の壁 を突き破り、 同時に一般的な圧縮着火内燧機関では或る一定 限度以下には低減しえなかった未^ H C , N Ο χ 、 スモーク 等の発生量を大巾に低減しうるものであり、 斯く し Tこの新 規な燃焼方法のもたらす効果は極めて大であると云える。 第 6図からわかるように本発明による実施例では機閬低負 荷運転時には圧縮上死点 T D C後に燃料噴射が開始され、 斯 く してキヤビティ Ί内における初期燃焼およびスキツシユエ リア 2 3内における後期燃焼の双方が圧縮上死点 T D C後に 行われる。 これに対して機関高負荷運転時には機関低負荷運 転時に比べて 料噴射開始時期 6 Sが早められ、 斯く してキ ャビティ Ί内で燃焼せしめられる燃'料の量が増大せしめられ る。 キヤビティ 7内で燃焼せしめる翳料の量が増大せしめら れるとキヤビティ 7内における初期燃焼によるガスの膨張作 用が強く なり、 従って機閬高負荷運転時に噴射期間が長く な つてもキヤビティ 7内のガスの強力な膨張作用によってキャ ビティ 7内の空気を良好にスキッシュエリア 2 3内に送り込 むことができることになる。

また、 キヤビティ 7内で燃焼せしめる燃料の量が増大せし められると初期燃焼によりキヤビティ 7内に生成される既燃 ガス量が増大し、 従ってスキッ シュエリ ア 2 3内に送り込ま れる既燃ガス量も増大する。 従って機閬高負荷運転時に燃料 噴射量が増大し、 発熱量が増大しても既燃ガスによる内部 E G R作用が強化されるために N O x の発生が抑制されること になる。

なお、 上述したように燃料噴射開始時期 Sを早めればキ ャ ビティ 7内で燃焼せしめられる燃料量が増大し、 従ってキ ャ ビティ 7内における初期燃焼とスキッ シュエリ ア 2 3内に おける後期燃焼との割合は燃料噴射時期 6 Sを変えることに よって自由に調整することができる。 この場合、 燃料噴射開 始時期 Θ Sは熱効率や有害成分の発生量を勘案して定められ 場合によっては機関高負荷運転時であっても圧縮上死点 T D C後に燃料噴射を開始することが好ましい場合もあり得る。 いずれにしても大部分の燃料がスキ ッ シユエリ ア 2 3内で燃 焼せしめられることには変りがない。

ところで本発明では前述したようにキ ヤ ビティ 7内の空気 がスキ ッシュエリア 2 3内に導びかれ、 この空気によってス キッ シュエリア 2 3内に導びかれた燃料が燃焼せしめられる, この場合、 スキッシュエリア 2 3内における燃焼を更に良好 なものにするにはスキッ シユエリ ァ 2 3内に更に空気を導び く ことが好ましく、 そのためには第 1図に示すようにシリ ン ダへッ ド内壁面 3 a の中央部に第 2 のキ ヤ ビティ 1 4を形成 することが好ましい。 このような第 2のキ ヤビティ 1 4を設 けると逆スキッシュ Rが発生したときに第 8図において矢印 Xで示されるように第 2のキヤビティ 1 4内の空気がスキ ッ シュエリア 2 3内に引き込まれ、 斯く してスキ ッ シュエリ ア 2 3内には多量の空気が供給されることになる。 その結果、 スキ ッ シュエリ ア 2 3内における一層良好な後期燃焼が得ら れることになる。

また、 本発明においてもう一つ重要なことは衝突面 1 3に 衝突した燃料をキヤビティ 7内全体に分散させると共に最初 の着火をキャビティ 7 の中心部において行わせることであり そのためには第 4図および第 5図に示されるような燃料噴射 弁 1 5を用いることが好ましい。 即ち、 第 4図および第 5図 に示されるような切欠き 1 9を見えたニー ドル 1 7を用いる とノズル孔 1 6から噴出する燃料は 4個の主噴流に別れ、 そ の結果第 9図に示されるように衝突面 1 3に衝突した燃料は 夫々同様な噴霧パターンでもつて西方に対称的に広がる。 こ の場合、 各噴霧パターンの中心部には大きな貫傲力を有する 粗い燃料粒子が存在するためにこれら粗い燃料粒子はキヤビ ティ 7 の内周壁面近まで飛散し、 斯く してキヤビティ 7内の 隅部まで噴射燃料を分配することができることになる。 これ に対して衝突面 1 3の周りにはほとんど貫傲力を有さない燃 料微粒子が集まり、 この燃料微粒子が最初に着火せしめられ る。 従って第 4図および第 5図に示されるようなニー ドル 1 7を用いると街突面 1 3に衝突した燃料をキヤビティ 7内全 体に分散させると共に最初の着火をキャビティ 7の中心部に おいて行う ことができることになる。

また、 本発明による実施例ではリ ッブ部 8に多数の 1 0凹 部が形成されている。 このようにリ ッブ部 8に多数の凹部 1 0を形成しておく とこれら凹部 1 0によって絞り部 9を通過 するガスに強力な乱れが与えられる。 その結果スキッ シユエ ア 2 3内における燉料噴霧 Gと空気との混合が促進され、 斯く して更に良好な燃焼が得られることになる。 また、 本発 明による実施例では第 1図に示されるように絞り部 9から流 出するガスの流速をできるだけ減速させないために衝突部材 1 2 の外周壁面は上方に向けて拡開する円錐面から形成され ている。

第 1 0図に別の実施例を示す。 この実施例ではシリ ンダへ ッ ド 3内に燃料噴射弁ホルダ 2 4が嵌着され、 燃料噴射弁 1 5がこの燃料噴射弁ホルダ 2 4内において支持される。 また この実施例では衝突面 1 3を有する衝突部材 1 2が支持部材 2 5を介して燃料噴射弁ホルダ 2 4により支持されている。 この実施例では第 1 0図に示されるようにビス ト ン 2が上死 点に達したときに衝突面 1 3 はキヤビティ 7内に位置する。 第 1図および第 1 0図に示すいずれの実施例においても軽 油はもとよりメ タノール、 灯油、 重油、 多種合成燃料、 植物 油等の液状燃料を使用することができる。 また、 いずれの実 施例においても燃焼室 4内にスワールを発生させる必要がな いので給気抵抗が小さ く、 斯く して高い給気効率を得ること ができる。 更にいずれの実施例でも前述したように着火遅れ が極めて短縮され、 圧力上昇率および最高燃焼温が抑制され るので燃焼騒音が低下し、 N O _x の発生量が大巾に低減せし められる。 また、 空気利用率が高められるのでスモークの発 生が抑制される。 更に燃焼室 4の内壁面に噴射燃料が付着す ることがないので未燃 H Cの発生量が大巾に低減せしめられ る。 また、 全体として熱効率が高められるために C O _z の発 生量が低減せしめられる。 更に燃料噴射圧を高くする必要が ないという利点もある。

以上述べたように本発明によれば未燃 H C, NO_x 等の有 害成分およびスモークの発生を大巾に低減しつつ熱効率を大 巾に向上せしめることができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . ピス ト ン頂面上にキ ヤビティを形成すると共にキ ヤビ ティ中心部上方のシリ ンダへッ ド内壁面上に燃料噴射弁を配 置し、 燃料噴射弁の下方に衝突面を具えた衝突部を設けると 共に燃料噴射弁から噴射された燃料を該衝突面に衝突させて 衝突した噴射燃料を衝突面からキ ヤビティの半径方向に飛散 させるようにした直噴式圧縮着火内燃機関において、 燃料噴 射開始時期を圧縮上死点近く に設定して初期燃焼をキ ヤ ビテ ィ内で行わせると共に該初期燃焼に続く残りの大部分の燃焼 をキ ヤビティ周りのビス ト ン頂面とシリ ンダへッ ド内壁面間 において行わせるようにした直噴式圧縮着火内燃機関。

2 . 該衝突部がピス ト ンによ り支持されており、 該衝突面 がキ ヤビティ内に位置している請求項 1 に記載の直噴式圧縮 着火内燃機関。

3 . 該衝突部がシリ ンダヘッ ドにより支持されており、 ビ ス ト ンが上死点に達したときに該衝突面がキャ ビティ内に位 置する請求項 1 に記載の直噴式圧縮着火内燃機関。

4 . 該衝突面がほぼ平坦をなす請求項 1 に記載の直噴式圧 縮着火内燃機関。

5 . 燃料噴射弁のノ ズル口から該衝突面に向けて連続液体 流の形で燃料を噴射せしめると共に該燃料を微粒化していな い液状の形で該衝突面に衝突せしめるようにした請求項 1 に 記載の直噴式圧縮着火内燃機閬。

6 . キ ヤビティ周りのビス ト ン頂面が平坦面から形成され ビス ト ンが圧縮上死点に達したときにキヤビティ周りの平坦 なピス ト ン頂面とシリ ンダへッ ド内壁面間にスキッ シュエリ ァが形成され、 ビス トンが圧縮上死点から下降を開始したと きに発生する逆スキッシュ流により、 衝突面から飛散した燃 料を該スキ ッ シュエリァ内に導びいて該初期燃焼に続く残り の大部分の燃焼をスキッ シュヱリァ內で行わせるようにした 請求項 1 に記載の直噴式圧縮着火内燧機関。

7 . 該衝突面に衝突した燃料が該スキッシュエリアの方向 に飛散せしめられる請求項 6に記載の直噴式圧縮着火内燃機 閬。

8 . 該キヤビティ上方のシリ ンダへッ ド内壁面上に該キャ ビティを覆うように第 2 のキヤビティを形成した請求項 6 に 記載の直噴式圧縮着火内燃機関。

9 . 機関低負荷運転時には圧縮上死点後に燃料噴射が開始 される請求項 1に記載の直噴式圧縮着火内燃機関。

1 0 . 機閬負荷が高くなるにつれて燃料噴射開始時期が早 められる請求項 9に記載の直噴式圧縮着火内燃機閬。

1 1 . 機関高負荷運転時には圧縮上死点前に燃料噴射が開 始される請求項 1 0に記載の直噴式圧縮着火内燃機関。

1 2 . 機関高負荷運転時において圧縮上死点後の噴射期間 が圧縮上死点前の噴射期間よりも長い請求項 1 1に記載の直 噴式圧縮着火内燃機関。

1 3 . 衝突面に衝突するこ とにより衝突面周りのキヤビテ ィ中心部に形成される燃料微粒子が最初に着火せしめられる 請求項 1に記載の直噴式圧縮着火内燃機閬。

1 4 . 燃料噴射弁がノズル孔と二一ドルとを具備し、 該ニ 一 ドルがノズル孔内にノズル孔と共軸的に配置されかつノ ズ ル孔ょり も小径の先端部を有し、 該先端部の外周面上に等角 度間隔でもって切欠きが形成されている請求項 1 3に記載の 直噴式圧縮着火内燃機関。

1 5 . 該キヤビティの内周壁面上方部に内方に突出したリ ッブ部が形成され、 該リ ップ部に等角度間隔で複数偭の凹部 が形成されている請求項 1 に記載の直噴式圧縮着火内燃機関,