特開 2024-129876 内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129876

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02B 23/06 20060101AFI20240920BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20240920BHJP

   F02M 61/18 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

F02B23/06 L

F02B23/10 310A

F02M61/18 320C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039242

(22)【出願日】2023-03-14

(71)【出願人】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002424

【氏名又は名称】ケー・ティー・アンド・エス弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】口田 征人

【テーマコード（参考）】

3G023

3G066

【Ｆターム（参考）】

3G023AA01

3G066AA07

3G066BA02

3G066CC26

3G066CC27

3G066CC41

3G066CE22

(57)【要約】

【課題】燃料が均質に拡散しやすい内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関は、排気側と吸気側とを有し、シリンダヘッドと、ピストンと、シリンダに囲われる気筒空間と、前記気筒空間の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記ピストンの頂面に形成されるキャビティと、前記キャビティに沿ってタンブル流を形成するタンブル流発生手段と、を備え、前記燃料噴射弁は、前記吸気側に噴射する燃料の噴射形態と、前記排気側に噴射する燃料の噴射形態と、が異なる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気側と吸気側とを有し、シリンダヘッドと、ピストンと、シリンダに囲われる気筒空間と、
前記気筒空間の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記ピストンの頂面に形成されるキャビティと、
前記キャビティに沿ってタンブル流を形成するタンブル流発生手段と、
を備え、
前記燃料噴射弁は、前記吸気側に噴射する燃料の噴射形態と、前記排気側に噴射する燃料の噴射形態と、が異なる、
内燃機関。

【請求項2】

前記燃料噴射弁は、
前記タンブル流の流れる方向に対して沿った第１方向に燃料を噴射する第１噴射と、
前記タンブル流の流れる方向に対向する第２方向に燃料を噴射する第２噴射と、
を、噴射可能であり、
前記第２噴射は、前記第１噴射より貫徹力が高い、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項3】

前記キャビティは、前記吸気側および前記排気側のいずれか一方にオフセットして配置され、
前記燃料噴射弁は、前記キャビティのオフセットする方向と異なる方向、かつ前記キャビティよりも外側に向けて燃料を噴射する第３噴射を実行し、
前記第３噴射は、前記タンブル流に沿った方向であっても前記第１噴射よりも貫徹力が高い、
請求項２に記載の内燃機関。

【請求項4】

前記キャビティは、前記吸気側および前記排気側のいずれか一方にオフセットして配置され、
前記燃料噴射弁は、前記キャビティのオフセットする方向、かつ前記キャビティに向けて噴射する第４噴射を実行し、
前記第４噴射は、前記タンブル流に沿った方向であっても前記第１噴射よりも貫徹力が高い、
請求項２または３に記載の内燃機関。

【請求項5】

前記キャビティは、前記吸気側にオフセットして配置される、請求項１に記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、気筒の内部に燃料を噴射する内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、タンブル流に沿った方向に燃料を噴射し、点火プラグ周囲に混合気を供給するガソリンエンジンを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－５６３５１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

気筒内で自着火させる内燃機関では、気筒内の混合を均一にする必要がある。このため、燃料が気筒内に均質に拡散することが好ましい。

【0005】

本開示の課題は、燃料が均質に拡散しやすい内燃機関を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る内燃機関は、排気側と吸気側とを有し、シリンダヘッドと、ピストンと、シリンダに囲われる気筒空間と、前記気筒空間の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記ピストンの頂面に形成されるキャビティと、前記キャビティに沿ってタンブル流を形成するタンブル流発生手段と、を備え、前記燃料噴射弁は、前記吸気側に噴射する燃料の噴射形態と、前記排気側に噴射する燃料の噴射形態と、が異なる。

【0007】

この内燃機関によれば、タンブル流を利用して燃料が気筒内全体に均質に拡散する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、燃料が均質に拡散しやすい内燃機関を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の第１実施形態による内燃機関の断面図。

【図2】本開示の第１実施形態によるピストンの斜視図。

【図3】本開示の第１実施形態による噴射形態を示す図。

【図4】本開示の第２実施形態による噴射形態を示す図。

【図5】本開示の第３実施形態による内燃機関の断面図。

【図6】本開示の第３実施形態による噴射形態を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１実施形態＞
以下、本開示の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0011】

図１に示すように、内燃機関１は、気筒空間２と、タンブル流発生手段４と、燃料噴射弁６と、を備える。本実施形態の内燃機関１は、燃料噴射弁６が気筒空間２の内部に燃料を噴射する直噴型のディーゼルエンジンである。

【0012】

気筒空間２は、シリンダブロック８と、シリンダヘッド１０と、ピストン１２と、に囲まれる空間である。シリンダヘッド１０は、複数の吸気バルブ１４と、複数の排気バルブ１６と、を有する。図３（ｂ）に示すように、本実施形態では１つの気筒空間２に２つの吸気バルブ１４と、２つの排気バルブ１６が配置される。２つの吸気バルブ１４が配置される側が、気筒空間２の吸気側（図面においてＩＮと記す）である。２つの排気バルブ１６が配置される側が、気筒空間２の排気側（図面においてＯＵＴと記す）である。

【0013】

図１に示すように、シリンダブロック８は、ピストン１２が収容される。本実施形態ではピストン１２は、キャビティ１２ａを有する。キャビティ１２ａは、吸気側から排気側に向けて延び、ピストン１２の頂面１２ｄ（図２参照）から凹んだ部分である。図２に示すように、本実施形態ではキャビティ１２ａは、ピストン１２の頂面１２ｄが断面略長方径に凹んだ部分である。キャビティ１２ａの吸気側には、吸気スキッシュ１２ｂが形成される。キャビティ１２ａの排気側には、排気スキッシュ１２ｃが形成される。

【0014】

図１に示すように、タンブル流発生手段４は、気筒空間２の内部にキャビティ１２ａに沿ってタンブル流を形成する。図１の気筒空間２の内部の矢印に示すように、本実施形態ではタンブル流は、吸気バルブ１４から排気バルブ１６に向けて流れたのちシリンダヘッド１０側からピストン１２側に向けて流れる縦渦である。本実施形態のタンブル流発生手段４は、このような縦渦を形成するようにシリンダヘッド１０に形成された吸気ポートである。しかし、タンブル流発生手段４は、例えば、このような縦渦を形成するバルブ装置であってもよい。いずれにせよ、タンブル流発生手段４は、このような縦渦を発生させられるものであればどのようなものであってもよい。

【0015】

燃料噴射弁６は、複数の噴射孔が気筒空間２に臨んで配置される。図３に示すように、本実施形態の燃料噴射弁６は、吸気側と、排気側と、に燃料を噴射し、噴霧Ｍ１および噴霧Ｍ２を形成する。噴霧Ｍ１および噴霧Ｍ２は、タンブル流によって拡散される。これによって、気筒空間２全体に噴霧Ｍ１および噴霧Ｍ２が拡散し吸気と混ざり合った混合気が形成される。ディーゼルエンジンでは、ピストン１２が上昇する圧縮行程において、この混合気が自着火し、燃焼する。したがって、噴霧Ｍ１および噴霧Ｍ２が気筒空間２に均質に拡散することが好ましい。

【0016】

燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ１の噴射形態と、噴霧Ｍ２の噴射形態と、が異なる。噴射形態は、噴霧の貫徹力、または、噴霧を形成する方向を含む。

【0017】

図３の内燃機関１は、燃料噴射弁６がキャビティ１２ａに向けて燃料を噴射し、噴霧Ｍ１および噴霧Ｍ２を形成する例を示している。図３（ｂ）に示すように、キャビティ１２ａの内部では、タンブル流が排気側から吸気側に向けて流れている。噴霧Ｍ１と噴霧Ｍ２とは、異なる貫徹力を有する。

【0018】

具体的には、図３に示すように、燃料噴射弁６は、吸気側においてタンブル流の流れる方向に対して沿った方向（第１方向の一例）に燃料を噴射し（第１噴射の一例）、噴霧Ｍ１を形成する（第１の噴射形態）。燃料噴射弁６は、排気側においてタンブル流の流れる方向に対して沿った方向と異なる方向（第２方向の一例）に燃料を噴射し（第２噴射の一例）、噴霧Ｍ２を形成する（第２の噴射形態）。本実施形態では、燃料噴射弁６は、吸気側においてタンブル流の流れる方向に対して沿った方向の第１方向に燃料を噴射し噴霧Ｍ１を形成する。また、燃料噴射弁６は、排気側においてタンブル流の流れる方向に対して対向する方向の第２方向に燃料を噴射し、噴霧Ｍ２を形成する。

【0019】

図３に示すように、燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ１の貫徹力が噴霧Ｍ２の貫徹力より弱くなるように燃料を噴射する。貫徹力は、噴霧の指向性の強さを示す値である。貫徹力は、例えば燃料噴射弁６の噴射孔の直径を大きくすることによって強くなり、噴霧が噴射孔からより遠くまで形成される。反対に、貫徹力は、例えば燃料噴射弁６の噴射孔の直径を小さくすることによって弱くなり、噴霧が噴射孔からより近いところで拡散する。このほか、貫徹力は燃料噴射圧力を調整することによっても変更可能である。

【0020】

上記のとおり本実施形態では、噴霧Ｍ１の貫徹力が噴霧Ｍ２よりも低い。すなわち、噴霧Ｍ１を形成する燃料噴射弁６の噴射孔の直径が、噴霧Ｍ２を形成する燃料噴射弁６の噴射孔の直径よりも小さい。また、燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ１を形成する噴射孔の数（噴孔数）が、噴霧Ｍ２を形成する噴射孔の数より多い。本実施形態では、噴霧Ｍ１が吸気側に３つ形成され、噴霧Ｍ２が排気側に２つ形成される。これによって、吸気側と排気側の燃料噴射量が等しくなるようにしている。

【0021】

噴霧Ｍ１は、タンブル流に乗って拡散する。この結果、噴霧Ｍ１は、気筒空間２の吸気とより多く混合する。

【0022】

噴霧Ｍ２は、タンブル流とぶつかり、拡散する。これによって、噴霧Ｍ２は。微粒化される。噴霧Ｍ２は、微粒化することによって、混合と気化が促進される。

【0023】

すなわち、噴霧Ｍ１は、噴霧Ｍ２に比べ、タンブル流に乗って燃料を遠くまで拡散することができる。一方、噴霧Ｍ２は、噴霧Ｍ１と比べ、タンブル流とぶつかり、燃料が微粒化して拡散することができる。

【0024】

本実施形態では、このように噴霧Ｍ１がより多くの吸気と混合しながら、噴霧Ｍ２の微粒化によって混合と気化を促進する。これによって、気筒空間２内部に燃料が均質に拡散するとともに、均質な混合気が形成されやすい。つまり、内燃機関１は、混合のし方が異なる複数の噴霧形態によって、混合を効率よく促進することができる。

【0025】

＜第２実施形態＞
次に本開示の第２実施形態について、図４を用いて説明する。なお、第２実施形態においては、第１実施形態と異なる点のみ説明する。

【0026】

図４の内燃機関２０１は、燃料噴射弁６が、吸気側および排気側の一方をキャビティ１２ａに向けて燃料を噴射し、他方を吸気スキッシュ１２ｂまたは排気スキッシュ１２ｃに向けて噴射することによって、噴霧Ｍ２１および噴霧Ｍ２２を形成する例を示している。噴霧Ｍ２１と噴霧Ｍ２２は、同じ貫徹力を有する。

【0027】

図４（ａ）に示すように、本実施形態では、燃料噴射弁６は、吸気側の噴霧Ｍ２１をキャビティ１２ａに向けた方向（第２方向の一例）に形成する（第１の噴射形態）。一方、排気側の噴霧Ｍ２２を、キャビティ１２ａの周囲１２ｃに向けた方向（第１方向の一例）に形成する（第２の噴射形態）。したがって、内燃機関２０１は、噴霧Ｍ２１と、噴霧Ｍ２２と、で噴射形態が異なる。図４（ｂ）の実線矢印に示すように、キャビティ１２ａの外では、タンブル流が吸気側から排気側に向けて流れている。図４（ｂ）の破線矢印に示すように、キャビティ１２ａの内部では、タンブル流が排気側から吸気側に向けて流れている。

【0028】

燃料噴射弁６は、吸気側および排気側の両方においてタンブル流の流れる方向に対して沿った方向に燃料を噴射し、噴霧Ｍ２１および噴霧Ｍ２２を形成する。

【0029】

図４に示すように、燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ２１の貫徹力と、噴霧Ｍ２２の貫徹力とが等しくなるように燃料を噴射する。また、燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ２１を形成する噴射孔の数（噴孔数）と、噴霧Ｍ２２を形成する噴射孔の数とが、同じである。本実施形態では、噴霧Ｍ２１が吸気側に３つ形成され、噴霧Ｍ２２が排気側に３つ形成される。これによって、吸気側と排気側の燃料噴射量が等しくなるようにしている。

【0030】

噴霧Ｍ２１および噴霧Ｍ２２は、タンブル流に乗って拡散する。この結果、噴霧Ｍ２１および噴霧Ｍ２２は、気筒空間２の吸気とより多く混合する。これによって、気筒空間２内部に燃料が均質に拡散するとともに、均質な混合気が形成されやすい。

【0031】

＜第３実施形態＞
次に本開示の第３実施形態について、図５および図６を用いて説明する。なお、第３実施形態においても、第１実施形態、および第２実施形態と異なる点のみ説明する。

【0032】

図５に示すように、第３実施形態における内燃機関３０１のキャビティ１２ａは、吸気側と排気側との中心線１２ｅが、気筒空間２の中心線２ａに対して吸気側にオフセットして形成される。このため、排気スキッシュ１２ｃは、吸気スキッシュ１２ｂよりも面積が広い。したがって、図５の破線矢印に示すように、排気スキッシュ１２ｃとシリンダヘッド１０との間に形成される空間には、タンブル流よりも流れの強いスキッシュ流が発生する。

【0033】

図６（ａ）に示すように、燃料噴射弁６は、排気側において、キャビティ１２ａのオフセット方向と異なる方向、かつキャビティ１２ａよりも外側に向けて燃料を噴射する（第３噴射の一例）。本実施形態では、燃料噴射弁６は、排気側の排気スキッシュ１２ｃに向けて燃料を噴射し、噴霧Ｍ３２を形成する（第１の噴射形態）。

【0034】

図６（ｂ）に示すように、燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ３２をタンブル流に沿った方向に形成する。しかし、燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ３２がタンブル流に沿った方向であっても排気スキッシュ１２ｃに向けて形成する場合は、第２実施形態における噴霧Ｍ２２よりも貫徹力が高い燃料を噴射する。

【0035】

これによって、噴霧Ｍ３２は、スキッシュ流とぶつかり、拡散する。この結果、噴霧Ｍ３２は、微粒化される。さらに、微粒化した噴霧Ｍ３２は、タンブル流に乗って拡散する。これによって、燃料の微粒化と、燃料の拡散の両立が図れる。この結果、噴霧Ｍ３２が均質に拡散する。

【0036】

燃料噴射弁６は、吸気側において、キャビティ１２ａのオフセットする方向、かつキャビティ１２ａに向けて燃料を噴射する（第４噴射の一例）。本実施形態では、燃料噴射弁６は、吸気側のキャビティ１２ａに向けて燃料を噴射し、噴霧Ｍ３１を形成する（第２の噴射形態）。したがって、内燃機関３０１は、噴霧Ｍ３１と、噴霧Ｍ３２と、で噴霧を形成する方向が異なる。このため、内燃機関３０１は、噴霧Ｍ３１と、噴霧Ｍ３２と、で噴射形態が異なる。

【0037】

図６（ｂ）に示すように、燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ３１をタンブル流に沿った方向に形成する。しかし、燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ３１がタンブル流に沿った方向であっても、キャビティ１２ａのオフセットする方向に向けて噴霧Ｍ３１を形成する場合は、第１実施形態における噴霧Ｍ１よりも貫徹力が高い燃料を噴射する。キャビティ１２ａがオフセットすることによって、キャビティ１２ａ側の空間は広くなる。したがって、噴霧Ｍ３１をより遠くまで飛ばすため、燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ３１の貫徹力を強くする。

【0038】

噴霧Ｍ３１は、タンブル流に乗って拡散する。この結果、噴霧Ｍ３１は、気筒空間２の吸気とより多く混合する。なお、本実施形態では、噴霧Ｍ３１が吸気側に２つ形成され、噴霧Ｍ３２が排気側に２つ形成される。これによって、吸気側と排気側の燃料噴射量が等しくなるようにしている。また、第３実施形態における内燃機関３０１の燃料噴射弁６は、噴霧Ｍ３１および噴霧Ｍ３２に、貫徹力が噴霧Ｍ３１および噴霧Ｍ３２よりも低い、第２実施形態における噴霧Ｍ２１および噴霧Ｍ２２を加え、異なる貫徹力が混在する噴霧形態を形成してもよい。

【0039】

以上説明した通り、本開示によれば、噴霧が均質に拡散しやすい内燃機関１、２０１、３０１を提供できる。

【0040】

＜他の実施形態＞
以上、本実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の変形例は、必要に応じて任意に組み合わせ可能である。

【0041】

（ａ）例えば、上記第３実施形態では、キャビティ１２ａを吸気側にオフセットさせる例を用いて説明したが、本開示はこれに限定されない。キャビティ１２ａの中心線１２ｅは、気筒空間２の中心線２ａに対して排気側にオフセットしてもよい。

【0042】

（ｂ）上記第１実施形態から第３実施形態では、噴射孔の数を２つ、または３つの例を用いて説明したが、本開示はこれに限定されない。噴射孔の数は、適宜変更してもよい。

【符号の説明】

【0043】

１ ：内燃機関
２ ：気筒空間
４ ：タンブル流発生手段
６ ：燃料噴射弁
Ｍ１、Ｍ２１、Ｍ３１：噴霧
Ｍ２、Ｍ２２、Ｍ３２：噴霧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】