内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机。

背景技术

以往，已知一种缸内直喷式内燃机。该内燃机包括在气缸内往复运动的活塞、面向气缸内的燃烧室的火花塞、以及燃烧喷射阀(喷射器)。在这种内燃机中，气缸整体的混合气稀薄，而从燃料喷射阀直接将燃料喷射到气缸内，仅在火花塞附近形成具有良好点火性的分层混合气，由此，能够实现分层燃烧(参照例如专利文献1)。

[先前技术文献]

(专利文献)

专利文献1：日本特开2004-162577号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

但是在以往的技术中，燃料是喷射到比气缸内的纵向的回旋流(以下为进气滚流)的旋涡中心更靠上方。因此，燃料流入进气滚流并朝向气缸套端，撞击气缸套端附近，结果可能会有大量的燃料附着于活塞。

本发明是鉴于上述而完成的，目的在于提供一种内燃机，能够抑制燃料附着于活塞，并抑制煤的产生。

[解决问题的技术手段]

(1)为了实现上述目的，本发明提供一种内燃机(例如，后述的发动机1)，具备：活塞(例如，后述的活塞20)；气缸(例如，后述的气缸30)，收纳前述活塞；及，喷射器(例如，后述的喷射器10)，具有喷嘴(例如，后述的喷嘴12)，所述喷嘴形成有从前述气缸的上方朝向前述气缸内喷射燃料的多个喷孔(例如，后述的喷孔121～126)；并且，前述多个喷孔中，喷孔的轴线方向最偏向前述活塞侧的喷孔(例如，后述的第六喷孔126)具有比其他任一喷孔更大的喷孔径，并且，具有相当于前述其他喷孔的喷孔径的合计值的20％以上的喷孔径。

(2)在(1)的内燃机中，也可以是，在利用等角投影法的立体视角下，关于所有的前述其他喷孔，从各喷孔的中心沿各喷孔的轴线方向延伸直至相对向的前述气缸的侧壁面的直线距离，除以各喷孔的喷孔径的值为545以上，并且，在平面视角下，关于所有的前述其他喷孔，从各喷孔的中心沿各喷孔的轴线方向延伸直至相对向的前述气缸的侧壁面的直线距离，除以各喷孔的喷孔径的值为393以上。

在(1)或(2)的内燃机中，也可以是，前述多个喷孔具有：第一喷孔(例如，后述的第一喷孔121)，配置于前述多个喷孔中的最上部；第六喷孔(例如，后述的第六喷孔126)，配置于前述多个喷孔中的最下部，构成喷孔的轴线方向最偏向前述活塞侧的喷孔；第二喷孔(例如，后述的第二喷孔122)及第三喷孔(例如，后述的第三喷孔123)，在相对于通过前述第一喷孔的中心与前述第六喷孔的中心的中心线而彼此对称的位置，配置于前述第一喷孔侧；及，第四喷孔(例如，后述的第四喷孔124)及第五喷孔(例如，后述的第五喷孔125)，在相对于前述中心线而彼此对称的位置，配置于前述第六喷孔侧；并且，相比前述第一喷孔、前述第四喷孔及前述第五喷孔的任一者，前述第二喷孔及前述第三喷孔的喷孔径更小。

(发明的效果)

根据本发明，能够提供一种内燃机，能够抑制燃料附着于活塞，并抑制煤的产生。

附图说明

图1是绘示本发明的一实施方式的内燃机的纵向剖面图。

图2是绘示本发明的一实施方式的内燃机的喷射器具有的多个喷孔的配置的图。

图3是绘示本发明的一实施方式的内燃机的平面图。

图4是绘示本发明的一实施方式的内燃机的等角投影图。

图5是绘示本发明的一实施方式的内燃机的喷射器具有的第六喷孔喷射的燃料的流动的图。

图6是绘示以往通常的内燃机的喷射器具有的第六喷孔喷射的燃料的流动的图。

具体实施方式

参照图式，详细说明本发明的一实施方式。

图1是绘示本实施方式的内燃机(以下的发动机)1的纵向剖面图。发动机1是例如直列四气缸的汽油发动机，搭载于未图示的车辆。发动机1具备活塞20、气缸30及喷射器10。

发动机1具备气缸体2及设置于气缸体2的上部的气缸盖3，气缸体2形成有上方开口的圆筒状的气缸30。

气缸30内收纳有可一边滑动一边往复运动的活塞20。活塞20连接于未图示的曲轴，伴随发动机1的运转，依照曲柄角度在气缸30内一边滑动一边往复运动。活塞20的顶面形成有被喷射燃料的未图示的腔室。

气缸盖3以覆盖气缸30的方式载置于气缸体2，气缸盖3与活塞20的顶面之间形成有燃烧室4。气缸盖3设置有朝向燃烧室4开口的未图示的进气端口及排气端口，并设置有开关前述端口的未图示的进气阀及排气阀。

此外，气缸盖3设置有火花塞5及喷射器(燃料喷射阀)10。

火花塞5以接近垂直的角度安装于气缸盖3。火花塞5从上方面向燃烧室4的中心附近，产生使混合气着火所需的火花。此火花塞5的火花的产生时期(点火时期)，根据发动机1的运转状态而受未图示的电子控制单元(Electronic control unit,ECU)控制。

喷射器10由电磁阀构成，所述电磁阀具有喷射器主体11、设置于喷射器主体11的前端的喷嘴12、及内置于喷射器主体11的未图示的螺线管和针阀等。在喷嘴12的前端面，以面向燃烧室的方式，形成有多个喷孔。

高压的燃料从未图示的燃料泵供应至喷射器10，针阀开阀，借此，燃料的喷雾以各异的特定角度从多个喷孔向气缸30内喷射。由喷射器10所实施的燃料的喷射量及喷射时期，根据发动机1的运转状态受未图示的ECU控制。

如图1所示，本实施方式的喷射器10相对于水平方向以倾斜角度θ倾斜地安装在接近气缸盖3的进气端口的位置。也就是，本实施方式的喷射器10不配置在气缸30的正上方。喷射器10的喷嘴12的前端面形成有第一喷孔～第六喷孔这六个喷孔，这六个各喷孔从气缸30的上方朝向气缸30的内部喷射燃料。

接下来，参照图1～图4，在以下详细说明本实施方式的喷射器10具有的六个喷孔。

此处，图2是绘示本实施方式的发动机1的喷射器10具有的多个喷孔(第一喷孔121、第二喷孔122、第三喷孔123、第四喷孔124、第五喷孔125、第六喷孔126)的配置的图。图3是绘示本实施方式的发动机1的平面图。图4是绘示本实施方式的发动机1的等角投影图。

图1所示的侧视图中，第一喷孔121的轴线C1相对于喷射器10的中心轴朝向上方倾斜α1。第二喷孔122的轴线C2相对于中心轴C向下方倾斜α2，第三喷孔123的轴线C3相对于中心轴C向下方倾斜α3，这些α2与α3是相同的倾斜角度。第四喷孔124的轴线C4相对于中心轴C向下方倾斜α4，第五喷孔125的轴线C5相对于中心轴C向下方倾斜α5，这些α4与α5是相同的倾斜角度。此外，第六喷孔126的轴线C6相对于中心轴C向下方倾斜α6。另外，各喷孔的轴线意味着由各喷孔所形成的各燃料流道的中心轴线。

上述的各倾斜角度的大小关系是α1＜α2＝α3＜α4＝α5＜α6。也就是，六个喷孔中，第六喷孔126的轴线C6方向最朝下方倾斜，最偏向活塞20侧。最偏向活塞侧的第六喷孔126是至相对向的气缸30的侧壁面31的距离最大的喷孔。本实施方式中，第六喷孔126在喷射器10具有的多个喷孔中，喷孔的轴线方向最偏向活塞20侧，由此，至相对向的气缸30的侧壁面31的距离最大，且特征在于，具有比第一喷孔121～第五喷孔125(以下也称作其他喷孔)的任一者更大的喷孔径。此方面将在下文段落详细说明。

如图2所示，喷射器10具有第一喷孔121、第二喷孔122、第三喷孔123、第四喷孔124、第五喷孔125、及第六喷孔126，作为多个喷孔。这些第一～第六喷孔相对于喷射器10的中心轴C而左右对称地配置，并相对于喷射器10的中心轴C而左右对称地喷射燃料。

图2中，原点O对应于与喷射器10的中心轴C一致的方向。此外，原点O的左右(X轴方向)表示从喷射器10侧观察时的喷射器的中心轴C的左右，原点O的上下(Y轴方向)表示相对于喷射器10的中心轴C的内侧(远离喷射器主体11的一侧)及跟前侧(接近喷射器主体11的一侧)，表示越远离原点O，相对于喷射器10的中心轴C的角度越大。

如图2所示，第一喷孔121配置于多个喷孔中的最上部。第六喷孔126配置于多个喷孔中的最下部，相对于喷射器10的中心轴C的角度(倾斜角度)最大。也就是，第六喷孔126其轴线C6方向最偏向活塞20侧。

第二喷孔122及第三喷孔123相对于通过第一喷孔121的中心与第六喷孔126的中心的中心线(图2中，是沿着通过原点O的Y轴方向的直线)，配置于彼此对称的位置，并配置于Y轴方向中的第一喷孔121侧。

第四喷孔124及第五喷孔125相对于通过第一喷孔121的中心与第六喷孔126的中心的中心线(图2中，是沿着通过原点O的Y轴方向的直线)，配置于彼此对称的位置，并配置于Y轴方向中的第六喷孔126侧。此外，相比第二喷孔122及第三喷孔123，这些第四喷孔124及第五喷孔125配置于喷射器10的中心轴C的左右更靠外侧。

此处，在表1中汇总显示相对于各喷孔的中心轴C的角度(X左右方向(X轴方向)、上下方向(Y轴方向))、喷孔径、相对于六个喷孔的所有喷孔径的合计值的喷孔径的比率。

[表1]

如表1所示，本实施方式中，喷射器10具有的多个喷孔中，喷孔的轴线方向最偏向活塞20侧的第六喷孔126具有比其他喷孔的任一者更大的喷孔径。如上所述，最偏向活塞侧的第六喷孔126是至相对向的气缸30的侧壁面31的距离最大的喷孔。除此以外，最偏向活塞侧的第六喷孔126是能够对准至少具有纵向回旋的滚流中流动弱的旋涡中心喷射燃料的喷孔。也就是，本实施方式中，喷射器10具有的多个喷孔中，第六喷孔126的喷孔的轴线方向最偏向活塞20侧，借此，至相对向的气缸30的侧壁面31的距离最大，能够对准流动弱的进气滚流的旋涡中心喷射燃料，且特征在于，具有比第一喷孔121～第五喷孔125(以下也称作其他喷孔)的任一者更大的喷孔径。

上述的特征点是基于下述内容：喷孔的喷孔径越大，燃料的流量和液滴径越大，因此，贯穿距(Penetration)(喷雾到达距离)会变大，如果是喷孔的轴线方向最偏向活塞20侧，由此，至相对向的气缸30的侧壁面31的距离最大的第六喷孔126，那么即便增大喷孔径，仍然能够抑制燃料附着于活塞20。对此，将在下文段落详细说明。

具体而言，在本实施方式中，如表1所示，第六喷孔126具有相当于其他喷孔的喷孔径的合计值的20％以上的24.3％的大小的喷孔径。借此，能够可靠地抑制燃料附着于活塞20。

此外，根据最偏向活塞侧的第六喷孔126，能够对准流动弱的进气滚流的旋涡中心喷射燃料，因此，能够抑制燃料停滞于旋涡中心并流动至进气滚流后附着于活塞20。对此，将在下文段落详细说明。

此外，如表1所示，第二喷孔122及第三喷孔123优选为具有相同的喷孔径。同样地，第一喷孔121、第四喷孔124及第五喷孔125优选为具有相同的喷孔径。进一步，第二喷孔122及第三喷孔123优选设为喷孔径比第一喷孔121、第四喷孔124及第五喷孔125更小。借此，对从各喷孔喷射的燃料的干扰受到抑制。

参照图3及图4，进一步详细说明第一喷孔121～第五喷孔125所构成的其他喷孔。

本实施方式的发动机1中，在图3所示的平面视角下，第一喷孔121～第五喷孔125全部优选为，从各喷孔的中心沿各喷孔的轴线方向延伸至相对向的气缸30的侧壁面31(气缸套壁面)的直线距离，除以各喷孔的喷孔径的值为393以上。也就是平面视角下优选为，将从喷孔的中心至相对向的气缸30的侧壁面31的直线距离设为Ld(mm)，将喷孔径设为D(mm)时，由以下式(1)所表示的直线距离Ld相对于喷孔径D的比Xd为393以上。

[数式]

Xd＝Ld/D…式(1)

同样地，本实施方式的发动机1中，图4所示的在利用等角投影法的立体视角下，第一喷孔121～第五喷孔125全部优选为，从各喷孔的中心沿各喷孔的轴线方向延伸至相对向的气缸30的侧壁面31(气缸套壁面)的直线距离，除以各喷孔的喷孔径的值为545以上。也就是利用等角投影法的立体视角下优选为，将从喷孔的中心至相对向的气缸30的侧壁面31的直线距离设为Li(mm)，将喷孔径设为D(mm)时，由以下式(2)所表示的直线距离Li相对于喷孔径D的比Xi为545以上。

[数式]

Xi＝Li/D…式(2)

此处，在表2中汇总显示第一喷孔121～第五喷孔125中，喷孔径D、喷孔径比率、直线距离Li、直线距离Li相对于喷孔径D的比Xi、直线距离Ld、直线距离Ld相对于喷孔径的比Xd。

[表2]

图3所示的平面图中，从第一喷孔121～第五喷孔125的各中心沿其各轴线C1～C5延伸的各直线与相对向的气缸30的侧壁面31的各交点是P1～P5，各喷孔的中心与对应于该喷孔的各交点P1～P5的距离，对应于各喷孔的直线距离Ld(Ld1～Ld5)。另外，图3中，相对于喷射器10的中心轴C的倾斜角度β1～β5对应于表1中的X轴方向的角度。

此外，图4所示的利用等角投影法的立体视图中，从第一喷孔121～第五喷孔125的各中心沿其各轴线C1～C5延伸的各直线与相对向的气缸30的侧壁面31的各交点是P1～P5，各喷孔的中心与对应于该喷孔的各交点P1～P5的距离，对应于各喷孔的直线距离Li(Li1～Li5)。

关于改变喷孔径D、直线距离Li、直线距离Li相对于喷孔径D的比Xi、直线距离Ld、直线距离Ld相对于喷孔径D的比Xd时发生的现象，汇总在表3中显示。

[表3]666

由表3明确可知，借由将直线距离Li相对于喷孔径D的比Xi、直线距离Ld相对于喷孔径D的比Xd设大，能够抑制燃料附着于活塞20。对此，本实施方式中，如表2所示，第一喷孔121～第五喷孔125全部被设大为，直线距离Li相对于喷孔径D的比Xi为393以上，直线距离Ld相对于喷孔径D的比Xd为545以上。因此根据本实施方式，能够抑制燃料附着于活塞20，并抑制煤的产生。

参照图5及图6，详细说明具备以上构成的本实施方式的发动机1的燃料喷射时的动作。图5是绘示本实施方式的发动机1的喷射器10具有的第六喷孔126喷射的燃料的流动的图。此外，图6是绘示以往通常的发动机的喷射器具有的第六喷孔喷射的燃料的流动的图。另外，图6所示的以往通常的发动机的喷射器中，第一喷孔～第六喷孔都将燃料喷射到比进气滚流的旋涡中心更靠上方处，各喷孔的喷孔径都相同。

首先如图6所示，以往通常的发动机中，第六喷孔喷射的燃料朝向进气滚流的旋涡中心的上方喷射。这样一来，喷射的燃料向进气滚流流动而朝向气缸套端，并碰撞气缸套端附近，结果附着于活塞的顶面。附着的燃料堆积而成为煤。

对此，如图5所示，本实施方式的发动机1中，第六喷孔126喷射的燃料朝向进气滚流的旋涡中心喷射。这样一来，喷射的燃料停滞在进气滚流的旋涡中心，结果被抑制附着于活塞。

此处，针对本实施方式的发动机1及图6所示的以往通常的发动机，说明利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)所实施的模拟的结果。CFD模拟是在发动机转数3000rpm、发动机扭矩160Nm的条件下实施。其结果是，图6所示的以往通常的发动机中，燃料对活塞的附着量是0.51mg，与此相对，本实施方式的发动机1中，燃料对活塞的附着量是0.12mg。从此模拟结果可确认，根据本实施方式的发动机1，与以往相比，能够大幅降低燃料对活塞的附着。

根据本实施方式，发挥以下的效果。

本实施方式中，喷射器10的多个喷孔中，喷孔的轴线方向最偏向活塞20侧的第六喷孔126构成为具有比其他任一喷孔更大的喷孔径，并且，具有相当于其他喷孔的喷孔径的合计值的20％以上的喷孔径。

根据本实施方式的喷射器10，从喷孔的轴线方向最偏向活塞20侧的第六喷孔126，对准至少具有纵向回旋的进气滚流中流动弱的旋涡中心喷射燃料，除此以外，将喷孔的轴线方向最偏向活塞20侧的此喷孔的喷孔径，设为比其他任一喷孔更大的喷孔径，借此，燃料在旋涡中心停滞，结果是可以抑制对活塞20的附着。进一步，可以抑制燃料对活塞20的附着，并抑制煤的产生。

此外，本实施方式中，在利用等角投影法的立体视角下，所有其他喷孔都构成为，从各喷孔的中心沿各喷孔的轴线方向延伸至相对向的气缸30的侧壁面31的直线距离，除以各喷孔的喷孔径的值为545以上。同时，平面视角下，所有其他喷孔都构成为，从各喷孔的中心沿各喷孔的轴线方向延伸至相对向的气缸30的侧壁面31的直线距离，除以各喷孔的喷孔径的值为393以上。

借此，可以更可靠地抑制燃料对活塞20的附着，并更可靠地抑制煤的产生。

此外，本实施方式中，将第二喷孔122及第三喷孔123构成为，喷孔径比第一喷孔121、第四喷孔124及第五喷孔125的任一者更小。借此，除上述效果以外，能够抑制各喷孔喷射的燃料的干扰。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良等均包含在本发明中。

附图标记

1：发动机

2：气缸体

3：气缸盖

4：燃烧室

5：火花塞

10：喷射器

11：喷射器主体

12：喷嘴

20：活塞

30：气缸

31：侧壁面

121：第一喷孔

122：第二喷孔

123：第三喷孔

124：第四喷孔

125：第五喷孔

126：第六喷孔