JP2011503416A - エンジンの予燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、エンジン（１）のシリンダヘッド（２）内に適合される予燃焼室構造であって、予燃焼室（３）を協動して主に画成する別の本体部（４）とノズル部（５）を含み、予燃焼室は、ノズル部（５）のノズル開口（５ａ）を介してシリンダ（６）の主燃焼スペース（７）に接続される。本発明によれば、本体部（４）は、シリンダヘッド（２）に支持され、本体部（４）上にノズル部（５）を支持する結合表面（４ｂ）を備える。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによるエンジンの予燃焼室構造に関する。

エンジンでは、窒素酸化物（ＮＯｘ）が、燃料と空気の混合気が燃やされたときに生成される。典型的には、窒素酸化物の量は、燃焼温度が上昇するときに増加する。高いピーク燃焼温度は、特に、窒素酸化物の形成を増加する。ピーク燃焼温度及びそれに伴い、燃焼で形成される窒素酸化物の量は、燃料混合気の空燃比を増加させることによって、即ちよりリーンな燃料混合気を使用することによって、低減することができる。特に、圧縮点火に基づくディーゼルエンジンでは、大量の窒素酸化物が生成される。その結果、ガスエンジンは、窒素酸化物の生成量が少ないので、しばしば好ましくは使用される。しかしながら、リーンな燃料混合気に起因して、燃焼は、シリンダ径が大きい場合に、特にピストンエンジンにおいて不完全となりうる。

リーン混合気のエンジンやオットーサイクルエンジンでは、点火は、自動的に生じず、スパークプラグのような補助装置が、点火を起こすために必要とされる。燃焼を強化し、点火手段を保護するために、リーン混合気のエンジンは、シリンダの燃焼スペースに接続される予燃焼室を使用する。よりリッチな燃料の混合気は、点火されるために予燃焼室に供給され、燃焼スペースに搬送され、これにより、燃焼スペース内のよりリーンな燃料の混合気が点火する。予燃焼室は、ガスを燃焼として使用するリッチ混合気のエンジンにおいて特に採用される。この場合、予燃焼室は、リッチな燃料の混合気を点火するために使用されるスパークプラグが設けられる。

一般的に、予燃焼室は、回転対称である。燃料が点火されるところの実際の室は、その形状に関して変化し、例えば球形や楕円形である。予燃焼室は、幾つかのノズル開口で終端する流路により主燃焼スペースに接続される。開口の数、方向及び直径は、例えばピストンリリーフを考慮して、それぞれの状況に応じて最適化される。比較的高い圧縮比にも拘わらず、グロー部材若しくはスパークプラグは、点火補助として使用される。

この構成の欠点は、予燃焼室内の高温であることであり、これにより、従来の材料が耐えられない。即ち、例えば高温腐食が生じうる。特に、ノズル開口は、燃焼反応が予燃焼室から燃焼スペースへとノズル開口を通って進むときに応力を受ける。この場合、部品が交換されなければならず、若しくは、新しい有用な材料が見出されなければならない。特にガスエンジンでは、予燃焼室は、大きい高圧勾配及び最大圧を受ける。

特許文献１は、複雑な構造を有し、結果的に高い製造コストとなる予燃焼室構造を開示する。これらの知られた解決策は、予燃焼室の幾つかの部品にセラミック材料を採用する。セラミック材料は、熱及び腐食に良好に耐えるが、他方、脆弱で、高価であり、製造が困難である。更に、セラミック材料の異なる熱膨張係数は、特に、予燃焼室の下部とそのノズル開口部が応力を受けるので、結合部で問題を起こす。

US4426966号明細書

本発明の目的は、知られた技術の問題点を最小化する構造を提供することである。特に、本発明の目的は、予燃焼室の構造及び動作を改善するために使用できる構造であって、簡易な組み付けを可能とし整備及び修理作業を容易化する構造を提供することである。

本発明の目的は、請求項１に記載されるように達成され、より詳細は他の請求項に記載されるように達成される。本発明によれば、本体部は、シリンダヘッドに支持され、本体部上にノズル部を支持する結合表面を備える。本体部のみがシリンダヘッドに支持されるので、本解決策は、簡易であり、整備及び修理のための脱着が容易である。

本体部の当該結合表面は、好ましくは、円錐形である。ノズル部は、好ましくは、焼ばめにより本体部に取り付けられることができ、これにより、これらの部は、互いに押圧し合い、当該構造は、追加の構成要素や他の締結手段を有することなく、一体となる。

本発明の好ましい実施例によれば、予燃焼室構造は、予燃焼室の内部にロック部を含み、ロック部により本体部にノズル部が取り付けられる。別のロック部は、本体部とノズル部が全ての状況下で互いに取り付く所定位置に留まることを保証するために使用されることができるが、望ましい場合は、本体部とノズル部は、使用される取り付け解決策に依存して、互いに分離されることもできる。

ロック部は、効果的には、焼ばめ、溶接、はんだ付け、摩擦結合又はねじ結合若しくはその類により本体部に取り付けられる。

一実施例では、ロック部は、実際のロック部と本体部の間に配設された楔形部材を含む。その他の実施例では、ロック部自体は、予燃焼室の側にあるノズル部の造形端部と、本体部との間に配設された１つ若しくは多数の楔型部品である。楔の作用は、取り付けの安定性を更に確実にするために使用されることができる。

予燃焼室の流れ条件を考慮して、ロック部は、均一な構造に造形され、これにより、予燃焼室内の流れへの干渉が起こらない。必要なときは、ロック部は、冷却されることもできる。

本体部は、効果的には、本体部に取り付けられた別のカバー部を備え、カバー部を介して予燃焼室構造がシリンダヘッドに取り付けられる。このようにして、より多くの自由度が、製造及び材料の選択に対して可能となる。製造に関して、本体部は、本体部若しくはそれを囲繞する部品に取り付けられる部品に起因して、より厳格な公差要件を有してもよい。本体部は、好ましくは、スチールやその他の金属合金のような、耐熱性材料から製造されることができる。

カバー部は、パイロット燃料の供給手段及び／又はスパークプラグのような、点火手段を備え、これにより、その機械加工性が材料の選択に対して有効になる。

ノズル部及びロック部の双方は、効果的には、セラミックスのような、耐熱性、耐酸化性、及び／又は、耐食性材料により作製されることができる。これらの部では、セラミックの最も良い特性が、最も効果的な態様で利用されることができる。

特に、製造のために、好ましくは、本体部及びロック部は、回転対称な部品である。その方法では、また、熱及び腐食条件が変化する際の構成部品の挙動が均一であり、これは、部品が壊れるのを防止するのに適する。

従って、ある前提条件で、本発明は、また、本体部、ノズル部及びロック部が交換可能であることを可能とする。この場合、部品が壊れたとき、残りの部品は利用でき、これは、整備やコストに対して有利である。

エンジンのシリンダの上部及びそのシリンダヘッドの基本断面と、それに関連して組みつけられる本発明による予燃焼室構造の切取図を示す。 図１の予燃焼室構造に基づくロック部及びノズル部の構造の拡大図。 本発明による予燃焼室構造に関連するロック部の代替実施例の拡大図。 本発明による予燃焼室構造に関連するロック部の代替実施例の拡大図。

以下、添付の概略的な図面を参照して、本発明の例示的な説明を行う。

図中の参照符号１は、シリンダヘッド２と、シリンダスリーブ６及び主燃焼スペース７を含む少なくとも１つのシリンダとを含むエンジンを指す。シリンダのガス交換は、シリンダヘッド２の流路及びそれに関連して設けられるバルブを通って、それ自体知られた態様で配設される。

図１に示すように、シリンダヘッド２に関連して、シリンダに接続された別の予燃焼室構造があり、予燃焼室構造は、本体部４と、本体部に支持されるカバー部９を含み、これらの部４，９は、協動して、予燃焼室３を実質的に画成し、予燃焼室３は、ノズル開口５ａを備えるノズル部５を介して、シリンダの主燃焼スペース７と連通する。

シリンダヘッド２は、予燃焼室構造用の凹部若しくはその類のスペースを含み、これにより、本体部４は、その結合表面４ａによりシリンダヘッド２に支持される。シリンダヘッド２への本体部４の取り付けは、カバー部９によりボルト１０によって構成されるが、これらの部は、図１に示すように、適切に造形された対応する表面により互いに対して配設される。カバー部９は、それ自体知られた態様で、パイロット燃料用のいわゆる供給手段１１及びスパークプラグ１２を含む。点火及び燃焼プロセス自体は、知られた態様で実行され、それ故に、ここでは詳細に説明しない。

更に図１に示すように、本体部４の下部は、予燃焼室構造のノズル部５が本体部４に直接支持されるように形状付けられる。本体部４は、熱に対して良好な耐性のスチール又はその他の金属合金により製造されることができ、ノズル部５は、好ましくは、熱及び腐食に耐性を有するセラミック若しくは他の対応する材料を含む。従って、本体部４及びノズル部５は、好ましくは、締結具無しで、例えば焼ばめにより、互いに取り付くことができる。従って、それらは、また、必要に応じて、互いに離脱されることができ、従って、別々に交換することができる。

図１の解決策は、概略でのみであり、従って、実際には、予燃焼室は、一般的に丸みを付けられた表面を用いて内部において、所望の流れ条件によって必要とされる態様で形状付けられる。ノズル部５のノズル開口５ａの数、サイズ及び向きは、必要に応じて選択される。実際には、本体部４の結合表面４ａは、好ましくは、円錐形であることができる。同様に、本体部４とノズル部５の間の結合表面４ｂは、好ましくは、図示のような態様で円錐形である。本体部４がスチール若しくは他の適切な金属合金から作製されるとき、その機械加工性は、セラミックのそれに比べて良好である。従って、より正確な寸法付けを必要とする表面であって、シリンダヘッド２に予燃焼室構造を取り付けるために使用される表面は、好ましくは、本体部４に配置される。

図１に示すように、本体部４及びノズル部５は、また、別のロック部８により互いに取り付くことができ、ロック部８は、例えば焼ばめ、溶接、はんだ付け、ねじ結合又はその類の態様により本体部４に取り付けられる。この場合、部品が別々に取り外されることができ交換できるかどうかは、通常、選択された取り付け方法に依存する。いずれの場合も、ロック部８は、必要に応じて、ノズル部５の取り付けを確実にし、且つ、エンジンの作動状況下で所定位置に留まることを確実にするために使用することができる。

図１の実施例では、ロック部８は、好ましくは、均一な環状の部品である。これは、図２に最も良く示され、図２は、図１の予燃焼室構造に基づくロック部及びノズル部の構造の拡大図を示す。図３及び図４は、楔形状を含み、結果として、取り付け方法の選択に対する追加の可能性を与える楔効果を含むロック部の代替実施例を示す。

図３の解決策では、ロック部は、２つの構成部品８ａ，８ｂを含み、後者８ｂは、楔効果をもたらす。構成部品８ａは、好ましくは、構造の残りの部分に焼ばめにより取り付けられることができ、これにより、構成部品８ａは、取り外しし交換することもできるが、必要に応じて、取り付けは、例えば溶接により実行されることもできる。

図４の解決策では、今度は、ノズル部５の上端５ｂは、上方に収束するように形付けられ、従って、ここでの実際のロック部８’は、ノズル部５の当該上端と本体部４の間に組みつけられる楔形の部品である。

図３及び図４の実施例では、ノズル部５は、複数のセクターのような、種々の構成部品から構成されることができ、それらは、ロック部８又は８’により本体部４に取り付けられることができる。

本発明は、開示される実施例に限定されず、種々の修正は、添付の請求項の範囲内で考えられる。

Claims (13)

1. エンジンのシリンダヘッド（２）内に適合される予燃焼室構造であって、
   予燃焼室（３）を協動して主に画成する別の本体部（４）とノズル部（５）を含み、前記予燃焼室は、前記ノズル部のノズル開口（５ａ）を介してシリンダ（６）の主燃焼スペース（７）に接続され、
   前記本体部は、前記シリンダヘッドに支持され、前記本体部上に前記ノズル部を支持する結合表面（４ｂ）を備えることを特徴とする、予燃焼室構造。
2. 前記結合表面は、円錐形である、請求項１に記載の予燃焼室構造。
3. 前記ノズル部は、焼ばめにより前記本体部に取り付けられる、請求項１又は２に記載の予燃焼室構造。
4. 前記予燃焼室の内部に配列され、前記本体部に前記ノズル部を取り付けるロック部（８）を含む、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の予燃焼室構造。
5. 前記ロック部は、焼ばめ、溶接、はんだ付け、摩擦結合、ネジ結合又は相当する態様により、前記本体部に取り付けられる、請求項４に記載の予燃焼室構造。
6. 前記ロック部は、実際の前記ロック部と前記本体部の間に配設された楔形部材（８ｂ）を含む、請求項４又は５に記載の予燃焼室構造。
7. 前記ロック部は、前記予燃焼室の側にある前記ノズル部の造形端部（５ｂ）と、前記本体部との間に配設された１つ若しくは多数の楔型部品（８’）である、請求項４又は５に記載の予燃焼室構造。
8. 前記ロック部（８，８ａ，８’）は、前記予燃焼室内の流れ条件を考慮して、均一な構造に造形される、請求項４〜７のうちのいずれか１項に記載の予燃焼室構造。
9. 前記本体部は、前記本体部に取り付けられた別のカバー部（９）を備え、前記カバー部を介して、当該予燃焼室構造は、前記シリンダヘッドに取り付けられる、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の予燃焼室構造。
10. 前記カバー部は、パイロット燃料の供給手段（１１）及び／又はスパークプラグ（１２）のような、点火手段を備える、請求項９に記載の予燃焼室構造。
11. 前記ノズル部及び／又は前記ロック部（８，８ａ，８’）は、セラミックスのような、耐熱性、耐酸化性、及び／又は、耐食性材料により作製される、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の予燃焼室構造。
12. 前記本体部及び前記ロック部（８，８ａ，８’）は、回転対称な部品である、請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の予燃焼室構造。
13. 前記本体部、前記ノズル部及び前記ロック部（８，８ａ，８’）は、交換可能な部品である、請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の予燃焼室構造。

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