JP2019007456A - ディーゼルエンジンの副室形成用口金 - Google Patents

Abstract

【課題】更なる構造工夫により、寒冷時における青白煙（未燃の燃料）排出抑制や冷始動性向上が図れる副室式ディーゼルエンジンの実現が可能となるように、より改善されたディーゼルエンジンの副室形成用金具を提供する。【解決手段】シリンダヘッド６における主燃焼室５に隣り合う状態で壁面に嵌着され、シリンダヘッド６に副燃焼室９を形成するディーゼルエンジンの副室形成用口金において、副燃焼室９を形成するための副室形成用凹部１２が形成されている胴部１０と、副室形成用凹部１２と主燃焼室５とを連通する噴孔ｈが形成されている底部１１とを有するとともに、シリンダヘッド６又はシリンダ部２との間に空間部ｓを形成可能な凹入部２０が口金外面に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダヘッドにおける主燃焼室に隣合う状態で壁面に嵌着され、シリンダヘッドに副燃焼室を形成するディーゼルエンジンの副室形成用口金に関する。

副室式ディーゼルエンジンは、シリンダヘッドに設けられた副燃焼室内に燃料の噴射を行う形式であり、副燃焼室は、シリンダ内に形成される主燃焼室に比べて小さな容積を有している。

副燃焼室にグロープラグと噴射ノズルが設けられ、寒冷時のエンジン始動ではグロープラグの熱で副燃焼室の空気を予熱して始動を容易にさせ、始動後は圧縮によって熱せられた空気が副燃焼室に入り込むことで着火される構造である。このようなエンジンの例としては、特許文献１において開示された物などが知られている。

即ち、副燃焼式ディーゼルエンジンにおいては、シリンダヘッドに嵌着されて主燃焼室に臨む副室形成用口金が設けられ、この副室形成用口金に、副燃焼室の一部及び主燃焼室に連通する噴孔が形成されている。噴孔は、副燃焼室で着火された燃料が火炎となって主燃焼室へ放出されるための通り道として機能する場所である。

特開２００１−２７１６４８号公報

副室式ディーゼルエンジンは、全ての回転域で容易に安定した燃焼状態が得られ、燃焼時間が長いため燃焼時の圧力と温度変化が穏やかで窒素酸化物と炭化水素の発生が少なく、騒音も低くできる利点がある。しかしながら、その反面、寒冷時の始動性が芳しくないとか、青白煙が排出され易いという慢性的な問題があった。

本発明の目的は、更なる構造工夫により、寒冷時における青白煙（未燃の燃料）排出抑制や冷始動性向上が図れる副室式ディーゼルエンジンの実現が可能となるように、より改善されたディーゼルエンジンの副室形成用口金を提供する点にある。

本発明は、シリンダヘッド６における主燃焼室５に隣り合う状態で壁面に嵌着され、シリンダヘッド６に副燃焼室９を形成するディーゼルエンジンの副室形成用口金において、
前記副燃焼室９を形成するための副室形成用凹部１２が形成されている胴部１０と、前記副室形成用凹部１２と前記主燃焼室５とを連通する噴孔ｈが形成されている底部１１とを有するとともに、前記シリンダヘッド６又はシリンダ部２との間に空間部ｓを形成可能な凹入部２０が口金外面に形成されていることを特徴とする。

第２の本発明は、本発明によるディーゼルエンジンの副室形成用口金において、
前記凹入部２０は、前記底部１１の底面１１Ｂに開口する状態で前記底部１１に設けられた底凹入部２０Ａを有していることを特徴とする。

第３の本発明は、第２の本発明によるディーゼルエンジンの副室形成用口金おいて、
前記底凹入部２０Ａは、前記底部１１における前記噴孔ｈの存在側とは反対となる側に偏らせて形成されていることを特徴とする。

第４の本発明は、本発明〜第３の本発明の何れか一つのディーゼルエンジンの副室形成用口金において、
前記凹入部２０は、前記胴部１０の外周面１０Ａに開口する状態で前記胴部１０に設けられた外周凹入部２０Ｂを有していることを特徴とする。

第５の本発明は、第４の本発明によるディーゼルエンジンの副室形成用口金において、
前記外周凹入部２０Ｂは、前記胴部１０の外周の全周に亘って形成されていることを特徴とする。

第６の本発明は、本発明〜第５の本発明の何れか一つのディーゼルエンジンの副室形成用口金において、
前記底部１１の径が、前記胴部１０の外径よりも大に設定されていることを特徴とする。

第７の本発明は、本発明〜第６の本発明の何れか一つのディーゼルエンジンの副室形成用口金において、
前記底部１１における前記噴孔ｈの底凹入部２０Ａ側の近傍に補助噴孔２２が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、空間部を形成可能な凹入部が口金外面に形成されているので、寒冷時のエンジン始動のときでも、副燃焼室の内部がより早く暖まり、着火後の失火が抑制でき、エンジン回転数が安定する。従って、青白煙の排出抑制効果、並びに寒冷時のエンジン始動性が向上するディーゼルエンジンが、副室形成用口金のみの改造で済む安価な手段で達成することができる。

その結果、更なる構造工夫により、寒冷時における青白煙（未燃の燃料）排出抑制や冷始動性向上が図れる副室式ディーゼルエンジンの実現が可能となるように、より改善されたディーゼルエンジンの副室形成用口金を提供することができる。

（ａ）ディーゼルエンジンの副燃焼室を示す要部の断面図、（ｂ）副室形成用口金の平面図 （ａ）図１の姿勢を変えた状態の副室形成用口金の断面図、（ｂ）副室形成用口金の底面図

以下に、本発明によるディーゼルエンジンの副室形成用口金の実施の形態を、小型の産業用ディーゼルエンジンの場合について、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）に示されるように、エンジンＥのシリンダブロック１におけるシリンダ部２に、シリンダ３が縦向きに形成されており、シリンダ３にはピストン４が往復スライド移動可能に嵌入されている。主燃焼室５は、シリンダ３内のピストンヘッド４Ａとシリンダヘッド６との間の空間に形成されている。

シリンダヘッド６におけるシリンダ中心軸からシリンダ周壁側に偏芯した位置に、シリンダ部２に開口する状態の装着穴７が形成され、装着穴７には副室形成用口金（チャンバー）８が収容されている。装着穴７は、シリンダヘッド６の主燃焼室５に臨むヘッド底面６ａから順に、大径の開口部１６と、小径の胴部収容部１７と、胴部収容部１７よりも奥に位置する空洞部１８とを有して構成されている。

開口部１６には、カップ状に形成された副室形成用口金８の底部１１が収容されている。胴部収容部１７は、副室形成用口金８の胴部１０が収容される箇所であって開口部１６よりも小径である。空洞部１８は略半球形に凹んだ箇所に形成され、胴部収容部１７とは段付き面（符記省略）で繋がる構成とされている。

図１（ａ）及び図２に示されるように、副室形成用口金８は、円柱状の胴部１０と底部１１とを含んだ段付円柱状の金具で形成されている。底部１１は胴部１０の一端側を胴部１０の外径よりも大径で周方向に張り出させてフランジ状の嵌合鍔部１１Ａを有する状態に形成されている。胴部１０の他端側には、胴部１０の上端面から略半球形の副室形成用凹部１２が形成されている。そして、副室形成用口金８の底部１１には、副室形成用凹部１２と主燃焼室５とを連通させる噴孔ｈが形成されている。

図１（ａ）に示されるように、空洞部１８と胴部収容部１７とは段付き面（符記省略）で繋がっており、副室形成用口金８がシリンダヘッド６に嵌着された組付け状態では、空洞部１８の内周面１８ａと副室形成用口金８の副室形成用凹部１２の内周面１２ａとが略面一に連続するように構成されている。即ち、空洞部１８と副室形成用凹部１２とによって略球形の副燃焼室９が形成されている。

図１、図２に示されるように、噴孔ｈは、副燃焼室９の内周面の略接線方向で、かつ、シリンダ中心軸に向かう傾斜状態に形成され、その燃焼室側での開口を噴口１５とすることにより、副燃焼室９は渦室に形成されている。シリンダヘッド６には燃料噴射ノズル１９が貫通されており、燃料噴射ノズル１９の先端噴射部１９ａが副燃焼室９内に臨むように配置されている。

噴孔ｈは、中央の主噴孔１３と、その両脇に張り出すように一体的に形成された一対の副噴孔１４，１４とを備えた略三つ葉形状の連通孔に形成されている。副燃焼室９と主燃焼室５とを連通する噴孔ｈは、副燃焼室９から主燃焼室５の中央部へ向かうように傾斜状に設けられている。副燃焼室９から噴孔ｈを通して主燃焼室５内へ燃焼気流が噴出したときには、燃焼気流が上死点付近に至っているピストン４のピストンヘッド４Ａの頂面４ａに対して斜めに吹き付けられるように構成されている。

図１（ａ），（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）に示されるように、シリンダヘッド６及びシリンダ部２との間に空間部ｓを形成可能な凹入部２０が口金外面（符記省略）に形成されている。副室形成用口金８には、底凹入部２０Ａ及び外周凹入部２０Ｂを有する断熱用の凹入部２０が形成されている。なお、口金外面は、胴部１０の外周面、底部１１の上面、外周面、及び底面１１Ｂを含む概念である。

底凹入部２０Ａは、底部１１の底面１１Ｂに開口する（シリンダ部２の上面２ａに向けて開口する）状態で底部１１に設けられている。即ち、上下方向視で副室形成用口金８とシリンダ部２とが重なる部分の底部１１に形成されている上方に凹入した湾曲形状の底凹入部２０Ａは、底部１１の外周に沿う外周円弧面２３、外周円弧面２３より曲率が小の内周円弧面２４を有している。

つまり、底凹入部２０Ａは、底部１１における噴孔ｈの存在側とは反対となる側に偏らせて形成されている。この底凹入部２０Ａと上面２ａとにより、ガスケット２１を介した断熱用の空間部ｓが形成されている。底凹入部２０Ａの深さは、底部１１の厚みの半分弱に設定されている。

外周凹入部２０Ｂは、シリンダヘッド６に開口する状態で胴部１０の外周に設けられている。外周凹入部２０Ｂは、副室形成用凹部１２の内周面１２ａに略沿った傾斜周面２０ｂを有して、底部１１の上面に連なる状態の略三角形の断面形状を呈して胴部１０の全外周に亘るドーナツ状の空間部ｓに形成されている。図１に示されるように、外周凹入部２０Ｂにおける副室形成用口金８の径方向深さ寸法ｄは、胴部１０と底部１１との半径差ｒの寸法と略同一に設定されているが、それ以外の深さでもよい。

図１、図２に示されるように、底部１１における噴孔ｈの底凹入部２０Ａ側の両脇近傍のそれぞれに噴孔ｈである補助噴孔２２，２２が形成されている。これにより、図２(ｂ)に示されるように、副室形成用口金８は底面視において笑顔のような形状、即ちスマイルチャンバーに形成されている。補助噴孔２２は、副燃焼室９の略中央位置において底部１１を貫いて主燃焼室５に開先開口する縦孔に形成されている。従って、副燃焼室９から補助噴孔２２，２２を通して、ピストンヘッド４Ａに対面して向かう状態で主燃焼室５内へ燃焼気流が噴出するようにも構成されている。

そして、副室形成用凹部１２の内周面１２ａと、主噴孔１３及び副噴孔１４，１４それぞれの内面（符記省略）の面精度（面粗度）Ｒａは、Ｒａ≦０．３μｍとなるように仕上げられている。望ましくは、面精度Ｒａを、０．０１μｍ≦Ｒａ≦０．３μｍとする。通常の面精度は１μｍ以上であるから、本実施形態による副室形成用口金８においては、精密仕上げとされている。この精密な面精度により、燃焼火炎がよりスムーズに流れ、冷却損失の一層の軽減に寄与できている。

以上述べた構成の副室形成用口金８の採用により、次の（１）〜（６）のような作用効果を得ることができる。
（１）補助噴孔２２，２２の近傍に断熱構造となる底凹入部２０Ａが設けられているので、寒冷時のエンジン始動のときに、副燃焼室９の内部がより早く暖まり、着火後の失火が抑制でき、エンジン回転数が安定する。従って、青白煙の排出抑制効果、並びに冷間時のエンジン始動性が向上する。

（２）排気量が１Ｌ未満などの小型産業用ディーゼルエンジンの青白煙排出抑制が、副室形成用口金８のみの改造で済む安価な手段で達成することができ、しかも、冷始動性能も向上する優れものである。
（３）空間部ｓの存在により、副燃焼室９の断熱度合いが促進されて熱が逃げ難いので、燃焼爆発の熱効率が向上し、燃費性能も改善されるようになる。
（４）熱効率が向上し、スモーク（黒煙）の排出が低減され、ＰＭ排出量も抑制させることが可能になる。

（５）図２（ｂ）に示されるように、底面を見るだけで本発明によるスマイルチャンバー形状の副室形成用口金８を他のチャンバーと区別できるので、製造時の誤組付けが防止され、品質向上に寄与できる利点がある。
（６）副室形成用口金８の重量を、従来品に比べて軽量化することができるので、その分、熱膨張が穏やかになり、副室形成用口金８が圧入される部分、即ち装着穴７の熱膨張によるシリンダヘッド６の亀裂がより生じ難くくなる利点もある。

〔別実施形態〕
主噴孔１３のみでなる噴孔ｈや、補助噴孔２２が無い、又は１箇所有る構成の噴孔ｈでもよい。底部１１と胴ｂ１０とが同径又は略同径とされた副室形成用口金８でもよい。底凹入部２０Ａのみ又は外周凹入部２０Ｂのみ備える副室形成用口金８でもよい。外周凹入部２０Ｂは、９０度毎の４箇所に形成するなど、全周でなくてもよい。

２ シリンダ部
５ 主燃焼室
６ シリンダヘッド
９ 副燃焼室
１０ 胴部
１０Ａ 外周面
１１ 底部
１１Ａ 底面
１２ 副室形成用凹部
２０ 凹入部
２０Ａ 底凹入部
２０Ｂ 外周凹入部
２２ 補助噴孔
ｈ 噴孔
ｓ 空間部

Claims (7)

1. シリンダヘッドにおける主燃焼室に隣り合う状態で壁面に嵌着され、シリンダヘッドに副燃焼室を形成するディーゼルエンジンの副室形成用口金であって、
   前記副燃焼室を形成するための副室形成用凹部が形成されている胴部と、前記副室形成用凹部と前記主燃焼室とを連通する噴孔が形成されている底部とを有するとともに、前記シリンダヘッド又はシリンダ部との間に空間部を形成可能な凹入部が口金外面に形成されているディーゼルエンジンの副室形成用口金。
2. 前記凹入部は、前記底部の底面に開口する状態で前記底部に設けられた底凹入部を有している請求項１に記載のディーゼルエンジンの副室形成用口金。
3. 前記底凹入部は、前記底部における前記噴孔の存在側とは反対となる側に偏らせて形成されている請求項２に記載のディーゼルエンジンの副室形成用口金。
4. 前記凹入部は、前記胴部の外周面に開口する状態で前記胴部に設けられた外周凹入部を有している請求項１〜３の何れか一項に記載のディーゼルエンジンの副室形成用口金。
5. 前記外周凹入部は、前記胴部の外周の全周に亘って形成されている請求項４に記載のディーゼルエンジンの副室形成用口金。
6. 前記底部の径が、前記胴部の外径よりも大に設定されている請求項１〜５の何れか一項に記載のディーゼルエンジンの副室形成用口金。
7. 前記底部における前記噴孔の底凹入部側の近傍に補助噴孔が形成されている請求項１〜６の何れか一項に記載のディーゼルエンジンの副室形成用口金。

Images