JP2019113007A - Indirect injection diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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のエンジン、即ち、副室式ディーゼルエンジンに関するものである。 The present invention relates to an engine of a type in which fuel is injected into an auxiliary combustion chamber provided in a cylinder head, that is, an auxiliary chamber diesel engine.
副室式のディーゼルエンジンでは、エンジンの主燃焼室と主燃焼室から偏心した箇所に設けられている副室とが噴孔を介して連通され、副室から噴孔を通して主燃焼室内へ燃焼気流が噴出するように構成されている。一般的には、噴孔から出た燃焼気流が、上死点付近に至っているピストンの頂面に対して斜めに吹き付けられるように、噴孔は主燃焼室の中央側へ向けて傾けて形成されている。例えば、特許文献1において開示されたものが知られている。
In the sub-chamber type diesel engine, the main combustion chamber of the engine and the sub-chamber provided at a location eccentric to the main combustion chamber are communicated via the injection hole, and the combustion flow from the sub-chamber to the main combustion chamber through the injection hole Is configured to spout. Generally, the injection hole is formed to be inclined toward the center of the main combustion chamber so that the combustion air flow coming out of the injection hole is sprayed obliquely to the top surface of the piston reaching near the top dead center. It is done. For example, the one disclosed in
副室式は直噴式(直接噴射式)に比べた場合、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(ディーゼルノック)が低く高回転化にも好適となる長所を有している。そのため、産業用ディーゼルエンジンなどにおいては多数の採用例がある。 Compared with the direct injection type (direct injection type), the sub-chamber type can easily obtain a stable combustion state in all rotation regions, and since the combustion time is long, the pressure and temperature change at the time of combustion is gentle and nitrogen oxides It has the advantage of low generation of hydrocarbons, low noise (diesel knock) and suitable for high speed operation. Therefore, there are many applications in industrial diesel engines and the like.
その反面、燃料が燃焼爆発した熱エネルギーが、シリンダヘッドやシリンダブロック内の冷却水へ熱として伝導するので、直噴式に比べて熱損失は大きい。そのため、熱効率の点では直噴式に劣っており、パワーや燃費の点では不利である。 On the other hand, since the thermal energy generated by the combustion and explosion of the fuel is conducted as heat to the cooling water in the cylinder head and the cylinder block, the heat loss is large compared to the direct injection type. Therefore, it is inferior to the direct injection type in terms of thermal efficiency and disadvantageous in terms of power and fuel consumption.
そこで従来では、特許文献1(図1,3など参照)において開示されるように、ピストンの天井壁の頂面側における噴孔に対応した位置に凹み、即ちリセス(6,7,7:特許文献1)が形成されていることが多い。即ち、ピストン上死点時における燃焼室を、ピストン頂部にリセスを設けることで燃料と空気の混合が促進され易い形状とし、熱効率の改善が可能となるようにされていた。 Therefore, conventionally, as disclosed in Patent Document 1 (see FIGS. 1 and 3 and the like), the top surface side of the top wall of the piston is recessed at a position corresponding to the injection hole, that is, a recess (6, 7, 7 Literature 1) is often formed. That is, by providing the combustion chamber at the top dead center of the piston with a recess at the top of the piston, the mixing of fuel and air is easily promoted, and the thermal efficiency can be improved.
しかしながら、従来構造の燃焼室においては、ピストン頂面と噴孔(口金)との距離が小さく、燃焼途中の噴霧がピストン頂面に衝突した際に急冷され易い傾向があり、その結果、PM(Particulate Matter:粒子状物質)が発生し易いという問題があった。 However, in the combustion chamber of the conventional structure, the distance between the piston top surface and the injection hole (base) is small, and the spray in the middle of combustion tends to be easily quenched when it collides with the piston top surface. There is a problem that Particulate Matter (Particulate matter) is easily generated.
本発明の目的は、ピストン天井壁に形成されるリセスの形状などを見直して工夫することにより、PMの発生が抑制されるように改善された副室式ディーゼルエンジンを提供する点にある。 An object of the present invention is to provide a sub-chamber type diesel engine improved to suppress generation of PM by reviewing and devising the shape and the like of a recess formed in a piston ceiling wall.
本発明は、副室式ディーゼルエンジンにおいて、
主燃焼室9と前記主燃焼室9から偏心した箇所に設けられている副室6とが噴孔8を介して連通されるとともに、
ピストン1の天井壁1Aにおける前記噴孔8から前記主燃焼室9内へ噴出される燃焼気流10が吹き付けられる箇所fに、単一の受止めリセスrが形成されていることを特徴とする。
The present invention relates to a sub-chamber type diesel engine
A
A single receiving recess r is formed in a portion f of the
第2の本発明は、本発明による副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記受止めリセスrは、平面視において前記吹き付けられる箇所fを中央域に含む円形リセス21に形成されていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a sub-chamber type diesel engine according to the present invention,
The receiving recess r is characterized in that it is formed in a
第3の本発明は、本発明による副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記受止めリセスrは、平面視において前記吹き付けられる箇所fを含み、かつ、前記燃焼気流10の噴出経路wの方向に長い楕円形リセス22に形成されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a sub-chamber type diesel engine according to the present invention,
The receiving recess r is characterized by including an area f to be sprayed in a plan view and being formed in an
第4の本発明は、本発明による副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記受止めリセスrは、平面視において前記吹き付けられる箇所fを含み、かつ、前記燃焼気流10の噴出経路wで下流側が長く、かつ、上流側が短い台形リセス24に形成されていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sub-chamber type diesel engine according to the present invention,
The receiving recess r includes a portion f to be sprayed in a plan view, and is formed in a
第5の本発明は、本発明による副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記受止めリセスrは、平面視において前記吹き付けられる箇所fを含み、かつ、前記ピストン1と同心状の円形をなす大円リセス25に形成されていることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a sub-chamber type diesel engine according to the present invention,
The receiving recess r is characterized in that it is formed in a large
本発明によれば、ピストンの天井壁における噴孔直下に、即ち、噴孔から主燃焼室内へ噴出される燃焼気流が吹き付けられる箇所に、凹みである受止めリセスが形成されているので、噴孔とピストン頂面との距離を従来品より広めて、噴孔直下における主燃焼室容積を局所的に増大させることが可能になる。
従って、その噴孔直下の容積増大により、噴孔から噴出された混合気と主燃焼室の空気との混合が促進され、燃焼途中の噴霧が急冷されることが抑制されるようになる。
According to the present invention, since the receiving recess, which is a recess, is formed immediately below the injection hole in the ceiling wall of the piston, that is, at the position where the combustion air flow ejected from the injection hole into the main combustion chamber is blown. The distance between the hole and the top surface of the piston can be increased compared to conventional products, and the volume of the main combustion chamber immediately below the injection hole can be locally increased.
Therefore, the increase in volume immediately below the injection hole promotes the mixing of the air-fuel mixture ejected from the injection hole and the air in the main combustion chamber, thereby suppressing the quenching of the spray during combustion.
その結果、ピストン天井壁に形成されるリセスの形状などを見直して工夫することにより、PMの発生が抑制されるように改善された副室式ディーゼルエンジンを提供することができる。 As a result, by modifying and devising the shape and the like of the recess formed in the piston ceiling wall, it is possible to provide an improved sub-chamber type diesel engine in which the generation of PM is suppressed.
以下に、本発明による副室式ディーゼルエンジンの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a sub-chamber type diesel engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示されるように、副室式ディーゼルエンジンEは、シリンダブロック2及びシリンダヘッド5有しており、シリンダブロック2にはシリンダ3が設けられて、シリンダ3内にはピストン1が往復上下移動可能に内嵌されている。シリンダブロック2の上側にはシリンダヘッド5が組み付けられており、シリンダヘッド5には、副燃焼室として機能する副室(渦流室、うず室とも呼ばれる)6が設けられている。
As shown in FIG. 1, the sub-chamber type diesel engine E has a
シリンダヘッド5には燃料噴射ノズル7が貫通装備され、燃料噴射ノズル7の先端噴射部7aが副室6内に臨むように配置されている。副室6は、シリンダ3内に形成される主燃焼室9に、その主燃焼室9の偏心箇所に設けられる噴孔8を介して連通されている。
噴孔8は、副室6の内周面の略接線方向で、かつ、ピストン軸心(=シリンダ軸心)Pに向かって噴口8aを有する傾斜孔に形成されている。
The
The
副室6の構成について説明する。図1、図2に示されるように、シリンダヘッド5におけるピストン1の軸心Pからシリンダ周壁側に偏芯した位置に、シリンダ3に開口する状態の副室形成穴5Aが形成され、副室形成穴5Aには副室形成用口金(チャンバー)4が収容されている。副室形成穴5Aは、シリンダヘッド5の主燃焼室9に臨むヘッド底面5aから順に、大径の開口部12と、小径の胴部収容部13と、胴部収容部13よりも奥に位置する空洞部14とを有して構成されている。
The configuration of
開口部12には、カップ状に形成された副室形成用口金4の底部4Aが収容されている。胴部収容部13は、副室形成用口金4の胴部4Bが収容される箇所であって開口部12よりも小径である。空洞部14は半球よりも少し大きい略半球形に凹んだ箇所に形成され、胴部収容部13とは段付き面(符記省略)で繋がる構成とされている。なお、開口部12と胴部収容部13とが互いに同径或いはほぼ同径とされた副室形成用口金4でもよい。なお、図2における23はグロープラグである。
The
図1、図2(a),(b)に示されるように、副室形成用口金4は、円柱状の胴部4Bと底部4Aとを含んだ段付円柱状の金具で形成されている。底部4Aは胴部4Bの一端側を胴部4Bの外径よりも大径で周方向に張り出たフランジ状の部位として形成されている。胴部4Bの他端側には、胴部4Bの上端面から半球よりも少し小さい略半球形の副室形成用凹部15が形成されている。つまり、副室6は空洞部14と副室形成用凹部15とで構成されている。そして、副室形成用口金4の底部4Aには、副室形成用凹部15と主燃焼室9とを連通させる噴孔8が形成されている。
As shown in FIG. 1 and FIGS. 2 (a) and 2 (b), the auxiliary chamber forming die 4 is formed by a stepped cylindrical fitting including a
図2(a),(b)に示されるように、噴孔8は、中央の主噴孔16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17,17とを備えた略三つ葉形状の連通孔に形成されている。副室6と主燃焼室9とを連通する噴孔8は、副室6から主燃焼室9の中央部へ向かうように傾斜状に設けられている。副室6から噴孔8を通って主燃焼室9内へ燃焼気流10が噴出すると、燃焼気流10が、上死点付近に至っているピストン1の天井壁であるピストンヘッド1Aの頂面11に対して斜めに吹き付けられる構成とされている。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the
また、図2(a),(b)に示されるように、副室形成用口金4の底部4Aにおける噴孔8の両脇近傍のそれぞれに補助噴孔20が形成されている。一対の補助噴孔20,20は、噴孔8に対してピストン1の軸心Pから遠い側に寄った位置、即ち、副室6の略中央位置において底部4Aをピストン1の軸心Pに沿って貫かれて主燃焼室9に開口する小径の縦孔に形成されている。従って、副室6から補助噴孔20,20を通っても、ピストンヘッド1Aに対面して向かう状態で主燃焼室9内へ燃焼気流10が噴出する構成とされている。
Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, the
〔実施形態1〕
次に、ピストン1について説明する。図2(a)及び図3(a),(b)に示されるように、ピストン1のピストンヘッド1Aにおける噴孔8から主燃焼室9内へ噴出される燃焼気流10が吹き付けられる箇所fに、単一の受止めリセスrが形成されている。受止めリセスrは、ピストンヘッド1Aにて燃焼気流10を受止める凹み箇所であって、平面視(ピストン1の軸心P方向視)において吹き付けられる箇所fを中央域に含む円形リセス21に形成されている。なお、円形リセス21は、吹き付けられる箇所fが中央域(円形の中央域)に含まれて円形をなすリセスである。
Next, the
円形リセス21は、ピストン1の頂面11における噴孔8から主燃焼室9内へ噴出される燃焼気流10の噴出経路wに沿った又はほぼ沿い、かつ、ピストン1の径(シリンダのボア径)の約半分程度の寸法の直径を有する円形の凹みに形成されている。また円形リセス21は、図3(b)に示されるように、滑らかな隅Rを呈する周縁21a(ra)とリセス底面21b(rb)とを有して凹む状態でピストンヘッド1Aに形成されている。
円形リセス21の内部では、図3(a)に示されるように、その形状に沿って外周側を進む旋回流h、hが生じ、それら旋回流hの存在、及び噴出経路wの左右の旋回流h、hどうしがぶつかることによって混合気と空気との混合が促進される効果もある。
The
Inside the
〔実施形態2〕
図4(a),(b)に示されるように、受止めリセスrは、平面視において吹き付けられる箇所fを含み、かつ、燃焼気流10の噴出経路wの方向に長い楕円形リセス22に形成されているものでもよい。楕円形リセス22は、噴出経路wの方向に沿う方向に長い楕円形をなすリセスに形成されている。楕円形リセス22の長辺長さはピストン1の径(シリンダのボア径)の約3/4に描かれているが、それ以外のサイズでもよい。この楕円形リセス22においても、滑らかな隅Rの周縁22a(ra)及び平らなリセス底面22b(rb)を有している。
Second Embodiment
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the receiving recess r is formed into an
受止めリセスrを楕円形リセス22とすることにより、図4(a)に示されるように、円形リセス21に比べて、楕円形リセス22の内部で生起される旋回流h,hによって混合を促進できる領域を、噴口8aから噴出経路wに沿って左右対象の状態で遠い場所まで拡大可能となる利点がある。
By making the receiving recess r an
〔実施形態3〕
図5(a)に示されるように、受止めリセスrが、平面視において吹き付けられる箇所fを含み、かつ、燃焼気流10の噴出経路wで下流側が長く、かつ、上流側が短い台形リセス24に形成されているものでもよい。台形リセス24は、噴出経路wで下流側が噴出経路wに交差する方向に延びる長辺で、かつ、上流側が噴出経路wに交差する方向に延びる短辺の台形をなして凹むリセス、即ち、噴出経路wで下流側が長い台形をなすリセスに形成されている。つまり、長壁(長辺)24a、短壁(短辺)24b、一対の傾斜壁24c,24c、及び底面24dを有する台形リセス24である。底面24dは、短壁24b側が浅く、長壁24a側が深くなる傾斜底面とされていれば好都合である。
Third Embodiment
As shown in FIG. 5A, the receiving recess r includes a portion f to be sprayed in a plan view, and the
台形リセス24を有する構成では、噴口8aから出た燃焼気流10は、その直下の傾斜底面24dに流れることで、円滑にピストン1の頂面11を流れることができ、かつ、噴流を主燃焼室9における広い範囲に導くことができる。また、長壁24a、短壁24b、一対の傾斜壁24c,24cの一つ又は複数は、平面視での台形リセス24の面積が頂面11側(開口部側)ほど広くなるように角度が付けられた傾斜壁に形成されてもよい。
In the configuration having the
〔実施形態4〕
図5(b)に示されるように、受止めリセスrは、平面視において吹き付けられる箇所fを含み、かつ、ピストン1の軸心Pと同心状の円形をなす大円リセス25に形成されているものでもよい。内周壁25a及び底面25bを有する大円リセス25の直径は、ピストン1の直径より僅かに(又は若干)小さい程度の大きな円形凹みとされ、凹周状の外周壁26が形成されている。大円リセス25の径は、ピストン1の径の65%〜90%程度に設定されており、より望ましくは70%〜85%である。大円リセス25の深さは、前述した実施形態1〜3のものよりも十分深いものとされている。
As shown in FIG. 5 (b), the receiving recess r is formed in a large
大円リセス25を設けた構成では、主燃焼室9における火炎がシリンダのライナー近傍の圧縮完了時の温度が上がるので、ライナー壁近傍での燃焼状態が改善されるようになる。つまり、ピストン上死点での主燃焼室9における外周壁26部位での圧縮比がやや高めとなるので、ライナー付近での燃焼効率がよくなり、その結果PM低減に寄与できる効果が得られる。
In the configuration in which the large
各施形態による副室式ディーゼルエンジンでは次の(1)〜(5)のとおりの作用効果を奏することができる。
(1)噴孔8(噴口8a)とピストン1の頂面11(詳しくはリセス底面rb)とのピストン1の軸心P方向の距離を従来より大きく取ることができ、主燃焼室9における噴孔8の直下(又は直後)の容積を局所的に増大させることができる(実施形態1〜4)。
The sub-chamber type diesel engine according to each embodiment can provide the following effects (1) to (5).
(1) The distance in the axial center P direction of the
(2)受止めリセスr(円形リセス21、楕円形リセス22、大円リセス25)は平面視(ピストン移動方向視)で円形をなしているので、受止めリセスr内で旋回流が生じ、噴孔8から噴出された混合気と主燃焼室の空気との混合がその旋回流によって促進され、「燃焼途中の噴霧が急冷される」という従来の問題がより抑制又は解消されるようになる(実施形態1,2,4)。
(2) Since the receiving recess r (the
(3)ピストン1の頂面11には、従来におけるバルブリセスや扇形リセスなどの受止めリセスr以外のリセスが無く、受止めリセスr以外の部分は平らな表面とされているので、ピストン1の上昇に伴って主燃焼室9から噴孔8を通して副室6へ空気が導入される際の抵抗を極小化することができる(実施形態1〜4)。
(3) The
(4)上記(1)〜(3)の結果、噴孔8の直下に受止めリセスrを設けたので、従来に比べて、噴孔8から主燃焼室9への噴流がピストン1の頂面11(リセス底面rb)に衝突し難くなり、主燃焼室9における噴流と接触する空気量を増加させることができ、主燃焼室9における燃焼気流10の冷却が穏やかになり、PMの発生が抑制されるようになる(実施形態1〜4)。
(4) As a result of the above (1) to (3), since the receiving recess r is provided immediately below the
また、円形リセス21、楕円形リセス22、台形リセス24、大円リセス25のいずれも、リセス深さは0.7〜1.1mmが良く、好ましくは0.9mmである。このような深さ範囲に設定すれば、圧縮比や容積比の低下が抑制できて冷間時の始動性が改善されるとともに、噴孔8から噴出された燃焼気流10がピストン1の頂面に当った際の急冷が抑制されてPM低減の効果も得られる。
The depth of each of the
1 ピストン
1A 天井壁
6 副室
8 噴孔
9 主燃焼室
10 燃焼気流
21 円形リセス
22 楕円形リセス
24 台形リセス
25 大円リセス
f 吹き付けられる箇所
r 受止めリセス
w 噴出経路
Claims (5)
ピストンの天井壁における前記噴孔から前記主燃焼室内へ噴出される燃焼気流が吹き付けられる箇所に、単一の受止めリセスが形成されている副室式ディーゼルエンジン。 A main combustion chamber and a sub-chamber provided at a location eccentric to the main combustion chamber are communicated via an injection hole,
A sub-chamber type diesel engine in which a single receiving recess is formed at a portion of a ceiling wall of a piston where a combustion air flow ejected from the injection hole into the main combustion chamber is blown.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017247309A JP2019113007A (en) | 2017-12-25 | 2017-12-25 | Indirect injection diesel engine |
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JP (1) | JP2019113007A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7470036B2 (en) | 2020-12-25 | 2024-04-17 | 株式会社クボタ | diesel engine |
-
2017
- 2017-12-25 JP JP2017247309A patent/JP2019113007A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7470036B2 (en) | 2020-12-25 | 2024-04-17 | 株式会社クボタ | diesel engine |
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