JP2019113008A - 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 which is improved so as to suppress the 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5と前記主燃焼室5から偏心した箇所に設けられている副室9とが噴孔hにより連通され、ピストン4の天井壁4Aに、前記噴孔hから噴出される燃焼気流gを受止める受止めリセスRが形成され、
前記受止めリセスRは、前記噴孔hから前記主燃焼室5へ噴出される燃焼気流gが吹き付けられる箇所fに前記噴孔hの開口形状に対応する状態で形成される直下リセス部25と、前記主燃焼室5における前記吹付けられる箇所fから燃焼気流gの噴出経路wで下流側ほど広がる状態で形成される拡散リセス部26と、を有して前記開口形状に合せた形状のものに構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
The
The receiving recess R is formed at a location f where the combustion air flow g ejected from the injection hole h to 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、
前記噴孔hは、中央噴孔13及びその両脇に張り出すように一体形成された一対の脇噴孔14,14を備える主孔1を有して構成されるとともに、
前記直下リセス部25は、前記中央噴孔13に対応して形成される基リセス部分27と、前記基リセス部分27に繋がる状態で一対の前記脇噴孔14,14のそれぞれに対応して形成される一対の脇リセス部分28,28と、から構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 injection hole h has a
The
第3の本発明は、第2の本発明による副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記噴孔hは、前記中央噴孔13の両脇の位置に独立して形成される一対の補助噴孔22,22を有するとともに、前記直下リセス部25は、前記基リセス部分27に繋がる状態で一対の前記補助噴孔22,22のそれぞれに対応して形成される一対の補助リセス部分29,29を有し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 second aspect of the present invention,
The injection hole h has a pair of
第4の本発明は、本発明〜第3の本発明による副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記天井壁4Aに、吸気バルブに対応した吸気弁リセス30と、排気バルブに対応した排気弁リセス31とが形成されていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the sub-chamber type diesel engine according to the third aspect of the present invention,
The
第5の本発明は、第4の本発明による副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記吸気弁リセス30及び前記排気弁リセス31は前記受止めリセスRに繋がる状態で形成されていることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the sub-chamber type diesel engine according to the fourth aspect of the present invention,
The intake valve recess 30 and the
第6の本発明は、本発明〜第5の本発明による副室式ディーゼルエンジンのいずれかにおいて、
前記受止めリセスRの深さdが均一なものに形成されていることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the sub-chamber diesel engine according to the fifth to the present invention,
It is characterized in that the depth d of the receiving recess R is formed to be uniform.
第7の本発明は、本発明〜第5の本発明による副室式ディーゼルエンジンのいずれかにおいて、
前記受止めリセスRの深さが、燃焼気流gの噴出経路wで下流側ほど浅くなる状態に形成されていることを特徴とする。
According to a seventh invention, in any one of the sub-chamber type diesel engine according to the fifth invention of the present invention,
It is characterized in that the depth of the receiving recess R is formed so as to become shallower toward the downstream side in the ejection path w of the combustion air flow g.
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、凹みである直下リセス部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, the recess directly under the recess portion is formed immediately below the injection hole in the ceiling wall of the piston, that is, at a 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.
そして、下流側ほど広がる状態の拡散リセス部も形成して噴孔の開口形状に合せた形状の受止めリセスとされているので、噴孔から出た全ての燃焼気流(噴流)と接触する空気量が増加し、燃焼効率も改善されるようになる。
その結果、ピストン天井壁に形成され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。
And since the diffusion recess part in the state which spreads to the lower stream side is also formed and it is considered as the receiving recess of the shape according to the opening shape of the injection hole, the air which contacts with all the combustion airflows (jet stream) which came out from the injection hole The amount will increase and the combustion efficiency will also be improved.
As a result, it is possible to provide an improved sub-chamber type diesel engine in which generation of PM is suppressed by reviewing and devising the shape and the like of the recess formed in the piston ceiling wall.
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6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4が軸心Pで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6が組み付けられており、シリンダヘッド6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)9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6には燃料噴射ノズル19が貫通装備され、燃料噴射ノズル19の先端噴射部19aが副室9内に臨むように配置されている。副室9は、シリンダ3内に形成される主燃焼室5に、その主燃焼室5の偏心箇所に設けられる噴孔hを介して連通されている。噴孔hは、副室9の内周面の略接線方向で、かつ、ピストン4の軸心(=シリンダ軸心)Pに向かって噴口15(図2参照)を有する傾斜孔に形成されている。
The
副室9の構成について説明する。図2、図3(a),(b)に示されるように、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、シリンダブロック2に開口する状態の装着穴(副室形成穴)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。
The configuration of
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。なお、副室9に臨むグロープラグは省略してある。
The
図1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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the auxiliary chamber forming die 8 is formed of a stepped cylindrical fitting including a
図2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室9が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図2、図3(a),(b)に示されるように、噴孔hは、副室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、その主燃焼室5側での開口を噴口15とすることにより、圧縮時に副室9内に進入する空気が副室9内で渦流を発生させるように形成されている。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が副室9内に臨むように配置されている。
As shown in FIG. 2 and FIGS. 3A and 3B, the injection hole h is formed in an inclined state substantially tangential to the inner peripheral surface of the
噴孔hは、主孔1及びその両脇に位置する一対の補助噴孔22,22を備えて構成されている。主孔1は、中央(噴出経路wを基準とした左右中央)に位置される中央噴孔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脇噴孔14,14とを備えてピストン軸心Pの方向視で略三つ葉形状の連通孔に形成されている。一対の脇噴孔14,14と一対の補助噴孔22,22とは、中央噴孔13の一端側と他端側とに振分けて配置されている。
The injection holes h are configured to include the
副室9と主燃焼室5とを連通する噴孔hは、副室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。副室9から噴孔hを通して主燃焼室5内へ燃焼気流gが噴出したときには、燃焼気流g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(天井壁)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。
The injection hole h communicating the
図2、図3(a),(b)に示されるように、補助噴孔22,22は、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形成されている。補助噴孔22は、副室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、副室9からも補助噴孔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gが噴出するように構成されている。
As shown in FIG. 2 and FIGS. 3A and 3B, the auxiliary injection holes 22 and 22 are formed in the vicinity of both sides of the
図2及び図3(a),(b)に示されるように、シリンダヘッド6及びシリンダブロック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。
As shown in FIGS. 2 and 3 (a) and 3 (b), a
底凹入部20Aは、底部11の底面11Bに開口する(シリンダブロック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とシリンダブロック2とが重なる部分の底部11に形成されていて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。
The
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とシリンダブロック2の上面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。
That is, the bottom
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。
The outer peripheral recessed
次に、ピストン4について説明する。図2及び図4に示されるように、ピストン4のピストンヘッド4Aに、吸気バルブ(図示省略)に対応した吸気弁リセス30と、排気バルブ(図示省略)に対応した排気弁リセス31と、受止めリセスRとが形成されている。受止めリセスRは、噴孔hから噴出される燃焼気流gを受止める凹み(リセス)として設けられている。吸排気弁リセス30,31は、それら単体では平面視で円形をなしている。
Next, the
受止めリセスRは、直下リセス部25と、燃焼気流gの噴出経路wで下流側の拡散リセス部26とを有して構成されている。直下リセス部25は、噴孔hから主燃焼室5へ噴出される燃焼気流gが吹き付けられる箇所fに、噴孔hの開口形状に対応する状態で形成されている。拡散リセス部26は、吹付けられる箇所fから噴出経路wで下流側ほど広がる状態で形成されている。つまり、受止めリセスRは、噴孔hの開口部である噴口15の形状(開口形状)に合せた形状(雲型形状)のものに構成されている。
The receiving recess R is configured to have a
直下リセス部25は、中央噴孔13に対応して形成される基リセス部分27と、基リセス部分27に繋がる状態で一対の脇噴孔14,14及び一対の補助噴孔22,22のそれぞれに対応して形成される一対の脇リセス部分28,28及び一対の補助リセス部分29,29と、から構成されている。
The
受止めリセスRは、平面視(ピストン4の軸心P方向視)で噴出経路wに対して左右対称の形状又はそれに近い形状を呈しており、吸気弁リセス30及び排気弁リセス31は受止めリセスR、詳しく拡散リセス部26に繋がる状態で形成されている。図2に示されるように、均一の深さdに設定されている受止めリセスRの深さより、吸排気弁リセス30,31の深さが浅く設定されているが、この限りではない。
The receiving recess R has a symmetrical shape or a shape close to that with respect to the ejection path w in plan view (viewing in the axial center P direction of the piston 4), and the
噴孔hから主燃焼室5に噴出される燃焼気流gは、中央噴孔13からは基リセス部分27に噴出され、脇噴孔14,14からは脇リセス部分28,28に噴出され、補助噴孔22,22からは補助リセス部分29,29に噴出され、その後は拡散リセス部26に流れてゆくようになる。その燃焼気流gの噴出状態に合致した形状に受止めリセスRが形状設定されている。
The combustion air flow g ejected from the injection hole h to the
〔実施例〕
各リセスの深さ範囲は次のとおりである。受止めリセスR:0.7〜2.0mmであり、噴孔hから噴出された燃焼気流gがピストン4の頂面に当った際の急冷が抑制されてPM低減の効果が得られ、青白煙性能や低温始動性の点からも望ましい。吸気弁リセス30:0.5〜1.0mm、排気弁リセス31:0.5〜1.0mmであり、吸排気バルブとの干渉なく、かつ、圧縮比や容積比の低下が抑制できて青白煙性能や低温始動性が良好になる。
〔Example〕
The depth range of each recess is as follows. Receiving recess R: 0.7 to 2.0 mm, quenching is suppressed when the combustion air flow g ejected from the injection hole h hits the top surface of the
〔実施形態2〕
図5に示されるピストン4を有する副室式ディーゼルエンジンでもよい。即ち、噴孔hは、中央噴孔13及びその両脇に張り出すように一体形成された一対の脇噴孔14,14を備える主孔を有して構成されている。直下リセス部25は、中央噴孔13に対応して形成される基リセス部分27と、基リセス部分27に繋がる状態で一対の脇噴孔14,14のそれぞれに対応して形成される一対の脇リセス部分28,28と、から構成されている。補助噴孔22,22や補助リセス部分29,29は無い。
Second Embodiment
It may be a sub-chamber type diesel engine having a
本発明による副室式ディーゼルエンジンEにおいては、次の(1)〜(6)の作用効果を奏することができる。
(1)直下リセス部25が設けられているので、噴孔hから主燃焼室5に噴出される燃焼気流gがピストン4の頂面4a(受止めリセスRの底面)に衝突するまでの時間が、従来に比べて長くなり、従って急冷され難くなる。
(2)主燃焼室5において、主燃焼室5に噴出された燃焼気流gと接触する空気量を増加させることができる。
(3)受止めリセスRの形状が、噴口15の形状に合せられているので、上記(1),(2)の作用効果をより効率良く得ることができる。
The sub-chamber type diesel engine E according to the present invention can achieve the following effects (1) to (6).
(1) Since the
(2) In the
(3) Since the shape of the receiving recess R is matched to the shape of the
(4)受止めリセスRが形成されているので、吸気工程において主燃焼室5から噴孔hに空気が入り易くなる。
(5)主燃焼室5での空気と混合気(燃焼気流g)との混合が促進されるようになる。
(6)上記(1)〜(5)により、出力向上、燃費向上、PM低減を実現させることが可能になる。
(4) Since the receiving recess R is formed, air can easily enter the injection hole h from the
(5) Mixing of the air in the
(6) By the above (1) to (5), it is possible to realize the output improvement, the fuel efficiency improvement and the PM reduction.
〔別実施形態〕
受止めリセスRより、吸排気弁リセス30,31が深い構成のものでもよい。また、受止めリセスRの深さが、噴出経路wの上流側から下流側に行くに従って変化(浅く又は深く)するものでもよい。特に、受止めリセスRの深さが、燃焼気流gの噴出経路wで下流側ほど浅くなる状態に形成されていると好都合である。
[Another embodiment]
The intake and exhaust valve recesses 30 and 31 may be deeper than the receiving recess R. In addition, the depth of the receiving recess R may be changed (shallow or deep) as going from the upstream side to the downstream side of the ejection path w. In particular, it is advantageous if the depth of the receiving recess R is formed so as to be shallower toward the downstream side in the ejection path w of the combustion air flow g.
1 主孔
4 ピストン
4A 天井壁
5 主燃焼室
9 副室
13 中央噴孔
14 脇噴孔
22 補助噴孔
25 直下リセス部
26 拡散リセス部
27 基リセス部分
28 脇リセス部分
29 補助リセス部分
30 吸気弁リセス
31 排気弁リセス
R 受止めリセス
d 深さ
f 吹き付けられる箇所
g 燃焼気流
h 噴孔
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記受止めリセスは、前記噴孔から前記主燃焼室へ噴出される燃焼気流が吹き付けられる箇所に前記噴孔の開口形状に対応する状態で形成される直下リセス部と、前記主燃焼室における前記吹付けられる箇所から燃焼気流の噴出経路で下流側ほど広がる状態で形成される拡散リセス部と、を有して前記開口形状に合せた形状のものに構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 by the injection hole, and a receiving recess for receiving the combustion air flow ejected from the injection hole is formed in the ceiling wall of the piston And
The receiving recess is formed at a location where the combustion air flow sprayed from the injection hole to the main combustion chamber is blown in a state corresponding to the opening shape of the injection hole, and the recess in the main combustion chamber A sub-chamber type diesel engine comprising a diffusion recess portion formed in a state where it spreads toward a downstream side in a blowout path of a combustion air stream from a portion to be blown, and configured in a shape matched to the opening shape.
前記直下リセス部は、前記中央噴孔に対応して形成される基リセス部分と、前記基リセス部分に繋がる状態で一対の前記脇噴孔のそれぞれに対応して形成される一対の脇リセス部分と、から構成されている請求項1に記載の副室式ディーゼルエンジン。 The injection hole has a central injection hole and a main hole provided with a pair of side injection holes integrally formed so as to project on both sides of the central injection hole.
The recess portion directly below is a base recess portion formed corresponding to the central injection hole, and a pair of side recess portions formed corresponding to the pair of side injection holes in a state of being connected to the base recess portion The sub-chamber type diesel engine according to claim 1, which is composed of:
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Cited By (1)
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