JP2020084844A - 副室式ディーゼル機関 - Google Patents

Abstract

【課題】インジェクタから噴射された燃料が副燃焼室内で空気と良好に混合される副室式ディーゼル機関を提供すること。【解決手段】インジェクタ２３が燃料を、副燃焼室２０内に形成される空気の渦流に対して直交する方向に拡散させて噴射するようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、連絡孔によって連通された主燃焼室及び副燃焼室を備えた副室式ディーゼル機関に関する。

例えば特許文献１に示すような、連絡孔によって連通された主燃焼室及び副燃焼室と、副燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタとを備えた副室式ディーゼル機関が広く普及している。上記副室式ディーゼル機関では、ピストンの圧縮行程において、主燃焼室から連絡孔を通って副燃焼室内に空気が流入することで副燃焼室内には空気の渦流が形成され、ピストンが圧縮上死点付近に到達した際に、上記渦流に向かってインジェクタから燃料が円錐形状に噴射される。噴射された燃料は上記渦流によって副燃焼室内で空気と混合されて圧縮自己着火し、これに伴うガス膨張によってピストンを押し下げ仕事を得る。

このとき、エミッションの観点からは、上記着火後に生じた燃焼ガスに含まれるスモークやＨＣを低減させるため、インジェクタから噴射された燃料は副燃焼室内で空気と均一に混合されるのが好ましい。

特許第３８５１７２７号公報

しかしながら、上記特許文献１で開示された副室式ディーゼル機関にあっては、インジェクタからの燃料の噴射形状は円錐形状であるため、インジェクタから噴射された燃料の上記渦流に対する投影面積は小さく、副燃焼室内において燃料が充分に拡散されない。そのため、インジェクタから噴射された燃料は副燃焼室内で空気と充分に混合されず、着火後に生じる局所的に過濃な領域や低温の領域で生成されるスモークやＨＣの量が増大してしまう。

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、インジェクタから噴射された燃料が副燃焼室内で空気と良好に混合される新規且つ改良された副室式ディーゼル機関を提供することである。

本発明者は、鋭意検討の結果、インジェクタが燃料を、副燃焼室内に形成される空気の渦流に対して直交する方向に拡散させて噴射することによって、上記主たる技術的課題が達成されることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決する副室式ディーゼル機関として、連絡孔によって連通された主燃焼室及び副燃焼室と、前記副燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタとを備えた副室式ディーゼル機関において、
前記インジェクタは燃料を、ピストンの圧縮行程において前記主燃焼室から前記連絡孔を通って前記副燃焼室内に流入した空気によって形成される渦流に対して直交する方向に拡散させて噴射する、ことを特徴とする副室式ディーゼル機関が提供される。

好ましくは、前記インジェクタの噴射孔はスリットによって構成される。前記インジェクタの噴射孔は間隔をおいて形成された複数の噴射小孔から構成されてもよい。前記インジェクタから噴射される燃料の噴射中心軸線は、前記渦流の接線方向に対して０乃至９０度であるのが良い。好適には、前記インジェクタの噴射孔と対向する前記副燃焼室の断面のうち、前記副燃焼室の内径が最大となる所定断面において、前記副燃焼室の内径をＤ、前記インジェクタから噴射された燃料の前記渦流に対して直交する方向の幅をｄとすると、０．６ｄ≦Ｄ≦０．８ｄである。前記インジェクタには、前記噴射孔が前記渦流の接線方向に対して回動しないようにするための回動防止手段が設けられるのが良い。好適には、前記インジェクタからの燃料の噴射圧は８乃至４０ＭＰａである。

本発明の副室式ディーゼル機関においては、インジェクタが燃料を副燃焼室内に形成される空気の渦流に対して直交する方向に拡散させて噴射する。そのため、インジェクタから噴射された燃料の上記渦流に対する投影面積が増大し、噴射された燃料は副燃焼室内で空気と良好に混合される。これにより、着火後に生じる燃焼ガスに含まれるスモークやＨＣの量が低減され、エミッションが改善されることとなる。

本発明に従って構成されたディーゼル機関の好適実施形態についての概略図。 図１に示すディーゼル機関における副燃焼室の空気の流れ及びインジェクタから噴射された燃料について説明するための図。 図１に示すディーゼル機関が備えるインジェクタの噴射孔を示す図。 図１に示すディーゼル機関の回動防止手段を単体で示す図。 図１におけるＡ−Ａ端面図。 図１におけるＢ−Ｂ端面図。 図１に示すディーゼル機関が備えるインジェクタの取付構造の他の形態を示す図。

以下、本発明に従って構成された副室式ディーゼル機関の好適実施形態について、添付した図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、連絡孔によって連通された主燃焼室及び副燃焼室を備えた副室式のディーゼル機関２の構成の一部を断面で示す概略図が示されている。ディーゼル機関２は、シリンダブロック４及びシリンダヘッド６を備えている。

シリンダブロック４の内側には、端面が開放された円筒形状のシリンダ８が形成されており、このシリンダ８内には、クランク１０によって往復動させられるピストン１２が配置されている。図示の実施形態においては、シリンダヘッド６はシリンダブロック４の上方に載置されており、ピストン１２は上下方向に往復動させられる。そして、シリンダブロック４の内側には、シリンダ８の内周面と、ピストン１２の頂面と、シリンダヘッド６とによって主燃焼室１４が画成される。

シリンダヘッド６には、これがシリンダブロック４と組み合わされたとき、主燃焼室１４に新規の空気を送り込むための吸気ポート１６及び燃焼室内で生成された燃焼ガスを排出する排気ポート（図示せず）が形成されている。吸気ポート１６の出口（つまり主燃焼室１４への入口）及び排気ポートの入口（つまり主燃焼室１４からの出口）には夫々、所定のタイミングで開閉動するバルブ１８が設けられている。シリンダヘッド６には更に、副燃焼室２０、及びこれに連通する連絡孔２２も設けられている。図１と共に図２（ａ）乃至（ｃ）も参照して説明すると、図示の実施形態においては、副燃焼室２０は全体的に球形状であり、シリンダヘッド６がシリンダブロック４と組み合わされると、副燃焼室２０の中心ｃは主燃焼室１４の中心軸ｏに対して偏心して配置される。連絡孔２２は、上方に向かって径方向外側に傾斜して直線状に延びている。連絡孔２２における、副燃焼室２０に形成された開口２２ａではない方の開口２２ｂは、シリンダヘッド６の端面に形成されており、シリンダヘッド６がシリンダブロック４と組み合わされると、開口２２ｂは主燃焼室１４の上面における径方向中間部に臨み、副燃焼室２０と主燃焼室１４とが連絡孔２２を介して連通される。

図１を参照して説明を続けると、シリンダヘッド６には更に、副燃焼室２０内に燃料を噴射するインジェクタ２３が設けられている。インジェクタ２３は、所謂内開弁式のインジェクタであり、全体的に軸状であって、その内部には軸方向に延びる燃料流路（図示せず）が形成されている。インジェクタ２３の軸方向片端面（図示の実施形態においては、下端面）には上記燃料流路から燃料を噴射する噴射孔２４が設けられていると共に、軸方向他端部（図示の実施形態においては、上端部）には上記燃料流路に燃料を供給するための口部２６が形成されている。インジェクタ２３の内部には、図示しないニードル弁が内蔵されており、このニードル弁は、図示しない電磁ソレノイドによりその作動が制御され、図示しないエンジンＥＣＵから送られてくる電気信号に基づいて所望の噴射時期で噴射孔２４を開閉する。噴射孔２４の形状等については後に言及する。図示の実施形態においては、インジェクタ２３からの燃料の噴射圧は８乃至４０ＭＰａと比較的低圧であってよい。本発明にかかるディーゼル機関においては副室式を採用していることから、直噴式のように高圧（例えば２００ＭＰａ）で燃料を噴射する必要が無い。そのため、インジェクタ、図示しない燃料ポンプ、後述する燃料通路管、及び図示しない燃料配管等の構造を過剰に堅牢にする必要はなく、噴射装置の製造コストを低く抑えることができる。

インジェクタ２３はシリンダヘッド６に挿通され、噴射孔２４が副燃焼室２０内に露出されると共に、少なくとも口部２６を含むインジェクタ２３の軸方向他端部がシリンダヘッド６の外側に露出される。そして、口部２６には、図示しない固定手段によってシリンダヘッド６に固定された燃料通路管２７が接続される。ここで、図１等においては、シリンダ８はシリンダブロック４に一つしか示されていないが、実際には複数個のシリンダ８がシリンダブロック４に形成されており、シリンダ８の数と同数の燃焼室（主燃焼室１４及び副燃焼室２０）が存在している。つまり、インジェクタ２３もシリンダ８の数と同数設置されており、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料は共通の燃料通路管２７を介して夫々のインジェクタ２３に分配される。

図示の実施形態においては、シリンダヘッド６に挿通されたインジェクタ２３は、燃料通路管２７によって軸方向に固定されると共に、回動防止手段２８によって周方向にも固定されている。図４に示すとおり、回動防止手段２８は平面視において全体的にＵ字形状であって、上下方向に直線状に延びる係合溝３０が形成されている。回動防止手段２８には更に、上方に突出する直方体形状の係合片３２も形成されている。一方、インジェクタ２３の軸方向他端部には、図１と共に図５を参照することによって理解されるとおり、断面が略矩形形状であって回動防止手段２８の係合溝３０に嵌り込む被係合突出部３４が設けられている。さらに、燃料通路管２７においてインジェクタ２３の口部２６が接続される部位には、図１と共に図６を参照することによって理解されるとおり、断面が略矩形形状であって回動防止手段２８の係合片３２が嵌り込む被係合切欠き部３６が形成されている。従って、回動防止手段２８の係合溝３０がインジェクタ２３の被係合突出部３４と係合すると共に、回動防止手段２８の係合片３２がシリンダヘッド６に固定された燃料通路管２７の被係合切欠き部３６と係合することで、インジェクタ２３は周方向に固定されることとなる。所望ならば、図７に示すとおり、回動防止手段２８´をボルトの如き適宜の締結具でシリンダヘッド６に直接固定することで、インジェクタ２３を周方向に固定してもよい。

次に、図２と共に図３を参照して、インジェクタ２３からの燃料の噴射について説明する。
本発明のディーゼル機関においては、インジェクタ２３は燃料を、ピストン１２の圧縮行程において主燃焼室１４から連絡孔２２を通って副燃焼室２０内に流入した空気によって形成される渦流（これを図２（ａ）中において矢印で示す）に対して直交する方向に拡散させて噴射することが重要である。図示の実施形態においては、インジェクタ２３の噴射孔２４は、図３（ａ）に示すとおり、スリットにより構成されており、このスリットが図２（ａ）において番号３６で示す渦流の接線方向に対して垂直、つまり図２（ａ）にあっては奥行き方向（図２（ｂ）にあっては左右方向）に直線状に延びており、これと同一方向に噴射孔２４から噴射された燃料（これを番号３８で示す）は拡散する。所望ならば、噴射孔は、図３（ｂ）において番号２４´で示すとおり、間隔をおいて形成された複数の噴射小孔から形成されるようにしてもよい。図２に戻って説明を続けると、図示の実施形態においては、インジェクタ２３から噴射される燃料の噴射中心軸線ｉｏは渦流の接線方向に対して垂直（つまり９０度）であるが、燃料の噴射中心軸線ｉｏは図２（ａ）において二点鎖線で示す渦流の接線方向３６に対して０乃至９０度であればよい。燃料の噴射中心軸線ｉｏを渦流の接線方向３６に対して、上記角度範囲に設定することで、噴射孔２４から噴射された燃料３８が副燃焼室２０内で渦流によって良好に流され、副燃焼室２０内において空気と良好に混合されることとなる。また、図２（ｂ）に示すとおり、噴射孔２４と対向する副燃焼室２０の断面のうち、副燃焼室２０の内径が最大となる所定断面において、副燃焼室２０の内径をＤ、インジェクタ２３から噴射された燃料３８の渦流に対して直交する方向の幅をｄとすると、０．６ｄ≦Ｄ≦０．８ｄであるのが好ましい。このように設定することで、インジェクタ２３から噴射された燃料３８が副燃焼室２０の内壁面に付着するのが防止され、噴射された燃料の燃焼が良好になる。

本発明の副室式ディーゼル機関においては、インジェクタ２３が燃料を副燃焼室２０内に形成される空気の渦流に対して直交する方向に拡散させて噴射する。そのため、インジェクタ８から噴射された燃料３８の上記渦流に対する投影面積が増大し、噴射された燃料３８は副燃焼室２０内で空気と良好に混合される。これにより、着火後に生じる燃焼ガスに含まれるスモークやＨＣの量が低減され、エミッションが改善されることとなる。

以上本発明のディーゼル機関について添付図面を参照して詳述したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。例えば、本実施形態においては、シリンダヘッドはシリンダブロックの上面に載置されてピストンは上下方向に往復動しているが、これに替えて、シリンダヘッドをシリンダブロックの横面に載置してピストンが横（水平）方向に往復動するようにしてもよい。

２：ディーゼル機関
１２：ピストン
１４：主燃焼室
２０：副燃焼室
２２：連絡孔
２３：インジェクタ
２４：噴射孔
２８：回動防止手段

Claims (7)

1. 連絡孔によって連通された主燃焼室及び副燃焼室と、前記副燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタとを備えた副室式ディーゼル機関において、
   前記インジェクタは燃料を、ピストンの圧縮行程において前記主燃焼室から前記連絡孔を通って前記副燃焼室内に流入した空気によって形成される渦流に対して直交する方向に拡散させて噴射する、ことを特徴とする副室式ディーゼル機関。
2. 前記インジェクタの噴射孔はスリットによって構成される、請求項１に記載の副室式ディーゼル機関。
3. 前記インジェクタの噴射孔は間隔をおいて形成された複数の噴射小孔から構成される、請求項１に記載の副室式ディーゼル機関。
4. 前記インジェクタから噴射される燃料の噴射中心軸線は、前記渦流の接線方向に対して０乃至９０度である、請求項１乃至３のいずれかに記載の副室式ディーゼル機関。
5. 前記インジェクタの噴射孔と対向する前記副燃焼室の断面のうち、前記副燃焼室の内径が最大となる所定断面において、前記副燃焼室の内径をＤ、前記インジェクタから噴射された燃料の前記渦流に対して直交する方向の幅をｄとすると、０．６ｄ≦Ｄ≦０．８ｄである、請求項１乃至４のいずれかに記載の副室式ディーゼル機関。
6. 前記インジェクタには、前記噴射孔が前記渦流の接線方向に対して回動しないようにするための回動防止手段が設けられる、請求項１乃至５のいずれかに記載の副室式ディーゼル機関。
7. 前記インジェクタからの燃料の噴射圧は８乃至４０ＭＰａである、請求項１乃至６のいずれかに記載の副室式ディーゼル機関。