JP2524156Y2 - ディーゼルエンジンの副室構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、副室に燃料噴射ノズルを備えたディーゼ
ルエンジンの副室構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、副室式ディーゼルエンジンについては、例え
ば、第５図に示すようなものが開示されている。該ディ
ーゼルエンジンは、シリンダブロック11に形成された孔
部に嵌合したシリンダライナ22、シリンダブロック11に
ガスケット７を介して固定されたシリンダヘッド３、シ
リンダヘッド３の壁体10に形成され且つ主室１に連絡孔
９を通じて連通する副室２、副室２に配置された燃料噴
射ノズル20、及びシリンダライナ22内を上下動するピス
トン６を有する。

ピストン６の上昇行程によって圧縮された高温高圧の
空気は、主室１から連絡孔９を通って副室２内へ流入
し、副室２内で高速のスワールを発生させる。スワール
中に燃料噴射ノズル20から燃料を噴射し、燃料は高温の
空気により暖められて着火燃焼するものである。通常、
副室２に燃料が噴射され、暖められて着火するまでに、
約1ms位の時間がかかる。燃料が着火すると、副室２内
の温度と圧力が高くなり、その間に噴射された燃料が燃
焼し急激な圧力上昇が起こる。

また、実開昭57-42117号公報には、渦流室式圧縮着火
機関の燃焼室が開示されている。該渦流室式圧縮着火機
関の燃焼室は、ピストン圧縮行程中に渦流室内に生じる
押し込み渦流の強い領域を外れた渦流室位置内に燃料噴
射弁を臨設し、かつその噴射方向を前記渦流の強い領域
内の渦流室内壁部分に向けたものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来、ディーゼルエンジンにおいて、予混合気をある
程度吸入させ、該吸入した予混合気を圧縮した後、ノズ
ルより燃料を噴射させる場合、エンジン出力を向上さ
せ、スモーク等の発生を低減することは知られている。
この場合、予混合気が非常に薄い混合比となってシリン
ダ内全体にほぼ均一に分布するため、通常のノズルから
燃料を噴射して燃焼した後でも、シリンダ壁近く、ピス
トンヘッドのトップランドとシリンダライナとの隙間即
ち主室１に存在する予混合気は、燃焼せずにそのまま未
燃ガスとして排気され、燃料のハイドロカーボン成分が
劣化する原因になっている。

また、上記副室式ディーゼルエンジンは、副室２に燃
料が噴射され、暖められて着火するまでに時間がかかる
が、その着火遅れにより急激な圧力上昇が発生する。そ
のために、燃焼騒音が発生すると共に、副室２即ち燃焼
室内が高温になるため高温燃焼になり、NOxの発生原因
となる。このような現象は、前掲実開昭57-42117号公報
に開示された渦流室式圧縮着火機関の燃焼室についても
同様に発生する。

この考案の目的は、上記の課題を解決することであ
り、シリンダヘッドに形成した副室内に部分的に高温に
なる部材即ちヒートスポットを設け、燃料噴射ノズルか
ら噴射される燃料の一部を前記ヒートスポットに対して
衝突させ、ヒートスポットの高温熱によって燃料を着火
させ、着火遅れを防止し、急激な圧力上昇を防止して騒
音の発生を防止すると共に、燃焼室の高温化を防止して
NOxの発生を抑制し、スモークの発生を低減し、燃費を
向上させることができるディーゼルエンジンの副室構造
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、上記の目的を達成するために、次のよう
に構成されている。即ち、この考案は、シリンダヘッド
に形成され且つ連絡孔を通じて主室に連通する副室、前
記副室を構成する壁体に取り付けられた前記副室内に配
置されたヒートスポット、及び前記副室内に燃料を噴射
する燃料噴射ノズルを具備し、前記ヒートスポットから
前記副室を構成する壁体への熱流を抑制するように、前
記ヒートスポットは前記壁体との接触面積を小さく構成
するか又は熱伝導率の低い材料を介在して前記壁体に取
り付けられ、前記燃料噴射ノズルは前記ヒートスポット
に燃料を衝突噴射させる副噴孔と前記副室内に発生する
スワール中に燃料を噴射する主噴孔とを備えていること
から成るディーゼルエンジンの副室構造に関する。

また、前記ヒートスポットは、セラミック材料から成
り、且つ前記副室内に位置する前記壁体との非接触面積
を大きく形成した部分と前記壁体への取付部の接触面積
を小さく形成した部分から構成されているものである。

更に、前記ヒートスポットを熱伝導率の低いセラミッ
ク材料から製作し、前記壁体に取外し可能な取付用プラ
グに前記ヒートスポットを埋め込んで固定したものであ
る。

〔作用〕

この考案によるディーゼルエンジンの副室構造は、以
上のように構成されており、次のように作用する。即
ち、このディーゼルエンジンの副室構造は、シリンダヘ
ッドに形成した副室内で直ちに高温になるヒートスポッ
トを突出して設け、該ヒートスポットから前記副室の壁
体へ熱流を抑制し、前記ヒートスポットに燃料を衝突噴
射する副噴孔と前記副室内に発生するスワール中に燃料
を噴射する主噴孔とを備えた燃料噴射ノズル設けたの
で、前記ヒートスポットは燃焼ガスより熱を受けて直ち
に高温になる。高温になった前記ヒートスポットに燃料
の一部を衝突噴射させるので、前記ヒートスポットを冷
却することなく燃料の着火が早くなり、前記副室内には
急激な圧力上昇は発生せず、騒音の発生を抑制できる。
また、前記副室では燃料リッチで低温で燃焼させること
ができ、NOxの発生を抑制できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この考案によるディーゼルエ
ンジンの副室構造の実施例を詳述する。

第１図において、この考案によるディーゼルエンジン
の副室構造の概略断面図が示されている。このディーゼ
ルエンジンの副室構造は、シリンダヘッド３に形成した
副室２を備えたものに適用することができ、副室２を構
成する鋳鉄等の金属材料から成る壁体10、即ちシリンダ
ヘッド３には燃料噴射ノズル４が配置されている。この
ディーゼルエンジンは、第５図に示すものと同様に、孔
部を備えたシリンダブロック11、該孔部に嵌合したシリ
ンダライナ22、シリンダブロック11にガスケット７を介
して固定したシリンダヘッド３、シリンダライナ22内を
往復運動するピストン６、シリンダヘッド３に形成され
た副室２、副室２に設けた燃料噴射ノズル４、シリンダ
ライナ22、シリンダヘッド３の下面部及びピストンヘッ
ド部で形成され且つ連絡孔９を通じて副室２と連通する
主室１を有している。

この考案によるディーゼルエンジンの副室構造は、副
室２内で直ちに高温になるヒートスポット５を副室２に
突出した状態に取り付け、ヒートスポット５をシリンダ
ヘッド３の壁体10への熱流を抑制した状態で取り付け、
更に、ヒートスポット５に燃料を衝突噴射する副噴孔13
と副室２内に発生するスワール中に燃料を噴射する主噴
孔12とを備えた燃料噴射ノズル４をシリンダヘッド３に
設けたものである。副室２内へのヒートスポット５の取
付けは、図示していないが、例えば、副室２を構成する
壁体10を分割構造に構成し、壁体10にヒートスポット５
を取付けた後、該分割構造の壁体10を接合すればよい。

燃料噴射ノズル４は、第２図に示すように、ノズル本
体14と該ノズル本体14内を上下動する針弁15を有してい
る。ノズル本体14には、主噴孔12、副噴孔13及び燃料溜
まり16が形成されている。ノズル本体14内を上下動する
針弁15は、先端部にピン部17を且つ該ピン部17の上方に
テーパ面18を備えている。ノズル本体14には、テーパ面
18に接触するテーパ面19が形成され、テーパ面19に副噴
孔13が形成されている。また、ノズル本体14の先端には
主噴孔12が形成され、主噴孔12に針弁15のピン部17が嵌
合するように構成されている。

従って、燃料噴射ノズル４における針弁15に燃料供給
圧力が作用して針弁15が上昇すると、針弁15の上昇行程
において、まず、テーパ面18がテーパ面19から離れ、副
噴孔13が開放する。次いで、針弁15のピン部17が主噴孔
12から離れ、主噴孔12が開放する。しかも、副噴孔13か
らは、燃料全噴射量のうち少量の燃料をヒートスポット
５に衝突噴射させるように構成されている。また、主噴
孔12からは、燃料全噴射量のうち大部分の燃料を副室２
のスワール中に噴射するように構成されている。

このディーゼルエンジンの副室構造は、副室２にヒー
トスポット５を設けたことを特徴とするものであり、副
室３の壁体10に取り付けられたヒートスポット５の一実
施例について第３図を参照して説明する。

第３図において、ヒートスポット５は、副室２内での
着火補助として着火源となるものであり、耐熱性に富ん
だ窒化珪素（Si₃N₄）、炭化珪素（SiC）等のセラミック
材料から成り、副室２内に突出状態に設けられている。
ヒートスポット５は、副室２内に位置する壁体10との非
接触面積を大きく且つ壁体10への取付部の接触面積を小
さく形成したものであり、具体的には、突出部の受熱面
積を広くするため、壁体10との非接触面積を大きく形成
した部分即ち平らなプレート部5P、及び壁体10に接触す
る取付部から壁体10へ熱が逃げるのを抑制するため接触
面積を小さく形成した部分即ち細く形成されたステム部
5Sから構成されている。ヒートスポット５は、ステム部
5Sが副室２の壁体10を貫通して締付けナット5Nによって
壁体10に締付けて固定されている。

ヒートスポット５は、上記のように構成されており、
副室２内は燃焼ガスで直ちに高温になるので、ヒートス
ポット５のプレート部5Pは燃焼ガスより熱を受け易く、
また、ステム部5Sは細く絞り込まれているので、プレー
ト部5Pで受熱した熱は壁体10を通じて外部に逃げ難くな
っている。従って、ヒートスポット５は高温状態を保つ
ことができ、例えば、グロープラグのような外部からの
加熱源を必要としない。

しかも、ヒートスポット５に対しては、燃料噴射ノズ
ル４の副噴孔13から燃料全噴射量のうち少量の燃料が衝
突噴射されるように構成されているので、燃料の蒸発熱
でヒートスポット５が冷却されるようなことがなく、常
に高温状態を維持できる。

それ故に、燃料噴射ノズル４の副噴孔13から噴射され
た少量の燃料が、ヒートスポット５に直接衝突噴射して
着火されるので、着火が早くなり、副室２内での急激な
圧力上昇がなく、主噴孔12からの燃料がスワール中に噴
射されて燃料と空気の混合が促進され、燃料リッチで燃
焼して燃焼温度が低下し、NOxの発生を抑制すると共
に、特に、騒音が低下する。

次に、第４図を参照して、この考案によるディーゼル
エンジンの副室構造におけるヒートスポットの別の実施
例を説明する。

第４図において、ヒートスポット８は、熱伝導率が低
く且つ耐熱性に富んだチタン酸アルミニウム、コージラ
イト等のセラミック材料から成り、壁体10に取外し可能
な取付用プラグ8Pに埋め込んで取り付けられている。即
ち、ヒートスポット８は取付用プラグ8Pに形成した取付
穴8Hに埋め込んで接着等で固定されている。また、取付
用プラグ8Pは、副室２の壁体10を構成する鋳鉄等の金属
材料と同一の材料で構成され、外周面に雄ねじ8Sが形成
されている。雄ねじ8Sを壁体10に形成した雌ねじに螺入
し、副室２の壁体１に取付用プラグ8Pを取外し可能に固
定している。ヒートスポット８は、上記のヒートスポッ
ト５と機能が同一であるので、ここではその説明を省略
する。

〔考案の効果〕

この考案によるディーゼルエンジンの副室構造は、以
上のように構成されているので、次のような効果を有す
る。即ち、このディーゼルエンジンの副室構造は、シリ
ンダヘッドに形成し且つ連絡孔を通じて主室に連通する
副室、該副室内で直ちに高温になり且つ前記副室を構成
する壁体への熱流を抑制した前記副室内に突出したヒー
トスポット、及び該ヒートスポットに燃料を衝突噴射す
る副噴孔と前記副室内に発生するスワール中に燃料を噴
射する主噴孔とを備えた燃料噴射ノズルを有するので、
前記ヒートスポットから前記壁体への熱エネルギーの逃
げがなく、前記ヒートスポットは燃焼ガスより熱を受け
て直ちに高温になる。この高温になった前記ヒートスポ
ットに前記副噴孔から噴射される少量の燃料を衝突させ
るので、前記ヒートスポット自体をそれほど冷却するこ
となく高温状態を維持でき、該衝突燃料は高温の前記ヒ
ートスポットに接触して燃料の着火が早くなり、前記副
室内には急激な圧力上昇は発生せず、騒音を低下させ、
騒音の発生を抑制できる。

また、前記副室では燃料リッチで低温で燃焼させるこ
とができ、NOx発生燃焼領域での燃焼を避けることがで
き、NOxの発生も抑制でき、更に、前記副室から前記連
絡孔を通じて前記主室に火炎は吹き出され、急激に燃料
当量比が低下し、燃焼温度も低下するので、NOxの発生
を一層低減できる。

また、前記ヒートスポットは、セラミック材料から成
り、且つ前記副室内に位置する前記壁体との非接触面積
を大きく形成した部分と前記壁体への取付部の接触面積
を小さく形成した部分から構成されているので、前記副
室内での燃焼ガスに接触する面積が大きく、前記壁体へ
の熱流が抑制され、前記ヒートスポットは燃焼ガスによ
って直ちに高温状態になることができる。また、前記ヒ
ートスポット自体は簡単な構造で且つ取付構造も簡単で
あるので、前記副室内に副室壁体を製作する時に簡単に
取り付けることができる。

更に、前記ヒートスポットを熱伝導率の低いセラミッ
ク材料から製作し、前記壁体に取外し可能な取付用プラ
グに前記ヒートスポットを埋め込んで固定したので、前
記取付用プラグに前記ヒートスポットを予め固定してお
き、次いで、前記取付用プラグを副室外部から前記壁体
に形成されたねじ孔等にねじ込むことによって簡単に取
り付けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案によるディーゼルエンジンの副室構造
の一実施例を示す説明図、第２図は第１図の副室構造を
設けた燃料噴射ノズルの一例を示す説明図、第３図は第
１図の副室構造に設けたヒートスポットの一例を示す断
面図、第４図は第１図の副室構造に設けたヒートスポッ
トの別の例を示す断面図、及び第５図は従来のディーゼ
ルエンジンの副室構造の一例を示す説明図である。 １……主室、２……副室、３……シリンダヘッド、４…
…燃料噴射ノズル、5,8……ヒートスポット、5P……プ
レート部（非接触面積を大きく形成した部分）、5S……
ステム部（接触面積を小さく形成した部分）、8P……取
付用プラグ、９……連絡孔、10……壁体、12……主噴
孔、13……副噴孔。

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッドに形成され且つ連絡孔を通
   じて主室に連通する副室、前記副室を構成する壁体に取
   り付けられた前記副室内に配置されたヒートスポット、
   及び前記副室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを具備
   し、前記ヒートスポットから前記副室を構成する壁体へ
   の熱流を抑制するように、前記ヒートスポットは前記壁
   体との接触面積を小さく構成するか又は熱伝導率の低い
   材料を介在して前記壁体に取り付けられ、前記燃料噴射
   ノズルは前記ヒートスポットに燃料を衝突噴射させる副
   噴孔と前記副室内に発生するスワール中に燃料を噴射す
   る主噴孔とを備えていることから成るディーゼルエンジ
   ンの副室構造。
2. 【請求項２】前記ヒートスポットは、セラミック材料か
   ら成り、且つ前記副室内に位置する前記壁体との非接触
   面積を大きく形成した部分と前記壁体への取付部の接触
   面積を小さく形成した部分から構成されている請求項１
   に記載のディーゼルエンジンの副室構造。
3. 【請求項３】前記ヒートスポットを熱伝導率の低いセラ
   ミック材料から製作し、前記壁体に取外し可能な取付用
   プラグに前記ヒートスポットを埋め込んで固定した請求
   項１に記載のディーゼルエンジンの副室構造。