JP5326614B2 - 渦流室式ディーゼルエンジン - Google Patents

Description

本発明は、主燃焼室の他に球形の副燃焼室を具備した渦流室式ディーゼルエンジンに関するものである。

ディーゼルエンジンには、大きく分けて燃焼室が１つの直接燃料噴射式のディーゼルエンジンと、燃焼室が主室（主燃焼室）と副室（副燃焼室）に分かれている間接燃料噴射式の副室式ディーゼルエンジンがある。

上記副室式ディーゼルエンジンは、図４にその一例の概略を示す如く、エンジンのシリンダヘッド１に副室２を設けて、該副室２を主室３に連絡孔（噴口）４で連通させ、更に、上記副室２における上記連絡孔４と略対向する位置に燃料噴射ノズル５を設けてなる構成としてある。

以上の構成としてある副室式ディーゼルエンジンでは、圧縮工程時に主室３より空気が押し込まれる副室２内へ上記燃料噴射ノズル５より液体の燃料６を噴射（噴霧）し、該噴射された燃料６の一部を副室２内で燃焼させることで該副室２内の圧力を急激に高め、この圧力上昇した副室２と主室３との圧力差を利用して、上記副室２内で燃焼されなかった燃料６及び副室２内で発生するすす等の粒子状物質（以下、ＰＭと記す）を、上記連絡孔４を経て主室３内へ噴出させることで、該主室３内に存在するフレッシュな空気との混合を促進させて、該主室３内にて、燃料６を空気との混合を促進させた状態で燃焼させると共に、上記ＰＭを再燃焼させることができるようにしてある。

更に、上記副室式ディーゼルエンジンの１つとして知られている渦流室式ディーゼルエンジンでは、図４に示すように、上記副室２を、いわゆる渦流室と云われる球形の副室２とすると共に、該副室２に、上記連絡孔４を、副室内壁面の略接線方向に沿わせて接続してなる構成として、圧縮工程時に上記主室３からの空気が上記連絡孔４を通して副室２内へ押し込まれると、該押し込まれた空気が副室２内の内壁面に沿って流れるようにすることで、該副室２内に渦流７が形成されるようにしてある。これにより、上記渦流室式ディーゼルエンジンでは、上記副室２内に生じる渦流７により、上記燃料噴射ノズル５より噴射される燃料６と空気の混合を促進して該副室２内での燃焼を活発にし、副室２と主室３との圧力差をより高めることで、該副室２から主室３への噴出を強めて、主室３での燃焼をより良好に行わせることができるようにしてある。８はグロープラグである（たとえば、特許文献１参照）。

ところで、上記副室２内に生じる渦流７を強めることは、上記したように、副室２内での燃料６と空気の混合を促進して燃焼を活発に行わせ、該副室２と主室３との圧力差を高めて、主室３への噴出を強めることができて、該主室３での燃焼をより完全なものとするのに有利に作用することから、燃焼効率の向上や、ＰＭ量の低減のためには、上記渦流７は強いことが望ましい。

一方、ディーゼルエンジンの始動時においては、副室２の壁面温度が低いため、燃料噴射ノズル５より液体で噴射される燃料６の蒸発が遅い。このように燃料６の蒸発が遅い場合は、副室２内の渦流７が強くなるにつれて、燃料６と空気の混合が過度に進み、燃料６が可燃限界以下まで希薄化されると、火炎が不安定になる結果、始動性が悪くなってしまう。

そのため、従来、始動性を改善するための手法としては、通常、副室２に設けたグロープラグ８により燃料を強制的に加熱することで蒸発の促進を図る手法が採られている。

又、始動性を改善するための別の手法としては、燃料噴射ノズル５による燃料６の噴射方向を渦流７の流れ方向に対向させることで、噴射される液体燃料６の微粒子化の促進を図るようにする手法も採られている。

更に別の手段としては、上記渦流７を形成させるようにしてある副室２の底部を、平らな形状とすることで、始動性の改善を図ることも考えられている（たとえば、特許文献２参照）。

特許第３０５７４０４号公報 特開昭６３−２４３４６１号公報

ところが、上記渦流室式ディーゼルエンジンの始動性を改善するために、グロープラグ８の加熱により燃料の蒸発促進を図る手法は、電気エネルギーを多く消費してしまうというのが実状である。

又、燃料６の噴射方向を渦流７の流れ方向と対向させて始動性を改善する手法は、ＰＭの増加を招いてしまう。

更に、副室２の底部を平らな形状に変更する手段では、副室２内で発生する渦流７の強さを弱めてしまうため、始動時以外の運転では、燃焼効率の低下やＰＭ量の増加を招いてしまう。

したがって、従来、渦流室式ディーゼルエンジンにおける燃焼効率の向上及びＰＭ量の低減と、始動性の向上とは、トレードオフの関係にあるというのが実状である。

そこで、本発明は、燃焼効率の向上及びＰＭ量の低減を図ることができると共に、始動性の向上も図ることができる渦流室式ディーゼルエンジンを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、主室と副室からなる燃焼室を備えて副室内で渦流が形成されるようにしてある渦流室式ディーゼルエンジンにおいて、上記副室内における燃料噴射個所よりも、圧縮工程時に該副室内で発生する渦流の進行方向下流側となる個所に設けてあるグロープラグの取付穴の開口部を、該渦流の進行方向の下流側へ広げて、該広げた開口部と上記取付穴に取り付けるグロープラグとの間の副室内壁面に窪みを設け、上記副室内壁面に設けた窪みの内側を、上記渦流の一部を滞留させるための滞留部とするようにした構成とする。

本発明の渦流室式ディーゼルエンジンによれば、以下のような優れた効果を発揮する。（１）主室と副室からなる燃焼室を備えて副室内で渦流が形成されるようにしてある渦流室式ディーゼルエンジンにおいて、上記副室内における燃料噴射個所よりも、圧縮工程時に該副室内で発生する渦流の進行方向下流側となる個所に設けてあるグロープラグの取付穴の開口部を、該渦流の進行方向の下流側へ広げて、該広げた開口部と上記取付穴に取り付けるグロープラグとの間の副室内壁面に窪みを設け、上記副室内壁面に設けた窪みの内側を、上記渦流の一部を滞留させるための滞留部とするようにした構成としてあるので、副室内に渦流が形成された状態で燃料噴射が行われると、上記副室に設けた滞留部に上記渦流の流れの一部と共に上記噴射された燃料の一部が滞留するため、該滞留部では、燃料の濃度が可燃限界以下まで過度に希薄化される虞が未然に防止されるようになる。よって、上記滞留部では、燃料の濃度が着火に適した条件となるため、エンジン始動時の副室の壁面温度が低い状態であっても、上記滞留部における燃料濃度の濃い部分に、吹き消えることなく安定した火炎を形成できて、始動性を改善することができる。
（２）しかも、上記滞留部に滞留するのは上記副室内で発生する渦流の流れの一部に過ぎないため、マクロ的に見ると、上記滞留部を設けた状態であっても、副室内の渦流が弱められることはなく、このため、燃焼効率の低下やＰＭ量の増加に対する影響を最小限に抑えることができる。
（３）したがって、燃焼効率の向上及びＰＭ量の低減を図ることと、始動性の向上を図ることとのトレードオフの関係を脱することができて、両者を共に改善させることが可能になる。
（４）滞留部を、副室における燃料噴射個所よりも渦流の進行方向下流側となる個所に設けるようにした構成としてあるので、滞留部に、比較的燃料濃度が濃い状態の渦流の一部を滞留させることができるため、滞留部により安定した火炎を形成させることが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１（イ）（ロ）は本発明の渦流室式ディーゼルエンジンの実施の一形態を示すもので、以下のような構成としてある。

すなわち、図４に示したと同様に、球形の副室２を備えた構成において、該副室２の内壁面の所要個所に、滞留部としての窪み９を設けて、該窪み９の内側で、上記副室２内で生じる渦流７の流れの一部を局所的に滞留させることができるようにする。

具体的には、上記副室２内にて、燃料噴斜ノズル５による燃料噴射個所よりも渦流７の進行方向下流側となる所要個所に、グロープラグ８が副室２内に露出させて取り付けてある場合は、副室２内壁面における上記グロープラグ８の取付穴１０の開口部を、渦流７進行方向の下流側へ広げるようにした構成とすることにより、該グロープラグ取付穴１０の副室２側開口部と、該取付穴１０に取り付けるグロープラグ８との間に空間を設けて、該空間を上記窪み９とさせるようにしてある。

１１は主室３内に収納されたピストンである。その他、図４に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてある本発明の渦流室式ディーゼルエンジンによれば、圧縮工程時に主室３より空気が副室２内に押し込まれて、該副室２内に渦流７が形成されると、該渦流７の流れの一部が、図１（ロ）に矢印Ａで示すように上記窪み９の中に進入して滞留するようになる。

この状態で上記燃料噴射ノズル５より上記渦流７に対して燃料６が噴射されると、該噴射された燃料６の一部が上記渦流７の流れの一部と一緒に上記窪み９の中で滞留し、この窪み９の中では、燃料６の濃度が可燃限界以下まで過度に希薄化される虞が未然に防止されるようになる。

更に、この窪み９の中では、グロープラグ８からの放熱により燃料６が加熱される。

したがって、上記窪み９の内側では、燃料６の濃度及び温度が着火に適した条件となるため、エンジン始動時の副室２の壁面温度が低い状態であっても、上記窪み９内の燃料濃度の濃い部分に、吹き消えることなく安定した火炎が形成されるようになる。

このように、本発明の渦流室式ディーゼルエンジンによれば、上記したように、副室２の壁面温度が低い状態であっても、副室２に設けた窪み９の中に安定した火炎を形成することができるため、始動性を改善することができる。

しかも、上記窪み９は、上記副室２における燃料噴斜ノズル５による燃料噴射個所よりも渦流７の進行方向下流側となる所要個所に設けるようにしてあるため、該窪み９では、比較的、燃料６が噴射された後の比較的燃料濃度が濃い状態の渦流７の一部を滞留させることができるため、該窪み９の内側により安定した火炎を形成することができる。

一方、上記窪み９に入って滞留するのは上記副室２内で発生する渦流７の流れの一部に過ぎないため、マクロ的に見ると、上記窪み９が存在していても、副室２内の渦流７が弱められることはないため、燃焼効率の低下やＰＭ量の増加に対する影響を最小限に抑えることができる。

しかも、燃焼効率の向上及びＰＭ量の低減を図ることを目的として上記副室２内の渦流７をより強めても、該副室２に設けた窪み９では、その内側に渦流７の流れの一部を確実に導いて滞留させることができて、始動性が悪化する虞を防止できるようになることから、燃焼効率の向上及びＰＭ量の低減を図ることと、始動性の向上を図ることとのトレードオフの関係を脱することができて、両者を共に改善することができる。

又、始動性をより改善するためにグロープラグ８の加熱により燃料６の蒸発促進を図る場合であっても、上記燃料濃度の濃い部分を効率よく加熱することができるようになるため、グロープラグ８による燃料の加熱を短時間で効率よく行うことができて、該グロープラグ８で消費する電気エネルギーの削減化を図る効果が期待できる。

次に、図２（イ）（ロ）は本発明の実施の他の形態をとして、図１（イ）（ロ）の実施の形態の応用例を示すもので、図１（イ）（ロ）に示したと同様の構成において、窪み９を、グロープラグ取付穴１０の副室２側開口部と、該取付穴１０に取り付けるグロープラグ８との間の空間として形成させる構成に代えて、副室２内にて、燃料噴斜ノズル５による燃料噴射個所よりも渦流７の進行方向下流側となる内壁面の所要個所に、窪み９ａを単独に設けてなる構成としたものである。

その他の構成は図１（イ）（ロ）に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

本実施の形態によっても、上記副室２内に渦流７が形成されるときには、図２（ロ）に矢印Ａで示すように、該渦流７の流れの一部を上記窪み９ａの内側で滞留させることができることから、上記実施の形態と同様に、渦流室式ディーゼルエンジンにおける燃焼効率の向上及びＰＭ量の低減を図ることと、始動性の向上を図ることを、共に改善できるという効果を得ることができる。

次いで、図３（イ）（ロ）は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、以下のような構成としてある。

すなわち、図１（イ）（ロ）に示したと同様の構成において、副室２の内壁面に滞留部となる窪み９を設ける構成に代えて、上記球形としてある副室２の内壁面の所要個所、より具体的には、上記副室２の内壁面にて、燃料噴斜ノズル５による燃料噴射個所よりも渦流７の進行方向下流側となる所要個所に、副室２内へ所要寸法突出する滞留部形成用の突起１２を設けて、上記渦流７が上記突起１２に衝突して流れるときの後流として形成されるカルマン渦によって該突起１２の背面側に上記渦流７の流れの一部が滞留される滞留部１３を形成させるようにしたものである。

その他、図１（イ）（ロ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてある本発明の渦流室式ディーゼルエンジンによれば、圧縮工程時に主室３より空気が副室２内に押し込まれて、該副室２内に渦流７が形成されると、該渦流７の流れが当たる上記突起１２の背面側に、図３（ロ）に矢印Ｂで示すように渦流７の流れの一部が滞留される滞留部１３が形成される。

この状態で上記燃料噴射ノズル５より上記渦流７に対して燃料６が噴射されると、該噴射された燃料６の一部が上記渦流７の流れの一部と一緒に上記突起１２の背面側の滞留部１３に滞留し、滞留部１３では、燃料６の濃度が可燃限界以下まで過度に希薄化される虞が未然に防止されるようになる。

したがって、本実施の形態においても、図１（イ）（ロ）の実施の形態と同様に、燃焼効率の向上及びＰＭの低減を図ることと、始動性の向上を図ることとを、共に改善できるという効果を得ることができる。

なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、図１（イ）（ロ）の実施の形態の窪み９、図２（イ）（ロ）の実施の形態の窪み９ａ、図３（イ）（ロ）の実施の形態の突起１２のサイズは、副室２のサイズや、副室２内で発生する渦流７の強さに応じて、該渦流７の流れの一部を滞留させることができ、且つマクロ的に見た場合は上記副室２内の渦流７が弱められることがないように、その位置やサイズは、図示した個所やサイズより適宜変更してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の渦流室式ディーゼルエンジンの実施の一形態を示すもので、（イ）は概略切断側面図、（ロ）は（イ）における副室に設けた窪みの部分を拡大して示す図である。 本発明の実施の他の形態を示すもので、（イ）は概略切断側面図、（ロ）は（イ）における副室に設けた窪みの部分を拡大して示す図である。 本発明の実施の更に他の形態を示すもので、（イ）は概略切断側面図、（ロ）は（イ）の突起の部分を拡大して示す図である。 従来の副室式ディーゼルエンジンの一例として、渦流室式ディーゼルエンジンの概略を示す概略切断側面図である。

２ 副室
３ 主室
７ 渦流
９，９ａ 窪み（滞留部）
１２ 突起
１３ 滞留部

Claims (1)

1. 主室と副室からなる燃焼室を備えて副室内で渦流が形成されるようにしてある渦流室式ディーゼルエンジンにおいて、上記副室内における燃料噴射個所よりも、圧縮工程時に該副室内で発生する渦流の進行方向下流側となる個所に設けてあるグロープラグの取付穴の開口部を、該渦流の進行方向の下流側へ広げて、該広げた開口部と上記取付穴に取り付けるグロープラグとの間の副室内壁面に窪みを設け、上記副室内壁面に設けた窪みの内側を、上記渦流の一部を滞留させるための滞留部とするようにした構成を有することを特徴とする渦流室式ディーゼルエンジン。

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