JP6830057B2 - Sub-chamber diesel engine - Google Patents
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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 that injects fuel into a sub-combustion chamber provided in a cylinder head, that is, a sub-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 a sub-chamber type diesel engine, the main combustion chamber of the engine and the sub-chamber provided at a location eccentric from the main combustion chamber are communicated through the injection hole, and the combustion airflow from the sub-chamber to the main combustion chamber through the injection hole. Is configured to spout. Generally, the combustion chamber is formed so as to be inclined toward the center side of the main combustion chamber so that the combustion airflow emitted from the injection hole is blown diagonally to the top surface of the piston reaching near top dead center. Has been done. For example, those 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 to the direct injection type (direct injection type), the sub-chamber type can easily obtain a stable combustion state in all rotation ranges, and since the combustion time is long, the pressure and temperature changes during combustion are gentle and nitrogen oxides are used. It has the advantages of low generation of hydrocarbons, low noise (diesel knock), and suitable for high rotation speed. Therefore, there are many examples of adoption 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, the heat energy from the combustion explosion of the fuel is conducted as heat to the cooling water in the cylinder head and the cylinder block, so that the heat loss is larger than that of the direct injection type. Therefore, it is inferior to the direct injection type in terms of thermal efficiency, and is disadvantageous in terms of power and fuel efficiency.
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, 3 and the like), a recess is provided at a position corresponding to a jet hole on the top surface side of the ceiling wall of the piston, that is, a recess (6, 7, 7: patent). Document 1) is often formed. That is, the combustion chamber at the top dead center of the piston has a shape that facilitates the mixing of fuel and air by providing a recess at the top of the piston, so that 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 a combustion chamber having a conventional structure, the distance between the top surface of the piston and the injection hole (mouthpiece) is small, and when the spray during combustion collides with the top surface of the piston, it tends to be rapidly cooled. As a result, PM ( There is a problem that a particulate matter (particulate matter) is likely to be 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 diesel engine which is formed on a piston ceiling wall and is improved so as to suppress the generation of PM by reviewing and devising the shape of the recess.
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、ピストン1の天井壁1Aに、1つの吸気弁リセス18と1つの排気弁リセス19とが形成され、
前記天井壁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、平面視で円形をなし、かつ、平面視で前記吸排気弁リセス18,19それぞれに重なる状態の直下リセス21が形成され、
前記噴孔8は、前記燃焼気流10の噴出経路wが平面視において前記吸気弁リセス18と排気弁リセス19との間を通る向きに設定されていることを特徴とする。
The present invention relates to a sub-chamber diesel engine.
The
The intake /
The
第2の本発明は、本発明の副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記天井壁1Aに、平面視において前記噴孔8に対応する箇所fを基準として噴出方向下流側に広がる扇形の受止めリセス22が形成されていることを特徴とする。
The second invention relates to the sub-chamber diesel engine of the present invention.
The
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、
前記吸気弁リセス18及び前記排気弁リセス19と前記直下リセス21との互いの深さが異なる設定とされていることを特徴とする。
A third aspect of the present invention is the sub-chamber diesel engine according to the present invention .
The intake valve recess 18 and the exhaust valve recess 19 and the
第4の本発明は、第2の本発明の副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記直下リセス21と前記受止めリセス22との互いの深さが異なる設定とされていることを特徴とする。
The fourth invention is the sub-chamber diesel engine of the second invention .
The
第5の本発明は、第4の本発明の副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記吸気弁リセス18及び前記排気弁リセス19と前記直下リセス21との互いの深さが異なる設定とされていることを特徴とする。
A fifth aspect of the present invention is the subchamber type diesel engine of the fourth aspect of the present invention .
The intake valve recess 18 and the exhaust valve recess 19 and the
第6の本発明は、第5の本発明の副室式ディーゼルエンジンにおいて、
前記吸気弁リセス18及び前記排気弁リセス19と前記受止めリセス22との互いの深さが異なる設定とされていることを特徴とする。
The sixth invention is the sub-chamber diesel engine of the fifth invention.
The intake valve recess 18 and the exhaust valve recess 19 and the
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, a recess directly below the injection hole is formed on the ceiling wall of the piston, that is, at a position where the combustion airflow ejected from the injection hole into the main combustion chamber is blown. By increasing the distance between the piston and the top surface of the piston, the volume of the main combustion chamber directly under the injection hole can be locally increased.
Therefore, the increase in the volume immediately below the injection hole promotes the mixing of the air-fuel mixture ejected from the injection hole with the air in the main combustion chamber, and suppresses the rapid cooling of the spray during combustion.
そして、直下リセスでの温度低下の少ない燃焼気流が、主燃焼室の吸排気弁リセスに円滑に流れて火炎伝播するので、これら3つのリセスを有する相乗作用によって主燃焼室における燃焼がより促進されるようになる。
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。
Then, the combustion airflow with a small temperature drop in the direct recess flows smoothly to the intake / exhaust valve recesses in the main combustion chamber and propagates the flame, so that the combustion in the main combustion chamber is further promoted by the synergistic action having these three recesses. Become so.
As a result, it is possible to provide an improved sub-chamber diesel engine in which the generation of PM is suppressed by reviewing and devising the shape of the recess formed on the ceiling wall of the piston.
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。なお、図3(a)に描かれている噴孔8、補助噴孔20、及び噴出経路w(燃焼気流10)は、図4,5,6においては図示を省略してある。
Hereinafter, embodiments of the sub-chamber diesel engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. The
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。
A
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 the
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、図3(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 FIGS. 1, 2 and 3 (b), the auxiliary
図2、図3(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。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 and 3B, the
また、図2、図3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20,20が形成されている。一対の補助噴孔20,20は、噴孔8に対してピストン軸心Pから遠い側に寄った位置、即ち、副室6のピストン軸心Pの方向視で略中央位置において底部4Aをピストン軸心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. 2 and 3, auxiliary injection holes 20 and 20 are formed in the vicinity of both sides of the
次に、ピストン1について説明する。図1、図2、図3(a)に示されるように、ピストン1のピストンヘッド1Aに、吸気バルブ(図示省略)に対応した吸気弁リセス18と排気バルブ(図示省略)に対応した排気弁リセス19とが形成され、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、平面視で円形をなす直下リセス21が形成されている。
Next, the
直下リセス21は、吸気弁リセス18及び排気弁リセス19のいずれにも平面視で重なっており、従って、直下リセス21と吸気弁リセス18及び直下リセス21と排気弁リセス19は直接に連通する構成とされている。図3(a)においては、吸気弁リセス18より面積が若干小さい排気弁リセス19と直下リセス21との重なり長さが、吸気弁リセス18と直下リセス21との重なり長さよりも長い状態に描かれているが、この限りではない。
The
加えて、図3(a)に示されるように、ピストンヘッド1Aに、平面視において噴孔8に対応する箇所fを基準として噴出方向下流側に広がる扇形の受止めリセス22も形成されている。受止めリセス22は、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に対応する箇所である。噴出経路wは、主噴孔16から噴出される燃焼気流10の経路であり、実際には、図3(a)に仮想線の矢印で示されるように、一対の副噴孔17,17から噴出される燃焼気流10による左右の副噴出経路(符記省略)も生じている。
In addition, as shown in FIG. 3A, a fan-shaped
また、円形をなす直下リセス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が生じるようになる。それら旋回流h,hの存在により、及び噴出経路wの左右の旋回流h、hどうしが流れの下流側にて互いに衝突することにより混合気と空気との混合が促進される効果が得られる。
Further, inside the
これら4箇所のリセスの凹み深さは深い方からの順で、直下リセス21>吸気弁リセス18=排気弁リセス19>受止めリセス22となっている。図3(a)に示されるように、受止めリセス22は、直下リセス21及び吸排気弁リセス18,19との重なり部分が多いため、前述の深さ関係と相まって、直下リセス21の径外側部位の2箇所に分かれて存在する面積の少ないものとなっている。
The recess depths of these four recesses are in order from the deepest one, in the order of
実施形態1による副室式ディーゼルエンジンでは次の(1)〜(4)のとおりの作用効果を奏することができる。
(1)ピストンヘッド1Aに直下リセス21を設けたことにより、噴孔8、詳しくは噴口8aと頂面11とのピストン軸心P方向での間隔が従来に比べて大きくなり、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。
The sub-chamber diesel engine according to the first embodiment can exhibit the following effects (1) to (4).
(1) By providing the
(2)直下リセス21は平面視(ピストン移動方向視)で円形をなしているので、直下リセス21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。
(2) Since the
(3)直下リセス21の深さを、他のリセス(吸排気弁リセス18,19及び受止めリセス22)の深さよりも深く設定してあるので、吸排気弁リセス18,19の機能を最低限とし、リセス上部で直下リセス21からの流れを発生する渦を利用して燃焼を促進させることが可能になる。
(3) Since the depth of the
(4)上記(1)〜(3)の結果、直下リセス21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。
(4) As a result of the above (1) to (3), since the
〔実施形態2〕
図4(a)に示されるように、ピストンヘッド1Aに、吸排気弁リセス18,19、直下リセス21、受止めリセス22が形成されるとともに、直下リセス21>受止めリセス22>吸気弁リセス18及び排気弁リセス19、というリセス深さに順番が付けられている構成。この場合、吸気弁リセス18の深さ≠排気弁リセス19の深さ、でも、吸気弁リセス18の深さ=排気弁リセス19の深さ、でもよい。
[Embodiment 2]
As shown in FIG. 4A, intake / exhaust valve recesses 18, 19,
〔実施形態3〕
図4(b)に示されるように、ピストンヘッド1Aに、吸排気弁リセス18,19、直下リセス21、受止めリセス22が形成されるとともに、直下リセス21<受止めリセス22<吸気弁リセス18及び排気弁リセス19というリセス深さに順番が付けられている構成。この場合、吸気弁リセス18=排気弁リセス19、でも、吸気弁リセス18の深さ≠排気弁リセス19の深さ、でもよい。
[Embodiment 3]
As shown in FIG. 4B, intake / exhaust valve recesses 18, 19,
〔実施形態4〕
図5(a)に示されるように、ピストンヘッド1Aに、吸排気弁リセス18,19、直下リセス21、受止めリセス22が形成されるとともに、受止めリセス22<吸気弁リセス18及び排気弁リセス19<直下リセス21というリセス深さに順番が付けられている構成。この場合、吸気弁リセス18=排気弁リセス19、でも、吸気弁リセス18の深さ≠排気弁リセス19の深さ、でもよい。
[Embodiment 4]
As shown in FIG. 5A, intake / exhaust valve recesses 18 and 19,
〔実施形態5〕
図5(b)に示されるように、ピストンヘッド1Aに、吸排気弁リセス18,19、直下リセス21、受止めリセス22が形成されるとともに、直下リセス21=受止めリセス22=吸気弁リセス18及び排気弁リセス19というリセス深さに順番が無く、すべて同じ深さに設定されている構成。
[Embodiment 5]
As shown in FIG. 5B, intake / exhaust valve recesses 18, 19,
〔実施形態6〕
図6(a)に示されるように、ピストンヘッド1Aに、吸排気弁リセス18,19、直下リセス21が形成されるとともに、直下リセス21>吸気弁リセス18及び排気弁リセス19、というリセス深さに順番が付けられている構成。この場合、吸気弁リセス18の深さ≠排気弁リセス19の深さ、でも、吸気弁リセス18の深さ=排気弁リセス19の深さ、でもよい。
[Embodiment 6]
As shown in FIG. 6A, intake / exhaust valve recesses 18 and 19 and
〔実施形態7〕
図6(b)に示されるように、ピストンヘッド1Aに、吸排気弁リセス18,19、直下リセス21が形成されるとともに、直下リセス21<吸気弁リセス18及び排気弁リセス19、というリセス深さに順番が付けられている構成。この場合、吸気弁リセス18の深さ≠排気弁リセス19の深さ、でも、吸気弁リセス18の深さ=排気弁リセス19の深さ、でもよい。
[Embodiment 7]
As shown in FIG. 6B, the intake / exhaust valve recesses 18 and 19 and 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
18 吸気弁リセス
19 排気弁リセス
21 直下リセス
22 受止めリセス
f 吹き付けられる箇所
w 噴出経路
1
w Eruption route
Claims (6)
前記噴孔は、前記燃焼気流の噴出経路が平面視において前記吸気弁リセスと排気弁リセスとの間を通る向きに設定されている副室式ディーゼルエンジン。 A sub-chamber provided at a position eccentric from the main combustion chamber and the main combustion chamber are communicated with each other through the injection holes, the ceiling wall of the piston, one intake valve recess and one exhaust valve recess is formed, At the location on the ceiling wall where the combustion airflow ejected from the injection hole to the main combustion chamber is blown, a recess directly underneath is formed in a circular shape in a plan view and overlapping each of the intake / exhaust valve recesses in a plan view. Being done
The injection hole is a sub-chamber diesel engine in which the ejection path of the combustion airflow is set to pass between the intake valve recess and the exhaust valve recess in a plan view .
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