JP7331980B1

JP7331980B1 - エンジン

Info

Publication number: JP7331980B1
Application number: JP2022047063A
Authority: JP
Inventors: 伸哉古川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2042-03-23
Also published as: JP2023140968A

Abstract

【課題】燃焼用気体を燃焼室に効率的に供給するエンジンを提供する。【解決手段】エンジン本体と、エンジン本体に配置され、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部と、燃料噴射部の近傍に配置され、複数の供給方向に燃焼用気体を供給する気体供給部と、複数の供給方向に対応して配置され、気体供給部から供給される燃焼用気体を、燃料噴射部から噴射される燃料側に案内する案内壁と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、エンジンに関する。

従来から、空気などの燃焼用気体を燃焼室に噴射するディーゼルエンジンなどのエンジンが提案されている。例えば、特許文献１には、燃焼室内に衝撃波を生成するようにインジェクタから空気を噴射する着火制御装置が開示されている。この着火制御装置は、衝撃波により燃焼室に高温高圧場を形成し、燃焼室内の未燃を自己着火により燃焼させて未燃を低減する。

特開２０１３－１２４６１７号公報

しかしながら、特許文献１の装置は、燃料に対して空気を供給するものではなかった。また、１方向のみに空気を噴射するため、燃焼室に空気を効率的に供給することも困難であった。

本開示は、燃焼用気体を燃料に効率的に供給するエンジンを提供することを目的とする。

本開示に係るエンジンは、エンジン本体と、エンジン本体に配置され、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部と、燃料噴射部の近傍に配置され、複数の供給方向に燃焼用気体を供給する気体供給部と、複数の供給方向に対応して配置され、気体供給部から供給される燃焼用気体を、燃料噴射部から噴射される燃料側に案内する案内壁と、を備え、エンジン本体は、燃焼室を形成する内壁部において燃料噴射部に対応して凹部が形成され、案内壁は、凹部において燃料噴射部の周りを囲むように形成された側壁と、凹部において燃料噴射部からの燃料の噴射方向に対応して傾斜するように配置された天壁とを含むものである。

本開示によれば、燃焼用気体を燃料に効率的に供給することが可能となる。

本開示の実施の形態１に係るエンジンの構成を示す図である。シリンダヘッドにおける凹部の構成を示す図である。空気が側壁に案内される様子を示す図である。実施の形態２の凹部の構成を示す図である。実施の形態３の凹部の構成を示す図である。実施の形態４において気体供給部から供給される空気の供給方向を示す図である。実施の形態４の変形例において気体供給部から供給される空気の供給方向を示す図である。

以下、本開示に係る実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１に、本開示の実施の形態１に係るエンジンの構成を示す。エンジンは、エンジン本体１と、燃料噴射部２と、吸気バルブ３と、排気バルブ４と、気体供給部５と、制御部６とを有する。エンジンとしては、例えば、四ストローク機関のディーゼルエンジンなどが挙げられる。また、エンジンは、例えば、トラックおよびバンなどの車両に用いることができる。

エンジン本体１は、シリンダ７と、シリンダヘッド８と、ピストン９とを有する。
シリンダ７は、内部にピストン９を収容し、そのピストン９とシリンダヘッド８との間に燃焼室Ｃを形成する。

シリンダヘッド８は、燃焼室Ｃの上部を塞ぐようにシリンダ７の上側に配置される。シリンダヘッド８には、燃焼室Ｃに空気を導く吸気路８ａと、燃焼室Ｃ内の排気ガスを外部に導く排気路８ｂとがそれぞれ形成されている。また、シリンダヘッド８には、燃焼室Ｃを形成する内壁部において燃料噴射部２に対応して凹部１０が形成されている。凹部１０は、例えば、その中央部近傍に燃料噴射部２を配置するように形成されてもよい。

ピストン９は、シリンダ７の軸Ｐに沿って往復移動可能にシリンダ７内に収容されている。ピストン９は、吸気路８ａから燃焼室Ｃに空気が吸入されると、その空気を圧縮して燃焼室Ｃを高圧状態とする。そして、ピストン９が、例えば上死点付近に達したときに、燃料噴射部２から燃料Ｆが噴射される。これにより、燃料Ｆが発火し、その圧力でピストン９が下死点に向かって押し下げられることになる。下死点まで押し下げられたピストン９は再び上死点に向かって移動し、このピストン９の移動に応じて排気路８ｂから排気ガスが排出される。

燃料噴射部２は、燃焼室Ｃに燃料Ｆを噴射するようにシリンダヘッド８に配置されている。例えば、燃料噴射部２は、先端部が凹部１０を介して燃焼室Ｃに露出するように配置される。燃料噴射部２は、例えば円柱形状を有し、その先端部には周方向に等間隔を空けて複数の噴射口が形成されている。これにより、複数の噴射口から放射状に燃料Ｆが噴射されることになる。なお、燃料噴射部２は、例えば、インジェクタなどから構成することができる。また、燃料Ｆは、例えば、軽油などを用いることができる。

吸気バルブ３は、吸気路８ａに対応してシリンダヘッド８に配置され、ピストン９の移動に応じて吸気路８ａを開閉するように設けられている。
排気バルブ４は、排気路８ｂに対応してシリンダヘッド８に配置され、ピストン９の移動に応じて排気路８ｂを開閉するように設けられている。

気体供給部５は、燃料噴射部２の近傍に配置され、複数の供給方向に燃焼用気体を供給する。例えば、気体供給部５は、先端部が凹部１０内に露出するように配置してもよい。なお、燃焼用気体は、燃料Ｆの燃焼を促進するもので、例えば空気および酸素などを含む。

制御部６は、燃料噴射部２および気体供給部５に接続され、燃料噴射部２からの燃料Ｆの噴射および気体供給部５からの燃焼用気体の供給を制御する。制御部６は、例えばピストン９の移動に応じて燃料噴射部２からの燃料Ｆの噴射を制御することができる。そして、制御部６は、燃料噴射部２からの燃料の噴射とほぼ同時に燃焼用気体が供給されるように気体供給部５を制御する。

次に、シリンダヘッド８における凹部１０の構成について詳細に説明する。

図２に示すように、凹部１０は、燃焼室Ｃに開口するように形成されており、シリンダ７の軸Ｐに沿うように配置された側壁１１と、軸Ｐに直交するように配置された天壁１２とを有する。

側壁１１は、燃料噴射部２の周りを囲むように形成されている。ここで、側壁１１は、気体供給部５から供給される燃焼用気体の複数の供給方向に対応して配置されており、気体供給部５から供給される燃焼用気体を、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆ側に案内する。すなわち、側壁１１は、気体供給部５の複数の供給方向に交差するように配置され、燃焼用気体の進行方向を燃料Ｆ側に変更する。このように、側壁１１は、本開示の案内壁を構成するものである。

例えば、側壁１１は、図３に示すように、燃料噴射部２を周方向Ｄ１に円環状に囲むように形成されてもよい。これにより、気体供給部５から複数の供給方向に供給される燃焼用気体が、燃料噴射部２の複数の噴射口２ａから放射状に噴射される燃料Ｆに向かってスムーズに案内される。

次に、本実施の形態の動作について説明する。

まず、図１に示すように、エンジンが駆動されて、ピストン９がシリンダ７内を軸Ｐに沿って往復移動する。例えば、吸気路８ａから燃焼室Ｃに空気が吸入されると、ピストン９が、その空気を圧縮して燃焼室Ｃを高圧状態とする。そして、ピストン９が、例えば上死点付近まで移動したときに、制御部６が、燃焼室Ｃに燃料Ｆを噴射するように燃料噴射部２を制御する。燃料噴射部２には複数の噴射口２ａが形成されており、その複数の噴射口２ａから放射状に燃料Ｆが噴射される。

そして、制御部６は、複数の供給口から燃焼用気体、例えば圧縮空気を供給するように気体供給部５を制御する。図２に示すように、気体供給部５は、凹部１０の側壁１１に向けて空気Ｒを供給する。空気Ｒは、側壁１１に突き当たると、側壁１１に案内されて、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆ側に進行方向を変更する。

一般的に、燃料噴射部２から噴射された燃料Ｆは、周囲の空気Ｒ１を取り込みながら燃焼室Ｃ内を進行する。この燃料Ｆへの空気Ｒ１の取り込みが向上すると、燃料Ｆ内により多くの空気Ｒ１が混合されることになり、燃料Ｆの燃焼期間が短縮して、燃費を改善すると共に排気ガスの排出量を低減することができる。

そこで、上記のように、気体供給部５から噴射された空気Ｒが、側壁１１で燃料Ｆ側に案内されることにより、その空気Ｒを周囲の空気Ｒ１と共に燃料Ｆに取り込ませることができ、燃料Ｆの燃焼効率を高めることができる。

このように、側壁１１が、気体供給部５の複数の供給方向に対応して配置され、気体供給部５から供給される空気Ｒを、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆ側に案内する。これにより、気体供給部５から複数の供給方向に進行する空気Ｒを容易に案内することができ、空気Ｒを燃料Ｆに効率的に供給することができる。

また、凹部１０が、燃焼室Ｃを形成する内壁部において燃料噴射部２に対応して形成される。これにより、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆ側に空気Ｒを案内する側壁１１を容易に形成することができる。

また、側壁１１は、燃料噴射部２の周りを囲むように形成されている。これにより、燃料噴射部２から複数の噴射方向に噴射される燃料Ｆに向けて空気Ｒを容易に案内することができ、空気Ｒを燃料Ｆにより効率的に供給することができる。

また、側壁１１は、図３に示すように、燃料噴射部２の周りを円環状に囲むように形成される。これにより、燃料噴射部２から複数の噴射方向に噴射される燃料Ｆに向けて空気Ｒをより容易に案内することができる。また、側壁１１をより容易に形成することができる。

なお、側壁１１は、気体供給部５から複数の供給方向に供給される空気Ｒの一部を案内すればよく、全ての空気Ｒを案内する必要はない。例えば、気体供給部５は、供給口の直下を進行する燃料Ｆに対して直接的に空気Ｒを供給してもよい。

また、側壁１１は、気体供給部５から供給される空気Ｒを燃料Ｆ側へ一度に案内するものに限られるものではなく、徐々に燃料Ｆ側に案内するように形成されてもよい。

また、気体供給部５は、図２に示すように、基端部に対して端部が燃料噴射部２に近づくように傾斜して配置されている。これにより、気体供給部５において空気Ｒが噴射される供給口を燃料噴射部２の近傍に配置することができ、より効率的に空気Ｒを燃料Ｆに供給することができる。

また、制御部６は、燃料噴射部２から燃料Ｆが噴射されるタイミング（噴射開始のタイミング）とほぼ同時に複数の供給口から空気Ｒが供給されるように気体供給部５を制御してもよい。これにより、燃料Ｆに対してより多くの空気Ｒを供給することができ、燃料Ｆの燃焼効率をより高めることができる。

また、制御部６は、燃料Ｆの噴射時における燃焼室Ｃの圧力より高く且つ燃焼直後における燃焼室Ｃの圧力（燃焼により上昇する圧力）より小さい圧力で空気Ｒを供給するように気体供給部５を制御してもよい。例えば、制御部６は、燃料Ｆの噴射時における燃焼室Ｃとほぼ同じ圧力で空気Ｒを供給するように気体供給部５を制御してもよい。このように、低い圧力で空気Ｒを供給することにより、燃料Ｆの進行が妨げられるのを抑制し、空気Ｒを燃料Ｆに効率的に取り込ませることができる。

続いて、制御部６は、燃料Ｆの噴射期間が終了すると、空気Ｒの供給を停止するように気体供給部５を制御する。このようにして、燃料Ｆが、発火点を超えた圧力状態の燃焼室Ｃに噴射されることにより、自己発火することになる。
このとき、燃料Ｆにより多くの空気Ｒが取り込まれているため、燃料Ｆを効率的に燃焼させることができる。

本実施の形態によれば、側壁１１は、複数の供給方向に対応して配置され、気体供給部５から供給される空気Ｒを、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆ側に案内する。これにより、気体供給部５から複数の供給方向に進行する空気Ｒを容易に案内することができ、空気Ｒを燃料Ｆに効率的に供給することができる。

（実施の形態２）
以下、本開示の実施の形態２について説明する。ここでは、上記の実施の形態１との相違点を中心に説明し、上記の実施の形態１との共通点については、共通の参照符号を使用して、その詳細な説明を省略する。

上記の実施の形態１では、凹部１０の側壁１１は、シリンダ７の軸Ｐに沿うように配置されたが、気体供給部５から供給される空気Ｒを燃料Ｆ側に案内できればよく、これに限られるものではない。

例えば、図４に示すように、実施の形態１の側壁１１に換えて、側壁２１を配置してもよい。この側壁２１は、燃料噴射部２からの燃料Ｆの噴射方向に対応して傾斜するように配置されている。例えば、側壁２１は、燃料Ｆの噴射方向と同じ方向に傾斜、すなわち凹部１０の天壁１２から開口部（燃焼室Ｃ側）に向かって側方に拡がるように傾斜させることができる。

これにより、側壁２１は、気体供給部５から供給された空気Ｒを燃料Ｆの噴射方向に沿うように案内するため、より多くの空気Ｒを燃料Ｆに取り込ませることができ、燃料Ｆの燃焼効率をさらに高めることができる。

本実施の形態によれば、側壁２１は、燃料噴射部２からの燃料Ｆの噴射方向に対応して傾斜するように配置される。これにより、気体供給部５から供給された空気Ｒが、燃料Ｆの噴射方向に沿うように案内されるため、より多くの空気Ｒを燃料Ｆに取り込ませることができ、燃料Ｆの燃焼効率をさらに高めることができる。

（実施の形態３）
以下、本開示の実施の形態３について説明する。ここでは、上記の実施の形態１および２との相違点を中心に説明し、上記の実施の形態１および２との共通点については、共通の参照符号を使用して、その詳細な説明を省略する。

上記の実施の形態１および２では、案内壁は、凹部１０の側壁から構成されたが、気体供給部５から供給される空気Ｒを燃料Ｆ側に案内すればよく、これに限られるものではない。

例えば、図５に示すように、実施の形態１の天壁１２に換えて、天壁３１を配置してもよい。この天壁３１は、燃料噴射部２からの燃料Ｆの噴射方向に対応して傾斜するように配置されている。例えば、天壁３１は、燃料Ｆの噴射方向と同じ方向に傾斜、すなわち気体供給部５の位置から離れるに従って開口部側（燃焼室Ｃ側）に位置するように傾斜させることができる。

これにより、気体供給部５から供給される空気Ｒは、噴射直後から燃料Ｆ側に天壁３１によって案内されるため、より多くの空気Ｒを燃料Ｆに供給することができ、燃料Ｆの燃焼効率をさらに高めることができる。このように、天壁３１は、本開示の案内壁を構成するものである。

本実施の形態によれば、天壁３１は、燃料噴射部２からの燃料Ｆの噴射方向に対応して傾斜するように配置される。これにより、より多くの空気Ｒを燃料Ｆに案内することができ、燃料Ｆの燃焼効率をさらに高めることができる。

（実施の形態４）
以下、本開示の実施の形態４について説明する。ここでは、上記の実施の形態１～３との相違点を中心に説明し、上記の実施の形態１～３との共通点については、共通の参照符号を使用して、その詳細な説明を省略する。

上記の実施の形態１～３において、気体供給部５は、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆの複数の噴射方向に対応する方向に空気Ｒを供給してもよい。

例えば、図６に示すように、気体供給部５は、シリンダ７の軸Ｐの延在方向（紙面に直交する方向）において、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆと重なる側壁１１の位置に向けて空気Ｒを供給してもよい。すなわち、気体供給部５は、シリンダ７側から見て、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆと重なる側壁１１の位置に向けて空気Ｒを供給してもよい。例えば、気体供給部５は、燃料噴射部２の径方向において複数の噴射口２ａと一致する側壁１１の位置に向けて空気Ｒを供給することができる。
これにより、燃料Ｆに対して空気Ｒをスムーズに取り込ませることができ、燃料Ｆの燃焼効率をより高めることができる。

また、図７に示すように、気体供給部５は、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆに対して燃料噴射部２の周方向Ｄ１にずれた側壁１１の位置に向けて空気Ｒを供給してもよい。すなわち、気体供給部５は、シリンダ７の軸Ｐの延在方向に直交する面内において、複数の噴射方向に噴射される燃料Ｆの間に向けて空気Ｒを供給してもよい。例えば、気体供給部５は、周方向Ｄ１において複数の噴射口２ａの中間に対応する側壁１１の位置に向けて空気Ｒを供給することができる。
これにより、燃料Ｆに対して空気Ｒをスムーズに取り込ませることができ、燃料Ｆの燃焼効率をより高めることができる。

本実施の形態によれば、気体供給部５は、燃料噴射部２から噴射される燃料Ｆに対応する方向に空気Ｒを供給する。これにより、燃料Ｆに対して空気Ｒをスムーズに取り込ませることができ、燃料Ｆの燃焼効率をより高めることができる。

なお、上記の実施の形態１～４において、複数の気体供給部５をシリンダヘッド８に配置してもよい。例えば、軸Ｐに直行する方向に燃料噴射部２を挟んで対向する位置に２つの気体供給部５を配置してもよい。これにより、燃料Ｆに対してより多くの空気Ｒを供給することができる。

以上、本開示に係る実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、上述した制御部６の機能は、コンピュータプログラムにより実現することができる。

上述した制御部６の機能をプログラムにより実現するコンピュータは、キーボードやマウス、タッチパッドなどの入力装置、ディスプレイやスピーカなどの出力装置、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ハードディスク装置やＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）などの記憶装置、ＤＶＤ－ＲＯＭ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）メモリなどの記録媒体から情報を読み取る読取装置、ネットワークを介して通信を行うネットワークカードなどを備え、各部はバスにより接続される。

そして、読取装置は、上記制御部６の機能を実現するためのプログラムを記録した記録媒体からそのプログラムを読み取り、記憶装置に記憶させる。あるいは、ネットワークカードが、ネットワークに接続されたサーバ装置と通信を行い、サーバ装置からダウンロードした上記制御部６の機能を実現するためのプログラムを記憶装置に記憶させる。

そして、ＣＰＵが、記憶装置に記憶されたプログラムをＲＡＭにコピーし、そのプログラムに含まれる命令をＲＡＭから順次読み出して実行することにより、上記制御部６の機能が実現される。

以上、本開示の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係るエンジンは、燃焼室に燃料を噴射するエンジンに利用できる。

１エンジン本体
２燃料噴射部
２ａ噴射口
３吸気バルブ
４排気バルブ
５気体供給部
６制御部
７シリンダ
８シリンダヘッド
８ａ吸気路
８ｂ排気路
９ピストン
１０凹部
１１，２１側壁
１２，３１天壁
Ｃ燃焼室
Ｄ１周方向
Ｆ燃料
Ｐ軸
Ｒ，Ｒ１空気

Claims

エンジン本体と、
前記エンジン本体に配置され、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃料噴射部の近傍に配置され、複数の供給方向に燃焼用気体を供給する気体供給部と、
前記複数の供給方向に対応して配置され、前記気体供給部から供給される前記燃焼用気体を、前記燃料噴射部から噴射される前記燃料側に案内する案内壁と、を備え、
前記エンジン本体は、前記燃焼室を形成する内壁部において前記燃料噴射部に対応して凹部が形成され、
前記案内壁は、前記凹部において前記燃料噴射部の周りを囲むように形成された側壁と、前記凹部において前記燃料噴射部からの前記燃料の噴射方向に対応して傾斜するように配置された天壁とを含むエンジン。
前記側壁は、前記燃料噴射部からの前記燃料の噴射方向に対応して傾斜するように配置される請求項１に記載のエンジン。
前記気体供給部は、シリンダの軸の延在方向において、前記燃料噴射部から噴射される前記燃料と重なる前記案内壁の位置に向けて前記燃焼用気体を供給する請求項１または２に記載のエンジン。
前記気体供給部は、前記燃料噴射部から噴射される前記燃料に対して前記燃料噴射部の周方向にずれた前記案内壁の位置に向けて前記燃焼用気体を供給する請求項１～３のいずれか一項に記載のエンジン。
前記燃料噴射部から前記燃料が噴射されるタイミングと同時に前記燃焼用気体が供給されるように前記気体供給部を制御する制御部をさらに有する請求項１～４のいずれか一項に記載のエンジン。