(57)【要約】  【課題】排気ガス性能の向上を図ることができるディーゼルエンジンの渦室式燃焼室を提供する。  【解決手段】シリンダ内に主燃焼室を形成し、口金下壁１０の後寄りに噴口１１を設け、この噴口１１を主燃焼室から渦室８に向けて前向きに上り傾斜させ、この噴口１１で主燃焼室と渦室８とを連通させ、渦室上半部８ａのノズル取付孔１２から渦室８内に燃料噴射ノズル１３を臨ませた、ディーゼルエンジンの渦室式燃焼室において、圧縮行程の圧縮熱で渦室８の壁面温度よりも早く昇温し、燃焼行程での燃料発火を促進するヒートスポット部材１４を渦室８内に設けるに当たり、真下から見て、燃料噴射ノズル１５よりも後方であって、噴口軸線１３上から左右にずれた位置で、渦室上半部８ａの壁面に左右対になったヒートスポット部材１４・１４を取り付けた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ(１)内のピストン(２)の上死点方向を上、下死点方向を下、シリンダ中心軸線(３)寄りを後、シリンダ周壁(４)寄りを前として、
シリンダ周壁(４)の上方で、シリンダヘッド(５)に上向きに窪むヘッド凹部(６)を設け、このヘッド凹部(６)の入口に口金(７)を嵌め、このヘッド凹部(６)の奥で上向きに窪む渦室上半部(８ａ)と口金(７)内で下向きに窪む渦室下半部(８ｂ)とで渦室(８)を形成し、シリンダ(１)内に主燃焼室(９)を形成し、口金下壁(１０)の後寄りに噴口(１１)を設け、この噴口(１１)を主燃焼室(９)から渦室(８)に向けて前向きに上り傾斜させ、この噴口(１１)で主燃焼室(９)と渦室(８)とを連通させ、渦室上半部(８ａ)のノズル取付孔(１２)から渦室(８)内に燃料噴射ノズル(１５)を臨ませた、ディーゼルエンジンの渦室式燃焼室において、
圧縮行程の圧縮熱で渦室(８)の壁面温度よりも早く昇温し、燃焼行程での燃料発火を促進するヒートスポット部材(１４)を渦室(８)内に設けるに当たり、
真下から見て、燃料噴射ノズル(１５)よりも後方であって、噴口軸線(１３)上から左右にずれた位置で、渦室上半部(８ａ)の壁面に左右対になったヒートスポット部材(１４)(１４)を取り付けた、ことを特徴とするディーゼルエンジンの渦室式燃焼室。
【請求項２】
請求項１に記載したディーゼルエンジンの渦室式燃焼室において、
ヒートスポット部材(１４)を、渦室(８)の壁面の素材よりも熱流速が大きい素材で形成した、ことを特徴とするディーゼルエンジンの渦室式燃焼室。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載したディーゼルエンジンの渦室式燃焼室において、
ヒートスポット部材(１４)を、燃料噴射ノズル(１５)から噴射される燃料(１６)の直撃を避けた位置に配置した、ことを特徴とするディーゼルエンジンの渦室式燃焼室。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載したディーゼルエンジンの渦室式燃焼室において、
燃料噴射ノズル(１５)よりも後方で、渦室上半部(８ａ)の壁面のグロープラグ取付孔(１９)から渦室(８)内にグロープラグ(２０)を突出させた、ことを特徴とするディーゼルエンジンの渦室式燃焼室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの渦室式燃焼室に関し、詳しくは、排気ガス性能の向上を図ることができるディーゼルエンジンの渦室式燃焼室に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明が前提とするディーゼルエンジンの渦室式燃焼室の構成は、次の通りである。
図４(Ｂ)に示すように、シリンダ(１)内のピストン(２)の上死点方向を上、下死点方向を下、シリンダ中心軸線(３)寄りを後、シリンダ周壁(４)寄りを前として、
シリンダ周壁(４)の上方で、シリンダヘッド(５)に上向きに窪むヘッド凹部(６)を設け、このヘッド凹部(６)の入口に口金(７)を嵌め、このヘッド凹部(６)の奥で上向きに窪む渦室上半部(８ａ)と口金(７)内で下向きに窪む渦室下半部(８ｂ)とで渦室(８)を形成し、シリンダ(１)内に主燃焼室(９)を形成し、口金下壁(１０)の後寄りに噴口(１１)を設け、この噴口(１１)を主燃焼室(９)から渦室(８)に向けて前向きに上り傾斜させ、この噴口(１１)で主燃焼室(９)と渦室(８)とを連通させ、渦室上半部(８ａ)のノズル取付孔(１２)から渦室(８)内に燃料噴射ノズル(１３)を臨ませた、ディーゼルエンジンの渦室式燃焼室。
【０００３】
この種の渦室式燃焼室では、圧縮行程で主燃焼室の圧縮空気が噴口(１１)から渦室(８)内に押し込まれ、渦室(８)の壁面に沿う渦流(２２)となり、この渦流(２２)に燃料が噴射され、燃料の微粒子が発火し、渦室(８)で燃焼が起こり、燃料ガスと未燃焼燃料が噴口(１１)から主燃焼室(９)に噴出し、主燃焼室(９)で燃焼が起こる。
この種の渦室式燃焼室の従来技術としては、特開２００４−９２５７９号公報(特許文献１)に示すものがある。
【０００４】
しかし、この従来の渦室式燃焼室では、真下から見て、燃料噴射ノズルよりも後方であって、噴口の軸線上から左右にずれた位置では、渦流の流速が遅くなり、排気ガス性能が悪くなるが、これに対する特別な対策はなされてないため、問題が生じている。
【０００５】
【特許文献１】特開特開２００４−９２５７９号公報(図１、図２参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、次の問題がある。
《問題》  排気ガス性能の向上に限界がある。
渦流の流速が遅くなる位置では、燃料の微粒化や空気との混合が不十分であるため、不完全燃焼が生じ、ＰＭ(粒子状物質)が発生しやすい。また、渦流の流速が遅くなる位置では、燃料の微粒化や空気との混合が不十分であるため、発火遅れが生じ、多くの噴射燃料が一時に燃焼し、最高燃焼温度が高まり、ＮＯＸが発生しやすい。これらの理由により、排気ガス性能の向上に限界がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決することができるディーゼルエンジンの渦室式燃焼室、すなわち、排気ガス性能の向上を図ることができるディーゼルエンジンの渦室式燃焼室を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図４(Ｂ)に例示するように、シリンダ(１)内のピストン(２)の上死点方向を上、下死点方向を下、シリンダ中心軸線(３)寄りを後、シリンダ周壁(４)寄りを前として、
シリンダ周壁(４)の上方で、シリンダヘッド(５)に上向きに窪むヘッド凹部(６)を設け、このヘッド凹部(６)の入口に口金(７)を嵌め、ヘッド凹部(６)の奥で上向きに窪む渦室上半部(８ａ)と口金(７)内で下向きに窪む渦室下半部(８ｂ)とで渦室(８)を形成し、シリンダ(１)内に主燃焼室(９)を形成し、口金下壁(１０)の後寄りに噴口(１１)を設け、この噴口(１１)を主燃焼室(９)から渦室(８)に向けて前向きに上り傾斜させ、この噴口(１１)で主燃焼室(９)と渦室(８)とを連通させ、渦室上半部(８ａ)のノズル取付孔(１２)から渦室(８)内に燃料噴射ノズル(１５)を臨ませた、ディーゼルエンジンの渦室式燃焼室において、
図１または図２に例示するように、圧縮行程の圧縮熱で渦室(８)の壁面温度よりも早く昇温し、燃焼行程での燃料発火を促進するヒートスポット部材(１４)を渦室(８)内に設けるに当たり、
図１(Ｂ)または図２(Ｂ)に例示するように、真下から見て、燃料噴射ノズル(１５)よりも後方であって、噴口軸線(１３)上から左右にずれた位置で、渦室上半部(８ａ)の壁面に左右対になったヒートスポット部材(１４)(１４)を取り付けた、ことを特徴とするディーゼルエンジンの渦室式燃焼室。
【発明の効果】
【０００９】
（請求項１に係る発明）
《効果》  排気ガス性能の向上を図ることができる。
図１(Ｂ)または図２(Ｂ)に例示するように、渦流(２２)の流速が遅くなる位置で、渦室上半部(８ａ)の壁面に左右対のヒートスポット部材(１４)(１４)を取り付けたので、ヒートスポット部材(１４)(１４)で燃料の発火が促進され、発火遅れが抑制される。このため、燃焼時間が長くなり、不完全燃焼が抑制され、ＰＭ(粒子状物質)の発生が抑制される。また、発火遅れが抑制されるため、燃焼時間が長くなり、最高燃焼温度が抑制され、ＮＯＸの発生が抑制される。これらの理由により、排気ガス性能の向上を図ることができる。
【００１０】
（請求項２に係る発明）
請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  排気ガス性能を向上させる機能を高めることができる。
ヒートスポット部材(１４)を、渦室(８)の壁面の素材よりも熱流速が大きい素材で形成したので、ヒートスポット部材(１４)から渦室(８)内への熱伝達速度が大きい。このため、燃料の発火を促進する機能が高く、排気ガス性能を向上させる機能を高めることができる。
【００１１】
（請求項３に係る発明）
請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  排気ガス性能を向上させる機能を高めることができる。
図１(Ｂ)に例示するように、ヒートスポット部材(１４)を、燃料噴射ノズル(１５)から噴射される燃料(１６)の直撃を避けた位置に配置したので、燃料(１６)の直撃によってヒートスポット部材(１４)が冷却されることがなく、燃料(１６)の発火を促進する機能が高く、排気ガス性能を向上させる機能を高めることができる。
【００１２】
（請求項４に係る発明）
請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  エンジンの始動性を高めることができる。
図１または図２に例示するように、燃料噴射ノズル(１５)よりも後方で、渦室上半部(８ａ)の壁面のグロープラグ取付孔(１９)から渦室(８)内にグロープラグ(２０)を突出させたので、エンジンの始動時にはグロープラグ(２０)の熱がヒートスポット部材(１４)にも伝わり易い。このため、エンジンの始動時にはグロープラグ(２０)とヒートスポット部材(１４)の両方で燃料の発火を促進することにより、エンジンの始動性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図５は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの渦室式燃焼室を説明する図で、この実施形態では、縦型ディーゼルエンジンの渦室式燃焼室について説明する。
【００１４】
本発明の実施形態の概要は、次の通りである。
図４(Ｂ)に示すように、シリンダブロック(２３)の上部にシリンダヘッド(５)を組み付けている。シリンダブロック(２３)内にはシリンダ(２４)を設けている。シリンダ(１)内のピストン(２)の上死点方向を上、下死点方向を下、シリンダ中心軸線(３)寄りを後、シリンダ周壁(４)寄りを前として、シリンダ周壁(４)の上方で、シリンダヘッド(５)に上向きに窪むヘッド凹部(６)を設け、このヘッド凹部(６)の入口に口金(７)を嵌めている。このヘッド凹部(６)の奥で上向きに窪む渦室上半部(８ａ)と口金(７)内で下向きに窪む渦室下半部(８ｂ)とで渦室(８)を形成し、シリンダ(１)内に主燃焼室(９)を形成し、口金下壁(１０)の後寄りに噴口(１１)を設けている。この噴口(１１)を主燃焼室(９)から渦室(８)に向けて前向きに上り傾斜させ、この噴口(１１)で主燃焼室(９)と渦室(８)とを連通させ、渦室上半部(８ａ)のノズル取付孔(１２)から渦室(８)内に燃料噴射ノズル(１５)を臨ませている。
【００１５】
渦室での燃料の着火を促進する工夫は、次の通りである。
図１及び図２に示すように、圧縮行程の圧縮熱で渦室(８)の壁面温度よりも早く昇温し、燃焼行程での燃料発火を促進するヒートスポット部材(１４)を渦室(８)内に設けるに当たり、図１(Ｂ)及び図２(Ｂ)に示すように、真下から見て、燃料噴射ノズル(１５)よりも後方であって、噴口軸線(１３)上から左右にずれた位置で、渦室上半部(８ａ)の壁面に左右対になったヒートスポット部材(１４)(１４)を取り付けている。ヒートスポット部材(１４)は、渦室(８)の壁面の素材よりも熱流速が大きい素材で形成している。具体的には、渦室上半部(８ａ)の壁面はシリンダヘッド(５)の素材である鋳鉄、渦室下半部(８ｂ)の壁面は口金(７)の素材である鉄系計合金鋼、ヒートスポット部材(１４)は銅である。
【００１６】
図１(Ａ)に示すように、ヒートスポット部材(１４)は、燃料噴射ノズル(１５)から噴射される燃料(１６)の直撃を避けた位置に配置している。また、燃料噴射ノズル(１５)よりも後方で、渦室上半部(８ａ)の壁面のグロープラグ取付孔(１９)から渦室(８)内にグロープラグ(２０)を突出させている。
【００１７】
噴口の構成は、次の通りである。
図３(Ａ)〜(Ｄ)に示すように、噴口(１１)を主噴口(１７)と左右一対の脇溝(１８)(１８)とで構成し、各脇溝(１８)を主噴口(１７)の周側で主噴口(１７)と連通させている。図３(Ａ)に示すように、主噴口(１７)の軸線(１７ａ)と直交する方向に口金(７)を真横から見た場合に、各脇溝(１８)の軸線(１８ａ)が主噴口(１７)の軸線(１７ａ)よりも後方になるように、各脇溝(１８)を配置し、口金下面(７ａ)に対する各脇溝(１８)の軸線(１８ａ)の仰角が、主噴口(１７)の軸線(１７ａ)の仰角よりも小さくなるように、各脇溝(１８)を方向付けている。主噴口(１７)の軸線(１７ａ)の仰角は、４５°である。噴口(１１)の軸線(１３)と主噴口(１７)の軸線(１７ａ)とは略重なる。
【００１８】
図３(Ｂ)〜(Ｄ)に示すように、左右一対の脇溝(１８)(１８)の軸線(１８ａ)(１８ａ)の相互の離間距離が、前方に行くにつれて、次第に狭くなるように、各脇溝(１８)を方向付けている。図３(Ｂ)〜(Ｄ)に示すように、各脇溝(１８)の通路断面積が、前方に行くにつれて、次第に小さくなるようにしている。図１(Ｂ)及び図２(Ａ)(Ｂ)に示すように、圧縮行程で主噴口(１７)を通過した圧縮空気は、渦室(８)の左右方向中央部を旋回する中央の渦流(２２)となり、脇溝(１８)を通過した圧縮空気は、渦室(８)の左右両側を旋回する左右の渦流(２５)(２５)となる。左右の渦流(２５)(２５)は、左右に偏向され、渦室(８)の左右両側の空気を撹乱し、空気利用率を高める。図１(Ｂ)及び図２(Ｂ)に示すように、真下から見て、燃料噴射ノズル(１５)よりも後方であって、噴口(１１)の軸線(１３)上から左右にずれた位置は、中央の渦流(２２)と左右の渦流(２５)(２５)の流速がともに遅くなるため、ここにヒートスポット部材(１４)(１４)を取り付けている。
【００１９】
ヒートスポット部材の形状とその取付構造は、次の通りである。
図５(Ａ)は上記実施形態で用いた基本形のもので、円柱形で、基端部を渦室上半部(８ａ)の壁面にあけたヒートスポット部材取付孔(２６)に圧入して取り付けている。図５(Ｂ)に示す第１変更例のものは、基本型の先端に円板部(２７)を設けたもので、基端部を渦室上半部(８ａ)の壁面にあけたヒートスポット部材取付孔(２６)に圧入して取り付けている。図５(Ｃ)に示す第２変更例のものは、基本型の先端に先拡がりの円錐台部(２８)を設けたもので、基端部を渦室上半部(８ａ)の壁面にあけたヒートスポット部材取付孔(２６)に圧入して取り付けている。これらのヒートスポット部材(１４)にはいずれも先端に稜(２９)が形成されており、この稜(２９)とその周辺部分には熱が溜まりやすく、渦室(８)の壁面よりも早く昇温する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る渦室式燃焼室で用いる渦室を説明する図で、図１(Ａ)は縦断側面図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る渦室式燃焼室の渦室を説明する図で、図２(Ａ)は図１(Ａ)のII-II線断面図、図２(Ｂ)は図２(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図１の渦室で用いる口金の噴口を説明する図で、図３(Ａ)は口金の縦断側面図、図３(Ｂ)は噴口の模式斜視図、図３(Ｃ)は図３(Ａ)のＣ方向に見た噴口の模式図、図３(Ｄ)は真下から見た噴口の模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る渦室式燃焼室を説明する図で、図４(Ａ)はピストンを内嵌したシリンダの横断平面図、図４(Ｂ)は渦室式燃焼室とその周囲部分の縦断側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る渦室式燃焼室で用いるヒートスポット部材を説明する図で、図５(Ａ)は基本例の斜視図、図５(Ｂ)は第１変更例の斜視図、図５(Ｃ)は第２変更例の斜視図である。
【符号の説明】
【００２１】
(１) シリンダ
(２) ピストン
(３) シリンダ中心軸線
(４) シリンダ周壁
(５) シリンダヘッド
(６) 凹部
(６ａ) 窪み
(７) 口金
(７ａ) 口金下面
(８) 渦室
(８ａ) 渦室上半部
(８ｂ) 渦室下半部
(９) 主燃焼室
(１０) 口金下壁
(１１) 噴口
(１２) ノズル取付孔
(１３) 噴口軸線
(１４) ヒートスポット部材
(１５) 燃料噴射ノズル
(１６) 燃料
(１９) グロープラグ取付孔
(２０) グロープラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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