(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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８を介して連通されるとともに、ピストン１の天井壁１Ａにおける噴孔８から主燃焼室内へ噴出される燃焼気流１０が吹き付けられる箇所ｆに、単一の受止めリセスｒが形成されている副室式ディーゼルエンジン。受止めリセスｒは、平面視において吹き付けられる箇所ｆを中央域に含む円形リセス２１に形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室と前記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るとともに、
ピストンの天井壁における前記噴孔から前記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、単一の受止めリセスが形成されている副室式ディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記受止めリセスは、平面視において前記吹き付けられる箇所を中央域に含む円形リセスに形成されている請求項１に記載の副室式ディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記受止めリセスは、平面視において前記吹き付けられる箇所を含み、かつ、前記燃焼気流の噴出経路の方向に長い楕円形リセスに形成されている請求項１に記載の副室式ディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記受止めリセスは、平面視において前記吹き付けられる箇所を含み、かつ、前記燃焼気流の噴出経路で下流側が長く、かつ、上流側が短い台形リセスに形成されている請求項１に記載の副室式ディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記受止めリセスは、平面視において前記吹き付けられる箇所を含み、かつ、前記ピストンと同心状の円形をなす大円リセスに形成されている請求項１に記載の副室式ディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６１５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
本発明の目的は、ピストン天井壁に形成される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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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を介して連通されるとともに、
ピストン１の天井壁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、単一の受止めリセスｒが形成されていることを特徴とする。
【００１０】
第２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、
前記受止めリセスｒは、平面視において前記吹き付けられる箇所ｆを中央域に含む円形リセス２１に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
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、
前記受止めリセスｒは、平面視において前記吹き付けられる箇所ｆを含み、かつ、前記燃焼気流１０の噴出経路ｗの方向に長い楕円形リセス２２に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
第４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、
前記受止めリセスｒは、平面視において前記吹き付けられる箇所ｆを含み、かつ、前記燃焼気流１０の噴出経路ｗで下流側が長く、かつ、上流側が短い台形リセス２４に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
第５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、
前記受止めリセスｒは、平面視において前記吹き付けられる箇所ｆを含み、かつ、前記ピストン１と同心状の円形をなす大円リセス２５に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
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、凹みである受止め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品より広めて、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。
【００１５】
その結果、ピストン天井壁に形成される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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】副室式ディーゼルエンジンの燃焼室部位を示す要部の縦断面図
【図２】（ａ）図１の副室を示す要部の拡大断面図、（ｂ）副室形成用口金の平面図
【図３】（ａ）ピストンを示す平面図、（ｂ）リセス部分の断面図
【図４】（ａ）第１別構造のピストン平面図、（ｂ）リセス部分の断面図
【図５】（ａ）第２別構造のピストン平面図、（ｂ）第３別構造のピストン平面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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１の軸心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。
【００２１】
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。
【００２２】
図１、図２（ａ），（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。
【００２３】
図２（ａ），（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とを備えた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。
【００２４】
また、図２（ａ），（ｂ）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１の軸心Ｐから遠い側に寄った位置、即ち、副室６の略中央位置において底部４Ａをピストン１の軸心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。
【００２５】
〔実施形態１〕
次に、ピストン１について説明する。図２（ａ）及び図３（ａ），（ｂ）に示されるように、ピストン１のピストンヘッド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、単一の受止めリセスｒが形成されている。受止めリセスｒは、ピストンヘッド１Ａにて燃焼気流１０を受止める凹み箇所であって、平面視（ピストン１の軸心Ｐ方向視）において吹き付けられる箇所ｆを中央域に含む円形リセス２１に形成されている。なお、円形リセス２１は、吹き付けられる箇所ｆが中央域（円形の中央域）に含まれて円形をなすリセスである。
【００２６】
円形リセス２１は、ピストン１の頂面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に沿った又はほぼ沿い、かつ、ピストン１の径（シリンダのボア径）の約半分程度の寸法の直径を有する円形の凹みに形成されている。また円形リセス２１は、図３（ｂ）に示されるように、滑らかな隅Ｒを呈する周縁２１ａ（ｒａ）とリセス底面２１ｂ（ｒｂ）とを有して凹む状態でピストンヘッド１Ａに形成されている。
円形リセス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、それら旋回流ｈの存在、及び噴出経路ｗの左右の旋回流ｈ、ｈどうしがぶつかることによって混合気と空気との混合が促進される効果もある。
【００２７】
〔実施形態２〕
図４（ａ），（ｂ）に示されるように、受止めリセスｒは、平面視において吹き付けられる箇所ｆを含み、かつ、燃焼気流１０の噴出経路ｗの方向に長い楕円形リセス２２に形成されているものでもよい。楕円形リセス２２は、噴出経路ｗの方向に沿う方向に長い楕円形をなすリセスに形成されている。楕円形リセス２２の長辺長さはピストン１の径（シリンダのボア径）の約３／４に描かれているが、それ以外のサイズでもよい。この楕円形リセス２２においても、滑らかな隅Ｒの周縁２２ａ（ｒａ）及び平らなリセス底面２２ｂ（ｒｂ）を有している。
【００２８】
受止めリセスｒを楕円形リセス２２とすることにより、図４（ａ）に示されるように、円形リセス２１に比べて、楕円形リセス２２の内部で生起される旋回流ｈ，ｈによって混合を促進できる領域を、噴口８ａから噴出経路ｗに沿って左右対象の状態で遠い場所まで拡大可能となる利点がある。
【００２９】
〔実施形態３〕
図５（ａ）に示されるように、受止めリセスｒが、平面視において吹き付けられる箇所ｆを含み、かつ、燃焼気流１０の噴出経路ｗで下流側が長く、かつ、上流側が短い台形リセス２４に形成されているものでもよい。台形リセス２４は、噴出経路ｗで下流側が噴出経路ｗに交差する方向に延びる長辺で、かつ、上流側が噴出経路ｗに交差する方向に延びる短辺の台形をなして凹むリセス、即ち、噴出経路ｗで下流側が長い台形をなすリセスに形成されている。つまり、長壁（長辺）２４ａ、短壁（短辺）２４ｂ、一対の傾斜壁２４ｃ，２４ｃ、及び底面２４ｄを有する台形リセス２４である。底面２４ｄは、短壁２４ｂ側が浅く、長壁２４ａ側が深くなる傾斜底面とされていれば好都合である。
【００３０】
台形リセス２４を有する構成では、噴口８ａから出た燃焼気流１０は、その直下の傾斜底面２４ｄに流れることで、円滑にピストン１の頂面１１を流れることができ、かつ、噴流を主燃焼室９における広い範囲に導くことができる。また、長壁２４ａ、短壁２４ｂ、一対の傾斜壁２４ｃ，２４ｃの一つ又は複数は、平面視での台形リセス２４の面積が頂面１１側（開口部側）ほど広くなるように角度が付けられた傾斜壁に形成されてもよい。
【００３１】
〔実施形態４〕
図５（ｂ）に示されるように、受止めリセスｒは、平面視において吹き付けられる箇所ｆを含み、かつ、ピストン１の軸心Ｐと同心状の円形をなす大円リセス２５に形成されているものでもよい。内周壁２５ａ及び底面２５ｂを有する大円リセス２５の直径は、ピストン１の直径より僅かに（又は若干）小さい程度の大きな円形凹みとされ、凹周状の外周壁２６が形成されている。大円リセス２５の径は、ピストン１の径の６５％〜９０％程度に設定されており、より望ましくは７０％〜８５％である。大円リセス２５の深さは、前述した実施形態１〜３のものよりも十分深いものとされている。
【００３２】
大円リセス２５を設けた構成では、主燃焼室９における火炎がシリンダのライナー近傍の圧縮完了時の温度が上がるので、ライナー壁近傍での燃焼状態が改善されるようになる。つまり、ピストン上死点での主燃焼室９における外周壁２６部位での圧縮比がやや高めとなるので、ライナー付近での燃焼効率がよくなり、その結果ＰＭ低減に寄与できる効果が得られる。
【００３３】
各施形態による副室式ディーゼルエンジンでは次の（１）〜（５）のとおりの作用効果を奏することができる。
（１）噴孔８（噴口８ａ）とピストン１の頂面１１（詳しくはリセス底面ｒｂ）とのピストン１の軸心Ｐ方向の距離を従来より大きく取ることができ、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（実施形態１〜４）。
【００３４】
（２）受止めリセスｒ（円形リセス２１、楕円形リセス２２、大円リセス２５）は平面視（ピストン移動方向視）で円形をなしているので、受止めリセスｒ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（実施形態１，２，４）。
【００３５】
（３）ピストン１の頂面１１には、従来におけるバルブリセスや扇形リセスなどの受止めリセスｒ以外のリセスが無く、受止めリセスｒ以外の部分は平らな表面とされているので、ピストン１の上昇に伴って主燃焼室９から噴孔８を通して副室６へ空気が導入される際の抵抗を極小化することができる（実施形態１〜４）。
【００３６】
（４）上記（１）〜（３）の結果、噴孔８の直下に受止めリセスｒ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（リセス底面ｒｂ）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（実施形態１〜４）。
【００３７】
また、円形リセス２１、楕円形リセス２２、台形リセス２４、大円リセス２５のいずれも、リセス深さは０．７〜１．１ｍｍが良く、好ましくは０．９ｍｍである。このような深さ範囲に設定すれば、圧縮比や容積比の低下が抑制できて冷間時の始動性が改善されるとともに、噴孔８から噴出された燃焼気流１０がピストン１の頂面に当った際の急冷が抑制されてＰＭ低減の効果も得られる。
【符号の説明】
【００３８】
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
２１        円形リセス
２２        楕円形リセス
２４        台形リセス
２５        大円リセス
ｆ          吹き付けられる箇所
ｒ          受止めリセス
ｗ          噴出経路
【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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