JP3851727B2

JP3851727B2 - ディーゼルエンジンの副室式燃焼室

Info

Publication number: JP3851727B2
Application number: JP22640098A
Authority: JP
Inventors: 正寛明田; 秀行小山; 崇花田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: JP2000054904A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの副室式燃焼室に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの副室式燃焼室の従来技術として、特公平７−１１６９４１号公報に開示されたものがある（図２参照）。
この燃焼室の構成は次の通りである。
主燃焼室(１０１)と副燃焼室(１０２)とが連通孔(１０３)で連通され、副燃焼室(１０２)に予備噴射ノズル(１０４ａ)と主噴射ノズル(１０４ｂ)とが設けられ、主噴射ノズル(１０４ａ)と副ノズル(１０４ｂ)から副燃焼室(１０２)に予備噴射(１０５)と主噴射(１０６)とが行われる。副燃焼室(１０２)は断熱構造とされている。予備噴射(１０５)は、吸入行程後期から圧縮行程前期にかけて行われ、主噴射(１０６)は、圧縮行程後期から膨張行程前期にかけて行われる。予備噴射燃料(１０７)は副燃焼室(１０２)の内壁面に沿って噴射される。
【０００３】
この燃焼室の利点は、次のように説明されている。
予備噴射燃料(１０７)で副燃焼室(１０２)の内壁面の熱が回収されるため、サイクル効率が向上し、燃費が向上する。予備噴射燃料(１０７)が十分に蒸発した後に主噴射(１０６)が行われるため、燃料の着火遅れがなく、サイクル効率が向上する。予備噴射燃料(１０７)の希薄混合気に主噴射(１０６)が行われるので、ＮＯ_Ｘの生成が抑制される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、圧縮行程の下死点付近で予備噴射(１０５)が開始される。圧縮行程の下死点付近では、圧縮熱や副燃焼室(１０２)への押し込み流が殆ど発生しないため、この時期に噴射された予備噴射燃料(１０７)は、副燃焼室(１０２)の内壁面に液状のまま付着する。付着した燃料の一部は副燃焼室(１０２)の内壁面の熱を吸収して気化するが、この気化により内壁面の温度が低下するため、付着した燃料の一部は内壁面にそのまま残る。内壁面に残った燃料は、圧縮行程で発生する圧縮熱や押し込み流によっても、容易に気化せず、副燃焼室(１０２)内に形成される予備混合気が適性濃度に達しない。このため、目指す利点が得られるどころか、未燃燃料や未燃ガスの排出量が増大し、熱効率が悪化し、燃費も悪化する。
【０００５】
本発明の課題は、上記問題を解決できるものを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の構成は、次の通りである（図１参照）。
主燃焼室(３１)と副燃焼室(７)とが連通孔(３２)で連通され、副燃焼室(７)に燃料噴射ノズル(１９)が設けられ、燃料噴射ノズル(１９)から副燃焼室(７)に予備噴射(１)と主噴射(２)とが行われる、ディーゼルエンジンの副室式燃焼室において、
クランク角度で圧縮行程の上死点前６０゜から３０゜の期間中に、予備噴射(１)が開始されるとともに、
予備噴射 ( １ ) は、始動領域では行われないようにしたもの。
【０００７】
【発明の作用及び効果】
（請求項１の発明）
本発明は、次の作用効果を奏する。
上記のように構成されているので、次の利点がある。図１(Ｂ)に示すように、クランク角度で圧縮行程の上死点前６０゜から３０゜の期間中に、予備噴射(１)が開始されるが、この期間中は、下死点付近に比べ、副燃焼室(２)への押し込み流の流速が速く、圧縮熱も高い。また、圧縮行程の上死点付近に比べ、主噴射(２)の開始までに時間的余裕がある。このため、この期間中に予備噴射(１)を開始すると、予備噴射燃料(１ａ)が、流速の速い押し込み流によって微細化され、高い圧縮熱によって速やかに気化し、主噴射(２)の開始までに適性濃度の予備混合気となり、副燃焼室(７)内に極めて着火しやすい雰囲気を作ることができる。ここに主噴射(２)が行われると、主噴射燃料の着火が助けられ、着火遅れが短くなる。また、着火後の燃焼も促進される。更に、主噴射燃料と空気の混合もよくなるので、吸入空気の利用度が上がる。これらの理由で、未燃燃料や未燃ガスの排出量が低減され、その分、燃費も安くなる。また、熱効率と同時に出力も向上し、排煙もきれいになる。同時に振動や騒音も下がり、滑らかな運転が得られる。
また、予備噴射 ( １ ) は、始動領域では行われないため、予備噴射燃料の気化による燃焼室の冷却が防止され、始動が容易に行われる。
【０００８】
（請求項２の発明）
本発明は、請求項１の発明の作用効果に加え、次の作用効果を奏する。
図１に示すように、予備噴射燃料(１ａ)が連通孔(３２)に向けて噴射されるため、次の利点がある。予備噴射燃料(１ａ)が噴射される時期には、主燃焼室(３１)から連通孔(３２)を経て副燃焼室(７)に押し込み流が流入している。この押し込み流は、連通孔(３２)を通過した後は、副燃焼室(７)内での体積膨張により、その流速が低下するが、連通孔(３２)を通過している間は流速が速い。このため、予備噴射燃料(１ａ)が連通孔(３２)に向けて噴射されると、予備噴射燃料(１ａ)が、連通孔(３２)を通過中の高速の押し込み流に衝突し、その微細化と分散が促進される。このようにして形成された予備混合気には、局所的な過濃部分が形成されにくく、燃焼時に局所的な高温部分が発生しにくいので、ＮＯ_Ｘの発生を抑制できる。
【０００９】
（請求項３の発明）
本発明は、請求項１または２の発明の作用効果に加え、次の作用効果を奏する。
図１に示すように、１の副燃焼室(７)への予備噴射(１)と主噴射(２)とが、１の燃料噴射管(２０)と、この燃料噴射管(２０)に接続された１の燃料噴射ノズル(１９)とを介して行われるため、次の利点がある。１の副燃焼室への予備噴射と主噴射とが、複数の噴射管と複数の燃料噴射ノズルとを介して行われる場合には、燃料噴射装置が複雑化する。これに対し、本発明では、燃料噴射装置が簡素化され、その製造コストが安くなるとともに、その故障が少なくなる。
【００１０】
（請求項４）
本発明は、請求項１から３いずれかの作用効果に加え、次の作用効果を奏する。
図１に示すように、予備噴射(１)と主噴射(２)の総噴射量に対し、予備噴射量が２〜２０％とされているため、次の利点がある。予備噴射量が２％未満の場合には、低負荷時に予備混合気の濃度が薄くなり過ぎ、主噴射燃料の着火遅れを改善できない場合がある。また、これが２０％を越えると、中高負荷時に予備混合気の濃度が濃くなり過ぎ、主噴射燃料が早過着火を起こすおそれがある。これに対し、本発明では、予備混合気の濃度が適性な範囲におさまり、上記の問題が起こりにくい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態を説明する図である。この実施形態では、ディーゼルエンジンの副室式燃焼室が用いられている。
【００１２】
この燃焼室の構成は次の通りである。
図１(Ａ)に示すように、主燃焼室(３１)と副燃焼室(７)とが連通孔(３２)で連通され、副燃焼室(７)に燃料噴射ノズル(１９)が設けられ、燃料噴射ノズル(１９)から副燃焼室(７)に予備噴射(１)と主噴射(２)とが行われるようになっている。主燃焼室(３１)は、ピストン(４)とシリンダヘッド(１７)との間に形成されている。副燃焼室(７)は、シリンダヘッド(１７)内に形成され、シリンダ中心軸線から偏った位置に配置されている。この副燃焼室(７)は、うず室である。連通孔(３２)は、シリンダ中心軸線に対して傾斜する。燃料噴射ノズル(１９)は、副燃焼室(７)に向けて、シリンダヘッド(１７)に差し込まれ、その先端は副燃焼室(７)に臨んでいる。
【００１３】
燃料噴射装置の構成は次の通りである。
図１(Ａ)に示すように、燃料噴射ポンプ(８)からスピル弁(５２)と燃料噴射管(２０)と燃料噴射ノズル(１９)とを順に介して副燃焼室(７)に燃料噴射が行われるようになっている。燃料噴射ポンプ(８)は燃料供給ポンプ(５３)を介して燃料供給源(５４)に接続されている。燃料噴射ポンプ(８)は、燃料噴射カム(９)によって駆動されるプランジャポンプである。この燃料噴射ポンプ(８)は、圧縮行程の後半と膨張行程の前半にかけて、プランジャ室(３７)から燃料を連続的に吐出する。
【００１４】
スピル弁(５２)は、燃料供給源(５４)に接続され、制御手段(５６)で制御される。スピル弁(５２)は、通常は開弁されているが、制御手段(５６)の指令により、プランジャ室(３７)の吐出期間中に、所定時期から所定期間だけ開弁する。プランジャ室(３７)の吐出期間中で、スピル弁(５２)の開弁中は、吐出燃料が燃料供給源(５４)に戻り、燃料噴射ノズル(１９)からの燃料噴射は行われない。スピル弁(５２)の閉弁中は、吐出燃料が燃料噴射管(２０)に送られ、燃料噴射ノズル(１９)から燃料噴射が行われる。プランジャ室(３７)の吐出期間中、スピル弁(５２)の閉弁が２回行われることにより、予備噴射(１)と主噴射(２)とが行われる。
【００１５】
１の副燃焼室(７)への予備噴射(１)と主噴射(２)とは、１の燃料噴射管(２０)と、この燃料噴射管(２０)に接続された１の燃料噴射ノズル(１９)とを順に介して行われる。予備噴射燃料(１ａ)と主噴射燃料とは、連通孔(３２)に向けて噴射される。燃料噴射ノズル(１９)の噴射軸線(１９ａ)は、連通孔(３２)に向けられ、予備噴射燃料(１ａ)と主噴射燃料とは、この噴射軸線(１９ａ)を中心とする円錐形の噴射パターンで噴射される。
【００１６】
燃料噴射時期の設定は、次の通りである。
図１(Ｂ)に示すように、クランク角度で圧縮行程の上死点前６０゜から３０゜の期間中に、予備噴射(１)が開始される。圧縮行程の上死点前３０゜から圧縮行程の上死点に至る期間中に、主噴射(２)が開始される。これらの噴射開始時期は、エンジン回転速度やエンジン負荷等の運転状態に応じ、制御手段(５６)で調節される。
【００１７】
燃料噴射量の設定は、次の通りである。
予備噴射(１)と主噴射(２)の総噴射量は、エンジン負荷の減少につれて減少し、総噴射量の対する予備噴射量の比率は、総噴射量の減少につれて減少するように設定されている。予備噴射量は主噴射量よりも少なくなるように設定されている。予備噴射量が主噴射量よりも多くなると、予備混合気が過濃になり、主噴射燃料が過早着火を起こすことがある。これに対し、予備噴射燃料が主噴射燃料よりも少なくなると、予備噴射混合気が過濃になりにくく、主噴射燃料の過早着火が抑制される。
予備噴射燃料は、主噴射燃料と予備噴射燃料との総噴射量に対して、２〜２０％とするのが望ましい。
予備噴射(１)は、始動領域では行われないようにしてある。予備噴射(１)が始動領域で行われると、予備噴射燃料の気化によって燃焼室が冷却され、始動が困難になることがある。これに対し、予備噴射(１)が始動領域で行われない場合には、予備噴射燃料の気化による燃焼室の冷却が防止され、始動が容易に行われる。
【００１８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、副燃焼室(２)は、うず室ではなく、予燃焼室であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る副室式燃焼室を説明する図で、図１（Ａ）は縦断面図、図１（Ｂ）は燃料噴射時期の説明図である。
【図２】従来技術に係る副室式燃焼室を説明する図で、図２（Ａ）は縦断面図、図２（Ｂ）は燃料噴射時期の説明図である。
【符号の説明】
(１)…予備噴射、(１ａ)…予備噴射燃料、(２)…主噴射、(７)…副燃焼室、(１９)…燃料噴射ノズル、(２０)…燃料噴射管、(３１)…主燃焼室、(３２)…連通孔。

Claims

主燃焼室(３１)と副燃焼室(７)とが連通孔(３２)で連通され、副燃焼室(７)に燃料噴射ノズル(１９)が設けられ、燃料噴射ノズル(１９)から副燃焼室(７)に予備噴射(１)と主噴射(２)とが行われる、ディーゼルエンジンの副室式燃焼室において、
クランク角度で圧縮行程の上死点前６０゜から３０゜の期間中に、予備噴射(１)が開始されるとともに、
予備噴射 ( １ ) は、始動領域では行われないようにしたもの。
請求項１のディーゼルエンジンの副室式燃焼室において、予備噴射燃料(１ａ)が連通孔(３２)に向けて噴射されるもの。
請求項１または２のディーゼルエンジンの副室式燃焼室において、
１の副燃焼室(７)への予備噴射(１)と主噴射(２)とが、１の燃料噴射管(２０)と、この燃料噴射管(２０)に接続された１の燃料噴射ノズル(１９)とを介して行われるもの。
請求項１から３いずれかのディーゼルエンジンの副室式燃焼室において、
予備噴射(１)と主噴射(２)との総噴射量に対し、予備噴射量が２〜２０％であるもの。