JP5169197B2 - 予混合圧縮着火ディーゼルエンジン - Google Patents

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Description

本発明は、予混合圧縮着火ディーゼルエンジンに関するものである。
一般に、内燃機関としてのディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンのようにプラグによる火花点火を行わず、高圧縮によって高温となった空気に、直接、燃料としての軽油を噴射して自然着火させるものである。
近年、ディーゼルエンジンの場合、燃料を高圧で且つピストン行程における上死点より早期に噴射することにより燃料と空気を予混合し、該混合気を圧縮して高温にし自己着火させ一気に燃焼させる、いわゆる予混合圧縮着火方式が注目されている。
そして、前記予混合圧縮着火方式を実施するために、軽油等の燃料を吸気流路途中に噴射するディーゼルエンジンの開発が進められている。
尚、燃料を吸気流路途中に噴射するようにした予混合圧縮着火方式のエンジンの一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００７−２４００１号公報
しかしながら、前述の如く、軽油等の燃料を吸気流路途中に噴射すると、軽油等の燃料はガソリンのように蒸発特性が良くないため、吸気流路の内壁に付着し、該付着した燃料がそのままシリンダの燃焼室内へ流入し、その結果、充分に微粒化していない燃料が燃焼室内に供給される形となり、該燃焼室内で燃焼不良が生じ、パティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）が多く生成される虞があり、改善が望まれていた。
本発明は、斯かる実情に鑑み、燃料の吸気流路内壁への付着を防止しつつその微粒化を促進し得、充分に微粒化した燃料を燃焼室内に供給でき、該燃焼室内での燃焼不良を防止してパティキュレート低減を図り得る予混合圧縮着火ディーゼルエンジンを提供しようとするものである。
本発明は、燃料を吸気流路途中に噴射するようにした予混合圧縮着火ディーゼルエンジンにおいて、
吸気ポートに、吸気バルブの少なくとも開動作時に流路断面積が絞られるオリフィス部を形成し、
前記オリフィス部を、吸気ポート内側における吸気バルブのバルブステム外周を取り囲む箇所に膨出形成される肉厚部と、該肉厚部に対し前記吸気バルブの少なくとも開動作時に対向配置されるよう前記バルブステムに形成される大径部とから構成したことを特徴とする予混合圧縮着火ディーゼルエンジンにかかるものである。
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
前述の如く構成すると、軽油等の燃料を吸気流路途中に噴射した場合に、該軽油等の燃料が吸気流路の内壁に付着したとしても、該付着した燃料はそのままシリンダの燃焼室内へ流入せず、吸気ポートに形成されたオリフィス部を通過する際に流速が高められた混合気により微粒化され、その結果、充分に微粒化された燃料が燃焼室内に供給される形となり、該燃焼室内で燃焼不良が生じにくくなり、パティキュレートが低減されることとなる。
前記予混合圧縮着火ディーゼルエンジンにおいては、前記オリフィス部を、吸気ポート内側における吸気バルブのバルブステム外周を取り囲む箇所に膨出形成される肉厚部と、該肉厚部に対し前記吸気バルブの少なくとも開動作時に対向配置されるよう前記バルブステムに形成される大径部とから構成してある。
この場合、前記オリフィス部の肉厚部に、吸気ポート内へ燃料を噴射する燃料噴射手段を設けることができ、このようにすると、エジェクタ効果により燃料が燃料噴射手段から吸気ポート内へ吸引されるため、吸気流路途中に特別な燃料噴射ノズル等を設けなくて済み、簡単な構造で、燃料の吸気流路内壁への付着防止とその微粒化を促進することが可能となる。
前記燃料噴射手段は、前記肉厚部の周方向複数箇所に開口する噴射ポートとすることができる。
又、前記燃料噴射手段は、前記肉厚部の全周に開口する環状噴射スリットとすることもできる。
更に又、前記燃料噴射手段は、前記肉厚部に取り付けられる多孔質焼結金属リング部材とすることもできる。
本発明の予混合圧縮着火ディーゼルエンジンによれば、燃料の吸気流路内壁への付着を防止しつつその微粒化を促進し得、充分に微粒化した燃料を燃焼室内に供給でき、該燃焼室内での燃焼不良を防止してパティキュレート低減を図り得るという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明を実施する形態の第一例であって、１はディーゼルエンジン、２はディーゼルエンジン１のシリンダ、３はシリンダ２内に摺動自在に嵌挿されたピストン、４はシリンダ２内におけるピストン３の頂面側に形成される燃焼室、５はシリンダ２の上部に設けられたシリンダヘッド、６はシリンダヘッド５に形成された吸気ポート、７は吸気ポート６を開閉する吸気バルブ、８はシリンダヘッド５に形成された排気ポート、９は排気ポート８を開閉する排気バルブであり、前記吸気ポート６に、吸気バルブ７の少なくとも開動作時に流路断面積が絞られるオリフィス部１０を形成し、該オリフィス部１０を、吸気ポート６内側における吸気バルブ７のバルブステム７ａ外周を取り囲む箇所に膨出形成される肉厚部１１と、該肉厚部１１に対し前記吸気バルブ７の少なくとも開動作時に対向配置されるよう前記バルブステム７ａに形成される大径部７ｂとから構成し、前記オリフィス部１０の肉厚部１１に、吸気ポート６内へ燃料を噴射する燃料噴射手段１２を設けたものである。
本図示例の場合、前記燃料噴射手段１２は、前記肉厚部１１の周方向複数箇所（例えば、三箇所〜八箇所程度）に開口する噴射ポート１２ａとし、該噴射ポート１２ａには、燃料供給ポート１２ｂから環状燃料ヘッダ流路１２ｃを介して燃料を供給するようにしてある。
尚、図中、１３は前記吸気ポート６に接続される吸気管、１４は前記排気ポート８に接続される排気管であり、前記吸気管１３と吸気ポート６とから吸気流路１５を構成し、前記排気管１４と排気ポート８とから排気流路１６を構成してある。
次に、上記図示例の作用を説明する。
図１中、実線で示す状態から仮想線で示す如く、吸気バルブ７が開かれると、吸気は吸気流路１５の吸気管１３と吸気ポート６から燃焼室４へ吸入されるが、このとき、軽油等の燃料を燃料噴射手段１２の燃料供給ポート１２ｂから環状燃料ヘッダ流路１２ｃを介して噴射ポート１２ａへ供給すると、エジェクタ効果により前記燃料が噴射ポート１２ａから吸気ポート６内のオリフィス部１０へ吸引され、該オリフィス部１０を通過する際に流速が高められた前記吸気により微粒化され、その結果、充分に微粒化された燃料が燃焼室４内に供給される形となり、該燃焼室４内で燃焼不良が生じにくくなり、パティキュレートが低減されることとなる。
しかも、本図示例の場合、前記オリフィス部１０の肉厚部１１に、吸気ポート６内へ燃料を噴射する噴射ポート１２ａを設けたことによって、エジェクタ効果により燃料が噴射ポート１２ａから吸気ポート６内へ吸引されるため、吸気流路１５途中に特別な燃料噴射ノズル等を設けなくて済み、簡単な構造で、燃料の吸気流路１５内壁への付着防止とその微粒化を促進することが可能となる。
こうして、燃料の吸気流路１５内壁への付着を防止しつつその微粒化を促進し得、充分に微粒化した燃料を燃焼室４内に供給でき、該燃焼室４内での燃焼不良を防止してパティキュレート低減を図り得る。
図２は本発明を実施する形態の第二例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図２に示す如く、前記燃料噴射手段１２を、前記肉厚部１１の全周に開口する環状噴射スリット１２ｄとし、該環状噴射スリット１２ｄに対し、燃料供給ポート１２ｂから環状燃料ヘッダ流路１２ｃと噴射ポート１２ａを介して燃料を供給するようにした点にある。
図２に示す例においては、実線で示す状態から仮想線で示す如く、吸気バルブ７が開かれると、吸気は吸気流路１５の吸気管１３と吸気ポート６から燃焼室４へ吸入され、このとき、軽油等の燃料を燃料噴射手段１２の燃料供給ポート１２ｂから環状燃料ヘッダ流路１２ｃと噴射ポート１２ａを介して環状噴射スリット１２ｄへ供給すると、エジェクタ効果により前記燃料が環状噴射スリット１２ｄから吸気ポート６内のオリフィス部１０へ吸引され、該オリフィス部１０を通過する際に流速が高められた前記吸気により微粒化され、その結果、充分に微粒化された燃料が燃焼室４内に供給される形となり、該燃焼室４内で燃焼不良が生じにくくなり、パティキュレートが低減されることとなる。
しかも、本図示例の場合、前記オリフィス部１０の肉厚部１１に、吸気ポート６内へ燃料を噴射する環状噴射スリット１２ｄを設けたことによって、エジェクタ効果により燃料が環状噴射スリット１２ｄから吸気ポート６内へ吸引されるため、吸気流路１５途中に特別な燃料噴射ノズル等を設けなくて済み、簡単な構造で、燃料の吸気流路１５内壁への付着防止とその微粒化を促進することが可能となる。
こうして、図２に示す例の場合も、図１に示す例の場合と同様、燃料の吸気流路１５内壁への付着を防止しつつその微粒化を促進し得、充分に微粒化した燃料を燃焼室４内に供給でき、該燃焼室４内での燃焼不良を防止してパティキュレート低減を図り得る。
図３は本発明を実施する形態の第三例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図３に示す如く、前記燃料噴射手段１２を、前記肉厚部１１に取り付けられる多孔質焼結金属リング部材１２ｅとし、該多孔質焼結金属リング部材１２ｅに対し、燃料供給ポート１２ｂから環状燃料ヘッダ流路１２ｃと噴射ポート１２ａを介して燃料を供給するようにした点にある。
図３に示す例においては、実線で示す状態から仮想線で示す如く、吸気バルブ７が開かれると、吸気は吸気流路１５の吸気管１３と吸気ポート６から燃焼室４へ吸入され、このとき、軽油等の燃料を燃料噴射手段１２の燃料供給ポート１２ｂから環状燃料ヘッダ流路１２ｃと噴射ポート１２ａを介して多孔質焼結金属リング部材１２ｅへ供給すると、エジェクタ効果により前記燃料が多孔質焼結金属リング部材１２ｅから染み出るように吸気ポート６内のオリフィス部１０へ吸引され、該オリフィス部１０を通過する際に流速が高められた前記吸気により微粒化され、その結果、充分に微粒化された燃料が燃焼室４内に供給される形となり、該燃焼室４内で燃焼不良が生じにくくなり、パティキュレートが低減されることとなる。
しかも、本図示例の場合、前記オリフィス部１０の肉厚部１１に、吸気ポート６内へ燃料を染み出させるように噴射する多孔質焼結金属リング部材１２ｅを取り付けたことによって、エジェクタ効果により燃料が環状噴射スリット１２ｄから吸気ポート６内へ吸引されるため、吸気流路１５途中に特別な燃料噴射ノズル等を設けなくて済み、簡単な構造で、燃料の吸気流路１５内壁への付着防止とその微粒化を促進することが可能となる。
こうして、図３に示す例の場合も、図１及び図２に示す例の場合と同様、燃料の吸気流路１５内壁への付着を防止しつつその微粒化を促進し得、充分に微粒化した燃料を燃焼室４内に供給でき、該燃焼室４内での燃焼不良を防止してパティキュレート低減を図り得る。
ここで、前述した三つの例ではいずれも、オリフィス部１０の肉厚部１１に燃料噴射手段１２を設けたが、そのようにする代わりに、吸気流路１５を構成する吸気管１３途中或いは吸気ポート６の所要箇所に燃料噴射手段１２を設けるようにしても良い。因みに、このように、吸気流路１５を構成する吸気管１３途中或いは吸気ポート６の所要箇所に燃料噴射手段１２を設けたものにおいて、吸気流路１５途中に噴射した場合に、該軽油等の燃料が吸気流路１５の内壁に付着したとしても、該付着した燃料はそのままシリンダの燃焼室４内へ流入せず、吸気ポート６に形成されたオリフィス部１０を通過する際に流速が高められた混合気により微粒化され、その結果、充分に微粒化された燃料が燃焼室４内に供給される形となり、該燃焼室４内で燃焼不良が生じにくくなり、パティキュレートが低減されることとなる。
尚、本発明の予混合圧縮着火ディーゼルエンジンは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明を実施する形態の第一例を示す概要断面図である。 本発明を実施する形態の第二例を示す概要断面図である。 本発明を実施する形態の第三例を示す概要断面図である。
符号の説明
１ ディーゼルエンジン
２ シリンダ
３ ピストン
４ 燃焼室
５ シリンダヘッド
６ 吸気ポート
７ 吸気バルブ
７ａ バルブステム
７ｂ 大径部
１０ オリフィス部
１１ 肉厚部
１２ 燃料噴射手段
１２ａ 噴射ポート
１２ｂ 燃料供給ポート
１２ｃ 環状燃料ヘッダ流路
１２ｄ 環状噴射スリット
１２ｅ 多孔質焼結金属リング部材
１３ 吸気管
１５ 吸気流路

Claims (5)

  1. 燃料を吸気流路途中に噴射するようにした予混合圧縮着火ディーゼルエンジンにおいて、
    吸気ポートに、吸気バルブの少なくとも開動作時に流路断面積が絞られるオリフィス部を形成し、
    前記オリフィス部を、吸気ポート内側における吸気バルブのバルブステム外周を取り囲む箇所に膨出形成される肉厚部と、該肉厚部に対し前記吸気バルブの少なくとも開動作時に対向配置されるよう前記バルブステムに形成される大径部とから構成したことを特徴とする予混合圧縮着火ディーゼルエンジン。
  2. 前記オリフィス部の肉厚部に、吸気ポート内へ燃料を噴射する燃料噴射手段を設けた請求項１記載の予混合圧縮着火ディーゼルエンジン。
  3. 前記燃料噴射手段を、前記肉厚部の周方向複数箇所に開口する噴射ポートとした請求項２記載の予混合圧縮着火ディーゼルエンジン。
  4. 前記燃料噴射手段を、前記肉厚部の全周に開口する環状噴射スリットとした請求項２記載の予混合圧縮着火ディーゼルエンジン。
  5. 前記燃料噴射手段を、前記肉厚部に取り付けられる多孔質焼結金属リング部材とした請求項２記載の予混合圧縮着火ディーゼルエンジン。
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