DE112021000633T5

DE112021000633T5 - Dieselmotorkolben und Dieselmotor

Info

Publication number: DE112021000633T5
Application number: DE112021000633.9T
Authority: DE
Inventors: Naoki Onoda; Akira Ito; Tomohiro Shimazu; Satoru Mimura; Takashi Kuribara
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-11-03
Also published as: JP2021181765A; CN115151719A; US20230061825A1; WO2021235241A1; US11795868B2

Abstract

Dieser Kolben für einen Dieselmotor enthält: einen Bodenabschnitt, der einen tiefsten Verbrennungskammerboden in der Verbrennungskammer aufweist; einen Umfangsvorsprung, der um einen gesamten Umfang einer Umfangswand zwischen dem Bodenabschnitt und einer oberen Oberfläche des Kolbens vorgesehen ist und zu einem Schnittpunkt (P0) einer Mittellinie des Kolbens und der oberen Oberfläche in einer Querschnittsansicht, die die Mittellinie enthält, vorsteht; einen Neigungsabschnitt, der sich näher zu der oberen Oberfläche in Richtung einer Außenseite in einer radialen Richtung von dem Umfangsvorsprung neigt; und einen Steigungsabschnitt, der von dem Neigungsabschnitt in Richtung der oberen Oberfläche steigt. In der Querschnittsansicht, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der Mittellinie und dem Steigungsabschnitt (L0) ist, eine Distanz zwischen einem Schnittpunkt einer Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts und einer Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts und der oberen Oberfläche (H1) ist, eine kürzeste Distanz zwischen dem Schnittpunkt (P0) und dem Umfangsvorsprung (L1) ist, und ein zwischen einer geraden Linie senkrecht zu der Mittellinie und der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts gebildeter Winkel (A1) ist, die folgenden Bedingungen (1) und (2) erfüllt sind:(1) wenn L0 100 ist, L0:H1:L1 = 100:9 ± 5:83±5(2) 20 Grad ≤ A1 ≤ 40 Grad.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dieselmotorkolben und einen Dieselmotor. Priorität wird von der japanischen Patentanmeldungsnr. 2020-087389 beansprucht, die am 19. Mai 2020 eingereicht wurde, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Stand der Technik
Um Abgasregularien einzuhalten, weisen Dieselmotoren eine Konfiguration auf, die mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestattet ist, der Partikelgegenstände im Abgas sammelt. In solch einer Konfiguration ist es notwendig, schwarzen Rauch, der von einem Motor ausgestoßen wird, zu reduzieren, um Blockade des DPF aufgrund des von dem Motor ausgestoßenen schwarzen Rauch zu vermeiden.
Auf der anderen Seite nehmen soziale Anforderungen zur CO₂ Reduktion, um die globale Erwärmung zu verhindern, Jahr für Jahr zu, und Reduktion von CO₂ Emissionen, erzielt durch Reduzieren einer Kraftstoffverbrauchsrate von Dieselmotoren, ist erforderlich.
Zum Beispiel wird in Patentdokument 1 unten eine Konfiguration offenbart, die einen mittleren Vorsprung, der eine Bodenwand einer Verbrennungskammer bildet und zu einer Kraftstoffeinspritzdüse vorsteht, einen Umfangsvorsprung, der in einer Vorsprungsgestalt zu der Kraftstoffeinspritzdüse über den gesamten Umfang einer Umfangswand zwischen der Bodenwand und einem oberen Abschnitt gebildet ist, und einen Randabschnitt aufweist, der einen einspringenden Winkel an der Umfangswand in dem Bereich von einem Abschnitt, der einen größeren Durchmesser als der Umfangsvorsprung auf einer Seite des oberen Abschnitts des Umfangsvorsprungs aufweist, zu dem oberen Abschnitt aufweist.
Zum Beispiel wird in Patentdokument 2 unten eine Konfiguration offenbart, bei der in einem Dieselmotor, der einen Kolben, der einen Hohlraum vom einspringenden Typ an einer Kronenoberfläche aufweist, und eine Kraftstoffeinspritzdüse enthält, die an einer Mittellinie des Hohlraums angeordnet ist, ein Lippenabschnitt, der den kleinsten Durchmesser an einem Einlass des Hohlraums unter einem Öffnungsrand gelegen ist, und ein Taschenabschnitt, der von einem vergrößerten Raum an einer äußeren Peripherieseite des Kolbens gebildet ist, über dem Lippenabschnitt gebildet ist.
Zum Beispiel wird in Patentdokument 3 unten eine Konfiguration offenbart, bei der ein Hohlraum, der an einer Kronenoberfläche eines Kolbens gebildet ist, eine Zwei-Zustand-Struktur eines ersten Hohlraumabschnitts in einem mittleren Bereich der Kronenoberfläche in einer radialen Richtung und einen zweiten Hohlraumabschnitt aufweist, der eine Tiefe in einer axialen Richtung eines Zylinders aufweist, die seichter ist als die des ersten Hohlraumabschnitts, und der an einer äußeren Peripherieseite in der radialen Richtung angeordnet ist.
Dokumente der verwandten Technik
Patentdokument

[Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erste Veröffentlichungsnr. 2010-101244
[Patentdokument 2] Japanische Patentnr. 6241479
[Patentdokument 3] Japanische Patentnr. 6519633

Zusammenfassung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Im Falle von Patentdokument 1 wird, wenn der einspringende Winkel des Randabschnitts zu groß ist, ein Kraftstoffstrahl zu einem mittleren Abschnitt der Verbrennungskammer umgekehrt. In diesem Fall kann der Kraftstoffstrahl mit einer flüssigen Säule (Direktstrahl) interferieren, was in einer Zunahme in schwarzem Rauch aufgrund eines Luftmangels und einer Zunahme in einer Kraftstoffverbrauchsrate resultiert.
In dem Fall von Patentdokument 2 schreitet, wenn der Durchmesser des Öffnungsrandes des Taschenabschnitts an der Kronenoberfläche des Kolbens größer ist als der Durchmesser des Lippenabschnitts, eine große Menge an Strahl in einer Zylinderrichtung (einer radial auswärtigen Richtung des Zylinders) voran. In diesem Fall kann Kraftstoff nicht verbrannt werden oder Wärmeenergie kann verloren gehen, was in einer Zunahme in einer Kraftstoffverbrauchsrate resultiert.
In dem Fall von Patentdokument 3 interferieren, wenn die Tiefe des zweiten Hohlraumabschnitts zu seicht ist, Luft-Kraftstoff-Mischungen, die entlang einer Oberflächengestalt des zweiten Hohlraumabschnitts strömen, miteinander, was in einer Zunahme in schwarzem Rauch aufgrund von Luftmangel und einer Zunahme in einer Kraftstoffverbrauchsrate resultiert.
Deshalb ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Dieselmotorkolben und einen Dieselmotor vorzusehen, bei denen Erzeugung von schwarzem Rauch reduziert werden kann und eine Kraftstoffverbrauchsrate reduziert werden kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Ein Kolben für einen Dieselmotor nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, der ein Kolben für einen Dieselmotor ist, der eine Verbrennungskammer aufweist, in der Kraftstoff direkt von einer Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt wird, enthält: einen Bodenabschnitt, der einen tiefsten Verbrennungskammerboden in der Verbrennungskammer aufweist; einen Umfangsvorsprung, der um einen gesamten Umfang einer Umfangswand zwischen dem Bodenabschnitt und einer oberen Oberfläche des Kolbens vorgesehen ist und zu einem Schnittpunkt P0 einer Mittellinie des Kolbens und der oberen Oberfläche in einer die Mittellinie enthaltenden Querschnittsansicht vorsteht; einen Neigungsabschnitt, der sich näher zu der oberen Oberfläche in einer Richtung einer Außenseite in einer radialen Richtung von dem Umfangsvorsprung neigt; und einen Steigungsabschnitt, der von dem Neigungsabschnitt in Richtung der oberen Oberfläche steigt, wobei Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse an einem Abschnitt des Neigungsabschnitts nahe dem Umfangsvorsprung durch Absenken des Kolbens durchgeführt wird, und wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der Mittellinie und dem Steigungsabschnitt L0 ist, eine Distanz zwischen einem Schnittpunkt einer Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts und einer Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts und der oberen Oberfläche H1 ist, eine kürzeste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Umfangsvorsprung L1 ist, und ein zwischen einer geraden Linie senkrecht zu der Mittellinie und der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts gebildeter Winkel A1 ist, die folgenden Bedingungen (1) und (2) erfüllt sind.

(1) Wenn L0 100 ist, L0:H1:L1 = 100:9±5:83±5
(2) 20 Grad ≤ A1 ≤ 40 Grad

Vorteil der Erfindung
Gemäß dem obigen Aspekt ist es möglich, die Erzeugung von schwarzem Rauch zu reduzieren und eine Kraftstoffverbrauchsrate zu reduzieren.
Figurenliste

1 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Dieselmotors gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht enthaltend eine Mittellinie eines Kolbens gemäß der Ausführungsform.
3 ist eine erläuternde Ansicht einer Verbrennungskammer gemäß der Ausführungsform.
4 ist eine erläuternde Ansicht des Kolbens gemäß der Ausführungsform.
5 ist eine erläuternde Ansicht einer oberen Oberfläche des Kolbens gemäß der Ausführungsform.
6 ist eine erläuternde Ansicht eines Einspritzwinkels einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Ausführungsform.
7 ist eine erläuternde Ansicht der Anzahl von Einspritzlöchern der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Ausführungsform.
8 ist eine erläuternde Ansicht einer Steuerung der Kraftstoffeinspritzung (Kraftstoffeinspritzung bei -15 bis 5 Grad nach einem oberen Totpunkt) von der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Ausführungsform.
9 ist eine erläuternde Ansicht einer Steuerung der Kraftstoffeinspritzung (Kraftstoffeinspritzung bei 0 bis 15 Grad nach einem oberen Totpunkt) von der Kraftstoffeinspritzdüse 8 folgend.
10 ist eine erläuternde Ansicht einer Steuerung der Kraftstoffeinspritzung (Kraftstoffeinspritzung bei 5 bis 30 Grad nach einem oberen Totpunkt) von der Kraftstoffeinspritzdüse 9 folgend.
11 ist eine erläuternde Ansicht eines Betriebs abhängig von einem Umfangsvorsprung, einem Neigungsabschnitt und einem Steigungsabschnitt des Kolbens gemäß der Ausführungsform.
12 ist eine erläuternde Ansicht eines Betriebs abhängig von einer Länge des Neigungsabschnitts des Kolbens gemäß der Ausführungsform.
13 ist eine erläuternde Ansicht eines Betriebs eines gekrümmten Abschnitts eines äußeren Bodens des Kolbens gemäß der Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Hiernach wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In der Ausführungsform wird ein Dieselmotor vom kraftstofflinearen Einspritztyp als ein Beispiel eines Motors beschrieben werden. Zum Beispiel werden Dieselmotoren in verschiedenen Konstruktionsmaschinen wie beispielsweise Kipp-Lastwagen, Bulldozern, hydraulischen Baggern und Radlagern oder Antriebsgeräten für große Generatoren verwendet.
<Dieselmotor>
Wie in 1 gezeigt, enthält der Dieselmotor 1 einen Motorhauptkörper 2 und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3, um den Motorhauptkörper 2 mit Kraftstoff zu versorgen. Jedes Element des Dieselmotors 1, enthaltend die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3, wird von einer Steuereinrichtung 4 gesteuert.
Der Motorhauptkörper 2 enthält einen Zylinderblock 10, einen Zylinderkopf 11, einen Kolben 12 und eine Kurbelwelle 13.
Eine Vielzahl von Zylindern 14 sind innerhalb des Zylinderblocks 10 vorgesehen.
Der Zylinderkopf 11 ist an einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 10 mit einem Befestigungselement wie beispielsweise einem Bolzen befestigt.
Der Kolben 12 bewegt sich in jedem der Zylinder 14 unter dem Druck des innerhalb des Zylinders 14 verbrannten Verbrennungsgases hin und her. Eine Vielzahl von Kolben 12 sind vorgesehen, um den Zylindern 14 zu entsprechen.
Die Kurbelwelle 13 konvertiert die Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 in eine drehende Bewegung.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3 enthält eine Pumpe 20, eine gemeinsame Leitung 21 und eine Kraftstoffeinspritzdüse 22.
Die Pumpe 20 und die gemeinsame Leitung 21 sind an der äußeren Wand des Zylinderblocks 10 angebracht.
Die Pumpe 20 fördert in eine Verbrennungskammer 31 des Dieselmotors 1 bei hohem Druck einzuspritzenden Kraftstoff aus. Die Pumpe 20 ist mit einem Ausflussmengensteuerventil 23 versehen, das die Ausflussmenge an Kraftstoff von der Pumpe 20 steuert.
Die gemeinsame Leitung 21 speichert Kraftstoff bei einem von der Pumpe 20 erzeugten Druck (einem Kraftstoffdruck). Die gemeinsame Leitung 21 ist mit einem Drucksensor 24 versehen, der den Druck des in der gemeinsamen Leitung 21 gespeicherten Kraftstoffs detektiert. Ein Detektionssignal von dem Drucksensor 24 wird an die Steuereinrichtung 4 geschickt.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 22 ist in dem Zylinderkopf 11 angeordnet. Die Kraftstoffeinspritzdüse 22 spritzt den Kraftstoff von der gemeinsamen Leitung 21 in jeden Zylinder ein. Die Kraftstoffeinspritzdüse 22 ist mit einem Kraftstoffeinspritzsteuerventil 25 versehen, das Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 steuert.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 22 ist auf der Mittellinie O des Kolbens 12 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 6 gezeigt, ein Kraftstoffeinspritzwinkel B von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 in einem Bereich von 139 Grad ≤ B ≤ 154 Grad eingestellt. Aus einer Richtung senkrecht zu der Mittellinie O des Kolbens 12 gesehen, entspricht der Einspritzwinkel B einem von der Mitte einer Strahlbreite des von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 zu einer Seite eingespritzten Kraftstoffs (der Mittellinie eines Kraftstoffstrahls) und der Mitte einer Strahlbreite des von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 zu der anderen Seite eingespritzten Kraftstoffs (der Mittellinie des anderen Kraftstoffstrahls) gebildeten Winkel.
Eine Vielzahl von Einspritzlöchern zum Einspritzen von Kraftstoff sind an dem Endabschnitt der Kraftstoffeinspritzdüse 22 vorgesehen. Zum Beispiel ist, wie in 7 gezeigt, die Anzahl von Einspritzlöchern in einem Bereich von 8 bis 12 eingestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl von Einspritzlöchern 10. Die Kraftstoffeinspritzdüse 22 spritzt Kraftstoff radial von den zehn Einspritzlöchern ein.
Die Anzahl von Einspritzlöchern ist nicht auf die obige beschränkt und kann gemäß den Durchmessern des Zylinders 14 und dem Kolben 12, dem Streuwinkel des eingespritzten Kraftstoffs und dergleichen geändert werden.
Die Steuereinrichtung 4 enthält zum Beispiel einen Mikroprozessor (MPU: Mikroprozessionseinheit) oder dergleichen. Wie in 1 gezeigt, wird ein Drehzahlsignal N1 von einem Drehsensor 26 in die Steuereinrichtung 4 eingegeben, um die Drehzahl des Dieselmotors 1 zu detektieren. Weiterhin wird ein Öffnungssignal N2 von einem Beschleunigungspedal, einer Kraftstoffeinspritzmengenstellschieb oder dergleichen in die Steuereinrichtung 4 eingegeben, um die Last des Dieselmotors 1 zu detektieren.
Die Steuereinrichtung 4 gibt ein Öffnungs- und Schließsignal S1 an das Ausflussmengensteuerventil 23 aus, um einen Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Ausflussmengensteuerventils 23 zu steuern, sodass das Detektionssignal des Drucksensors 24 (der tatsächliche Druck Pa des in der gemeinsamen Leitung 21 gespeicherten Kraftstoffs) ein optimaler Leitungsdruck wird, der entsprechend der Drehzahl und der Last des Dieselmotors 1 eingestellt ist.
Weiterhin gibt die Steuereinrichtung 4 einen Steuerpuls S2 an das Kraftstoffeinspritzsteuerventil 25 aus, um die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 auf Basis eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts (einem Einspritzstartzeitpunkt) und einer Kraftstoffeinspritzperiode (einer Kraftstoffeinspritzmenge) zu steuern, die entsprechend der Drehzahl und der Last des Dieselmotors 1 eingestellt werden.
<Kolben>
Wie in 2 gezeigt, weist der Kolben 12 die Verbrennungskammer 31, die in Richtung des Zylinderkopfs 11 offen ist (siehe 3), an einer oberen Oberfläche 30 des Kolbens 12 auf. Die obere Oberfläche 30 des Kolbens 12 ist eine Oberfläche, die keine Senkung 32 zum Vermeiden von Interferenz mit einem Einlassventil und einem Auslassventil (nicht gezeigt) aufweist. Wie in 5 gezeigt, sind eine Vielzahl von (beispielsweise vier) Senkungen 32 in der dem Zylinderkopf 11 zugewandten Oberfläche des Kolbens 12 vorgesehen (siehe 3).
Wie in 2 gezeigt, ist die Verbrennungskammer 31 von einer Seite der oberen Oberfläche 30 des Kolbens 12 zu einer Seite eines Stiftvorsprungs 33 vertieft. Die Verbrennungskammer 31 weist eine Drehkörpergestalt auf, die an der Mittellinie O des Kolbens 12 zentriert ist.
4 ist eine Querschnittsansicht, die die Mittellinie O des Kolbens 12 enthält, die einen Teil des Kolbens 12 der Ausführungsform zeigt. In 4 ist die Querschnittsschraffierung weggelassen.
Der Kolben 12 enthält eine Bodenabschnitt 40, einen Umfangsvorsprung 42, einen Neigungsabschnitt 43, einen Steigungsabschnitt 44 und einen gekrümmten Abschnitt eines äußeren Bodens 45, einen mittleren Vorsprung 46 und einen gekrümmten Abschnitt eines inneren Bodens 47.
Hiernach wird eine Richtung entlang der Mittellinie O des Kolbens 12 als eine „axiale Richtung“, eine Richtung senkrecht zu der Mittellinie O wird als eine „radiale Richtung“ und eine Richtung um die Mittellinie O wird als eine „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Wie in 3 gezeigt, entspricht die axiale Richtung einer axialen Richtung des Zylinders 14.
Wie in 4 gezeigt, weist der Bodenabschnitt 40 einen tiefsten Verbrennungskammerboden 40a in der Verbrennungskammer 31 auf. Mit anderen Worten ist der Verbrennungskammerboden 40a ein Abschnitt des Bodenabschnitts 40, der von der oberen Oberfläche 30 des Kolbens 12 in der axialen Richtung am weitesten weg ist.
Der Umfangsvorsprung 42 ist über den gesamten Umfang der Umfangswand 41 zwischen dem Bodenabschnitt 40 und der oberen Oberfläche 30 des Kolbens 12 vorgesehen. Der Umfangsvorsprung 42 steht zu einem Schnittpunkt P0 zwischen der Mittellinie O und der oberen Oberfläche 30 in der Querschnittsansicht enthaltend die Mittellinie O des Kolbens 12 (hiernach einfach als eine „Querschnittsansicht“ bezeichnet) vor. Der Umfangsvorsprung 42 ist in einer Bogengestalt zu dem Schnittpunkt P0 in der Querschnittsansicht gekrümmt.
Ein Apex 42a des Umfangsvorsprungs 42 ist zwischen einem Apex 46a des mittleren Vorsprungs 46 und dem Verbrennungskammerboden 40a in der axialen Richtung angeordnet. Hier ist der Apex 42a des Umfangsvorsprungs 42 ein Abschnitt (ein vorstehendes Ende), der dem Schnittpunkt P0 in dem Umfangsvorsprung 42 in der Querschnittsansicht am nächsten ist. Der Apex 42a des Umfangsvorsprungs 42 ist näher zu dem Apex 46a des mittleren Vorsprungs 46 als zu dem Verbrennungskammerboden 40a in der axialen Richtung (eine vertikale Richtung in 4) angeordnet.
Der Neigungsabschnitt 43 neigt sich linear näher zu der oberen Oberfläche 30 in Richtung einer Außenseite in der radialen Richtung von einem Abschnitt des Umfangsvorsprungs 42 an einer Seite der oberen Oberfläche 30 in der Querschnittsansicht.
Der Steigungsabschnitt 44 steigt von einem Außenseitenabschnitt des Neigungsabschnitts 43 in der radialen Richtung zu der oberen Oberfläche 30. Der Steigungsabschnitt 44 weist einen Erstreckungsabschnitt 44a auf, der sich steiler als der Neigungsabschnitt 43 in der Querschnittsansicht erstreckt und einen Randabschnitt 44b, der den Erstreckungsabschnitt 44a und die obere Oberfläche 30 verbindet und in einer Bogengestalt in Richtung des Schnittpunkts P0 in der Querschnittsansicht gekrümmt ist.
Bezugszeichen 48 in der Figur zeigt einen Verbindungsabschnitt an, der den Erstreckungsabschnitt 44a und den Neigungsabschnitt 43 verbindet. Der Verbindungsabschnitt 48 ist in einer Bogengestalt in Richtung einer Außenseite der Verbrennungskammer 31 bezüglich des Schnittpunkts P0 in der Querschnittsansicht gekrümmt.
Der gekrümmte Abschnitt des äußeren Bodens 45 ist ein Abschnitt, der einen Außenseitenabschnitt des Bodenabschnitts 40 in der radialen Richtung und einen Abschnitt des Umfangsvorsprungs 42 auf einer Seite des Bodenabschnitts 40 verbindet. Der gekrümmte Abschnitt des äußeren Bodens 45 ist in einer Bogengestalt in Richtung der Außenseite der Verbrennungskammer 31 bezüglich des Schnittpunkts P0 in der Querschnittsansicht gekrümmt.
Der mittlere Vorsprung 46 ist an der Mitte des Kolbens 12 in der radialen Richtung vorgesehen. Der mittlere Vorsprung 46 steht von einer Seite des Bodenabschnitts 40 in Richtung der Kraftstoffeinspritzdüse 22 vor. Der mittlere Vorsprung 46 ist in einer Bogengestalt in Richtung des Schnittpunkts P0 in der Querschnittsansicht gekrümmt. Der Apex 46a des mittleren Vorsprungs 46 ist an der Mittellinie O angeordnet.
Der gekrümmte Abschnitt des inneren Bodens 47 ist ein Abschnitt, der einen Innenseitenabschnitt des Bodenabschnitts 40 in der radialen Richtung und einen Außenseitenabschnitt des mittleren Vorsprungs 46 in der radialen Richtung verbindet. Der gekrümmte Abschnitt des inneren Bodens 47 ist in einer Bogengestalt in Richtung einer Seite gegenüberliegend der oberen Oberfläche 30 in der axialen Richtung (eine untere Seite in 4) und einer gegenüberliegenden Seite zu dem gekrümmten Abschnitt des äußeren Bodens 45 in der radialen Richtung (einer Seite der Mittellinie O in 4) in der Querschnittsansicht gekrümmt. In der Querschnittsansicht ist ein Krümmungsradius R1 des gekrümmten Abschnitts des inneren Bodens 47 größer als ein Krümmungsradius R2 des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45 (R1 > R2).
<Kolbendimension und dergleichen>
Wie in 2 gezeigt, ist ein Außendurchmesser D des Kolbens 12 beispielsweise 90 mm oder mehr. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Außendurchmesser D des Kolbens 12 in einem Bereich von 120 mm oder mehr und 130 mm oder weniger eingestellt (beispielsweise etwa 125 mm).
In der Querschnittsansicht ist die Verbrennungskammer 31 durch eine Linie geteilt, die den Schnittpunkt P0 und den Apex 42a des Umfangsvorsprungs 42 verbindet, und eine Seite der oberen Oberfläche 30 der geteilten Verbrennungskammer 31 ist eine erste Verbrennungskammer 31A, und eine Seite des Bodenabschnitts 40 der geteilten Verbrennungskammer 31 ist eine zweite Verbrennungskammer 31B.
Ein Volumen der ersten Verbrennungskammer 31A ist ein erstes Volumen V1, und ein Volumen der zweiten Verbrennungskammer 31B ist ein zweites Volumen V2. Ein Verhältnis des zweiten Volumens V2 zu dem ersten Volumen V1 erfüllt 45/55 ≤ V2/V1 ≤ 55/45. Es ist bevorzugter, dass V2/V1 48/52 ≤ V2/V1 ≤ 52/48 erfüllen.
Wie in 4 gezeigt, ist in der Querschnittsansicht ein zwischen einer geraden Linie senkrecht zu der Mittellinie O und einer Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts 43 gebildeter Winkel A1 (ein Winkel des Neigungsabschnitts 43). Dabei erfüllt der Winkel A1 20 Grad ≤ A1 ≤ 40 Grad. Es ist bevorzugter, dass der Winkel A1 25 Grad ≤ A1 ≤ 35 Grad erfüllt.
In der Querschnittsansicht ist ein zwischen einer geraden Linie parallel zu der Mittellinie O und einer Verlängerungslinie des Erstreckungsabschnitts 44a (dem Steigungsabschnitt 44) A2 (ein Winkel des Steigungsabschnitts 44). In der Querschnittsansicht ist Drehung im Uhrzeigersinn (Rechte-Hand-Drehung) bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie O ein positiver Winkel, und Drehung gegen den Uhrzeigersinn (Linke-Hand-Drehung) bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie O ist ein negativer Winkel, der Winkel A2 erfüllt -10 Grad ≤ A2 ≤ 10 Grad. Es ist bevorzugter, dass der Winkel A2 -5 Grad ≤ A2 ≤ 5 Grad erfüllt. In der vorliegenden Ausführungsform erfüllt der Winkel A2 0 Grad ≤ A2 ≤ 5 Grad.
In der Querschnittsansicht ist die kürzeste Distanz zwischen der Mittellinie O und dem Steigungsabschnitt 44 L0. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht, da der Winkel A2 0 Grad ≤ A2 ≤ 5 Grad ist, die Distanz L0 der Länge einer geraden Linie, die einen Abschnitt des Steigungsabschnitts 44 nahe dem Neigungsabschnitt 43 und die Mittellinie O verbindet. Mit anderen Worten ist die Distanz L0 die kürzeste Distanz zwischen der Mittellinie O und dem Steigungsabschnitt 44 in der radialen Richtung.
In der Querschnittsansicht ist eine Distanz zwischen der oberen Oberfläche 30 und dem Verbrennungskammerboden 40a H0. Die Distanz H0 entspricht einer Tiefe an dem tiefsten Abschnitt in der Verbrennungskammer 31. Ein Verhältnis der Distanzen L0 und H0 erfüllt L0:H0 = 100:48 ± 5. Es ist bevorzugter, dass das Verhältnis der Distanzen L0 und H0 L0:H0 = 100:48 ± 2 erfüllt.
In der Querschnittsansicht ist eine Distanz zwischen einem Schnittpunkt P1 der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts 43 und der Verlängerungslinie des Erstreckungsabschnitts 44a und der oberen Oberfläche 30 H1. Die Distanz H1 ist eine Länge zwischen dem Schnittpunkt P1 und der oberen Oberfläche 30 in der axialen Richtung. Ein Verhältnis der Distanzen L0 und H1 erfüllt L0:H1 = 100:9 ± 5. Es ist bevorzugter, dass das Verhältnis der Distanzen L0 und H1 L0:H1 = 100:9 ± 2 erfüllt.
In der Querschnittsansicht ist die kürzeste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Umfangsvorsprung 42 L1. Die Distanz L1 ist eine Länge einer geraden Linie, die den Apex 42a des Umfangsvorsprungs 42 und den Schnittpunkt P0 in der Querschnittsansicht verbindet. Ein Verhältnis der Distanzen L0 und L1 erfüllt L0:L1 = 100:83 ± 5. Es ist bevorzugter, dass das Verhältnis L0 und L1 100:83 ± 2 erfüllt.
In der Querschnittsansicht ist die kürzeste Distanz zwischen der oberen Oberfläche 30 und dem mittleren Vorsprung 46 H2. Die Distanz H2 ist eine Länge einer geraden Linie, die den Apex 46a des mittleren Vorsprungs 46 und die obere Oberfläche 30 an der Mittellinie O in der Querschnittsansicht verbindet. Ein Verhältnis der Distanzen L0 und H2 erfüllt L0:H2 = 100:10 ± 8. Es ist bevorzugter, dass das Verhältnis der Distanzen L0 und H2 L0:H2 = 100:10 ± 2 erfüllt.
In der Querschnittsansicht ist die längste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem gekrümmten Abschnitt des äußeren Bodens 45 L2. Die Distanz L2 ist eine Länge einer geraden Linie, die einen Abschnitt des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45, der am weitesten von dem Schnittpunkt P0 weg ist (ein Apex 45a des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45), und den Schnittpunkt P0 in der Querschnittsansicht verbindet. Ein Verhältnis der Distanzen L0 und L2 erfüllt L0:L2 = 100:90 ± 5. Es ist bevorzugter, dass das Verhältnis der Distanzen L0 und L2 L0:L2 = 100:90 ± 2 erfüllt.
In der Querschnittsansicht ist eine Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Schnittpunkt P1 der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts 43 und der Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts 44 L3. Die Beziehung zwischen den Distanzen L1, L2 und L3 erfüllt L1 < L2 < L3.
Kraftstoffeinspritzung von Kraftstoffeinspritzdüse>
Die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 startet am Ende eines Kolbenkompressionsvorgangs. Die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 wird an einem Abschnitt des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45 nahe dem Umfangsvorsprung 42 durchgeführt, wenn der Kolben 12 an einem oberen Totpunkt ist. Die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 wird an einem Abschnitt des Neigungsabschnitts 43 nahe dem Umfangsvorsprung 42 aufgrund des Abstiegs des Kolbens 12 durchgeführt.
Wie in 8 gezeigt, wird die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 in Richtung der zweiten Verbrennungskammer 31B bei -15 bis 5 Grad nach dem oberen Totpunkt durchgeführt.
Wie in 9 gezeigt, wird die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 in Richtung des Umfangsvorsprungs 42 bei 0 bis 15 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 in Richtung des Apex 42a des Umfangsvorsprungs bei 8 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt.
Wie in 10 gezeigt, wird die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 in Richtung der ersten Verbrennungskammer 31A bei 5 bis 30 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt.
Hier wird eine Periode, nachdem die Einspritzung zu der zweiten Verbrennungskammer 31B startet, zuerst bis die Mitte des Kraftstoffstrahls den Apex 42a des Umfangsvorsprungs 42 erreicht, als eine „Erste-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung“ bezeichnet, und eine Periode, nachdem die Mitte des Kraftstoffstrahls den Apex 42a des Umfangsvorsprungs 42 erreicht, bis die Einspritzung endet, wird als eine „Spätere-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung“ bezeichnet.
Wie in 8 gezeigt, wird in der Erste-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung der Strahl des von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 eingespritzten Kraftstoffs in Richtung eines Abschnitts des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45 nahe dem Umfangsvorsprung 42 eingespritzt. Dann strömt der Kraftstoffstrahl in einer Pfeilrichtung entlang des gekrümmten Abschnitts 45 des äußeren Bodens und des Bodenabschnitts 40. Deshalb wird in der in der Erste-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung das Meiste des Kraftstoffs in die zweite Verbrennungskammer 31B bereitgestellt und brennt.
Wie in 10 gezeigt, wird in der Spätere-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung der Strahl des von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 eingespritzten Kraftstoffdüse 22 in Richtung eines Abschnitts des Neigungsabschnitts 43 nahe dem Umfangsvorsprung 42 eingespritzt. Dann strömt der Kraftstoffstrahl in einer Pfeilrichtung entlang des Neigungsabschnitts 43 und des Steigungsabschnitts 44. Deshalb wird in der in der Spätere-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung das Meiste des Kraftstoffs in die erste Verbrennungskammer 31A bereitgestellt und brennt.
Der Strahl wird dabei kontinuierlich von der Bereitstellungsstufe an die zweite Verbrennungskammer 31B ausgestoßen.
<Betrieblicher Effekt>
Wie oben beschrieben, enthält der Kolben 12 der vorliegenden Ausführungsform, der ein Kolben 12 für einen Dieselmotor ist, der eine Verbrennungskammer 31 aufweist, in der Kraftstoff direkt von einer Kraftstoffeinspritzdüse 22 eingespritzt wird: einen Bodenabschnitt 40, der einen tiefsten Verbrennungskammerboden 40a in der Verbrennungskammer 31 aufweist; einen Umfangsvorsprung 42, der um einen gesamten Umfang einer Umfangswand 41 zwischen dem Bodenabschnitt 40 und einer oberen Oberfläche 30 des Kolbens 12 vorgesehen ist und in Richtung eines Schnittpunkts P0 einer Mittellinie O des Kolbens 12 und der oberen Oberfläche 30 in einer Querschnittsansicht, die die Mittellinie O enthält, vorgesehen ist; einen Neigungsabschnitt 43, der sich näher zu der oberen Oberfläche 30 in Richtung einer Außenseite in einer radialen Richtung von dem Umfangsvorsprung 42 neigt; und einen Steigungsabschnitt 44, der von dem Neigungsabschnitt 43 in Richtung der oberen Oberfläche 30 steigt. Die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 wird an einem Abschnitt des Neigungsabschnitts 43 nahe dem Umfangsvorsprung 42 aufgrund des Abstiegs des Kolbens 12 durchgeführt. In der Querschnittsansicht sind, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der Mittellinie O und dem Steigungsabschnitt 44 L0 ist, eine Distanz zwischen einem Schnittpunkt P1 einer Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts 43 und einer Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts 44 und der oberen Oberfläche 30 H1 ist, eine kürzeste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Umfangsvorsprung 42 L1 ist, und ein zwischen einer geraden Linie senkrecht zu der Mittellinie O und der Verlängerungslinie und der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts 43 gebildeter Winkel A1 ist, die folgenden Bedingungen (1) und (2) erfüllt.

(1) Wenn L0 100 ist, L0:H1:L1 = 100:9 ± 5:83±5
(2) 20 Grad ≤ A1 ≤ 40 Grad

Wie in 11 gezeigt, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 an einem Abschnitt des Neigungsabschnitts 43 nahe dem Umfangsvorsprung 42 durch Absenken des Kolbens 12 durchgeführt, und daher werden in der Verbrennungskammer 31 Direktstrahl E1 in Richtung eines Abschnitts des Neigungsabschnitts 43 nahe dem Umfangsvorsprung 42 und aufgerollter Strahl E2, der sich entlang des Neigungsabschnitts 43 und des Steigungsabschnitts 44 aufrollt, gebildet. Die obigen Bedingungen (1) und (2) sind erfüllt, wird eine passende Distanz zwischen dem Direktstrahl E1 und dem aufgerollten Strahl E2 vorgesehen. Die Interferenz zwischen dem Direktstrahl E1 und dem aufgerollten Strahl E2 wird also gedrosselt. Im Ergebnis kann Luft passend eingelassen werden, und daher wird die Verbrennungsgeschwindigkeit verbessert. Deshalb ist es möglich, die Erzeugung des schwarzen Rauchs zu reduzieren und die Kraftstoffverbrauchsrate zu reduzieren.
Weiterhin enthält in der vorliegenden Ausführungsform der Dieselmotor 1 einen Zylinder 14 und den oben erwähnten Kolben, der vorgesehen ist, um in einer axialen Richtung des Zylinders 14 beweglich zu sein. Der Kolben 12 weist eine obere Oberfläche 30 auf, die einer unteren Oberfläche eines Zylinderkopfs 11 zugewandt ist. In diesem Fall schreitet der aufgerollte Strahl E2 voran, um in einer radial einwärtigen Richtung und einer Zylinderrichtung (radial auswärtige Richtung) des Zylinders 14 entlang der unteren Oberfläche des Zylinderkopfs 11 geteilt zu werden. Der Steigungsabschnitt 44 erlaubt es also dem aufgerollten Strahl E2 in einem breiten Bereich voranzuschreiten. Deshalb ist es möglich, die Luft effektiv zu benutzen, die Erzeugung des schwarzen Rauchs weiter zu reduzieren und die Kraftstoffverbrauchsrate weiter zu reduzieren.
Weiterhin kann in der vorliegenden Ausführungsform, wenn L0:L1 = 100:83 ± 5 erfüllt ist, der Neigungsabschnitt 43 mit einer passenden Länge erhalten werden. Im Ergebnis behält, wie in 12 gezeigt, der zu dem Abschnitt des Neigungsabschnitts 43 nahe dem Umfangsvorsprung 42 aufgrund des Abstiegs des Kolbens 12 eingespritzte Strahl eine Drehung in Richtung der oberen Oberfläche 30 (aufwärts). Es ist also möglich, zu verhindern, dass sich der Strahl in Richtung des Bodenabschnitts 40 (abwärts) dreht, und zu verhindern, dass Kraftstoff zu einem Raum geführt wird, in dem die verbleibende Menge an Sauerstoff bereits klein ist. Deshalb ist es möglich die Verbrennungseffizienz zu verbessern und die Erzeugung des schwarzen Rauchs weiterhin zu reduzieren.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in der Querschnittsansicht, wenn ein zwischen einer geraden Linie parallel zu der Mittellinie O und der Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts 44 gebildeter Winkel A2 ist, Drehung im Uhrzeigersinn bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie O ein positiver Winkel und Drehung gegen den Uhrzeigersinn bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie O ist ein negativer Winkel, ist -10 Grad ≤ A2 ≤ 10 Grad erfüllt.
Deshalb ist es, wie in 11 gezeigt, möglich zu verhindern, dass der Kraftstoffstrahl in großer Menge in einer radialen Mittenrichtung K1 zurückgekehrt wird, verglichen mit dem Fall von A2 ≤ -10 Grad. Im Ergebnis ist es möglich eine Zunahme in dem schwarzen Rauch zu drosseln und eine Zunahme in der Kraftstoffverbrauchsrate aufgrund von durch die Interferenz zwischen dem Kraftstoffstrahl und dem Umkehrstrahl verursachten Luftmangel zu drosseln.
Zusätzlich ist es möglich, den Fortschritt einer großen Menge von Strahl in der Zylinderrichtung K2 (einer radial auswärtigen Richtung des Zylinders 14) verglichen mit dem Fall von A2 > 10 Grad zu drosseln. Im Ergebnis ist es möglich, unverbrannten Kraftstoff und Wärmeenergieverlust zu drosseln und eine Zunahme in der Kraftstoffverbrauchsrate zu drosseln.
In der vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin ein gekrümmter Abschnitt des äußeren Bodens 45, der den Bodenabschnitt 40 und den Umfangsvorsprung 42 verbindet und in Richtung einer Außenseite der Verbrennungskammer 31 bezüglich des Schnittpunkts P0 in der Querschnittsansicht gekrümmt ist, vorgesehen. Die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 wird an einem Abschnitt des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45 nahe dem Umfangsvorsprung 42 durchgeführt, wenn der Kolben an einem oberen Totpunkt ist. In der Querschnittsansicht ist, wenn eine längste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem gekrümmten Abschnitt des äußeren Bodens 45 L2 ist, und eine Distanz zwischen der oberen Oberfläche 30 und dem Verbrennungskammerboden 40a H0 ist, L0:L2:H0 = 100:90 ± 5:48 ± 5 erfüllt.
Deshalb werden, wie in 13 gezeigt, der Direktstrahl E1 in Richtung eines Abschnitts des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45 in Richtung des Umfangsvorsprungs 42, und der Umkehrstrahl E3, der entlang des gekrümmten Abschnitt des äußeren Bodens 45 und des Bodenabschnitts 40 umgekehrt wird, in der Verbrennungskammer 31 gebildet. In dem Fall der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn L0:L2:H0 = 100:90 ± 5:48 ± 5 erfüllt ist, eine passende Distanz zwischen dem Direktstrahl E1 und dem Umkehrstrahl E3 vorgesehen. Die Interferenz zwischen dem direkten Strahl E1 und dem Umkehrstrahl E2 wird gedrosselt. Im Ergebnis kann Luft in geeigneter Weise eingelassen werden, und daher wird die Verbrennungsgeschwindigkeit verbessert. Deshalb ist es möglich, die Erzeugung des schwarzen Rauchs weiter zu reduzieren und die Kraftstoffverbrauchsrate weiter zu reduzieren.
In der vorliegenden Ausführungsform sind weiterhin ein mittlerer Vorsprung 46, der in einer Mitte des Kolbens 12 in der radialen Richtung vorgesehen ist und von einer Seite des Bodenabschnitts 40 in Richtung der Kraftstoffeinspritzdüse 22 vorsteht; und ein gekrümmter Abschnitt des inneren Bodens 47, der den Bodenabschnitt 40 und den mittleren Vorsprung 46 verbindet und in der Querschnittsansicht gekrümmt ist, vorgesehen. In der Querschnittsansicht ist ein Krümmungsradius R1 des gekrümmten Abschnitts des inneren Bodens 47 größer als ein Krümmungsradius R2 des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45 (R1 > R2).
Deshalb ist es möglich, wie in 13 gezeigt, die Interferenz zwischen dem Direktstrahl E1 und dem Umkehrstrahl E3 zu drosseln, verglichen mit dem Fall, in dem der Krümmungsradius R1 des gekrümmten Abschnitts des inneren Bodens 47 gleich oder weniger als der Krümmungsradius R2 des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45 ist (R1 ≤ R2). Im Ergebnis kann Luft geeigneter eingelassen werden, und daher wird die Verbrennungsgeschwindigkeit weiter verbessert. Deshalb ist es möglich, die Erzeugung des schwarzen Rauchs weiter zu reduzieren und die Kraftstoffverbrennungsrate weiter zu reduzieren.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in der Querschnittsansicht, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der oberen Oberfläche 30 und dem mittleren Vorsprung 46 H2 ist, L0:H2 = 100:10 ± 8 erfüllt.
Deshalb ist es möglich, einen Bereich, der nicht so in der Verbrennung involviert ist, in passender Weise zu reduzieren. Deshalb trägt es zur Verbesserung der Verbrennungseffizienz bei.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in der Querschnittsansicht, wenn eine Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Schnittpunkt P1 der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts 43 und der Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts 44 L3 ist, L1 < L2 < L3 erfüllt.
Deshalb ist es möglich, wie in 11 gezeigt, zu verhindern, dass der Kraftstoffstrahl in großer Menge in der radialen Mittenrichtung K1 umgekehrt wird, verglichen mit dem Fall von L1 < L3 < L2. Im Ergebnis ist es möglich, eine Zunahme in dem schwarzen Rauch und eine Zunahme in der Kraftstoffverbrauchsrate aufgrund von durch die Interferenz zwischen dem Kraftstoffstrahl und dem Umkehrstrahl verursachten Luftmangel zu drosseln.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in der Querschnittsansicht die Verbrennungskammer 31 durch eine Linie geteilt, die den Schnittpunkt P0 und den Apex 42a des Umfangsvorsprungs 42 verbindet, und eine Seite der oberen Oberfläche 30 der geteilten Verbrennungskammer 31 ist eine erste Verbrennungskammer 31A, und eine Seite des Bodenabschnitts 40 der geteilten Verbrennungskammer 31 ist eine zweite Verbrennungskammer 31B. Die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 wird in Richtung der zweiten Verbrennungskammer 31B bei -15 bis 5 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt, wird in Richtung des Umfangsvorsprungs 42 bei 0 bis 15 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt, und wird in Richtung der ersten Verbrennungskammer 31A bei 5 bis 30 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt.
Gemäß dieser Konfiguration kann der Kraftstoff in den Raum eingespritzt werden, in dem das verbrannte Gas nicht vorliegt, indem der Kraftstoffstrahl in die zweite Verbrennungskammer 31B und die erste Verbrennungskammer 31A getrennt eingespritzt wird. Deshalb ist es möglich, die Kontaktmöglichkeit zwischen dem Kraftstoff und der Luft zu erhöhen und die Verbrennungsperiode zu kürzen. Deshalb ist es möglich, die Erzeugung des schwarzen Rauchs weiter zu reduzieren und die Kraftstoffverbrennungsrate weiterhin zu reduzieren.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn ein Volumen der ersten Verbrennungskammer 31A ein erstes Volumen V1 ist, und ein Volumen der zweiten Verbrennungskammer 31B ein zweites Volumen V2 ist, 45/55 ≤ V2/V1 ≤ 55/45 erfüllt.
Deshalb kann, wie in 13 gezeigt, die Interferenz zwischen dem Direktstrahl E1 und dem Umkehrstrahl E3 gedrosselt werden, und wie in 11 gezeigt, kann die Interferenz zwischen dem Direktstrahl E1 und dem aufgerollten Strahl E2 kann gedrosselt werden. Im Ergebnis ist es möglich, die Luft effektiv zu nutzen, die Erzeugung des schwarzen Rauchs weiter zu reduzieren und die Kraftstoffverbrauchsrate weiter zu reduzieren.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Außendurchmesser D des Kolbens 12 90 mm oder mehr.
Deshalb kann der Umfangsvorsprung 42 mit hoher Genauigkeit gebildet werden, verglichen mit dem Fall, in dem der Außendurchmesser D des Kolbens 12 weniger als 90 mm ist. Deshalb ist es möglich, den Kraftstoffstrahl geeignet an die Verbrennungskammern 31A und 31B mit dem Apex 42a des Umfangsvorsprungs 42 als eine Grenze durchzuführen.
<Andere Ausführungsformen>
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, in dem der Winkel A2 - 10 Grad ≤ A2 ≤ 10 Grad erfüllt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Winkel A2 weniger als -10 Grad sein. Beispielsweise kann der Winkel A2 10 Grad übersteigen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Verhältnis der Distanzen L0, L2 und H0 L0:L2:H0 = 100:90 ± 5:48 ± 5 erfüllt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Verhältnis der Distanzen L0, L2 und H0 außerhalb des obigen Bereichs eingestellt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem in der Querschnittsansicht der Krümmungsradius R1 des gekrümmten Abschnitts des inneren Bodens 47 größer ist als der Krümmungsradius R2 des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45 (R1 > R2), aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Krümmungsradius R1 des gekrümmten Abschnitts des inneren Bodens 47 gleich oder weniger als der Krümmungsradius R2 des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens 45 sein (R1 ≤ R2).
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Verhältnis der Distanzen L0 und H2 L0:H2 = 100:10 ± 8 erfüllt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Verhältnis der Distanzen L0 und H2 außerhalb des obigen Bereichs eingestellt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Verhältnis L1, L2 und L3 L1 < L2 < L3 erfüllt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen den Distanzen L1, L2 und L3 L1 < L3 < L2 erfüllen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 in Richtung der zweiten Verbrennungskammer 31B bei -15 bis 5 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt wird, in Richtung des Umfangsvorsprungs 42 bei 0 bis 15 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt wird und in Richtung der ersten Verbrennungskammer 31A bei 5 bis 30 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Zeitspanne der Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 22 gemäß den erforderlichen Spezifikationen geändert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Verhältnis zwischen dem ersten Volumen V1 und dem zweiten Volumen V2 45/55 ≤ V2/V1 ≤ 55/45 erfüllt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen dem ersten Volumen V1 und dem zweiten Volumen V2 außerhalb des obigen Bereichs eingestellt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem der Außendurchmesser D des Kolbens 12 90 mm oder mehr ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Außendurchmesser D des Kolbens 12 kleiner als 90 mm sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Kraftstoffeinspritzung in der Erste-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung und der Spätere-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung, die mit dem Apex 42a des Umfangsvorsprungs als eine Grenze durchgeführt wird, kontinuierlich ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann sogenannte Voreinspritzung oder Nacheinspritzung, bei denen die Erste-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung als eine erste Kraftstoffeinspritzung eingestellt wird, und die Spätere-Hälfte-Periode der Kraftstoffeinspritzung als eine zweite Kraftstoffeinspritzung eingestellt wird, die bezüglich der ersten Kraftstoffeinspritzung intermittierend durchgeführt wird, durchgeführt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Mitte des Kolbens 12, die Mitte der Verbrennungskammer 31 und die Einspritzposition der Kraftstoffeinspritzdüse 22 dieselbe sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Mitte der Verbrennungskammer 31 und die Einspritzposition der Kraftstoffeinspritzdüse 22 versetzt sein (exzentrisch) bezüglich der Mitte des Kolbens 12.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß der Motordrehzahl und der Motorlast gesteuert wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf der Grundlage von nur der Motordrehzahl oder nur der Motorlast gesteuert werden.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt, es ist möglich Hinzufügung, Weglassung und Ersatz von Konfigurationen und andere Änderungen vorzunehmen, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es ist auch möglich, die oben beschriebenen Ausführungsformen in geeigneter Weise zu kombinieren.
Bezugszeichenliste

1: Dieselmotor
12: Kolben
14: Zylinder
22: Kraftstoffeinspritzdüse
30: obere Oberfläche
31: Verbrennungskammer
31A: erste Verbrennungskammer
31B: zweite Verbrennungskammer
40: Bodenabschnitt
40a: Verbrennungskammerboden
41: Umfangswand
42: Umfangsvorsprung
42a: Apex des Umfangsvorsprungs
43: Neigungsabschnitt
44: Steigungsabschnitt
45: gekrümmter Abschnitt des äußeren Bodens
46: mittlerer Vorsprung
47: gekrümmter Abschnitt des inneren Bodens
A1: Winkel des Neigungsabschnitts (zwischen gerader Linie senkrecht zur Mittellinie und Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts in Querschnittsansicht gebildeter Winkel)
A2: Winkel des Steigungsabschnitts (zwischen gerader Linie parallel zur Mittellinie und Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts in Querschnittsansicht gebildeter Winkel)
D: Außendurchmesser des Kolbens
H0: Distanz zwischen oberer Oberfläche und Verbrennungskammerboden in Querschnittsansicht
H1: Distanz zwischen Schnittpunkt P1 und oberer Oberfläche in Querschnittsansicht (Distanz zwischen Schnittpunkt der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts und Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts und oberer Oberfläche in Querschnittsansicht)
H2: Kürzeste Distanz zwischen oberer Oberfläche und mittlerem Vorsprung in Querschnittsansicht
L0: Kürzeste Distanz zwischen Mittellinie und Steigungsabschnitt in Querschnittsansicht
L1: Kürzeste Distanz zwischen Schnittpunkt P0 und Umfangsvorsprung in Querschnittsansicht
L2: Längste Distanz zwischen Schnittpunkt P0 und gekrümmten Abschnitt des äußeren Bodens in Querschnittsansicht
L3: Distanz zwischen Schnittpunkt P0 und Schnittpunkt P1 in Querschnittsansicht
O: Mittellinie des Kolbens
P0: Schnittpunkt von Mittellinie und oberer Oberfläche in Querschnittsansicht
P1: Schnittpunkt der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts und Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts in Querschnittsansicht
R1: Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts des inneren Bodens in Querschnittsansicht
R2: Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens in Querschnittsansicht
V1: erstes Volumen
V2: zweites Volumen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020087389 [0001]
JP 2010101244 [0006]
JP 6241479 [0006]
JP 6519633 [0006]

Claims

Ein Kolben für einen Dieselmotor, der eine Verbrennungskammer aufweist, in der Kraftstoff direkt von einer Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt wird, umfassend: einen Bodenabschnitt, der einen tiefsten Verbrennungskammerboden in der Verbrennungskammer aufweist; einen Umfangsvorsprung, der um einen gesamten Umfang einer Umfangswand zwischen dem Bodenabschnitt und einer oberen Oberfläche des Kolbens vorgesehen ist und zu einem Schnittpunkt P0 einer Mittellinie des Kolbens und der oberen Oberfläche in einer Querschnittsansicht, die die Mittellinie enthält, vorsteht; einen Neigungsabschnitt, der sich näher zu der oberen Oberfläche in Richtung einer Außenseite in einer radialen Richtung von dem Umfangsvorsprung neigt; und einen Steigungsabschnitt, der von dem Neigungsabschnitt in Richtung der oberen Oberfläche steigt, wobei Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse an einem Abschnitt des Neigungsabschnitts nahe dem Umfangsvorsprung durch Absenken des Kolbens durchgeführt wird, und wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der Mittellinie und dem Steigungsabschnitt L0 ist, eine Distanz zwischen einem Schnittpunkt einer Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts und einer Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts und der oberen Oberfläche H1 ist, eine kürzeste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Umfangsvorsprung L1 ist, und ein zwischen einer geraden Linie senkrecht zu der Mittellinie und der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts gebildeter Winkel A1 ist, die folgenden Bedingungen (1) und (2) erfüllt sind: (1) wenn L0 100 ist, L0:H1:L1 = 100:9 ± 5:83±5 (2) 20 Grad ≤ A1 ≤ 40 Grad.
Der Kolben für einen Dieselmotor nach Anspruch 1, wobei, in der Querschnittsansicht, wenn ein zwischen einer geraden Linie parallel zu der Mittellinie und der Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts gebildeter Winkel A2 ist, Drehung im Uhrzeigersinn bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie ein positiver Winkel und Drehung gegen den Uhrzeigersinn bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie ein negativer Winkel ist, -10 Grad ≤ A2 ≤ 10 Grad erfüllt ist.
Der Kolben für einen Dieselmotor nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend einen gekrümmten Abschnitt eines äußeren Bodens, der den Bodenabschnitt und den Umfangsvorsprung verbindet und in Richtung einer Außenseite der Verbrennungskammer bezüglich des Schnittpunkts P0 in der Querschnittsansicht gekrümmt ist, wobei Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse an einem Abschnitt des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens nahe dem Umfangsvorsprung durchgeführt wird, wenn der Kolben an einem oberen Totpunkt ist, und wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine längste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem gekrümmten Abschnitt des äußeren Bodens L2 ist, und eine Distanz zwischen der oberen Oberfläche und dem Verbrennungskammerboden H0 ist, L0:L2:H0 = 100:90 ± 5:48 ± 5 erfüllt ist.
Der Kolben für einen Dieselmotor nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: einen mittleren Vorsprung, der in einer Mitte des Kolbens in der radialen Richtung vorgesehen ist und von einer Seite des Bodenabschnitts in Richtung der Kraftstoffeinspritzdüse vorsteht; und einen gekrümmten Abschnitt des inneren Bodens, der den Bodenabschnitt und den mittleren Vorsprung verbindet und in der Querschnittsansicht gekrümmt ist, wobei in der Querschnittsansicht ein Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts des inneren Bodens größer als ein Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens ist.
Der Kolben für einen Dieselmotor nach Anspruch 4, wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der oberen Oberfläche und dem mittleren Vorsprung H2 ist, L0:H2 = 100:10 ± 8 erfüllt ist.
Der Kolben für einen Dieselmotor nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Schnittpunkt P1 der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts und der Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts L3 ist, L1 < L2 < L3 erfüllt ist.
Der Kolben für einen Dieselmotor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn die Verbrennungskammer durch eine Linie geteilt wird, die den Schnittpunkt P0 und einen Apex des Umfangsvorsprungs in der Querschnittsansicht verbindet, eine Seite der oberen Oberfläche der geteilten Verbrennungskammer eine erste Verbrennungskammer ist, und eine Seite des Bodenabschnitts der geteilten Verbrennungskammer eine zweite Verbrennungskammer ist, Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse in Richtung der zweiten Verbrennungskammer bei -15 bis 5 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt wird, in Richtung des Umfangsvorsprungs bei 0 bis 15 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt wird, und in Richtung der ersten Verbrennungskammer bei 5 bis 30 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt wird.
Der Kolben für einen Dieselmotor nach Anspruch 7, wobei, wenn ein Volumen der ersten Verbrennungskammer ein erstes Volumen ist, und ein Volumen der zweiten Verbrennungskammer ein zweites Volumen V2 ist, 45/55 ≤ V2/V1 ≤ 55/45 erfüllt ist.
Der Kolben für einen Dieselmotor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Außendurchmesser des Kolbens 90 mm oder mehr ist.
Ein Dieselmotor, umfassend: einen Zylinder; und einen Kolben nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, der vorgesehen ist, um in einer axialen Richtung des Zylinders beweglich zu sein.