JP2008255934A - Fuel direct injection engine - Google Patents

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JP2008255934A JP2007100644A JP2007100644A JP2008255934A JP 2008255934 A JP2008255934 A JP 2008255934A JP 2007100644 A JP2007100644 A JP 2007100644A JP 2007100644 A JP2007100644 A JP 2007100644A JP 2008255934 A JP2008255934 A JP 2008255934A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformize a mixing state of fuel and air within a cavity, even if the magnitude of squish stream is nonuniform in circumferential direction in a fuel direct injection engine. <P>SOLUTION: In a cross-section where a squish stream flowing toward a cavity 25 from the outer periphery of a piston 13 is large because the width W2 of a squish area SA is large, and a squish clearance C2 is small, a collision angle α2 with which fuel injection axis Li2 collides with the cavity 25 is made large, and in a cross-section where squish stream is small because the width of squish area SA is small, and the squish clearance is large, a collision angle with which the fuel injection axis Li2 collides with the cavity 25 is made small. Thereby, because the tendency of the fuel outflow to the outside of the cavity 25 becomes weak in a cross-section where the squish stream is small, and the tendency of the fuel outflow to the outside of the cavity 25 becomes strong in a cross-section where the squish stream is large, a mixing state of fuel and air can be uniformized over the whole area of the cavity 25. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティと、前記キャビティ内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備える燃料直噴エンジンに関する。   The present invention relates to a piston whose top surface varies in the circumferential direction, a cavity recessed in the central portion of the piston, and a plurality of fuels oriented in a plurality of directions spaced in the circumferential direction in the cavity. The present invention relates to a direct fuel injection engine including a fuel injector that injects fuel along an injection axis.

一般的に燃料直噴ディーゼルエンジンのピストンの頂面は平坦に形成されているが、ピストンの頂面をペントルーフ状に突出させた燃料直噴ディーゼルエンジンが、下記特許文献1により公知である。   In general, the top surface of a piston of a direct fuel injection diesel engine is formed flat, but a direct fuel injection diesel engine in which the top surface of the piston protrudes in a pent roof shape is known from Patent Document 1 below.

ペントルーフ型のピストンの頂面にキャビティを凹設すると、キャビティの開口の高さが円周方向に変化する。従って、キャビティの底壁部の高さを円周方向に一定にすると、キャビティの周壁部の深さが円周方向に変化してしまい、フュエルインジェクタから噴射された燃料と空気との混合状態が円周方向に不均一になり、エンジンの出力が低下したり排気有害物質が増加したりする問題がある。   When the cavity is formed in the top surface of the pent roof type piston, the height of the opening of the cavity changes in the circumferential direction. Therefore, if the height of the bottom wall portion of the cavity is made constant in the circumferential direction, the depth of the circumferential wall portion of the cavity changes in the circumferential direction, and the mixed state of fuel and air injected from the fuel injector is changed. There is a problem that the engine becomes uneven in the circumferential direction, resulting in a decrease in engine output and an increase in exhaust harmful substances.

この問題を解決するために、特許文献1に記載されたものは、キャビティの底壁部の高さをキャビティの開口の高さの変化に追従するように変化させることで、キャビティの周壁部の深さを円周方向に一定にし、これによりキャビティにおける燃料と空気との混合状態が円周方向に均一になるようにしている。
特開昭62−255520号公報
In order to solve this problem, the technique described in Patent Document 1 changes the height of the bottom wall portion of the cavity so as to follow the change in the height of the opening of the cavity. The depth is made constant in the circumferential direction, so that the mixed state of fuel and air in the cavity is made uniform in the circumferential direction.
JP-A-62-255520

本出願人は、特願2006−175597号において、燃料と空気との混合状態をキャビティの円周方向に均一化すべく、フュエルインジェクタの燃料噴射点を通ってピストンの頂面に直交する任意の断面において、キャビティの断面形状を一致させたものを提案している。   In the Japanese Patent Application No. 2006-175597, the applicant of the present application is an arbitrary cross section orthogonal to the top surface of the piston through the fuel injection point of the fuel injector in order to make the mixed state of fuel and air uniform in the circumferential direction of the cavity. Proposes a cavity whose cross-sectional shape is matched.

しかしながら、キャビティの断面形状を上述のように一致させても、ペントルーフ型のピストンを備えたディーゼルエンジンではスキッシュ流の大きさが円周方向に不均一になり易いため、スキッシュ流の小さい部分で燃料がキャビティから流出したり、スキッシュ流の大きい部分で燃料がキャビティの底部に押し込められたりし、混合気の燃焼状態が悪化する可能性があった。   However, even if the cross-sectional shape of the cavity is matched as described above, the diesel engine with a pent roof type piston tends to have uneven squish flow in the circumferential direction. May flow out of the cavity, or fuel may be pushed into the bottom of the cavity at a large portion of the squish flow, which may deteriorate the combustion state of the air-fuel mixture.

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、燃料直噴エンジンにおいて、スキッシュ流の大きさが円周方向に不均一であっても、キャビティ内の燃料および空気の混合状態を均一化することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a direct fuel injection engine, even if the size of the squish flow is not uniform in the circumferential direction, the fuel and air mixing state in the cavity is made uniform. For the purpose.

上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティと、前記キャビティ内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備える燃料直噴エンジンにおいて、スキッシュ流の大きさが円周方向に変化し、スキッシュ流が小さい方向を指向する第1燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第1衝突角よりも、スキッシュ流が大きい方向を指向する第2燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第2衝突角が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。   In order to achieve the above object, according to the invention described in claim 1, a piston whose top surface changes in the circumferential direction, a cavity recessed in the center of the piston, and the cavity In a direct fuel injection engine having a fuel injector that injects fuel along a plurality of fuel injection shafts oriented in a plurality of directions that are spaced apart in the circumferential direction, the size of the squish flow changes in the circumferential direction, A second collision angle at which a second fuel injection shaft directed in a direction with a large squish flow collides with the cavity is larger than a first collision angle at which a first fuel injection shaft directed in a small flow direction collides with the cavity. There is proposed a direct fuel injection engine characterized in that it is set as follows.

また請求項2に記載された発明によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティと、前記キャビティ内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備える燃料直噴エンジンにおいて、スキッシュエリアが円周方向に変化し、前記スキッシュエリアが小さい方向を指向する第1燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第1衝突角よりも、前記スキッシュエリアが大きい方向を指向する第2燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第2衝突角が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。   According to the invention described in claim 2, the piston whose height of the top surface changes in the circumferential direction, the cavity recessed in the central portion of the piston, and the circumferential direction in the cavity are separated from each other. In a fuel direct injection engine comprising a fuel injector that injects fuel along a plurality of fuel injection axes directed in a plurality of directions, a squish area changes in a circumferential direction, and the squish area is oriented in a small direction. The second collision angle at which the second fuel injection shaft directed in the direction in which the squish area is larger is set to be larger than the first collision angle at which the fuel injection shaft collides with the cavity. A direct fuel injection engine is proposed.

また請求項3に記載された発明によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティと、前記キャビティ内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備える燃料直噴エンジンにおいて、スキッシュエリアの幅が円周方向に変化し、前記幅が小さい方向を指向する第1燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第1衝突角よりも、前記幅が大きい方向を指向する第2燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第2衝突角が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。   According to the invention described in claim 3, the piston whose top surface changes in the circumferential direction, the cavity recessed in the central portion of the piston, and the circumferential direction in the cavity are separated from each other. In a fuel direct injection engine comprising a fuel injector for injecting fuel along a plurality of fuel injection axes directed in a plurality of directions, the width of the squish area changes in the circumferential direction, and the first direction directs in the direction in which the width is small. The second collision angle at which the second fuel injection shaft, which is directed in the direction in which the width is larger, than the first collision angle at which one fuel injection shaft collides with the cavity, is set to be larger. A direct fuel injection engine is proposed.

また請求項4に記載された発明によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティと、前記キャビティ内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備える燃料直噴エンジンにおいて、スキッシュエリアの稜線長さが円周方向に変化し、前記稜線長さが小さい方向を指向する第1燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第1衝突角よりも、前記稜線長さが大きい方向を指向する第2燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第2衝突角が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。   According to the invention described in claim 4, the piston whose top surface changes in the circumferential direction, the cavity recessed in the central portion of the piston, and the circumferential direction in the cavity are separated from each other. In a fuel direct injection engine comprising a fuel injector that injects fuel along a plurality of fuel injection axes directed in a plurality of directions, the ridge line length of the squish area changes in the circumferential direction, and the ridge line length is small The second collision angle at which the second fuel injection shaft, which is directed in the direction in which the ridge line length is larger, is larger than the first collision angle at which the first fuel injection shaft that is directed toward the cavity collides with the cavity. A direct fuel injection engine characterized by being set to be proposed.

また請求項5に記載された発明によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティと、前記キャビティ内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備える燃料直噴エンジンにおいて、スキッシュクリアランスが円周方向に変化し、前記スキッシュクリアランスが大きい方向を指向する第1燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第1衝突角よりも、前記スキッシュクリアランスが小さい方向を指向する第2燃料噴射軸が前記キャビティに衝突する第2衝突角が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。   According to the invention described in claim 5, the piston whose top surface changes in the circumferential direction, the cavity recessed in the central portion of the piston, and the circumferential direction in the cavity are separated from each other. In a fuel direct injection engine comprising a fuel injector that injects fuel along a plurality of fuel injection axes directed in a plurality of directions, a squish clearance changes in a circumferential direction, and a first direction in which the squish clearance is large is directed. The second collision angle at which the second fuel injection shaft directed in the direction in which the squish clearance is smaller than the first collision angle at which the fuel injection shaft collides with the cavity is set to be larger. A direct fuel injection engine is proposed.

また請求項6に記載された発明によれば、請求項1〜請求項5の何れか1項の構成に加えて、前記第2衝突角が90°以上であることを特徴とする、請求項1に記載の燃料直噴エンジンが提案される。   According to the invention described in claim 6, in addition to the structure of any one of claims 1 to 5, the second collision angle is 90 ° or more. 1 is proposed.

また請求項7に記載された発明によれば、請求項1〜請求項6の何れか1項の構成に加えて、n番目の燃料噴射軸を通る前記キャビティの断面を燃料噴射断面Snとし、前記燃料噴射断面Snと前記キャビティの開口周縁との交点を第1特定点Anとし、前記第1特定点Anを通りかつ前記燃料噴射断面Snにおけるシリンダヘッドの下面と平行な線上には第2特定点Bnが存在し、前記燃料噴射断面Snにおける前記キャビティの底壁部上には第3特定点Cnが存在し、前記第2特定点Bnは前記第1特定点Anよりもピストン中心軸に近い位置にあり、前記第3特定点Cnは前記キャビティの底壁部の最大外径位置よりもピストン中心軸に近い位置にあり、前記第1,2特定点An,Bnを前記燃料噴射断面Snにおける前記シリンダヘッドの下面に沿う線で結ぶ経路AnBnと、前記第1、第3定点An,Cnを前記燃料噴射断面Snにおける前記キャビティの壁面に沿って結ぶ経路AnCnと、前記第2、第3特定点Bn,Cnを最短直線で結ぶ経路BnCnとで囲まれる断面形状が、各燃料噴射断面Snにおいて略等しいことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。   According to the invention described in claim 7, in addition to the configuration of any one of claims 1 to 6, the cross section of the cavity passing through the nth fuel injection shaft is defined as a fuel injection cross section Sn, The intersection of the fuel injection cross section Sn and the peripheral edge of the opening of the cavity is defined as a first specific point An, and a second specific point is formed on a line passing through the first specific point An and parallel to the lower surface of the cylinder head in the fuel injection cross section Sn. A point Bn exists, a third specific point Cn exists on the bottom wall portion of the cavity in the fuel injection cross section Sn, and the second specific point Bn is closer to the piston center axis than the first specific point An. The third specific point Cn is located closer to the piston center axis than the maximum outer diameter position of the bottom wall portion of the cavity, and the first and second specific points An and Bn are in the fuel injection cross section Sn. To the cylinder A path AnBn connected by a line along the lower surface of the door, a path AnCn connecting the first and third fixed points An and Cn along the wall surface of the cavity in the fuel injection cross section Sn, and the second and third specific points Bn. , Cn and a path BnCn connecting the shortest straight lines have a cross-sectional shape substantially equal in each fuel injection cross-section Sn.

また請求項8に記載された発明によれば、請求項1〜請求項7の何れか1項の構成に加えて、前記フュエルインジェクタが噴射した燃料は前記ピストンの上死点以前に前記キャビティに衝突することを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。   According to the invention described in claim 8, in addition to the structure of any one of claims 1 to 7, the fuel injected by the fuel injector is allowed to enter the cavity before the top dead center of the piston. A fuel direct injection engine characterized by collision is proposed.

請求項1の構成によれば、ピストンの外周部からキャビティに向かって流れるスキッシュ流の大きさが円周方向に変化しても、スキッシュ流が小さい方向で第1衝突角が小さくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が弱くなり、スキッシュ流が大きい方向で第2衝突角が大きくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が強くなるため、スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化することができる。   According to the configuration of the first aspect, even if the size of the squish flow that flows from the outer peripheral portion of the piston toward the cavity changes in the circumferential direction, the first collision angle decreases in the direction in which the squish flow is small and the fuel is generated. The tendency to flow out of the cavity is weakened, and the second collision angle increases in the direction in which the squish flow is large, and the tendency for fuel to flow out of the cavity is strong. Thus, the mixed state of fuel and air can be made uniform.

また請求項2の構成によれば、スキッシュエリアが円周方向に変化するためにピストンの外周部からキャビティに向かって流れるスキッシュ流の大きさが円周方向に変化しても、スキッシュ流が小さい方向(即ちスキッシュエリアが小さい方向)で第1衝突角が小さくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が弱くなり、スキッシュ流が大きい方向(即ちスキッシュエリアが大きい方向)で第2衝突角が大きくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が強くなるため、スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化することができる。   According to the second aspect of the present invention, since the squish area changes in the circumferential direction, the squish flow is small even if the size of the squish flow that flows from the outer periphery of the piston toward the cavity changes in the circumferential direction. The first collision angle becomes smaller in the direction (ie, the direction where the squish area is smaller) and the tendency of the fuel to flow out of the cavity becomes weaker. The second collision angle becomes smaller in the direction where the squish flow is larger (ie, where the squish area is larger). Since the fuel tends to flow out to the outside of the cavity with increasing size, the mixed state of fuel and air can be made uniform over the entire cavity regardless of the size of the squish flow.

また請求項3の構成によれば、スキッシュエリアの幅が円周方向に変化するためにピストンの外周部からキャビティに向かって流れるスキッシュ流の大きさが円周方向に変化しても、スキッシュ流が小さい方向(即ちスキッシュエリアの幅が小さい方向)で第1衝突角が小さくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が弱くなり、スキッシュ流が大きい方向(即ちスキッシュエリアの幅が大きい方向)で第2衝突角が大きくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が強くなるため、スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化することができる。   According to the third aspect of the present invention, even if the size of the squish flow that flows from the outer periphery of the piston toward the cavity changes in the circumferential direction because the width of the squish area changes in the circumferential direction, In the direction in which the squish area is small (ie, the width of the squish area is small), the first collision angle is small and the tendency of the fuel to flow out of the cavity is weakened. Since the second collision angle becomes larger and the tendency of the fuel to flow out of the cavity becomes stronger, the mixed state of fuel and air can be made uniform over the entire cavity regardless of the size of the squish flow. .

また請求項4の構成によれば、スキッシュエリアの稜線長さが円周方向に変化するためにピストンの外周部からキャビティに向かって流れるスキッシュ流の大きさが円周方向に変化しても、スキッシュ流が小さい方向(即ちスキッシュエリアの稜線長さが小さい方向)で第1衝突角が小さくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が弱くなり、スキッシュ流が大きい方向(即ちスキッシュエリアの稜線長さが大きい方向)で第2衝突角が大きくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が強くなるため、スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化することができる。   Further, according to the configuration of claim 4, even if the size of the squish flow that flows from the outer periphery of the piston toward the cavity changes in the circumferential direction because the ridge line length of the squish area changes in the circumferential direction, In the direction where the squish flow is small (that is, the direction where the ridge line length of the squish area is small), the first collision angle becomes small and the tendency for the fuel to flow out of the cavity is weakened. The second collision angle increases in the direction where the length is large), and the tendency of the fuel to flow out of the cavity becomes stronger. Therefore, the mixed state of the fuel and air can be maintained over the entire cavity regardless of the size of the squish flow. It can be made uniform.

また請求項5の構成によれば、スキッシュクリアランスが円周方向に変化するためにピストンの外周部からキャビティに向かって流れるスキッシュ流の大きさが円周方向に変化しても、スキッシュ流が小さい方向(即ちスキッシュクリアランスが大きい方向)で第1衝突角が小さくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が弱くなり、スキッシュ流が大きい方向(即ちスキッシュクリアランスが小さい方向)で第2衝突角が大きくなって燃料がキャビティの外部に流出する傾向が強くなるため、スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, since the squish clearance changes in the circumferential direction, the squish flow is small even if the size of the squish flow flowing from the outer periphery of the piston toward the cavity changes in the circumferential direction. The first collision angle becomes smaller in the direction (that is, the direction where the squish clearance is larger) and the tendency of the fuel to flow out of the cavity becomes weaker. Since the fuel tends to flow out to the outside of the cavity with increasing size, the mixed state of fuel and air can be made uniform over the entire cavity regardless of the size of the squish flow.

また請求項6の構成によれば、90°以上の第2衝突角でキャビティに衝突した燃料はキャビティの壁面に案内されて開口側に流れるため、燃料は大きいスキッシュ流に押し戻されることなくキャビティ内に均一に拡散することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the fuel that has collided with the cavity at the second collision angle of 90 ° or more is guided by the wall surface of the cavity and flows to the opening side. Can be diffused uniformly.

また請求項7の構成によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンの中央部に凹設されたキャビティ内に、ピストン中心軸上に配置したフュエルインジェクタから複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射する際に、n番目の燃料噴射軸を通るキャビティの断面を燃料噴射断面Snとし、その燃料噴射断面Sn上で第1〜第3特定点An,Bn,Cnにより規定されるキャビティの断面形状を各燃料噴射断面Snにおいて略等しくなるように設定したので、各燃料噴射断面Snにおける燃料および空気の混合状態を均一化してエンジンの出力向上および排気有害物質の低減を図ることができる。またピストンの頂面が傾斜した部分におけるキャビティの開口縁が鋭角化しないため、耐熱応力面でも優位となる。   According to the configuration of claim 7, a plurality of fuel injection shafts from a fuel injector disposed on the piston central axis in a cavity recessed in the central portion of the piston whose top surface changes in the circumferential direction. , The cross section of the cavity passing through the nth fuel injection axis is defined as the fuel injection cross section Sn, and is defined by the first to third specific points An, Bn, Cn on the fuel injection cross section Sn. Since the cross-sectional shape of each cavity is set to be substantially equal in each fuel injection cross section Sn, the mixed state of fuel and air in each fuel injection cross section Sn is made uniform to improve engine output and reduce exhaust harmful substances. Can do. Further, since the opening edge of the cavity in the portion where the top surface of the piston is inclined is not sharpened, the heat stress surface is also superior.

また請求項8の構成によれば、フュエルインジェクタが噴射した燃料がピストンの上死点以前にキャビティに衝突するので、スキッシュ流が発生するタイミングに合わせて燃料をキャビティに衝突させ、キャビティの外部に流出しようとする燃料をスキッシュ流で効果的に封じ込めることができる。   According to the eighth aspect of the invention, since the fuel injected by the fuel injector collides with the cavity before the top dead center of the piston, the fuel collides with the cavity at the timing when the squish flow is generated, The fuel to be spilled can be effectively contained in the squish flow.

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1〜図9は本発明の実施の形態を示すもので、図1はディーゼルエンジンの要部縦断面図、図2は図1の2−2線矢視図、図3は図1の3−3線矢視図、図4はピストンの上部斜視図、図5は図3の5−5線断面図、図6は図3の6−6線断面図、図7は図3の7−7線断面図、図8は燃料噴射軸の方向を円周方向に変化させたときの、燃料噴射軸の左右各30°の範囲のキャビティ容積の変化率を示すグラフ、図9は第1、第2衝突角による煤発生量の変化を示す図である。   1 to 9 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part of a diesel engine, FIG. 2 is a view taken along line 2-2 in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a top perspective view of the piston, FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 3, FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-6 in FIG. 3, and FIG. FIG. 8 is a graph showing the rate of change of the cavity volume in the range of 30 ° to the left and right of the fuel injection shaft when the direction of the fuel injection shaft is changed in the circumferential direction. It is a figure which shows the change of the wrinkle generation amount by a 2nd collision angle.

図1〜図3に示すように、燃料直噴型のディーゼルエンジンは、シリンダブロック11に形成されたシリンダ12に摺動自在に嵌合するピストン13を備えており、ピストン13はピストンピン14およびコネクティングロッド15を介して図示せぬクランクシャフトに接続される。シリンダブロック11の上面に結合されるシリンダヘッド16の下面に、ピストン13の頂面に対向する2個の吸気バルブ孔17,17と、2個の排気バルブ孔18,18とが開口しており、吸気バルブ孔17,17に吸気ポ−ト19が連通し、排気バルブ孔18,18に排気ポート20が連通する。吸気バルブ孔17,17は吸気バルブ21,21で開閉され、排気バルブ孔18,18は排気バルブ22,22で開閉される。ピストン中心軸Lp上に位置するようにフュエルインジェクタ23が設けられるとともに、フュエルインジェクタ23に隣接するようにグロープラグ24が設けられる。   As shown in FIGS. 1 to 3, the direct fuel injection type diesel engine includes a piston 13 slidably fitted into a cylinder 12 formed in a cylinder block 11, and the piston 13 includes a piston pin 14 and a piston 13. It is connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod 15. Two intake valve holes 17, 17 facing the top surface of the piston 13 and two exhaust valve holes 18, 18 are opened on the lower surface of the cylinder head 16 coupled to the upper surface of the cylinder block 11. The intake port 19 communicates with the intake valve holes 17, 17, and the exhaust port 20 communicates with the exhaust valve holes 18, 18. The intake valve holes 17 and 17 are opened and closed by intake valves 21 and 21, and the exhaust valve holes 18 and 18 are opened and closed by exhaust valves 22 and 22. A fuel injector 23 is provided so as to be positioned on the piston central axis Lp, and a glow plug 24 is provided adjacent to the fuel injector 23.

図1および図4から明らかなように、ピストン13の頂面と、そこに対向するシリンダヘッド16の下面とは平坦ではなく断面三角形のペントルーフ状に傾斜しており、この形状により、吸気ポ−ト19および排気ポート20の湾曲度を小さくするとともに吸気バルブ孔17,17および排気バルブ孔18,18の直径を確保し、吸気効率および排気効率を高めることができる。   As apparent from FIGS. 1 and 4, the top surface of the piston 13 and the lower surface of the cylinder head 16 facing the piston 13 are not flat but inclined in a pent roof shape having a triangular cross section. As a result, the intake valve holes 17 and 17 and the exhaust valve holes 18 and 18 can be ensured in diameter and the intake efficiency and exhaust efficiency can be increased.

ピストン13の頂面には、ピストン中心軸Lpを中心とするキャビティ25が凹設される。キャビティ25の径方向外側には、ピストンピン14と平行に直線状に延びる頂部13a,13aから吸気側および排気側に向かって下向きに傾斜する一対の傾斜面13b,13bと、傾斜面13b,13bの下端近傍に形成されてピストン中心軸Lpに直交する一対の平坦面13c,13cと、頂部13a,13aの両端を平坦に切り欠いた一対の切欠き部13d,13dとが形成される。   A cavity 25 centered on the piston center axis Lp is recessed in the top surface of the piston 13. On the radially outer side of the cavity 25, a pair of inclined surfaces 13 b, 13 b that incline downward from the top portions 13 a, 13 a extending linearly in parallel with the piston pin 14 toward the intake side and the exhaust side, and inclined surfaces 13 b, 13 b A pair of flat surfaces 13c, 13c that are formed in the vicinity of the lower end of the cylinder and orthogonal to the piston center axis Lp, and a pair of cutout portions 13d, 13d in which both ends of the top portions 13a, 13a are cut out flat are formed.

ピストン中心軸Lpに沿って配置されたフュエルインジェクタ23は、ピストン中心軸Lp上の仮想的な点である燃料噴射点Oinjを中心として円周方向に60°間隔で離間する6つの方向に燃料を噴射する。6本の燃料噴射軸のうちの2本の第1燃料噴射軸Li1は、ピストン中心軸Lp方向に見てピストンピン14と重なっており、他の4本の第2燃料噴射軸Li2は、ピストンピン14の方向に対して60°の角度で交差している。またピストン中心軸Lpに直交する方向に見て、6本の第1、第2燃料噴射軸Li1,Li2は斜め下向きに傾斜しており、その下向きの度合いは第1燃料噴射軸Li1については小さく、第2燃料噴射軸Li2については大きくなっている(図6および図7参照)。   The fuel injectors 23 arranged along the piston center axis Lp send fuel in six directions spaced at 60 ° intervals in the circumferential direction around a fuel injection point Oinj, which is a virtual point on the piston center axis Lp. Spray. Of the six fuel injection shafts, two first fuel injection shafts Li1 overlap with the piston pin 14 when viewed in the direction of the piston center axis Lp, and the other four second fuel injection shafts Li2 It intersects with the direction of the pin 14 at an angle of 60 °. Further, the six first and second fuel injection shafts Li1 and Li2 are inclined obliquely downward as viewed in a direction perpendicular to the piston center axis Lp, and the downward degree is small for the first fuel injection shaft Li1. The second fuel injection shaft Li2 is large (see FIGS. 6 and 7).

尚、フュエルインジェクタ23が実際に燃料を噴射する噴射点はピストン中心軸Lpから径方向外側に僅かにずれているが、前記燃料噴射点Oinjは前記第1、第2燃料噴射軸Li1,Li2がピストン中心軸Lpと交差する点として定義される。   The fuel injection point at which the fuel injector 23 actually injects fuel is slightly shifted radially outward from the piston center axis Lp, but the fuel injection point Oinj is determined by the first and second fuel injection shafts Li1 and Li2. It is defined as a point that intersects the piston center axis Lp.

次に、図5〜図7を参照してキャビティ25の断面形状を詳述する。図5はピストンピン14に対して直交する方向の断面であり、図6はピストンピン14に対して60°で交差する方向の断面(第2燃料噴射軸Li2を含む断面)であり、図7はピストンピン14に沿う方向の断面(第1燃料噴射軸Li1を含む断面)である。   Next, the cross-sectional shape of the cavity 25 will be described in detail with reference to FIGS. 5 is a cross section in a direction orthogonal to the piston pin 14, and FIG. 6 is a cross section in a direction crossing the piston pin 14 at 60 ° (cross section including the second fuel injection axis Li2). Is a cross section in the direction along the piston pin 14 (cross section including the first fuel injection axis Li1).

ここで重要なことは、図5〜図7の断面は、何れも燃料噴射点Oinjを通ってピストン13の頂面に直交する方向の断面であるということである。図5のピストンピン14直角方向の断面と、図7のピストンピン14方向の断面とは、その切断面がピストン13の頂面と直交し、かつピストン中心軸Lpを含んでいる。それに対し、図6のピストンピン14に対して60°で交差する方向の断面は、第2燃料噴射軸Li2を通り、かつピストン13の頂面(つまり傾斜面13b,13b)に直交しており、ピストン中心軸Lpを含まない断面となっている。即ち、図3において、5−5線に沿う切断面と7−7線に沿う切断面とは紙面に直交しているが、6−6線に沿う切断面は紙面に直交しておらず、ピストン13の傾斜面13b,13bに直交している。   What is important here is that all of the cross sections in FIGS. 5 to 7 are cross sections in a direction perpendicular to the top surface of the piston 13 through the fuel injection point Oinj. The cross section in the direction perpendicular to the piston pin 14 in FIG. 5 and the cross section in the direction of the piston pin 14 in FIG. 7 have their cut surfaces orthogonal to the top surface of the piston 13 and include the piston central axis Lp. On the other hand, the cross section in the direction intersecting with the piston pin 14 of FIG. 6 at 60 ° passes through the second fuel injection axis Li2 and is orthogonal to the top surface of the piston 13 (that is, the inclined surfaces 13b and 13b). The cross section does not include the piston center axis Lp. That is, in FIG. 3, the cut surface along line 5-5 and the cut surface along line 7-7 are orthogonal to the paper surface, but the cut surface along line 6-6 is not orthogonal to the paper surface, The piston 13 is orthogonal to the inclined surfaces 13b and 13b.

本実施の形態の一つの特徴は、燃料噴射点Oinjを通ってピストン13の頂面に直交する任意の断面において、キャビティ25の形状が略一致していることである。キャビティ25の断面形状は燃料噴射点Oinjを挟んで左右二つの部分に分かれており、その二つの部分は図7のピストンピン14方向の断面では概ね直線状に繋がっているが、図5のピストンピン14直角方向の断面と、図6のピストンピン14に対して60°で交差する方向の断面とでは、ピストン13のペントルーフ形状に応じて山型に繋がっている。しかしながら、キャビティ25の断面形状の主要部、つまり図5〜図7に網かけをして示す部分の形状は完全に一致している。   One feature of the present embodiment is that the shape of the cavity 25 substantially matches in any cross section that passes through the fuel injection point Oinj and is orthogonal to the top surface of the piston 13. The cross-sectional shape of the cavity 25 is divided into two parts on the left and right with the fuel injection point Oinj in between. The two parts are connected in a straight line in the cross section in the direction of the piston pin 14 in FIG. A cross section in a direction perpendicular to the pin 14 and a cross section in a direction intersecting with the piston pin 14 of FIG. 6 at 60 ° are connected in a mountain shape according to the pent roof shape of the piston 13. However, the main portion of the cross-sectional shape of the cavity 25, that is, the shape of the portion shown by shading in FIGS.

図5〜図7から明らかなように、ピストン中心軸Lpを中心として形成されたキャビティ25は、ピストン13の頂面から下向きに直線状に延びる周壁部25aと、周壁部25aの下端からピストン中心軸Lpに向かってコンケーブ状に湾曲する曲壁部25bと、曲壁部25bの径方向内端からピストン中心軸Lpに向かって斜め上方に直線状に延びる底壁部25cと、ピストン中心軸Lp上で底壁部25cの径方向内端に連なる頂部25dとで構成される。   As is apparent from FIGS. 5 to 7, the cavity 25 formed around the piston center axis Lp has a circumferential wall portion 25 a extending linearly downward from the top surface of the piston 13, and a piston center from the lower end of the circumferential wall portion 25 a. A curved wall portion 25b that curves in a concave shape toward the axis Lp, a bottom wall portion 25c that linearly extends obliquely upward from the radial inner end of the curved wall portion 25b toward the piston central axis Lp, and a piston central axis Lp The top portion 25d is continuous with the radially inner end of the bottom wall portion 25c.

キャビティ25に対向するシリンダヘッド16の下面を示す線L−R1,L−R2から下方に距離Haだけ離れて平行に延びるラインをピストン頂面基本線L−a1,L−a2とする。同様にシリンダヘッド16の下面を示す線L−R1,L−R2から下方に距離Hbcだけ離れて平行に延びる線をキャビティ底面基本線L−bc1,L−bc2とし、シリンダヘッド16の下面を示す線L−R1,L−R2から下方に距離Hdだけ離れて平行に延びる線をキャビティ頂部基本線L−d1,L−d2とする。   Lines extending downward and parallel to a distance Ha from lines L-R1 and L-R2 indicating the lower surface of the cylinder head 16 facing the cavity 25 are defined as piston top surface basic lines L-a1 and L-a2. Similarly, lines extending downward in parallel by a distance Hbc from the lines L-R1 and L-R2 indicating the lower surface of the cylinder head 16 are defined as cavity bottom surface basic lines L-bc1 and L-bc2, and the lower surface of the cylinder head 16 is illustrated. The lines extending downward in parallel from the lines L-R1 and L-R2 by a distance Hd are defined as cavity top basic lines L-d1 and L-d2.

燃料噴射点Oinjを中心とする半径Raの円弧と前記ピストン頂面基本線L−a1,L−a2との交点をa1,a2とする。同様に燃料噴射点Oinjを中心とする半径Rbの円弧と前記キャビティ底面基本線L−bc1,L−bc2との交点をb1,b2とし、燃料噴射点Oinjを中心とする半径Rcの円弧と前記キャビティ底面基本線L−bc1,L−bc2との交点をc1,c2とし、燃料噴射点Oinjを中心とする半径Rdの円弧と前記キャビティ頂部基本線L−d1,L−d2との交点をd1,d2とする。交点e1,e2は、前記交点d1,d2からピストン頂面基本線L−a1,L−a2に下ろした垂線が該ピストン頂面基本線L−a1,L−a2に交差する点である。   Intersection points between an arc having a radius Ra centered on the fuel injection point Oinj and the piston top surface basic lines L-a1, L-a2 are defined as a1, a2. Similarly, the intersections of the arc of radius Rb centered on the fuel injection point Oinj and the cavity bottom surface basic lines L-bc1, L-bc2 are b1, b2, the arc of radius Rc centered on the fuel injection point Oinj and the aforementioned The intersections of the cavity bottom basic lines L-bc1 and L-bc2 are c1 and c2, and the intersection of the arc of radius Rd centered on the fuel injection point Oinj and the cavity top basic lines Ld1 and Ld2 is d1. , D2. The intersections e1 and e2 are points where perpendiculars drawn from the intersections d1 and d2 to the piston top surface basic lines L-a1 and L-a2 intersect the piston top surface basic lines L-a1 and L-a2.

キャビティ25の周壁部25aは直線a1b1、a2b2の上にあり、キャビティ25の底壁部25cは直線c1d1、c2d2に一致し、キャビティ25の曲壁部25bは直線a1b1,a2b2および直線c1d1,c2d2を滑らかに接続する。   The peripheral wall portion 25a of the cavity 25 is above the straight lines a1b1 and a2b2, the bottom wall portion 25c of the cavity 25 is coincident with the straight lines c1d1 and c2d2, and the curved wall portion 25b of the cavity 25 is the straight line a1b1, a2b2 and the straight lines c1d1 and c2d2. Connect smoothly.

しかして、交点a1,c1,d1,e1あるいは交点a2,c2,d2,e2によって決まる網かけした断面形状が,燃料噴射点Oinjを通ってピストン13の頂面に直交する任意の断面において等しくなるように、キャビティ25の形状が設定される。   Thus, the shaded cross-sectional shape determined by the intersection points a1, c1, d1, e1 or the intersection points a2, c2, d2, e2 is equal in any cross section orthogonal to the top surface of the piston 13 through the fuel injection point Oinj. Thus, the shape of the cavity 25 is set.

前記交点a1,a2は本発明の第1特定点Anに対応し、前記交点e1,e2は本発明の第2特定点Bnに対応し、前記交点d1,d2は本発明の第3特定点Cnに対応するものである。   The intersection points a1 and a2 correspond to the first specific point An of the present invention, the intersection points e1 and e2 correspond to the second specific point Bn of the present invention, and the intersection points d1 and d2 correspond to the third specific point Cn of the present invention. It corresponds to.

図6および図7に示す第1、第2燃料噴射軸Li1,Li2を通る断面については、図7に示すピストンピン14方向の断面(燃料噴射断面S1)における網かけ部分と、図6に示すピストンピン14に対して60°で交差する方向の断面(燃料噴射断面S2)における網かけ部分とは同形になる。   6 and FIG. 7, the cross section passing through the first and second fuel injection shafts Li1 and Li2 is shown in FIG. 6 as a shaded portion in the cross section in the direction of the piston pin 14 (fuel injection cross section S1). The shaded portion in the cross section (fuel injection cross section S2) in the direction intersecting with the piston pin 14 at 60 ° has the same shape.

図7に示すピストンピン14方向の断面において、第1燃料噴射軸Li1がキャビティ25の壁面と交差する点を燃料衝突点P1とし、図6に示すピストンピン14に対して60°で交差する方向の断面において、第2燃料噴射軸Li2がキャビティ25の壁面と交差する点を燃料衝突点P2とする。二つの燃料衝突点P1,P2は、網かけした同一形状の燃料噴射断面S1,S2上の異なる位置に存在している。即ち、同一形状の燃料噴射断面S1,S2上において燃料衝突点P1に対応する位置はP2′であるが、実際の燃料衝突点P2はP2′よりも低い位置(キャビティ25の深い位置)に存在する。従って、燃料衝突点P1におけるキャビティ25の接線と第1燃料噴射軸Li1とが成す第1衝突角α1に比べて、燃料衝突点P2におけるキャビティ25の接線と第2燃料噴射軸Li2とが成す第2衝突角α2は大きくなる。実施の形態では第1、第2衝突角α1,α2は共に90°以上であるが、第1衝突角α1は90°未満であっても良く、第2衝突角α2は90°以上であることが望ましい。   In the cross section in the direction of the piston pin 14 shown in FIG. 7, the point where the first fuel injection axis Li1 intersects the wall surface of the cavity 25 is defined as the fuel collision point P1, and the direction intersecting the piston pin 14 shown in FIG. In the cross section, a point where the second fuel injection axis Li2 intersects the wall surface of the cavity 25 is defined as a fuel collision point P2. The two fuel collision points P1 and P2 exist at different positions on the shaded fuel injection cross sections S1 and S2 having the same shape. That is, the position corresponding to the fuel collision point P1 on the fuel injection cross sections S1 and S2 having the same shape is P2 ', but the actual fuel collision point P2 exists at a position lower than P2' (a position deep in the cavity 25). To do. Therefore, the tangent of the cavity 25 at the fuel collision point P2 and the second fuel injection axis Li2 are compared with the first collision angle α1 formed by the tangent of the cavity 25 at the fuel collision point P1 and the first fuel injection axis Li1. 2 Collision angle α2 increases. In the embodiment, the first and second collision angles α1 and α2 are both 90 ° or more, but the first collision angle α1 may be less than 90 °, and the second collision angle α2 is 90 ° or more. Is desirable.

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。   Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.

本実施の形態によれば、燃料噴射点Oinjを通ってピストン13の頂面に直交する任意の断面において、燃料噴射点Oinjの近傍のごく一部(交点e1,d1,d2,e2で囲まれた領域)を除いて、キャビティ25の断面形状が同一に形成されている。特に、第1、第2燃料噴射軸Li12,Li2を含む二つの断面(図6および図7参照)においてもキャビティ25の断面形状が同一に形成されるので、キャビティ25の各部における空気および燃料の混合状態を円周方向に均一化し、混合気の燃焼状態を改善してエンジン出力の増加および排気有害物質の低減を図ることができる。   According to the present embodiment, in an arbitrary cross section passing through the fuel injection point Oinj and orthogonal to the top surface of the piston 13, only a part of the vicinity of the fuel injection point Oinj (intersection points e1, d1, d2, e2 are surrounded). The cross-sectional shape of the cavity 25 is formed to be the same except for the other regions. In particular, since the cross-sectional shape of the cavity 25 is the same in two cross sections including the first and second fuel injection shafts Li12 and Li2 (see FIGS. 6 and 7), the air and fuel in each part of the cavity 25 are formed. The mixed state can be made uniform in the circumferential direction, and the combustion state of the air-fuel mixture can be improved to increase the engine output and reduce exhaust harmful substances.

また図5および図6に示すピストン13の頂面が傾斜する断面においても、キャビティ25の開口のエッジ(交点a2の部分)が成す角度が、図7に示すピストン13の頂面が平坦な場合に比べて鋭角化することがないため、その部分の熱負荷を軽減して耐熱性を高めることができる。   Also, in the cross section where the top surface of the piston 13 shown in FIGS. 5 and 6 is inclined, the angle formed by the edge of the opening of the cavity 25 (intersection point a2) is flat when the top surface of the piston 13 shown in FIG. 7 is flat. Therefore, the heat load of the portion can be reduced and the heat resistance can be improved.

また燃料噴射点Oinjを通るキャビティ25の断面のうち、燃料および空気の混合に大きな影響を与える断面は、ピストン中心軸Lpを含む断面ではなく、ピストン13の頂面に直交する断面である。なぜならば、キャビティ25内における燃料微粒子の円周方向の拡散はピストン13の頂面に沿う方向に発生し、その拡散方向に直交する断面がピストン13の頂面に直交する断面だからである。本実施の形態では、燃料噴射点Oinjを通ってピストン13の頂面に直交する任意の断面において、キャビティ25の形状を略一致させたことで、キャビティ25の各部における燃料および空気の混合状態をより一層均一化することができる。   Of the cross section of the cavity 25 passing through the fuel injection point Oinj, the cross section that greatly affects the mixing of fuel and air is not a cross section including the piston central axis Lp but a cross section orthogonal to the top surface of the piston 13. This is because the circumferential diffusion of the fuel fine particles in the cavity 25 occurs in the direction along the top surface of the piston 13, and the cross section orthogonal to the diffusion direction is a cross section orthogonal to the top surface of the piston 13. In the present embodiment, the shape of the cavity 25 is substantially matched in an arbitrary cross section passing through the fuel injection point Oinj and orthogonal to the top surface of the piston 13, so that the mixed state of the fuel and air in each part of the cavity 25 is changed. It can be made more uniform.

また交点d1,d2はキャビティ25の底壁部25cと頂部25dとの境界に位置するので、交点d1,d2および交点e1,e2をできるだけピストン中心軸Lpに接近させ、網かけした断面形状が各燃料噴射断面Snにおいて占める比率を高くし、キャビティ25の円周方向の各断面における燃料および空気の混合状態のばらつきを最小限に抑えることができる。   Since the intersection points d1 and d2 are located at the boundary between the bottom wall portion 25c and the top portion 25d of the cavity 25, the intersection points d1 and d2 and the intersection points e1 and e2 are made as close as possible to the piston center axis Lp. The ratio occupied in the fuel injection cross section Sn can be increased, and the variation in the mixed state of the fuel and air in each cross section in the circumferential direction of the cavity 25 can be minimized.

図8は、燃料噴射軸の方向をピストンピン14の方向を基準(0°)としてピストン中心軸Lpまわりに左右に各60°の範囲で移動させたとき、前記燃料噴射軸の左右各30°の範囲におけるキャビティ25の容積の変化率を示すものである。実線は燃料噴射点Oinjを通ってピストン13の頂面に直交する任意の断面におけるキャビティ25の断面形状を一致させた本実施の形態に対応し、破線は従来例(前記特許文献1に記載の発明)に対応する。同図から明らかなように、従来例では容積の変化率が20%を越えているのに対し、本実施の形態では容積の変化率が10%未満に抑えられていることが分かる。   FIG. 8 shows that when the direction of the fuel injection shaft is moved in the range of 60 ° to the left and right around the piston center axis Lp with the direction of the piston pin 14 as a reference (0 °), each 30 ° to the left and right of the fuel injection shaft. The rate of change of the volume of the cavity 25 in the range is shown. The solid line corresponds to the present embodiment in which the cross-sectional shape of the cavity 25 in an arbitrary cross-section orthogonal to the top surface of the piston 13 passes through the fuel injection point Oinj, and the broken line indicates the conventional example (described in Patent Document 1). Corresponding to the invention. As can be seen from the figure, the volume change rate exceeds 20% in the conventional example, whereas the volume change rate is suppressed to less than 10% in the present embodiment.

尚、本願発明では燃料噴射点Oinjを通ってピストン13の頂面に直交する任意の断面においてキャビティ25の形状を略一致させているが、キャビティ25の形状が略一致するとは、上述した容積の変化率が10%未満となるような僅かな形状の変化、例えば燃料噴射断面Snがピストン中心軸Lpを通る場合や、燃料噴射断面Snがピストン13の頂面と直交した状態から僅かに傾く場合を許容するものとして定義される。   In the present invention, the shape of the cavity 25 is substantially the same in an arbitrary cross section that passes through the fuel injection point Oinj and is orthogonal to the top surface of the piston 13. A slight change in shape such that the rate of change is less than 10%, for example, when the fuel injection cross section Sn passes through the piston center axis Lp, or when the fuel injection cross section Sn is slightly inclined from the state perpendicular to the top surface of the piston 13 Is defined as allowing.

ところで、圧縮行程でピストン13が上死点に接近すると、ピストン13のキャビティ25を囲む頂面とシリンダヘッド16の下面との間に形成される環状のスキッシュエリアSA(図5〜図7参照)の容積が減少することで、スキッシュエリアSAからキャビティ25に向かって径方向内向きに流れるスキッシュ流が発生する。本実施の形態では、ピストン13がペントルーフ状の頂面を備えていることで、スキッシュ流の大きさが円周方向に不均一になる。   By the way, when the piston 13 approaches the top dead center in the compression stroke, an annular squish area SA formed between the top surface surrounding the cavity 25 of the piston 13 and the lower surface of the cylinder head 16 (see FIGS. 5 to 7). As a result, the squish flow that flows radially inward from the squish area SA toward the cavity 25 is generated. In the present embodiment, since the piston 13 has a pent roof-like top surface, the size of the squish flow becomes uneven in the circumferential direction.

スキッシュ流の大きさはスキッシュエリアSAの形状に左右され、本実施の形態ではピストンピン14に沿う方向の断面(図7参照)でスキッシュ流が最も小さくなり、ピストンピン14に直交する方向の断面(図5参照)でスキッシュ流が最も大きくなる。よって第1燃料噴射軸Li1を含むピストンピン14に沿う断面(図7参照)でのスキッシュ流よりも、第2燃料噴射軸Li2を含むピストンピン14に対して60°で交差する方向の断面(図6参照)でのスキッシュ流の方が大きくなる。   The size of the squish flow depends on the shape of the squish area SA. In the present embodiment, the squish flow is the smallest in the cross section along the piston pin 14 (see FIG. 7), and the cross section in the direction perpendicular to the piston pin 14. (See FIG. 5), the squish flow becomes the largest. Therefore, a cross section in a direction intersecting at 60 ° with respect to the piston pin 14 including the second fuel injection axis Li2 rather than the squish flow in the cross section (see FIG. 7) along the piston pin 14 including the first fuel injection axis Li1. The squish flow in FIG. 6) becomes larger.

その理由は、図3から明らかなように、ピストン中心線Lp方向に見たキャビティ25の形状がピストンピン14の方向に長軸を一致させた楕円形状となるため、ピストンピン14に沿う方向の断面ではスキッシュエリアSAの幅W1が小さくなり、ピストンピン14に対して60°で交差する方向の断面ではスキッシュエリアSAの幅W2が大きくなるからである。   As apparent from FIG. 3, the reason is that the shape of the cavity 25 seen in the direction of the piston center line Lp is an elliptical shape with the major axis aligned with the direction of the piston pin 14. This is because the width W1 of the squish area SA is reduced in the cross section, and the width W2 of the squish area SA is increased in the cross section in the direction intersecting the piston pin 14 at 60 °.

このように、スキッシュ流の大きさは基本的にスキッシュエリアSAの径方向の幅W1,W2に依存するが、同様にスキッシュエリアSAの径方向の稜線長さに依存するとも言える。スキッシュエリアSAの径方向の稜線長さとは、断面となって示されるスキッシュエリアSAに沿う屈曲した折れ線の長さであり、その稜線長さが小さいほどスキッシュ流が小さくなり、その稜線長さが大きいほどスキッシュ流が大きくなる。   As described above, the size of the squish flow basically depends on the radial widths W1 and W2 of the squish area SA, but it can be said that it also depends on the ridge line length of the squish area SA in the radial direction. The ridge line length in the radial direction of the squish area SA is the length of a bent broken line along the squish area SA shown as a cross section, and the smaller the ridge line length, the smaller the squish flow becomes. The larger the squish flow becomes, the larger.

更に、スキッシュ流の大きさは、ピストン13の上死点におけるスキッシュエリアSAの厚さであるスキッシュクリアランスにも依存し、スキッシュクリアランスが小さいとスキッシュ流が大きくなり、スキッシュクリアランスが大きいとスキッシュ流が小さくなる。本実施の形態ではピストンピン14に沿う方向の断面(図7参照)ではスキッシュクリアランスC1が大きくなってスキッシュ流が小さくなり、ピストンピン14に対して60°で交差する方向の断面(図6参照)ではスキッシュクリアランスC2小さくなってスキッシュ流が大きくなる。   Further, the size of the squish flow also depends on the squish clearance, which is the thickness of the squish area SA at the top dead center of the piston 13, and the squish flow increases when the squish clearance is small, and the squish flow increases when the squish clearance is large. Get smaller. In the present embodiment, in the cross section in the direction along the piston pin 14 (see FIG. 7), the squish clearance C1 increases and the squish flow decreases, and the cross section in the direction intersecting the piston pin 14 at 60 ° (see FIG. 6). ), The squish clearance C2 decreases and the squish flow increases.

以上説明したように、スキッシュエリアSAの形状に応じてスキッシュ流の大きさが円周方向に不均一になると、フュエルインジェクタ23がキャビティ25の内部に均一に燃料を噴射しても、スキッシュ流が大きい部分では燃料がキャビティ25の底部に閉じ込められて均一に拡散せず、逆にスキッシュ流が小さい部分では燃料がキャビティ25の外部に流出してしまい、せっかく燃料噴射点Oinjを通ってピストン13の頂面に直交する任意の断面においてキャビティ25の断面形状を同一に形成しても、その利点を充分に活かしきれず、混合気の燃焼状態が悪化したり、排気有害物質が増加したり、煤が発生したりする可能性がある。   As described above, when the size of the squish flow becomes uneven in the circumferential direction according to the shape of the squish area SA, the squish flow is generated even if the fuel injector 23 uniformly injects fuel into the cavity 25. In the large part, the fuel is confined in the bottom of the cavity 25 and does not diffuse uniformly. Conversely, in the part where the squish flow is small, the fuel flows out of the cavity 25 and passes through the fuel injection point Oinj. Even if the cross-sectional shape of the cavity 25 is the same in any cross section orthogonal to the top surface, the advantages cannot be fully utilized, the combustion state of the air-fuel mixture deteriorates, the exhaust harmful substances increase, May occur.

しかしながら、本実施の形態によれば、スキッシュ流が小さい断面、つまり第1燃料噴射軸Li1を含むピストンピン14に沿う断面(図7参照)での第1衝突角α1が小さい(直角に近い)ので、キャビティ25に衝突した燃料はキャビティ25の壁面に跳ね返され、キャビティ25の壁面に沿って開口側に駆け上がる傾向が弱くなる。よってスキッシュ流が小さくても、燃料がキャビティ25の開口から外部に流出するのを阻止しながら、燃料をキャビティ25の内部で均一に拡散させることができる。   However, according to the present embodiment, the first collision angle α1 is small (close to a right angle) in a cross section with a small squish flow, that is, a cross section along the piston pin 14 including the first fuel injection axis Li1 (see FIG. 7). Therefore, the fuel that has collided with the cavity 25 is bounced back to the wall surface of the cavity 25, and the tendency to run up to the opening side along the wall surface of the cavity 25 becomes weak. Therefore, even if the squish flow is small, the fuel can be uniformly diffused inside the cavity 25 while preventing the fuel from flowing out from the opening of the cavity 25.

またスキッシュ流が大きい断面、つまり第2燃料噴射軸Li2を含むピストンピン14に対して60°で交差する方向の断面(図6参照)での第2衝突角α2が大きい(鈍角)ので、キャビティ25に衝突した燃料はキャビティ25の壁面に跳ね返されず、キャビティ25の壁面に沿って開口側に駆け上がる傾向が強くなる。よってスキッシュ流が大きくても、燃料がキャビティ25の開口から外部に流出するのを阻止しながら、燃料をキャビティ25の内部で均一に拡散させることができる。   Further, since the second collision angle α2 is large (obtuse angle) in a cross section where the squish flow is large, that is, a cross section in a direction intersecting with the piston pin 14 including the second fuel injection axis Li2 at 60 ° (see FIG. 6). The fuel that has collided with 25 is not rebounded to the wall surface of the cavity 25, and the tendency to run up to the opening side along the wall surface of the cavity 25 becomes strong. Therefore, even if the squish flow is large, the fuel can be uniformly diffused inside the cavity 25 while preventing the fuel from flowing out from the opening of the cavity 25.

以上のように、第1、第2燃料噴射軸Li1,Li2がキャビティ25の壁面と交差する燃料衝突点P1,P2における第1、第2衝突角α1,α2を異ならせることで、キャビティ25に衝突した燃料がキャビティ25壁面に沿って開口側に駆け上がる傾向と、スキッシュ流が燃料をキャビティ25内に閉じ込める傾向とを相殺させ、キャビティ25内の全域で燃料を均一に拡散させて外部への流出を防止し、混合気の燃焼状態を改善して排気有害物質や煤の発生を抑制することができる。   As described above, by making the first and second collision angles α1 and α2 different at the fuel collision points P1 and P2 at which the first and second fuel injection axes Li1 and Li2 intersect the wall surface of the cavity 25, the cavity 25 is changed. The collision fuel tends to rush toward the opening along the wall surface of the cavity 25 and the tendency that the squish flow traps the fuel in the cavity 25, and the fuel is uniformly diffused throughout the cavity 25 to the outside. Outflow can be prevented, combustion state of the air-fuel mixture can be improved, and generation of exhaust harmful substances and soot can be suppressed.

図9は第1、第2衝突角α1,α2による煤の発生量の変化を示す図であって、横軸は第1衝突角α1を示し、縦軸は第2衝突角α2を示し、色の濃い部分は煤の発生量が多いことを示している。原点を通る右上がりの直線Aが第1衝突角α1=第2衝突角α2に対応し、この直線Aの上側の領域、つまり第2衝突角α2>第1衝突角α1の領域で煤の発生が減少していることが分かる。また直線Bは第2衝突角α2=90°に対応し、前記直線Aの上側の領域であって前記直線Bの上側の領域、つまり第2衝突角α2>第1衝突角α1かつ第2衝突角α2≧90°の領域で特に顕著に煤の発生が減少していることがわかる。   FIG. 9 is a diagram showing changes in the amount of soot generated by the first and second collision angles α1 and α2, in which the horizontal axis represents the first collision angle α1, the vertical axis represents the second collision angle α2, and the color The dark portion indicates that the amount of soot is large. An upward straight line A passing through the origin corresponds to the first collision angle α1 = second collision angle α2, and wrinkles are generated in an area above the straight line A, that is, in a region where the second collision angle α2> the first collision angle α1. It can be seen that is decreasing. The straight line B corresponds to the second collision angle α2 = 90 °, and is an area above the straight line A and above the straight line B, that is, the second collision angle α2> the first collision angle α1 and the second collision. It can be seen that the generation of wrinkles is particularly remarkably reduced in the region where the angle α2 ≧ 90 °.

尚、スキッシュ流が発生するのはピストン13が圧縮行程の上死点に達する以前であるため、フュエルインジェクタ23が噴射した燃料がキャビティ25に衝突するタイミングは上死点以前であることが望ましい。1サイクル中で複数回の燃料噴射を行うものでは、最も大量の燃料を噴射する主噴射の燃料がキャビティに衝突するタイミングを上死点以前に設定すれば良い。   Since the squish flow is generated before the piston 13 reaches the top dead center of the compression stroke, the timing at which the fuel injected by the fuel injector 23 collides with the cavity 25 is preferably before the top dead center. In the case of performing fuel injection a plurality of times in one cycle, the timing at which the main injection fuel that injects the largest amount of fuel collides with the cavity may be set before the top dead center.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。   The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、実施の形態のキャビティ25は燃料噴射点Oinjを通ってピストン13の頂面に直交する任意の断面において断面形状が同一に形成されているが、本発明は前記断面形状が同一に形成されていないものに対しても適用することができる。   For example, the cavity 25 of the embodiment has the same cross-sectional shape in an arbitrary cross section orthogonal to the top surface of the piston 13 through the fuel injection point Oinj, but the present invention has the same cross-sectional shape. It can also be applied to those that do not.

また実施の形態ではフュエルインジェクタ23が60°間隔で離間する6つの方向に燃料を噴射しているが、燃料の噴射方向は6つの方向に限定されるものではない。   In the embodiment, the fuel injectors 23 inject fuel in six directions spaced apart by 60 °, but the fuel injection directions are not limited to six directions.

また実施の形態では燃料直噴ディーゼルエンジンについて説明したが、本発明はディーゼルエンジン以外の燃料直噴エンジンに対して適用することができる。   Moreover, although embodiment demonstrated the fuel direct injection diesel engine, this invention is applicable with respect to fuel direct injection engines other than a diesel engine.

ディーゼルエンジンの要部縦断面図Diesel engine longitudinal section 図1の2−2線矢視図2-2 line view of FIG. 図1の3−3線矢視図3-3 line view of FIG. ピストンの上部斜視図Top perspective view of piston 図3の5−5線断面図Sectional view along line 5-5 in FIG. 図3の6−6線断面図6-6 sectional view of FIG. 図3の7−7線断面図Sectional view along line 7-7 in FIG. 燃料噴射軸の方向を円周方向に変化させたときの、燃料噴射軸の左右各30°の範囲のキャビティ容積の変化率を示すグラフA graph showing the rate of change of cavity volume in the range of 30 ° to the left and right of the fuel injection shaft when the direction of the fuel injection shaft is changed in the circumferential direction. 第1、第2衝突角による煤発生量の変化を示す図The figure which shows the change of the amount of wrinkles generated by the 1st, 2nd collision angle

符号の説明Explanation of symbols

13 ピストン
23 フュエルインジェクタ
25 キャビティ
25c 底壁部
C1 スキッシュクリアランス
C2 スキッシュクリアランス
Li1 第1燃料噴射軸
Li2 第2燃料噴射軸
SA スキッシュエリア
W1 スキッシュエリアの幅
W2 スキッシュエリアの幅
α1 第1衝突角
α2 第2衝突角
13 Piston 23 Fuel Injector 25 Cavity 25c Bottom Wall C1 Squish Clearance C2 Squish Clearance Li1 First Fuel Injection Shaft Li2 Second Fuel Injection Shaft SA Squish Area W1 Squish Area Width W2 Squish Area Width α1 First Collision Angle α2 Second Collision angle

Claims (8)

頂面の高さが円周方向に変化するピストン(13)と、前記ピストン(13)の中央部に凹設されたキャビティ(25)と、前記キャビティ(25)内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸(Li1,Li2)に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタ(23)とを備える燃料直噴エンジンにおいて、
スキッシュ流の大きさが円周方向に変化し、スキッシュ流が小さい方向を指向する第1燃料噴射軸(Li1)が前記キャビティ(25)に衝突する第1衝突角(α1)よりも、スキッシュ流が大きい方向を指向する第2燃料噴射軸(Li2)が前記キャビティ(25)に衝突する第2衝突角(α2)が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジン。
The piston (13) whose height of the top surface changes in the circumferential direction, the cavity (25) recessed in the central portion of the piston (13), and the circumferential direction in the cavity (25) are separated from each other. In a fuel direct injection engine comprising a fuel injector (23) for injecting fuel along a plurality of fuel injection shafts (Li1, Li2) directed in a plurality of directions,
The size of the squish flow changes in the circumferential direction, and the squish flow is greater than the first collision angle (α1) at which the first fuel injection shaft (Li1) directed in the direction in which the squish flow is small collides with the cavity (25). The fuel direct injection engine, wherein the second fuel injection shaft (Li2) oriented in the direction in which the angle is large is set such that the second collision angle (α2) at which the second fuel injection shaft (Li2) collides with the cavity (25) is increased.
頂面の高さが円周方向に変化するピストン(13)と、前記ピストン(13)の中央部に凹設されたキャビティ(25)と、前記キャビティ(25)内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸(Li1,Li2)に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタ(23)とを備える燃料直噴エンジンにおいて、
スキッシュエリア(SA)が円周方向に変化し、前記スキッシュエリア(SA)が小さい方向を指向する第1燃料噴射軸(Li1)が前記キャビティ(25)に衝突する第1衝突角(α1)よりも、前記スキッシュエリア(SA)が大きい方向を指向する第2燃料噴射軸(Li2)が前記キャビティ(25)に衝突する第2衝突角(α2)が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジン。
The piston (13) whose height of the top surface changes in the circumferential direction, the cavity (25) recessed in the central portion of the piston (13), and the circumferential direction in the cavity (25) are separated from each other. In a fuel direct injection engine comprising a fuel injector (23) for injecting fuel along a plurality of fuel injection shafts (Li1, Li2) directed in a plurality of directions,
From the first collision angle (α1) at which the squish area (SA) changes in the circumferential direction and the first fuel injection shaft (Li1) directed in the direction in which the squish area (SA) is small collides with the cavity (25). The second fuel injection shaft (Li2) oriented in the direction in which the squish area (SA) is large is set such that the second collision angle (α2) at which the squish area (SA) collides with the cavity (25) is increased. Fuel direct injection engine.
頂面の高さが円周方向に変化するピストン(13)と、前記ピストン(13)の中央部に凹設されたキャビティ(25)と、前記キャビティ(25)内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸(Li1,Li2)に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタ(23)とを備える燃料直噴エンジンにおいて、
スキッシュエリア(SA)の幅(W1,W2)が円周方向に変化し、前記幅(W1)が小さい方向を指向する第1燃料噴射軸(Li1)が前記キャビティ(25)に衝突する第1衝突角(α1)よりも、前記幅(W2)が大きい方向を指向する第2燃料噴射軸(Li2)が前記キャビティ(25)に衝突する第2衝突角(α2)が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジン。
The piston (13) whose height of the top surface changes in the circumferential direction, the cavity (25) recessed in the central portion of the piston (13), and the circumferential direction in the cavity (25) are separated from each other. In a fuel direct injection engine comprising a fuel injector (23) for injecting fuel along a plurality of fuel injection shafts (Li1, Li2) directed in a plurality of directions,
The width (W1, W2) of the squish area (SA) changes in the circumferential direction, and the first fuel injection shaft (Li1) directed in the direction in which the width (W1) is small collides with the cavity (25). The second collision angle (α2) at which the second fuel injection shaft (Li2) directed in the direction in which the width (W2) is larger than the collision angle (α1) collides with the cavity (25) is set to be larger. A fuel direct injection engine characterized by that.
頂面の高さが円周方向に変化するピストン(13)と、前記ピストン(13)の中央部に凹設されたキャビティ(25)と、前記キャビティ(25)内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸(Li1,Li2)に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタ(23)とを備える燃料直噴エンジンにおいて、
スキッシュエリア(SA)の稜線長さが円周方向に変化し、前記稜線長さが小さい方向を指向する第1燃料噴射軸(Li1)が前記キャビティ(25)に衝突する第1衝突角(α1)よりも、前記稜線長さが大きい方向を指向する第2燃料噴射軸(Li2)が前記キャビティ(25)に衝突する第2衝突角(α2)が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジン。
The piston (13) whose height of the top surface changes in the circumferential direction, the cavity (25) recessed in the central portion of the piston (13), and the circumferential direction in the cavity (25) are separated from each other. In a fuel direct injection engine comprising a fuel injector (23) for injecting fuel along a plurality of fuel injection shafts (Li1, Li2) directed in a plurality of directions,
A ridge line length of the squish area (SA) changes in the circumferential direction, and a first collision angle (α1) at which the first fuel injection shaft (Li1) directed in a direction in which the ridge line length is small collides with the cavity (25). ), The second collision angle (α2) at which the second fuel injection shaft (Li2) directed in the direction in which the ridge line length is larger collides with the cavity (25) is set larger. Fuel direct injection engine.
頂面の高さが円周方向に変化するピストン(13)と、前記ピストン(13)の中央部に凹設されたキャビティ(25)と、前記キャビティ(25)内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸(Li1,Li2)に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタ(23)とを備える燃料直噴エンジンにおいて、
スキッシュクリアランス(C1,C2)が円周方向に変化し、前記スキッシュクリアランス(C1)が大きい方向を指向する第1燃料噴射軸(Li1)が前記キャビティ(25)に衝突する第1衝突角(α1)よりも、前記スキッシュクリアランス(C2)が小さい方向を指向する第2燃料噴射軸(Li2)が前記キャビティ(25)に衝突する第2衝突角(α2)が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジン。
The piston (13) whose height of the top surface changes in the circumferential direction, the cavity (25) recessed in the central portion of the piston (13), and the circumferential direction in the cavity (25) are separated from each other. In a fuel direct injection engine comprising a fuel injector (23) for injecting fuel along a plurality of fuel injection shafts (Li1, Li2) directed in a plurality of directions,
The first collision angle (α1) at which the squish clearance (C1, C2) changes in the circumferential direction and the first fuel injection shaft (Li1) directed in the direction in which the squish clearance (C1) is large collides with the cavity (25). ) Is set such that the second collision angle (α2) at which the second fuel injection shaft (Li2) oriented in the direction in which the squish clearance (C2) is smaller collides with the cavity (25) is larger. Fuel direct injection engine.
前記第2衝突角(α2)が90°以上であることを特徴とする、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の燃料直噴エンジン。   The fuel direct injection engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the second collision angle (α2) is 90 ° or more. n番目の燃料噴射軸(Li1,Li2)を通る前記キャビティ(25)の断面を燃料噴射断面Snとし、
前記燃料噴射断面Snと前記キャビティ(25)の開口周縁との交点を第1特定点Anとし、
前記第1特定点Anを通りかつ前記燃料噴射断面Snにおけるシリンダヘッド(16)の下面と平行な線上には第2特定点Bnが存在し、
前記燃料噴射断面Snにおける前記キャビティ(25)の底壁部(25c)上には第3特定点Cnが存在し、
前記第2特定点Bnは前記第1特定点Anよりもピストン中心軸(Lp)に近い位置にあり、
前記第3特定点Cnは前記キャビティ(25)の底壁部(25c)の最大外径位置よりもピストン中心軸(Lp)に近い位置にあり、
前記第1,2特定点An,Bnを前記燃料噴射断面Snにおける前記シリンダヘッド(16)の下面に沿う線で結ぶ経路AnBnと、前記第1、第3定点An,Cnを前記燃料噴射断面Snにおける前記キャビティ(25)の壁面に沿って結ぶ経路AnCnと、前記第2、第3特定点Bn,Cnを最短直線で結ぶ経路BnCnとで囲まれる断面形状が、各燃料噴射断面Snにおいて略等しいことを特徴とする、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の燃料直噴エンジン。
A section of the cavity (25) passing through the nth fuel injection axis (Li1, Li2) is defined as a fuel injection section Sn,
The intersection of the fuel injection cross section Sn and the opening periphery of the cavity (25) is defined as a first specific point An,
A second specific point Bn exists on a line passing through the first specific point An and parallel to the lower surface of the cylinder head (16) in the fuel injection cross section Sn,
A third specific point Cn exists on the bottom wall portion (25c) of the cavity (25) in the fuel injection cross section Sn,
The second specific point Bn is closer to the piston central axis (Lp) than the first specific point An,
The third specific point Cn is located closer to the piston center axis (Lp) than the maximum outer diameter position of the bottom wall portion (25c) of the cavity (25),
A path AnBn connecting the first and second specific points An and Bn along a line along the lower surface of the cylinder head (16) in the fuel injection section Sn, and the first and third fixed points An and Cn are connected to the fuel injection section Sn. The cross-sectional shape surrounded by the path AnCn connecting along the wall surface of the cavity (25) and the path BnCn connecting the second and third specific points Bn and Cn with the shortest straight line is substantially equal in each fuel injection cross section Sn. The direct fuel injection engine according to any one of claims 1 to 6, wherein
前記フュエルインジェクタ(23)が噴射した燃料は前記ピストン(13)の上死点以前に前記キャビティ(25)に衝突することを特徴とする、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の燃料直噴エンジン。   8. The fuel according to claim 1, wherein the fuel injected by the fuel injector (23) collides with the cavity (25) before top dead center of the piston (13). Direct fuel injection engine.
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