JP2010196615A - Piston for direct injection type engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料を直接燃焼室内に噴射する直噴式エンジンのピストンに関する。 The present invention relates to a piston of a direct injection engine that injects fuel directly into a combustion chamber.
従来から、ピストン冠面にキャビティを凹設し、このキャビティによって混合気の燃焼性を向上させるピストンが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a piston in which a cavity is provided in the piston crown surface and the combustibility of the air-fuel mixture is improved by the cavity.
特許文献1には、噴射された燃料の燃焼室内への拡散を促進させる凸部をキャビティ内に備える直噴式エンジンのピストンが開示されている。 Patent Document 1 discloses a piston of a direct-injection engine provided with a convex portion in a cavity that promotes diffusion of injected fuel into a combustion chamber.
しかしながら、特許文献1に記載のピストンのキャビティでは、燃料噴射弁の噴射口が近い位置において、噴射された燃料がキャビティの底部に到達する時間が短くなるために燃料の気化時間をかせげず、燃料の一部が液膜となって底部に残留するという問題がある。このように液膜化した燃料の一部は未燃HCとして外部に排出されるため、直噴式エンジンの排気性能が悪化する。 However, in the cavity of the piston described in Patent Document 1, the time for the injected fuel to reach the bottom of the cavity is shortened at a position near the injection port of the fuel injection valve. There is a problem that a part of the film becomes a liquid film and remains at the bottom. Since a part of the fuel that has been liquefied in this way is discharged to the outside as unburned HC, the exhaust performance of the direct injection engine deteriorates.
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、キャビティ内における燃料の液膜化を抑制することができる直噴式エンジンのピストンを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made paying attention to such a problem, and an object thereof is to provide a piston of a direct injection engine that can suppress the formation of a fuel film in the cavity.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.
本発明は、直噴式エンジン(100)のピストン(30)において、ピストン冠面(31)に設けられ、燃料噴射弁(21)から噴射された燃料を点火プラグ(22)側に偏向する中央キャビティ(41)と、中央キャビティ(41)に隣接するようにピストン冠面(31)に設けられるとともに中央キャビティ(41)よりもキャビティ深さが深くなるように形成され、燃料噴射弁(21)から噴射された燃料を燃焼室(12)上方に偏向するサイドキャビティ(42、43)と、を備えることを特徴とする。 In the piston (30) of the direct injection engine (100), the present invention is a central cavity that is provided on the piston crown (31) and deflects the fuel injected from the fuel injection valve (21) toward the spark plug (22). (41) and the piston crown surface (31) so as to be adjacent to the central cavity (41) and the cavity depth is deeper than that of the central cavity (41), from the fuel injection valve (21) And a side cavity (42, 43) for deflecting the injected fuel upward in the combustion chamber (12).
本発明によれば、サイドキャビティのキャビティ深さが中央キャビティのキャビティ深さよりも深く形成するので、燃料噴射弁から噴射された燃料がサイドキャビティ底部に到達するまでの時間が長くなり、燃料の気化が促進されるので、サイドキャビティにおける燃料の液膜化を抑制することが可能となる。 According to the present invention, since the cavity depth of the side cavity is formed deeper than the cavity depth of the central cavity, the time until the fuel injected from the fuel injection valve reaches the bottom of the side cavity is increased, and the fuel vaporization is performed. Therefore, it is possible to suppress the fuel film formation in the side cavity.
(第1実施形態)
以下、図1(A)及び図1(B)、図2を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 (A), FIG. 1 (B), and FIG.
図1(A)は、車両用の直噴式エンジンの概略構成図である。図1(B)は、燃料噴射弁の燃料噴射の様子を示す図である。 FIG. 1A is a schematic configuration diagram of a direct injection engine for a vehicle. FIG. 1B is a diagram showing a state of fuel injection of the fuel injection valve.
図1(A)を参照すると、直噴式エンジン100は、シリンダブロック10とシリンダヘッド20とを備える。
Referring to FIG. 1 (A), a
シリンダブロック10には、シリンダ11が形成される。シリンダ11には、ピストン30が摺動自在に嵌合する。
A
ピストン30は、ピストン冠面31にキャビティ40を形成する。ピストン30のピストン冠面31と、シリンダ11の壁面と、シリンダヘッド20の下面とによって燃焼室12が形成される。燃焼室12で混合気が燃焼すると、ピストン30は燃焼による燃焼圧力を受けてシリンダ11を往復動する。
The
シリンダブロック10の上部に配置されるシリンダヘッド20には、燃料噴射弁21と点火プラグ22とが設置される。
A
燃料噴射弁21は、吸気ポート50の下方であって、シリンダヘッド20の側部に設置される。燃料噴射弁21は、燃料を燃焼室12内に直接噴射して混合気を形成する。燃料噴射弁21は、燃料を噴射する噴射口を7つ有するマルチホール型の燃料噴射弁であって、各噴射口から図1(B)に示すように燃料を噴射する。
The
燃料噴射弁21は、エンジン運転状態に応じて燃料噴射タイミングが制御される。低エンジン回転速度・低エンジン負荷時には、成層燃焼を行うため、燃料噴射弁21は圧縮行程において燃料を噴射する。圧縮行程噴射時には、燃料噴射弁21は、ピストン30のキャビティ40に向けて燃料を噴射する。これに対して、高エンジン回転速度又は高エンジン負荷時には、均質燃焼を行うため、燃料噴射弁21は吸気行程において燃料を噴射する。
The fuel injection timing of the
なお、ファーストアイドル時においては、燃料噴射弁21は、吸気行程において燃料噴射をした後、圧縮行程において再び燃料を噴射する。
At the time of first idling, the
再び図1(A)を参照すると、点火プラグ22は、ピストン中心軸上のシリンダヘッド20に設置される。点火プラグ22は、着火部分が燃焼室12内に臨むように配置される。点火プラグ22は、燃焼室12内に形成された混合気に点火する。
Referring to FIG. 1A again, the
シリンダヘッド20には、燃焼室12と連通するように吸気ポート50と排気ポート60とが形成される。直噴式エンジン100では、1つの気筒に対して、吸気ポート50及び排気ポート60がそれぞれ2つずつ設けられる。
An
吸気ポート50には、ピストン30の上下動に応じて駆動する吸気弁51が設置される。吸気弁51はカムシャフトに設けられたカムにより駆動され、吸気ポート50を開閉する。
The
排気ポート60には、ピストン30の上下動に応じて駆動する排気弁61が設置される。排気弁61はカムシャフトに形成されたカムにより駆動され、排気ポート60を開閉する。
The
次に、図2(A)〜図2(D)を参照して、ピストン30に形成されるキャビティ40について説明する。
Next, the
図2(A)は、ピストン30の斜視図である。図2(B)はピストン30の平面図であり、図2(B)のハッチング領域は圧縮行程噴射時に噴射された燃料の噴射域を示す。図2(C)は、図2(B)のC−C位置におけるピストン30の一部断面図である。図2(D)は、図2(B)のD−D位置におけるピストン30の一部断面図である。
FIG. 2A is a perspective view of the
図2(A)及び図2(B)に示すように、キャビティ40は、ピストン冠面31において、ピストン中心CLに対して吸気ポート側にずらした位置に形成される。キャビティ40は、中央キャビティ41と、第1サイドキャビティ42と、第2サイドキャビティ43とから構成される。
As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the
中央キャビティ41は、一部が点火プラグ22に対向するように設けられ、中央底部41Aと、中央壁部41Bとを備える。
The
中央底部41Aは、平面視において吸気ポート側から排気ポート側に向かってエンジン前後方向に広がるように略扇形状に形成される。中央底部41Aは、平坦面であって、ピストン冠面31からのキャビティ深さがD1となるように形成される。
The
中央壁部41Bは、中央底部41A周囲の円弧部分とピストン冠面31との間に形成される。中央壁部41Bは、中央底部41Aから点火プラグ22の点火部分に向かって湾曲して形成される。
The
第1サイドキャビティ42は、エンジン前方側において中央キャビティ41に隣接するように形成され、第1サイド底部42Aと、第1サイド壁部42Bとを備える。
The
第1サイド底部42Aは、平面視においてエンジン前後方向が長軸となる半楕円状に形成される。第1サイド底部42Aは平坦面であって、第1サイド底部42Aのキャビティ深さは、中央底部41Aのキャビティ深さD1よりも深いD2に設定される。
42 A of 1st side bottom parts are formed in the semi-ellipse shape in which the engine front-back direction becomes a long axis in planar view. The
第1サイド壁部42Bは、第1サイド底部42A周囲の円弧部分とピストン冠面31との間に形成される。第1サイド壁部42Bは、第1サイド底部42Aから燃焼室上部に向かって湾曲して形成される。
The first
第2サイドキャビティ43は、エンジン後方側において中央キャビティ41に隣接するように形成され、第2サイド底部43Aと、第2サイド壁部43Bとを備える。
The
第2サイド底部43Aは、平面視においてエンジン前後方向が長軸となる半楕円状に形成される。第2サイド底部43Aは平坦面であって、第2サイド底部43Aのキャビティ深さは第1サイドキャビティ42のキャビティ深さと同様にD2に設定される。
The
第2サイド壁部43Bは、第2サイド底部43A周囲の円弧部分とピストン冠面31との間に形成される。第2サイド壁部43Bは、第2サイド底部43Aから燃焼室上部に向かって湾曲して形成される。
The second
第1サイドキャビティ42及び第2サイドキャビティ43はエンジン前後方向から中央キャビティ41を挟み込みにように形成され、吸気ポート側において第1サイド底部42Aと第2サイド底部43A及び第1サイド壁部42Bと第2サイド壁部43Bとが連続するように構成される。
The
図2(C)及び図2(D)を参照して、圧縮行程時に燃料噴射弁21からキャビティ40に向けて噴射された燃料の噴霧流れについて説明する。
With reference to FIG.2 (C) and FIG.2 (D), the spraying flow of the fuel injected toward the
圧縮行程時に噴射された燃料のうち中央キャビティ41に噴射された燃料は、図2(C)に示すように、中央底部41Aに沿って中央壁部41Bに向かい、中央壁部41Bによって点火プラグ22側に偏向される。これにより着火源としての層状の混合気を点火プラグ22の周囲に形成される。
Of the fuel injected during the compression stroke, the fuel injected into the
これに対して、圧縮行程時に噴射された燃料のうち第1サイドキャビティ42に噴射された燃料は、図2(D)に示すように、第1サイド底部42Aに沿って第1サイド壁部42Bに向かい、第1サイド壁部42Bによって燃焼室12の上方に拡散される。第1サイドキャビティ42から燃焼室12内に拡散した燃料は、着火後の火炎を速やかに火炎伝播させる混合気となる。
On the other hand, the fuel injected into the
なお、第2サイドキャビティ43の作用も、上記した第1サイドキャビティ42と同様であるので説明を省略する。
Since the operation of the
ところで、従来手法では、燃料噴射弁の噴射口とキャビティとの距離が近くなると、噴射された燃料がキャビティの底部に到達するまでの時間が短いため、燃料の気化時間をかせげず、噴射された燃料の一部は底部に凝集して液膜となる。 By the way, in the conventional method, when the distance between the injection port of the fuel injection valve and the cavity becomes short, the time taken for the injected fuel to reach the bottom of the cavity is short, so the fuel vaporization time is not limited, and the fuel is injected. Part of the fuel aggregates at the bottom to form a liquid film.
本実施形態のピストン30では、第1サイド底部42A及び第2サイド底部43Aは中央底部41Aよりもキャビティ深さが深く設定されているので、燃料噴射弁21の噴射口に近い位置においても燃料が第1サイド底部42A及び第2サイド底部43Aに到達するまでの時間を長くすることができ、燃料の気化を促進させることができる。
In the
以上により、第1実施形態の直噴式エンジン100のピストン30では、下記の効果を得ることができる。
As described above, in the
ピストン30では、第1サイドキャビティ42及び第2サイドキャビティ43のキャビティ深さが中央キャビティ41のキャビティ深さよりも深く形成され、噴射された燃料が第1サイド底部42A及び第2サイド底部43Aに到達するまでの時間が長くなって、燃料の気化が促進されるので、キャビティ40内における燃料の液膜化を抑制することが可能となる。また、第1サイドキャビティ42及び第2サイドキャビティ43に噴射された燃料は中央キャビティ41側に流れ込みにくくなるので、第1サイドキャビティ42及び第2サイドキャビティ43内の燃料と中央キャビティ41内の燃料との干渉が抑えられ、噴射された燃料の干渉に起因する燃料の液膜化が抑制される。
In the
中央キャビティ41に噴射された燃料は中央底部41Aに到達するまでの時間が若干短くなるものの、燃料の噴射力が弱くなる前に中央底部41Aから中央壁部41Bに到達して点火プラグ22側に偏向されるので、点火プラグ22周りに成層化した混合気を確実に形成することができる。
Although the time until the fuel injected into the
また、ピストン30のキャビティ40は吸気ポート側に形成されており、ファーストアイドル時には吸気行程と圧縮行程とにおいて燃料を噴射する場合には、吸気行程噴射によって混合気を排気ポート側に偏在させ、圧縮行程で噴射された燃料によって混合気を吸気ポート側に偏在させつつ点火プラグ22周りに成層化させるので、エンジン冷間始動時においても混合気の燃焼性能の低下を抑制することができる。
Further, the
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態のピストン30の第1サイドキャビティ42を示す図であって、第1実施形態の図2(D)に置き換わるものである。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a view showing the
第2実施形態のピストン30は、第1実施形態とほぼ同様の構成であるが、第1サイドキャビティ42及び第2サイドキャビティ43の構成において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。なお、第2サイドキャビティ43の構成は第1サイドキャビティ42と同様であるので、ここでは第1サイドキャビティ42について説明する。
The
図3に示すように、第1サイドキャビティ42では、第1サイド底部42Aをテーパ面として形成する。第1サイド底部42Aは、燃料噴射弁21の噴射口から離れるほどキャビティ深さが深くなるように形成される。燃料噴射弁21の噴射口に最も近い位置における第1サイド底部42Aのキャビティ深さがD2となるように設定される。
As shown in FIG. 3, in the
上記のように第1サイド底部42Aを構成すると、第1サイドキャビティ42に向けて噴射された燃料の第1サイド底部42Aに対する入射角度θを、第1サイド底部42Aを平坦面として形成した場合よりも小さくすることができる。このように入射角度θが小さくなると、燃料が第1サイド底部42Aに衝突した時の衝突力が弱まるので、衝突時における燃料の凝集が抑制される。
When the first
以上により、第2実施形態の直噴式エンジン100のピストン30では、下記の効果を得ることができる。
As described above, in the
ピストン30では、第1サイド底部42A及び第2サイド底部43Aを、燃料噴射弁21の噴射口から離れるほどキャビティ深さが深くなるテーパ面として形成するので、燃料が第1サイド底部42A及び第2サイド底部43Aに衝突した時の衝突力を弱めることができる。これにより燃料の凝集が抑えられるので、第1サイドキャビティ42及び第2サイドキャビティ43における燃料の液膜化を第1実施形態よりも抑制することが可能となる。
In the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
100 直噴式エンジン
12 燃焼室
20 シリンダヘッド
21 燃料噴射弁
22 点火プラグ
30 ピストン
31 ピストン冠面
40 キャビティ
41 中央キャビティ
41A 中央底部
41B 中央壁部
42 第1サイドキャビティ
42A 第1サイド底部
42B 第1サイド壁部
43 第2サイドキャビティ
43A 第2サイド底部
43B 第2サイド壁部
50 吸気ポート
60 排気ポート
100
Claims (6)
ピストン冠面に設けられ、燃料噴射弁から噴射された燃料を点火プラグ側に偏向する中央キャビティと、
前記中央キャビティに隣接するようにピストン冠面に設けられるとともに前記中央キャビティよりもキャビティ深さが深くなるように形成され、燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室上方に偏向するサイドキャビティと、
を備えることを特徴とするピストン。 In the piston of a direct injection engine,
A central cavity that is provided on the piston crown and deflects the fuel injected from the fuel injection valve toward the spark plug;
A side cavity provided on the piston crown surface adjacent to the central cavity and formed so that the cavity depth is deeper than the central cavity, and deflects the fuel injected from the fuel injection valve upward in the combustion chamber;
A piston comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のピストン。 The central cavity and the side cavity are provided on the intake port side where the fuel injection valve is disposed in a plan view.
The piston according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のピストン。 The side cavity comprises a cavity bottom as a flat surface,
The piston according to claim 1 or 2, characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のピストン。 The side cavity includes a cavity bottom as a tapered surface such that the cavity depth increases as the distance from the injection port of the fuel injection valve increases.
The piston according to claim 1 or 2, characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1つに記載のピストン。 The side cavity includes a first side cavity provided on the front side of the engine and a second side cavity provided on the rear side of the engine in plan view.
The piston according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
ことを特徴とする請求項5に記載のピストン。 The first side cavity and the second side cavity are formed to be continuous with each other on the intake port side in a plan view.
The piston according to claim 5.
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Cited By (2)
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US20130133615A1 (en) * | 2011-11-25 | 2013-05-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Internal-combustion engine |
GB2581329A (en) * | 2019-02-04 | 2020-08-19 | Jaguar Land Rover Ltd | Piston crown |
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