JP2012057566A - Combustion chamber structure for direct injection type diesel engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion chamber structure for a direct injection type diesel engine capable of restraining generation of black smoke by making effective use of air in a combustion chamber.SOLUTION: It is avoided that fuel concentration in a cavity 26 becomes locally high since the major portion of a fuel is full in a squish area and is guided to its circumferential direction so as to form an air-fuel mixture in the squish area by means of synergism of recessed sections 28 arranged on the top of a piston 25 and a swirl during a low speed operation of an engine. It is avoided that the fuel concentration in the squish area becomes locally high since the major portion of the fuel is guided to the cavity 26 by means of an inner peripheral wall of the cavity below the recessed sections 28 arranged on the top of the piston 25 and the balance of the fuel is guided to the squish area by means of the swirl during a high speed operation of the engine, and consequently, generation of black smoke can be reduced.

Description

本発明は、直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造に関するものである。   The present invention relates to a combustion chamber structure of a direct injection diesel engine.

従来より、自動車のディーゼルエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりNOxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)を採用したものがある。   Conventionally, in a diesel engine of an automobile, a part of the exhaust gas is extracted from the exhaust side and returned to the intake side, and the exhaust gas returned to the intake side suppresses the combustion of fuel in the engine to reduce the combustion temperature. Some of them adopt so-called exhaust gas recirculation (EGR), which reduces the generation of NOx by lowering.

図8〜図12は排気ガスを再循環する機構を備えたディーゼルエンジンの一例を示すもので、ここに図示しているディーゼルエンジン1においては、排気ガス2が流通する排気通路3と吸気通路4との間がEGRパイプ5により接続されており、このEGRパイプ5の途中に備えたEGRバルブ6を介し排気ガス2の一部を吸入空気7と一緒に再循環してディーゼルエンジン1の気筒内に送り込み、該気筒内での燃焼温度を下げてNOxの低減化を図るようにしてある。   8 to 12 show an example of a diesel engine having a mechanism for recirculating exhaust gas. In the diesel engine 1 shown here, an exhaust passage 3 and an intake passage 4 through which the exhaust gas 2 flows are shown. Are connected by an EGR pipe 5, and a part of the exhaust gas 2 is recirculated together with the intake air 7 through an EGR valve 6 provided in the middle of the EGR pipe 5, so that the inside of the cylinder of the diesel engine 1 NOx is reduced by lowering the combustion temperature in the cylinder.

また、ディーゼルエンジン1の各気筒の天井部(気筒天井部23)に、燃料(軽油)を気筒内に噴射する多孔式のインジェクタ8が装備されているとともに、ピストン9の頂部には、燃焼室の大半を成すように窪むキャビティ10が凹設されており、該キャビティ10の内周面に対し前記インジェクタ8の先端部から燃料が放射状に噴射されて圧縮行程終期の高い気筒内温度により自己着火するようになっている。   In addition, a porous injector 8 for injecting fuel (light oil) into the cylinder is provided at the ceiling (cylinder ceiling 23) of each cylinder of the diesel engine 1, and a combustion chamber is provided at the top of the piston 9. The cavity 10 is formed so as to form most of the cavity 10. The fuel 10 is injected radially from the tip of the injector 8 onto the inner peripheral surface of the cavity 10, and the self is caused by the high cylinder temperature at the end of the compression stroke. It comes to ignite.

前記キャビティ10の詳細は図9に示す通りであり、キャビティ10の開口の外縁部を成す入口リップ部11と、該入口リップ部11から緩やかなS字カーブを描くように下降して前記入口リップ部11より半径方向外側へ張り出す燃焼室壁面部12と、該燃焼室壁面部12から半径方向内側へ向かう緩やかな曲面を成す外側曲面部13と、該外側曲面部13の下端部全周からピストン中心Oに向け扁平な円錐状を成すセンターコーン14とを備えて前記キャビティ10が形成されるようになっている。   The details of the cavity 10 are as shown in FIG. 9, and an inlet lip portion 11 that forms the outer edge of the opening of the cavity 10, and the inlet lip portion 11 descends so as to draw a gentle S-curve. From the combustion chamber wall surface portion 12 projecting radially outward from the portion 11, an outer curved surface portion 13 that forms a gentle curved surface extending radially inward from the combustion chamber wall surface portion 12, and from the entire lower end of the outer curved surface portion 13 The cavity 10 is formed with a center cone 14 having a flat conical shape toward the piston center O.

図8のディーゼルエンジン1におけるインジェクタ8の噴射作動については、エンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置15からの燃料噴射指令8aにより制御されるようになっており、圧縮上死点近辺で前記インジェクタ8に燃料噴射指令8aを出力して燃料を噴射せしめるようにしてある。   The injection operation of the injector 8 in the diesel engine 1 of FIG. 8 is controlled by a fuel injection command 8a from a control device 15 constituting an engine control computer (ECU: Electronic Control Unit), and compression top dead center. In the vicinity, a fuel injection command 8a is output to the injector 8 to inject fuel.

この制御装置15には、アクセル開度をディーゼルエンジン1の負荷として検出するアクセルセンサ16(負荷センサ)からのアクセル開度信号16aや、ディーゼルエンジン1の機関回転数を検出する回転センサ17からの回転数信号17a等が入力されており、各種のエンジン制御を実行するべくディーゼルエンジン1の運転状態が常に監視されるようになっている。   The control device 15 includes an accelerator opening signal 16 a from an accelerator sensor 16 (load sensor) that detects the accelerator opening as a load of the diesel engine 1, and a rotation sensor 17 that detects the engine speed of the diesel engine 1. The rotational speed signal 17a and the like are input, and the operation state of the diesel engine 1 is constantly monitored so as to execute various engine controls.

尚、図8において、18はクランクシャフト、19は排気ポート、20は排気弁、21は吸気ポート、22は吸気弁、23は気筒天井部を示しており、該吸気弁22及び前記排気弁20は、図示しないエンジン駆動のカムシャフトに備えたカムによりプッシュロッドやロッカーアームを介して各気筒の行程に応じた適切なタイミングで開弁操作されるようになっている。   In FIG. 8, 18 is a crankshaft, 19 is an exhaust port, 20 is an exhaust valve, 21 is an intake port, 22 is an intake valve, and 23 is a cylinder ceiling, and the intake valve 22 and the exhaust valve 20 are shown. The valve is operated to open at an appropriate timing according to the stroke of each cylinder via a push rod or a rocker arm by a cam provided on an engine-driven cam shaft (not shown).

この種の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献1や特許文献2等が既に提案されている状況にある。   As prior art document information related to the combustion chamber structure of this type of direct injection diesel engine, for example, the following Patent Document 1 and Patent Document 2 have already been proposed.

特開平6−212973号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-212973 特開平7−150944号公報JP 7-150944 A

しかしながら、図8に示す如き従来の直噴式ディーゼルエンジンにおいて、排気ガス2の再循環量を増やすために吸入空気7の量を減らすと、NOxの低減を図ることはできるものの、気筒内での燃焼不良により黒煙が発生してしまう。また、吸入空気7の量を減らさずに、排気ガス2の再循環量を増やすとポンピングロスが大きくなり、燃費の悪化を招いてしまうことになる。   However, in the conventional direct injection diesel engine as shown in FIG. 8, if the amount of intake air 7 is reduced in order to increase the recirculation amount of the exhaust gas 2, the NOx can be reduced, but the combustion in the cylinder Black smoke is generated due to defects. Further, if the recirculation amount of the exhaust gas 2 is increased without reducing the amount of the intake air 7, the pumping loss is increased and the fuel consumption is deteriorated.

そこで、燃焼室内の空気を有効に利用して黒煙の発生を抑えることが重要になり、これについては、現在、下記のことが分かっている。   Therefore, it is important to effectively use the air in the combustion chamber to suppress the generation of black smoke, and the following is now known.

エンジン低速運転時においては、ピストン9の下降速度が遅いため、燃料を噴射している時間と比較してピストン9の下降する時間が長くなることから、該ピストン9が充分に下降する前に燃料の噴射が終了してしまう。   During low-speed engine operation, since the descending speed of the piston 9 is slow, the time for the piston 9 to descend is longer than the time for injecting the fuel. Will end.

よって、図10に示すように、燃料の殆どがキャビティ10内に噴射されて混合気を生成し、スキッシュエリアS(キャビティ10周囲のピストン9の頂面と気筒天井部23との間の領域)の空気は有効利用されていないと考えられ、黒煙が発生し易い状態になる。図中、Fは、噴射燃料の濃度別分布の拡散状況を模式的に示したもので、内側の分布領域ほど燃料の濃度が濃いことを示している。   Therefore, as shown in FIG. 10, most of the fuel is injected into the cavity 10 to generate an air-fuel mixture, and the squish area S (the area between the top surface of the piston 9 and the cylinder ceiling 23 around the cavity 10). This air is considered not to be used effectively, and black smoke is likely to be generated. In the drawing, F schematically shows the diffusion state of the distribution by concentration of the injected fuel, and indicates that the concentration of fuel is higher in the inner distribution region.

これは、気筒天井部23からのインジェクタ8の突出寸法を短くすると、エンジン低速運転時における黒煙の発生が少なくなるという実験結果によって明らかである。つまり、インジェクタ8の突出寸法を短くした場合、インジェクタ8の噴孔からのキャビティ10までの相対距離が延びることに起因して燃料の一部がスキッシュエリアSへ流れ、キャビティ10内の燃料濃度の低減が図られるためである。   This is apparent from the experimental results that if the projecting dimension of the injector 8 from the cylinder ceiling portion 23 is shortened, the generation of black smoke during engine low speed operation is reduced. That is, when the projecting dimension of the injector 8 is shortened, a part of the fuel flows to the squish area S due to an increase in the relative distance from the injection hole of the injector 8 to the cavity 10, and the fuel concentration in the cavity 10 is reduced. This is because reduction is achieved.

エンジン高速運転時においては、ピストン9の下降速度が速いため、燃料を噴射している時間と比較してピストン9の下降する時間が短くなることから、該ピストン9が燃料噴射期間の前半で既に下降し過ぎてしまう。   When the engine 9 is operating at high speed, the lowering speed of the piston 9 is fast, and therefore the time for the piston 9 to descend is shorter than the time for injecting the fuel. Therefore, the piston 9 is already in the first half of the fuel injection period. It goes down too much.

よって、図11に示すように、燃料の殆どがキャビティ10内に入らずにスキッシュエリアSへ流れて混合気を生成し、キャビティ10内の空気は有効利用されていないと考えられ、黒煙が発生し易い状態になる。Fは、噴射燃料の濃度別分布の拡散状況を模式的に示したもので、内側の分布領域ほど燃料の濃度が濃いことを示している。   Therefore, as shown in FIG. 11, most of the fuel flows into the squish area S without entering the cavity 10 to generate an air-fuel mixture, and it is considered that the air in the cavity 10 is not effectively used, and black smoke is generated. It is easy to occur. F schematically shows the diffusion state of the distribution according to the concentration of the injected fuel, and indicates that the fuel concentration is higher in the inner distribution region.

これは、気筒天井部23からのインジェクタ8の突出寸法を長くすると、エンジン高速運転時における黒煙の発生が少なくなるという実験結果によって明らかである。つまり、インジェクタ8の突出寸法を長くした場合、インジェクタ8の噴孔からのキャビティ10までの相対距離が縮まることに起因して燃料の一部がキャビティ10内へ入り、スキッシュエリアSの燃料濃度の低減が図られるためである。   This is apparent from the experimental results that if the projecting dimension of the injector 8 from the cylinder ceiling 23 is increased, the generation of black smoke during engine high-speed operation is reduced. That is, when the projecting dimension of the injector 8 is increased, a part of the fuel enters the cavity 10 due to a reduction in the relative distance from the injection hole of the injector 8 to the cavity 10, and the fuel concentration in the squish area S is increased. This is because reduction is achieved.

更に、運転直後の直噴式ディーゼルエンジンを分解してピストン9を観察してみると、図12に示すように、ピストン9頂部のキャビティ10周囲において、ピストン9上方のインジェクタ8から矢印A方向に放射状に燃料が噴射される個所には、燃料燃焼跡24が確認できたが、インジェクタ8から燃料が噴射されない個所では、燃料燃焼跡24が確認できなかった。つまり、燃料燃焼跡24が確認できなかったところでは、混合気が形成されない、もしくは燃料濃度が低いことになるので、スキッシュエリアSの空気は全周にわたって有効利用されていないと考えられる。   Further, when the direct injection type diesel engine immediately after operation is disassembled and the piston 9 is observed, as shown in FIG. 12, the radial direction from the injector 8 above the piston 9 toward the arrow A is around the cavity 10 at the top of the piston 9. The fuel combustion trace 24 could be confirmed at the location where the fuel was injected, but the fuel combustion trace 24 could not be confirmed where the fuel was not injected from the injector 8. That is, the air-fuel mixture is not formed or the fuel concentration is low where the fuel combustion trace 24 is not confirmed, so it is considered that the air in the squish area S is not effectively used over the entire circumference.

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、燃焼室内の空気を有効利用して黒煙の発生を抑制可能な直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a combustion chamber structure of a direct injection diesel engine capable of suppressing the generation of black smoke by effectively using the air in the combustion chamber.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、
ピストン頂部に燃焼室の大半をなすように窪むキャビティを形成し、気筒天井部の中心からピストン頂部へ向けて燃料を複数方向に噴射して自己着火させる直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造であって、
ピストン頂部の燃料噴射方向下流側に当たる各個所に、ピストン頂部端面に対して窪み且つキャビティ側からピストン半径方向へえぐられてピストン周方向に延びる形状の凹陥部を形成し、
該凹陥部の内底面を、スワール流通方向上流側から下流側へ向けて漸次ピストン頂部端面に近づいて連なるように構成している。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1
This is a combustion chamber structure for a direct injection diesel engine in which a cavity is formed at the top of the piston so that it is recessed to form most of the combustion chamber, and fuel is injected in multiple directions from the center of the cylinder ceiling toward the top of the piston. And
In each part corresponding to the downstream side of the fuel injection direction of the piston top part, a concave part is formed which is recessed with respect to the end face of the piston top part and extends in the piston radial direction from the cavity side to extend in the piston circumferential direction.
The inner bottom surface of the recess is configured so as to gradually approach the end surface of the piston top portion from the upstream side to the downstream side in the swirl flow direction.

請求項2に記載の発明は、
エンジン低速運転時にピストン頂部へ向けて噴射される燃料が、スワールにより偏向して凹陥部内に到達し、また、エンジン高速運転時にピストン頂部へ向けて噴射される燃料が、スワールにより偏向して凹陥部下方のキャビティ内周壁に到達するように、凹陥部の内底面の傾斜を設定している。
The invention described in claim 2
The fuel injected toward the top of the piston during low-speed operation of the engine is deflected by the swirl and reaches the recess, and the fuel injected toward the top of the piston during the high-speed operation of the engine is deflected by the swirl and below the recess. The inclination of the inner bottom surface of the recessed portion is set so as to reach the inner peripheral wall of the cavity.

本発明の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造によれば、下記のような優れた作用効果を奏し得る。   According to the combustion chamber structure of the direct injection diesel engine of the present invention, the following excellent effects can be obtained.

(1)エンジン低速運転時は、ピストン頂部に設けた凹陥部とスワールとの相乗作用によって、燃料の大半がスキッシュエリアに溢れ且つその周方向に導かれるので、スキッシュエリア周方向全体で混合気が生成され、スキッシュエリア周方向全体の空気を有効利用することができる。   (1) During low speed operation of the engine, the synergistic action of the recess provided on the top of the piston and the swirl causes most of the fuel to overflow into the squish area and be guided in the circumferential direction. The air generated in the squish area can be effectively used.

(2)しかも、スキッシュエリアへ燃料を導入することによって、キャビティ内の燃料濃度が局所的に高くなることが回避され、黒煙の発生を低減できる。   (2) Moreover, by introducing fuel into the squish area, it is possible to avoid locally increasing the fuel concentration in the cavity and to reduce the generation of black smoke.

(3)エンジン高速運転時は、ピストン頂部に設けた凹陥部下方のキャビティ内周壁によって燃料の大半がキャビティ内に導かれるとともに、スワールによって残りの燃料がスキッシュエリア周方向へ導かれるので、スキッシュエリアの燃料濃度が局所的に高くなることが回避され、黒煙の発生を低減できる。   (3) During high-speed operation of the engine, most of the fuel is guided into the cavity by the cavity inner peripheral wall below the recessed portion provided at the top of the piston, and the remaining fuel is guided in the circumferential direction of the squish area by the swirl. It is avoided that the fuel concentration of the fuel becomes high locally, and the generation of black smoke can be reduced.

(4)ピストンの頂部に凹陥部を形成した分だけピストンのトップクリアランス面積が小さくなり、リバーススキッシュによってスキッシュエリアに引き戻される混合気の量が減るので、エンジン高速運転時には、スキッシュエリアにおいて燃料濃度が局所的に高くなることが回避され、黒煙の発生を低減できる。   (4) The top clearance area of the piston is reduced by the amount of depression formed on the top of the piston, and the amount of air-fuel mixture drawn back to the squish area by reverse squish is reduced. A local increase in height is avoided, and the generation of black smoke can be reduced.

本発明の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造の一例におけるピストンを示す平面図である。It is a top view which shows the piston in an example of the combustion chamber structure of the direct injection type diesel engine of this invention. 本発明の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造の一例におけるピストンを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piston in an example of the combustion chamber structure of the direct injection type diesel engine of this invention. 図1におけるピストン頂部の凹陥部の側面形状についての説明図である。It is explanatory drawing about the side surface shape of the recessed part of the piston top part in FIG. 図1におけるピストン頂部の凹陥部の平面形状についての説明図である。It is explanatory drawing about the planar shape of the recessed part of the piston top part in FIG. 図1におけるピストン頂部のキャビティの深さについての説明図である。It is explanatory drawing about the depth of the cavity of the piston top part in FIG. (a)はエンジン低速運転時のスワールによる燃料の流れの偏向を示す概念図、(b)はエンジン高速運転時のスワールによる燃料の流れの偏向を示す概念図である。(A) is a conceptual diagram which shows the deflection | deviation of the fuel flow by the swirl at the time of engine low speed driving | operation, (b) is a conceptual diagram which shows the deflection | deviation of the fuel flow by the swirl at the time of engine high speed driving | operation. 図1におけるピストン頂部に対する燃料の到達範囲を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the reach | attainment range of the fuel with respect to the piston top part in FIG. 排気ガス再循環を採用したディーゼルエンジンの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the diesel engine which employ | adopted exhaust gas recirculation. 図8におけるピストン頂部のキャビティの形状についての説明図である。It is explanatory drawing about the shape of the cavity of the piston top part in FIG. エンジン低速運転時おける気筒内の燃料濃度分布についての説明図である。It is explanatory drawing about the fuel concentration distribution in the cylinder at the time of engine low speed driving | operation. エンジン高速運転時おける気筒内の燃料濃度分布についての説明図である。It is explanatory drawing about the fuel concentration distribution in the cylinder at the time of engine high-speed driving | operation. 直噴式ディーゼルエンジンのピストン頂部における燃料燃焼跡についての説明図である。It is explanatory drawing about the fuel combustion trace in the piston top part of a direct injection type diesel engine.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1〜図7は本発明の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造の一例を示すもので、ピストン25の頂部には、燃焼室の大半をなすように窪むキャビティ26がされており、ピストン25上方に配置されているインジェクタ8(図8参照)からは、ピストン25の頂部へ向けて燃料を六方向に噴射される。   1 to 7 show an example of a combustion chamber structure of a direct injection type diesel engine according to the present invention. A cavity 26 is formed at the top of the piston 25 so as to form the majority of the combustion chamber. From the injector 8 (see FIG. 8) disposed above, fuel is injected in six directions toward the top of the piston 25.

ピストン25の頂部の燃料噴射方向下流側に当たる各個所(先述の図12における燃料燃焼跡24が表れている個所)には、ピストン頂部端面27に対して窪み且つキャビティ26側からピストン25半径方向へえぐられてピストン25周方向へと延びる凹陥部28が形成されている。つまり、前記インジェクタ8の噴孔数が六であれば、凹陥部28の数も同じく六になる。   Each of the locations corresponding to the fuel injection direction downstream side of the top of the piston 25 (where the fuel combustion trace 24 in FIG. 12 appears) is recessed with respect to the piston top end surface 27 and from the cavity 26 side in the radial direction of the piston 25. A recessed portion 28 is formed that extends and extends in the circumferential direction of the piston 25. That is, if the number of injection holes in the injector 8 is six, the number of the recessed portions 28 is also six.

凹陥部28は、キャビティ26中心側を向き且つピストン頂部端面27に連なる側壁面32と、キャビティ内周壁30、側壁面32のスワール上流側縁部、及びピストン頂部端面27に連なる端壁面31と、キャビティ内周壁30、端壁面31の下縁部、側壁面32の下縁部、及びピストン頂部端面27に連なる内底面29とを有している。   The recessed portion 28 faces the center side of the cavity 26 and is continuous with the side wall surface 32 connected to the piston top end surface 27, the cavity inner peripheral wall 30, the swirl upstream edge of the side wall surface 32, and the end wall surface 31 continuous with the piston top end surface 27. It has a cavity inner peripheral wall 30, a lower edge portion of the end wall surface 31, a lower edge portion of the side wall surface 32, and an inner bottom surface 29 connected to the piston top end surface 27.

キャビティ26中心側から見た凹陥部28の側面形状は、ピストン頂部端面27のキャビティ26外縁部分に設定した「えぐり開始点P」から、ピストン頂部端面27に対してθ1の角度をなして深さhに達する端壁面31の側縁と、該端壁面31の側縁に連なり且つピストン頂部端面27に対してθ2の角度をなし、前記「えぐり開始点P」よりもスワール下流側に位置するように、ピストン頂部端面27のキャビティ26外縁部分に設定した「えぐり終了点Q」に至る前記内底面29の側縁とで決定される(図3参照)。   The side surface shape of the recessed portion 28 viewed from the center side of the cavity 26 has a depth of an angle θ1 with respect to the piston top end surface 27 from the “starting point P” set at the outer edge portion of the cavity 26 of the piston top end surface 27. The side edge of the end wall surface 31 reaching h and the side edge of the end wall surface 31 are formed at an angle of θ2 with respect to the piston top end surface 27 so as to be located on the downstream side of the swirl from the “cutting start point P”. Further, it is determined by the side edge of the inner bottom surface 29 that reaches the “cutting end point Q” set in the outer edge portion of the cavity 26 of the piston top end surface 27 (see FIG. 3).

この凹陥部28の内底面29は、矢印B方向に流れるスワールの上流側から下流側へ向けて漸次ピストン頂部端面27に近づいて連なるように構成してある。   The inner bottom surface 29 of the recessed portion 28 is configured so as to gradually approach the piston top end surface 27 and continue from the upstream side to the downstream side of the swirl flowing in the arrow B direction.

前記深さhとは、ピストン頂部端面27から凹陥部28における内底面29の最深個所までの距離である。
深さhは、ピストン25のキャビティ26の深さHに基づき、
H×20%≦h≦H×40%
となるように設定されている。
深さHとは、ピストン頂部端面27からキャビティ26内底面における最深個所までの距離である(図5参照)。
θ1は、
45°≦θ1≦90°
となるように設定されている。
θ2は、
10°≦θ2≦45°
となるように設定されている。
尚、端壁面31と内底面29との間の凹曲面の半径R1は特定しない。
The depth h is a distance from the piston top end surface 27 to the deepest portion of the inner bottom surface 29 in the recessed portion 28.
The depth h is based on the depth H of the cavity 26 of the piston 25,
H x 20% ≤ h ≤ H x 40%
It is set to become.
The depth H is a distance from the piston top end face 27 to the deepest point on the inner bottom face of the cavity 26 (see FIG. 5).
θ1 is
45 ° ≦ θ1 ≦ 90 °
It is set to become.
θ2 is
10 ° ≦ θ2 ≦ 45 °
It is set to become.
The radius R1 of the concave curved surface between the end wall surface 31 and the inner bottom surface 29 is not specified.

キャビティ26上方から見た凹陥部28の平面形状は、前述した「えぐり開始点P」におけるキャビティ内周壁30の接線L1に対してθ3の角度をなす端壁面31の端縁と、該端壁面31に連なってスワール下流側に設定した「えぐり終了点Q」に至る側壁面32の端縁で決定される。
θ3は、
90°≦θ3≦180°
となるように設定されている。
130°≦θ3≦180°の場合は端壁面31と側壁面32との間に介在する凹曲面をなくすことができる。
尚、スワール下流側に設定した「えぐり終了点Q」におけるキャビティ内周壁30の接線L2に対して側壁面32がなすθ4の角度は、任意で構わない。
The planar shape of the recessed portion 28 as viewed from above the cavity 26 is such that the edge of the end wall surface 31 that forms an angle θ3 with respect to the tangent L1 of the cavity inner peripheral wall 30 at the “starting point P” described above, and the end wall surface 31 Is determined at the edge of the side wall surface 32 that reaches the “cutting end point Q” set downstream of the swirl.
θ3 is
90 ° ≦ θ3 ≦ 180 °
It is set to become.
When 130 ° ≦ θ3 ≦ 180 °, the concave curved surface interposed between the end wall surface 31 and the side wall surface 32 can be eliminated.
The angle of θ4 formed by the side wall surface 32 with respect to the tangent line L2 of the cavity inner peripheral wall 30 at the “cutting end point Q” set on the downstream side of the swirl may be arbitrary.

図6(a)、(b)において、インジェクタ8(図8参照)の噴孔の向きが、矢印Cで表すピストン25の半径方向に重なっていたとすると、エンジン運転中に噴孔から噴射される燃料は、気筒内を矢印B方向に流れるスワールの影響を受けて、矢印Aで表すようにスワール下流側へと偏向する。図6(a)はエンジン低速運転時における燃料の流れ、図6(b)はエンジン高速運転時における燃料の流れを示しており、エンジン低速運転時に比べてスワール速度が速いエンジン高速運転時には、矢印Aで表される燃料の流れは、よりスワール下流側へ偏向することになる。   6 (a) and 6 (b), assuming that the direction of the injection hole of the injector 8 (see FIG. 8) overlaps with the radial direction of the piston 25 indicated by the arrow C, the injection is performed from the injection hole during engine operation. The fuel is affected by the swirl flowing in the direction of the arrow B in the cylinder, and is deflected to the downstream side of the swirl as indicated by the arrow A. FIG. 6 (a) shows the flow of fuel during low-speed engine operation, and FIG. 6 (b) shows the flow of fuel during high-speed engine operation. The arrow indicates that the swirl speed is higher than that during low-speed engine operation. The fuel flow represented by A is deflected further to the swirl downstream side.

そこで、図7に示すように、エンジン低速運転時にピストン25の頂部へ向けて噴射される燃料が、スワールにより偏向して凹陥部28における側壁面32の範囲Xに到達し、エンジン高速運転時にピストン25の頂部へ向けて噴射される燃料が、スワールにより偏向して凹陥部28下方のキャビティ内周壁30の範囲Yに到達するように、前記凹陥部28の内底面29の傾斜を設定している。   Therefore, as shown in FIG. 7, the fuel injected toward the top of the piston 25 during low-speed operation of the engine is deflected by the swirl and reaches the range X of the side wall surface 32 in the recessed portion 28, so that the piston is The inclination of the inner bottom surface 29 of the recessed portion 28 is set so that the fuel injected toward the top of the recessed portion 28 is deflected by the swirl and reaches the range Y of the cavity inner peripheral wall 30 below the recessed portion 28. .

次に、本発明の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造の作動について述べる。   Next, the operation of the combustion chamber structure of the direct injection diesel engine of the present invention will be described.

エンジン低速運転時にインジェクタ8(図8参照)からピストン25の頂部へ向けて噴射される燃料は、スワール速度が遅いので、スワール下流側へは大きく偏向せずに、凹陥部28における側壁面32の範囲Xに到達する。このため、燃料の大半が凹陥部28に入り、残りの燃料はキャビティ26内で混合気を生成する。   The fuel injected from the injector 8 (see FIG. 8) toward the top of the piston 25 during low-speed operation of the engine has a low swirl speed, so that the fuel is not largely deflected downstream of the swirl and the side wall surface 32 of the recessed portion 28 is not deflected. Range X is reached. For this reason, most of the fuel enters the recess 28, and the remaining fuel generates an air-fuel mixture in the cavity 26.

そして、凹陥部28に入った燃料の一部は、側壁面32を越してピストン頂部端面27上方のスキッシュエリアSへ溢れ出し、また、残りの燃料は、内底面29及び側壁面32に沿って燃焼室周方向に導かれ、ピストン頂部端面27上方のスキッシュエリアSへ溢れ出す。   A part of the fuel that has entered the recess 28 overflows the side wall surface 32 to the squish area S above the piston top end surface 27, and the remaining fuel flows along the inner bottom surface 29 and the side wall surface 32. It is guided in the circumferential direction of the combustion chamber and overflows to the squish area S above the piston top end face 27.

エンジン低速運転時に空気が多く存在しているスキッシュエリアSに対して、上述したように燃料を導入させれば、スキッシュエリアS周方向全体で混合気が生成され、スキッシュエリアS周方向全体の空気を有効利用することができる。つまり、スキッシュエリアSへ燃料を導入することによって、キャビティ26内において燃料濃度が局所的に高くなることが回避され、黒煙の発生を低減できる。   If fuel is introduced into the squish area S where a large amount of air is present during engine low speed operation, an air-fuel mixture is generated in the entire circumferential direction of the squish area S, and the air in the entire circumferential direction of the squish area S. Can be used effectively. That is, by introducing the fuel into the squish area S, it is possible to avoid a local increase in the fuel concentration in the cavity 26 and to reduce the generation of black smoke.

エンジン高速運転時にインジェクタ8(図8参照)からピストン25の頂部へ向けて噴射される燃料は、スワール速度が速いので、スワール下流側へ大きく偏向し、凹陥部28下方のキャビティ内周壁30の範囲Yに到達する。このため、燃料の大半がキャビティ26内に入って混合気を生成し、残りの燃料が凹陥部28に入る。   The fuel that is injected from the injector 8 (see FIG. 8) toward the top of the piston 25 during high-speed operation of the engine has a high swirl speed, so that it largely deflects downstream of the swirl, and the range of the cavity inner peripheral wall 30 below the recess 28 Y is reached. For this reason, most of the fuel enters the cavity 26 to generate an air-fuel mixture, and the remaining fuel enters the recess 28.

エンジン高速運転時に空気が多く存在しているキャビティ26内に対して、上述したように燃料を導入させれば、スキッシュエリアSにおいて燃料濃度が局所的に高くなることが回避され、黒煙の発生を低減できる。   If fuel is introduced into the cavity 26 where a large amount of air is present during high-speed operation of the engine as described above, the fuel concentration in the squish area S is avoided from being locally increased, and black smoke is generated. Can be reduced.

そして、凹陥部28に入った燃料は、内底面29及び側壁面32に沿ってピストン頂部端面27上方のスキッシュエリアSへ導かれ、この燃料がスキッシュエリアS周方向全体に分散して混合気を生成するので、スキッシュエリアSにおいて燃料濃度が局所的に高くなることが回避され、黒煙の発生を低減できる。   Then, the fuel that has entered the recessed portion 28 is guided along the inner bottom surface 29 and the side wall surface 32 to the squish area S above the piston top end surface 27, and this fuel is dispersed throughout the squish area S in the circumferential direction so Since it is generated, it is avoided that the fuel concentration is locally increased in the squish area S, and the generation of black smoke can be reduced.

また、ピストン25下降時には、キャビティ26の混合気がスキッシュエリアSへ引っ張られるリバーススキッシュと呼ばれる現象が生じるが、本発明の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造においては、ピストン25の頂部に凹陥部28を形成した分だけピストン25のトップクリアランス面積が小さくなり、リバーススキッシュによってスキッシュエリアSに引き戻される混合気の量が減る。よって、エンジン高速運転時には、スキッシュエリアSにおいて燃料濃度が局所的に高くなることが回避され、黒煙の発生を低減できる。   Further, when the piston 25 descends, a phenomenon called reverse squish occurs in which the air-fuel mixture in the cavity 26 is pulled to the squish area S. In the combustion chamber structure of the direct injection diesel engine of the present invention, the concave portion 28 is formed at the top of the piston 25. The top clearance area of the piston 25 is reduced by the amount formed, and the amount of air-fuel mixture drawn back to the squish area S by the reverse squish is reduced. Therefore, locally high fuel concentration is avoided in the squish area S during high-speed engine operation, and the generation of black smoke can be reduced.

なお、本発明の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。   It should be noted that the combustion chamber structure of the direct injection diesel engine of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that changes can be made without departing from the gist of the present invention.

25 ピストン
26 キャビティ
27 ピストン頂部端面
28 凹陥部
29 内底面
30 キャビティ内周壁
31 端壁面
32 側壁面
25 Piston 26 Cavity 27 Piston top end surface 28 Recessed portion 29 Inner bottom surface 30 Cavity inner peripheral wall 31 End wall surface 32 Side wall surface

Claims (2)

ピストン頂部に燃焼室の大半をなすように窪むキャビティを形成し、気筒天井部の中心からピストン頂部へ向けて燃料を複数方向に噴射して自己着火させる直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造であって、
ピストン頂部の燃料噴射方向下流側に当たる各個所に、ピストン頂部端面に対して窪み且つキャビティ側からピストン半径方向へえぐられてピストン周方向に延びる形状の凹陥部を形成し、
該凹陥部の内底面を、スワール流通方向上流側から下流側へ向けて漸次ピストン頂部端面に近づいて連なるように構成したことを特徴とする直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造。
This is a combustion chamber structure for a direct injection diesel engine in which a cavity is formed at the top of the piston so that it is recessed to form most of the combustion chamber, and fuel is injected in multiple directions from the center of the cylinder ceiling toward the top of the piston. And
In each part corresponding to the downstream side of the fuel injection direction of the piston top part, a concave part is formed which is recessed with respect to the end face of the piston top part and extends in the piston radial direction from the cavity side to extend in the piston circumferential direction.
A combustion chamber structure of a direct injection type diesel engine, wherein the inner bottom surface of the recessed portion is configured to gradually approach the end surface of the piston top portion from the upstream side to the downstream side in the swirl flow direction.
エンジン低速運転時にピストン頂部へ向けて噴射される燃料が、スワールにより偏向して凹陥部内に到達し、また、エンジン高速運転時にピストン頂部へ向けて噴射される燃料が、スワールにより偏向して凹陥部下方のキャビティ内周壁に到達するように、凹陥部の内底面の傾斜を設定した請求項1に記載の直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室構造。   The fuel injected toward the top of the piston during low-speed operation of the engine is deflected by the swirl and reaches the recess, and the fuel injected toward the top of the piston during the high-speed operation of the engine is deflected by the swirl and below the recess. The combustion chamber structure of a direct-injection diesel engine according to claim 1, wherein the inclination of the inner bottom surface of the recessed portion is set so as to reach the inner peripheral wall of the other cavity.
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