JP2013177844A - 直接噴射式ディーゼルエンジン、及び直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリンダヘッドに対向する頂面11に開口を有する第1キャビティ12と第1キャビティ12の底面13に開口を有する第2キャビティ15とによってキャビティが構成されたピストン10を備え、第2キャビティ15の開口縁であるリップ部16に向けて燃料が放射状に噴射される直接噴射式ディーゼルエンジンであって、ピストン10が、第1キャビティ12の底面13と第1キャビティ12の側面14とのなす隅部に一体的に形成され、且つ、ピストン10の頂面11に対向する平面視にて、燃料の噴射方向を示す仮想線とリップ部16とが交わる部分に向けて第1キャビティ12の側面14から延びて当該仮想線上に基端部と先端部21とを有する先細り状の突起部20を有する。
【選択図】図1
Description
第2キャビティの開口縁まで突起部が延びている場合、該開口縁のうちで突起部の先端部周辺に衝突した燃料は、前記第1キャビティを有さない場合と同様に、突起部の先端部が障害となってスキッシュエリアに分配されにくくなる。この点、上述した本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つによれば、突起部は、第2キャビティの開口縁よりも第1キャビティの側面側に先端部を有している。そのため、前記第2キャビティの開口縁まで突起部が延びている場合に比べて、第2キャビティの開口縁に衝突した燃料がスキッシュエリアに分配されやすくなる。その結果、突起部が形成されていない場合に比べて、スキッシュエリアに対する燃料分配量が低下することを抑えることが可能である。
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つは、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記仮想線上に燃料が噴射される直接噴射式ディーゼルエンジンである。
以下、本開示の技術における直接噴射式ディーゼルエンジン(以下、単にディーゼルエンジンという。)及び該直接噴射式ディーゼルエンジンに適用されるピストンを具体化した第1実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。
図5に示されるように、リップ部16の先端部に向けて噴射された燃料の一部は、リップ部16の先端部に衝突したのち、第1キャビティ12に向けた流れと第2キャビティ15に向けた流れとに分配される。第1キャビティ12に分配された燃料の一部は、続いて突起部20の先端部21に衝突する。突起部20の先端部21に衝突した燃料の一部は、さらに、突起部20の上流側側面24に案内される流れと突起部20の下流側側面25に案内される流れとに分配される。
・エンジン負荷:100%
・突起部20の高さh:高さH
・上流側側面24の角度θ1:45°
・下流側側面25の角度θ2:60°
その結果、図6に示されるように、突起部20の突出量W1が「0×L1<W1≦0.8×L1」の範囲では、スキッシュエリアに対する燃料分配量Qが突起部20を設けない場合と略同等かそれ以上になることが確認された。一方、突起部20の突出量W1が「0.8×L1<W1≦L1」の範囲では、突出量W1が大きくなるにつれてスキッシュエリアに対する燃料分配量Qが減少することが確認された。すなわち、突起部20の先端部21をリップ部16の先端部よりも第1キャビティ12の側面14側に配置することによって、「0.8×L1<W1≦L1」の範囲では、スキッシュエリアに対する燃料分配量Qが減少するものの、突出量W1が少ないほど燃料分配量Qの減少が抑制されることが確認された。そして、互いに隣接する突起部20の上流側側面24と下流側側面25とが干渉しない範囲で、上記条件を適宜変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、突起部20の突出量W1は、「0×L1<W1≦0.8×L1」の範囲であることが好ましいものと考えられる。
・エンジン負荷:100%
・突起部20の高さh:高さH
・突起部20の突出量W1:0.5×L1
・上流側側面24の角度θ1:45°
図7に示されるように、下流側側面25の角度θ2が「40°≦θ2≦75°」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より小さく、「0≦θ2<40°」及び「75°<θ2」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より大きくなることが確認された。
・エンジン負荷:100%
・突起部20の高さh:高さH
・突起部20の突出量W1:0.5×L1
・下流側側面25の角度θ2:60°
図8に示されるように、上流側側面24の角度θ1が「0≦θ1≦55°」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より小さく、「55°<θ1」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より大きくなることが確認された。これは、上流側側面24の角度θ1が「55°<θ1」の範囲では、第1キャビティ12に分配された燃料が、上流側側面24によって塞き止められやすくなるため、上流側側面24に案内されることなくスキッシュエリアに分配されるためと考えられる。
(1)第1キャビティ12に分配された燃料の一部は、続いて突起部20に衝突することによって、突起部20の上流側側面24に案内される流れと突起部20の下流側側面25に案内される流れとにさらに分配される。その結果、突起部20が形成されていない場合に比べて、スキッシュエリアにおいて燃料が分散されやすくなることから、スキッシュエリアにおける空気を効率よく利用することが可能である。
以下、本開示の技術におけるディーゼルエンジン、及び該ディーゼルエンジンに適用されるピストンを具体化した第2実施形態について、図9〜図17を参照して説明する。
リップ部16の先端部に衝突して第1キャビティ12に分配された燃料の一部は、突起部20の先端部21に衝突することによって該突起部20の下流側側面25に案内される。
・エンジン負荷:100%
・突起部20の高さh:高さH
・突起部20の突出量W1:0.5×L1
・突起部20における角度θ1:45°
・窪み部40の窪み量W2:0.2×L2
・窪み部40における角度θ3:90°
図14に示されるように、突起部20の下流側側面25の角度θ2が「40°≦θ2≦80°」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より小さく、「0≦θ2<40°」及び「80°<θ2」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より小さくなることが確認された。そして、突起部20の上流側側面24と窪み部40の下流側側面43とが干渉しない範囲で上記条件を変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、突起部20の下流側側面25の角度θ2は、「40°≦θ2≦80°」の範囲であることが好ましいものと考えられる。
・エンジン負荷:100%
・突起部20の高さh:高さH
・突起部20の突出量W1:0.5×L1
・突起部20における角度θ2:60°
・窪み部40の窪み量W2:0.2×L2
・窪み部40における角度θ3:90°
図15に示されるように、第1実施形態と同様、突起部20の上流側側面24の角度θ1が「0≦θ1≦55°」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より小さく、「55°<θ1」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より大きくなることが確認された。そして、突起部20の上流側側面24と窪み部40の下流側側面43とが干渉しない範囲で、上記条件を変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、上流側側面24の角度θ1は、「0≦θ1≦55°」であることが好ましいものと考えられる。
・エンジン負荷:100%
・突起部20の高さh:高さH
・突起部20の突出量W1:0.5×L1
・突起部20における角度θ1:45°
・突起部20における角度θ2:60°
・窪み部40の窪み量:0.2×L2
図16に示されるように、窪み部40の角度θ3が「80°≦θ3」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より小さく、「θ3<80°」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より大きくなることが確認された。これは、θ3<80°の範囲では、窪み部40に案内された燃料が、スキッシュエリアの周方向に対する分配を図ることができないためと考えられる。そして、突起部20の上流側側面24と窪み部40の下流側側面43とが干渉しない範囲で上記条件を変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、窪み部40の角度θ3は、「80°≦θ3」の範囲であることが好ましいものと考えられる。
・エンジン負荷:100%
・突起部20の高さh:高さH
・突起部20の突出量W1:0.5×L1
・突起部20における角度θ1:45°
・突起部20における角度θ2:60°
・窪み部40における角度θ3:90°
図17に示されるように、窪み部40の窪み量W2が「0×L2<W2≦0.5×L2」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より小さく、「0.5×L2<W2」の範囲では評価値Eが基準となる値E0より大きくなることが確認された。そして、突起部20の上流側側面24と窪み部40の下流側側面43とが干渉しない範囲で上記条件を変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、窪み部40の角度θ3は、「80°≦θ3」の範囲であることが好ましいものと考えられる。
・第2実施形態において、窪み部40の上流側側面42は、突起部20の下流側側面25に連続して、且つスワール流の流れ方向23における下流側へ延びる面であればよく、突起部20の下流側側面25を延伸させた面でなくてもよい。すなわち、窪み部40の上流側側面42は、突起部20の下流側側面25に対して所定の角度だけ屈曲していてもよい。
・第2実施形態において、窪み部40の底面41は、第1キャビティ12の底面13と、ピストン30の頂面11とを繋ぐ面であってもよい。
・第1及び第2実施形態において、突起部20は、ピストン10,30の頂面11を含む平面よりも第1キャビティ12の底面13側に対向面22を有していてもよい。すなわち、突起部20の高さhは、第1キャビティ12の底面13からピストン10の頂面までの高さHに対して0<h≦Hの範囲にあってもよい。
Claims (9)
- シリンダヘッドに対向する頂面に開口を有する第1キャビティと前記第1キャビティの底面に開口を有する第2キャビティとによってキャビティが構成されたピストンを備える直接噴射式ディーゼルエンジンであって、
前記ピストンが、前記第1キャビティの底面と該第1キャビティの側面とのなす隅部に一体的に形成され、且つ、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記第1キャビティの側面から延びる先細り状の突起部を有する
ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン。 - 前記ピストンの頂面が平坦面であり、
前記突起部は、前記シリンダヘッドに対向する対向面を前記ピストンの頂面と同一平面上、あるいは前記ピストンの頂面よりも前記第1キャビティの底面側に有する
請求項1に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。 - 前記突起部は、前記第2キャビティの開口縁よりも前記第1キャビティの側面側に先端部を有する
請求項1または2に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。 - 前記突起部は、前記シリンダヘッドに対向する対向面と前記第1キャビティの底面とを繋ぐ一対の側面を有し、
当該一対の側面のうちで前記シリンダ内に生成されるスワール流の流れ方向に対して下流側に配置される側面は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記スワール流の流れ方向に対して上流側に配置される部位ほど前記突起部の先端部側に近くなるように配置される傾斜面である
請求項1〜3のいずれか一項に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。 - 前記突起部が、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記第2キャビティの中心より放射状に延びる仮想線上に基端部と先端部とを有する
請求項1〜4のいずれか一項に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。 - 前記突起部は、前記シリンダヘッドに対向する対向面と前記第1キャビティの底面とを繋ぐ一対の側面を有し、
前記ピストンは、前記ピストンの頂面に対して開放された窪み部を前記第1キャビティの側面に有し、
前記窪み部は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記一対の側面のうちで前記シリンダ内に形成されるスワール流の流れ方向に対して下流側に配置される側面に連続する面であって該流れ方向における下流側へ延びる連続面を有する
請求項4または5に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。 - 前記連続面は、前記突起部の側面のうちでスワール流の流れ方向に対して下流側に配置される側面を延伸させた面である
請求項6に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。 - 前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記仮想線上に燃料が噴射される
請求項5〜7のいずれか一項に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。 - シリンダヘッドに対向する頂面に開口を有する第1キャビティと前記第1キャビティの底面に開口を有する第2キャビティとによってキャビティが構成される直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストンであって、
前記第1キャビティの底面と該第1キャビティの側面とのなす隅部に一体的に形成され、且つ、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記第1キャビティの側面から延びる先細り状の突起部を有する
ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストン。
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