JP2016121573A - Internal combustion engine piston - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、主としてディーゼル機関に使用されるピストンに関するものである。 The present invention relates to a piston mainly used in a diesel engine.
ディーゼル機関では、燃料は、インジェクタによって燃焼室(気筒)に噴射される。インジェクタには、多数の燃料噴射孔が周方向に飛び飛びで形成されており、各燃料噴射孔から噴出した燃料は、霧化されて、燃料噴射孔から遠ざかりつつ拡散していく。 In a diesel engine, fuel is injected into a combustion chamber (cylinder) by an injector. In the injector, a large number of fuel injection holes are formed so as to jump in the circumferential direction, and the fuel ejected from each fuel injection hole is atomized and diffuses away from the fuel injection holes.
ディーゼル機関では、圧縮時に霧化燃料が空気(酸素)と反応して燃焼するが、燃焼が拡散していく現象が生じており、燃料の分散性を高めて燃焼を均等化するために、ピストンの頂面に凹所を形成している。 In a diesel engine, atomized fuel reacts with air (oxygen) during combustion and burns, but there is a phenomenon in which combustion diffuses. In order to improve fuel dispersibility and equalize combustion, pistons A recess is formed on the top surface of the.
その例として特許文献1には、インジェクタを回転式に構成しつつ、凹所の外形を、軸心から遠い凹部と軸心に近い突部とが滑らかに連続している花びら形に形成し、高負荷域では燃料を突部に向けて噴出させて、中低負荷域では燃料を凹部に向けて噴出させることが開示されている。
As an example, in
すなわち、特許文献1では、中低負荷域には燃料を凹部の外端に衝突させて着火させることにより、空気の巻き込みを抑制しつつ燃焼ガスの巻き込みを促進して窒素酸化物の発生を抑制する一方、高負荷域では燃料を突部の外端に衝突させて着火することにより、空気の導入を促進しつつ燃焼ガスの巻き込みを抑制してスモークの発生防止を図っている。
That is, in
さて、インジェクタから噴出した燃料は距離に比例して速度が低下するため、ピストンの直径がある程度の大きさである場合は、燃料は凹所の内周壁には付着せずに燃焼するが、例えば排気量が1000cc以下で3〜4気筒のような内燃機関の場合は、ピストンの直径が小さいため、燃料が完全に霧化する前に凹所の内周面に衝突して霧化が不十分になったり、凹所の外周の内面に付着した燃料が不完全燃焼してスモークの原因になったりすることがある。 Now, since the speed of the fuel jetted from the injector decreases in proportion to the distance, if the piston has a certain size, the fuel burns without adhering to the inner peripheral wall of the recess. In the case of an internal combustion engine such as 3-4 cylinders with a displacement of 1000 cc or less, the diameter of the piston is small, so the fuel collides with the inner peripheral surface of the recess before the atomization completely, and the atomization is insufficient Or the fuel adhering to the inner surface of the outer periphery of the recess may cause incomplete combustion and cause smoke.
この点については、凹所の大きさをできるだけ大きくしたらよいと考えられるが、凹所の大きさを大きくすると、凹所の容積が増大することによって圧縮比が低下するおそれがある。 In this regard, it is considered that the size of the recess should be as large as possible. However, if the size of the recess is increased, the volume of the recess may increase and the compression ratio may decrease.
本願発明はこのような現状に鑑みて成されたものであり、凹所の容積は増大させることなく、凹所の内周面への燃料の付着を的確に防止又は抑制できるようにすることを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and it is possible to accurately prevent or suppress the adhesion of fuel to the inner peripheral surface of the recess without increasing the volume of the recess. It is the purpose.
本願発明は、燃料噴射孔が周方向に飛び飛びで形成されたインジェクタを有する内燃機関に使用されるピストンに関する。 The present invention relates to a piston used in an internal combustion engine having an injector in which fuel injection holes are formed in a circumferential direction.
このピストンは、その頂面に、前記インジェクタの燃料噴射孔の開口方向に向いた第1凹溝の群と、前記インジェクタの隣り合った燃料噴射孔の間の外側に向いた第2凹溝の群とが、互いに連続するように形成されており、前記第1凹溝の群と第2凹溝の群とで構成された凹所の外周は、軸心方向から見て、前記第1凹溝の外端は軸心に向けて凹で第2凹溝の外端は軸心に向けて凸となるように曲面を持って滑らかに連続した花びら形の形状を成しており、
更に、前記各第1凹溝と各第2凹溝とは、軸心の近くの中央部では同じ深さで、中央部から遠ざかるほど第1凹溝の深さが第2凹溝の深さよりも深くなっており、隣り合った第1凹溝と第2凹溝とは周方向に滑らかに連続している。
The piston has, on its top surface, a group of first concave grooves facing the opening direction of the fuel injection holes of the injector and a second concave groove facing the outside between the adjacent fuel injection holes of the injector. Are formed so as to be continuous with each other, and an outer periphery of a recess formed by the group of the first concave grooves and the group of the second concave grooves is the first concave when viewed from the axial direction. The outer end of the groove is concave toward the axial center, and the outer end of the second concave groove has a curved continuous petal shape so that it protrudes toward the axial center.
Furthermore, each said 1st ditch | groove and each 2nd ditch | groove are the same depth in the center part near an axial center, and the depth of a 1st ditch | groove is the depth of a 2nd ditch | groove, so that it distances from a center part. The adjacent first groove and second groove are smoothly continuous in the circumferential direction.
各凹溝の外端の内面は、ピストンの軸心と略平行でもよいし、頂面に近づくに従って軸心から遠ざかるように傾斜させてもよい。或いは、頂面の箇所が軸心に向けてオーバーハングするように、放射方向に抉られた状態に形成することも可能である。 The inner surface of the outer end of each concave groove may be substantially parallel to the axis of the piston, or may be inclined so as to move away from the axis as approaching the top surface. Or it is also possible to form it in the state where it was beaten in the radial direction so that the location of the top surface overhangs toward the axis.
本願発明では、凹所は、燃料噴出エリアに位置した第1凹溝が軸心から遠くまで延びるように花びら形になっているため、凹所の容積を増大させることなく、燃料が飛散する距離を大きくすることができる。このため、小排気量多気筒内燃機関のピストンであっても、圧縮比の低下をもたらすことなく、燃料が凹所に内面に付着することを防止して、スモークの発生を防止又は著しく抑制できる。 In the present invention, the recess has a petal shape so that the first groove located in the fuel ejection area extends far from the axis, so that the distance at which the fuel scatters without increasing the volume of the recess. Can be increased. For this reason, even in a piston of a small displacement multi-cylinder internal combustion engine, it is possible to prevent or significantly suppress the occurrence of smoke by preventing the fuel from adhering to the inner surface without causing a reduction in the compression ratio. .
特許文献1では、中心部の箇所では、突部の箇所が凹部の箇所よりも深さが深くなって、軸心から離れた中途部を境にして、凹部の箇所が凸部の箇所よりも深さが深くなるように変化している。従って、谷と稜線との関係が、中央部の箇所と外周寄りの箇所とで相違しており、このため、凹部の底面は複雑な形状になっており、その結果、霧化燃料の拡散や火炎の伝播が抑制されて、不完全燃焼や燃焼速度の低減をもたらすことが懸念される。
In
これに対して本願発明では、第1凹溝と第2凹溝とはピストンの中央部では同じ深さであって、しかも、中央部の外側では、隣り合った第1凹溝と第2凹溝とは滑らかに連像しつつ深さが異なっているため、凹所の底面は比較的シンプルで滑らかな形状になっている。このため、第1凹溝に噴霧された燃料の一部が第2凹溝に流れることや、火炎が第1凹溝の箇所から第2凹溝の箇所に伝播することがスムースに行われる。これにより、完全燃焼と燃焼速度アップとに貢献でき、延いては、出力のアップ、燃費の向上に貢献できる。 On the other hand, in the present invention, the first concave groove and the second concave groove have the same depth at the central portion of the piston, and the first concave groove and the second concave portion adjacent to each other outside the central portion. Since the depth of the groove is different from that of the groove, the bottom surface of the recess has a relatively simple and smooth shape. For this reason, it is smoothly performed that a part of the fuel sprayed in the first concave groove flows into the second concave groove, and that the flame propagates from the first concave groove to the second concave groove. Thereby, it can contribute to complete combustion and combustion speed increase, and can contribute to the improvement of output and the improvement of fuel consumption.
(1).構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態の内燃機関はディーゼル機関であり、ピストン1は、シリンダブロック2に形成した気筒(シンリダボア)3に摺動自在に嵌まっており、シリンダブロック2の上面にはシリンダヘッド4が固定されている。シリンダヘッド4の下面のうち気筒3の軸心に位置した箇所には、インジェクタ5を回転不能に装着している。インジェクタ5は燃焼室に突出したノズル6を有しており、ノズル6の外周面には、等間隔で8個の燃料噴射孔(図示せず)が空いている。燃料噴射孔はやや下向きに傾斜している。
(1). Structure Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The internal combustion engine of the embodiment is a diesel engine, and the
ピストン1の頂面1aには、インジェク5の燃料噴射方向に向いて8つの第1凹溝7と、隣り合った燃料噴射孔の間の部分の放射方向外側に位置した8つの第2凹溝8とが、周方向に連続した状態に形成されており、これら第1凹溝7の群と第2凹溝8の群とにより、1つの凹所9が形成されている。凹所9は、ピストン1の頂面1aのうち、半径の半分よりもやや広がった範囲に形成されている。
On the
図1のとおり、凹所9の外周は、第1凹溝7の箇所では軸心10から遠くて第2凹溝8の箇所では軸心10に近くなるように、湾曲した凹凸が滑らかに連続した花びら形を成している。従って、第1凹溝7の外端7aは軸心10に向けた凹部になって、第2凹溝8の外端8aは軸心10に向けた突部になっている。
As shown in FIG. 1, the curved outer surface of the
図2のとおり、凹所9のうち、中央部11のある程度の範囲は、第1凹溝7と第2凹溝8とが同じ深さになっており、中央部11の放射方向外側では、第1凹溝7の深さが第2凹溝8の深さよりも徐々に大きくなっている。従って、凹所9の側面は、第1凹溝7の箇所では谷になって、第2凹溝8の箇所では稜線になっており、谷と稜線とは、中央部11から遠ざかるほど周方向の幅が大きくなっている。なお、凹所9は、略同じ深さの中央部11と、深さが相違する第1凹溝7及び第2凹溝8の群とで構成されていると見ることも可能である。
As shown in FIG. 2, a certain range of the
第1凹溝7の最大深さは第2凹溝8の最大深さの2倍程度になっているが、両者の深さの比率は任意に設定できる。図2(C)に明示するように、隣り合った第1凹溝7と第2凹溝8とは、曲面を持って周方向に滑らかに連続している。
Although the maximum depth of the first
第1凹溝7の外端面7a及び第2凹溝8の外端面8a(換言すると凹所9の外周面は)は、ピストン1の頂面1aに近づくに従って軸心10から離れるように、軸心10に対して若干の角度θ1,θ2だけ傾斜している。図2(B)に一点鎖線で示すように、外端面7a,8aを軸心10と略平行に形成したり、図2(B)に点線で示すように、外端面7a,8aの上端を軸心10の側にオーバーハングさせたり(外端面7a,8aを半径外側に抉った状態に形成したり)することも可能である。
The
(2).作用・効果・その他
第1凹溝7の各燃料噴射孔から燃料が噴出されると、図1(B)及び図2(A)に示すように、霧化した燃料12は第1凹溝7に噴出される。この場合、第1凹溝7の外端7aは第2凹溝8の外端8aよりも遠くに位置しているため、凹所9の容積を増大させることなく、霧化燃料の飛散距離を大きくできる。その結果、霧化燃料が第1凹溝7の外端7aに付着することを防止又は著しく抑制することができる。従って、圧縮比の低下をもたらすことなく、スモークの発生を防止できる。
(2). Action / Effect / Others As shown in FIGS. 1B and 2A, when the fuel is ejected from each fuel injection hole of the
また、霧化燃料12は加圧によって着火しつつ拡散するが、隣り合った第1凹溝7と第2凹溝8とは、その外端部7a,8a及び底面とも滑らかに連続しているため、霧化燃料及び火炎が第1凹溝7から第2凹溝8に流れることもスムースに行われて、完全燃焼と火炎伝播速度の向上とに貢献できる。
The
特に、凹所9の中央部11では第1凹溝7と第2凹溝8とは同じ深さになっているため、中央部11の近傍部においても第1凹溝7から第2凹溝8に燃料及び火炎が流れることがスムースになって、燃料の分散性と燃焼速度のアップとに一層貢献できる。
In particular, since the first
実施形態のように両凹溝7,8の外端7a,8aを外側に傾斜させると、燃料が第1凹溝7の外端から第2凹溝8に戻る流れがガイドされるため、外端7a,8aへの燃料の付着防止に一層効果的である。
If the outer ends 7a, 8a of the both
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば図示の実施形態は、第1凹溝7に8つの燃料噴射孔が形成されていたが、燃料噴射孔は他の個数でもよい。凹所を設ける範囲や第1凹溝及び第2凹溝の深さも、任意に設計することができる。また、本願発明はディーゼル機関のピストンに好適であるが、直噴式ガソリン機関のピストンにも適用可能である。
The present invention can be embodied in various ways other than the above-described embodiment. For example, in the illustrated embodiment, eight fuel injection holes are formed in the first
本願発明は、実際に内燃機関のピストンに適用できる。従って、産業上利用できる。 The present invention is actually applicable to a piston of an internal combustion engine. Therefore, it can be used industrially.
1 ピストン
1a ピストンの頂面
2 シリンダブロック
3 気筒
4 シリンダヘッド
5 インジェクタ
6 ノズル
7 第1凹溝
7a 第1凹溝の外端
8 第2凹溝
8a 第2凹溝の外端
9 凹所
10 ピストンの軸心
11 凹所の中央部
12 霧化燃料
DESCRIPTION OF
Claims (1)
頂面に、前記インジェクタの燃料噴射孔の開口方向に向いた第1凹溝の群と、前記インジェクタの隣り合った燃料噴射孔の間の外側に向いた第2凹溝の群とが、互いに連続するように形成されており、前記第1凹溝の群と第2凹溝の群とで構成された凹所の外周は、軸心方向から見て、前記第1凹溝の外端は軸心に向けて凹で第2凹溝の外端は軸心に向けて凸となるように曲面を持って滑らかに連続した花びら形の形状を成しており、
更に、前記各第1凹溝と各第2凹溝とは、軸心の近くの中央部では同じ深さで、中央部から遠ざかるほど第1凹溝の深さが第2凹溝の深さよりも深くなっており、隣り合った第1凹溝と第2凹溝とは周方向に滑らかに連続している、
内燃機関用のピストン。 A piston used in an internal combustion engine having an injector in which fuel injection holes are formed by jumping in the circumferential direction,
On the top surface, a group of first concave grooves facing the opening direction of the fuel injection hole of the injector and a group of second concave grooves facing the outside between adjacent fuel injection holes of the injector are mutually connected. The outer periphery of the recess formed by the first groove group and the second groove group is formed in a continuous manner when viewed from the axial direction, and the outer end of the first groove is Concave toward the axis and the outer end of the second groove has a curved and continuous petal shape that is convex toward the axis.
Furthermore, each said 1st ditch | groove and each 2nd ditch | groove are the same depth in the center part near an axial center, and the depth of a 1st ditch | groove is the depth of a 2nd ditch | groove, so that it distances from a center part. The adjacent first and second grooves are smoothly continuous in the circumferential direction.
Piston for internal combustion engine.
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