JP2016151236A - Internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine capable of reducing smoke and unburnt fuel.SOLUTION: A diesel engine includes a cylinder 3, a piston 23 arranged to freely reciprocate vertically in the cylinder 3, a cylinder head 24 arranged above the piston 23 and forming a combustion chamber 4 in cooperation with the cylinder 3 and the piston 23, and an injector 5 attached to the cylinder head 24 and injecting fuel to the combustion chamber 4. A stepped portion 26 heightened toward an outer side of the piston 23 is provided on an upper end edge of the piston 23, a recessed cavity 27 constituting at least a part of the combustion chamber 4 is provided in an inner side of the stepped portion 26 in the piston 23, and a protrusion 30 having a shape in correspondence with a shape of the stepped portion 26 is provided in a lower portion of the cylinder head 24.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine.

従来の内燃機関としては、例えば特許文献1に記載されているようなディーゼルエンジンが知られている。特許文献1に記載のディーゼルエンジンは、シリンダと、このシリンダ内に配置されると共に、頂面の中央部にキャビティ部が形成されたピストンと、シリンダの上部に配置されたシリンダヘッドと、このシリンダヘッドに配置され、キャビティ部の外周部へ向けて燃料を噴射するインジェクタとを備えている。キャビティ部のリップ部には、ピストンの頂面の外周部に対してシリンダ下側へ窪んで段差を成す段付部がシリンダ周方向の全周に渡って形成されている。   As a conventional internal combustion engine, for example, a diesel engine as described in Patent Document 1 is known. A diesel engine described in Patent Document 1 includes a cylinder, a piston that is disposed in the cylinder, a piston having a cavity formed at the center of the top surface, a cylinder head that is disposed at the top of the cylinder, and the cylinder. And an injector that is disposed on the head and injects fuel toward the outer periphery of the cavity. On the lip portion of the cavity portion, a stepped portion is formed over the entire circumference in the cylinder circumferential direction.

特開2012−189041号公報JP2012-189041A

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、ピストンが圧縮上死点付近に達したときにインジェクタから燃料を噴射する場合には、スキッシュエリアの空気が十分に利用されず、スモークの発生の要因となる。また、シリンダのボア壁付近の低温エリアに燃料が到達し、燃料が燃焼しないクエンチ現象が発生し、結果的に未燃分の燃料が増加してしまう。   However, the following problems exist in the prior art. That is, when the fuel is injected from the injector when the piston reaches the vicinity of the compression top dead center, the air in the squish area is not sufficiently utilized, which causes smoke. In addition, the fuel reaches the low temperature area near the bore wall of the cylinder, a quench phenomenon occurs where the fuel does not burn, and as a result, the amount of unburned fuel increases.

本発明の目的は、スモーク及び未燃分の燃料を低減することができる内燃機関を提供することである。   An object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of reducing smoke and unburned fuel.

本発明の一態様は、燃料を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、シリンダと、シリンダ内に往復昇降自在に配置されたピストンと、ピストンの上方に配置され、シリンダ及びピストンと協働して燃焼室を形成するシリンダヘッドと、シリンダヘッドに取り付けられ、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、ピストンの上端縁部には、ピストンの外側に向かって高くなるような段付部が設けられており、ピストンにおける段付部よりも内側には、燃焼室の少なくとも一部を構成する凹状のキャビティ部が設けられており、シリンダヘッドの下部には、段付部の形状に対応する形状を有する凸部が設けられていることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, in an internal combustion engine that generates power by burning fuel, a cylinder, a piston disposed in a reciprocating manner in the cylinder, a piston disposed above the piston, and cooperating with the cylinder and the piston. A cylinder head that forms a combustion chamber, and a fuel injection valve that is attached to the cylinder head and injects fuel into the combustion chamber, and the upper end edge of the piston is stepped so as to rise toward the outside of the piston. A concave cavity portion that constitutes at least a part of the combustion chamber is provided on the inner side of the stepped portion of the piston, and the shape of the stepped portion is formed at the lower portion of the cylinder head. A convex portion having a corresponding shape is provided.

このような内燃機関においては、ピストンの上端縁部に、ピストンの外側に向かって高くなるような段付部を設け、シリンダヘッドの下部に、段付部の形状に対応する形状を有する凸部を設けることにより、燃焼室のスキッシュエリアが凸部によって減少する。このため、ピストンが圧縮上死点または圧縮上死点付近に達した状態では、燃焼室に存在する空気の大部分がキャビティ部に入り込む。従って、燃料噴射弁から噴射される燃料の燃焼に利用される空気が増加する。これにより、スモークを低減することができる。また、燃料が噴射されたときにシリンダのボア壁付近の低温エリアに到達する燃料が減少するため、燃料が燃焼しないクエンチ現象が発生しにくくなる。これにより、未燃分の燃料を低減することができる。   In such an internal combustion engine, a stepped portion is provided at the upper edge of the piston so as to increase toward the outside of the piston, and a convex portion having a shape corresponding to the shape of the stepped portion is provided at the lower portion of the cylinder head. By providing, the squish area of the combustion chamber is reduced by the convex portion. For this reason, when the piston reaches the compression top dead center or near the compression top dead center, most of the air existing in the combustion chamber enters the cavity portion. Therefore, the air used for the combustion of the fuel injected from the fuel injection valve increases. Thereby, smoke can be reduced. Further, since the fuel that reaches the low temperature area near the bore wall of the cylinder is reduced when the fuel is injected, a quench phenomenon in which the fuel does not burn is less likely to occur. Thereby, the unburned fuel can be reduced.

凸部の先端面は、平面状を呈していてもよい。この場合には、燃料噴射の貫徹力を確保しつつ、燃料を流動させることができる。   The tip surface of the convex portion may have a flat shape. In this case, the fuel can be flowed while ensuring the penetration force of the fuel injection.

また、ピストンの昇降位置を検出する位置検出部と、位置検出部によりピストンが圧縮上死点または圧縮上死点付近に達したことが検出されたときに、燃料のメイン噴射を実施するように燃料噴射弁を制御する制御部とを更に備えてもよい。この場合には、燃料のメイン噴射が実施される際に、スモーク及び未燃分の燃料を低減することができる。   In addition, when the position detection unit for detecting the lift position of the piston and the position detection unit detect that the piston has reached the compression top dead center or near the compression top dead center, the main injection of fuel is performed. You may further provide the control part which controls a fuel injection valve. In this case, when the main injection of fuel is performed, smoke and unburned fuel can be reduced.

本発明によれば、スモーク及び未燃分の燃料を低減することができる内燃機関が提供される。   According to the present invention, an internal combustion engine capable of reducing smoke and unburned fuel is provided.

一実施形態の内燃機関としてディーゼルエンジンを示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing a diesel engine as an internal-combustion engine of one embodiment. 図1に示されたエンジン本体の構造及び動作を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure and operation | movement of an engine main body shown by FIG. 図1に示されたECUにより実行されるインジェクタ制御の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the injector control performed by ECU shown by FIG. 図1に示されたインジェクタによる燃料の噴射パターンと熱発生率波形とを示すグラフである。It is a graph which shows the fuel injection pattern by the injector shown by FIG. 1, and a heat release rate waveform. 比較例として、従来のエンジン本体の一つの構造及び動作を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one structure and operation | movement of the conventional engine main body as a comparative example.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、一実施形態の内燃機関としてディーゼルエンジンを示す概略構成図である。図1において、本実施形態のディーゼルエンジン(以下、単にエンジン)1は、燃料を燃焼させて動力を発生する直噴式の4気筒直列ディーゼルエンジンである。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a diesel engine as an internal combustion engine according to an embodiment. In FIG. 1, a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 according to the present embodiment is a direct injection type four-cylinder in-line diesel engine that generates power by burning fuel.

エンジン1は、エンジン本体2を備えている。エンジン本体2は、4つのシリンダ3と、各シリンダ3に対応して設けられた各燃焼室4(後述)に燃料を噴射する4つのインジェクタ(燃料噴射弁)5とを有している。エンジン本体2については、後で詳述する。   The engine 1 includes an engine body 2. The engine body 2 includes four cylinders 3 and four injectors (fuel injection valves) 5 that inject fuel into combustion chambers 4 (described later) provided corresponding to the cylinders 3. The engine body 2 will be described in detail later.

エンジン1は、各インジェクタ5と接続されたコモンレール6を更に備えている。コモンレール6は、高圧燃料を貯留すると共に、高圧燃料を各インジェクタ5に供給する。   The engine 1 further includes a common rail 6 connected to each injector 5. The common rail 6 stores high-pressure fuel and supplies the high-pressure fuel to each injector 5.

エンジン1は、エンジン本体2にインテークマニホールド7を介して接続され、燃焼室4に空気を吸入するための吸気通路8と、エンジン本体2にエキゾーストマニホールド9を介して接続され、燃焼室4において燃焼された後の排気ガスを排出するための排気通路10とを更に備えている。   The engine 1 is connected to the engine body 2 via an intake manifold 7, connected to the combustion chamber 4 via an intake passage 8 for sucking air, and connected to the engine body 2 via an exhaust manifold 9. And an exhaust passage 10 for exhausting the exhaust gas after being discharged.

吸気通路8には、上流側から下流側に向けてエアクリーナー11、ターボ過給機12のコンプレッサ13、インタークーラー14及びスロットルバルブ15が配設されている。排気通路10には、上流側から下流側に向けてターボ過給機12のタービン16及び触媒付きDPF17が配設されている。   An air cleaner 11, a compressor 13 of the turbocharger 12, an intercooler 14, and a throttle valve 15 are disposed in the intake passage 8 from the upstream side toward the downstream side. A turbine 16 and a DPF 17 with a catalyst of the turbocharger 12 are disposed in the exhaust passage 10 from the upstream side toward the downstream side.

エンジン1は、燃焼後の排気ガスの一部を排気再循環ガス(EGRガス)として燃焼室4に還流する排気再循環(EGR)ユニット18を更に備えている。EGRユニット18は、吸気通路8とエキゾーストマニホールド9とを接続するEGR通路19を有している。EGR通路19には、エキゾーストマニホールド9側から吸気通路8側に向けてEGRクーラ20及びEGRバルブ21が配設されている。EGR通路19には、バイパス通路22がEGRクーラ20をバイパスするように接続されている。   The engine 1 further includes an exhaust gas recirculation (EGR) unit 18 that recirculates a part of the exhaust gas after combustion to the combustion chamber 4 as exhaust gas recirculation gas (EGR gas). The EGR unit 18 has an EGR passage 19 that connects the intake passage 8 and the exhaust manifold 9. An EGR cooler 20 and an EGR valve 21 are disposed in the EGR passage 19 from the exhaust manifold 9 side toward the intake passage 8 side. A bypass passage 22 is connected to the EGR passage 19 so as to bypass the EGR cooler 20.

図2は、図1に示されたエンジン本体2の構造及び動作を示す断面図である。図2において、エンジン本体2は、上記のシリンダ3と、このシリンダ3内に往復昇降自在に配置されピストン23と、このピストン23の上方に配置され、シリンダ3及びピストン23と協働して上記の燃焼室4を形成するシリンダヘッド24と、このシリンダヘッド24に取り付けられ、燃焼室4に燃料を噴射する上記のインジェクタ5とを備えている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure and operation of the engine body 2 shown in FIG. In FIG. 2, the engine main body 2 includes the above-described cylinder 3, a piston 23 that is reciprocated in the cylinder 3, a piston 23, and a piston 23 that is disposed above the piston 23. The cylinder head 24 that forms the combustion chamber 4 and the injector 5 that is attached to the cylinder head 24 and injects fuel into the combustion chamber 4.

燃焼室4は、シリンダ3のボア壁3aとシリンダヘッド24とピストン23とで囲まれる空間である。ピストン23は、クランク軸(図示せず)にコンロッド25を介して連結されている。   The combustion chamber 4 is a space surrounded by the bore wall 3 a of the cylinder 3, the cylinder head 24, and the piston 23. The piston 23 is connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod 25.

ピストン23の上端縁部には、ピストン23の全周にわたってピストン23の径方向外側に向かって高くなるような環状の段付部26が設けられている。段付部26は、断面湾曲形状を有している。具体的には、段付部26は、上段面を構成する頂面26aと、この頂面26aよりもピストン23の径方向内側(中心側)に配置され、下段面を構成する底面26bと、頂面26aと底面26bとの間に配置された断面湾曲形状の内周面26cとを有している。   An annular stepped portion 26 is provided on the upper end edge of the piston 23 so as to increase toward the radially outer side of the piston 23 over the entire circumference of the piston 23. The stepped portion 26 has a curved cross-sectional shape. Specifically, the stepped portion 26 includes a top surface 26a that constitutes the upper step surface, a bottom surface 26b that is disposed on the radially inner side (center side) of the piston 23 relative to the top surface 26a, and that constitutes the lower step surface, An inner peripheral surface 26c having a curved cross-sectional shape is disposed between the top surface 26a and the bottom surface 26b.

ピストン23における段付部26よりも径方向内側には、燃焼室4の少なくとも一部を構成する凹状のキャビティ部27が設けられている。キャビティ部27は、断面略半円形状の環状溝部28を有している。環状溝部28は、キャビティ部27の外側(段付部26側)領域に配置されている。キャビティ部27は、圧縮行程において所定の圧縮比が得られるような容積を有している。段付部26とキャビティ部27との境界部は、リップ部29を構成している。   A concave cavity portion 27 constituting at least a part of the combustion chamber 4 is provided on the radially inner side of the stepped portion 26 in the piston 23. The cavity portion 27 has an annular groove portion 28 having a substantially semicircular cross section. The annular groove portion 28 is disposed in the region outside the cavity portion 27 (on the stepped portion 26 side). The cavity portion 27 has a volume such that a predetermined compression ratio can be obtained in the compression stroke. A boundary portion between the stepped portion 26 and the cavity portion 27 constitutes a lip portion 29.

シリンダヘッド24の下部には、段付部26の形状に対応する形状を有する凸部30が設けられている。凸部30は、シリンダヘッド24のベース面24aから下側(ピストン23側)に突出している。凸部30は、底面視円形状を呈している。   A convex portion 30 having a shape corresponding to the shape of the stepped portion 26 is provided at the lower portion of the cylinder head 24. The convex portion 30 protrudes downward (on the piston 23 side) from the base surface 24 a of the cylinder head 24. The convex portion 30 has a circular shape in a bottom view.

凸部30の先端面30a(シリンダヘッド24の下端面)は、平面状を呈している。ここでいう平面とは、外観上の平面であり、肉眼では分からない微小の凹凸を有する面も含まれる。凸部30の外周面30bは、段付部26の内周面26cの形状に対応して断面湾曲形状を呈している。   The front end surface 30a of the convex portion 30 (the lower end surface of the cylinder head 24) has a planar shape. The plane referred to here is a plane in appearance, and includes a plane having minute irregularities that cannot be seen with the naked eye. The outer peripheral surface 30 b of the convex portion 30 has a cross-sectional curved shape corresponding to the shape of the inner peripheral surface 26 c of the stepped portion 26.

インジェクタ5は、シリンダヘッド24の凸部30の中心部に取り付けられている。インジェクタ5は、燃料を燃焼室4に向けて所定の噴射角(図2中の1点鎖線参照)で放射状に噴射する。   The injector 5 is attached to the central portion of the convex portion 30 of the cylinder head 24. The injector 5 injects the fuel radially toward the combustion chamber 4 at a predetermined injection angle (see a one-dot chain line in FIG. 2).

図1に戻り、エンジン1は、クランク角センサ31と、ECU(Electronic Control Unit)32とを更に備えている。クランク角センサ31は、ピストン23と連結されるクランク軸(図示せず)の回転角度であるクランク角を検出することにより、シリンダ3に対するピストン23の昇降位置を検出する位置検出部である。   Returning to FIG. 1, the engine 1 further includes a crank angle sensor 31 and an ECU (Electronic Control Unit) 32. The crank angle sensor 31 is a position detection unit that detects a lift position of the piston 23 relative to the cylinder 3 by detecting a crank angle that is a rotation angle of a crank shaft (not shown) connected to the piston 23.

ECU32は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程という1サイクル毎に、燃焼室4に空気を吸入するようにスロットルバルブ15を制御すると共に、各インジェクタ5から燃焼室4に燃料を噴射させるように各インジェクタ5を制御する。ECU32は、クランク角センサ31の検出値に基づいて各インジェクタ5を制御する制御部である。   The ECU 32 controls the throttle valve 15 so that air is sucked into the combustion chamber 4 for each cycle of the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke, and injects fuel from each injector 5 into the combustion chamber 4. Thus, each injector 5 is controlled. The ECU 32 is a control unit that controls each injector 5 based on the detected value of the crank angle sensor 31.

図3は、ECU32により実行されるインジェクタ制御の処理手順を示すフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of injector control executed by the ECU 32.

図3において、ECU32は、まずクランク角センサ31の検出値に基づいて、ピストン23が圧縮上死点に向かって上昇途中の所定位置に達したかどうかを判断する(手順S101)。ECU32は、ピストン23が圧縮上死点に向かって上昇途中の所定位置に達したときは、図4に示されるように、燃料のパイロット噴射Aを実施するようにインジェクタ5を制御する(手順S102)。これにより、図4に示されるように、パイロット噴射Aによる燃料の燃焼が行われ、燃焼室4の温度が上昇する。   In FIG. 3, the ECU 32 first determines whether or not the piston 23 has reached a predetermined position on the way to the compression top dead center based on the detected value of the crank angle sensor 31 (step S101). The ECU 32 controls the injector 5 to perform the pilot injection A of the fuel as shown in FIG. 4 when the piston 23 reaches a predetermined position on the way to the compression top dead center (step S102). ). As a result, as shown in FIG. 4, the fuel is burned by the pilot injection A, and the temperature of the combustion chamber 4 rises.

その後、ECU32は、クランク角センサ31の検出値に基づいて、ピストン23が圧縮上死点に達したかどうかを判断する(手順S103)。ECU32は、ピストン23が圧縮上死点に達したときは、図4に示されるように、燃料のメイン噴射Bを実施するようにインジェクタ5を制御する(手順S104)。これにより、図4に示されるように、圧縮上死点においてメイン噴射Bによる燃料の燃焼が開始される。   Thereafter, the ECU 32 determines whether or not the piston 23 has reached compression top dead center based on the detection value of the crank angle sensor 31 (step S103). When the piston 23 reaches the compression top dead center, the ECU 32 controls the injector 5 to perform the main injection B of fuel as shown in FIG. 4 (step S104). Thereby, as shown in FIG. 4, the combustion of the fuel by the main injection B is started at the compression top dead center.

このとき、図2(a)に示されるように、インジェクタ5からキャビティ部27の環状溝部28に向けて燃料が噴射される。シリンダヘッド24の下部には、段付部26の形状に対応する形状を有する凸部30が設けられている。このため、燃焼室4におけるキャビティ部27の上方に存在する空気の大部分が、凸部30により環状溝部28に押し込まれる。従って、メイン噴射による燃料の燃焼で利用される空気量が増加する。また、シリンダ3のボア壁3a付近に到達する燃料噴霧が減少する。   At this time, as shown in FIG. 2A, the fuel is injected from the injector 5 toward the annular groove portion 28 of the cavity portion 27. A convex portion 30 having a shape corresponding to the shape of the stepped portion 26 is provided at the lower portion of the cylinder head 24. For this reason, most of the air existing above the cavity 27 in the combustion chamber 4 is pushed into the annular groove 28 by the protrusion 30. Accordingly, the amount of air used for fuel combustion by main injection increases. Further, the fuel spray reaching the vicinity of the bore wall 3a of the cylinder 3 is reduced.

その後、ECU32は、クランク角センサ31の検出値に基づいて、ピストン23が圧縮上死点から下降途中の所定位置に達したかどうかを判断する(手順S105)。ECU32は、ピストン23が圧縮上死点から下降途中の所定位置に達したときは、図4に示されるように、燃料のアフター噴射Cを実施するようにインジェクタ5を制御する(手順S106)。これにより、図4に示されるように、アフター噴射Cによる燃料の燃焼が行われ、メイン噴射Bによる燃え残りの燃料が燃焼する。   Thereafter, the ECU 32 determines whether or not the piston 23 has reached a predetermined position in the middle of lowering from the compression top dead center based on the detection value of the crank angle sensor 31 (step S105). When the piston 23 reaches a predetermined position in the middle of lowering from the compression top dead center, the ECU 32 controls the injector 5 to perform the fuel after-injection C as shown in FIG. 4 (step S106). Thereby, as shown in FIG. 4, the fuel is burned by the after injection C, and the unburned fuel by the main injection B is burned.

このとき、図2(b)に示されるように、インジェクタ5からピストン23の段付部26部に向けて燃料が噴射される。すると、燃料噴霧は、段付部26の内周面26cに沿って上方に流れ、ピストン23の上方に存在する空気と混合して燃焼する。   At this time, as shown in FIG. 2B, fuel is injected from the injector 5 toward the stepped portion 26 of the piston 23. Then, the fuel spray flows upward along the inner peripheral surface 26 c of the stepped portion 26, mixes with the air existing above the piston 23, and burns.

図5は、比較例として、従来のエンジン本体の一つの構造及び動作を示す断面図である。図5において、エンジン本体50は、シリンダ3、ピストン23及びシリンダヘッド51を備えている。シリンダヘッド51の下部には、上記の凸部は設けられていない。シリンダヘッド51の中心部には、インジェクタ5が取り付けられている。なお、ピストン23が圧縮上死点に達したときの圧縮比が等しくなるように、エンジン本体50におけるピストン23の環状溝部28の容積は、上記のエンジン本体2におけるピストン23の環状溝部28の容積よりも小さくなっている。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing one structure and operation of a conventional engine body as a comparative example. In FIG. 5, the engine main body 50 includes a cylinder 3, a piston 23, and a cylinder head 51. The convex part is not provided in the lower part of the cylinder head 51. An injector 5 is attached to the center of the cylinder head 51. Note that the volume of the annular groove 28 of the piston 23 in the engine body 50 is the volume of the annular groove 28 of the piston 23 in the engine body 2 so that the compression ratio when the piston 23 reaches the compression top dead center becomes equal. Is smaller than

このようなエンジン本体50においては、ピストン23の上端縁部に段付部26が設けられている。このため、図5(b)に示されるように、燃料のアフター噴射が実施されることで、燃料がピストン23の段付部26に向けて噴射されると、燃料噴霧が段付部26に沿って上方に流れ、燃料噴霧の流動が促進される。   In such an engine main body 50, a stepped portion 26 is provided at the upper end edge of the piston 23. For this reason, as shown in FIG. 5B, when fuel is injected after the fuel is injected toward the stepped portion 26 of the piston 23, the fuel spray is applied to the stepped portion 26. The flow of the fuel spray is promoted.

しかし、図5(a)に示されるように、燃料のメイン噴射が実施されることで、燃料がピストン23の環状溝部28に向けて噴射されたときには、燃焼室4のスキッシュエリアSに存在する空気が燃料の燃焼に十分に利用されないため、スモークの生成の要因となる。また、シリンダ3のボア壁3a付近の低温エリアに燃料が到達しやすくなるため、燃料が燃えないというクエンチ現象が発生し、未燃分の燃料が増加してしまう。   However, as shown in FIG. 5A, when the fuel is injected toward the annular groove 28 of the piston 23 by performing the main injection of the fuel, it exists in the squish area S of the combustion chamber 4. Since air is not fully utilized for fuel combustion, it becomes a factor in the generation of smoke. Further, since the fuel easily reaches a low temperature area near the bore wall 3a of the cylinder 3, a quench phenomenon that the fuel does not burn occurs, and the unburned fuel increases.

これに対し本実施形態では、シリンダヘッド24の下部には、ピストン23の段付部26の形状に対応する形状を有する凸部30が設けられている。このため、燃焼室4のスキッシュエリアS(図5(a)参照)が凸部30によって減少する。従って、ピストン23が圧縮上死点に達した状態では、燃焼室4に存在する空気の大部分がキャビティ部27に入り込むため、インジェクタ5から噴射される燃料の燃焼に利用される空気が増加し、燃焼室4の空気利用率が高くなる。これにより、スモークを低減することができる。また、燃料が噴射されたときにシリンダ3のボア壁3a付近の低温エリアに到達する燃料が減少するため、クエンチ現象が発生しにくくなる。これにより、未燃分の燃料を低減することができる。以上の結果、エンジン1の排気性能を向上させ、ひいてはエンジン1の出力性能を向上させることが可能となる。   On the other hand, in the present embodiment, a convex portion 30 having a shape corresponding to the shape of the stepped portion 26 of the piston 23 is provided in the lower portion of the cylinder head 24. For this reason, the squish area S (see FIG. 5A) of the combustion chamber 4 is reduced by the convex portion 30. Accordingly, in the state where the piston 23 reaches the compression top dead center, most of the air present in the combustion chamber 4 enters the cavity portion 27, so that the air used for the combustion of the fuel injected from the injector 5 increases. The air utilization rate of the combustion chamber 4 is increased. Thereby, smoke can be reduced. Further, since the fuel that reaches the low temperature area near the bore wall 3a of the cylinder 3 is reduced when the fuel is injected, the quench phenomenon is less likely to occur. Thereby, the unburned fuel can be reduced. As a result, the exhaust performance of the engine 1 can be improved, and consequently the output performance of the engine 1 can be improved.

また、シリンダヘッド24の凸部30の先端面30aは平面状を呈しているので、燃料噴射の貫徹力を確保しつつ、燃料を流動させることができる。   Moreover, since the front end surface 30a of the convex portion 30 of the cylinder head 24 has a flat shape, the fuel can flow while ensuring the penetration force of fuel injection.

さらに、ピストン23が圧縮上死点に達した時点で、燃料のメイン噴射を実施するようにインジェクタ5を制御するので、燃料のメイン噴射が実施される際に、スモーク及び未燃分の燃料を低減することができる。このため、燃料のアフター噴射を実施する際の燃料噴射量を減少させることが可能となる。   Further, when the piston 23 reaches the compression top dead center, the injector 5 is controlled so that the main injection of fuel is performed. Therefore, when the main injection of fuel is performed, the smoke and unburned fuel are removed. Can be reduced. For this reason, it becomes possible to reduce the fuel injection quantity at the time of implementing fuel after-injection.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ピストン23が圧縮上死点に達したときに、燃料のメイン噴射を実施しているが、特にその形態には限られない。例えば、ピストン23が圧縮上死点付近に達したとき、具体的にはピストン23が圧縮上死点に達する直前またはピストン23が圧縮上死点に達した直後に、燃料のメイン噴射を実施してもよい。この場合にも、燃料のメイン噴射が実施される際に、スモーク及び未燃分の燃料を低減することができる。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the main injection of fuel is performed when the piston 23 reaches the compression top dead center. For example, when the piston 23 reaches the vicinity of the compression top dead center, specifically, immediately before the piston 23 reaches the compression top dead center or immediately after the piston 23 reaches the compression top dead center, the main injection of fuel is performed. May be. Also in this case, when the main injection of fuel is performed, smoke and unburned fuel can be reduced.

また、上記実施形態では、シリンダヘッド24の凸部30の先端面30aが平面状を呈しているが、凸部30の先端面30aの形状としては、特にそれには限られず、例えば凹凸状であってもよい。   Further, in the above embodiment, the tip surface 30a of the convex portion 30 of the cylinder head 24 has a flat shape, but the shape of the tip surface 30a of the convex portion 30 is not particularly limited, and is, for example, uneven. May be.

また、上記実施形態では、シリンダヘッド24のベース面24aがシリンダ3内に配置されているが、特にその構成には限られず、シリンダヘッド24のベース面24aがシリンダ3の上端面と面一になるように構成されていてもよい。   In the above embodiment, the base surface 24a of the cylinder head 24 is disposed in the cylinder 3. However, the configuration is not particularly limited, and the base surface 24a of the cylinder head 24 is flush with the upper end surface of the cylinder 3. You may be comprised so that it may become.

また、上記実施形態では、ピストン23の段付部26が断面湾曲形状の内周面26cを有しているが、段付部26の内周面26cの形状としては、特にそれには限られず、例えば断面直線状であってもよい。この場合には、シリンダヘッド24の凸部30の外周面30bは、段付部26の内周面26cに対応して断面直線状を有する。   Moreover, in the said embodiment, although the step part 26 of piston 23 has the internal peripheral surface 26c of a cross-sectional curve shape, as a shape of the internal peripheral surface 26c of the step part 26, it is not restricted to it in particular, For example, the cross section may be linear. In this case, the outer peripheral surface 30 b of the convex portion 30 of the cylinder head 24 has a linear cross section corresponding to the inner peripheral surface 26 c of the stepped portion 26.

さらに、上記実施形態では、燃料のメイン噴射の実施前に燃料のパイロット噴射を実施し、燃料のメイン噴射の実施後に燃料のアフター噴射を実施しているが、特にその形態には限られず、例えばパイロット噴射及びアフター噴射の少なくとも一方を実施しなくてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the pilot injection of the fuel is performed before the main injection of the fuel and the after-injection of the fuel is performed after the main injection of the fuel. At least one of pilot injection and after injection may not be performed.

また、上記実施形態は、直噴式のディーゼルエンジンであるが、本発明の内燃機関は、直噴式のガソリンエンジン等にも適用可能である。   Moreover, although the said embodiment is a direct injection type diesel engine, the internal combustion engine of this invention is applicable also to a direct injection type gasoline engine etc.

1…ディーゼルエンジン(内燃機関)、3…シリンダ、4…燃焼室、5…インジェクタ(燃料噴射弁)、23…ピストン、24…シリンダヘッド、26…段付部、27…キャビティ部、30…凸部、30a…先端面、31…クランク角センサ(位置検出部)、32…ECU(制御部)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diesel engine (internal combustion engine), 3 ... Cylinder, 4 ... Combustion chamber, 5 ... Injector (fuel injection valve), 23 ... Piston, 24 ... Cylinder head, 26 ... Stepped part, 27 ... Cavity part, 30 ... Convex Part, 30a ... tip surface, 31 ... crank angle sensor (position detection part), 32 ... ECU (control part).

Claims (3)

燃料を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、
シリンダと、
前記シリンダ内に往復昇降自在に配置されたピストンと、
前記ピストンの上方に配置され、前記シリンダ及び前記ピストンと協働して燃焼室を形成するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドに取り付けられ、前記燃焼室に前記燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、
前記ピストンの上端縁部には、前記ピストンの外側に向かって高くなるような段付部が設けられており、
前記ピストンにおける前記段付部よりも内側には、前記燃焼室の少なくとも一部を構成する凹状のキャビティ部が設けられており、
前記シリンダヘッドの下部には、前記段付部の形状に対応する形状を有する凸部が設けられていることを特徴とする内燃機関。
In an internal combustion engine that generates power by burning fuel,
A cylinder,
A piston disposed in the cylinder so as to be capable of reciprocating up and down;
A cylinder head disposed above the piston and forming a combustion chamber in cooperation with the cylinder and the piston;
A fuel injection valve attached to the cylinder head and injecting the fuel into the combustion chamber;
The upper end edge of the piston is provided with a stepped portion that becomes higher toward the outside of the piston,
A concave cavity portion that constitutes at least a part of the combustion chamber is provided inside the stepped portion of the piston,
An internal combustion engine characterized in that a convex portion having a shape corresponding to the shape of the stepped portion is provided at a lower portion of the cylinder head.
前記凸部の先端面は、平面状を呈していることを特徴とする請求項1記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to claim 1, wherein a tip surface of the convex portion has a flat shape. 前記ピストンの昇降位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部により前記ピストンが圧縮上死点または圧縮上死点付近に達したことが検出されたときに、前記燃料のメイン噴射を実施するように前記燃料噴射弁を制御する制御部とを更に備えることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関。
A position detection unit for detecting the lift position of the piston;
A control unit that controls the fuel injection valve to perform main injection of the fuel when the position detection unit detects that the piston has reached compression top dead center or near compression top dead center; The internal combustion engine according to claim 1, further comprising:
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