JP2018071474A - Internal combustion engine and piston - Google Patents

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大輔 小澤
Daisuke Ozawa
大輔 小澤
紘介 河瀬
Kosuke Kawase
紘介 河瀬
健次郎 箱本
Kenjiro Hakomoto
健次郎 箱本
僚 池野
Ryo Ikeno
僚 池野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine that suppresses generation of a pollution substance and improves durability of a piston.SOLUTION: An engine 1 includes: a piston 20 reciprocating inside a cylinder 10; and an injection nozzle 52 for injecting fuel into a combustion chamber 21 formed by the piston 20. The piston 20 has: a cavity 22 forming the combustion chamber 21; and inner peripheral surfaces 231a to 231h and recess parts 232a to 232h formed along a circumferential direction so as to promote movement of fuel in the circumferential direction, in a lip part 221 of the cavity 22 positioned in a fuel injection direction.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射する直噴式の内燃機関、及びピストンに関する。   The present invention relates to a direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber, and a piston.

トラック等の車両においては、燃焼室内に燃料を直接噴射することで空気と混合させて、混合気を燃焼させる内燃機関が設けられている。
例えば、下記の特許文献1に記載の内燃機関は、シリンダー内を往復運動するピストンと、ピストンによって形成される燃焼室内に燃料を噴射する噴射ノズルとを有する。噴射ノズルは、燃焼室の中心側に位置しており、半径方向に燃料を噴射して、空気と混合させる。
2. Description of the Related Art A vehicle such as a truck is provided with an internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber and mixed with air to burn the mixture.
For example, an internal combustion engine described in Patent Document 1 below includes a piston that reciprocates in a cylinder and an injection nozzle that injects fuel into a combustion chamber formed by the piston. The injection nozzle is located on the center side of the combustion chamber, and injects fuel in the radial direction and mixes it with air.

特開2016−121573号公報JP 2006-121573 A

ところで、内燃機関が排出する汚染物質を減少させるためには、燃焼室内での混合気の燃焼効率を高めることが望ましい。しかし、特許文献1の内燃機関では、半径方向に噴射された燃料がピストンの内周壁面に衝突してしまい、その後の空気との混合が促進されないため、燃焼効率を高めることができない。   By the way, in order to reduce the pollutants discharged by the internal combustion engine, it is desirable to increase the combustion efficiency of the air-fuel mixture in the combustion chamber. However, in the internal combustion engine of Patent Document 1, the fuel injected in the radial direction collides with the inner peripheral wall surface of the piston, and the subsequent mixing with air is not promoted, so the combustion efficiency cannot be increased.

また、ピストンの耐久性の更なる改善が要請されている。例えば、ピストンにおいては、燃焼に伴う熱膨張により圧縮応力が発生するが、耐久性の向上のためには圧縮応力を緩和することが望ましい。   There is also a demand for further improvement in the durability of the piston. For example, in a piston, compressive stress is generated by thermal expansion accompanying combustion, but it is desirable to relax the compressive stress in order to improve durability.

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、燃焼効率、及び耐久性の高いピストンを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a piston having high combustion efficiency and durability.

本発明の第1の態様においては、シリンダー内で往復運動するピストンと、前記ピストンが形成する燃焼室内に燃料を噴射する噴射ノズルと、を備える内燃機関であって、前記ピストンは、燃焼室を形成しているキャビティと、前記燃料の噴射方向に位置する前記キャビティの内周壁面に、円周方向への前記燃料の移動を促すために、前記円周方向に沿って形成された複数の凹凸部と、を有する、内燃機関を提供する。
かかる内燃機関によれば、噴射ノズルからキャビティの内周壁面に噴射された燃料が、互いに滑らかに繋がっている凹凸部によって、円周方向に沿って流速を維持しつつ流れる。このように燃料が流速を低下しない状態で流れることによって、燃焼室(特に、凹凸部の凹部)における燃料と空気との混合が促進される。この結果、燃焼効率が向上し、内燃機関における汚染物質の生成を抑制できる。また、凹部が、燃焼室での燃焼による熱膨張に起因して発生する圧縮応力の逃げ場となるので、圧縮応力を緩和できる。この結果、ピストンの耐久性を向上できる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine comprising a piston that reciprocates in a cylinder and an injection nozzle that injects fuel into a combustion chamber formed by the piston. A plurality of irregularities formed along the circumferential direction in order to promote the movement of the fuel in the circumferential direction on the cavity formed and the inner circumferential wall surface of the cavity located in the fuel injection direction And an internal combustion engine.
According to such an internal combustion engine, the fuel injected from the injection nozzle to the inner peripheral wall surface of the cavity flows while maintaining the flow velocity along the circumferential direction by the uneven portions smoothly connected to each other. In this way, the fuel flows in a state where the flow velocity is not reduced, so that the mixing of the fuel and air in the combustion chamber (particularly, the concave portion of the uneven portion) is promoted. As a result, the combustion efficiency is improved and the generation of pollutants in the internal combustion engine can be suppressed. In addition, since the concave portion serves as a refuge for compressive stress generated due to thermal expansion due to combustion in the combustion chamber, the compressive stress can be relaxed. As a result, the durability of the piston can be improved.

また、前記噴射ノズルは、それぞれ異なる方向に前記燃料を噴射する複数の噴射孔を有し、前記複数の噴射孔の各々によって噴射された燃料が当たる部分に、前記凹凸部のうちの凸部がそれぞれ位置することとしてもよい。   Further, the injection nozzle has a plurality of injection holes for injecting the fuel in different directions, and a convex portion of the concave and convex portions is formed at a portion where the fuel injected by each of the plurality of injection holes hits. Each may be located.

また、前記凹凸部の凹部は、所定の曲率で湾曲するように形成された溝部であることとしてもよい。   Further, the concave portion of the concave and convex portion may be a groove portion that is formed so as to be curved with a predetermined curvature.

また、前記凹凸部の凸部の頂面は、前記キャビティの中心を中心点とする仮想円上に位置するように形成されていることとしてもよい。   Further, the top surface of the convex portion of the concave and convex portion may be formed so as to be located on a virtual circle having the center of the cavity as a center point.

本発明の第2の態様においては、燃料が直接噴射される内燃機関のピストンであって、燃焼室を形成しているキャビティと、前記燃料の噴射方向に位置する前記キャビティの内周壁面に、円周方向への前記燃料の移動を促すために、前記円周方向に沿って形成された複数の凹凸部と、を備える、ピストンを提供する。
かかるピストンによれば、内周壁面に噴射された燃料が、互いに滑らかに繋がっている凹凸部によって、円周方向に流れが分割され、円周方向に沿って流速を維持しつつ流れる。このように燃料が流速を低下しない状態で流れることによって、燃焼室(特に、凹凸部の凹部)における燃料と空気との混合が促進される。この結果、燃焼効率が向上し、排気ガス中の汚染物質を抑制できる。また、凹部が、燃焼室での燃焼による熱膨張に起因して発生する圧縮応力の逃げ場となるので、圧縮応力を緩和できる。この結果、ピストンの耐久性を向上できる。
In a second aspect of the present invention, a piston of an internal combustion engine into which fuel is directly injected, and a cavity forming a combustion chamber, and an inner peripheral wall surface of the cavity located in the fuel injection direction, In order to promote the movement of the fuel in the circumferential direction, a piston is provided that includes a plurality of concave and convex portions formed along the circumferential direction.
According to such a piston, the fuel injected to the inner peripheral wall surface is divided in the circumferential direction by the concavo-convex portions smoothly connected to each other, and flows while maintaining the flow velocity along the circumferential direction. In this way, the fuel flows in a state where the flow velocity is not reduced, so that the mixing of the fuel and air in the combustion chamber (particularly, the concave portion of the uneven portion) is promoted. As a result, the combustion efficiency is improved and pollutants in the exhaust gas can be suppressed. In addition, since the concave portion serves as a refuge for compressive stress generated due to thermal expansion due to combustion in the combustion chamber, the compressive stress can be relaxed. As a result, the durability of the piston can be improved.

本発明によれば、内燃機関における汚染物質の生成を抑制すると共に、ピストンの耐久性を向上できるという効果を奏する。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while producing | generating the pollutant in an internal combustion engine, there exists an effect that durability of a piston can be improved.

本発明の一の実施形態に係るエンジン1の内部構成の一部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a part of internal structure of the engine 1 which concerns on one Embodiment of this invention. ピストン20の上面図である。3 is a top view of the piston 20. FIG. ピストン20のキャビティ22及び周辺部の断面斜視図である。2 is a cross-sectional perspective view of a cavity 22 and a peripheral portion of a piston 20. FIG. 噴射ノズル52の噴射孔53a〜53hと、内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hとの位置関係を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the positional relationship of the injection holes 53a-53h of the injection nozzle 52, inner peripheral surface 231a-231h, and recessed part 232a-232x. 内周面231aと凹部232a、232hとにおける燃料の流れを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the flow of the fuel in the internal peripheral surface 231a and recessed part 232a, 232h.

<内燃機関の構成>
図1を参照しながら、本発明の一の実施形態に係る内燃機関であるエンジン1の内部構成について説明する。
<Configuration of internal combustion engine>
An internal configuration of an engine 1 that is an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1は、一の実施形態に係るエンジン1の内部構成の一部を示す模式図である。エンジン1は、一例としてトラックに搭載されており、気筒内に燃料を直接噴射する直噴式のディーゼルエンジンである。エンジン1は、気筒内で燃料と空気(吸気)との混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。また、エンジン1は、燃焼後の排気ガスを排出する。このため、エンジン1は、吸入行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、排気行程から成るサイクルを繰り返す。図1に示すように、エンジン1は、シリンダー10と、ピストン20と、吸気弁30と、排気弁40と、インジェクタ50とを有する。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a part of an internal configuration of an engine 1 according to an embodiment. The engine 1 is mounted on a truck as an example, and is a direct injection diesel engine that directly injects fuel into a cylinder. The engine 1 generates power by burning and expanding a mixture of fuel and air (intake air) in a cylinder. Further, the engine 1 discharges the exhaust gas after combustion. For this reason, the engine 1 repeats a cycle including an intake stroke, a compression stroke, a combustion / expansion stroke, and an exhaust stroke. As shown in FIG. 1, the engine 1 includes a cylinder 10, a piston 20, an intake valve 30, an exhaust valve 40, and an injector 50.

シリンダー10は、内部でピストン20が往復する筒である。シリンダー10内に、空気が吸入される。なお、エンジン1は、シリンダー10を複数有する多気筒エンジンである。   The cylinder 10 is a cylinder in which the piston 20 reciprocates. Air is sucked into the cylinder 10. The engine 1 is a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders 10.

ピストン20は、シリンダー10内で上下に往復運動する。ピストン20は、コンロッド25を介して、ピストン20の往復運動を回転運動に変換するクランク軸(不図示)に連結されている。ピストン20の頂面の中央部には、燃焼室21を形成しているキャビティ22が設けられている。なお、キャビティ22の詳細構成については後述する。   The piston 20 reciprocates up and down in the cylinder 10. The piston 20 is connected via a connecting rod 25 to a crankshaft (not shown) that converts the reciprocating motion of the piston 20 into rotational motion. A cavity 22 forming a combustion chamber 21 is provided at the center of the top surface of the piston 20. The detailed configuration of the cavity 22 will be described later.

吸気弁30及び排気弁40は、それぞれ開閉可能な弁である。吸気弁30は、開放時に、吸気管32からの空気をシリンダー10内に導入させる。排気弁40は、開放時に、シリンダー10内の燃焼後の排気ガスを排気管42へ排出させる。なお、排気ガス中には汚染物質が含まれうるが、エンジン1内の混合気の燃焼効率を高めることで、内燃機関における汚染物質の生成を抑制できる。   The intake valve 30 and the exhaust valve 40 are valves that can be opened and closed, respectively. The intake valve 30 introduces air from the intake pipe 32 into the cylinder 10 when opened. The exhaust valve 40 discharges the exhaust gas after combustion in the cylinder 10 to the exhaust pipe 42 when opened. In addition, although pollutants may be contained in the exhaust gas, the generation of pollutants in the internal combustion engine can be suppressed by increasing the combustion efficiency of the air-fuel mixture in the engine 1.

インジェクタ50は、所定の噴射タイミングで、燃焼室21内に燃料を所定の噴射量だけ噴射する。燃料が燃焼室21内の圧縮された空気中に直噴されることで、燃焼・膨張が発生してピストン20を押し下げる。インジェクタ50は、先端に設けられた燃料を噴射する噴射ノズル52を有する。インジェクタ50は、ピストン20が圧縮上死点付近に達したときに、キャビティ22の内側の側壁に向かって燃料を噴射する。すなわち、インジェクタ50は、斜め下方に向かって燃料を噴射する。   The injector 50 injects fuel into the combustion chamber 21 by a predetermined injection amount at a predetermined injection timing. The fuel is directly injected into the compressed air in the combustion chamber 21, so that combustion / expansion occurs and pushes down the piston 20. The injector 50 has an injection nozzle 52 that injects fuel provided at the tip. The injector 50 injects fuel toward the inner side wall of the cavity 22 when the piston 20 reaches near the compression top dead center. That is, the injector 50 injects the fuel obliquely downward.

吸気弁30、排気弁40、インジェクタ50は、エンジン1の動作を制御する制御装置100によって制御されている。例えば、制御装置100は、インジェクタ50による燃料の噴射タイミングや噴射量を制御する。   The intake valve 30, the exhaust valve 40, and the injector 50 are controlled by a control device 100 that controls the operation of the engine 1. For example, the control device 100 controls the fuel injection timing and the injection amount by the injector 50.

<ピストンのキャビティの詳細構成>
図2及び図3を参照しながら、ピストン20のキャビティ22の詳細構成について説明する。
<Detailed configuration of piston cavity>
A detailed configuration of the cavity 22 of the piston 20 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

図2は、ピストン20の上面図である。図3は、ピストン20のキャビティ22及び周辺部の断面斜視図である。
キャビティ22は、吸入された空気とインジェクタ50から噴射された燃料とを混合、燃焼させる燃焼室21(図1)を形成している。キャビティ22は、円筒形状に凹んでいる。具体的には、キャビティ22は、図3に示すように、リップ部(口元部)221と、窪み部222と、中央隆起部223とを有する。
FIG. 2 is a top view of the piston 20. FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the cavity 22 and the peripheral portion of the piston 20.
The cavity 22 forms a combustion chamber 21 (FIG. 1) in which the sucked air and the fuel injected from the injector 50 are mixed and burned. The cavity 22 is recessed in a cylindrical shape. Specifically, as shown in FIG. 3, the cavity 22 has a lip portion (mouth portion) 221, a hollow portion 222, and a central raised portion 223.

リップ部221は、図3に示すようにピストン20の頂面20aと繋がっており、鉛直方向に対して曲率を持たせた内周壁面である。インジェクタ50は、リップ部221近傍に燃料が衝突するように、燃料を噴射する。リップ部221には、詳細は後述するが、燃料のリップ部221に沿った円周方向への移動を促すために、図2に示すように、内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hが形成されている。本実施形態では、内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hが、円周方向に沿って形成された凹凸部に該当する。   The lip portion 221 is an inner peripheral wall surface that is connected to the top surface 20a of the piston 20 as shown in FIG. 3 and has a curvature in the vertical direction. The injector 50 injects fuel so that the fuel collides in the vicinity of the lip portion 221. As will be described in detail later, the lip portion 221 has inner peripheral surfaces 231a to 231h and concave portions 232a to 232h as shown in FIG. 2 in order to promote the movement of the fuel in the circumferential direction along the lip portion 221. Is formed. In the present embodiment, the inner peripheral surfaces 231a to 231h and the concave portions 232a to 232h correspond to the concavo-convex portions formed along the circumferential direction.

窪み部222は、リップ部221と繋がっており、リップ部221の下方に設けられている。窪み部222は、所定の曲率、または曲率の異なるものをつなげた形状、または緩和曲線を用いて湾曲するように形成されている。   The hollow portion 222 is connected to the lip portion 221 and is provided below the lip portion 221. The recess 222 is formed to be curved using a predetermined curvature, a shape in which different curvatures are connected, or a relaxation curve.

中央隆起部223は、窪み部222と繋がっており、キャビティ22の中央に突出するように設けられている。中央隆起部223は、円錐台状、またはある曲率で形成されている。リップ部221、窪み部222、及び中央隆起部223が連続して形成されていることで、キャビティ22内での空気や燃料の流れを円滑にさせている。   The central raised portion 223 is connected to the recessed portion 222 and is provided so as to protrude to the center of the cavity 22. The central raised portion 223 has a truncated cone shape or a certain curvature. The lip portion 221, the recessed portion 222, and the central raised portion 223 are continuously formed, so that the flow of air and fuel in the cavity 22 is made smooth.

次に、リップ部221に設けられた内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hについて説明する。
内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hは、図2に示すように、リップ部221の円周方向において交互に形成されている。また、内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hは、互いに連続して波状に形成されている。例えば、内周面231aは、凹部232a及び凹部232hに連続している。これにより、リップ部221は、滑らかに連続した内壁壁面となっている。
Next, the inner peripheral surfaces 231a to 231h and the recesses 232a to 232h provided on the lip portion 221 will be described.
The inner peripheral surfaces 231a to 231h and the recesses 232a to 232h are alternately formed in the circumferential direction of the lip portion 221 as shown in FIG. Further, the inner peripheral surfaces 231a to 231h and the recesses 232a to 232h are continuously formed in a wave shape. For example, the inner peripheral surface 231a is continuous with the recess 232a and the recess 232h. As a result, the lip portion 221 is a smoothly continuous inner wall surface.

内周面231a〜231hは、それぞれ、キャビティ22の中心を中心点とする円(具体的には、図4に示す破線の円)上に位置するように形成されている。このため、内周面231a〜231hは、曲面となっている。   Each of the inner peripheral surfaces 231a to 231h is formed so as to be positioned on a circle (specifically, a broken-line circle shown in FIG. 4) having the center of the cavity 22 as a center point. For this reason, the inner peripheral surfaces 231a to 231h are curved surfaces.

凹部232a〜232hは、円周方向において、内周面231a〜231hと交互に設けられている。すなわち、図2において反時計周りに、内周面231a、凹部232a、内周面231b、凹部232b、・・・、内周面231h、凹部232hの順に設けられている。凹部232a〜232hは、それぞれ所定の曲率で湾曲するように形成された溝部である。具体的には、凹部232a〜232hは、三日月状に形成されている。   The recesses 232a to 232h are provided alternately with the inner peripheral surfaces 231a to 231h in the circumferential direction. That is, in FIG. 2, the inner peripheral surface 231a, the concave portion 232a, the inner peripheral surface 231b, the concave portion 232b,..., The inner peripheral surface 231h, and the concave portion 232h are provided in this order. The concave portions 232a to 232h are groove portions formed so as to be curved with a predetermined curvature, respectively. Specifically, the recesses 232a to 232h are formed in a crescent shape.

本実施形態では、内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hの位置は、インジェクタ50の噴射ノズル52からの燃料の噴射方向に対応するように、設けられている。具体的には、噴射ノズル52から噴射された燃料が衝突する位置に、内周面231a〜231hが設けられている。   In the present embodiment, the positions of the inner peripheral surfaces 231 a to 231 h and the recesses 232 a to 232 h are provided so as to correspond to the fuel injection direction from the injection nozzle 52 of the injector 50. Specifically, inner peripheral surfaces 231a to 231h are provided at positions where fuel injected from the injection nozzle 52 collides.

図4は、噴射ノズル52の噴射孔53a〜53hと、内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hとの位置関係を説明するための模式図である。図4に示すように、噴射ノズル52は、キャビティ22の中心(具体的には、中央隆起部223)上に位置している。そして、噴射ノズル52は、8個の噴射孔53a〜53hを有する。噴射孔53a〜53hは、円周方向において所定間隔で離隔するように、噴射ノズル52の外周面に配置されている。噴射孔53a〜53hは、それぞれ半径方向(図4に示す矢印の向き)に、燃料を噴射する。以下では、燃料の噴射方向が、半径方向であるものとする。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the positional relationship between the injection holes 53a to 53h of the injection nozzle 52, the inner peripheral surfaces 231a to 231h, and the recesses 232a to 232h. As shown in FIG. 4, the injection nozzle 52 is located on the center of the cavity 22 (specifically, the central raised portion 223). And the injection nozzle 52 has the eight injection holes 53a-53h. The injection holes 53a to 53h are arranged on the outer peripheral surface of the injection nozzle 52 so as to be separated at a predetermined interval in the circumferential direction. The injection holes 53a to 53h each inject fuel in the radial direction (the direction of the arrow shown in FIG. 4). In the following, it is assumed that the fuel injection direction is the radial direction.

内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hのうちの内周面231a〜231hが、噴射孔53a〜53hによる燃料の噴射方向の延長上に位置している。例えば、噴射口53aから噴射された燃料の衝突点に、内周面231aが設けられている。これにより、噴射孔53a〜53hから噴射された燃料が、内周面231a〜231hに衝突することになる。本実施形態では、内周面231a〜231hに対して滑らかに繋がるように凹部232a〜232hが設けられているため、内周面231a〜231hに衝突した燃料が、隣接する凹部232a〜232hに向かって流速を低下させずに流れて、空気と混合する。   Of the inner peripheral surfaces 231a to 231h and the recesses 232a to 232h, inner peripheral surfaces 231a to 231h are positioned on the extension of the fuel injection direction by the injection holes 53a to 53h. For example, an inner peripheral surface 231a is provided at a collision point of fuel injected from the injection port 53a. Thereby, the fuel injected from the injection holes 53a to 53h collides with the inner peripheral surfaces 231a to 231h. In this embodiment, since the recesses 232a to 232h are provided so as to be smoothly connected to the inner peripheral surfaces 231a to 231h, the fuel that has collided with the inner peripheral surfaces 231a to 231h is directed to the adjacent recesses 232a to 232h. Flow without reducing the flow velocity and mix with air.

一例として、図5を参照しながら、内周面231aの近傍における燃料の流れについて説明する。なお、内周面231b〜231hの近傍における燃料の流れは、内周面231aの近傍における燃料の流れと同様であるので、説明を省略する。   As an example, the fuel flow in the vicinity of the inner peripheral surface 231a will be described with reference to FIG. The fuel flow in the vicinity of the inner peripheral surfaces 231b to 231h is the same as the fuel flow in the vicinity of the inner peripheral surface 231a, and thus the description thereof is omitted.

図5は、内周面231aと凹部232a、232hとにおける燃料の流れを説明するための模式図である。図5では、噴射孔53aから噴射された燃料の流れが、一点鎖線の矢印で示されている。
噴射孔53aから噴射された燃料は、図5に示すように、半径方向に流れて内周面231aに向かう。そして、燃料は、内周面231aに衝突等することで円周方向へ分岐して、内周面231aの両側に位置する凹部232a及び凹部232hへ流れる。この際、凹部232a、232hは内周面231aと滑らかに繋がっているので、分岐した燃料が、凹部232a、232hを滑り台のように流れるので、凹部232a、232hへ向かう燃料の流速が低下することを抑制できる。このように燃料の流速が維持されることで、凹部232a、232hにおいて燃料が空気と混合しやすくなり、燃料と空気の混合が促進される。この結果、燃料と空気とが混合した混合気の燃焼効率が向上し、内燃機関における汚染物質の生成を抑制できる。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the flow of fuel in the inner peripheral surface 231a and the recesses 232a and 232h. In FIG. 5, the flow of the fuel injected from the injection hole 53a is indicated by a one-dot chain line arrow.
As shown in FIG. 5, the fuel injected from the injection holes 53a flows in the radial direction toward the inner peripheral surface 231a. The fuel, for example, collides with the inner peripheral surface 231a to branch in the circumferential direction, and flows to the concave portion 232a and the concave portion 232h located on both sides of the inner peripheral surface 231a. At this time, since the recesses 232a and 232h are smoothly connected to the inner peripheral surface 231a, the branched fuel flows like a slide on the recesses 232a and 232h, so the flow rate of the fuel toward the recesses 232a and 232h decreases. Can be suppressed. By maintaining the flow rate of the fuel in this manner, the fuel is easily mixed with air in the recesses 232a and 232h, and the mixing of the fuel and air is promoted. As a result, the combustion efficiency of the air-fuel mixture in which fuel and air are mixed can be improved, and the generation of pollutants in the internal combustion engine can be suppressed.

また、リップ部221に凹部232a〜232hを設ける場合には、凹部232a〜232hを設けない場合に比べて、燃焼室21での燃焼による熱膨張に起因して発生するピストン20における圧縮応力(具体的には、リップ部221における圧縮応力)を緩和することができる。これは、凹部232a〜232hが、圧縮応力が発生しても、圧縮応力の逃げ場となる(吸収する)ためである。このように圧縮応力が緩和されることで、ピストン20の耐久性を向上できる。
なお、圧縮応力を緩和するためには、凹部232a〜232hを深く形成する方策も検討されうるが、燃料と空気の混合の促進と、ピストン20の耐久性の向上とを両立させる観点からすると、凹部232a〜232hの深さを大きくし過ぎずに、内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hが波状になっている方が望ましい。
Further, when the recesses 232a to 232h are provided in the lip portion 221, the compressive stress (specifically, in the piston 20 generated due to thermal expansion due to combustion in the combustion chamber 21 is compared with the case where the recesses 232a to 232h are not provided. Specifically, the compressive stress in the lip portion 221 can be reduced. This is because the recesses 232a to 232h serve as a refuge for the compressive stress even if compressive stress occurs. Thus, the durability of the piston 20 can be improved by reducing the compressive stress.
In order to relieve the compressive stress, a method of forming the recesses 232a to 232h deeply may be considered, but from the viewpoint of achieving both the promotion of mixing of fuel and air and the improvement of the durability of the piston 20, It is desirable that the inner peripheral surfaces 231a to 231h and the recesses 232a to 232h are wavy without increasing the depth of the recesses 232a to 232h.

上記では、凹部232a〜232hの形状が三日月状であることとしたが、これに限定されない。内周面231a〜231hから凹部232a〜232hへ燃料が円滑に流れれば、凹部232a〜232hは他の形状であってもよい。   In the above description, the recesses 232a to 232h have a crescent shape, but are not limited thereto. If the fuel flows smoothly from the inner peripheral surfaces 231a to 231h to the recesses 232a to 232h, the recesses 232a to 232h may have other shapes.

<本実施形態における効果>
上述した実施形態によれば、噴射ノズル52から燃料が噴射されるキャビティ22のリップ部221には、燃料のリップ部221に沿った円周方向への移動を促すために、円周方向に沿って形成された凹凸部である内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hが設けられている。
かかる場合には、噴射ノズル52からリップ部221に噴射された燃料が、互いに滑らかに繋がっている内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hによって、円周方向に沿って流速を維持しつつ流れる。このように燃料が流速を低下しない状態で流れることによって、燃焼室21(特に、凹部232a〜232h)における燃料と空気との混合が促進される。この結果、燃焼効率が向上し、内燃機関における汚染物質の生成を抑制できる。
また、凹部232a〜232hが、燃焼室21での燃焼による熱膨張に起因して発生する圧縮応力の逃げ場となるので、圧縮応力を緩和できる。この結果、ピストン20の耐久性を向上できる。
<Effect in this embodiment>
According to the above-described embodiment, the lip portion 221 of the cavity 22 into which fuel is injected from the injection nozzle 52 is arranged along the circumferential direction in order to promote the movement of the fuel in the circumferential direction along the lip portion 221. Inner peripheral surfaces 231a to 231h and recesses 232a to 232h, which are uneven portions formed in this manner, are provided.
In such a case, the fuel injected from the injection nozzle 52 to the lip portion 221 flows while maintaining the flow velocity along the circumferential direction by the inner peripheral surfaces 231a to 231h and the recesses 232a to 232h that are smoothly connected to each other. . As described above, the fuel flows in a state where the flow velocity does not decrease, so that mixing of fuel and air in the combustion chamber 21 (particularly, the recesses 232a to 232h) is promoted. As a result, the combustion efficiency is improved and the generation of pollutants in the internal combustion engine can be suppressed.
Further, since the recesses 232a to 232h serve as escape points for the compressive stress generated due to the thermal expansion caused by the combustion in the combustion chamber 21, the compressive stress can be relaxed. As a result, the durability of the piston 20 can be improved.

なお、上記では、リップ部221には、それぞれ8個の内周面231a〜231h及び凹部232a〜232hが設けられていることとしたが、これに限定されない。例えば、噴射ノズル52の噴射孔が6個である場合には、リップ部221の内周面及び凹部も6個であってもよい。   In the above description, the lip portion 221 is provided with the eight inner peripheral surfaces 231a to 231h and the concave portions 232a to 232h, respectively, but is not limited thereto. For example, when the number of injection holes of the injection nozzle 52 is six, the inner peripheral surface of the lip portion 221 and the number of concave portions may be six.

また、上記では、凹部232a〜232hが所定の曲率で湾曲するように形成されていることとしたが、これに限定されない。例えば、凹部232a〜232hが、所定の曲率で湾曲していなくてもよい。   In the above description, the recesses 232a to 232h are formed to be curved with a predetermined curvature, but the present invention is not limited to this. For example, the recesses 232a to 232h may not be curved with a predetermined curvature.

また、上記では、エンジン1がトラックに搭載されていることとしたが、これに限定されない。例えば、エンジン1は、バスや船舶等に搭載されていてもよい。   In the above description, the engine 1 is mounted on the truck. However, the present invention is not limited to this. For example, the engine 1 may be mounted on a bus or a ship.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

1 エンジン
10 シリンダー
20 ピストン
21 燃焼室
22 キャビティ
52 噴射ノズル
53a〜53h 噴射孔
221 リップ部
231a〜231h 内周面
232a〜232h 凹部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 10 Cylinder 20 Piston 21 Combustion chamber 22 Cavity 52 Injection nozzle 53a-53h Injection hole 221 Lip part 231a-231h Inner peripheral surface 232a-232h Concave part

Claims (5)

シリンダー内で往復運動するピストンと、
前記ピストンが形成する燃焼室内に燃料を噴射する噴射ノズルと、
を備える内燃機関であって、
前記ピストンは、
燃焼室を形成しているキャビティと、
前記燃料の噴射方向に位置する前記キャビティの内周壁面に、円周方向への前記燃料の移動を促すために、前記円周方向に沿って形成された複数の凹凸部と、
を有する、内燃機関。
A piston that reciprocates in a cylinder;
An injection nozzle for injecting fuel into a combustion chamber formed by the piston;
An internal combustion engine comprising:
The piston is
A cavity forming a combustion chamber;
A plurality of concavo-convex portions formed along the circumferential direction on the inner circumferential wall surface of the cavity located in the fuel injection direction, in order to promote the movement of the fuel in the circumferential direction;
An internal combustion engine.
前記噴射ノズルは、それぞれ異なる方向に前記燃料を噴射する複数の噴射孔を有し、
前記複数の噴射孔の各々によって噴射された燃料が当たる部分に、前記凹凸部のうちの凸部がそれぞれ位置する、
請求項1に記載の内燃機関。
The injection nozzle has a plurality of injection holes for injecting the fuel in different directions,
The convex portions of the concave and convex portions are respectively located in portions where the fuel injected by each of the plurality of injection holes hits.
The internal combustion engine according to claim 1.
前記凹凸部の凹部は、所定の曲率で湾曲するように形成された溝部である、
請求項1又2に記載の内燃機関。
The concave portion of the concavo-convex portion is a groove portion formed so as to be curved with a predetermined curvature.
The internal combustion engine according to claim 1 or 2.
前記凹凸部の凸部の頂面は、前記キャビティの中心を中心点とする仮想円上に位置するように形成されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関。
The top surface of the convex portion of the concavo-convex portion is formed so as to be located on a virtual circle with the center of the cavity as a center point.
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
燃料が直接噴射される内燃機関のピストンであって、
燃焼室を形成しているキャビティと、
前記燃料の噴射方向に位置する前記キャビティの内周壁面に、円周方向への前記燃料の移動を促すために、前記円周方向に沿って形成された複数の凹凸部と、
を備える、ピストン。

A piston of an internal combustion engine into which fuel is directly injected,
A cavity forming a combustion chamber;
A plurality of concavo-convex portions formed along the circumferential direction on the inner circumferential wall surface of the cavity located in the fuel injection direction, in order to promote the movement of the fuel in the circumferential direction;
A piston.

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