JP2018087507A - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジンの燃焼室構造は、燃焼室6を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、前記燃焼室壁面のうち径方向Aに拡がりをもつピストン5の冠面50に形成され、燃焼室6の径方向Aへ放射状に延びる複数の微細溝20とを備える。冠面50のキャビティ5Cを除く基準面51は、キャビティ5Cの存在位置に近い径方向Aの内側の第1環状領域R1と、第1環状領域R1よりも径方向Aの外側の第2環状領域R2とに区分される。第1環状領域R1には、微細溝20が形成される。一方、第2環状領域R2は、微細溝20が形成されない平面とされている。
【選択図】図12
Description
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るエンジンの燃焼室構造を詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンを示す概略断面図、図2は、図1に示す燃焼室付近を拡大して示す断面図、図3は、図1に前記燃焼室をシリンダヘッド側から見た平面図である。ここに示されるエンジンは、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として、前記車両に搭載される往復ピストン型の多気筒ガソリンエンジンである。エンジンは、エンジン本体1と、これに組付けられた図外の吸排気マニホールド及び各種ポンプ等の補機とを含む。エンジン本体1に供給される燃料は、本実施形態では、ガソリンを主成分とするものである。
図2を参照して、燃焼室6の底面はピストン5の冠面50であり、燃焼室6の上面は燃焼室天井面60である。これら冠面50及び燃焼室天井面60が、燃焼室6を区画する燃焼室壁面のうち、燃焼室6の径方向に拡がりをもつ径方向壁面である。燃焼室天井面60は、シリンダヘッド4の底面4a、2つの吸気バルブ11のバルブ面11c及び2つの排気バルブ12のバルブ面12cによって構成されている。燃焼室天井面60は、上向きに凸の緩やかな曲面形状を有している。
上述の通り、渦流32が熱輸送の性質を有することから、スキッシュ流30が燃焼室壁面、つまりピストン5の冠面50に近接する位置を通過すると、渦流32と冠面50との間における熱エネルギーの授受(熱伝達)が活発となってしまう。このような熱伝達は、燃焼室6内の熱が燃焼室壁面を通して放熱されてしまう冷却損失に繋がり、エンジンの熱効率を低下させる。
α1>α2>α3>α4
の関係となる。
図12は、本実施形態に係る微細溝パターンが採用された、ピストン5の冠面50を示す平面図である。図12では、燃焼室6(冠面50)の径方向を矢印A、円周方向を矢印Bで示している。冠面50(燃焼室壁面/径方向壁面)には、基準面51の内側領域において、燃焼室6の径方向Aの中心側から外側へ放射状に延びる複数の微細溝20が設けられている。微細溝20の放射中心は冠面50の径方向中心Oである。
続いて、燃焼室6の冷却損失の低減効果を得ることができる微細溝20の溝幅Sの決定方法の一例について、具体的に説明する。微細溝20による冷却損失の低減効果は、溝幅Sを無次元化したS+(無次元溝幅)によって変化する。S+は、溝幅をS[m]、摩擦速度をUτ[m/s]、動粘性係数をν[m2/s]とするとき、次の式(1)で定義される。
[回転数] [負荷] [溝幅分布:内側〜外側]
・1000rpm/250kPa: 10〜200μm
・1000rpm/550kPa: 7〜250μm
・2500rpm/900kPa: 2.5〜80μm
・3250rpm/530kPa: 2〜70μm
本実施形態に係るエンジンの燃焼室構造によれば、燃焼室6を区画する燃焼室壁面のうち径方向に拡がりをもつ径方向壁面である冠面50の基準面51(スキッシュエリア)が、キャビティ5Cに近い径方向内側の第1環状領域R1と、径方向外側の第2環状領域R2とに区分される。図8〜図11に基づき説明した通り、筒内ガス主流Qは、燃焼室6の径方向外側領域ではスワール方向への指向性が高く、キャビティ5Cに近い径方向内側領域ではスキッシュ方向への指向性が高くなる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記のような変形実施形態を取ることができる。
2 気筒(燃焼室壁面)
3 シリンダブロック(燃焼室構成部材)
4 シリンダヘッド(燃焼室構成部材)
5 ピストン(燃焼室構成部材)
5C キャビティ
50 冠面(燃焼室壁面/径方向壁面)
51 基準面
52 開口縁
54 外周縁
6 燃焼室
60 燃焼室天井面(燃焼室壁面/径方向壁面)
11 吸気バルブ(燃焼室構成部材)
12 排気バルブ(燃焼室構成部材)
20 微細溝
21、22 第1、第2微細溝
30 スキッシュ流
31 主流
32 渦流(主流方向を回転軸とする縦渦)
33 スワール流
34 主流
35 渦流
S 溝幅
h 溝高さ
A、B 径方向、円周方向
R1、R2 第1、第2環状領域
Claims (5)
- シリンダと、冠面の径方向中央部分に凹没したキャビティを備えるピストンとを含むエンジンの燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、
前記燃焼室壁面に形成され、前記燃焼室の径方向へ放射状に延びる複数の微細溝と、を備え、
前記微細溝は、前記燃焼室壁面のうち、前記燃焼室の径方向に拡がりをもつ径方向壁面に形成されるものであって、
前記径方向壁面は、少なくとも前記燃焼室の前記キャビティの存在位置に近い径方向内側の第1環状領域と、前記第1環状領域よりも径方向外側の第2環状領域とを含み、
前記第1環状領域に前記微細溝が形成され、前記第2環状領域は前記微細溝が形成されない平面である、エンジンの燃焼室構造。 - 請求項1に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記径方向壁面は、前記ピストンの前記冠面であり、
前記第1環状領域は、前記キャビティの開口縁から径方向外側に向けて所定幅を有する領域であり、
前記第2環状領域は、前記第1環状領域の径方向外側の縁部から前記冠面の外周縁に至る領域である、エンジンの燃焼室構造。 - 請求項1又は2に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記微細溝の溝幅は、2μm〜250μmの範囲から選ばれる、エンジンの燃焼室構造。 - 請求項3に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記微細溝の溝幅をSとし、溝高さをhとするとき、S≧hの関係を満たす、エンジンの燃焼室構造。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記燃焼室は、当該燃焼室内において少なくともスキッシュ方向及びスワール方向の筒内ガス主流が生じる構造を有し、
前記筒内ガス主流の速度ベクトルを、円周方向に配向する円周方向成分と径方向内側へ向かう径方向成分とで表す場合に、
前記第1環状領域は、前記径方向成分が支配的な領域であり、
前記第2環状領域は、前記円周方向成分が支配的な領域である、エンジンの燃焼室構造。
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JP2005171878A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内噴射式内燃機関 |
JP2014015843A (ja) * | 2012-07-05 | 2014-01-30 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関 |
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