JP2018150850A - diesel engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diesel engine capable of promoting mixing with air by improving fluidity in a cavity even when a spray has low penetration.SOLUTION: A diesel engine includes: a cylinder 12a; a cylinder head 14; a piston 13 having a cavity 30; and a fuel injection valve 17 having nozzle holes 17a each oriented to inside of the cavity 30 located at a top dead center. The piston 13 further includes notch portions 40 each recessed radially from a cavity inner peripheral wall surface 30a over a crown surface side. The notch portion 40 includes: a first recess 60 provided in a cavity opening 31 and recessed to the outer diameter side of the cavity inner peripheral wall surface 30a; and a second recess 70 extending to the outer diameter side while continuing to an outer end of the first recess and recessed from a crown surface 13a to the piston bottom surface side. A rounded chamfered portion 43 is formed in a joining portion between the first recess 60 and the second recess 70.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに関し、特にピストンの冠面にキャビティが凹設されており、該キャビティに燃料噴射弁から燃料が直接に噴射される直噴式ディーゼルエンジンに関する。   The present invention relates to a diesel engine, and more particularly to a direct injection diesel engine in which a cavity is recessed in a crown surface of a piston and fuel is directly injected into the cavity from a fuel injection valve.

ピストンの冠面にキャビティが形成されたディーゼルエンジンが知られている。このエンジンでは、燃料噴射弁から噴射された燃料は、キャビティの周縁部近傍に到達した後、内周壁面に沿ってキャビティの中央側に案内されて、空気との混合が促進されるようになっている。特に、比較的多量の燃料が噴射される中負荷域又は高負荷域では、燃料噴射弁から噴射される噴霧のペネトレーション(貫徹力)が強く、燃料噴射弁から十分に離れた位置でも噴霧の速度が高速に維持され、空気との混合が促進される。   There is known a diesel engine in which a cavity is formed in a crown surface of a piston. In this engine, the fuel injected from the fuel injection valve reaches the vicinity of the peripheral edge of the cavity, and then is guided along the inner peripheral wall surface toward the center of the cavity to promote mixing with air. ing. In particular, in a medium load range or a high load range where a relatively large amount of fuel is injected, the penetration of the spray injected from the fuel injection valve is strong, and the spray speed is even at a position sufficiently away from the fuel injection valve. Is maintained at high speed and mixing with air is promoted.

一方、燃料噴射量の少ない低負荷域においては、噴霧は、キャビティの周縁部近傍に滞留しやすく、空気との混合性が低下してしまう。空気との混合性を向上させるには、噴霧のペネトレーションを強くするのが有効であるが、噴霧のペネトレーションが不必要に強いと、キャビティの周縁部近傍の壁面から放熱される熱量が増大してしまい、冷却損失が増大する。   On the other hand, in the low load region where the fuel injection amount is small, the spray tends to stay in the vicinity of the peripheral edge of the cavity, and the miscibility with air is reduced. In order to improve the mixing with air, it is effective to increase the penetration of the spray, but if the penetration of the spray is unnecessarily strong, the amount of heat radiated from the wall near the peripheral edge of the cavity increases. As a result, the cooling loss increases.

これに対して、特許文献1には、低負荷域における冷却損失を抑制するため、噴霧のペネトレーションが不必要に強くならないように、キャビティの形状及び燃料噴射弁の噴孔の形状(長さ、口径)を所定の関係を満足するように設定することが開示されている。   On the other hand, in Patent Document 1, in order to suppress cooling loss in a low load region, the shape of the cavity and the shape (length, length) of the injection hole of the fuel injection valve are prevented so that the penetration of the spray does not become unnecessarily strong. It is disclosed that the aperture is set so as to satisfy a predetermined relationship.

特開2015−232288号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-232288

しかしながら、特許文献1によれば、低負荷域における冷却損失の増大を抑制できるものの、噴霧の流動性は低く、キャビティにおける空気との混合を促進できるものではない。このため、キャビティの周縁部近傍において局所燃焼が生じやすく、該局所燃焼に起因して高温と酸素不足からNO及び煤が増大する場合がある。 However, according to Patent Document 1, although an increase in cooling loss in a low load region can be suppressed, the fluidity of the spray is low and mixing with air in the cavity cannot be promoted. For this reason, local combustion tends to occur in the vicinity of the peripheral edge of the cavity, and NO X and soot may increase due to the high temperature and oxygen shortage due to the local combustion.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低ペネトレーションとされた噴霧であっても、キャビティにおける流動性を向上させて空気との混合を促進できるディーゼルエンジンを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a diesel engine that can improve the fluidity in the cavity and promote the mixing with air even in the case of a spray having a low penetration. To do.

前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.

本願の請求項1に記載の、本発明は、シリンダと、該シリンダの端面を覆うシリンダヘッドであって、燃焼室にスワール流を生成する吸気ポートが形成された、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドとは反対側へ凹設されたキャビティを有するピストンと、上死点に位置する前記ピストンの前記キャビティ内を指向する噴孔を有する、燃料噴射弁とを備えたディーゼルエンジンであって、前記ピストンは、前記キャビティの内周壁面から冠面側にわたって放射状に凹設された切欠き部を更に有しており、該切欠き部は、前記キャビティの周縁部に設けられ、前記キャビティの内周壁面よりも外径側へ凹設された第1凹部と、前記第1凹部の外端部に連続して外径側へ延びており、前記ピストンの冠面からピストン底面側へ凹設された、第2凹部とを含んでおり、前記第1凹部と前記第2凹部との接合部にR状の面取り部が形成されていることを特徴とする。   The present invention according to claim 1 of the present application is a cylinder and a cylinder head that covers an end face of the cylinder, wherein the intake port for generating a swirl flow is formed in a combustion chamber, and the cylinder head A diesel engine comprising: a piston having a cavity recessed to the opposite side; and a fuel injection valve having an injection hole directed in the cavity of the piston located at a top dead center, Further includes a notch that is radially recessed from the inner peripheral wall surface of the cavity to the crown side, and the notch is provided at the peripheral edge of the cavity, and the inner peripheral wall surface of the cavity. A first recess recessed toward the outer diameter side, and extending to the outer diameter side continuously from the outer end of the first recess, recessed from the crown surface of the piston to the piston bottom surface side, Second It includes a part, characterized in that the chamfer R shape is formed at the junction between the first recess and the second recess.

また、請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載のディーゼルエンジンにおいて、前記面取り部の面取り径は、2mm以上であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the diesel engine according to claim 1, wherein the chamfered diameter of the chamfered portion is 2 mm or more.

また、請求項3に記載の発明は、前記請求項1又は2に記載のディーゼルエンジンにおいて、前記第2凹部は、平面視で、スワール流の下流側の縦壁部が、スワール流の下流側に向かって内径側に延びる円弧状に形成されており、前記面取り部の面取り径は、前記第2凹部の周縁部の平面視における半径の、半分以下であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the diesel engine according to claim 1 or 2, wherein the second recess has a vertical wall portion on the downstream side of the swirl flow on the downstream side of the swirl flow in plan view. The chamfered diameter of the chamfered portion is less than or equal to half of the radius of the peripheral portion of the second recess in plan view.

また、請求項4に記載の発明は、前記請求項1〜3のいずれか1つに記載のディーゼルエンジンにおいて、前記第1凹部及び前記第2凹部は、周方向に互いに間隔を空けて複数形成されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the diesel engine according to any one of the first to third aspects, a plurality of the first concave portions and the second concave portions are formed at intervals in the circumferential direction. It is characterized by being.

また、請求項5に記載の発明は、前記請求項4に記載のディーゼルエンジンにおいて、前記燃料噴射弁は、前記シリンダの中心軸方向に見て、径方向の中心に位置しており、放射状に燃料を噴射可能な、複数の噴孔を有していることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the diesel engine according to the fourth aspect, the fuel injection valve is located at the center in the radial direction when viewed in the central axis direction of the cylinder, and is radially It has a plurality of injection holes capable of injecting fuel.

また、請求項6に記載の発明は、前記請求項5に記載のディーゼルエンジンにおいて、前記燃料噴射弁は、前記複数の噴孔それぞれが、周方向に隣り合う前記第1凹部の間に位置する前記キャビティの内周壁面を指向するように配置されていることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the diesel engine according to claim 5, wherein each of the plurality of injection holes is positioned between the first recesses adjacent in the circumferential direction. It arrange | positions so that it may face the inner peripheral wall surface of the said cavity.

前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。   According to the invention of each claim of the present application, the following effects can be obtained by the above configuration.

まず、請求項1に記載の発明によれば、上死点近傍におけるピストンのスキッシュ部に生じる水平方向の流動(例えば、スワール流又はスキッシュ流)を、第1凹部を介して、キャビティ内にこの中央部側へ向かうように導入させることができる。この結果、燃料噴射弁より噴射され、キャビティの内周壁面の近傍に位置する噴霧が、第1凹部により導入された空気流動によって、キャビティの中央部側へ流動するように促進される。すなわち、低ペネトレーションとされたためにキャビティの内周壁面に滞留しやすい噴霧であっても、流動が促進されてキャビティにおける空気との混合性を向上させることができる。   First, according to the first aspect of the present invention, the horizontal flow (for example, swirl flow or squish flow) generated in the squish portion of the piston in the vicinity of the top dead center is transferred to the cavity through the first recess. It can be introduced so as to go to the center side. As a result, the spray injected from the fuel injection valve and positioned in the vicinity of the inner peripheral wall surface of the cavity is promoted to flow toward the center of the cavity by the air flow introduced by the first recess. That is, even if the spray is likely to stay on the inner peripheral wall surface of the cavity because of low penetration, the flow is promoted and the mixing with the air in the cavity can be improved.

しかも、第1凹部と第2凹部との接合部(稜線)にR状の面取り部(フィレット)が形成されている。これによって、スキッシュ部から第2凹部に導入された空気流動を、面取り部を介して第1凹部に滑らかに導入させることができる。第1凹部と第2凹部との接合部にR状の面取り部が形成されていない場合、第2凹部から第1凹部にかけて空気流動の向きが急激に変わることになるのでロスが生じ、キャビティに導入される空気流動が減少する。   Moreover, an R-shaped chamfered portion (fillet) is formed at the joint portion (ridge line) between the first concave portion and the second concave portion. As a result, the air flow introduced from the squish portion into the second recess can be smoothly introduced into the first recess through the chamfered portion. If an R-shaped chamfer is not formed at the joint between the first recess and the second recess, the direction of air flow changes abruptly from the second recess to the first recess. The air flow introduced is reduced.

また、請求項2に記載の発明によれば、面取り部に沿って、第2凹部から第1凹部へ空気流動を案内させやすい。面取り部の面取り径が2mm未満である場合、第2凹部から第1凹部にかけて空気流動の向きを緩やかに変える効果が低減する。   Further, according to the invention described in claim 2, it is easy to guide the air flow from the second recess to the first recess along the chamfered portion. When the chamfered diameter of the chamfered portion is less than 2 mm, the effect of gently changing the direction of air flow from the second recessed portion to the first recessed portion is reduced.

また、請求項3に記載の発明によれば、面取り部によって、第2凹部が消失することを防止できる。   Moreover, according to invention of Claim 3, it can prevent that a 2nd recessed part lose | disappears by a chamfering part.

また、請求項4に記載の発明によれば、周方向の複数箇所において、第2凹部と第1凹部とを介してキャビティに空気流動が導入されるので、噴霧のキャビティ中央部側への流動がより一層強化される。   According to the invention described in claim 4, since air flow is introduced into the cavity through the second recess and the first recess at a plurality of locations in the circumferential direction, the flow of the spray toward the cavity central portion side Is further strengthened.

また、請求項5に記載の発明によれば、複数の噴孔から噴射された噴霧を、複数の切欠き部から導入された空気流動によって、キャビティ中央部側へ流動させることができる。これによって、空気との混合が促進された噴霧をキャビティに略均一に拡散させることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the spray sprayed from the plurality of nozzle holes can be made to flow toward the cavity center by the air flow introduced from the plurality of notches. As a result, the spray whose mixing with air is promoted can be diffused substantially uniformly into the cavity.

また、請求項6に記載の発明によれば、噴霧は、周方向に隣り合う第1凹部の間に向けて噴射されるので、キャビティの内周壁面に案内された後に、切欠き部から導入される空気流動によって中央部側への流動がより一層促進される。   According to the invention of claim 6, since the spray is injected between the first recesses adjacent in the circumferential direction, the spray is introduced from the notch after being guided by the inner peripheral wall surface of the cavity. The flow of air to the center portion side is further promoted by the air flow.

すなわち、本発明に係るディーゼルエンジンによれば、低ペネトレーションとされた噴霧であっても、キャビティにおける流動性を向上させて空気との混合を促進できる。   That is, the diesel engine according to the present invention can improve the fluidity in the cavity and promote the mixing with the air even when the spray has a low penetration.

本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室を概略的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a combustion chamber of an engine according to an embodiment of the present invention. 燃焼室を構成するキャビティの断面図。Sectional drawing of the cavity which comprises a combustion chamber. キャビティが設けられたピストンの平面図。The top view of the piston provided with the cavity. 燃料噴射弁の構造を示す図であり、(a)が側面図、(b)が断面図。It is a figure which shows the structure of a fuel injection valve, (a) is a side view, (b) is sectional drawing. ピストンを冠面側から見た斜視図。The perspective view which looked at the piston from the crown side. 図5のA矢視による、切欠き部の正面図。The front view of a notch part by A arrow view of FIG. 切欠き部を拡大して示す平面図。The top view which expands and shows a notch part. 切欠き部を拡大して示す斜視図。The perspective view which expands and shows a notch part. キャビティにおける噴霧及び空気流動を示す説明図。Explanatory drawing which shows the spray and air flow in a cavity. 燃焼前半における燃焼状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the combustion state in the first half of combustion. 燃焼後半における燃焼状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the combustion state in the second half of combustion. 変形例に係るピストンを示す平面図。The top view which shows the piston which concerns on a modification. 図12のピストンにおける噴霧及び空気流動を示す説明図。Explanatory drawing which shows the spraying and air flow in the piston of FIG. 周方向壁部の傾斜角度を変更した場合のキャビティを示す断面図。Sectional drawing which shows the cavity at the time of changing the inclination-angle of a circumferential direction wall part. 図14のキャビティにおける噴霧及び空気流動を示す説明図。Explanatory drawing which shows the spray and air flow in the cavity of FIG.

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各距離の比率等は現実のものとは相違している。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, the following description is only illustrations essentially and does not intend restrict | limiting this invention, its application thing, or its use. Further, the drawings are schematic, and the ratio of each distance is different from the actual one.

図1は、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造を示すもので、このエンジン10の燃焼室11は、シリンダブロック12に形成されたシリンダ12aと、該シリンダ12a内を往復動するピストン13のピストン冠面13aと、吸気ポート14a及び排気ポート14bをそれぞれ開閉する吸気弁15と排気弁16の下面と、吸気弁15及び排気弁16が配設されたシリンダヘッド14の、ピストン冠面13aに対向する下面14cとで構成されている。   FIG. 1 shows a combustion chamber structure of a diesel engine according to an embodiment of the present invention. A combustion chamber 11 of the engine 10 reciprocates within a cylinder 12a formed in a cylinder block 12 and the cylinder 12a. The piston crown surface 13a of the piston 13 to be opened, the lower surfaces of the intake valve 15 and the exhaust valve 16 that open and close the intake port 14a and the exhaust port 14b, respectively, and the piston of the cylinder head 14 in which the intake valve 15 and the exhaust valve 16 are disposed. The lower surface 14c is opposed to the crown surface 13a.

また、ピストン冠面13aには、シリンダヘッド14の下面14cから離れる方向に凹となるキャビティ30が凹設されており、この内側空間も燃焼室11を構成している。キャビティ30は、平面視での基本形状が略円形に構成されている。シリンダヘッド14には、燃料噴射弁17が取り付けられている。燃料噴射弁17は、平面視でシリンダ12aの中央に位置しており、先端部が燃焼室に臨むように配置されている。   Further, a cavity 30 that is recessed in a direction away from the lower surface 14 c of the cylinder head 14 is formed in the piston crown surface 13 a, and this inner space also constitutes the combustion chamber 11. The cavity 30 has a substantially circular basic shape in plan view. A fuel injection valve 17 is attached to the cylinder head 14. The fuel injection valve 17 is located in the center of the cylinder 12a in plan view, and is arranged so that the tip portion faces the combustion chamber.

図2は、シリンダ12aの中心軸X−Xを通る断面上における燃焼室11の断面図であり、図3は、燃焼室11の平面図である。図2及び図3ではいずれも、ピストン13が圧縮上死点に位置する状態が示されており、併せて、燃料噴射弁17から噴射された燃料の噴霧が符号Fにより示されている。キャビティ30は、少なくともピストン13が圧縮上死点又はこの近傍に位置するときに、燃料噴射弁17から噴射された燃料(噴霧F)を受け入れ可能な形状及び大きさに設定されている。   2 is a cross-sectional view of the combustion chamber 11 on a cross section passing through the central axis XX of the cylinder 12a, and FIG. 3 is a plan view of the combustion chamber 11. As shown in FIG. 2 and 3 both show a state in which the piston 13 is located at the compression top dead center, and the fuel spray injected from the fuel injection valve 17 is also indicated by the symbol F. FIG. The cavity 30 is set to a shape and size that can receive the fuel (spray F) injected from the fuel injection valve 17 when at least the piston 13 is located at or near the compression top dead center.

図2に示されるように、キャビティ30は、いわゆるリエントラント型に構成されており、キャビティ開口部31に位置しておりキャビティ30の内部に比して縮径されたリップ部32と、リップ部32からキャビティ30の底部に向かう周辺部33と、周辺部33からキャビティの中央部に向かう中央部34とで構成されている。周辺部33は、リップ部32よりも拡径するように径方向外側へ凹設されている。中央部34は、その中心部上方に位置する燃料噴射弁17に向かって凸となる山状に形成されている。   As shown in FIG. 2, the cavity 30 is configured as a so-called reentrant type, is located in the cavity opening 31, and has a lip portion 32 that is reduced in diameter compared to the inside of the cavity 30, and the lip portion 32. A peripheral portion 33 that extends from the peripheral portion 33 toward the bottom of the cavity 30 and a central portion 34 that extends from the peripheral portion 33 toward the central portion of the cavity. The peripheral portion 33 is recessed outward in the radial direction so as to have a larger diameter than the lip portion 32. The central portion 34 is formed in a mountain shape that protrudes toward the fuel injection valve 17 located above the central portion.

すなわち、キャビティ30は、キャビティの径方向外側壁部を構成する内周壁面30aが、リップ部32と周辺部33のうち径方向外側部分とにより構成されており、底壁部30bが、中央部34と周辺部33のうち底側部分とにより構成されている。   That is, in the cavity 30, the inner peripheral wall surface 30a constituting the radially outer wall portion of the cavity is constituted by the lip portion 32 and the radially outer portion of the peripheral portion 33, and the bottom wall portion 30b is formed in the central portion. 34 and the bottom portion of the peripheral portion 33.

図3に示されるように、キャビティ開口部31には、複数の切欠き部40が形成されている。切欠き部40は、キャビティ30の内周壁面30aからピストン冠面13aにわたって放射状に凹設されて形成されており、複数の切欠き部40を介して、ピストン冠面13a上の空気流動をキャビティ30の内側に導入させて、キャビティ30内における噴霧Fの流動性を増大させるようになっている。   As shown in FIG. 3, a plurality of notches 40 are formed in the cavity opening 31. The notch 40 is formed to be radially recessed from the inner peripheral wall surface 30a of the cavity 30 to the piston crown surface 13a, and the air flow on the piston crown surface 13a is cavityd through the plurality of notches 40. The fluidity of the spray F in the cavity 30 is increased by being introduced into the inside of the cavity 30.

燃料噴射弁17の先端部の周囲には、複数の噴孔17a…17aが形成されている。燃料噴射弁17は、噴孔17aが、ピストン13が圧縮上死点又はこの近傍に位置するときに、図3に示されるように、放射状に燃料を噴射するように構成されていると共に、図2に示されるように、噴霧Fがキャビティ30のリップ部32と周辺部33との境界部近傍を指向するように構成されている。   A plurality of injection holes 17 a... 17 a are formed around the tip of the fuel injection valve 17. The fuel injection valve 17 is configured to inject fuel radially as shown in FIG. 3 when the injection hole 17a is located at or near the compression top dead center. 2, the spray F is configured to be directed near the boundary between the lip portion 32 and the peripheral portion 33 of the cavity 30.

本実施形態では、噴孔17aは、周方向に等間隔で10個設けられ、それぞれ同じ大きさに形成されている。図4は、燃料噴射弁17の先端部を拡大して示しており、図4(a)に側面図を示し、図4(b)に図4(a)のB−B線における断面図を示している。   In the present embodiment, ten nozzle holes 17a are provided at equal intervals in the circumferential direction, and are formed in the same size. 4 is an enlarged view of the tip of the fuel injection valve 17, FIG. 4 (a) shows a side view, and FIG. 4 (b) shows a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4 (a). Show.

図4(b)に示されるように、噴孔17aは、所定の噴孔径D及び噴孔長Lに形成されている。噴孔17aの噴孔径D及び噴孔長さLは、シリンダ径B(図1参照)との関係で所定の関係を満たすように構成されており、これによって、低負荷域における噴霧Fの低ペネトレーション化を実現してこれによる冷却損失の低減を実現すると共に、中高負荷域におけるスート(煤)の低減を実現するようになっている。   As shown in FIG. 4B, the nozzle hole 17a is formed to have a predetermined nozzle hole diameter D and nozzle hole length L. The nozzle hole diameter D and the nozzle hole length L of the nozzle hole 17a are configured so as to satisfy a predetermined relationship with the cylinder diameter B (see FIG. 1), thereby reducing the spray F in the low load region. It is possible to realize penetration and reduce cooling loss, and to reduce soot in the medium and high load range.

図2に戻って、キャビティ30の周辺部33は、燃料噴射弁17から最も離れた第1部分33aと、第1部分33aのリップ部32側に位置する第2部分33bと、第1部分33aの中央部34側に位置する第3部分33cとで構成されている。第1部分33a、第2部分33b、及び第3部分33cはいずれも、キャビティ30の中心側にそれぞれ中心O、O、Oを有する円弧で構成されている。 2, the peripheral portion 33 of the cavity 30 includes a first portion 33a farthest from the fuel injection valve 17, a second portion 33b located on the lip portion 32 side of the first portion 33a, and a first portion 33a. And a third portion 33c located on the central portion 34 side. The first portion 33 a, the second portion 33 b, and the third portion 33 c are all configured by arcs having centers O 1 , O 2 , and O 3 on the center side of the cavity 30.

また、本実施形態では、第2部分33bの円弧の半径Rと第3部分の円弧の半径Rとが等しくされていると共に、第1部分33aの円弧の半径Rが、半径R及びRよりも小さく設定されている。したがって、周辺部33は、燃料噴射弁17の噴孔17aと、噴孔17aから最も離れた第1部分33aの中心位置とを結ぶ直線Y−Yを軸として、その両側の第2部分33b側と第3部分33c側とが対称形となっている。 In the present embodiment, the radius R 2 of the arc of the second portion 33b is equal to the radius R 3 of the arc of the third portion, and the radius R 1 of the arc of the first portion 33a is equal to the radius R 2. It is smaller than and R 3. Accordingly, the peripheral portion 33 has the straight line YY connecting the injection hole 17a of the fuel injection valve 17 and the center position of the first portion 33a farthest from the injection hole 17a as an axis, and the second portion 33b side on both sides thereof. And the third portion 33c side are symmetrical.

周辺部33の第2部分33bに続くリップ部32は、シリンダ12aの中心軸X−Xを含む断面上において、反キャビティ中心側に中心Oを有する円弧で形成されている。 Lip 32 following the second portion 33b of the peripheral portion 33, on the cross section including the central axis X-X of the cylinder 12a, and is formed by an arc having a center O 4 in the counter-cavity center side.

図3において2点鎖線で示されるように、燃焼室11の4隅に、2つの吸気ポート14aと2つの排気ポート14bとが開口している。2つの吸気ポート14aは、ヘリカルポート及び/又はタンジェンシャルポートから構成されており、少なくとも一方の吸気ポート14a(本実施形態では図3の右下に位置するポート)の燃焼室11に開口する部分の軸線が、図3において時計回り方向を指向するように構成されている。   As shown by a two-dot chain line in FIG. 3, two intake ports 14 a and two exhaust ports 14 b are opened at four corners of the combustion chamber 11. The two intake ports 14a are composed of a helical port and / or a tangential port, and a portion opened to the combustion chamber 11 of at least one intake port 14a (port located in the lower right in FIG. 3 in this embodiment). Is configured to point in the clockwise direction in FIG.

これによって、図3において右下に位置する吸気ポート14aから燃焼室11に導入される新気は、燃焼室11に向かって時計回り方向に導入されやすく、燃焼室11に時計回り方向に流れるスワール流Sが生成される。スワール流Sは、ピストン冠面13a上の他、キャビティ30の内部にも生成される。   Accordingly, fresh air introduced into the combustion chamber 11 from the intake port 14a located at the lower right in FIG. 3 is easily introduced in the clockwise direction toward the combustion chamber 11, and the swirl flowing in the clockwise direction into the combustion chamber 11 A stream S is generated. The swirl flow S is generated not only on the piston crown surface 13 a but also inside the cavity 30.

また、燃焼室11には、ピストン13が圧縮上死点に向かうにつれて、ピストン冠面13aとシリンダヘッド14の下面14cとの間のスキッシュ部に位置する空気がキャビティ30に流れ込むように、径方向外側から内側へ流れるスキッシュ流Vが生成される。すなわち、本実施形態では、燃焼室11においてスワール流Sとスキッシュ流Vとが生成される。   Further, in the combustion chamber 11, the air located in the squish portion between the piston crown surface 13 a and the lower surface 14 c of the cylinder head 14 flows into the cavity 30 as the piston 13 moves toward the compression top dead center. A squish flow V flowing from the outside to the inside is generated. That is, in this embodiment, the swirl flow S and the squish flow V are generated in the combustion chamber 11.

以下、図5〜図8を併せて参照して、ピストン13のキャビティ開口部31に形成された切欠き部40について詳述する。図5は、ピストン13の斜視断面図であって、キャビティ30を示している。図6は、図5のA矢視による切欠き部40の正面図である。図7は、切欠き部40を拡大して示す平面図である。図8は、切欠き部40を拡大して示す斜視図である。図5に示されるように、切欠き部40は、周方向に等間隔に複数設けられ、それぞれ同じ大きさに形成されている。   Hereinafter, the notch 40 formed in the cavity opening 31 of the piston 13 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective sectional view of the piston 13 and shows the cavity 30. FIG. 6 is a front view of the notch 40 as viewed in the direction of arrow A in FIG. FIG. 7 is an enlarged plan view showing the notch 40. FIG. 8 is an enlarged perspective view showing the notch 40. As shown in FIG. 5, a plurality of notches 40 are provided at equal intervals in the circumferential direction, and are formed to have the same size.

切欠き部40は、キャビティ30のキャビティ開口部31に設けられた第1凹部60と、このピストン径方向外端部に連続してピストン冠面13aに設けられた第2凹部70とを含んでおり、凹設された底面を構成する底壁部41とこの周方向両端部から立設された一対の縦壁部42とにより画定されている。一対の縦壁部42は、スワール流の上流側(スワール上流側)に位置する上流側縦壁部42aと、スワール流の下流側(スワール下流側)に位置する下流側縦壁部42bとを含んでいる。   The notch 40 includes a first recess 60 provided in the cavity opening 31 of the cavity 30 and a second recess 70 provided in the piston crown surface 13a continuously to the outer end in the piston radial direction. It is demarcated by a bottom wall portion 41 constituting a concave bottom surface and a pair of vertical wall portions 42 erected from both ends in the circumferential direction. The pair of vertical wall portions 42 includes an upstream vertical wall portion 42a located on the upstream side (swirl upstream side) of the swirl flow and a downstream vertical wall portion 42b located on the downstream side (swirl downstream side) of the swirl flow. Contains.

図3を併せて参照して、切欠き部40は、燃料噴射弁17から噴射される噴霧Fを避けた位置に設けられている。換言すれば、隣接する切欠き部40間に位置しており、キャビティ30の基本形状部分(すなわち内周壁面30a)である非切欠き部50に、燃料噴射弁17の噴孔17aが対向するようになっている。ここで、本実施形態では、切欠き部40の数Nは、燃料噴射弁17の噴孔17aの数(以下、噴孔数Nと称する)との関係で、以下の式(1)の関係を満たすように設定されている。 Referring also to FIG. 3, the notch 40 is provided at a position that avoids the spray F injected from the fuel injection valve 17. In other words, the nozzle hole 17a of the fuel injection valve 17 faces the non-notched portion 50 that is located between the adjacent notched portions 40 and is a basic shape portion of the cavity 30 (that is, the inner peripheral wall surface 30a). It is like that. Here, in this embodiment, the number N C of the cutout portion 40, the number of the injection holes 17a of the fuel injection valve 17 (hereinafter, referred to as the injection hole number N H) in relation to the following formula (1) It is set to satisfy the relationship.

/2≦N≦N (1) N H / 2 ≦ N C ≦ N H (1)

すなわち、切欠き部40は、噴孔数Nの半分以上、噴孔数N以下の数で形成されている。換言すれば、キャビティ30の内周壁面30aに到達した噴霧Fの少なくとも周方向の一方側には、切欠き部40が隣接して位置するように構成されている。 That is, the notch 40 is formed with a number that is not less than half of the number of nozzle holes NH and not more than the number of nozzle holes NH . In other words, the notch 40 is configured to be adjacent to at least one side in the circumferential direction of the spray F that has reached the inner peripheral wall surface 30 a of the cavity 30.

なお、本実施形態では、切欠き部40は、燃料噴射弁17の噴孔数Nと同じ数だけ設けられている。すなわち、切欠き部40は、キャビティ開口部31の10箇所に周方向に等間隔で形成されており、非切欠き部50に噴射された各噴霧Fの周方向の両側には、切欠き部40が隣接して位置している。 In the present embodiment, the same number of notches 40 as the number of injection holes NH of the fuel injection valve 17 are provided. That is, the notches 40 are formed at equal intervals in the circumferential direction at 10 locations of the cavity opening 31, and the notches are formed on both sides in the circumferential direction of the sprays F injected to the non-notched portions 50. 40 are located adjacent to each other.

第1凹部60は、キャビティ内周壁面30aよりもピストン外径側へ凹設されて、周方向に所定幅を有する溝状に形成されている。第1凹部60は、径方向に対向して周方向に延びると共に溝底面を構成する第1底壁部61と、この周方向の両端部に立設された周方向に一対の第1縦壁部62とから、構成されている。   The first recess 60 is recessed toward the piston outer diameter side from the cavity inner peripheral wall surface 30a, and is formed in a groove shape having a predetermined width in the circumferential direction. The first recess 60 has a first bottom wall 61 that extends in the circumferential direction opposite to the radial direction and forms a groove bottom surface, and a pair of first vertical walls in the circumferential direction that are erected at both ends of the circumferential direction. Part 62.

図2に破線で示されるように、第1底壁部61は、周方向に延びると共に、ピストン冠面側からキャビティ30の周辺部33に向かって径方向内側へ傾斜している。より具体的には、図2に示す断面図上で、第1底壁部61の下端部61aは、キャビティ30の周辺部33に対して接線連続状に接続されている。したがって、第1底壁部61から周辺部33へ至る経路が、折れ、段差等なく滑らかに接続されている。   As shown by a broken line in FIG. 2, the first bottom wall portion 61 extends in the circumferential direction and is inclined radially inward from the piston crown surface toward the peripheral portion 33 of the cavity 30. More specifically, on the cross-sectional view shown in FIG. 2, the lower end portion 61 a of the first bottom wall portion 61 is connected to the peripheral portion 33 of the cavity 30 in a tangential continuous manner. Therefore, the path from the first bottom wall portion 61 to the peripheral portion 33 is smoothly connected without being bent or stepped.

本実施形態では、第1底壁部61は、ピストン冠面側から周辺部33に向かってシリンダ12aの中心軸X−Xに対して約30°の傾斜角度αで径方向内側へ傾斜している。なお、第1底壁部61は、周辺部33に向かって径方向外側に傾斜しなければよく、傾斜角度αは、0°(周方向壁部41が中心軸X−Xと平行)に構成したり、傾斜角度αを30°より増大させたり逆に減少させたりしてもよい。好ましくは、傾斜角度αは、0°以上50°以下に構成されている。   In the present embodiment, the first bottom wall portion 61 is inclined radially inward from the piston crown surface side toward the peripheral portion 33 at an inclination angle α of about 30 ° with respect to the central axis XX of the cylinder 12a. Yes. The first bottom wall portion 61 does not have to be inclined radially outward toward the peripheral portion 33, and the inclination angle α is configured to be 0 ° (the circumferential wall portion 41 is parallel to the central axis XX). Alternatively, the inclination angle α may be increased from 30 ° or conversely decreased. Preferably, the inclination angle α is configured to be 0 ° or more and 50 ° or less.

傾斜角度αが0°未満の場合、ピストン冠面側から第1凹部60に至る経路が、図2に示す断面において、径方向外側に大きく屈曲することになり、ピストン冠面13a上の空気流動をキャビティ30へ滑らかに導入させにくい。一方、傾斜角度αは大きいほど、ピストン冠面側から第1凹部60に至る経路を、図2に示す断面において滑らかに構成することができ、空気流動をキャビティ30に導入させやすく、その流量を増大させることができる。   When the inclination angle α is less than 0 °, the path from the piston crown surface side to the first recess 60 is greatly bent radially outward in the cross section shown in FIG. 2, and the air flow on the piston crown surface 13a Is difficult to smoothly introduce into the cavity 30. On the other hand, the larger the inclination angle α, the smoother the path from the piston crown side to the first recess 60 can be configured in the cross section shown in FIG. Can be increased.

しかしながら、傾斜角度αが50°を超える場合、燃焼室11の圧縮比を維持するためにキャビティ30の容積を過度に小さくすることを要する。この場合、図14において点線で示すように、第1底壁部610の傾斜角度αを50°よりも大きくすると共に中央部340を浅くするようにキャビティ30を形成すると、図15に示すように、燃料噴射弁17から噴射された噴霧F0と、内周壁面30aによって向きが変えられて中央部340に沿って案内される噴霧F1とが互いに図中F2で示すように干渉しやすくなり、噴霧Fの流動が阻害されてしまい、空気との混合性の向上効果が低減してしまう。一方、キャビティ開口部31を小さくすると、噴霧Fは、内周壁面30aに到達したときのペネトレーションが相対的に強くなるので冷却損失が増大してしまう。   However, when the inclination angle α exceeds 50 °, it is necessary to excessively reduce the volume of the cavity 30 in order to maintain the compression ratio of the combustion chamber 11. In this case, as shown by a dotted line in FIG. 14, when the cavity 30 is formed so that the inclination angle α of the first bottom wall portion 610 is larger than 50 ° and the central portion 340 is shallow, as shown in FIG. The spray F0 injected from the fuel injection valve 17 and the spray F1 whose direction is changed by the inner peripheral wall surface 30a and guided along the central portion 340 are likely to interfere with each other as indicated by F2 in the figure. The flow of F is hindered, and the effect of improving the mixing with air is reduced. On the other hand, if the cavity opening 31 is made small, the penetration of the spray F when it reaches the inner peripheral wall surface 30a becomes relatively strong, so that the cooling loss increases.

本実施形態では、第1底壁部61は、傾斜角度αが30°に設定されており、径方向において、上端部61bがピストン冠面側に開口するように位置している。傾斜角度αが小さい場合(例えば0°)、第1底壁部61の上端部61bはリップ部32側に開口するように位置している。   In the present embodiment, the first bottom wall portion 61 has an inclination angle α set to 30 °, and is positioned so that the upper end portion 61b opens toward the piston crown surface in the radial direction. When the inclination angle α is small (for example, 0 °), the upper end portion 61b of the first bottom wall portion 61 is positioned so as to open toward the lip portion 32 side.

図7に示されるように、周方向に一対の第1縦壁部62は、スワール上流側に位置する上流側第1縦壁部621と、スワール下流側に位置する下流側第1縦壁部622とを含んでいる。上流側第1縦壁部621は、シリンダ12aの中心に対して放射状に延びている。下流側第1縦壁部622は、径方向外側へ向かってスワール上流側へ円弧上に湾曲して延びている。また、図6に示されるように、一対の第1縦壁部62は、シリンダ12aの中心軸X−Xと平行に延びており、ピストン冠面13aに対して直交している。   As shown in FIG. 7, the pair of first vertical wall portions 62 in the circumferential direction includes an upstream first vertical wall portion 621 located on the upstream side of the swirl and a downstream first vertical wall portion located on the downstream side of the swirl. 622. The upstream first vertical wall portion 621 extends radially with respect to the center of the cylinder 12a. The downstream-side first vertical wall portion 622 is curved and extends in an arc toward the swirl upstream side radially outward. Moreover, as FIG. 6 shows, a pair of 1st vertical wall part 62 is extended in parallel with the central axis XX of the cylinder 12a, and is orthogonally crossed with respect to the piston crown surface 13a.

図6に示されるように、第2凹部70は、ピストン周方向においてスワール下流側に向かってピストン底面側へ傾斜するように、ピストン冠面13aから一段下った面部として構成されており、ピストン冠面13aからピストン底面側へ凹設されている。第2凹部70は、ピストン冠面13aからピストン底面側に傾斜して延びる第2底壁部71と、この周縁部から立設された第2縦壁部72とを含んでいる。   As shown in FIG. 6, the second recess 70 is configured as a surface portion that is one step down from the piston crown surface 13 a so as to incline toward the piston bottom surface toward the swirl downstream side in the piston circumferential direction. It is recessed from the surface 13a to the piston bottom surface side. The second concave portion 70 includes a second bottom wall portion 71 that extends from the piston crown surface 13a so as to incline toward the piston bottom surface, and a second vertical wall portion 72 that stands up from the peripheral edge portion.

第2底壁部71は、周方向においては正面視でスワール下流側に向かってピストン底面側に傾斜するように延びており、径方向においては径方向に平行に延びている。図8を参照して具体的に説明すると、下流側第1縦壁部622のキャビティ内周壁面30a側の周縁部上に位置する点のうち、最も内径側に位置する(すなわちリップ部32の先端側)点を基準点P0とし、該基準点P0を通る平面であって、シリンダ12aの中心軸X−Xから放射状に延びる直線に対して直交する(すなわち径方向に直交している)平面を仮想平面Q(二点鎖線で示している)と仮定する。   The second bottom wall portion 71 extends so as to incline toward the piston bottom surface toward the swirl downstream side in a front view in the circumferential direction, and extends parallel to the radial direction in the radial direction. Specifically, referring to FIG. 8, among the points located on the peripheral edge of the downstream first vertical wall portion 622 on the cavity inner peripheral wall surface 30 a side, it is located on the innermost diameter side (that is, the lip portion 32 of the lip portion 32. The tip side) is a plane passing through the reference point P0 with the reference point P0 being orthogonal to a straight line extending radially from the central axis XX of the cylinder 12a (that is, orthogonal to the radial direction). Is assumed to be a virtual plane Q (indicated by a two-dot chain line).

そして、仮想平面Q上において、基準点P0を通りシリンダ12aの中心軸X−Xに平行に延びる直線を第1線L1とし、仮想平面Q上に投影された第2底壁部71に沿って延びる直線を第2線L2とし、仮想平面Q上に投影されたピストン冠面13aに沿って延びる直線を第3線L3とする。更に、第1線L1と第3線L3との交点を第1点P1とし、第1線と第2線との交点を第2点P2とし、第2線L2と第3線L3との交点を第3点P3とする。   On the virtual plane Q, a straight line passing through the reference point P0 and extending in parallel with the central axis XX of the cylinder 12a is defined as a first line L1, along the second bottom wall portion 71 projected on the virtual plane Q. The extending straight line is defined as a second line L2, and the straight line extending along the piston crown surface 13a projected on the virtual plane Q is defined as a third line L3. Furthermore, the intersection of the first line L1 and the third line L3 is the first point P1, the intersection of the first line and the second line is the second point P2, and the intersection of the second line L2 and the third line L3 Is a third point P3.

この場合に、第2点P2の位置は、第1線L1に平行な方向において第1点P1との間の距離Hが2mm以上となり、且つ、第3線L3に平行な方向において第3点P3との間の距離Wが2mm以上となるように、設定されている。更に、第2点P2は、第1底壁部61の下端部61a(すなわち、第1底壁部61と内周壁面30aとの接合部)よりもピストン冠面側に位置している。   In this case, the position of the second point P2 is such that the distance H to the first point P1 is 2 mm or more in the direction parallel to the first line L1, and the third point in the direction parallel to the third line L3. The distance W from P3 is set to be 2 mm or more. Further, the second point P2 is located on the piston crown surface side with respect to the lower end portion 61a of the first bottom wall portion 61 (that is, the joint portion between the first bottom wall portion 61 and the inner peripheral wall surface 30a).

第2底壁部71は、スワール上流側に位置する上流側縁部73がピストン冠面13上に位置している。上流側縁部73は、上流側第1縦壁部621の外端部に連続して放射状に延びている。すなわち、第2底壁部71は、上流側縁部73を基軸としてスワール下流側に向かってピストン底面側に傾斜するように構成されている。   As for the 2nd bottom wall part 71, the upstream edge part 73 located in the swirl upstream is located on the piston crown surface 13. The upstream edge 73 extends radially from the outer end of the upstream first vertical wall 621. That is, the second bottom wall portion 71 is configured to be inclined toward the piston bottom surface toward the swirl downstream side with the upstream edge portion 73 as a base axis.

図7に示されるように、第2縦壁部72は、下流側第1縦壁部622の外端部に連続して径方向外側に向けてスワール上流側へ円弧状に延びており、上流側縁部73の外端部73aに接続されている。より具体的には、第2縦壁部72は、二点鎖線で示す仮想円C0の円周上に位置している。仮想円C0の円周上には、下流側第1縦壁部622も位置している。すなわち、切欠き部40の下流側縦壁部42bは、下流側第1縦壁部622と第2縦壁部72とによって段差なく連続的に接続された曲面として構成されている。   As shown in FIG. 7, the second vertical wall portion 72 is connected to the outer end portion of the downstream first vertical wall portion 622 and extends radially outward toward the upstream side of the swirl, It is connected to the outer end 73 a of the side edge 73. More specifically, the second vertical wall portion 72 is located on the circumference of the virtual circle C0 indicated by a two-dot chain line. A downstream first vertical wall 622 is also located on the circumference of the virtual circle C0. That is, the downstream vertical wall 42b of the notch 40 is configured as a curved surface continuously connected without a step by the downstream first vertical wall 622 and the second vertical wall 72.

第1点P1を通り径方向に延びる直線を第4線L4とし、ピストン13の外径側端部から所定量dだけ内径側にオフセットした同芯円を円C1としたとき、仮想円C0は第4線L4と円C1とに接する円として設定されている。より具体的には、仮想円C0は、第1点P1を通る円として設定されている。   When a straight line extending in the radial direction through the first point P1 is a fourth line L4, and a concentric circle offset from the outer diameter side end of the piston 13 to the inner diameter side by a predetermined amount d is a circle C1, the virtual circle C0 is It is set as a circle in contact with the fourth line L4 and the circle C1. More specifically, the virtual circle C0 is set as a circle passing through the first point P1.

すなわち、図7に示す平面視において、切欠き部40の下流側縦壁部42は、上流側縁部73の外端部73aから、スワール下流側に向けて仮想円C0上を延びて基準点P0に至っており、基準点P0においてシリンダ12aの中心軸X−Xを向くようになっている。所定量dは、第2凹部70とピストン13の外周面との間の肉厚が所定量確保されるように適宜設定されている。   That is, in the plan view shown in FIG. 7, the downstream vertical wall 42 of the notch 40 extends from the outer end 73a of the upstream edge 73 toward the downstream side of the swirl on the virtual circle C0 to the reference point. It reaches P0 and faces the central axis XX of the cylinder 12a at the reference point P0. The predetermined amount d is appropriately set so that a predetermined amount of the wall thickness between the second recess 70 and the outer peripheral surface of the piston 13 is ensured.

第1底壁部61と第2底壁部71との接合部には、R状の面取り部43が形成されている。したがって、切欠き部40の底壁部41は、第1底壁部61と、面取り部43と、第2底壁部71とによって段階的に周方向からキャビティ30に向かうように構成されている。面取り部43は、スワール下流側に向かって径方向内側に傾斜して延びている。図2に示されるように、面取り部43の面取り径r1は2mm以上であって、且つ、仮想円C0の半径r0(図7参照)の半分以下の大きさに設定されている。   An R-shaped chamfered portion 43 is formed at a joint portion between the first bottom wall portion 61 and the second bottom wall portion 71. Therefore, the bottom wall portion 41 of the cutout portion 40 is configured to gradually go from the circumferential direction toward the cavity 30 by the first bottom wall portion 61, the chamfered portion 43, and the second bottom wall portion 71. . The chamfered portion 43 extends while inclining radially inward toward the swirl downstream side. As shown in FIG. 2, the chamfered diameter r1 of the chamfered portion 43 is 2 mm or more, and is set to a size of half or less of the radius r0 (see FIG. 7) of the virtual circle C0.

また、第2凹部70は、スワール下流側に向かってピストン底面側に傾斜しているので、第2縦壁部72は、スワール下流側に向かって径方向内径側へ円弧状に延びるにしたがって、シリンダ12aの中心軸X−X方向における高さが漸増するようになっている。   Further, since the second recess 70 is inclined toward the piston bottom surface toward the swirl downstream side, the second vertical wall portion 72 extends in an arc shape toward the radially inner diameter side toward the swirl downstream side. The height in the central axis XX direction of the cylinder 12a is gradually increased.

図3に戻って、各切欠き部40は、シリンダ12aの中心軸X−X周りにおける所定の角度範囲βに形成されている。なお、切欠き部40は、リップ部32の先端位置において、角度範囲βでキャビティ内周壁面30aに開口しているものの、下流側縦壁部42bが径方向外側へ進むにつれてスワール上流側へ向けて円弧状に延びているため、周方向の幅が漸減している。   Returning to FIG. 3, each notch 40 is formed in a predetermined angle range β around the central axis XX of the cylinder 12a. The notch 40 is open to the cavity inner peripheral wall surface 30a within the angle range β at the tip position of the lip portion 32, but toward the upstream side of the swirl as the downstream vertical wall portion 42b advances radially outward. Therefore, the circumferential width gradually decreases.

角度範囲βは、噴霧Fの噴霧角θ(図3の平面視における広がり)を考慮して、噴霧Fを受ける非切欠き部50が所定の角度範囲(少なくとも15°)確保されるよう設定されている。非切欠き部50が噴霧Fの噴霧角θより広い角度範囲を有するように、切欠き部40の角度範囲βが設定されており、想定される噴孔数(例えば多くても16噴孔)を考慮して、7.5°以上30°以下に設定されている。   The angle range β is set in consideration of the spray angle θ (spread in a plan view of FIG. 3) of the spray F so that the non-notched portion 50 that receives the spray F is secured in a predetermined angle range (at least 15 °). ing. The angle range β of the notch 40 is set so that the non-notch 50 has a wider angle range than the spray angle θ of the spray F, and the expected number of nozzle holes (for example, at most 16 nozzle holes). Is set to 7.5 ° or more and 30 ° or less.

すなわち、噴霧Fの噴霧角θを考慮すると非切欠き部は少なくとも15°の角度範囲を要するが、複数の切欠き部40それぞれの角度範囲βを7.5°に設定した場合には、最大16噴孔を有する燃料噴射弁17まで非切欠き部50を15°の角度範囲で確保できる。また、複数の切欠き部40それぞれの角度範囲βを30°に設定した場合には、最大8噴孔を有する燃料噴射弁17まで非切欠き部50を15°の角度範囲で確保できる。   That is, in consideration of the spray angle θ of the spray F, the non-notched portion requires an angle range of at least 15 °. However, when the angle range β of each of the plurality of notched portions 40 is set to 7.5 °, the maximum The non-notched portion 50 can be secured in an angle range of 15 ° up to the fuel injection valve 17 having 16 injection holes. In addition, when the angle range β of each of the plurality of notches 40 is set to 30 °, the non-notch 50 can be secured in the angle range of 15 ° up to the fuel injection valve 17 having the maximum 8 injection holes.

本実施形態では、切欠き部40の角度範囲βは、14°に設定されており、この場合、非切欠き部50は、22°の角度範囲で確保されており、15°より広い。   In the present embodiment, the angle range β of the notch 40 is set to 14 °, and in this case, the non-notch 50 is secured in an angle range of 22 ° and is wider than 15 °.

次に、この実施形態の作用効果を説明する。   Next, the function and effect of this embodiment will be described.

図9は、ピストン13が圧縮上死点近傍に位置するときの、燃焼室11における噴霧F及び空気流動Zを模式的に示す斜視図である。本実施形態では、図3を参照して上述したように、燃焼室11には、スワール流Sとスキッシュ流Vとが生成されるようになっており、圧縮上死点近傍に位置するピストン冠面13a上に生成するこれらの水平方向の流れS,Vが、複数の切欠き部40を介して、キャビティ30の内周壁面30aからこの中央部34側へ向かうように導入される。   FIG. 9 is a perspective view schematically showing the spray F and the air flow Z in the combustion chamber 11 when the piston 13 is positioned near the compression top dead center. In the present embodiment, as described above with reference to FIG. 3, a swirl flow S and a squish flow V are generated in the combustion chamber 11, and a piston crown located near the compression top dead center. These horizontal flows S and V generated on the surface 13a are introduced from the inner peripheral wall surface 30a of the cavity 30 toward the central portion 34 through the plurality of notches 40.

この場合に生じる空気流動Zは、平面視で時計回りに流動するスワール流Sと、径方向外側から径方向内側へ流動するスキッシュ流Vとが合成されつつ、切欠き部40からキャビティ30の内部に導入されるようになる。このため、図9に示されるように、キャビティに導入された空気流動Zは、スワール流Sに沿って時計回りに流動しつつスキッシュ流Vに沿って径方向内側に向かうように、中央部34の中央に向かって螺旋状に流動することになる。   The air flow Z generated in this case is composed of the swirl flow S that flows clockwise in a plan view and the squish flow V that flows from the radially outer side to the radially inner side, and from the notch 40 to the inside of the cavity 30. Will be introduced. For this reason, as shown in FIG. 9, the air flow Z introduced into the cavity flows in the clockwise direction along the swirl flow S and moves inward in the radial direction along the squish flow V. It will flow in a spiral toward the center.

このとき、切欠き部40は、第1凹部60とこの外径側に連続する第2凹部70とによって構成されており、下流側縦壁部42aが、スワール下流側に向かって径方向内側に延びる円弧状に形成されている。これによって、ピストン冠面13aにおいて周方向に流れるスワール流Sが、第2凹部70の円弧状の第2縦壁部72に沿って径方向内側に緩やかに向きを変えられつつ、第1凹部60に案内される。すなわち、ピストン冠面13aにおける水平方向の流動を、ロスを抑制しつつ第1凹部60に導入できるので、空気流動Zをより効果的に生じさせることができる。   At this time, the notch 40 is configured by the first recess 60 and the second recess 70 continuous to the outer diameter side, and the downstream vertical wall portion 42a is radially inward toward the swirl downstream side. It is formed in an extending arc shape. As a result, the swirl flow S flowing in the circumferential direction on the piston crown surface 13a is gradually changed radially inward along the arc-shaped second vertical wall portion 72 of the second recess 70, and the first recess 60 Be guided to. That is, since the flow in the horizontal direction on the piston crown surface 13a can be introduced into the first recess 60 while suppressing loss, the air flow Z can be generated more effectively.

また、第2凹部70は、スワール下流側に向かってピストン底面側に傾斜している。これによって、ピストン冠面13aにおいて水平方向に流れるスワール流Sが、第2凹部70の第2底壁部71に沿ってピストン底面側に向きを変えられつつ、第1凹部60に案内される。すなわち、ピストン冠面13aにおける水平方向の空気流動が、段階的にピストン底面側に向きを変えられるので、ピストン冠面13aから第1凹部60に直接に導入させる場合に比して、空気流動Zの向きを水平方向からピストン底面側へ緩やかに変えることができる。よって、ピストン冠面13aからの空気流動Zを、ロスを抑制しつつキャビティ内に導入させることができる。   Moreover, the 2nd recessed part 70 inclines in the piston bottom face side toward a swirl downstream. Accordingly, the swirl flow S flowing in the horizontal direction on the piston crown surface 13 a is guided to the first recess 60 while being changed in direction toward the piston bottom surface along the second bottom wall portion 71 of the second recess 70. That is, since the direction of the air flow in the horizontal direction on the piston crown surface 13a can be changed stepwise toward the piston bottom surface, the air flow Z is compared with the case where it is introduced directly from the piston crown surface 13a to the first recess 60. Can be gradually changed from the horizontal direction to the bottom surface of the piston. Therefore, the air flow Z from the piston crown surface 13a can be introduced into the cavity while suppressing loss.

さらに、第1凹部60と第2凹部70との接合部にR状の面取り部43が形成されている。これによって、ピストン冠面13aから第2凹部70に導入された空気流動Zを、面取り部43を介して第1凹部60に滑らかに導入させることができる。第1凹部60と第2凹部70との接合部にR状の面取り部が形成されていない場合、第2凹部70から第1凹部60にかけて空気流動Zの向きが急激に変わることになるのでロスが生じ、キャビティ30に導入される空気流動が減少してしまう。   Further, an R-shaped chamfer 43 is formed at the joint between the first recess 60 and the second recess 70. As a result, the air flow Z introduced from the piston crown surface 13 a into the second recess 70 can be smoothly introduced into the first recess 60 through the chamfered portion 43. If an R-shaped chamfered portion is not formed at the joint between the first recess 60 and the second recess 70, the direction of the air flow Z changes rapidly from the second recess 70 to the first recess 60, so that a loss occurs. And air flow introduced into the cavity 30 is reduced.

ここで、図10は、低負荷域における燃焼前半部を示している。図10に示されるように、低負荷域において、燃料噴射弁17から噴射された噴霧Fは、内周壁面30aに到達した後、その大部分が周辺部33に沿ってキャビティ30の底側へ向きを変えられる。しかしながら、噴霧Fは、低負荷域においては低ペネトレーションに構成されており、このため、流動性が低く、周辺部33の近傍に滞留することになる。   Here, FIG. 10 shows the first half of combustion in the low load region. As shown in FIG. 10, in the low load region, the spray F injected from the fuel injection valve 17 reaches the inner peripheral wall surface 30 a, and then most of the spray F travels along the peripheral portion 33 to the bottom side of the cavity 30. You can change the direction. However, the spray F is configured to have low penetration in the low load region, and therefore has low fluidity and stays in the vicinity of the peripheral portion 33.

このとき、図9を併せて参照して、切欠き部40から導入される空気流動Zが、スワール方向下流側に位置する噴霧Fを巻込みつつ、螺旋状に中央部34に向かって流動する。これによって、図10に示されるように、周辺部33において滞留していた噴霧Fの中央部34側への流動が促進されるので、噴霧Fとキャビティ30内の空気との混合性が向上する。   At this time, referring also to FIG. 9, the air flow Z introduced from the notch 40 flows spirally toward the central portion 34 while entraining the spray F located downstream in the swirl direction. . As a result, as shown in FIG. 10, the flow of the spray F staying in the peripheral portion 33 toward the central portion 34 is promoted, so that the mixing property between the spray F and the air in the cavity 30 is improved. .

しかも、空気流動Zは、周辺部33において滞留する噴霧Fの向きと略同じ方向を向いているので、噴霧Fの流動を阻害することなく中央部34側へアシストしやすく、より一層噴霧Fの流動性を向上させやすい。また、第1凹部60の第1底壁部61は、接線連続状に周辺部33に接続されているので、切欠き部40から導入される空気流動Zを、滑らかに周辺部33に導入させやすい。これによって、更により一層噴霧Fの流動性を向上させやすい。   Moreover, since the air flow Z is directed in substantially the same direction as the direction of the spray F staying in the peripheral portion 33, the air flow Z can be easily assisted to the center portion 34 side without inhibiting the flow of the spray F, and the spray F Easy to improve fluidity. Moreover, since the 1st bottom wall part 61 of the 1st recessed part 60 is connected to the peripheral part 33 tangentially, the air flow Z introduced from the notch part 40 is smoothly introduced into the peripheral part 33. Cheap. This makes it easier to further improve the fluidity of the spray F.

さらに、本実施形態では、周辺部33の第2部分33bを構成する円弧の半径Rは比較的大きくされているので、図示のように、噴霧Fが衝突する部位での接線T−T方向と噴霧Fの噴射方向とのなす角度を小さくすることができ、これにより、噴霧Fが内周壁面30aに激しく衝突して周辺に散乱することなく、円滑に第2部分33bに導入されやすい。 Furthermore, in the present embodiment, since the radius R 2 of the arc constituting the second portion 33b of the peripheral portion 33 is relatively large, as shown, the tangent line T-T direction at the site spray F collides And the spraying direction of the spray F can be reduced, so that the spray F can be smoothly introduced into the second portion 33b without violently colliding with the inner peripheral wall surface 30a and being scattered around the periphery.

また、リップ部32によれば、第2部分33bとの境界近傍でリップ部32側に衝突した噴霧Fも、あまり散乱することなく、第2部分33b側へ滑らかに案内され、噴霧Fの大部分がキャビティ30内にスムーズに導入される。   Further, according to the lip portion 32, the spray F colliding with the lip portion 32 side in the vicinity of the boundary with the second portion 33b is smoothly guided to the second portion 33b side without being scattered so much. The part is smoothly introduced into the cavity 30.

そして、噴霧Fは、第2部分33bから第1部分33aに移動し、ピストン3の半径方向外側から内側へ流れの方向が変えられ、その際、第1部分33aの半径Rは第2部分33bの半径Rよりも小さいので、噴霧Fの拡散が抑制されると共に、切欠き部40からの空気流動Zによるアシストと相まって、その流れが加速されて、第3部分33cに向かうことになる。 The spray F from the second portion 33b moves to the first portion 33a, the direction of flow from the radially outer side of the piston 3 inwards is changed, this time, the radius R 1 of the first portion 33a and the second portion because 33b smaller than the radius R 2 of, along with the diffusion of the spray F is suppressed, coupled with assistance by the air flow Z from the notch 40, its flow is accelerated, so that toward the third portion 33c .

このとき、既に一部の燃料の燃焼が開始されて燃焼ガスが発生し、噴霧Fは燃焼ガスと未燃燃料とが混ざった半燃焼状態となるが、この半燃焼ガスの流れが第1部分33aによって加速されることにより、キャビティ周辺部33の内周壁面30aに付着した燃料が吹き飛ばされ、付着燃料により生じた局部的なリッチ領域で燃焼が行われることによる煤の発生が抑制される。   At this time, combustion of a part of the fuel is already started and combustion gas is generated, and the spray F is in a semi-combustion state in which the combustion gas and unburned fuel are mixed. The flow of this semi-combustion gas is the first part. By acceleration by 33a, the fuel adhering to the inner peripheral wall surface 30a of the cavity peripheral part 33 is blown off, and the generation of soot due to combustion in a local rich region caused by the adhering fuel is suppressed.

また、周辺部33は、第1部分33aにおける燃料噴射時に燃料噴射弁17から最も遠くなる位置と該燃料噴射弁17の噴孔17aとを結ぶ直線Y−Yを対称軸とし、その両側の第2部分33b側と第3部分33c側とが対称的に形成されているので、一旦加速された後、減速される半燃焼ガスの流れは、第1部分33aにおける前記最も遠くなる位置を中心として対称的になり、ピストン13の半径方向外側から内側へ、流れの方向が、分散することなく、円滑かつ確実に変化することになる。   In addition, the peripheral portion 33 has a straight line Y-Y connecting the position farthest from the fuel injection valve 17 and the injection hole 17a of the fuel injection valve 17 at the time of fuel injection in the first portion 33a as an axis of symmetry, and Since the second portion 33b side and the third portion 33c side are formed symmetrically, the flow of the semi-combustion gas that is once accelerated and then decelerated is centered on the farthest position in the first portion 33a. It becomes symmetrical, and the direction of flow from the radially outer side to the inner side of the piston 13 changes smoothly and reliably without being dispersed.

次に、ピストン13の半径方向内側へ向きを変えられた半燃焼ガスがキャビティ30の中央部34で多量の空気と混合するまでの燃焼後半部について説明すると、図11に示すように、半燃焼ガスの流れは、周辺部33の第3部分33cにより、該周辺部33から中心部が凸とされたキャビティ30の底部の中央部34に向けて案内されることになる。   Next, the second half of the combustion until the semi-combustion gas whose direction is changed radially inward of the piston 13 is mixed with a large amount of air in the central portion 34 of the cavity 30 will be described. As shown in FIG. The gas flow is guided by the third portion 33 c of the peripheral portion 33 toward the central portion 34 at the bottom of the cavity 30 whose central portion is convex from the peripheral portion 33.

その際、周辺部33における第3部分33cの半径Rは、第1部分33aの半径Rより大きくされているから、第3部分33cに導入された噴霧Fが急激にキャビティ開口部31側に向きを変えられることを抑制して、燃料噴射弁17から噴射された噴霧Fと干渉することが避けられる。 At that time, since the radius R 3 of the third portion 33 c in the peripheral portion 33 is larger than the radius R 1 of the first portion 33 a, the spray F introduced into the third portion 33 c abruptly becomes closer to the cavity opening 31 side. Therefore, it is possible to avoid interference with the spray F injected from the fuel injection valve 17.

その結果、半燃焼ガスの流れは、勢いを維持したまま、分散することなくキャビティ30の中央部34側に向けて流れることになり、燃焼室11の中央部に存在する多量の空気と良好に混合し、均一でリーンな燃焼ガスが生成される。そして、その状態で燃焼が進行することにより、リッチ領域で燃焼することによる煤の発生が抑制されると共に、燃焼ガスの全体が相対的にリーンであることにより、一部で発生した煤も効果的に酸化されることになる。   As a result, the flow of the semi-combustion gas flows toward the central portion 34 side of the cavity 30 without being dispersed while maintaining the momentum, and is excellent in the amount of air present in the central portion of the combustion chamber 11. Mixing produces a uniform and lean combustion gas. And by the combustion progressing in that state, the generation of soot due to combustion in the rich region is suppressed, and the entire combustion gas is relatively lean, so that the soot generated in part is also effective Will be oxidized.

すなわち、低ペネトレーションとされたためにキャビティの内周壁面30aに滞留しやすい噴霧Fであっても、流動が促進されてキャビティ30における空気との混合性を向上させることができる。   That is, even if the spray F is likely to stay on the inner peripheral wall surface 30a of the cavity due to the low penetration, the flow is promoted and the miscibility with the air in the cavity 30 can be improved.

しかも、複数の切欠き部40らキャビティ30に空気流動Zが導入されると共に、この空気流動Zによって、複数の噴孔17aから噴射された噴霧Fをキャビティ30の中央部34側へ流動させることができる。また、噴霧Fは、非切欠き部50に向けて噴射されるので、キャビティ30の内周壁面30aに案内されて向きが変えられた後に、この方向と同じ方向に導入される切欠き部40からの空気流動Zによって中央部34側への流動がより一層促進される。   Moreover, the air flow Z is introduced into the cavity 30 from the plurality of notches 40, and the spray F injected from the plurality of injection holes 17a is caused to flow toward the central portion 34 side of the cavity 30 by the air flow Z. Can do. Moreover, since the spray F is injected toward the non-notch part 50, after being changed in direction by being guided by the inner peripheral wall surface 30a of the cavity 30, the notch part 40 introduced in the same direction as this direction. The air flow Z from the air further promotes the flow toward the central portion 34 side.

また、複数の切欠き部40はそれぞれ、平面視でシリンダ12aの中心軸X−X周りの7.5°以上30°以下の角度範囲に形成されている。この結果、非切欠き部50を所定の角度範囲で確保して噴霧Fをより内周壁面30aに案内させることができると共に、切欠き部40による空気流動Zをより効果的に生じさせることができる。すなわち、切欠き部40を7.5°未満の角度範囲βに形成すると、切欠き部40の容積が相対的に小さくなるため、切欠き部40により導入される空気流動の運動量が少なく、噴霧の流動を促進する効果が少ない。   Each of the plurality of notches 40 is formed in an angle range of 7.5 ° or more and 30 ° or less around the central axis XX of the cylinder 12a in plan view. As a result, it is possible to secure the non-notched portion 50 in a predetermined angle range and guide the spray F to the inner peripheral wall surface 30a, and more effectively generate the air flow Z by the notched portion 40. it can. That is, when the notch 40 is formed in an angle range β of less than 7.5 °, the volume of the notch 40 becomes relatively small, and therefore the momentum of the air flow introduced by the notch 40 is small, and the spray The effect of promoting the flow of

また、切欠き部40を30°を超える角度範囲βに形成すると、切欠き部40による噴霧Fの流動促進効果が略一定値に収束しやすく向上代が少なくなる一方で、切欠き部40の容積が過度に大きくなれば、燃焼室11の圧縮比を維持するためにキャビティ30の容積を過度に小さくすることを要する。この場合、図14,15を参照して上述したように燃焼室11を浅くすると、燃料噴射弁17から噴射された噴霧が互いに干渉しやすくなり空気との混合性の向上効果が低減してしまう。一方、キャビティ開口部31を小さくすると、噴霧Fは、内周壁面30aに到達したときのペネトレーションが相対的に強くなるので冷却損失が増大してしまう。   Further, when the notch 40 is formed in an angle range β exceeding 30 °, the flow promoting effect of the spray F by the notch 40 tends to converge to a substantially constant value, while the improvement margin is reduced. If the volume becomes excessively large, it is necessary to excessively reduce the volume of the cavity 30 in order to maintain the compression ratio of the combustion chamber 11. In this case, if the combustion chamber 11 is made shallower as described above with reference to FIGS. 14 and 15, the sprays injected from the fuel injection valve 17 easily interfere with each other, and the effect of improving the miscibility with air is reduced. . On the other hand, if the cavity opening 31 is made small, the penetration of the spray F when it reaches the inner peripheral wall surface 30a becomes relatively strong, so that the cooling loss increases.

また、図8に示すように、仮想平面Q上において、第2点の位置は、第1線L1に平行な方向において第1点P1との間の距離Hが2mm以上となり、且つ、第3線L3に平行な方向において第3点P3との間の距離Wが2mm以上となるように、設定されている。本構成によれば、第1凹部60と第2凹部70との接合部に少なくとも2mmの面取り径を有する面取り部43を形成しつつも、第1凹部60の形状が消失することを防止できる。   Further, as shown in FIG. 8, on the virtual plane Q, the position of the second point is such that the distance H from the first point P1 in the direction parallel to the first line L1 is 2 mm or more, and the third point The distance W from the third point P3 in the direction parallel to the line L3 is set to be 2 mm or more. According to this configuration, it is possible to prevent the shape of the first recess 60 from disappearing while forming the chamfer 43 having a chamfer diameter of at least 2 mm at the joint between the first recess 60 and the second recess 70.

すなわち、面取り部43の面取り径が2mmである場合に、第2点P2と第3点P3との間の距離Wが2mm未満であると、第1凹部60が面取り部43によって消失してしまう場合がある。また、第1点P1と第2点P2との間の距離Hが2mm以上であるので、第2凹部70を、所定深さ範囲を有するように構成でき、これにより第2凹部70によるスキッシュ流の第1凹部60への案内作用を効果的に発揮させることができるようになっている。   That is, when the chamfered diameter of the chamfered portion 43 is 2 mm and the distance W between the second point P2 and the third point P3 is less than 2 mm, the first recessed portion 60 disappears by the chamfered portion 43. There is a case. Further, since the distance H between the first point P1 and the second point P2 is 2 mm or more, the second concave portion 70 can be configured to have a predetermined depth range, and thereby, the squish flow caused by the second concave portion 70 is achieved. The guide action to the first recess 60 can be effectively exhibited.

また、第2点P2は、第1底壁部61の下端部61aよりもピストン冠面側に位置している。本構成によれば、また、第2凹部70が直接にキャビティ内周壁面30aに表れることを防止できる。よって、ピストン冠面13aにおける水平方向の流動が、第2凹部70から直接にキャビティ30に導入されることがなく、第2凹部70と第1凹部60とを順に介して段階的にピストン底面側に向きを変えられるようになっている。   Further, the second point P <b> 2 is located on the piston crown surface side with respect to the lower end portion 61 a of the first bottom wall portion 61. According to this structure, it can prevent that the 2nd recessed part 70 appears on the cavity inner peripheral wall surface 30a directly. Therefore, the flow in the horizontal direction on the piston crown surface 13a is not directly introduced into the cavity 30 from the second recess 70, but the piston bottom surface side by step through the second recess 70 and the first recess 60 in order. You can change the direction.

また、面取り部43の面取り径r1は、2mm以上に設定されている。本構成によれば、面取り部43に沿って、第2凹部70から第1凹部60へ空気流動Zを案内させやすい。面取り部43の面取り径が2mm未満である場合、第2凹部70から第1凹部60にかけて空気流動Zの向きを緩やかに変える効果が低減する。   Further, the chamfered diameter r1 of the chamfered portion 43 is set to 2 mm or more. According to this configuration, it is easy to guide the air flow Z from the second recessed portion 70 to the first recessed portion 60 along the chamfered portion 43. When the chamfered diameter of the chamfered portion 43 is less than 2 mm, the effect of gently changing the direction of the air flow Z from the second concave portion 70 to the first concave portion 60 is reduced.

また、面取り部43の面取り径r1は、仮想円C0の半径r0の半分以下の大きさに設定されている。本構成によれば、面取り部43によって、第2凹部70が消失することを防止できる。   Further, the chamfered diameter r1 of the chamfered portion 43 is set to a size equal to or less than half of the radius r0 of the virtual circle C0. According to this configuration, the chamfered portion 43 can prevent the second concave portion 70 from disappearing.

図11〜図13に、燃焼室11の平面図であって、切欠き部40の数Nを燃料噴射弁17の噴孔数Nの半分とした変形例を示している。図11に示されるように、噴孔数Nは10であり、切欠き部40の数Nは5であり、燃料噴射弁17から噴射される各噴霧Fは、周方向の一方側において切欠き部40に隣接しており、他方側において噴霧Fに隣接している。 In FIGS. 11 to 13, a plan view of the combustion chamber 11, shows a variation of the number N C was half of the injection hole number N H of the fuel injection valve 17 of the notch 40. As shown in FIG. 11, the nozzle hole number N H is 10, the number N C of the cutout portion 40 is 5, each spray F injected from the fuel injection valve 17, at one side in the circumferential direction It is adjacent to the notch 40 and is adjacent to the spray F on the other side.

この場合、燃焼室11にスワール流Sが生成される場合、図12に示されるように、空気流動Zは、スワール方向Sの上流側(図12において反時計回り側)に隣接する噴霧Fを低下した圧力により引き込みつつ、スワール方向Sの下流側(図12において時計回り側)に隣接する噴霧Fを巻込んで、キャビティ30の中央部34側へ流動させるように作用する。 In this case, when the swirl flow S is generated in the combustion chamber 11, as shown in FIG. 12, the air flow Z is the spray F 1 adjacent to the upstream side in the swirl direction S (counterclockwise side in FIG. 12). , The spray F 2 adjacent to the downstream side in the swirl direction S (clockwise side in FIG. 12) is entrained and flows toward the central portion 34 side of the cavity 30.

また、噴孔数Nの関数として、切欠き部40の角度範囲βを設定してもよい。この場合、燃料噴射弁17の噴孔数N、切欠き部40の角度範囲βが、以下の式(2)の関係を満たすように設定する。 Further, the angle range β of the notch 40 may be set as a function of the number of nozzle holes NH . In this case, the number of injection holes N H of the fuel injection valve 17 and the angle range β of the notch 40 are set so as to satisfy the relationship of the following expression (2).

(360°×0.1)/N≦β≦(360°−N×15°)/N (2) (360 ° × 0.1) / N H ≦ β ≦ (360 ° −N H × 15 °) / N H (2)

すなわち、下限値によれば、全ての切欠き部40の角度範囲βの合計が、ピストン冠面13aの周部における10%は少なくとも確保されることになり、切欠き部40を介してキャビティ30に導入される空気流動の流量を確保できる。また、上限値によれば、非切欠き部50を少なくとも15°の角度範囲で確保することができるので、噴霧Fを非切欠き部50で受けつつ、内周壁面30aに沿ってキャビティ30に案内できる。   That is, according to the lower limit value, at least 10% of the total angular range β of the notch portions 40 in the peripheral portion of the piston crown surface 13 a is secured, and the cavity 30 is interposed via the notch portion 40. The flow rate of the air flow introduced into the can be secured. Further, according to the upper limit value, the non-notched portion 50 can be secured in an angle range of at least 15 °, so that the spray F is received by the non-notched portion 50, and the cavity 30 is formed along the inner peripheral wall surface 30a. I can guide you.

上記実施形態では、リエントラント型のキャビティを有するピストンを例にとって説明したが、浅底型又はトロイダル型等種々のキャビティを有するピストンにも適用してもよい。   In the above embodiment, a piston having a reentrant type cavity has been described as an example. However, the present invention may be applied to a piston having various cavities such as a shallow bottom type or a toroidal type.

また、上記実施形態では、切欠き部40を、キャビティ開口部31に複数設けたが、これに限らない。すなわち、1箇所のみ設けてもよい。これによっても、切欠き部40からキャビティ30へ空気流動を導入させることができる。   Moreover, in the said embodiment, although the notch part 40 was provided with two or more in the cavity opening part 31, it is not restricted to this. That is, you may provide only one place. Also by this, an air flow can be introduced from the notch 40 to the cavity 30.

実施例1〜4のピストン13について、キャビティ30内における空気流動Zを、CAE解析により評価した。表1に示されるように、実施例1〜4は、第1底壁部61と第2底壁部71との接合部に形成されたR状面取り部43の面取り径r1のみ異なっており、その他は同一である。すなわち、各切欠き部40は、第1点P1と第2点P2との間の距離Hは5mmに設定されており、第1底壁部61の傾斜角度はいずれも30°に設定されており、角度範囲βが14°に設定されている。   About the piston 13 of Examples 1-4, the air flow Z in the cavity 30 was evaluated by CAE analysis. As shown in Table 1, Examples 1 to 4 differ only in the chamfered diameter r1 of the R-shaped chamfered portion 43 formed at the joint between the first bottom wall portion 61 and the second bottom wall portion 71, Others are the same. That is, in each notch portion 40, the distance H between the first point P1 and the second point P2 is set to 5 mm, and the inclination angle of the first bottom wall portion 61 is set to 30 °. The angle range β is set to 14 °.

実施例1に係る切欠き部40は、面取り部43の面取り径r1が0.5mmであり、実施例2〜4では、面取り径r1が2mm、2.5mm、6mmと順に大きくなるように構成されている。実施例1〜4に係る切欠き部40を有するピストン13の低速域における空気流動Zをそれぞれ最高流速により評価し、表1に、実施例1における空気流動Zの最高流速を100として、実施2〜4の最高流速をそれぞれ指数で示している。   The cutout portion 40 according to the first embodiment is configured such that the chamfered diameter r1 of the chamfered portion 43 is 0.5 mm, and in the second to fourth embodiments, the chamfered diameter r1 increases in order of 2 mm, 2.5 mm, and 6 mm. Has been. The air flow Z in the low speed region of the piston 13 having the notch portion 40 according to Examples 1 to 4 is evaluated by the maximum flow velocity, and Table 1 shows that the maximum flow velocity of the air flow Z in Example 1 is 100. The maximum flow rate of ˜4 is indicated by an index.

Figure 2018150850
Figure 2018150850

表1から明らかなように、面取り部43の面取り径r1が大きくなるにしたがって、空気流動Zの最大流速は増大するようになっている。面取り径r1を少なくとも2mmに設定することによって、空気流動Zの最大流速を効果的に増大させることができ、これによりキャビティ30における噴霧Fの流動性を高めることができる。   As is clear from Table 1, the maximum flow velocity of the air flow Z increases as the chamfered diameter r1 of the chamfered portion 43 increases. By setting the chamfered diameter r1 to at least 2 mm, the maximum flow velocity of the air flow Z can be effectively increased, and thereby the fluidity of the spray F in the cavity 30 can be enhanced.

[参考実施例]
実施例5〜8のピストン13について、キャビティ30内における空気流動Zを、CAE解析により評価した。表2に示されるように、実施例5〜8は、切欠き部40の周方向壁部41の傾斜角度αのみ異なっており、その他は同一である。すなわち、各切欠き部40は、燃料噴射弁17の噴孔数Nは10であり、同様に切欠き部40の数Nも10であり、周方向における角度範囲βが14°で形成されている。参考実施例においては、切欠き部40は、第1凹部60のみで構成されており、第2凹部70は有していない。
[Reference Example]
About the piston 13 of Examples 5-8, the air flow Z in the cavity 30 was evaluated by CAE analysis. As Table 2 shows, Examples 5-8 differ only in the inclination angle (alpha) of the circumferential direction wall part 41 of the notch part 40, and others are the same. That is, each notch 40, the injection hole number N H of the fuel injection valve 17 is 10, the number N C of similarly notch 40 is also 10, the angular range β in the circumferential direction formed at 14 ° Has been. In the reference embodiment, the cutout portion 40 is constituted only by the first recess 60 and does not have the second recess 70.

実施例5に係る切欠き部40は、傾斜角度αが0°であり、実施例6〜8では、周方向壁部41の傾斜角度αが、20°、30°、45°と順に大きくなるように構成されている。実施例5〜8に係る切欠き部40を有するピストン13の低速域における空気流動Zをそれぞれの最高流速により評価し、表2に、実施例5における空気流動の最高流速を100として、実施例6〜8の最高流速をそれぞれ指数で示している。   The notch portion 40 according to the fifth embodiment has an inclination angle α of 0 °, and in the sixth to eighth embodiments, the inclination angle α of the circumferential wall portion 41 increases in order of 20 °, 30 °, and 45 °. It is configured as follows. The air flow Z in the low speed region of the piston 13 having the notch portion 40 according to Examples 5 to 8 is evaluated based on the maximum flow velocity, and Table 2 shows the maximum air flow velocity in Example 5 as 100. The maximum flow rates of 6 to 8 are indicated by indices.

Figure 2018150850
Figure 2018150850

表2から明らかなように、切欠き部40の傾斜角度αが0°から増大するにしたがって、空気流動Zの最大流速は増大する。特に、実施例6において傾斜角度αが20°より大きくなると顕著に空気流動Zの最大流速は増大する。一方で、実施例7及び8から判るように、傾斜角度αが大きくなるにしたがって、最大流速の上昇代が収束するようになっている。   As is clear from Table 2, the maximum flow velocity of the air flow Z increases as the inclination angle α of the notch 40 increases from 0 °. In particular, in Example 6, the maximum flow velocity of the air flow Z significantly increases when the inclination angle α is larger than 20 °. On the other hand, as can be seen from Examples 7 and 8, as the inclination angle α increases, the increase in the maximum flow velocity converges.

したがって、切欠き部40の傾斜角度αを0°以上に設定することにより、空気流動Zの最大流速を上昇させることができ、これによりキャビティ30における噴霧Fの流動性を高めることができる。一方で、切欠き部40の傾斜角度αは50°以下に設定することによって、切欠き部40を過大に形成することを抑制しつつ噴霧Fの流動性を効果的に高めることができる。   Therefore, the maximum flow velocity of the air flow Z can be increased by setting the inclination angle α of the notch 40 to 0 ° or more, and thereby the fluidity of the spray F in the cavity 30 can be increased. On the other hand, by setting the inclination angle α of the notch 40 to 50 ° or less, the fluidity of the spray F can be effectively enhanced while suppressing the notch 40 from being excessively formed.

以上説明したように、本発明に係るディーゼルエンジンによれば、低ペネトレーションとされた噴霧であっても、キャビティにおける流動性を向上させて空気との混合を促進できるので、この種の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。   As described above, according to the diesel engine according to the present invention, even if the spray is low penetration, the fluidity in the cavity can be improved and the mixing with air can be promoted. There is a possibility that it is preferably used.

10 エンジン
11 燃焼室
12 シリンダブロック
12a シリンダ
13 ピストン
13a ピストン冠面
14 シリンダヘッド
14a 吸気ポート
17 燃料噴射弁
17a 噴孔
30 キャビティ
30a 内周壁面
31 キャビティ開口部
32 リップ部
33 周辺部
34 中央部
40 切欠き部
41 底壁部
42 縦壁部
43 面取り部
60 第1凹部
61 第1底壁部
62 第1縦壁部
70 第2凹部
71 第2底壁部
72 第2縦壁部
50 非切欠き部
α 第1底壁部の傾斜角度
β 切欠き部の角度範囲
噴孔数
切欠き部の数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 11 Combustion chamber 12 Cylinder block 12a Cylinder 13 Piston 13a Piston crown surface 14 Cylinder head 14a Intake port 17 Fuel injection valve 17a Injection hole 30 Cavity 30a Inner peripheral wall surface 31 Cavity opening part 32 Lip part 33 Peripheral part 34 Central part 40 Cutting Notch portion 41 Bottom wall portion 42 Vertical wall portion 43 Chamfered portion 60 First concave portion 61 First bottom wall portion 62 First vertical wall portion 70 Second concave portion 71 Second bottom wall portion 72 Second vertical wall portion 50 Non-notched portion α Inclination angle of the first bottom wall β Angle range of the notch N H Number of nozzle holes N C Number of the notch

Claims (6)

シリンダと、
該シリンダの端面を覆うシリンダヘッドであって、燃焼室にスワール流を生成する吸気ポートが形成された、シリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドとは反対側へ凹設されたキャビティを有するピストンと、
上死点に位置する前記ピストンの前記キャビティ内を指向する噴孔を有する、燃料噴射弁と
を備え、
前記ピストンは、前記キャビティの内周壁面から冠面側にわたって放射状に凹設された切欠き部を更に有しており、
該切欠き部は、
前記キャビティの周縁部に設けられ、前記キャビティの内周壁面よりも外径側へ凹設された第1凹部と、
前記第1凹部の外端部に連続して外径側へ延びており、前記ピストンの冠面からピストン底面側へ凹設された、第2凹部と
を含んでおり、
前記第1凹部と前記第2凹部との接合部にR状の面取り部が形成されているディーゼルエンジン。
A cylinder,
A cylinder head covering an end face of the cylinder, wherein the intake port for generating a swirl flow is formed in the combustion chamber;
A piston having a cavity recessed to the opposite side of the cylinder head;
A fuel injection valve having a nozzle hole directed in the cavity of the piston located at a top dead center;
The piston further includes a notch that is radially recessed from the inner peripheral wall surface of the cavity to the crown surface side,
The notch is
A first recess provided at a peripheral edge of the cavity and recessed toward an outer diameter side than an inner peripheral wall surface of the cavity;
A second recess that extends continuously from the outer end of the first recess to the outer diameter side and is recessed from the crown surface of the piston toward the piston bottom surface;
A diesel engine in which an R-shaped chamfer is formed at a joint between the first recess and the second recess.
前記面取り部の面取り径は、2mm以上である、
請求項1に記載のディーゼルエンジン。
The chamfered diameter of the chamfered portion is 2 mm or more.
The diesel engine according to claim 1.
前記第2凹部は、平面視で、スワール流の下流側の縦壁部が、スワール流の下流側に向かって内径側に延びる円弧状に形成されており、
前記面取り部の面取り径は、前記第2凹部の周縁部の平面視における半径の、半分以下である、
請求項1又は2に記載のディーゼルエンジン。
The vertical recess on the downstream side of the swirl flow is formed in an arc shape extending toward the inner diameter side toward the downstream side of the swirl flow in the plan view,
The chamfered diameter of the chamfered portion is less than or equal to half of the radius of the peripheral portion of the second recess in plan view.
The diesel engine according to claim 1 or 2.
前記切欠き部は、周方向に互いに間隔を空けて複数形成されている、
請求項1〜3のいずれか1つに記載のディーゼルエンジン。
A plurality of the notches are formed at intervals in the circumferential direction.
The diesel engine as described in any one of Claims 1-3.
前記燃料噴射弁は、前記シリンダの中心軸方向に見て、径方向の中心に位置しており、放射状に燃料を噴射可能な、複数の噴孔を有している、
請求項4に記載のディーゼルエンジン。
The fuel injection valve is located at the center in the radial direction when viewed in the central axis direction of the cylinder, and has a plurality of injection holes that can inject fuel radially.
The diesel engine according to claim 4.
前記燃料噴射弁は、前記複数の噴孔それぞれが、周方向に隣り合う前記切欠き部の間に位置する非切欠き部を指向するように配置されている、
請求項5に記載のディーゼルエンジン。
The fuel injection valve is arranged such that each of the plurality of injection holes is directed to a non-notched portion located between the notched portions adjacent in the circumferential direction.
The diesel engine according to claim 5.
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