JP2020153239A - Combustion chamber - Google Patents

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景太 荒戸
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Abstract

To provide a combustion chamber capable of suppressing generation of smoke.SOLUTION: In a combustion chamber 10 recessedly formed on a center portion of a top surface 12 of a piston 11 which reciprocates inside a cylinder, a plurality of wall surfaces 20 facing a C2 direction opposite from a C1 direction which is a flow direction of a swirl flow are arranged in an annular portion 19 at an outer edge of a bottom 16 at intervals in the C1 direction, and a heat insulation film 25 is provided to cover the wall surface 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、燃焼室に関し、より詳細には、スモークの発生を抑制する燃焼室に関する。 The present disclosure relates to a combustion chamber, and more particularly to a combustion chamber that suppresses the generation of smoke.

エンジンの燃焼室において、中央部に配置されて上方に向かって突出する突起部の表面に上下方向に延びる複数の溝を形成し、燃焼室の壁面に沿って流れる燃料の通過経路が互いに隣り合う溝どうしの間に位置されるものが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。この装置において、噴霧された燃料は壁面に衝突後に溝どうしの間を流れることで、溝の中で流入することなく、滞留することもない。それ故、燃料と空気との混合気の撹拌、混合が促進されることで排気エミッションが向上していた。 In the combustion chamber of an engine, a plurality of grooves extending in the vertical direction are formed on the surface of a protrusion arranged in the center and projecting upward, and the passage paths of fuel flowing along the wall surface of the combustion chamber are adjacent to each other. Those located between the grooves have been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this device, the sprayed fuel flows between the grooves after colliding with the wall surface, so that it does not flow into the grooves and does not stay there. Therefore, the exhaust emission is improved by promoting the agitation and mixing of the air-fuel mixture.

特開平11−013472号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-013472

ところで、多量の燃料を噴霧する運転領域では、燃費の悪化を回避するために負荷に応じた必要な燃料量を一定期間内に噴霧する必要がある。従って、噴孔面積の小さな燃料噴霧装置を用いる場合、高負荷時に必要な燃料量を一定期間内に噴霧することが可能な総噴孔面積を確保する必要があった。それ故、燃料噴霧装置の多噴孔化が必須となっていた。 By the way, in the operating region where a large amount of fuel is sprayed, it is necessary to spray a required amount of fuel according to the load within a certain period in order to avoid deterioration of fuel efficiency. Therefore, when a fuel spraying device having a small injection hole area is used, it is necessary to secure a total injection hole area capable of spraying the required amount of fuel within a certain period when the load is high. Therefore, it has been essential to increase the number of injection holes in the fuel spraying device.

しかしながら、燃料噴霧装置を多噴孔化すると、上記の特許文献1に記載の装置では、隣り合う噴孔どうしの間隔が狭くなる。それ故、溝を設けたとしても、燃料噴霧装置の各噴孔から噴霧された燃料が燃焼室の壁面に衝突した後、スワール流によってスワール流の流方向に流されて隣り合う噴霧どうしが干渉するという問題があった。この噴霧どうしの干渉によって燃焼室内に燃料の過濃領域が形成されることは、スモークの生成量が増大する要因となっている。 However, when the number of injection holes in the fuel spraying device is increased, the distance between adjacent injection holes becomes narrower in the device described in Patent Document 1 described above. Therefore, even if a groove is provided, after the fuel sprayed from each injection hole of the fuel spray device collides with the wall surface of the combustion chamber, the fuel is flowed in the flow direction of the swirl flow by the swirl flow and the adjacent sprays interfere with each other. There was a problem of doing. The formation of a fuel-rich region in the combustion chamber due to the interference between the sprays is a factor in increasing the amount of smoke produced.

本開示の目的は、スモークの生成を抑制する燃焼室を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a combustion chamber that suppresses the formation of smoke.

上記の目的を達成する本発明の一態様の燃焼室は、シリンダの内部を往復するピストンの頂面の中央部が窪んで構成される燃焼室において、スワール流の流方向の反対側の方向に面する壁面が、その流方向に間隔を空けて窪みの底部の外縁の環状部位に複数配置されるとともに、前記壁面を覆う遮熱膜を備えることを特徴とする。 The combustion chamber of one aspect of the present invention that achieves the above object is a combustion chamber formed by recessing the central portion of the top surface of a piston that reciprocates inside the cylinder, in a direction opposite to the flow direction of the swirl flow. A plurality of facing wall surfaces are arranged at an annular portion on the outer edge of the bottom of the recess at intervals in the flow direction, and a heat shield film covering the wall surface is provided.

本発明の一態様によれば、壁面によりスワール流の影響によって噴霧された燃料がスワール流の流方向への流れることを防ぐことで、隣り合う噴霧どうしの干渉を抑制することができる。また、遮熱膜で壁面を覆うことで、壁面を設けたことにより表面積が増加したことを起因とした熱損失の悪化を防ぐことができる。以上の二つの効果により、熱効率の低下を抑制しつつ、スモークの生成を抑制することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to suppress the interference between adjacent sprays by preventing the fuel sprayed by the influence of the swirl flow from flowing in the flow direction of the swirl flow by the wall surface. Further, by covering the wall surface with a heat shield film, it is possible to prevent deterioration of heat loss due to an increase in the surface area due to the provision of the wall surface. Due to the above two effects, it is possible to suppress the generation of smoke while suppressing the decrease in thermal efficiency.

燃焼室の第一実施形態を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates the 1st Embodiment of a combustion chamber. 図1の一部を拡大した平面図である。It is an enlarged plan view of a part of FIG. 図2の矢印IIIで示す断面を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the cross section shown by the arrow III of FIG. 図2の矢印IVで示す断面を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the cross section shown by the arrow IV of FIG. 燃焼室の第二実施形態を例示する平面図である。It is a top view which illustrates the 2nd Embodiment of a combustion chamber. 図5の矢印VIで示す断面を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the cross section shown by the arrow VI of FIG. 燃焼室の第三実施形態を例示する平面図である。It is a top view which illustrates the 3rd Embodiment of a combustion chamber. 図7の矢印VIIIで示す断面を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the cross section shown by the arrow VIII of FIG.

以下に、本開示における燃焼室の実施形態について説明する。なお、本開示でピストン11が往復運動するシリンダ(図示しない)は、図1において中心軸の軸方向が上下方向に向いているものとする。従って、図中では、C方向をシリンダの中心軸まわりの周方向とし、C1方向をC方向のうちのスワール流の流方向(左回りの方向)とし、C2方向をC1方向の反対側の方向(右回りの方向)とし、D方向をシリンダの径方向とする。また、X方向をD方向のうちの一方向とし、Z方向をシリンダの中心軸の軸方向とし、Y方向をX方向及びZ方向のそれぞれに直交する方向とし、Z方向は鉛直方向に限定されないものとする。また、本開示では、「角」は相交わる二平面や二直線が作る形状を示すものとし、場所を示す意味では用いないものとする。また、図中では、「角」がある形状を実線で示し、「角」の無い形状については点線で示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the combustion chamber in the present disclosure will be described. In the present disclosure, it is assumed that the cylinder (not shown) in which the piston 11 reciprocates has its central axis oriented in the vertical direction in FIG. Therefore, in the figure, the C direction is the circumferential direction around the central axis of the cylinder, the C1 direction is the swirl flow direction (counterclockwise direction) of the C direction, and the C2 direction is the direction opposite to the C1 direction. (Rightward direction), and the D direction is the radial direction of the cylinder. Further, the X direction is one of the D directions, the Z direction is the axial direction of the central axis of the cylinder, the Y direction is a direction orthogonal to each of the X direction and the Z direction, and the Z direction is not limited to the vertical direction. Shall be. Further, in the present disclosure, "corner" shall indicate a shape formed by two intersecting planes or two straight lines, and shall not be used in the sense of indicating a place. Further, in the figure, the shape having "corners" is shown by a solid line, and the shape without "corners" is shown by a dotted line.

図1に例示するように、燃焼室10は、図示しないシリンダの内部をZ方向に往復運動するピストン11の頂面12の中央部が下方に向かって凹状に窪んで構成される。燃焼室10は頂面12に形成されたこの窪みと図示しないシリンダの内壁面と燃料噴霧装置13および吸排気弁が設置されたシリンダヘッドとに囲まれた空間のことを示すが、本開示で燃焼室10はこの窪みを示すものとする。 As illustrated in FIG. 1, the combustion chamber 10 is configured such that the central portion of the top surface 12 of the piston 11 that reciprocates in the Z direction inside a cylinder (not shown) is recessed downward. The combustion chamber 10 indicates a space surrounded by this recess formed on the top surface 12, an inner wall surface of a cylinder (not shown), a fuel spray device 13, and a cylinder head in which an intake / exhaust valve is installed. The combustion chamber 10 shall indicate this depression.

燃焼室10は、上方から下方に向かって筒部14とリップ部15と底部16とが順に配置された分配型の燃焼室で構成される。本開示において、分配型の燃焼室とは燃料噴霧装置13から噴霧された燃料がリップ部15に衝突して上下二方向に分配される機能を有するものを示す。燃焼室10は、そのような分配型の燃焼室に限定されずに、燃料噴霧装置13から噴霧された燃料がリップ部15に衝突して少なくとも下方に導かれるものでもよい。燃焼室10としては、リップ部15の上方に筒部14を有さないものも例示される。
燃焼室10の窪みの形状としては椀状、半球形状、多球形状が例示され、その横断面形状(X−Y平面の断面形状)としては円形状や多円形状が例示される。
The combustion chamber 10 is composed of a distribution type combustion chamber in which a tubular portion 14, a lip portion 15, and a bottom portion 16 are arranged in order from above to below. In the present disclosure, the distribution type combustion chamber means a combustion chamber having a function of colliding the fuel sprayed from the fuel spraying device 13 with the lip portion 15 and distributing the fuel in two directions up and down. The combustion chamber 10 is not limited to such a distribution type combustion chamber, and the fuel sprayed from the fuel spraying device 13 may collide with the lip portion 15 and be guided at least downward. As the combustion chamber 10, a combustion chamber 10 having no tubular portion 14 above the lip portion 15 is also exemplified.
Examples of the shape of the depression of the combustion chamber 10 include a bowl shape, a hemispherical shape, and a multispherical shape, and examples thereof include a circular shape and a multicircular shape as the cross-sectional shape (cross-sectional shape of the XY plane).

筒部14は、Z方向の両端が開口した筒の内筒面で構成される。筒部14は内筒面で構成されればよく、その内筒面が上方から下方に向かって拡径してもよく、上方から下方に向かって縮径してもよい。また、筒部14は、その内筒面が上方から下方に向かって段々に変化する段状の筒面でもよい。 The cylinder portion 14 is composed of an inner cylinder surface of a cylinder having both ends open in the Z direction. The cylinder portion 14 may be formed of an inner cylinder surface, and the diameter of the inner cylinder surface may be increased from the upper side to the lower side or may be reduced from the upper side to the lower side. Further, the tubular portion 14 may be a stepped tubular surface whose inner tubular surface gradually changes from the upper side to the lower side.

リップ部15は、筒部14および底部16の間に位置し、Z方向に見て筒部14の内側の面よりも中央側に突出した環状の部位である。リップ部15は、Z方向に見て中央側に突出した角に丸みを付けてもよい。リップ部15は、燃料噴霧装置13から噴霧された燃料が衝突する衝突部位17を有し、衝突部位17に衝突したその燃料のうちの一部の燃料をZ方向上方に、その他の燃料をZ方向下方にそれぞれ分割させるように機能する。なお、一つの燃焼室10に複数のリップ部15が設けられてもよく、複数のリップ部15がZ方向に多段状に設けられてもよい。 The lip portion 15 is an annular portion located between the tubular portion 14 and the bottom portion 16 and projecting toward the center of the inner surface of the tubular portion 14 when viewed in the Z direction. The lip portion 15 may have rounded corners protruding toward the center when viewed in the Z direction. The lip portion 15 has a collision portion 17 in which the fuel sprayed from the fuel spraying device 13 collides, and a part of the fuel colliding with the collision portion 17 is upward in the Z direction, and the other fuel is Z. It functions to divide each downward in the direction. A plurality of lip portions 15 may be provided in one combustion chamber 10, and a plurality of lip portions 15 may be provided in a multi-stage shape in the Z direction.

衝突部位17は、燃料噴霧装置13から噴霧された燃料が衝突する部位であり、リップ部15のC方向に間隔を空けて複数配置される。リップ部15における衝突部位17の配置位置と専有領域とは、燃料噴霧装置13ごとに適宜設定される。衝突部位17は、燃料が衝突する領域であり、図中では点線で囲われた領域とする。 The collision portion 17 is a portion where the fuel sprayed from the fuel spraying device 13 collides, and a plurality of collision portions 17 are arranged at intervals in the C direction of the lip portion 15. The arrangement position and the exclusive area of the collision portion 17 in the lip portion 15 are appropriately set for each fuel spraying device 13. The collision site 17 is a region where the fuel collides, and is a region surrounded by a dotted line in the figure.

底部16は、窪みである燃焼室10の底に位置し、Z方向の上端が開口する一方で下端が閉口した有底筒状を成し、上方から下方に向かって開口径が徐々に狭まる椀状を成す。底部16は、中央部に上方に向かって膨らんで成る膨らみ18と、膨らみ18よりも縁側でZ方向に見て環状を成す環状部位19と、を有する。 The bottom portion 16 is located at the bottom of the combustion chamber 10 which is a depression, and has a bottomed tubular shape in which the upper end in the Z direction opens while the lower end closes, and the opening diameter gradually narrows from the upper side to the lower side. Form a shape. The bottom portion 16 has a bulge 18 that bulges upward toward the center, and an annular portion 19 that forms an annular shape when viewed in the Z direction on the veranda side of the bulge 18.

膨らみ18は、底部16の底から上方に向かって凸の椀状に膨らんで成る。膨らみ18の最高位置は、リップ部15の上端の位置よりも低くすることが望ましい。環状部位19は、底部16の外縁部に位置する部位であり、より具体的に膨らみ18の裾野とリップ部15との間の部位である。環状部位19は、その表面が環状体状に窪んで成る。ここでいう環状体としては、トーラス体(円環体)が例示される。環状部位19は、底部16において外縁部に位置する環状の部位であればよく、その表面が環状体状に窪んだものに限定されない。 The bulge 18 is formed by bulging like a bowl upward from the bottom of the bottom portion 16. It is desirable that the highest position of the bulge 18 is lower than the position of the upper end of the lip portion 15. The annular portion 19 is a portion located at the outer edge portion of the bottom portion 16, and more specifically, a portion between the skirt of the bulge 18 and the lip portion 15. The surface of the annular portion 19 is recessed in an annular shape. As the annular body referred to here, a torus body (annular body) is exemplified. The annular portion 19 may be an annular portion located at the outer edge portion of the bottom portion 16, and the surface thereof is not limited to a concave portion in an annular shape.

燃焼室10の種類としては、燃料噴霧装置13から噴霧された燃料が上下に分配される分配型の燃焼室であればよく、上記の構成に限定されない。例えば、燃焼室10の種類としては、シリンダヘッドの形状に応じてペントルーフ型やウエッジ型が例示される。また、燃焼室10の種類としては、窪みの形状に応じて深皿型(トロイダル型、リエントラント型、バスタブ型)や浅皿型が例示される。 The type of the combustion chamber 10 may be a distribution type combustion chamber in which the fuel sprayed from the fuel spraying device 13 is vertically distributed, and is not limited to the above configuration. For example, as the type of the combustion chamber 10, a pent roof type or a wedge type is exemplified according to the shape of the cylinder head. Further, as the type of the combustion chamber 10, a deep dish type (toroidal type, reentrant type, bathtub type) and a shallow dish type are exemplified according to the shape of the recess.

燃焼室10は、複数の壁面20を備えて構成される。また、燃焼室10は、壁面20のそれぞれがC方向に隣り合う凹み21どうしの間の凸部位で構成される。加えて、燃焼室10は、環状部位19の全域を覆う遮熱膜25を備える。 The combustion chamber 10 includes a plurality of wall surfaces 20. Further, the combustion chamber 10 is composed of convex portions between the recesses 21 having the wall surfaces 20 adjacent to each other in the C direction. In addition, the combustion chamber 10 includes a heat shield film 25 that covers the entire annular portion 19.

図2および図3に例示するように、壁面20はC2方向に面し、C1方向に見て三日月型を成す。本開示で、C2方向に面するとは、C1方向の燃料の流れに対して抵抗となるように面することを意味し、壁面20はC2方向に向かう面であればよい。このような面としては、例えば、C2方向に対して直交するX−Z平面の他に、C2方向に対して交差する斜面も例示される。また、C1方向に見た壁面20の形状は、C1方向の燃料の流れに対して抵抗となれば特に限定されず、例えば、矩形状も例示される。 As illustrated in FIGS. 2 and 3, the wall surface 20 faces the C2 direction and forms a crescent shape when viewed in the C1 direction. In the present disclosure, facing in the C2 direction means facing so as to resist the flow of fuel in the C1 direction, and the wall surface 20 may be a surface facing in the C2 direction. As such a plane, for example, in addition to the XZ plane orthogonal to the C2 direction, a slope intersecting the C2 direction is also exemplified. Further, the shape of the wall surface 20 seen in the C1 direction is not particularly limited as long as it becomes a resistance to the flow of fuel in the C1 direction, and for example, a rectangular shape is also exemplified.

複数の壁面20は、底部16の環状部位19にC1方向に互いに間隔を空けて配置される。複数の壁面20は、リップ部15における衝突部位17の配置数に対応させた数が配置される。複数の壁面20の配置間隔は、リップ部15における衝突部位17の配置間隔に対応させる。例えば、複数の壁面20の配置間隔は、衝突部位17の配置間隔が等間隔の場合にC1方向に等間隔に配置される。また、複数の壁面20の配置間隔は、衝突部位17の配置間隔が所定の位置からC1方向に向かって徐々に広くなる場合に同様にC1方向に向かって徐々に広くなるように配置される。 The plurality of wall surfaces 20 are arranged on the annular portion 19 of the bottom portion 16 at intervals in the C1 direction. The plurality of wall surfaces 20 are arranged in a number corresponding to the number of collision portions 17 arranged in the lip portion 15. The arrangement interval of the plurality of wall surfaces 20 corresponds to the arrangement interval of the collision portion 17 in the lip portion 15. For example, the arrangement intervals of the plurality of wall surfaces 20 are arranged at equal intervals in the C1 direction when the arrangement intervals of the collision portions 17 are equal. Further, the arrangement interval of the plurality of wall surfaces 20 is arranged so that the arrangement interval of the collision portion 17 gradually increases in the C1 direction when the arrangement interval of the collision portion 17 gradually increases in the C1 direction.

壁面20は、衝突部位17におけるC1方向に関して下流側の端部22から底部16の中心部に向かう線分L1に沿って設けられる。ここでいう線分L1としては、底部16の中心から径方向Dに延在する線分のうちの端部22に接する線分が例示される。また、壁面20がその線分L1に沿って設けられるとは、壁面20が線分L1上の底部16、あるいは、線分L1のC1方向の側方にずれた底部16から上方に立設して線分L1に沿ってD方向に延在することを示すものとする。壁面20は、線分L1のC2方向の側方を除き、線分L1上または線分L1のC1方向の側方に立設することで、衝突部位17に衝突して下方に分配された燃料の流れを妨げることを回避するには有利になる。 The wall surface 20 is provided along the line segment L1 from the downstream end 22 toward the center of the bottom 16 in the C1 direction at the collision site 17. As the line segment L1 referred to here, a line segment tangent to the end portion 22 of the line segments extending in the radial direction D from the center of the bottom portion 16 is exemplified. Further, the fact that the wall surface 20 is provided along the line segment L1 means that the wall surface 20 is erected above the bottom portion 16 on the line segment L1 or the bottom portion 16 of the line segment L1 displaced laterally in the C1 direction. It shall be shown that it extends in the D direction along the line segment L1. The wall surface 20 is erected on the line segment L1 or on the side of the line segment L1 in the C1 direction except for the side of the line segment L1 in the C2 direction, so that the fuel collides with the collision portion 17 and is distributed downward. It is advantageous to avoid obstructing the flow of.

壁面20は、底部16を上方に凸ませて形成してもよいが、底部16を下方に凹ませて形成することが望ましく、C方向に隣り合う凹み21どうしの間の凸部位で構成されることがより望ましい。 The wall surface 20 may be formed by projecting the bottom portion 16 upward, but it is desirable that the wall surface 20 is formed by recessing the bottom portion 16 downward, and is composed of convex portions between the recesses 21 adjacent to each other in the C direction. Is more desirable.

凹み21は、底部16の環状部位19のC方向に間隔を空けて配置されて、底部16から下方に凹状に凹んで成る。また、凹み21は、一つの壁面20に対して一つ設けられ、壁面20に対してC2方向に存在する部分である。 The recesses 21 are arranged at intervals in the C direction of the annular portion 19 of the bottom portion 16 and are formed to be recessed downward from the bottom portion 16. Further, one recess 21 is provided for one wall surface 20, and is a portion existing in the C2 direction with respect to the wall surface 20.

凹み21の形状は、壁面20を形成することが可能な形状であれば特に限定されない。この実施形態で、Z方向に見た凹み21の開口形状は矩形状を成す。また、凹み21の深さは、D方向に関して凹み21の中央部から外縁に向かって深さが浅くなるように構成され、C方向に関して一定の深さとなるように構成される。 The shape of the recess 21 is not particularly limited as long as it can form the wall surface 20. In this embodiment, the opening shape of the recess 21 seen in the Z direction is rectangular. Further, the depth of the recess 21 is configured so that the depth becomes shallower from the central portion of the recess 21 toward the outer edge in the D direction, and is configured to be a constant depth in the C direction.

底部16を凹み21により凹ませて壁面20を形成することで、燃焼室10の総容積を凹ませた分だけ増やすことができる。このように、燃焼室10により多くの空間を設けることで、空気との混合を良化するには有利になり、燃焼期間を短縮することができる。 By denting the bottom portion 16 by the dent 21 to form the wall surface 20, the total volume of the combustion chamber 10 can be increased by the dented amount. As described above, providing more space in the combustion chamber 10 is advantageous for improving the mixing with air, and the combustion period can be shortened.

但し、凹み21のZ方向の深さを深くする、あるいは開口面積を広くすると、燃焼室10の総表面積が増えることになり、総表面積の増加による熱損失が増加する。従って、凹み21の深さや開口面積は、凹み21を設けることで増加する熱損失よりも、総容積の増加によって得られる燃焼期間の短縮により低減する熱損失が大きくなるように設定することが好ましい。 However, if the depth of the recess 21 in the Z direction is increased or the opening area is increased, the total surface area of the combustion chamber 10 increases, and the heat loss due to the increase in the total surface area increases. Therefore, it is preferable that the depth and opening area of the recess 21 are set so that the heat loss reduced by shortening the combustion period obtained by increasing the total volume is larger than the heat loss increased by providing the recess 21. ..

凹み21は、C1方向に存在する内面として壁面20を、C2方向に存在する内面として壁面20に対してC方向に対向する対向面23を、それぞれ有する。対向面23の形状は特に限定されず、壁面20に対して面対称となる形状に形成されてもよく、壁面20と異なる形状に形成されてもよい。対向面23を壁面20に対向して設ける場合は、衝突部位17に衝突して分割された燃料の噴霧の進行を妨げないように衝突部位17におけるC2方向に関して下流側の端部(C1方向に関して上流側の端部)24から底部16の中心部に向かう線分L2に沿って設けられることが好ましい。 The recess 21 has a wall surface 20 as an inner surface existing in the C1 direction, and a facing surface 23 facing the wall surface 20 in the C direction as an inner surface existing in the C2 direction. The shape of the facing surface 23 is not particularly limited, and may be formed in a shape symmetrical with respect to the wall surface 20 or may be formed in a shape different from that of the wall surface 20. When the facing surface 23 is provided facing the wall surface 20, the end portion on the downstream side with respect to the C2 direction at the collision portion 17 (with respect to the C1 direction) so as not to interfere with the progress of the spray of the fuel divided by colliding with the collision portion 17. It is preferably provided along the line segment L2 from the upstream end) 24 toward the center of the bottom 16.

遮熱膜25は、ピストン11を構成する部材よりも熱伝導率が低い部材で構成される。遮熱膜25としては、ピストン11を構成する部材の酸化皮膜やセラミックスが例示され、より具体的に、アルマイトやジルコニアなどが例示される。 The heat shield film 25 is composed of a member having a lower thermal conductivity than the member constituting the piston 11. Examples of the heat shield film 25 include oxide films and ceramics of the members constituting the piston 11, and more specifically, alumite, zirconia, and the like.

遮熱膜25は、環状部位19のうちの少なくとも壁面20を覆うように構成される。このように遮熱膜25が壁面20を覆うことで、壁面20を設けることによる燃焼室10の表面積の増加に起因した熱損失の悪化を防ぐには有利になる。 The heat shield film 25 is configured to cover at least the wall surface 20 of the annular portion 19. By covering the wall surface 20 with the heat shield film 25 in this way, it is advantageous to prevent deterioration of heat loss due to an increase in the surface area of the combustion chamber 10 due to the provision of the wall surface 20.

また、遮熱膜25は、環状部位19のうちの少なくとも壁面20と環状部位19の壁面20に対してC2方向に存在する部分である凹み21との両方の表面を覆うように構成される。このように、壁面20に加えて凹み21の表面を覆うことで、壁面20を設けたことにより壁面20に対してC2方向に存在する部分である凹み21に生じる燃料の滞留を起因とした熱損失の悪化を防ぐには有利になる。 Further, the heat shield film 25 is configured to cover at least the surface of the wall surface 20 of the annular portion 19 and the recess 21 which is a portion existing in the C2 direction with respect to the wall surface 20 of the annular portion 19. By covering the surface of the recess 21 in addition to the wall surface 20 in this way, the heat caused by the retention of fuel generated in the recess 21 which is a portion existing in the C2 direction with respect to the wall surface 20 due to the provision of the wall surface 20. It is advantageous to prevent the loss from getting worse.

また、遮熱膜25は、環状部位19の全周に渡って複数の壁面20が配置される場合に、全ての壁面20および凹み21を含む環状部位19の全域の表面を覆うように構成されることが望ましい。このように、遮熱膜25が環状部位19の全域の表面を覆うことで、環状部位19の全域で熱損失の悪化を防ぐには有利になる。 Further, the heat shield film 25 is configured to cover the entire surface of the annular portion 19 including all the wall surfaces 20 and the recess 21 when a plurality of wall surfaces 20 are arranged over the entire circumference of the annular portion 19. Is desirable. In this way, by covering the entire surface of the annular portion 19 with the heat shield film 25, it is advantageous to prevent deterioration of heat loss in the entire annular portion 19.

なお、遮熱膜25は少なくとも壁面20を覆えばよく、燃焼室10の筒部14やリップ部15、および底部16のいずれか、あるいはそれらの全部を覆ってもよい。但し、燃焼室10の全てを遮熱膜25で覆うことで製造コストが高くなるため、遮熱膜25で覆う部位を限定することが望ましい。また、壁面20、凹み21、あるいはそれらを含む環状部位19を覆う遮熱膜25と、それ以外を覆う遮熱膜とを異なる部材で構成してもよい。 The heat shield film 25 may cover at least the wall surface 20, and may cover any or all of the tubular portion 14, the lip portion 15, and the bottom portion 16 of the combustion chamber 10. However, since the manufacturing cost increases by covering the entire combustion chamber 10 with the heat shield film 25, it is desirable to limit the portion covered with the heat shield film 25. Further, the heat shield film 25 that covers the wall surface 20, the recess 21, or the annular portion 19 including them, and the heat shield film that covers the rest may be made of different members.

図4に例示するように、環状部位19のC方向の全周に渡って延在して環状部位19に配置された全ての壁面20と凹み21とを横断する線分で環状部位19を切断した場合の切断面に現れる環状部位19の表面形状は波形状を成すことが好ましい。 As illustrated in FIG. 4, the annular portion 19 is cut by a line segment extending over the entire circumference of the annular portion 19 in the C direction and crossing all the wall surfaces 20 and the recess 21 arranged in the annular portion 19. It is preferable that the surface shape of the annular portion 19 appearing on the cut surface is wavy.

本開示で、波形状としては、矩形波、正弦波、三角波、および、のこぎり波が例示される。この実施形態における切断面に現れる環状部位19の表面形状は矩形波を成す。その矩形波の周期はリップ部15における衝突部位17の配置間隔に基づき、その振幅は凹み21のY方向の深さに基づく。 In the present disclosure, examples of the wave shape include a square wave, a sine wave, a triangular wave, and a sawtooth wave. The surface shape of the annular portion 19 appearing on the cut surface in this embodiment forms a square wave. The period of the square wave is based on the arrangement interval of the collision sites 17 in the lip portion 15, and the amplitude is based on the depth of the recess 21 in the Y direction.

燃料噴霧装置13から燃料が噴霧されると、噴霧された燃料はリップ部15の衝突部位17に衝突して上下方向に分割される。下方に分割された燃料はスワール流の影響によりC1方向へ流れようとするが、壁面20がその流れに対する抵抗となる。この結果、下方に分割された燃料のスワール流の流速が低減し、その流れが抑制される。 When the fuel is sprayed from the fuel spraying device 13, the sprayed fuel collides with the collision portion 17 of the lip portion 15 and is divided in the vertical direction. The fuel divided downward tries to flow in the C1 direction due to the influence of the swirl flow, but the wall surface 20 becomes a resistance to the flow. As a result, the flow velocity of the swirl flow of the fuel divided downward is reduced, and the flow is suppressed.

このように、本開示の燃焼室10によれば、燃焼室10の底部16に壁面20を設けることで、壁面20が抵抗となり下方に進行する燃料のC1方向への流れを抑制することができる。これにより、C方向に隣り合う燃料どうしの干渉を抑制するには有利になり、燃料の過濃領域により生じるスモークの生成量を抑制することができる。 As described above, according to the combustion chamber 10 of the present disclosure, by providing the wall surface 20 on the bottom 16 of the combustion chamber 10, the wall surface 20 acts as a resistance and the downward flow of fuel in the C1 direction can be suppressed. .. This is advantageous for suppressing interference between fuels adjacent to each other in the C direction, and it is possible to suppress the amount of smoke generated due to the fuel enrichment region.

また、本開示の燃焼室10によれば、下方に分割された燃料は凹み21により広がった空間により、凹み21を設けないものに比して空気との混合を良化(促進)させることができる。これにより、燃焼状態を良化して燃焼期間を短縮するには有利になり、燃焼期間が短縮することで熱損失を低下してスモークの生成量を抑制することができる。 Further, according to the combustion chamber 10 of the present disclosure, the fuel divided downward can improve (promote) mixing with air due to the space expanded by the recess 21 as compared with the fuel without the recess 21. it can. This is advantageous for improving the combustion state and shortening the combustion period, and by shortening the combustion period, heat loss can be reduced and the amount of smoke produced can be suppressed.

加えて、本開示の燃焼室10によれば、遮熱膜25が環状部位19の全域を覆うことで、壁面20を設けたことにより表面積が増加したことを起因とした熱損失の悪化を防ぐとともに、燃料が壁面20により凹み21に滞留することを起因とした熱損失の悪化も防ぐことができる。 In addition, according to the combustion chamber 10 of the present disclosure, the heat shield film 25 covers the entire area of the annular portion 19 to prevent deterioration of heat loss due to an increase in the surface area due to the provision of the wall surface 20. At the same time, it is possible to prevent deterioration of heat loss due to the fuel staying in the recess 21 due to the wall surface 20.

以上のように、壁面20を設けることによる効果と、遮熱膜25を設けることによる効果とが合わさることにより、熱効率の低下を抑制しつつ、スモークの生成を抑制することができる。 As described above, by combining the effect of providing the wall surface 20 and the effect of providing the heat shield film 25, it is possible to suppress the generation of smoke while suppressing the decrease in thermal efficiency.

図5および図6に例示するように、第二実施形態の燃焼室10は、第一実施形態に対して、凹み21が角の無い形状を成す点が異なる。本開示で、角の無い形状とは、凹み21を構成する要素の全てに角が存在しない形状である。具体的に、Z方向に見た凹み21の開口形状を含む凹み21の横断面形状としては、円形状や楕円形状、オーバル形状が例示される。 As illustrated in FIGS. 5 and 6, the combustion chamber 10 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the recess 21 has a shape without corners. In the present disclosure, the shape without corners is a shape in which all the elements constituting the recess 21 do not have corners. Specifically, as the cross-sectional shape of the dent 21 including the opening shape of the dent 21 seen in the Z direction, a circular shape, an elliptical shape, and an oval shape are exemplified.

凹み21の深さは凹み21の中心部から外縁に向かって徐々に浅くなるように構成される。具体的に、凹み21の任意の縦断面形状としては、一つのスプライン曲線あるいは一つのベジエ曲線で描かれる形状が例示される。 The depth of the recess 21 is configured to gradually become shallower from the central portion of the recess 21 toward the outer edge. Specifically, as an arbitrary vertical cross-sectional shape of the recess 21, a shape drawn by one spline curve or one Bezier curve is exemplified.

凹み21は、Z方向に見て、長手方向がC方向に向いた楕円形状あるいはオーバル形状の外縁がC方向に沿って婉曲した形状を成す。切断線で切断した場合の切断面に現れる環状部位19の表面形状はシヌソイドを成すことが好ましい。この実施形態のシヌソイドの周期はリップ部15における衝突部位17の配置間隔に基づき、その振幅は凹み21のY方向の深さに基づく。なお、切断する位置をX方向で変化させた場合のシヌソイドの振幅の変化は、凹み21のX方向の深さに基づく。 When viewed in the Z direction, the recess 21 has an elliptical shape or an oval-shaped outer edge whose longitudinal direction faces the C direction and has a curved shape along the C direction. The surface shape of the annular portion 19 that appears on the cut surface when cut along the cutting line preferably forms a sine soid. The period of the sine soid of this embodiment is based on the placement interval of the collision sites 17 on the lip portion 15, and its amplitude is based on the depth of the recess 21 in the Y direction. The change in the amplitude of the sine wave when the cutting position is changed in the X direction is based on the depth of the recess 21 in the X direction.

このように、シヌソイドを用いて波形の周期および振幅を変化させることで、凹み21の形状を調節することが可能となる。これにより、複数の凹み21がある複雑な形状であっても容易に製造することができる。 In this way, the shape of the recess 21 can be adjusted by changing the period and amplitude of the waveform using the sine wave. As a result, even a complicated shape having a plurality of recesses 21 can be easily manufactured.

以上のように、凹み21が角の無い形状を成すことで、角のある形状に比して凹み21の表面積を減少することができる。これにより、凹み21を設けることで増加する表面積の増加による熱損失の増加を抑制するには有利になる。 As described above, since the recess 21 has a shape without corners, the surface area of the recess 21 can be reduced as compared with the shape with corners. This is advantageous in suppressing an increase in heat loss due to an increase in the surface area that is increased by providing the recess 21.

また、凹み21が角のある形状では燃焼時に角に熱応力が集中するおそれがあるが、凹み21が角の無い形状では燃焼時に特定の部位に熱応力が集中することを回避できる。これにより、角のある形状に比して、熱応力の集中による損壊を回避して、耐久性を向上するには有利になる。 Further, if the recess 21 has a corner shape, the thermal stress may be concentrated on the corner during combustion, but if the recess 21 has no corner shape, the thermal stress can be prevented from being concentrated on a specific portion during combustion. This is advantageous for improving durability by avoiding damage due to concentration of thermal stress as compared with the angular shape.

図7および図8に例示するように、第三実施形態の燃焼室10は、第一実施形態に対して、遮熱膜25の表面が、それ以外の部位(例えば、筒部14、リップ部15)の表面よりも粗い点が異なる。 As illustrated in FIGS. 7 and 8, in the combustion chamber 10 of the third embodiment, the surface of the heat shield film 25 is a portion other than that of the first embodiment (for example, the tubular portion 14 and the lip portion). The point that is rougher than the surface of 15) is different.

本開示で、表面の粗さは、単位面積あたりの表面積を比較して表面積が広くなるものが粗く、小さくなるものが滑らかとなる。また、表面の粗さは、日本産業規格JIS B 0601で規定される線粗さのパラメータにより求められる表面粗さや表面うねりも例示される。 In the present disclosure, the surface roughness is coarser when the surface area is larger and smoother when the surface area is smaller than the surface area per unit area. Further, as the surface roughness, the surface roughness and the surface waviness obtained by the line roughness parameter defined by the Japanese Industrial Standards JIS B 0601 are also exemplified.

燃焼室10は、遮熱膜25の表面が底部16以外の部位の表面よりも粗ければよい。燃焼室10は、遮熱膜25が環状部位19の全周の表面を覆う場合に、その遮熱膜25の全域の表面が床部16以外の部位の表面よりも粗いことがより望ましい。 In the combustion chamber 10, the surface of the heat shield film 25 may be rougher than the surface of a portion other than the bottom 16. In the combustion chamber 10, when the heat shield film 25 covers the entire peripheral surface of the annular portion 19, it is more desirable that the entire surface of the heat shield film 25 is rougher than the surface of the portion other than the floor portion 16.

燃焼室10において、遮熱膜25の表面の粗さを異ならせる方法としては、遮熱膜25を所定の位置に形成した後に、ブラストなどの表面仕上げ加工によりその表面仕上げを粗くする一方で、筒部14やリップ部15の表面仕上げを滑らかにする方法が例示される。また、ブラストを応用し、ブラストにより遮熱膜25の表面を粗くする方法も例示される。また、ショットピーニングにより遮熱膜25に微細なディンプルを形成する方法も例示される。また、形成された遮熱膜25の表面がブラストやショットピーニングを用いなくとも粗い場合は、それらの方法を用いなくてもよい。 In the combustion chamber 10, as a method of making the surface roughness of the heat shield film 25 different, after forming the heat shield film 25 at a predetermined position, the surface finish is roughened by surface finishing such as blasting, while the surface finish is roughened. An example is a method of smoothing the surface finish of the tubular portion 14 and the lip portion 15. Further, a method of applying blasting to roughen the surface of the heat shield film 25 by blasting is also exemplified. Further, a method of forming fine dimples on the heat shield film 25 by shot peening is also exemplified. Further, if the surface of the formed heat shield film 25 is rough without using blasting or shot peening, those methods may not be used.

以上のように、遮熱膜25の表面を底部16以外の部位の表面よりも粗くすることで、燃料のスワール流の流速を低減するには有利になり、C方向に隣り合う燃料どうしの干渉を抑制する効果が増す。 As described above, by making the surface of the heat shield film 25 rougher than the surface of the portion other than the bottom 16, it is advantageous to reduce the flow velocity of the swirl flow of the fuel, and interference between the fuels adjacent to each other in the C direction. The effect of suppressing is increased.

10 燃焼室
11 ピストン
12 頂面
16 底部
19 環状部位
20 壁面
25 遮熱膜
C1 スワール流の流方向
C2 スワール流の流方向の反対側の方向
10 Combustion chamber 11 Piston 12 Top surface 16 Bottom surface 19 Circular part 20 Wall surface 25 Heat shield film C1 Swirl flow direction C2 Swirl flow direction opposite to the flow direction

Claims (4)

シリンダの内部を往復するピストンの頂面の中央部が窪んで構成される燃焼室において、スワール流の流方向の反対側の方向に面する壁面が、その流方向に間隔を空けて窪みの底部の外縁の環状部位に複数配置されるとともに、前記壁面を覆う遮熱膜を備えることを特徴とする燃焼室。 In a combustion chamber formed by a depression in the center of the top surface of a piston that reciprocates inside the cylinder, the wall surface facing in the direction opposite to the flow direction of the swirl flow is the bottom of the depression at intervals in the flow direction. A combustion chamber characterized by being arranged in a plurality of annular portions on the outer edge of the combustion chamber and provided with a heat shield film covering the wall surface. 前記遮熱膜が、前記壁面と前記環状部位の前記壁面に対して前記反対側の方向に存在する部分との両方の表面を覆う請求項1に記載の燃焼室。 The combustion chamber according to claim 1, wherein the heat-shielding film covers the surfaces of both the wall surface and the portion of the annular portion that exists in the direction opposite to the wall surface. 前記遮熱膜が前記環状部位の全域の表面を覆う請求項1に記載の燃焼室。 The combustion chamber according to claim 1, wherein the heat shield film covers the entire surface of the annular portion. 前記遮熱膜の表面は、前記遮熱膜に覆われていない部位の表面よりも粗い請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃焼室。 The combustion chamber according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface of the heat shield film is coarser than the surface of the portion not covered by the heat shield film.
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