JP2022149420A - Combustion chamber structure and engine including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダと、頂面にキャビティが凹設されたピストンと、シリンダヘッドとで囲まれた空間として構成される燃焼室構造及びそれを備えるエンジンに関する。 The present invention relates to a combustion chamber structure configured as a space surrounded by a cylinder, a piston having a cavity recessed in the top surface thereof, and a cylinder head, and an engine having the same.
ディーゼルエンジンの燃焼室構造として、特許文献1には、大気中への煤の排出を抑制可能な構造を提供する技術が開示されている。この従来の燃焼室構造においては、ピストンの頂面に、ピストンの上方に配置された燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突するキャビティが凹設されている。そして、キャビティのシリンダ中心軸を含む断面上における内面形状が、ピストン頂面のキャビティ開口部の周囲の絞縮部と、燃料噴射弁に近付く方向に凸となるキャビティ底部の中央部と、絞縮部と中央部との間をキャビティ中心側に中心を有する円弧を用いて結ぶ周辺部とで構成されている。このような構成において、燃料噴射弁は、その燃料の噴射方向が、絞縮部と周辺部との境界部近傍を指向するように設定されている。
As a combustion chamber structure of a diesel engine,
従来技術の効果として、燃焼の開始により発生した一部の燃焼ガスは、ピストンの下死点方向への移動により生じる逆スキッシュ流に乗り、容積が拡大しつつある燃焼室に円滑に拡散され、燃焼室全体の空気と混じり合って効率良く動力を発生する。しかし一方で、強い逆スキッシュ流により、燃料及び燃焼ガスは、ピストンとシリンダヘッドとシリンダライナ壁面に囲まれた空間へと流入するため、燃料や燃焼ガスが燃焼室のより多くの領域と接触する分、熱損失の悪化を招く弊害がある。 As an effect of the conventional technology, part of the combustion gas generated at the start of combustion rides on the reverse squish flow generated by the movement of the piston toward the bottom dead center, smoothly diffusing into the combustion chamber whose volume is expanding, It mixes with the air in the entire combustion chamber and efficiently generates power. On the other hand, however, the strong reverse squish flow causes the fuel and combustion gases to flow into the space surrounded by the piston, cylinder head, and cylinder liner wall surface, so that the fuel and combustion gases contact more areas of the combustion chamber. However, there is a detrimental effect of worsening the heat loss.
そこで本発明は、かかる事情を考慮してなされたものであり、その目的は、燃料噴射によって発生するエントレイン流れを活用して逆スキッシュ流の影響を弱めることにより、燃料を燃焼室全体へ拡散させつつ熱損失を低減させることが可能な燃焼室構造及びそれを備えるエンジンを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in consideration of such circumstances, and its object is to reduce the influence of the reverse squish flow by utilizing the entrain flow generated by fuel injection, thereby diffusing the fuel throughout the combustion chamber. To provide a combustion chamber structure capable of reducing heat loss while reducing heat loss, and an engine equipped with the same.
本発明の一の態様に係る燃焼室構造は、燃料噴射弁が配置されたシリンダヘッドと、シリンダと、該シリンダの内部を往復動するピストンとを備え、前記ピストンにおける前記シリンダヘッドの側の頂面に、円形のキャビティが形成され、前記燃料噴射弁は前記シリンダヘッドに取り付けられ、前記キャビティの中心を通るシリンダ中心軸付近から燃料を噴射し、前記キャビティを含む前記ピストンの頂面と、前記シリンダと、前記シリンダヘッドで囲まれた空間で燃焼室が構成された燃焼室構造であって、前記キャビティのシリンダ中心軸を含む断面上における内面形状が、前記燃料噴射弁に近付く方向に凸となるキャビティ底部の底面中央凸部と、該底面中央凸部からキャビティ外径方向に向かってピストン頂部と反対側に傾斜する第1底面傾斜部と、を有し、前記ピストンが上死点にある時、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の噴射方向を表す噴射軸が前記第1底面傾斜部と交差する、ことを特徴とする。 A combustion chamber structure according to one aspect of the present invention includes a cylinder head in which a fuel injection valve is arranged, a cylinder, and a piston that reciprocates inside the cylinder. A circular cavity is formed in the surface, the fuel injection valve is attached to the cylinder head, and injects fuel from the vicinity of the cylinder center axis passing through the center of the cavity, the top surface of the piston including the cavity, and the A combustion chamber structure in which a combustion chamber is formed by a space surrounded by a cylinder and the cylinder head, wherein an inner surface shape of the cavity on a cross section including the central axis of the cylinder is convex in a direction approaching the fuel injection valve. and a first bottom inclined portion inclined from the bottom central convex portion toward the outer diameter direction of the cavity to the side opposite to the piston top, and the piston is at the top dead center At the time, an injection axis representing an injection direction of the fuel injected from the fuel injection valve intersects the first bottom inclined portion.
なお、本発明の一の態様に係る燃焼室構造においては、前記キャビティのシリンダ中心軸を含む断面上における内面形状が、ピストン頂部のキャビティ開口部からキャビティ中心部に向かってピストン頂部と反対側に傾斜する第2底面傾斜部と、前記第1底面傾斜部と前記第2底面傾斜部とを円弧を用いて結ぶ底面円弧部と、を有してもよい。 In the combustion chamber structure according to one aspect of the present invention, the shape of the inner surface of the cavity on a cross section including the cylinder central axis is from the cavity opening at the top of the piston toward the center of the cavity on the side opposite to the top of the piston. It may have a second bottom slope portion that slopes, and a bottom arc portion that connects the first bottom slope portion and the second bottom slope portion using an arc.
また、本発明の一の態様に係る燃焼室構造においては、前記第1底面傾斜部と前記シリンダ中心軸とがなす角度が、前記第2底面傾斜部と前記シリンダ中心軸とがなす角度よりも大きくてもよい。 Further, in the combustion chamber structure according to one aspect of the present invention, the angle formed by the first inclined bottom surface portion and the cylinder central axis is larger than the angle formed by the second inclined bottom surface portion and the cylinder central axis. It can be big.
また、本発明の一の態様及び他の態様に係る燃焼室構造においては、前記燃料噴射弁は、噴孔角度が125°以上135°以下で、周方向に間隔を開けて複数の噴孔を有してもよい。 Further, in the combustion chamber structure according to one aspect and another aspect of the present invention, the fuel injection valve has a plurality of injection holes with an injection hole angle of 125° or more and 135° or less and spaced apart in the circumferential direction. may have.
また、本発明の一の態様に係る燃焼室構造においては、前記キャビティの開口部の径が、前記シリンダの径の90%以上であってもよい。 Further, in the combustion chamber structure according to one aspect of the present invention, the diameter of the opening of the cavity may be 90% or more of the diameter of the cylinder.
また、本発明の一の態様に係る燃焼室構造においては、前記燃料噴射弁において、前記噴孔の数が4又は8であってもよい。 Moreover, in the combustion chamber structure according to one aspect of the present invention, the fuel injection valve may have four or eight nozzle holes.
また、本発明の一の態様に係る燃焼室構造においては、1個の前記シリンダヘッドに合計4個の吸排気弁が配置され、前記吸排気弁との接触を避けるためのバルブリセスが前記ピストンの頂部に4箇所設けられており、シリンダ中心軸方向視において、前記噴射軸は全て、前記バルブリセスの中心付近を避けるように指向してもよい。 Further, in the combustion chamber structure according to one aspect of the present invention, a total of four intake/exhaust valves are arranged in one cylinder head, and valve recesses for avoiding contact with the intake/exhaust valves are formed in the piston. Four injection axes are provided on the top, and all the injection axes may be oriented so as to avoid the vicinity of the center of the valve recess when viewed in the direction of the cylinder center axis.
また、本発明の一の態様に係る燃焼室構造においては、前記噴射軸の内4本は前記バルブリセスの存在しない方向を指向してもよい。 Further, in the combustion chamber structure according to one aspect of the present invention, four of the injection shafts may be oriented in a direction in which the valve recess does not exist.
また、本発明の一の態様に係るエンジンは、本発明の一の態様に係る燃焼室構造を備え、瞬間最高回転数を除く最大出力時のエンジン回転数が2500回転/分以下である、ことを特徴とする。 Further, an engine according to one aspect of the present invention comprises the combustion chamber structure according to one aspect of the present invention, and the engine speed at maximum output excluding the instantaneous maximum speed is 2500 rpm or less. characterized by
本発明の一の態様に係る燃焼室構造によれば、燃料噴射によって発生するエントレイン流れを活用して逆スキッシュ流の影響を弱めることにより、燃料を燃焼室全体へ拡散させつつ熱損失を低減させることが可能な燃焼室構造及びそれを備えるエンジンを提供することができる。 According to the combustion chamber structure according to one aspect of the present invention, the entrain flow generated by fuel injection is utilized to weaken the effect of the reverse squish flow, thereby diffusing the fuel throughout the combustion chamber and reducing heat loss. It is possible to provide a combustion chamber structure and an engine including the same.
以下、本発明の実施の形態に係る燃焼室構造及びそれを備えたエンジンについて、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態に係るエンジンは、筒内直接噴射式のディーゼルエンジンである。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A combustion chamber structure and an engine having the same according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The engine according to the present embodiment is a cylinder direct injection diesel engine.
(エンジンの構成)
まず、本発明の実施形態に係る燃焼室構造を備えたエンジンの構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るエンジンEの概略構成を示す模式図である。エンジンEは、燃焼室1と、給気管2と、吸気バルブ3と、排気管4と、排気バルブ5と、燃料噴射弁6と、クランク軸7と、回転数センサ8と、制御部9と、を備えている。
(Engine configuration)
First, the configuration of an engine having a combustion chamber structure according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an engine E according to an embodiment of the invention. The engine E includes a
給気管2は、燃焼室1に対して空気を供給する。吸気バルブ3は、燃焼室1へ供給する空気量を調節する。排気管4は、燃焼室1から排気を排出する。排気バルブ5は、燃焼室1から排出する排気量を調節する。燃料噴射弁6は、燃焼室1の内部に液体燃料(以下、「燃料」と略す)を噴射する。クランク軸7は、エンジンEの出力軸であって、不図示の発電機等に接続される。回転数センサ8は、クランク軸7の近傍に設けられ、エンジン回転数を検出する。制御部9は、回転数センサ8から取得したエンジン回転数等に基づいて、エンジンEの各部の動作を制御する。
An air supply pipe 2 supplies air to the
(燃焼室構造の構成)
図2は、燃焼室1や燃料噴射弁6を含んだ燃焼室構造10を示す概略断面図である。また図3は、図2におけるA-A線断面を示す概略断面図である。燃焼室構造10は、円筒形状のシリンダ11と、シリンダ11の開口を塞ぐように設けられたシリンダヘッド12と、シリンダ11の内部に設けられた断面円形のピストン13と、シリンダ11とシリンダヘッド12とピストン13とに囲まれた空間として構成された燃焼室1と、シリンダヘッド12に取り付けられた燃料噴射弁6と、を有している。
(Construction of Combustion Chamber Structure)
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a
ピストン13は、図2のシリンダ中心軸Cを含む断面に示すように、底面中央凸部14と、第1底面傾斜部15と、周縁部16と、第2底面傾斜部17と、底面円弧部18と、を有している。そして、第2底面傾斜部17と底面円弧部18と第1底面傾斜部15と底面中央凸部14により、ピストン13の頂面には溝状のキャビティ19が形成されている。このキャビティ19は、図3に示すように軸方向視で円形の開口部を有し、図2に示すように開口部の直径D1はシリンダ11の内径D2の90%以上の大きさに設定されている。
As shown in the cross section including the cylinder center axis C in FIG. 18 and . A groove-
底面中央凸部14は、図2に示すように、ピストン13の頂面における径方向中央部が燃料噴射弁6の側へ凸となるように形成された突起である。
As shown in FIG. 2 , the bottom
第1底面傾斜部15は、図2に示すように、シリンダ中心軸Cに対して角度θ1をなす傾斜面である。この第1底面傾斜部15は、底面中央凸部14の基端部から径方向外側へ向かって延び、径方向外側へ向かうに従ってシリンダヘッド12から離間するように傾斜している。なお、本発明において「角度をなす」とは、交差角のうち小さい方の角度を意味している。
The first bottom
周縁部16は、図2に示すように、ピストン13の頂面における径方向外側部に形成されてシリンダ中心軸Cに直交して延びる端面である。この周縁部16の径方向内側部には、周囲より一段低くなるように凹ませてバルブリセス20が形成されている。このバルブリセス20は、図3に示すように、シリンダ中心軸方向視(以下、「軸方向視」と略す)で円弧形状の外形を有し、周方向に90°の間隔で合計4個が設けられている。なお、これらバルブリセス20は、図1に示す吸気バルブ3や排気バルブ5(図に詳細は示さないが、合計4個がシリンダヘッド12に配置されている)がピストン13に干渉するのを防止する役割を果たしている。
As shown in FIG. 2, the
第2底面傾斜部17は、図2に示すように、シリンダ中心軸Cに対して角度θ2をなす傾斜面である。この第2底面傾斜部17は、周縁部16の内縁部から径方向内側へ向かって延び、径方向内側へ向かうに従ってシリンダヘッド12から離間するように傾斜している。なお、角度θ2は、角度θ1以下の大きさに設定されている。換言すれば、角度θ1は、角度θ2より大きく設定されている。また、第2底面傾斜部17と第1底面傾斜部15とのなす角度θ3、すなわち180°から角度θ1と角度θ2の合計値を引いた値は、50°以上に設定されている。
The second bottom inclined
底面円弧部18は、図2に示すように、燃料噴射弁6と逆側へ凸となるように形成されて円弧状に湾曲する曲面である。この底面円弧部18は、その一端部が第1底面傾斜部15の下端部に接続されると共に、その他端部が第2底面傾斜部17の下端部に接続されている。これにより、第1底面傾斜部15と第2底面傾斜部17とが、底面円弧部18によって互いに結ばれている。
As shown in FIG. 2 , the
このように構成されるピストン13が、シリンダ11の内部に収容されて、図2に実線で示すいわゆる上死点P1と、同図に二点鎖線で示すいわゆる下死点P2との間を往復動可能となっている。
The
燃料噴射弁6は、図2に示すように、噴孔角度θ4で燃料Fを噴射可能な噴孔21を、周方向に間隔を開けて複数有している。ここで、本発明における「噴孔角度θ4」とは、「傘角度」とも呼ばれ、シリンダ中心軸Cを含む断面において、燃料Fの噴射方向を表す噴射軸22とシリンダ中心軸Cとがなす角度を2倍にした角度を意味している。本実施形態では、この噴孔角度θ4が、125°以上135°以下に設定されている。また、図3に二点鎖線で示すように、本実施形態の燃料噴射弁6には、周方向に45°間隔で合計8個の噴孔21が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
このように構成される燃料噴射弁6が、シリンダヘッド12におけるシリンダ中心軸C付近の位置に取り付けられている。これにより、図2に示すように、シリンダ中心軸Cを含む断面においては、各噴孔21の噴射軸22が、上死点P1に位置する時のピストン13の第1底面傾斜部15と交差するように指向している。また、図3に示すように、軸方向視においては、8個の噴孔21の噴射軸22の全てが、バルブリセス20の中心23を避けるように指向している。より詳細には、8本の噴射軸22のうち4本は、軸方向視でバルブリセス20の存在しない方向、すなわち隣接するバルブリセス20の間の領域を指向している。また、残りの4本の噴射軸22は、軸方向視でバルブリセス20の存在する方向であって中心23以外の領域を指向している。
The
(燃焼室構造の作用効果)
次に、本実施形態に係る燃焼室構造10の作用効果について説明する。図4及び図5は、噴射された燃料Fの流れを時系列で示す説明図である。上述の燃焼室構造10において、図4(a)に示すように、ピストン13が上死点P1に位置する時、燃料噴射弁6から燃料Fが噴射される。この時、噴射された燃料Fの噴射軸22は、上述のようにピストン13の第1底面傾斜部15と交差するように指向している。従って、噴射された燃料Fは、第1底面傾斜部15の所定箇所に衝突し、第1底面傾斜部15に沿って下方へ流れる。
(Action and effect of combustion chamber structure)
Next, the effects of the
その後、図4(b)に示すように、燃料Fは底面円弧部18に沿って円弧を描くように流れることにより、その流れ方向が上向きに変化する。更に、燃料Fは、底面円弧部18から第2底面傾斜部17に沿って上方へ流れることにより、キャビティ19の径方向外縁部に到達する。
Thereafter, as shown in FIG. 4(b), the fuel F flows in an arc along the
ところで、燃料噴射弁6から噴射された燃料Fは、周囲のガスを自身に取り込むように発達することにより、自身の噴射軸22に略直交するようなガスの流れ、すなわちエントレイン流を周囲に生じさせることが知られている。特に、本実施形態のように複数の噴孔21を有する燃料噴射弁6では、隣接する噴孔21から噴射された燃料F同士が互いに干渉することにより、噴射された燃料Fは噴射方向の前方側からガスを取り込もうとするため、図5(a)に示すように、燃料Fの噴射方向とは逆向きのエントレイン流24が発生する。
By the way, the fuel F injected from the
従って、キャビティ19の径方向外縁部に到達した燃料Fは、このエントレイン流24に引き寄せられることにより、図5(a)に示すように、その流れ方向が燃焼室1の径方向中央部へ向かうように変化する。これにより、空気が豊富に存在する燃焼室1の径方向中央部において、燃料Fと空気の混合が促進され、空気利用率が向上するため、エンジンEの燃費を低減させることができる。
Therefore, the fuel F that has reached the radially outer edge of the
更に本実施形態では、図2に示すように、第2底面傾斜部17がシリンダ中心軸Cに対してなす角度θ2が、第1底面傾斜部15がシリンダ中心軸Cに対してなす角度θ1以下の大きさに設定されている。すなわち、第2底面傾斜部17の方が、第1底面傾斜部15より急勾配で傾斜するように形成されている。従って、急勾配の第2底面傾斜部17に沿って流れた燃料Fは、キャビティ19の径方向外縁部で渦流を形成しやすい、すなわちシリンダヘッド12に衝突してその流れ方向が燃焼室1の径方向中央部へ変えられやすくなっている。このような渦流形成効果により、キャビティ19の径方向外縁部に到達した燃料Fは、その流れが燃焼室1の径方向中央部へ一層向かいやすいため、エンジンEの燃費を一層低減させることができる。なお、このような渦流形成効果は、第2底面傾斜部17と第1底面傾斜部15とのなす角度を50°以上とした場合に顕著になることが、数値シミュレーションにより確認された。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the angle θ2 formed by the second bottom surface inclined
その後、ピストン13が、上死点P1から下死点P2へ向けて移動を開始する。そうすると、図5(b)に示すように、燃焼室1の内部に逆スキッシュ流25が発生する。より詳細には、燃焼室1の径方向外縁部には、ピストン13の周縁部16とシリンダ11の壁面とシリンダヘッド12の底面とにより形成され、スキッシュ26と呼ばれる空間が形成される。そして、ピストン13の下降に伴って燃焼室1の容積が増大すると、キャビティ19の内部からスキッシュ26へ向かうガスの流れ、すなわち逆スキッシュ流25が発生する。そして、この逆スキッシュ流25の影響を受けて燃料Fがスキッシュ26に流入して燃焼すると、発生した燃焼ガスがシリンダ11と接触することにより、熱損失が増加する恐れがある。
After that, the
しかし、本発明では燃料Fの噴射軸22がピストン13の第1底面傾斜部15と交差するように指向しており、それと逆向きのエントレイン流24が燃焼室1の内部に発生する。そして、このエントレイン流24が、燃料Fに対する逆スキッシュ流25の影響力を弱めることにより、燃料Fのスキッシュ26への流入が抑制される。その結果、燃料Fが燃焼室1の全体へ拡散されて燃焼し、燃焼ガスとシリンダ11との接触が低減されるので、熱損失を低減させることが可能となる。なお、このようにエントレイン流24が逆スキッシュ流25の影響力を弱める効果は、燃料噴射弁6の噴孔角度θ4を125°以上135°以下とした場合に、先述の渦流形成効果を得られやすくなるため、顕著になる。
However, in the present invention, the
更に本実施形態では、キャビティ19の開口部の直径D1が比較的広く設定されている。これは、逆スキッシュ流25の流速は、キャビティ19の開口部の直径D1の大きさに反比例するからである。本実施形態のように、キャビティ19の開口部の直径D1を比較的広く設定し、逆スキッシュ流25の流速を低下させれば、燃料Fに対する逆スキッシュ流25の影響力を弱めることができるので、燃料Fのスキッシュ26への流入が一層抑制される。これにより、熱損失を一層低減させることが可能となる。なお、キャビティ19の開口部の直径D1をシリンダ11の内径D2の90%以上の大きさとすることで逆スキッシュ流を大きく弱められるため、より顕著な熱損失の低減効果を得ることができる。
Furthermore, in this embodiment, the diameter D1 of the opening of the
また、キャビティ19の開口部の直径D1が比較的広く設定される場合、燃焼室1の容積を一定量に保持するためにキャビティ19の軸方向への深さが浅く設定されることになり、それに伴い、燃料噴射弁6の噴孔角度θ4が比較的狭く設定されることになる。そうすると、燃料噴射弁6から噴射された燃料Fが早期に第1底面傾斜部15に衝突し、燃料Fへの空気の導入量が制限されるため、初期燃焼が緩慢化される。これにより、燃焼温度の上昇が抑制されるので、窒素酸化物(NOx)の排出量を低減させることも可能となる。
Further, when the diameter D1 of the opening of the
更に本実施形態では、燃料噴射弁6の8個の噴孔21の全ての噴射軸22が、軸方向視においてバルブリセス20の中心23を避けるように指向している。これは、バルブリセス20に燃料Fが噴射された場合、シリンダ11に燃料Fが到達、および、滞留しやすくなり燃焼室1の内部に存在する空気との混合が不足するため、局所的に輝炎や不完全燃焼が生じ、排気の悪化につながるからである。従って、バルブリセス20の中心23を避けるように全ての噴射軸22を指向させることにより、噴射された燃料Fがバルブリセス20から悪影響を受けにくくすることができる。更に本実施形態では、8本の噴射軸22のうち4本は、軸方向視でバルブリセス20の存在しない方向を指向している。従って、これら4方向へ噴射された燃料Fについて、バルブリセス20から悪影響を一層受けにくくすることができる。
Furthermore, in this embodiment, all the injection axes 22 of the eight
更に本実施形態では、最大出力時のエンジン回転数を比較的低く設定している。これは、エンジン回転数が速くなると、図に詳細は示さないが、燃焼室1の内部で生じるスワール流(吸気時に生じる旋回流)やスキッシュ流(ピストン13の上昇時に生じるスキッシュ26からキャビティ19へ向かう流れ)といった空気流動が速くなる。これにより、エントレイン流24が持つ効果、すなわち燃料Fに対する逆スキッシュ流25の影響力を弱める効果が相対的に薄れてしまう。従って、本発明が奏する熱損失の低減効果や排気の改善効果を十分に得るためには、エンジン回転数を比較的低く設定することが好適である。なお、上述のような本発明の効果は、瞬間最高回転数を除いて最大出力時のエンジン回転数を2500回転/分以下とした場合に顕著に得られることが、数値シミュレーションにより確認された。
Furthermore, in this embodiment, the engine speed at maximum output is set relatively low. As the engine speed increases, although details are not shown in the figure, swirl flow (swirling flow generated during intake) and squish flow (flow from
(変形例)
燃料噴射弁6が有する噴孔21の数は、本実施形態の8個に限られず、バルブリセス20の数等に応じて任意に変更が可能である。例えば、噴孔21の数を4個にすることも可能であり、この場合、4本の噴射軸22が全てバルブリセス20の中心23を避けるように、より好適には全ての噴射軸22がバルブリセス20の存在しない方向を指向するように設定すればよい。
(Modification)
The number of injection holes 21 of the
本実施形態では、排気の悪化防止の観点からバルブリセス20の中心23を避けるように噴射軸22を指向させた結果、図3に示すように4本の噴射軸22がバルブリセス20の周縁部の方向を指向している。しかし、燃焼温度が高温になる高出力エンジン等の場合、バルブリセス20の周縁部ではピストン13にクラックが入りやすいため、噴射軸22が周縁部の方向を指向していることは好ましくない。従ってこのような観点を優先させる場合には、図6に示すように、8本の噴射軸27のうち4本の噴射軸27がバルブリセス20の中心23の方向を指向し、残りの4本の噴射軸22がバルブリセス20の存在しない方向を指向するよう、設定することが好ましい。なお、噴射軸27の総数が4本の場合には、全ての噴射軸27がバルブリセス20の存在しない方向を指向するよう設定すればよいことは、この観点においても同様である。
In the present embodiment, the
本発明に係る燃焼室構造は、筒内噴射式のガソリンエンジンにも適用が可能である。 The combustion chamber structure according to the present invention can also be applied to an in-cylinder injection gasoline engine.
1 燃焼室
2 給気管
3 吸気バルブ
4 排気管
5 排気バルブ
6 燃料噴射弁
7 クランク軸
8 回転数センサ
9 制御部
10 燃焼室構造
11 シリンダ
12 シリンダヘッド
13 ピストン
14 底面中央凸部
15 第1底面傾斜部
16 周縁部
17 第2底面傾斜部
18 底面円弧部
19 キャビティ
20 バルブリセス
21 噴孔
22 噴射軸
23 中心
24 エントレイン流
25 逆スキッシュ流
26 スキッシュ
27 噴射軸
C シリンダ中心軸
D1 直径
D2 内径
E エンジン
F 燃料
P1 上死点
P2 下死点
θ1 角度
θ2 角度
θ3 角度
θ4 噴孔角度
1 Combustion Chamber 2
Claims (9)
前記ピストンにおける前記シリンダヘッドの側の頂面に、円形のキャビティが形成され、
前記燃料噴射弁は前記シリンダヘッドに取り付けられ、前記キャビティの中心を通るシリンダ中心軸付近から燃料を噴射し、
前記キャビティを含む前記ピストンの頂面と、前記シリンダと、前記シリンダヘッドで囲まれた空間で燃焼室が構成された燃焼室構造であって、
前記キャビティのシリンダ中心軸を含む断面上における内面形状が、前記燃料噴射弁に近付く方向に凸となるキャビティ底部の底面中央凸部と、該底面中央凸部からキャビティ外径方向に向かってピストン頂部と反対側に傾斜する第1底面傾斜部と、を有し、
前記ピストンが上死点にある時、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の噴射方向を表す噴射軸が前記第1底面傾斜部と交差する、
ことを特徴とする燃焼室構造。 A cylinder head in which a fuel injection valve is arranged, a cylinder, and a piston that reciprocates inside the cylinder,
A circular cavity is formed on the top surface of the piston on the side of the cylinder head,
The fuel injection valve is attached to the cylinder head and injects fuel from the vicinity of a cylinder central axis passing through the center of the cavity,
A combustion chamber structure in which a combustion chamber is configured by a space surrounded by the top surface of the piston including the cavity, the cylinder, and the cylinder head,
A center projection of the bottom surface of the cavity bottom, the inner surface of which is convex in a direction approaching the fuel injection valve, and a piston top portion extending from the center projection of the bottom surface toward the outer diameter of the cavity. and a first bottom sloped portion that slopes on the opposite side,
When the piston is at the top dead center, an injection axis representing an injection direction of the fuel injected from the fuel injection valve intersects the first bottom inclined portion.
A combustion chamber structure characterized by:
ことを特徴とする請求項1に記載の燃焼室構造。 A second bottom surface inclined portion in which the inner surface shape of the cavity on a cross section including the cylinder central axis is inclined from the cavity opening of the piston top portion toward the center portion of the cavity toward the opposite side of the piston top portion, and the first bottom surface inclined portion. a bottom arc portion connecting the second bottom slope portion with an arc;
The combustion chamber structure according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする、請求項2に記載の燃焼室構造。 an angle formed by the first bottom inclined portion and the cylinder central axis is larger than an angle formed by the second bottom inclined portion and the cylinder central axis;
3. The combustion chamber structure according to claim 2, characterized by:
ことを特徴とする、請求項1ないし3の何れか一項に記載の燃焼室構造。 The fuel injection valve has an injection hole angle of 125° or more and 135° or less, and has a plurality of injection holes spaced apart in the circumferential direction.
The combustion chamber structure according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
ことを特徴とする、請求項1ないし4の何れか一項に記載の燃焼室構造。 The diameter of the opening of the cavity is 90% or more of the diameter of the cylinder,
The combustion chamber structure according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
ことを特徴とする、請求項4に記載の燃焼室構造。 In the fuel injection valve, the number of the injection holes is 4 or 8,
5. The combustion chamber structure according to claim 4, characterized in that:
ことを特徴とする請求項6に記載の燃焼室構造。 A total of four intake/exhaust valves are arranged in one cylinder head, and four valve recesses are provided at the top of the piston for avoiding contact with the intake/exhaust valves. all the injection axes are oriented to avoid near the center of the valve recess;
The combustion chamber structure according to claim 6, characterized in that:
ことを特徴とする、請求項7に記載の燃焼室構造。 Four of the injection axes are oriented in a direction in which the valve recess does not exist.
The combustion chamber structure according to claim 7, characterized by:
ことを特徴とするエンジン。 9. An engine comprising the combustion chamber structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the engine speed at maximum output excluding the instantaneous maximum speed is 2500 rpm or less.
An engine characterized by:
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