JP2023034875A - engine piston structure - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、エンジンのピストン構造に関する。 The present disclosure relates to engine piston structures.
エンジンのピストンは、高温の燃焼室に接触するため、温度上昇しやすい。このため、ピストンの内部にクーリングチャンネルを設けて、オイルジェットから噴射されるオイルをクーリングチャンネルに導入することで、ピストンを冷却する構成が知られている。 Since the piston of the engine is in contact with the hot combustion chamber, the temperature is likely to rise. For this reason, a configuration is known in which a cooling channel is provided inside the piston and the piston is cooled by introducing oil injected from an oil jet into the cooling channel.
例えば、特許文献1に開示のエンジンのピストンは、クラウン部と、クーリングチャンネルと、を備える。クラウン部は、燃焼室を区画する冠面と、冠面とは反対側の裏面と、を有する。クーリングチャンネルは、クラウン部の内部、すなわち冠面と裏面との間において、クラウン部の外周に沿うようにC環状に形成されている。 For example, the piston of the engine disclosed in US Pat. The crown portion has a crown surface that defines the combustion chamber and a back surface opposite to the crown surface. The cooling channel is formed inside the crown portion, ie, between the crown surface and the back surface, in a C-ring shape along the outer circumference of the crown portion.
ところで、エンジンの燃焼方式として、CI(Compression Ignition,圧縮着火)燃焼がある。CI燃焼は、燃焼室の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。本願発明者等は、燃焼室における混合気の圧縮自己着火の開始位置を調べたところ、燃焼室の外周側よりも中央側で混合気の圧縮自己着火が開始されることを、発見した。 By the way, as an engine combustion method, there is CI (Compression Ignition) combustion. CI combustion is combustion initiated by compression self-ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber. The inventors of the present application investigated the starting position of the compressed self-ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber, and discovered that the compressed self-ignition of the air-fuel mixture starts on the central side of the combustion chamber rather than on the outer peripheral side.
特に、特許文献1に係るピストンを用いた場合、燃焼室の外周側の混合気は、クーリングチャンネルを流れるオイルに熱を奪われて、温度低下しやすい。このため、燃焼室における中央側の混合気の温度が外周側の混合気の温度よりも相対的に高くなり、クーリングチャンネルの無いピストンを用いた場合に比べて、より顕著に、混合気の圧縮自己着火が燃焼室の中央側で開始されやすくなる。
In particular, when the piston according to
混合気の圧縮自己着火が燃焼室の中央側で開始されると、燃焼室の外周側の混合気が燃えにくくなり、未燃損失が増加してしまう。 When the compression self-ignition of the air-fuel mixture starts at the center side of the combustion chamber, the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the combustion chamber becomes difficult to burn, resulting in an increase in unburned loss.
また、クーリングチャンネルをピストンのクラウン部の内部に設けた場合、ピストンの剛性が低下し、ピストンの強度を維持しにくくなる。 Further, when the cooling channel is provided inside the crown portion of the piston, the rigidity of the piston decreases, making it difficult to maintain the strength of the piston.
本開示は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ピストン強度の維持と、圧縮着火時の燃焼室における混合気の未燃損失低減とを両立することにある。 The present disclosure has been made in view of such points, and an object thereof is to achieve both maintenance of piston strength and reduction of unburned air-fuel mixture loss in the combustion chamber during compression ignition.
第1の開示に係るエンジンのピストン構造は、燃焼室を区画する冠面及び上記冠面とは反対側の裏面を含むクラウン部を有するピストンと、上記裏面に向けてオイルを噴射するオイルジェットと、を備えるエンジンのピストン構造であって、上記クラウン部の内部には、互いに区画された中央側に位置する第1空洞及び上記第1空洞よりも外周側に位置する第2空洞が設けられており、上記第1空洞及び上記第2空洞は、それぞれ、上記燃焼室側の天井面と、上記燃焼室とは反対側の底面と、を含み、上記第1空洞の上記底面には、上記オイルジェットから上記裏面に向けて噴射された上記オイルを上記第1空洞に導入する導入孔と、上記オイルを排出する排出孔と、が設けられており、上記第2空洞の上記天井面と上記冠面との間には、上記ピストンの母材よりも熱伝導率の低い低熱伝導部材が設けられている。 A piston structure for an engine according to a first disclosure includes a piston having a crown portion including a crown surface that defines a combustion chamber and a back surface opposite to the crown surface, and an oil jet that injects oil toward the back surface. wherein the interior of the crown portion is provided with a first cavity located on the central side and a second cavity located on the outer peripheral side of the first cavity, which are separated from each other. The first cavity and the second cavity each include a ceiling surface on the side of the combustion chamber and a bottom surface on the side opposite to the combustion chamber, and the bottom surface of the first cavity contains the oil. An introduction hole for introducing the oil injected from the jet toward the back surface into the first cavity and a discharge hole for discharging the oil are provided, and the ceiling surface and the crown of the second cavity are provided. A low heat conductive member having a lower heat conductivity than the base material of the piston is provided between the surface and the base material.
かかる構成によれば、オイルジェットからクラウン部の裏面に向けて噴射されたオイルは、導入孔を介して中央側の第1空洞に導入される。オイルは、第1空洞の底面に設けられた排出孔からクラウン部の外部に排出される。燃焼室における中央側の混合気は、第1空洞を流れるオイルに熱を奪われて、温度低下しやすくなる。一方、燃焼室における外周側の混合気は、第2空洞に形成された空気層によって遮熱されて、温度低下しにくくなる。これにより、燃焼室における外周側の混合気の温度は、燃焼室における中央側の混合気の温度よりも、高くなる。 According to such a configuration, the oil jetted from the oil jet toward the rear surface of the crown portion is introduced into the central first cavity through the introduction hole. Oil is discharged to the outside of the crown portion through a discharge hole provided in the bottom surface of the first cavity. The air-fuel mixture on the central side of the combustion chamber loses heat by the oil flowing through the first cavity, and tends to drop in temperature. On the other hand, the temperature of the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the combustion chamber is shielded by the air layer formed in the second cavity, making it difficult for the temperature to drop. As a result, the temperature of the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the combustion chamber becomes higher than the temperature of the air-fuel mixture on the central side of the combustion chamber.
したがって、圧縮着火時において、先ず、燃焼室の外周側で混合気の圧縮自己着火が開始され、次に、燃焼室の中央側で混合気の圧縮自己着火が起こるようになる。これにより、圧縮着火時の燃焼室における混合気の未燃損失が低減する。 Therefore, at the time of compression ignition, compression self-ignition of the air-fuel mixture is first started on the outer peripheral side of the combustion chamber, and then compression self-ignition of the air-fuel mixture occurs on the central side of the combustion chamber. This reduces the unburned loss of the air-fuel mixture in the combustion chamber during compression ignition.
ここで、燃焼室における外周側の混合気を単に遮熱するだけであれば、第2空洞を単に大きくすればよいが、ピストン強度の観点から好ましくない。一方で、第2空洞を小さくすると、燃焼室における外周側の混合気を遮熱しにくくなる。第2空洞の天井面と冠面との間に低熱伝導部材を設けることによって、第2空洞を単に大きくした場合に比較して、低熱伝導部材が剛性部材として機能するため、ピストン強度の維持を図ることができる。さらに、第2空洞を小さくした場合に比較して、低熱伝導部材と空気層とによって、燃焼室における外周側の混合気の温度を高くすることができる。 Here, if the heat of the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the combustion chamber is simply to be shielded, the second cavity may be simply enlarged, but this is not preferable from the viewpoint of piston strength. On the other hand, if the second cavity is made small, it becomes difficult to shield the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the combustion chamber from heat. By providing the low thermal conductivity member between the ceiling surface and the crown surface of the second cavity, the low thermal conductivity member functions as a rigid member compared to the case where the second cavity is simply enlarged, so the strength of the piston can be maintained. can be planned. Furthermore, compared to the case where the second cavity is made small, the temperature of the air-fuel mixture on the outer peripheral side in the combustion chamber can be raised by the low heat-conducting member and the air layer.
以上、ピストン強度の維持と、圧縮着火時の燃焼室における混合気の未燃損失低減とを両立することができる。 As described above, it is possible to maintain the strength of the piston and reduce the unburned loss of the air-fuel mixture in the combustion chamber during compression ignition.
第2の開示に係るエンジンのピストン構造は、燃焼室を区画する冠面及び上記冠面とは反対側の裏面を含むクラウン部を有するピストンと、上記裏面に向けてオイルを噴射するオイルジェットと、を備えるエンジンのピストン構造であって、上記クラウン部の内部には、互いに区画された中央側に位置する第1空洞及び上記第1空洞よりも外周側に位置する第2空洞が設けられており、上記第1空洞及び上記第2空洞は、それぞれ、上記燃焼室側の天井面と、上記燃焼室とは反対側の底面と、を含み、上記第1空洞と上記第2空洞との区画壁には、上記第1空洞と上記第2空洞とを連通する連通孔が設けられており、上記第1空洞の上記底面には、上記オイルジェットから上記裏面に向けて噴射された上記オイルを上記第1空洞に導入する導入孔が設けられており、上記第1空洞及び上記第2空洞の少なくとも一方の上記底面には、上記オイルを排出する排出孔が設けられており、上記第2空洞の上記天井面と上記冠面との間には、上記ピストンの母材よりも熱伝導率の低い低熱伝導部材が設けられている。 A piston structure for an engine according to a second disclosure includes a piston having a crown portion including a crown surface that defines a combustion chamber and a back surface opposite to the crown surface, and an oil jet that injects oil toward the back surface. wherein the interior of the crown portion is provided with a first cavity located on the central side and a second cavity located on the outer peripheral side of the first cavity, which are separated from each other. The first cavity and the second cavity each include a ceiling surface on the side of the combustion chamber and a bottom surface on the side opposite to the combustion chamber, and the first cavity and the second cavity are divided. The wall is provided with a communication hole that communicates the first cavity and the second cavity, and the bottom surface of the first cavity receives the oil that is jetted from the oil jet toward the back surface. An introduction hole for introducing oil into the first cavity is provided, and a discharge hole for discharging the oil is provided in the bottom surface of at least one of the first cavity and the second cavity, and the oil is discharged from the second cavity. A low thermal conductive member having a lower thermal conductivity than the base material of the piston is provided between the ceiling surface and the crown surface of the piston.
かかる構成によれば、オイルジェットからクラウン部の裏面に向けて噴射されたオイルは、導入孔を介して中央側の第1空洞に導入される。燃焼室における中央側の混合気は、第1空洞を流れるオイルに熱を奪われて、温度低下しやすくなる。一方、燃焼室における外周側の混合気は、第2空洞に形成された空気層によって遮熱されて、温度低下しにくくなる。これにより、燃焼室における外周側の混合気の温度は、燃焼室における中央側の混合気の温度よりも、高くなる。 According to such a configuration, the oil jetted from the oil jet toward the rear surface of the crown portion is introduced into the central first cavity through the introduction hole. The air-fuel mixture on the central side of the combustion chamber loses heat by the oil flowing through the first cavity, and tends to drop in temperature. On the other hand, the temperature of the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the combustion chamber is shielded by the air layer formed in the second cavity, making it difficult for the temperature to drop. As a result, the temperature of the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the combustion chamber becomes higher than the temperature of the air-fuel mixture on the central side of the combustion chamber.
したがって、圧縮着火時において、先ず、燃焼室の外周側で混合気の圧縮自己着火が開始され、次に、燃焼室の中央側で混合気の圧縮自己着火が起こるようになる。これにより、圧縮着火時の燃焼室における混合気の未燃損失が低減する。 Therefore, at the time of compression ignition, compression self-ignition of the air-fuel mixture is first started on the outer peripheral side of the combustion chamber, and then compression self-ignition of the air-fuel mixture occurs on the central side of the combustion chamber. This reduces the unburned loss of the air-fuel mixture in the combustion chamber during compression ignition.
ここで、燃焼室における外周側の混合気を単に遮熱するだけであれば、第2空洞を単に大きくすればよいが、ピストン強度の観点から好ましくない。一方で、第2空洞を小さくすると、燃焼室における外周側の混合気を遮熱しにくくなる。第2空洞の天井面と冠面との間に低熱伝導部材を設けることによって、第2空洞を単に大きくした場合に比較して、低熱伝導部材が剛性部材として機能するため、ピストン強度の維持を図ることができる。さらに、第2空洞を小さくした場合に比較して、低熱伝導部材と空気層とによって、燃焼室における外周側の混合気の温度を高くすることができる。 Here, if the heat of the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the combustion chamber is simply to be shielded, the second cavity may be simply enlarged, but this is not preferable from the viewpoint of piston strength. On the other hand, if the second cavity is made small, it becomes difficult to shield the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the combustion chamber from heat. By providing the low thermal conductivity member between the ceiling surface and the crown surface of the second cavity, the low thermal conductivity member functions as a rigid member compared to the case where the second cavity is simply enlarged, so the strength of the piston can be maintained. can be planned. Furthermore, compared to the case where the second cavity is made small, the temperature of the air-fuel mixture on the outer peripheral side in the combustion chamber can be raised by the low heat-conducting member and the air layer.
以上、ピストン強度の維持と、圧縮着火時の燃焼室における混合気の未燃損失低減とを両立することができる。 As described above, it is possible to maintain the strength of the piston and reduce the unburned loss of the air-fuel mixture in the combustion chamber during compression ignition.
さらに、中央側の第1空洞におけるオイルは、連通孔を介して外周側の第2空洞に流入して、第1空洞又は第2空洞の底面に設けられた排出孔からクラウン部の外部に排出される。これにより、クラウン部の内部にオイルが循環されて、クラウン部が冷却される。 Furthermore, the oil in the first cavity on the center side flows into the second cavity on the outer peripheral side through the communication hole and is discharged to the outside of the crown portion through the discharge hole provided in the bottom surface of the first cavity or the second cavity. be done. As a result, the oil is circulated inside the crown to cool the crown.
一実施形態では、上記第2空洞の上記天井面は、上記第1空洞の上記天井面よりも、上記燃焼室側に位置する。 In one embodiment, the ceiling surface of the second cavity is positioned closer to the combustion chamber than the ceiling surface of the first cavity.
かかる構成によれば、外周側の第2空洞の空気層が燃焼室により近づくので、燃焼室における外周側の混合気は、空気層によってさらに遮熱されやすくなって、さらに温度低下しにくくなる。 According to such a configuration, the air layer in the second cavity on the outer peripheral side is closer to the combustion chamber, so the air layer on the outer peripheral side of the combustion chamber is more likely to shield the heat, and the temperature of the air-fuel mixture on the outer peripheral side is more difficult to decrease.
一実施形態では、上記低熱伝導部材は、上記第2空洞を上記燃焼室側から覆っている。 In one embodiment, the low thermal conductivity member covers the second cavity from the combustion chamber side.
かかる構成によれば、低熱伝導部材の表面積を大きくすることによって、ピストン強度を向上させることができる。 According to such a configuration, the strength of the piston can be improved by increasing the surface area of the low heat conductive member.
一実施形態では、上記第2空洞は、上記第1空洞を全周に亘って囲む環状であり、上記低熱伝導部材は、上記第2空洞に対応する環状である。 In one embodiment, the second cavity has an annular shape surrounding the entire circumference of the first cavity, and the low thermal conductivity member has an annular shape corresponding to the second cavity.
かかる構成によれば、全周に亘って、ピストン強度の維持と、圧縮着火時の燃焼室における混合気の未燃損失低減とを両立することができる。 According to this configuration, it is possible to maintain the strength of the piston over the entire circumference and reduce the unburned loss of the air-fuel mixture in the combustion chamber during compression ignition.
本開示によれば、ピストン強度の維持と、圧縮着火時の燃焼室における混合気の未燃損失低減とを両立することができる。 According to the present disclosure, it is possible to both maintain the strength of the piston and reduce the unburned loss of the air-fuel mixture in the combustion chamber during compression ignition.
以下、本開示の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、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全くない。 An embodiment of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. The following description of preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the disclosure, its applicability or its uses.
(エンジンの構成)
図1は、エンジン1を示す正面断面図である。エンジン1は、一部の運転領域(例えば低負荷領域)で、CI(Compression Ignition,圧縮着火)燃焼を行う。また、エンジン1は、一部の運転領域(例えば高負荷領域)で、SI(Spark Ignition,火花点火)燃焼を行う。CI燃焼は、燃焼室の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。SI燃焼は、燃焼室の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。
(Engine configuration)
FIG. 1 is a front sectional view showing an
CI燃焼には、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)燃焼などの、各種の燃焼方式が含まれる。 CI combustion includes various combustion methods such as HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) combustion.
エンジン1は、シリンダブロック2と、シリンダヘッド3と、を備える。シリンダブロック2の上部には、複数のシリンダボア4が、気筒列方向に並んで形成されている。シリンダブロック2の下部には、クランクケース5が形成されている。なお、図1では、1つのシリンダボア4のみを示す。
The
シリンダボア4には、ピストン20が摺動可能(往復可能)に内挿されている。ピストン20には、コネクティングロッド6を介して、クランクシャフト7が連結されている。クランクシャフト7は、クランクケース5に収容されている。ピストン20は、シリンダボア4及びシリンダヘッド3と共に、燃焼室8を区画する。
A
以下、ピストン20の軸方向(往復方向)を、上下方向という場合がある。ピストン20の軸方向における燃焼室8側を、「上側」という場合がある。ピストン20の軸方向における燃焼室8とは反対側を、「下側」という場合がある。エンジン1を傾けて配置する場合、上下方向は、必ずしも、鉛直方向に一致しない。
Hereinafter, the axial direction (reciprocating direction) of the
シリンダヘッド3には、シリンダボア4毎に、吸気ポート9が形成されている。吸気ポート9には、吸気バルブ10が配置されている。吸気バルブ10は、動弁機構(図示せず)によって所定のタイミングで、燃焼室8と吸気ポート9との間を開閉する。また、シリンダヘッド3には、シリンダボア4毎に、排気ポート11が形成されている。排気ポート11には、排気バルブ12が配置されている。排気バルブ12は、動弁機構(図示せず)によって所定のタイミングで、燃焼室8と排気ポート11との間を開閉する。
An
シリンダヘッド3には、シリンダボア4毎に、インジェクタ(図示せず)が取り付けられている。インジェクタは、燃焼室8に燃料を噴射する。燃料は、例えばガソリンである。また、シリンダヘッド3には、シリンダボア4毎に、点火プラグ(図示せず)が取り付けられている。点火プラグは、SI燃焼時、燃焼室8における燃料と空気との混合気を強制的に点火する。シリンダヘッド3の下面、すなわち燃焼室8の天井面は、所謂ペントルーフ形状である。
An injector (not shown) is attached to the
シリンダブロック2の内部には、メインギャラリ13が気筒列方向に延びている。メインギャラリ13には、オイルポンプ(図示せず)から圧送されたオイルが流れている。クランクケース5には、コネクティングロッド6及びクランクシャフト7に干渉しない位置に、オイルジェット15が取り付けられている。
A
オイルジェット15は、ノズル部15aと、バルブ部15bと、を有する。ノズル部15aの先端は、ピストン20における後述するクラウン部21の裏面21bに臨んでいる。バルブ部15bには、ボール状の弁体(図示せず)及びスプリング(図示せず)が内蔵されている。スプリングは、弁体を閉状態に付勢する。オイルポンプは、メインギャラリ13を介して、オイルジェット15にオイルを供給する。詳細には、オイルは、メインギャラリ13から分岐した分岐路を介して、オイルジェット15に供給される。
The
オイルジェット15は、メインギャラリ13を流れるオイルの油圧(オイルポンプの吐出圧)が所定値以下のとき、バルブ部15bの弁体がスプリングの付勢力によって閉状態に維持されるように構成されている。一方、オイルジェット15は、メインギャラリ13を流れるオイルの油圧(オイルポンプの吐出圧)が所定値以上のとき、バルブ部15bの弁体がスプリングの付勢力に抗して開状態となり、ピストン20における後述するクラウン部21の裏面21bに向けてオイルを噴射するように構成されている(図1のL参照)。
The
オイルポンプには、制御部(図示せず)が接続されている。制御部は、例えばECU(Engine Control Unit)である。 A controller (not shown) is connected to the oil pump. The control unit is, for example, an ECU (Engine Control Unit).
(ピストンの構造)
ピストン20の構造について、図2,3を参照しながら説明する。図2は、ピストン20の正面断面図であり、図3のII-II断面を示す。図3は、ピストン20の平面断面図であり、図2のIII-III断面を示す。
(Piston structure)
The structure of
図2に示すように、ピストン20は、クラウン部21と、スカート部22と、を有する。クラウン部21は、略円盤状である。クラウン部21は、シリンダボア4と摺動する部分である。クラウン部21は、冠面21a及び冠面21aとは反対側の裏面21bを含む。 冠面21aは、シリンダヘッド3及びシリンダボア4と共に、燃焼室8を区画する。冠面21aは、燃焼室8の天井面に向かって隆起している。冠面21aの中央部には、キャビティ23が形成されている。クラウン部21の外周21cには、円環状の溝部24が形成されている。溝部24には、ピストンリング(図示せず)が取り付けられる。裏面21bは、その中央部が外周部よりも下側に突出するように、形成されている。
As shown in FIG. 2 , the
スカート部22は、クラウン部21の外周21cから下側に延びている。スカート部22には、ピストンピン(図示せず)を挿入するためのピン孔25が空けられている。ピストンピンは、コネクティングロッド6とピストン20とを連結するためのものである。
The
クラウン部21は、図2のIII-III線において、上下に分割可能である。
The
図2,3に示すように、クラウン部21の内部、すなわち冠面21aと裏面21bとの間には、互いに区画された第1空洞26及び第2空洞27が設けられている。第1空洞26は、ピストン20の径方向において、第2空洞27よりも相対的に中央側に位置する。第2空洞27は、ピストン20の径方向において、第1空洞26よりも相対的に外周側に位置する。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
図3に示すように、第1空洞26は、ピストン20の軸方向に見て、クラウン部21の中央部において、円形状に形成されている。第2空洞27は、ピストン20の軸方向に見て、クラウン部21の外周側において、第1空洞26を全周に亘って囲む円環状に形成されている。
As shown in FIG. 3 , the
図3に示すように、第1空洞26及び第2空洞27は、クラウン部21の中央部において円環状に形成された内周壁部28aと、クラウン部21自体の外周壁部28bと、によって区画されている。内周壁部28aは、第1空洞26と第2空洞27とを区画する(以下、「区画壁28a」という)。外周壁部28bは、第2空洞27とクラウン部21の外部とを区画する。
As shown in FIG. 3, the
図2,3に示すように、区画壁28aには、連通孔29が設けられている。連通孔29は、区画壁28aを貫通して、第1空洞26と第2空洞27とを連通する。連通孔29の貫通方向は、ピストン20の径方向である。連通孔29における第1空洞26側の開口を、「入口29a」という。連通孔29における第2空洞27側の開口を、「出口29b」という。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
図2に示すように、第1空洞26は、燃焼室8側の天井面26aと、燃焼室8とは反対側の底面26bと、を含む。第1空洞26における天井面26aの表面積と底面26bの表面積とは、互いに略等しい。同様に、第2空洞27は、燃焼室8側の天井面27aと、燃焼室8とは反対側の底面27bと、を含む。第2空洞27における天井面27aの表面積と底面27bの表面積とは、互いに略等しい。
As shown in FIG. 2 , the
図2,3に示すように、第1空洞26の底面26bには、導入孔30が設けられている。導入孔30は、オイルジェット15からクラウン部21の裏面21bに向けて噴射されたオイルを第1空洞26に導入する。第1空洞26の底面26bには、排出孔31が設けられている。排出孔31は、第1空洞26から、オイルを排出する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図2,3に示すように、第1空洞26における排出孔31と連通孔29の入口29aとの距離は、導入孔30と連通孔29の入口29aとの距離よりも、短い。
2 and 3, the distance between the
図2に示すように、第2空洞27の底面27bと連通孔29の下端部(底面)29cとは、互いに略面一である。第1空洞26の天井面26aと連通孔29の上端部(天井面)29dとは、互いに略面一である。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、第2空洞27の天井面27aは、第1空洞26の天井面26aよりも、燃焼室8側に位置する。すなわち、第2空洞27の天井面27aは、第1空洞26の天井面26aよりも、高い位置にある。
As shown in FIG. 2 , the
図3に示すように、第2空洞27の天井面27aの表面積は、第1空洞26の天井面26aの表面積よりも大きい。
As shown in FIG. 3 , the surface area of the
図2に示すように、第2空洞27の天井面27aと冠面21aとの間には、低熱伝導部材34が設けられている。低熱伝導部材34は、ピストン20の母材(主要材料)よりも熱伝導率が低い。例えば、ピストン20の母材が鉄やアルミニウム等であれば、低熱伝導部材34には、セラミックなどが適用され得る。
As shown in FIG. 2, a low
低熱伝導部材34は、第2空洞27に対応するように、ピストン20の軸方向に見て円環状に形成されており、第2空洞27の全体を上側(燃焼室8側)から覆っている。また、低熱伝導部材34の下面は、第2空洞27の天井面27aを構成している。
The low
上述したように、クラウン部21は図2のIII-III線において上下に分割可能なので、ピストン20の母材とは別部材からなる低熱伝導部材34を、第2空洞27の天井面27aと冠面21aとの間に、取り付けることが可能である。本実施形態では、第2空洞27の天井面27aと冠面21aとの間の肉部21eの下側に、低熱伝導部材34が取り付けられている。
As described above, the
(作用効果)
本実施形態に係るピストン20の構造による作用効果について、主に図4を参照しながら説明する。
(Effect)
Advantages of the structure of the
オイルジェット15のノズル部15aからピストン20におけるクラウン部21の裏面21bに向けて噴射されたオイルは、図4の符号Lに示すように、導入孔30を介して中央側の第1空洞26に導入される。
The oil jetted from the
燃焼室8における中央側の混合気41は、第1空洞26を流れるオイルに熱を奪われて、温度低下しやすくなる。一方、燃焼室8における外周側の混合気42は、第2空洞27に形成された空気層40によって遮熱されて、温度低下しにくくなる。これにより、燃焼室8における外周側の混合気42の温度は、燃焼室8における中央側の混合気41の温度よりも、高くなる。すなわち、中央側の混合気41の温度よりも外周側の混合気42の温度の方が高くなるような、燃焼室8の温度分布が実現する。
The air-
したがって、圧縮着火時において、先ず、燃焼室8の外周側で混合気42の圧縮自己着火が開始され、次に、燃焼室8の中央側で混合気41の圧縮自己着火が起こるようになる。これにより、圧縮着火時の燃焼室8における混合気41,42(特に、外周側の混合気42)の未燃損失が低減する。
Therefore, at the time of compression ignition, compression self-ignition of the air-
ここで、燃焼室8における外周側の混合気42を単に遮熱するだけであれば、第2空洞27(空気層40)を単に大きくすればよいが、ピストン20の強度(剛性)の観点から好ましくない。一方で、第2空洞27を小さくすると、燃焼室8における外周側の混合気42を遮熱しにくくなる。第2空洞27の天井面27aと冠面21aとの間に低熱伝導部材34を設けることによって、すなわち空気層40及び低熱伝導部材34のハイブリットとすることによって、第2空洞27を単に大きくした場合に比較して、低熱伝導部材34が剛性部材として機能するため、ピストン20の強度の維持を図ることができる。さらに、第2空洞27を小さくした場合に比較して、低熱伝導部材34と空気層40とによって、燃焼室8における外周側の混合気42の温度を高くすることができる。
Here, if the heat of the air-
以上、ピストン20の強度の維持と、圧縮着火時の燃焼室8における混合気41,42の未燃損失低減とを両立することができる。
As described above, it is possible to both maintain the strength of the
さらに、第1空洞26におけるオイルの一部は、連通孔29を介して外周側の第2空洞27に流入する。第1空洞26におけるオイルの他部は、第1空洞26の底面26bに設けられた排出孔31からクラウン部21の外部に排出される。これにより、クラウン部21の内部にオイルが循環されて、クラウン部21が冷却される。
Further, part of the oil in the
第2空洞27の天井面27aが第1空洞26の天井面26aよりも燃焼室8側に位置する(高い位置にある)ので、外周側の第2空洞27の空気層40が燃焼室8により近づくようになる。これにより、燃焼室8における外周側の混合気42は、空気層40によってさらに遮熱されやすくなって、さらに温度低下しにくくなる。
Since the
また、第2空洞27の天井面27aが第1空洞26の天井面26aよりも燃焼室8側に位置する(高い位置にある)ので、連通孔29を介して第2空洞27に流入したオイルは、第2空洞27に満たされず、その天井面27aまで届かない。このため、第2空洞27にオイルを流入させたとしても、第2空洞27の天井面27a付近に、空気層40を形成することができる。
In addition, since the
低熱伝導部材34が第2空洞27の全体を上側から覆っているので、低熱伝導部材34の表面積を大きくすることによって、ピストン20の強度を向上させることができる。
Since the low
第2空洞27が第1空洞26を全周に亘って囲む円環状に形成されている(図3参照)ので、燃焼室8の全周に亘って、外周側から混合気42の圧縮自己着火が開始されるようになる。また、低熱伝導部材34が第2空洞27に対応する環状に形成されているので、全周に亘って、ピストン20の強度の維持を図ることができる。すなわち、全周に亘って、ピストン20の強度の維持と、圧縮着火時の燃焼室8における混合気41,42の未燃損失低減とを両立することができる。
Since the
(その他の実施形態)
以上、本開示を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
(Other embodiments)
Although the present disclosure has been described in terms of preferred embodiments, such descriptions are not intended to be limiting, and various modifications are of course possible.
上記実施形態では、第1空洞26の底面26bにのみ排出孔31が設けられていたが、これに限定されない。図2~4に二点鎖線で示すように、第1空洞26の底面26bだけでなく、第2空洞27の底面27bにも排出孔32が設けられてもよい。すなわち、第1空洞26の底面26b及び第2空洞27の底面27bの両方に、排出孔31,32が設けられてもよい。また、第1空洞26と第2空洞27との区画壁28aに連通孔29を設ける場合には、第1空洞26の底面26bに排出孔31を設けずに、第2空洞27の底面27bにのみ排出孔32を設けてもよい。
In the above embodiment, the
図示しないが、第2空洞27の底面27bは、連通孔29の下端部(底面)29cよりも、燃焼室8とは反対側に位置してもよい。
Although not shown, the
低熱伝導部材34は、第2空洞27の全体を上側から覆わなくてもよい。また、低熱伝導部材34は、第2空洞27に対応する環状に形成されなくてもよい。低熱伝導部材34は、第2空洞27の一部にのみ臨んでもよい。
The low
第2空洞27は、円環状ではなく、第1空洞26を全周に亘って囲む四角環状等に形成されてもよい。また、第2空洞27は、第1空洞26を全周に亘って囲む必要はなく、例えばC環状(円弧状)に形成されてもよい。さらに、第2空洞27は、第1空洞26よりも外周側の一部の領域にのみ、設けられてもよい。
The
図5は、その他の実施形態に係る図4相当図である。この実施形態では、図5に示すように、第1空洞26と第2空洞27との区画壁28aには、連通孔29が設けられていない。すなわち、第2空洞27は、閉鎖空間である。この場合、第1空洞26におけるオイルは、区画壁28aに妨げられて第2空洞27に流入せずに、第1空洞26の底面26bに設けられた排出孔31からクラウン部21の外部に排出される。
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4 according to another embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 5, the
エンジン1は、SI燃焼を一切行わずに、全ての運転領域においてCI燃焼を行ってもよい。
The
本開示は、エンジンのピストン構造に適用できるので、極めて有用であり、産業上の利用可能性が高い。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure can be applied to the piston structure of an engine, so it is extremely useful and has high industrial applicability.
1 エンジン
8 燃焼室
13 メインギャラリ
15 オイルジェット
20 ピストン
21 クラウン部
21a 冠面
21b 裏面
21e 肉部
26 第1空洞
26a 天井面
26b 底面
27 第2空洞
27a 天井面
27b 底面
28a 区画壁(内周壁部)
28b 外周壁部
29 連通孔
29a 入口
29b 出口
29c 下端部
29d 上端部
30 導入孔
31 排出孔
32 排出孔
34 低熱伝導部材
40 空気層
41 混合気
42 混合気
1
28b outer
Claims (5)
前記クラウン部の内部には、互いに区画された中央側に位置する第1空洞及び該第1空洞よりも外周側に位置する第2空洞が設けられており、
前記第1空洞及び前記第2空洞は、それぞれ、前記燃焼室側の天井面と、前記燃焼室とは反対側の底面と、を含み、
前記第1空洞の前記底面には、前記オイルジェットから前記裏面に向けて噴射された前記オイルを前記第1空洞に導入する導入孔と、前記オイルを排出する排出孔と、が設けられており、
前記第2空洞の前記天井面と前記冠面との間には、前記ピストンの母材よりも熱伝導率の低い低熱伝導部材が設けられている、エンジンのピストン構造。 A piston structure for an engine comprising: a piston having a crown portion including a crown surface defining a combustion chamber and a back surface opposite to the crown surface; and an oil jet for injecting oil toward the back surface,
In the interior of the crown portion, a first cavity located on the central side and a second cavity located on the outer peripheral side of the first cavity are provided, which are separated from each other.
The first cavity and the second cavity each include a ceiling surface on the side of the combustion chamber and a bottom surface on the side opposite to the combustion chamber,
The bottom surface of the first cavity is provided with an introduction hole through which the oil injected toward the back surface from the oil jet is introduced into the first cavity, and a discharge hole through which the oil is discharged. ,
A piston structure for an engine, wherein a low thermal conductivity member having a lower thermal conductivity than a base material of the piston is provided between the ceiling surface and the crown surface of the second cavity.
前記クラウン部の内部には、互いに区画された中央側に位置する第1空洞及び該第1空洞よりも外周側に位置する第2空洞が設けられており、
前記第1空洞及び前記第2空洞は、それぞれ、前記燃焼室側の天井面と、前記燃焼室とは反対側の底面と、を含み、
前記第1空洞と前記第2空洞との区画壁には、該第1空洞と該第2空洞とを連通する連通孔が設けられており、
前記第1空洞の前記底面には、前記オイルジェットから前記裏面に向けて噴射された前記オイルを前記第1空洞に導入する導入孔が設けられており、
前記第1空洞及び前記第2空洞の少なくとも一方の前記底面には、前記オイルを排出する排出孔が設けられており、
前記第2空洞の前記天井面と前記冠面との間には、前記ピストンの母材よりも熱伝導率の低い低熱伝導部材が設けられている、エンジンのピストン構造。 A piston structure for an engine comprising: a piston having a crown portion including a crown surface defining a combustion chamber and a back surface opposite to the crown surface; and an oil jet for injecting oil toward the back surface,
In the interior of the crown portion, a first cavity located on the central side and a second cavity located on the outer peripheral side of the first cavity are provided, which are separated from each other.
The first cavity and the second cavity each include a ceiling surface on the side of the combustion chamber and a bottom surface on the side opposite to the combustion chamber,
A partition wall between the first cavity and the second cavity is provided with a communication hole that communicates the first cavity and the second cavity,
The bottom surface of the first cavity is provided with an introduction hole for introducing the oil injected toward the back surface from the oil jet into the first cavity,
a discharge hole for discharging the oil is provided in the bottom surface of at least one of the first cavity and the second cavity,
A piston structure for an engine, wherein a low thermal conductivity member having a lower thermal conductivity than a base material of the piston is provided between the ceiling surface and the crown surface of the second cavity.
前記第2空洞の前記天井面は、前記第1空洞の前記天井面よりも、前記燃焼室側に位置する、エンジンのピストン構造。 The engine piston structure according to claim 1 or 2,
The piston structure of the engine, wherein the ceiling surface of the second cavity is positioned closer to the combustion chamber than the ceiling surface of the first cavity.
前記低熱伝導部材は、前記第2空洞を前記燃焼室側から覆っている、エンジンのピストン構造。 A piston structure for an engine according to any one of claims 1 to 3,
The piston structure for an engine, wherein the low thermal conductivity member covers the second cavity from the combustion chamber side.
前記第2空洞は、前記第1空洞を全周に亘って囲む環状であり、
前記低熱伝導部材は、前記第2空洞に対応する環状である、エンジンのピストン構造。 A piston structure for an engine according to claim 4,
The second cavity has an annular shape surrounding the entire circumference of the first cavity,
The piston structure for an engine, wherein the low thermal conductivity member is annular corresponding to the second cavity.
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