JP3593751B2 - Combustion chamber structure of direct injection diesel engine - Google Patents

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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴式ディ−ゼルエンジンの燃焼室構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
直噴式ディ−ゼルエンジンにおいては、ピストン頂面に燃焼室を構成するためのキャビティが形成されるのが一般的である。このピストン頂面に形成されるキャビティの形状として、キャビティの開口端縁から奥側に向かうにつれてシリンダ径方向外方側へと拡径された形状のリエントラント型とされたものがある。
【0003】
一方、直噴式ディ−ゼルエンジンにおいては、ピストン頂面とシリンダヘッド下面との隙間から、キャビティへ向かうつまりシリンダ中心側へ向かう吸気の流れつまりスキッシュ流を形成して、燃焼改善を行なうことが一般に行なわれている。
【0004】
リエントラント型の燃焼室つまりキャビティを有するものにあっては、スキッシュ流を利用して、キャビティ内に旋回方向が互いに反対方向となった2つの渦流が形成される。すなわち、ピストンが上死点へ向かうときにキャビティ内に所定方向に旋回される第1の渦流が形成されると共に、圧縮行程終期にはスキッシュ流を利用して上記所定方向とは反対方向に旋回される第2の渦流が形成される。そして、上記2つの渦流の境界部分の乱れエネルギが極めて大きくなり、この大きな乱れに極力噴射燃料が供給されるように設定することにより、スモ−クの低減を図ることができる。
【0005】
特開昭59−158316号公報には、キャビティ内に生じた渦流が逆スキッシュ流となるのを防止すべく、ピストン頂面に形成された主燃焼室構成用の主キャビティに対応して、シリンダヘッド下面に副キャビティを形成して、この副キャビティの開口端縁位置を、主キャビティの開口端縁位置よりも所定の段差分だけシリンダ中心側寄りの位置に設定することが提案されている。すなわち、上記副キャビティの開口端縁付近において、主キャビティ内に形成される渦流とは反対方向に旋回される渦流を形成して、主キャビティ内の渦流が逆スキッシュ流となって主キャビティ内から流出するのを防止するようにしている。
【0006】
ただし、上記公報記載のものは、主キャビティに形状が、その開口端縁から奥側に向かうにつれて徐々に縮径する形状であって、主キャビティ内には所定方向に旋回される1つの渦流が形成される型式のものであり、キャビティ内に2つの渦流が形成されるリエントラント型とは異なる形状とされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、直噴式ディ−ゼルエンジンの小型化つまり小排気量化が強く要請されており、前記リエントラント型燃焼室を有する直噴式ディ−ゼルエンジンの小型化が考えられている。この場合、ピストン頂面に形成されるキャビティの容積、特に深さが、ピストンに対するコンロッドの取付位置の関係から制約を受けて、圧縮比を小さくするのに限界をきたしている。すなわち、現状の小型ディ−ゼルエンジンではその圧縮比が18以上であるのが一般的であるが、圧縮比を14〜15付近にまで小さくすることがもっとも燃費改善に好ましいとされている。
【0008】
また、リエントラント型燃焼室を構成するキャビティ内には、前述したように、旋回方向が互いに逆方向とされた2つの渦流が生成されて、乱れエネルギの大きい2つの渦流の境界付近に燃料を供給するのがスモ−ク低減の上で好ましいが、この乱れエネルギの大きい位置に効果的に燃料を供給するには、上記境界付近をより高い位置つまりピストン頂面寄りに形成することが望まれるものとなる。
【0009】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、リエントラント型燃焼室を有する直噴式ディ−ゼルエンジンにおいて、燃焼室容積を十分確保することができ、しかもピストン頂面に形成されたキャビティ内での乱れエネルギの大きい部分をより高い位置に設定してスモ−クをより十分低減できるようにした直噴式ディ−ゼルエンジンの燃焼室構造を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような構成としてある。すなわち、特許請求の範囲における請求項1に記載のように、
ピストン頂面に、リエントラント型燃焼室を構成する主キャビティが形成され、
シリンダヘッド下面に、前記主キャビティに対応して副燃焼室を構成する副キャビティが形成され、
シリンダ中心側に位置された燃料噴射弁からの噴射燃料が、前記主キャビティの開口端縁付近の内面に向かうように指向され、
前記主キャビティ開口端縁と前記副キャビティの開口端縁とが、シリンダ径方向位置において略同一位置となるように設定され、
シリンダ軸線からシリンダ径方向外方側に向かう方向において、前記副キャビティの開口端縁および前記主キャビティの開口端縁の位置がそれぞれ、前記各弁のバルブステム軸線を越えない位置となるように設定され、
シリンダヘッド下面に形成された吸気弁用のリセスと排気弁用のリセスとが、前記副キャビティに跨るように形成されており、
閉弁状態にある吸・排気弁の傘部がシリンダヘッド下面よりも所定距離引っ込んだ位置とされ、
前記副キャビティの深さが、該副キャビティの内底面が前記閉弁状態にある吸・排気弁の下面と面一となるように設定され、
前記主キャビティの内底面中心部分に隆起部が形成されている、
ようにしてある。
【0011】
本発明によれば、シリンダヘッド下面に副キャビティを構成することにより、燃焼室容積を十分確保して圧縮比を小さくすることが可能となり、燃費改善の点で好ましいものとなる。また、スキッシュ流の一部が副キャビティ内で渦流を生成することになるため、スキッシュ流によって主キャビティ内に生成される渦流の勢いが適度に弱いものとされて、主キャビティ内での乱れエネルギの大きい部分をピストン頂面寄りに移動させることができ、スモ−クを効果的に低減することができる。
以上に加えて、本発明にあっては次のような種々の効果を奏する。
主キャビティにより構成される主燃焼室と副キャビティにより構成される副燃焼室とからなる燃焼室全体として、両キャビティ間での段差をほぼなくして、段差に起因する部分的熱負荷増大や燃焼性悪化を防止する上で好ましいものとなる。
シリンダヘッド下面側に極力段差部分をなくして、段差に起因する燃焼性悪化を防止する等の上で好ましいものとなる。
上記スキッシュ流の勢いを適度なものとして、前述の効果を十分発揮させる上で好ましいものとなる。
衝突された噴射燃料を、主キャビティ内の乱れエネルギの大きい部分に効果的に飛散させて、スモ−ク低減の上でより好ましいものとなる。
隆起部を利用して、スキッシュ流とは反対方向に旋回される渦流の勢いをより助長させて、つまり乱れエネルギの大きい部分をより高い位置とさせて、スモ−クをより効果的に低減する上で好ましいものとなる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明する。図1において、1はシリンダブロック、2はシリンダヘッド、3はピストンである。ピストン3の頂面には、主燃焼室を構成する主キャビティ11が形成されている。この主キャビティ11は、リエントラント型とされて、その開口端縁11aから奥側へ向かうにつれて徐々に拡径された形状とされている。これにより、主キャビティ11の開口端縁11aは、リップ部となるように形成されている。
【0013】
主キャビティ11の内底面からは、隆起部12が形成されている。隆起部12は、ピストン頂面には達っしない高さとされて、その中心部分がもっとも高く、シリンダ径方向外側へ向かうにつれて徐々に低くなる裾部12aを有するように形成されている。
【0014】
主キャビティ11は、シリンダ軸線を中心とする点対称の形状として形成されており、隆起部12もシリンダ軸線を中心とする点対称の形状として形成されている。つまり、主キャビティ11は、シリンダ周方向の任意の位置でのシリンダ軸線に沿う断面形状が、図1に示された形状となるようにされている。
【0015】
シリンダヘッド2の下面には、主キャビティ11に対応して、副燃焼室を構成する副キャビティ13が形成されている。この副キャビティ12は、シリンダ軸線を中心とする点対称の形状とされている。つまり、副キャビティ13は、シリンダ周方向の任意の位置でのシリンダ軸線に沿う断面形状が、図1に示された形状となるようにされている。
【0016】
副キャビティ13の中心は、主キャビティ11の中心と一致しているが、その開口端縁13aも、主キャビティ11の開口端縁11aと略一致した位置とされている。つまり、副キャビティ13のシリンダ軸線を中心とする半径が、主キャビティ11のシリンダ軸線を中心とする半径と略一致されている。
【0017】
シリンダヘッド2には、シリンダの略中心位置(実施例では丁度シリンダ軸線上)において、つまり、隆起部12の中心位置上方において、燃料噴射弁14が配設されている。この燃料噴射弁14は、その周方向等間隔に複数(実施例では5個)の噴孔を有しており、各噴孔の指向方向は、主キャビティ11の開口端縁11a付近の内面とされている。なお、各噴孔の高さ位置は、上死点位置にあるピストン3の頂面高さ位置とほぼ一致するように設定されている。
【0018】
図2に示すように、主キャビティ11は、その開口端縁11aからわずかに奥側となる内面に、当該開口端縁11a側から奥側へと順次複数(実施例では2個)の燃料反射面部15、16が段付き形状として形成されている。この各反射面部15、16は、それぞれ所定の曲率半径とされた円弧状として形成されている(実施例では主キャビティ11内に向けて凹となる形状)。そして、燃料噴射弁14から所定の上下幅で噴射された燃料が、上記燃料反射面部15、16に衝突反射されて、後述する主キャビティ11内の乱れエネルギの大きい境界部(特定領域)に効果的に飛散されるようになっている。
【0019】
図2において、ピストン3が上昇するとき、主キャビティ11内には、当該主キャビティ11内の中央部分から底面側を通って隆起部12の裾部12aに沿う所定方向へと旋回される第1の渦流21が形成される。一方、ピストン3が圧縮上死点付近にまで上昇すると、各キャビティ11、13のシリンダ径方向外側におけるピストン3頂面とシリンダヘッド2下面の間から、シリンダ中心へと向かうスキッシュ流が生成され、このスキッシュ流の一部は、主キャビティ11内において、その開口端縁11aを取り巻くように旋回される、つまり上記第1の渦流とは反対方向に旋回される第2の渦流22が生成される。
【0020】
上記スキッシュ流によって、副キャビティ13内には、その開口端縁13a付近において、第3の渦流23が生成される。上記第1の渦流21と第2の渦流22との境界部分が吸気の乱れエネルギの大きい部分となり、この乱れエネルギの大きい部分が図2中破線で囲まれた特定領域24として示される。
【0021】
特定領域24の高さ位置が高いほど(ピストン3の頂面側寄りになるほど)、反射面部15、16から反射される燃料が効果的に特定領域24に飛散されることになる。いま、副キャビティ13が存在しないと仮定すると、第2の渦流22の勢いが極めて強くなるので、特定領域24はかなり低い位置となってしまう。これに対して、副キャビティ13を形成して、ここに第3の渦流を23を生成させることにより、第2の渦流22の勢いが第3の渦流23の生成分だけ弱くなり、特定領域24が高い位置へと移動されることになる。勿論、副キャビティ13を形成することにより、圧縮比を小さくして燃費改善の上でも好ましいものとなる。
【0022】
上述のように、吸気の乱れエネルギの大きい特定領域24が高い位置へと移動されることにより、この特定領域に対する燃料の飛散が効果的に行なわれて、スモ−クが効果的に低減されることになる。なお、第2の渦流22の勢いが弱くなるということは、反射面部15、16で衝突、反射された燃料が、第2の渦流22を容易に通過して特定領域24へ到達し易いことにもなる。
【0023】
このスモ−ク低減の効果を図5に示してあり、スモ−クが問題となる高負荷時でのスモ−ク低減が極めて効果的に行なわわれることが理解される。なお、NOxの発生量は、負荷の変動に応じてほとんど変化はないものの、低負荷時には若干の減少傾向が見られ、高負荷時において若干の増大傾向が見られた。ただし、スモ−ク低減効果が極めて大きいため、燃料噴射時期をリタ−ドさせることによって(スモ−ク低減効果がリタ−ド分だけ低下する)、高負荷時においてスモ−クを十分低減しつつNOx低減をも図ることが可能となる。
【0024】
ここで、図2に示すように、主キャビティ11の開口端縁11aのシリンダ軸線αからの距離(=半径)をr、副キャビティ13の開口端縁13aのシリンダ軸線αからの距離(=半径)をφ、主キャビティ11のもっともシリンダ軸線から離れた部分の距離をcとする。主キャビティ11がリエントラント型であるため、当然のことながらr<cとなる。
【0025】
実施例では、φ=rとされているが、φがrよりも大きくなるにしたがって(開口端縁13aが11aよりもシリンダ径方向外側へ位置するのにしたがって)、第2の渦流22の勢いが弱くなる(第3の渦流23の勢いが強くなる)。逆に、φがrよりも小さくなるにしたがって(開口端縁13aが11aよりもシリンダ径方向内側へ位置するのにしたがって)、第2の渦流22の勢いが強くなる(第3の渦流23の勢いが弱くなる)。したがって、開口端縁11aと13aとのシリンダ径方向位置関係は、特定領域24の高さ位置の設定に影響を与えるが、開口端縁11aと13aとはシリンダ径方向において略同一位置とすることによって、所望強さのスキッシュ流を得つつ特定領域24の高さ位置を高くすることが可能となる。ただし、特定領域24の高さを確実に十分高くするため、r≦φとするのが好ましい。
【0026】
副キャビティ13の深さDは、圧縮比の確保を勘案しつつ、極力浅くするのが加工の点から有利となる。また、深さDをあまり大きくすると、全体の吸気の乱れエネルギが、副キャビティ13を形成しない場合よりも小さくなってしまうので好ましくなく、シリンダボア径を2Bとしたとき、D≦0.1Bの範囲に設定するのが好ましい。
【0027】
図3に示すように、閉弁状態にある吸・排気弁31の傘部31aは、通常シリンダヘッド2の下面2aよりも若干引っこんだ位置にあり、この傘部31aのシリンダヘッド2a下面からの引っこみ量dは、d≦0.1Bの関係を満足する。したがって、副キャビティ13の深さDを、引っこみ量dと一致させることによって、副キャビティ13の内底面を、閉弁状態にある吸・排気弁の下面と面一とすることができる。
【0028】
副キャビティ13の面積をあまり大きくすることは、十分なスキッシュ流が得られなくなって、好ましくないものとなる。図4には、吸気2弁、排気2弁の4弁式とした場合のシリンダヘッド下面2aの様子を示してあるが、1重ハッチングで示す部分が副キャビティ13の面積S1であり、2重ハッチングで示す部分がスキッシュ生成用となる面積S2であり、さらに、白抜きの丸部分のうち32aが吸気弁用リセス、32bが排気弁用リセスである。そして、副キャビティ13は、シリンダ軸線を中心とする円形となるように、各リセス32a、32bにまたがって、副キャビティ13が形成されている(リセス32a、32bにまたがる副キャビティ13の外周縁が図4中一点鎖線で示される)。なお、スキッシュ流生成用面積S2は、バルブリセス32a、32b部分を除外した面積としてある。
【0029】
図6において、シリンダボア径(直径)を2B、副キャビティ13の直径を2φとして、シリンダ全体の断面積S0(=B×B×π)に対するスキッシュ流生成用面積S2の比の関係を図6に示してある。この図6から明らかなように、副キャビティ13のシリンダボア断面積に占める面積が大きくなるほどスキッシュ流生成用面積が小さくなっていくが、φ/Bが0.8を越えると十分なスキッシュ流生成面積を確保することが困難となる。したがって、φ/Bが0.8以下(φ≦0.8B)となるように設定するのが好ましい。前述したr≦φの関係をも考慮すると、r≦φ≦0.8Bに設定するのが好ましいものとなる。なお、上述した設定において、4弁式のものにおいては図6から明らかなように、副キャビティ13の開口端縁13aを吸・排気弁のバルブステム(軸線)よりもシリンダ径方向内側に位置させることによって、スキッシュ流生成用の面積を十分確保することができる。
【0030】
以上実施例について説明したが、隆起部12は無くてもよいものである(主キャビティ11の底面がフラット形状)。ただし、隆起部12を形成しておくことにより、第1の渦流21を十分強くすると共に、特定領域24の位置を高くする上で好ましいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す側面断面図。
【図2】図1の要部拡大断面図。
【図3】吸・排気弁とシリンダヘッド下面との高さ位置関係を示す断面図。
【図4】シリンダヘッドの下面を示す図。
【図5】スモ−クの低減効果を示す図。
【図6】副キャビティの面積設定を説明するための図。
【符号の説明】
1:シリンダブロック
2:シリンダヘッド
2a:シリンダヘッド下面
3:ピストン
11:主キャビティ
11a:主キャビティの開口端縁
12:隆起部
12a:裾部
13:副キャビティ
13a:副キャビティの開口端縁
14:燃料噴射弁
15:噴射燃料の衝突反射部
16:噴射燃料の衝突反射部
21:第1渦流
22:第2渦流
23:第3渦流
31:吸・排気弁
31a:吸・排気弁の傘部
32a:吸気弁用リセス
32b:排気弁用リセス
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion chamber structure of a direct injection diesel engine.
[0002]
[Prior art]
In a direct injection diesel engine, a cavity for forming a combustion chamber is generally formed on a top surface of a piston. As a shape of the cavity formed on the top surface of the piston, there is a reentrant type having a shape in which the diameter is increased outward in the cylinder radial direction from the opening edge of the cavity toward the back.
[0003]
On the other hand, in a direct-injection diesel engine, it is generally practiced to improve the combustion by forming a flow of intake air toward a cavity, that is, toward a cylinder center side, that is, a squish flow, from a gap between a piston top surface and a cylinder head lower surface. Is being done.
[0004]
In a reentrant combustion chamber, that is, one having a cavity, two vortices having swirling directions opposite to each other are formed in the cavity by using the squish flow. That is, a first vortex is swirled in a predetermined direction in the cavity when the piston moves toward the top dead center, and at the end of the compression stroke, a squish flow is used to turn in a direction opposite to the predetermined direction. A second vortex is formed. The turbulence energy at the boundary between the two vortices becomes extremely large. By setting the turbulence so that the injected fuel is supplied as much as possible, smoke can be reduced.
[0005]
JP-A-59-158316 discloses a cylinder corresponding to a main cavity for forming a main combustion chamber formed on the top surface of a piston in order to prevent a vortex generated in the cavity from forming a reverse squish flow. It has been proposed to form a sub-cavity on the lower surface of the head and set the opening edge position of this sub-cavity closer to the center of the cylinder by a predetermined step difference than the opening edge position of the main cavity. That is, in the vicinity of the opening edge of the sub-cavity, a vortex is swirled in a direction opposite to the vortex formed in the main cavity, and the vortex in the main cavity becomes a reverse squish flow from the main cavity. I try to prevent it from flowing out.
[0006]
However, in the above-mentioned publication, the shape of the main cavity is such that the diameter gradually decreases from the opening edge to the back side, and one vortex swirling in a predetermined direction is formed in the main cavity. It is of a type to be formed, and has a shape different from that of a reentrant type in which two vortices are formed in a cavity.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, there has been a strong demand for miniaturization of the direct injection diesel engine, that is, reduction of the displacement, and miniaturization of the direct injection diesel engine having the reentrant combustion chamber has been considered. In this case, the volume, particularly the depth, of the cavity formed on the top surface of the piston is limited by the relationship of the mounting position of the connecting rod with respect to the piston, so that there is a limit in reducing the compression ratio. That is, in the current small diesel engine, the compression ratio is generally 18 or more, but it is considered that reducing the compression ratio to around 14 to 15 is most preferable for improving fuel efficiency.
[0008]
Further, as described above, two vortices whose swirling directions are opposite to each other are generated in the cavity constituting the reentrant combustion chamber, and fuel is supplied near the boundary between the two vortices having large turbulent energy. However, in order to effectively supply fuel to the position where the turbulent energy is large, it is desired to form the vicinity of the boundary at a higher position, that is, closer to the top surface of the piston. It becomes.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a direct injection diesel engine having a reentrant combustion chamber in which the volume of the combustion chamber can be sufficiently ensured, and the piston top surface Another object of the present invention is to provide a combustion chamber structure of a direct-injection diesel engine in which a portion having a large turbulent energy in a cavity formed at a higher position is set at a higher position so that smoke can be reduced more sufficiently.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. That is, as described in claim 1 of the claims,
A main cavity constituting a reentrant combustion chamber is formed on the top surface of the piston,
On the lower surface of the cylinder head, a sub cavity that forms a sub combustion chamber corresponding to the main cavity is formed,
Injection fuel from the fuel injection valve located on the cylinder center side is directed toward the inner surface near the opening edge of the main cavity,
The main cavity opening edge and the sub cavity opening edge are set to be substantially the same position in the cylinder radial position,
In the direction going outward from the cylinder axis in the cylinder radial direction, the positions of the opening edge of the sub cavity and the opening edge of the main cavity are set so as not to exceed the valve stem axis of each valve. And
A recess for the intake valve and a recess for the exhaust valve formed on the lower surface of the cylinder head are formed so as to straddle the sub-cavity,
The umbrella portion of the intake / exhaust valve in the closed state is a position retracted a predetermined distance from the lower surface of the cylinder head,
The depth of the sub-cavity is set such that the inner bottom surface of the sub-cavity is flush with the lower surface of the intake / exhaust valve in the closed state,
A ridge is formed at the center of the inner bottom surface of the main cavity,
It is like that.
[0011]
According to the present invention, by forming the sub-cavity on the lower surface of the cylinder head, it is possible to secure a sufficient volume of the combustion chamber and reduce the compression ratio, which is preferable in terms of improving fuel efficiency. In addition, since a part of the squish flow generates a vortex in the sub-cavity, the vortex generated in the main cavity by the squish flow is moderately weak, and the turbulence energy in the main cavity is reduced. Can be moved closer to the piston top surface, and smoke can be effectively reduced.
In addition to the above, the present invention has the following various effects.
As a whole combustion chamber consisting of a main combustion chamber composed of a main cavity and a sub-combustion chamber composed of a sub-cavity, there is almost no step between the two cavities, and a partial increase in heat load and flammability caused by the step This is preferable in preventing deterioration.
This is preferable in that the stepped portion is eliminated as much as possible on the lower surface side of the cylinder head to prevent the deterioration of the flammability due to the step.
This is preferable in that the momentum of the squish flow is moderate and the above-described effects are sufficiently exhibited.
The colliding injected fuel is effectively scattered to a portion of the main cavity where the turbulent energy is large, which is more preferable in reducing smoke.
Utilizing the ridges to further promote the momentum of the vortex swirling in the direction opposite to the squish flow, that is, to increase the turbulence energy at a higher position to reduce smoke more effectively. The above is preferable.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, 1 is a cylinder block, 2 is a cylinder head, and 3 is a piston. A main cavity 11 that forms a main combustion chamber is formed on the top surface of the piston 3. The main cavity 11 is of a reentrant type and has a shape whose diameter is gradually increased from the opening edge 11a toward the back. Thereby, the opening edge 11a of the main cavity 11 is formed to be a lip.
[0013]
A raised portion 12 is formed from the inner bottom surface of the main cavity 11. The raised portion 12 is formed so as to have a height that does not reach the top surface of the piston, and has a hem portion 12a whose center portion is the highest and gradually decreases toward the outside in the cylinder radial direction.
[0014]
The main cavity 11 is formed in a point-symmetrical shape about the cylinder axis, and the raised portion 12 is also formed in a point-symmetrical shape about the cylinder axis. That is, the main cavity 11 is configured such that the cross-sectional shape along the cylinder axis at an arbitrary position in the cylinder circumferential direction becomes the shape shown in FIG.
[0015]
A sub-cavity 13 forming a sub-combustion chamber is formed on the lower surface of the cylinder head 2 corresponding to the main cavity 11. The sub cavity 12 has a point-symmetrical shape about the cylinder axis. That is, the cross-sectional shape of the sub cavity 13 along the cylinder axis at an arbitrary position in the cylinder circumferential direction is set to the shape shown in FIG.
[0016]
The center of the sub-cavity 13 coincides with the center of the main cavity 11, and the opening edge 13 a of the sub-cavity 13 also substantially coincides with the opening edge 11 a of the main cavity 11. That is, the radius of the sub cavity 13 about the cylinder axis is substantially the same as the radius of the main cavity 11 about the cylinder axis.
[0017]
The fuel injection valve 14 is disposed in the cylinder head 2 at a substantially central position of the cylinder (in this embodiment, just on the cylinder axis), that is, above a central position of the raised portion 12. The fuel injection valve 14 has a plurality of (five in this embodiment) injection holes at equal intervals in the circumferential direction, and the directivity direction of each injection hole is determined by the inner surface near the opening edge 11 a of the main cavity 11. Have been. In addition, the height position of each injection hole is set so as to substantially coincide with the top surface height position of the piston 3 at the top dead center position.
[0018]
As shown in FIG. 2, the main cavity 11 has a plurality of (two in the embodiment) fuel reflections sequentially on the inner surface slightly deeper from the opening edge 11a from the opening edge 11a to the depth. The surface portions 15 and 16 are formed as a stepped shape. Each of the reflecting surface portions 15 and 16 is formed in an arc shape having a predetermined radius of curvature (in the embodiment, a concave shape toward the main cavity 11). Then, the fuel injected from the fuel injection valve 14 at a predetermined vertical width is impact-reflected on the fuel reflecting surface portions 15 and 16, and has an effect on a boundary portion (specific region) having a large turbulent energy in the main cavity 11 described later. Is scattered.
[0019]
In FIG. 2, when the piston 3 rises, the first cavity is swung in a predetermined direction along the skirt portion 12 a of the raised portion 12 from the central portion in the main cavity 11 through the bottom surface side. Vortex 21 is formed. On the other hand, when the piston 3 rises to the vicinity of the compression top dead center, a squish flow toward the cylinder center is generated from between the top surface of the piston 3 and the lower surface of the cylinder head 2 outside the respective cavities 11 and 13 in the cylinder radial direction, A part of the squish flow is swirled in the main cavity 11 so as to surround the opening edge 11a, that is, a second swirl 22 is swirled in the direction opposite to the first swirl. .
[0020]
Due to the squish flow, a third vortex flow 23 is generated in the subcavity 13 near the opening edge 13a. The boundary between the first vortex 21 and the second vortex 22 is a portion where the turbulence energy of the intake air is large, and the portion where the turbulence energy is large is shown as a specific region 24 surrounded by a broken line in FIG.
[0021]
As the height position of the specific area 24 is higher (closer to the top surface side of the piston 3), the fuel reflected from the reflecting surfaces 15, 16 is effectively scattered to the specific area 24. Now, assuming that the sub-cavity 13 does not exist, the momentum of the second vortex 22 becomes extremely strong, so that the specific region 24 is located at a considerably low position. On the other hand, by forming the sub-cavity 13 and generating the third vortex 23 therein, the momentum of the second vortex 22 is weakened by the amount of the third vortex 23, and the specific region 24 is formed. Will be moved to a higher position. Of course, the formation of the sub-cavity 13 is preferable in terms of improving the fuel efficiency by reducing the compression ratio.
[0022]
As described above, by moving the specific region 24 having a high intake air turbulence energy to a high position, the fuel is effectively scattered in this specific region, and smoke is effectively reduced. Will be. The fact that the momentum of the second vortex 22 is weakened means that the fuel colliding and reflected by the reflection surface portions 15 and 16 easily passes through the second vortex 22 and reaches the specific region 24. Also.
[0023]
FIG. 5 shows the effect of the smoke reduction, and it is understood that the smoke reduction at the time of a high load where the smoke is a problem is extremely effectively performed. Although the amount of generated NOx hardly changed in accordance with the change in load, the amount of NOx showed a slight decreasing tendency at a low load and a slight increasing tendency at a high load. However, since the smoke reduction effect is extremely large, the fuel injection timing is retarded (the smoke reduction effect is reduced by the amount corresponding to the retard), so that the smoke can be sufficiently reduced under a high load. It is also possible to reduce NOx.
[0024]
Here, as shown in FIG. 2, the distance (= radius) of the opening edge 11a of the main cavity 11 from the cylinder axis α is r, and the distance (= radius) of the opening edge 13a of the sub cavity 13 from the cylinder axis α. ) Is φ, and the distance of the part of the main cavity 11 farthest from the cylinder axis is c. Since the main cavity 11 is of the reentrant type, it is natural that r <c.
[0025]
In the embodiment, it is assumed that φ = r. However, as φ becomes larger than r (as the opening edge 13a is positioned radially outward of the cylinder 11a from 11a), the force of the second vortex 22 is increased. Becomes weaker (the momentum of the third vortex 23 becomes stronger). Conversely, as φ becomes smaller than r (as the opening edge 13a is positioned further inward in the cylinder radial direction than 11a), the momentum of the second vortex 22 becomes stronger (the third vortex 23 becomes larger). Momentum weakens). Therefore, although the positional relationship between the opening edges 11a and 13a in the cylinder radial direction affects the setting of the height position of the specific region 24, the opening edges 11a and 13a should be substantially at the same position in the cylinder radial direction. Accordingly, it is possible to increase the height position of the specific region 24 while obtaining a squish flow having a desired strength. However, in order to ensure that the height of the specific region 24 is sufficiently high, it is preferable that r ≦ φ.
[0026]
It is advantageous from the viewpoint of machining to make the depth D of the sub cavity 13 as shallow as possible while taking into consideration the securing of the compression ratio. Further, if the depth D is too large, the turbulent energy of the whole intake air becomes smaller than when the sub cavity 13 is not formed, which is not preferable. When the cylinder bore diameter is 2B, the range of D ≦ 0.1B is not preferable. It is preferable to set
[0027]
As shown in FIG. 3, the umbrella portion 31a of the intake / exhaust valve 31 in the valve closed state is located at a position slightly retracted from the lower surface 2a of the normal cylinder head 2, and the umbrella portion 31a is located at Satisfies the relationship d ≦ 0.1B. Therefore, by matching the depth D of the sub-cavity 13 with the retracted amount d, the inner bottom surface of the sub-cavity 13 can be flush with the lower surface of the intake / exhaust valve in the closed state.
[0028]
Making the area of the sub-cavity 13 too large is not preferable because a sufficient squish flow cannot be obtained. FIG. 4 shows the state of the cylinder head lower surface 2a in the case of a four-valve type having two intake valves and two exhaust valves. The portion indicated by single hatching is the area S1 of the sub-cavity 13, and The area indicated by hatching is the area S2 for squish generation, and among the white circles, 32a is an intake valve recess and 32b is an exhaust valve recess. The sub-cavity 13 is formed over the recesses 32a and 32b so as to be circular around the cylinder axis (the outer peripheral edge of the sub-cavity 13 extending over the recesses 32a and 32b). This is indicated by a dashed line in FIG. 4). The squish flow generation area S2 is an area excluding the valve recesses 32a and 32b.
[0029]
6, the cylinder bore diameter (diameter) is 2B, the diameter of the sub cavity 13 is 2φ, and the relationship of the ratio of the area S2 for squish flow generation to the sectional area S0 (= B × B × π) of the entire cylinder is shown in FIG. Is shown. As is apparent from FIG. 6, the area for squish flow generation decreases as the area occupied by the sub-cavity 13 in the cross-sectional area of the cylinder bore increases, but when φ / B exceeds 0.8, a sufficient squish flow generation area is obtained. Is difficult to secure. Therefore, it is preferable to set φ / B to be 0.8 or less (φ ≦ 0.8B). In consideration of the relationship of r ≦ φ described above, it is preferable to set r ≦ φ ≦ 0.8B. In the above-described setting, in the case of the four-valve type, as is apparent from FIG. 6, the opening edge 13a of the sub-cavity 13 is positioned radially inside the valve stem (axial line) of the intake / exhaust valve in the cylinder radial direction. Thereby, a sufficient area for squish flow generation can be secured.
[0030]
Although the embodiment has been described above, the raised portion 12 may not be provided (the bottom surface of the main cavity 11 is flat). However, the formation of the raised portion 12 is preferable in that the first swirl 21 is sufficiently strengthened and the position of the specific region 24 is increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a height positional relationship between an intake / exhaust valve and a lower surface of a cylinder head.
FIG. 4 is a diagram showing a lower surface of a cylinder head.
FIG. 5 is a view showing the effect of reducing smoke.
FIG. 6 is a diagram for explaining the setting of the area of the sub-cavity.
[Explanation of symbols]
1: Cylinder block 2: Cylinder head 2a: Cylinder head lower surface 3: Piston 11: Main cavity 11a: Opening edge 12 of main cavity 12: Raised portion 12a: Foot 13: Subcavity 13a: Opening edge 14 of subcavity: Fuel injection valve 15: Injected fuel collision reflector 16: Injected fuel collision reflector 21: First vortex 22: Second vortex 23: Third vortex 31: Intake / exhaust valve 31a: Inlet / exhaust valve head 32a : Recess for intake valve 32b: Recess for exhaust valve

Claims (1)

ピストン頂面に、リエントラント型燃焼室を構成する主キャビティが形成され、
シリンダヘッド下面に、前記主キャビティに対応して副燃焼室を構成する副キャビティが形成され
シリンダ中心側に位置された燃料噴射弁からの噴射燃料が、前記主キャビティの開口端縁付近の内面に向かうように指向され、
前記主キャビティ開口端縁と前記副キャビティの開口端縁とが、シリンダ径方向位置において略同一位置となるように設定され、
シリンダ軸線からシリンダ径方向外方側に向かう方向において、前記副キャビティの開口端縁および前記主キャビティの開口端縁の位置がそれぞれ、前記各弁のバルブステム軸線を越えない位置となるように設定され、
シリンダヘッド下面に形成された吸気弁用のリセスと排気弁用のリセスとが、前記副キャビティに跨るように形成されており、
閉弁状態にある吸・排気弁の傘部がシリンダヘッド下面よりも所定距離引っ込んだ位置とされ、
前記副キャビティの深さが、該副キャビティの内底面が前記閉弁状態にある吸・排気弁の下面と面一となるように設定され、
前記主キャビティの内底面中心部分に隆起部が形成されている、
ことを特徴とする直噴式ディ−ゼルエンジンの燃焼室構造。
A main cavity constituting a reentrant combustion chamber is formed on the top surface of the piston,
On the lower surface of the cylinder head, a sub cavity that forms a sub combustion chamber corresponding to the main cavity is formed ,
Injection fuel from the fuel injection valve located on the cylinder center side is directed toward the inner surface near the opening edge of the main cavity,
The main cavity opening edge and the sub cavity opening edge are set to be substantially the same position in the cylinder radial position,
In the direction going outward from the cylinder axis in the cylinder radial direction, the positions of the opening edge of the sub cavity and the opening edge of the main cavity are set so as not to exceed the valve stem axis of each valve. And
A recess for the intake valve and a recess for the exhaust valve formed on the lower surface of the cylinder head are formed so as to straddle the sub-cavity,
The umbrella portion of the intake / exhaust valve in the closed state is a position retracted a predetermined distance from the lower surface of the cylinder head,
The depth of the sub-cavity is set such that the inner bottom surface of the sub-cavity is flush with the lower surface of the intake / exhaust valve in the closed state,
A ridge is formed at the center of the inner bottom surface of the main cavity,
A combustion chamber structure of a direct injection diesel engine.
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