JP5962835B1 - Engine pistons - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼室底部の形状を滑らかにすることで、キャビティ内における燃料噴霧のエネルギの減衰を効果的に防止する。【解決手段】ピストン20頂部にキャビティ21が凹設され、キャビティ21の開口部周縁に径方向内側に突出する環状のリップ部22が設けられ、キャビティ21の底部に上方に向けて突出する隆起部25が設けられ、キャビティ21のリップ部22と隆起部25との間に、リップ部22下端と隆起部25下端とを接続すると共に、径方向外側且つ下側に向けて縦断面曲線状に突出する湾曲部24が設けられ、湾曲部24の縦断面形状が、ピストン中心側に向かうに従い曲率が大きくなる曲線で形成された。【選択図】図1An object of the present invention is to effectively prevent the attenuation of energy of fuel spray in a cavity by smoothing the shape of the bottom of a combustion chamber. A cavity 21 is recessed at the top of a piston 20, an annular lip portion 22 projecting radially inward is provided at the periphery of the opening of the cavity 21, and a raised portion projecting upward at the bottom of the cavity 21. 25 is provided, and the lower end of the lip portion 22 and the lower end of the raised portion 25 are connected between the lip portion 22 and the raised portion 25 of the cavity 21, and protrudes in a longitudinal section curve shape radially outward and downward. The bending portion 24 is provided, and the longitudinal cross-sectional shape of the bending portion 24 is formed by a curve whose curvature increases toward the piston center side. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、エンジンのピストンに関し、特に、直噴式エンジンのピストンに関する。 The present invention relates to an engine piston, and more particularly to a direct injection engine piston.
一般的に、ディーゼルエンジン等の直噴式エンジンにおいては、ピストンの頂部中央に凹設されたキャビティ内にインジェクタから燃料を噴射して燃焼させている。 Generally, in a direct injection engine such as a diesel engine, fuel is injected from a injector into a cavity recessed at the center of the top of a piston and burned.
この種のピストンとして、例えば、特許文献1には、キャビティの開口部周縁にリップ部を形成し、圧縮上死点近傍で噴射した燃料をリップ部に衝突させることで、燃料噴霧をキャビティ内とスキッシュエリアとに分散させる構造が開示されている。 As this type of piston, for example, in Patent Document 1, a lip portion is formed at the periphery of the opening of the cavity, and fuel sprayed in the vicinity of the compression top dead center is caused to collide with the lip portion. A structure is disclosed that is dispersed in the squish area.
また、この種のピストンとして、例えば、特許文献2には、リップ部に段差部を設けることで、キャビティ内とスキッシュエリアとに分散される燃料噴霧の割合の最適化を図る構造も開示されている。
As this type of piston, for example,
ところで、図5に示すように、ピストン200がリップ部220に段差部を有しない構造では、燃料噴霧(図中矢印参照)がスキッシュエリアSよりもキャビティ210内に多く分配される傾向がある。このため、燃焼室Aの中央付近における燃料噴霧の分配を考慮すると、キャビティ210の底部に行くほど燃料噴霧の量が多くなり、噴霧のエネルギを利用し易くなるが、スキッシュエリアSの空気(酸素)の利用効率は低下する課題がある。
Incidentally, as shown in FIG. 5, in the structure in which the
一方、図6に示すように、ピストン300がリップ部320に段差部330を有する構造では、スキッシュエリアSへの燃料噴霧FUの量が確保されることで、スキッシュエリアSの空気利用率を向上させることができる。しかしながら、キャビティ310内の燃料噴霧FLのエネルギは、段差部を有しない構造(図5参照)に比べて弱くなり、そのエネルギはキャビティ320内の角度が急な部分や直線部と曲線部との接続部分で減衰し易くなる傾向がある。このため、燃焼圧や多段噴射による燃焼制御が難しくなる課題がある。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the structure having a
開示の技術は、燃焼室底部の形状を滑らかにすることで、キャビティ内における燃料噴霧のエネルギの減衰を効果的に防止することを目的とする。 An object of the disclosed technique is to effectively prevent attenuation of energy of fuel spray in the cavity by smoothing the shape of the bottom of the combustion chamber.
開示の技術は、ピストン頂部にキャビティが凹設され、前記キャビティの開口部周縁に径方向内側に突出する環状のリップ部が設けられ、前記キャビティの底部に上方に向けて突出する隆起部が設けられ、前記キャビティの前記リップ部と前記隆起部との間に、前記リップ部下端と前記隆起部下端とを接続すると共に、径方向外側且つ下側に向けて縦断面曲線状に突出する湾曲部が設けられ、前記湾曲部の縦断面形状がピストン中心側に向かうに従い曲率が大きくなる曲線で形成されたものである。 In the disclosed technique, a cavity is provided in the top of a piston, an annular lip projecting radially inward is provided at the periphery of the opening of the cavity, and a protruding part projecting upward is provided at the bottom of the cavity. A curved portion that connects the lower end of the lip portion and the lower end of the raised portion between the lip portion and the raised portion of the cavity and protrudes in a curved shape in a longitudinal section toward the radially outer side and the lower side. Is provided, and the curved section is formed by a curve whose curvature increases as it goes toward the center of the piston.
前記湾曲部の、前記リップ部の径方向内側に最も突出する最突出端からピストン軸方向に下した鉛直線が交差するリップ直下方部と、前記湾曲部の下方に最も窪む最下端部との間の縦断面形状がピストン中心側に向かうに従い曲率が大きくなる曲線で形成されてもよい。 A portion directly below the lip where a vertical line extending in the piston axial direction from the most protruding end that protrudes most radially inward of the lip portion intersects with the bending portion; and a lowermost end portion that is most recessed below the bending portion. The vertical cross-sectional shape between them may be formed as a curve whose curvature increases as it goes to the piston center side.
前記曲線がクロソイド曲線で形成されてもよい。 The curve may be a clothoid curve.
前記隆起部が、前記キャビティの底部から上方に向けて縦断面曲線状に突出して設けられると共に、当該隆起部の縦断面形状を規定する曲線の少なくとも一部がクロソイド曲線で形成されてもよい。 The raised portion may be provided so as to protrude in a longitudinal section curve shape upward from the bottom of the cavity, and at least a part of a curve defining the longitudinal section shape of the raised portion may be formed by a clothoid curve.
前記リップ部に、当該リップ部の内周側上面から所定の深さで窪む環状の段差部が設けられてもよい。 The lip portion may be provided with an annular step portion that is recessed at a predetermined depth from the inner peripheral upper surface of the lip portion.
前記段差部が、前記リップ部の内周縁から径方向外方に延びる環状の平坦部と、当該平坦部の外周縁から上方に向かって斜めに傾斜する環状の傾斜部とを含むものでもよい。 The stepped portion may include an annular flat portion extending radially outward from an inner peripheral edge of the lip portion, and an annular inclined portion inclined obliquely upward from the outer peripheral edge of the flat portion.
開示の技術によれば、燃焼室底部の形状を滑らかにすることで、キャビティ内における燃料噴霧のエネルギの減衰を効果的に防止することができる。 According to the disclosed technology, it is possible to effectively prevent the energy of fuel spray from being attenuated in the cavity by smoothing the shape of the bottom of the combustion chamber.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンのピストンを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, based on an accompanying drawing, the piston of the engine concerning one embodiment of the present invention is explained. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1は、本実施形態に係るエンジンの一部を示す模式的な縦断面図である。本実施形態のエンジン10は、好ましくは直噴式ディーゼルエンジンであって、シリンダブロック11と、シリンダブロック11の上部に配置されたシリンダヘッド12とを備えている。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a part of an engine according to the present embodiment. The
シリンダヘッド12には、吸気バルブ13の開閉動作により燃焼室Aに新気を導入する吸気ポート14及び、排気バルブ15の開閉動作により燃焼室Aから排気を導出する排気ポート16が形成されている。また、シリンダヘッド12の各ポート14,16間には、燃焼室A内に燃料を直接噴射するインジェクタ17が設けられている。
The
インジェクタ17のノズル部17Aには、複数の微細な図示しない噴孔が形成されており、これら噴孔から燃焼室A内に燃料が放射状に噴射されるようになっている。
A plurality of fine nozzle holes (not shown) are formed in the
シリンダブロック11には、円筒状のシリンダボア11Aが形成されている。このシリンダボア11A内には、ピストン20が上下方向に往復移動自在に収容されている。
The
ピストン20の頂部には、ピストン20の頂面20Aから所定の深さで窪むキャビティ21が凹設されている。また、キャビティ21の開口部周縁には、径方向内側に突出する環状のリップ部22が設けられている。ピストン20が圧縮上死点近傍に達した際にインジェクタ17から燃料が噴射されると、燃料の噴霧Fは、リップ部22に衝突して、リップ部22よりも上方のスキッシュエリアSに流れ込む燃料噴霧FUと、リップ部22よりも下方のキャビティ21内に流れ込む燃料噴霧FLとに分散されるようになっている。
2の上面には、リップ部22の上側角部を所定の深さで断面略L字状に切り欠いて形成した段差部23が設けられている。より詳しくは、段差部23は、リップ部22の内周縁部(突出端)から径方向外方に向かって平坦に延びる環状の平坦面部23Aと、平坦面部23Aの外周縁からピストン20の頂面20Aに向かって斜めに傾斜して延びる環状の傾斜面部23Bとを備えて構成されている。このように、リップ部22の上面に段差部23を設けたことで、スキッシュエリアSに分散される燃料噴霧FUと、キャビティ21内に分散される燃料噴霧FLとの噴霧分配の最適化が図られるようになる。
A
2 is provided with a
キャビティ21は、キャビティ21の底部中央から上側に凸となるように縦断面曲線状に隆起して形成された隆起部25と、リップ部22の下端22Aと隆起部25の下端25Aとに接続されて、径方向外側且つ下側に凸となるように縦断面曲線状に湾曲して形成された湾曲部24とを備えて構成されている。
The
本実施形態において、湾曲部24の縦断面形状を規定する第1曲線部CL1及び、隆起部25の下端から頂部近傍に至る縦断面形状を規定する第2曲線部CL2は、それぞれクロソイド曲線で形成されている。より詳しくは、湾曲部24の第1曲線部CL1は、径方向外側且つ下側に凸となり、ピストン中心側に向かうに従い曲率が大きく設定された第1クロソイド曲線で規定され、隆起部25の第2曲線部CL2は上側に凸となる第2クロソイド曲線で規定されている。第1曲線部CL1は、少なくとも、リップ部22の径方向内側に最も突出する最突出端からピストン軸方向に下した鉛直線VLが第1曲線部CL1と交差するリップ直下方部24Aから、第1曲線部CL1が下方に最も窪む最下端部24Bまでの範囲を第1クロソイド曲線で形成されている。
In the present embodiment, the first curved portion CL1 that defines the vertical cross-sectional shape of the
すなわち、キャビティ21の縦断面形状を直線部分が含まれない第1及び第2クロソイド曲線によって略S字状に形成し、第1曲線部CL1の曲率をピストン中心側に向かうに従い大きく設定したことで、キャビティ21内に流れ込む燃料噴霧FLが燃焼室Aの中央に位置する隆起部25に向かって円滑に流されるようになる。
That is, the longitudinal cross-sectional shape of the
次に、図2〜4に基づいて、本実施形態のピストン20による作用について説明する。
Next, based on FIGS. 2-4, the effect | action by the
図2に示すように、ピストン20の圧縮上死点近傍でインジェクタ17から燃料が噴射されると、燃料の噴霧Fは、キャビティ21のリップ部22に衝突することで、リップ部22よりも上方のスキッシュエリアSに流れ込む燃料噴霧FUと、リップ部22よりも下方のキャビティ21内に流れ込む燃料噴霧FLとに分散される。本実施形態では、リップ部22に段差部23が設けられているので、スキッシュエリアSに分散される燃料噴霧FUと、キャビティ21内に分散される燃料噴霧FLとの噴霧分配の最適化が図られるようになっている。
As shown in FIG. 2, when the fuel is injected from the
すなわち、図3に示すように、燃焼の前半は、燃料噴霧FUがスキッシュエリアS内に効果的に拡散されることで、スキッシュエリアS内の空気(酸素)を有効に利用した燃焼が実現される。 That is, as shown in FIG. 3, the first half of the combustion, by fuel spray F U is effectively diffused into the squish area S, effectively utilizing combustion air (oxygen) in the squish area S is realized Is done.
再び図2に戻って、リップ部22からキャビティ21内に流れ込んだ燃料噴霧FLの流れを説明する。図2中に破線で示す従来構造のキャビティ断面形状では、隆起部の急な傾斜角や、直線部と曲線部とのつながりの悪さによって、燃料噴霧FLはエネルギの減衰が大きくなり、早期に巻き上げられることで、燃焼室Aの中心部の空気を利用した燃焼を効果的に行えない課題があった。これに対し、本実施形態では、燃料噴霧FLがキャビティ21の縦断面形状を規定する二つの第1及び第2クロソイド曲線CL1,2に沿って移動し、特に第1クロソイド曲線CL1は、ピストン中心側に向かうに従い曲率が大きく設定されているため、燃料噴霧FLは、そのエネルギを大きく減衰されることなく、燃焼室Aの中央に位置する隆起部25に向かって円滑に流されるようになる。
Again back to FIG. 2, the flow of the fuel spray F L which flows from the
すなわち、図4に示すように、燃焼の後半は、クロソイド曲線に沿って流される燃料噴霧FLが燃焼室Aの中央付近まで円滑に達することで、燃料噴霧FLのエネルギを最大限に使用し、且つ、燃焼室Aの中央付近の空気(酸素)を有効に利用した燃焼が実現される。 That is, as shown in FIG. 4, the second half of the combustion, that the fuel spray F L which flows along the clothoid curve reaches smoothly to near the center of the combustion chamber A, used to maximize the energy of the fuel spray F L In addition, combustion using the air (oxygen) near the center of the combustion chamber A is realized.
以上詳述したように、本実施形態によれば、リップ部22に段差部23を設けたことで、スキッシュエリアSに分散される燃料噴霧FUと、キャビティ21内に分散される燃料噴霧FLとの噴霧分配の最適化が図られるようになる。これにより、燃焼の前半は、燃料噴霧FUがスキッシュエリアS内に効果的に拡散され、スキッシュエリアS内の空気(酸素)を有効に利用した燃焼を実現することができる。
As described above in detail, according to this embodiment, it has a stepped
また、湾曲部24の縦断面形状を規定する第1曲線部CL1及び、隆起部25の下端から頂部近傍に至る縦断面形状を規定する第2曲線部CL2を第1及び第2クロソイド曲線CL1,2で形成し、特に第1クロソイド曲線CL1は、ピストン中心側に向かうに従い曲率を大きく設定したことで、燃料噴霧FLは、そのエネルギを大きく減衰させることなく、燃焼室Aの中央に位置する隆起部25に向かって流されるようになる。これにより、燃焼の後半は、燃料噴霧FLが燃焼室Aの中央付近まで円滑に達することで、燃料噴霧FLのエネルギを最大限に使用し、且つ、燃焼室Aの中央付近の空気(酸素)を有効に利用した燃焼を実現することが可能になる。
In addition, the first and second clothoid curves CL1, the first curved portion CL1 that defines the vertical cross-sectional shape of the
すなわち、本実施形態によれば、燃焼の前半は燃焼室A内の外周側(スキッシュエリアS側)を利用した燃焼が行われ、さらに、燃焼の後半は燃焼室A内の中央付近を利用した燃焼が行われることで、燃焼室A内の空気を有効利用した燃焼が可能になり、燃焼効率を確実に向上することができる。 That is, according to the present embodiment, the first half of the combustion is performed using the outer peripheral side (squish area S side) in the combustion chamber A, and the second half of the combustion is performed near the center in the combustion chamber A. By performing the combustion, combustion using the air in the combustion chamber A can be performed effectively, and the combustion efficiency can be reliably improved.
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably and can implement.
例えば、第1曲線部CL1は、その径方向外側に最も突出した最側端部24Cから下方に最も窪んだ最下端部24Bまでをクロソイド曲線で形成してもよい。
For example, the first curved line portion CL1 may be formed with a clothoid curve from the
また、第1曲線部CL1は、その径方向外側に最も突出した最側端部24Cから隆起部の下端25Aまでをクロソイド曲線で形成してもよい。
Further, the first curved line portion CL1 may form a clothoid curve from the
また、第1曲線部CL1は、リップ部の下端から隆起部の下端25Aまでをクロソイド曲線で形成してもよい。
In addition, the first curved line portion CL1 may form a clothoid curve from the lower end of the lip portion to the
また、第1曲線部CL1は、リップ部の下端から下方に最も窪んだ最下端部24Bまでをクロソイド曲線で形成してもよい。
Further, the first curved portion CL1 may be formed with a clothoid curve from the lower end of the lip portion to the
また、キャビティ21の縦断面形状を規定する曲線はクロソイド曲線に限定されず、燃料噴霧の流れを妨げないものであれば、三次放物線(三次曲線)又はサインカーブ(サイン半波長逓減曲線)等の他の曲線であってもよい。また、エンジン10は直噴式ディーゼルエンジンに限定されず、直噴式ガソリンエンジン等の他の直噴式エンジンであってもよい。
Moreover, the curve which prescribes | regulates the longitudinal cross-sectional shape of the
10 エンジン
11 シリンダブロック
12 シリンダヘッド
13 吸気バルブ
14 吸気ポート
15 排気バルブ
16 排気ポート
17 インジェクタ
20 ピストン
21 キャビティ
22 リップ部
23 段差部
23A 平坦面部
23B 傾斜面部
24 湾曲部
25 隆起部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
エンジンのピストン。 A cavity is recessed at the top of the piston, an annular lip projecting radially inward is provided at the periphery of the opening of the cavity, and a ridge projecting upward is provided at the bottom of the cavity. between the lip portion and the raised portion, thereby connecting the ridge bottom end and the lip bottom, the curved portion is provided which protrudes in the longitudinal sectional curved radially outward and downward, wherein A curved portion, a portion directly below the lip where a vertical line extending in the piston axial direction from the most projecting end that projects most radially inward of the lip portion intersects, and a bottom end portion that is most recessed below the curved portion. The piston of the engine formed with a curve whose curvature increases as the longitudinal cross-sectional shape of the gap increases toward the piston center .
請求項1に記載のエンジンのピストン。 The piston of the engine according to claim 1, wherein the curve is a clothoid curve.
請求項1又は2に記載のエンジンのピストン。 The bulge portion is provided so as to protrude upward in a longitudinal section from the bottom of the cavity, and at least a part of a curve defining the longitudinal section shape of the bulge is formed by a clothoid curve. Or the piston of the engine of 2 .
請求項1から3の何れか一項に記載のエンジンのピストン。 The piston of the engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the lip portion is provided with an annular step portion that is recessed at a predetermined depth from an upper surface on the inner peripheral side of the lip portion.
請求項4に記載のエンジンのピストン。 The stepped portion is a flat portion of the annular extending radially outwardly from the inner peripheral edge of the lip, in claim 4 including the inclined portion of the annular inclined from the outer peripheral edge of the flat portion obliquely upward The piston of the described engine.
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