JP6526456B2 - diesel engine - Google Patents

diesel engine Download PDF

Info

Publication number
JP6526456B2
JP6526456B2 JP2015061078A JP2015061078A JP6526456B2 JP 6526456 B2 JP6526456 B2 JP 6526456B2 JP 2015061078 A JP2015061078 A JP 2015061078A JP 2015061078 A JP2015061078 A JP 2015061078A JP 6526456 B2 JP6526456 B2 JP 6526456B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cavity
piston
insulating layer
heat insulating
piston head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015061078A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016180360A (en
Inventor
脇坂 佳史
佳史 脇坂
冬頭 孝之
孝之 冬頭
堀田 義博
義博 堀田
森 石井
森 石井
大 中島
大 中島
清広 下川
清広 下川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hino Motors Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Hino Motors Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hino Motors Ltd, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Hino Motors Ltd
Priority to JP2015061078A priority Critical patent/JP6526456B2/en
Publication of JP2016180360A publication Critical patent/JP2016180360A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6526456B2 publication Critical patent/JP6526456B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに関する。   The present invention relates to a diesel engine.

遮熱層を内燃機関の燃焼室内壁に形成することで燃焼室内の燃焼ガスからの熱伝達を低減させて冷却損失を低減し、燃費の向上を図る技術が開示されている。   There is disclosed a technique for reducing the heat transfer from the combustion gas in the combustion chamber by forming the heat shield layer on the inner wall of the combustion chamber of the internal combustion engine to reduce the cooling loss and to improve the fuel efficiency.

例えば、ピストン頂面に設けられたキャビティの側壁とピストン頂面のスキッシュエリアに対向するシリンダヘッドの壁面を他の部位より熱伝導率が低い断熱層により覆う構成が開示されている(特許文献1)。これは、燃焼室全体を遮蔽すると空気の充填効率が悪化するので部分遮蔽にしているが、燃焼室から壁への放熱においてキャビティ側壁とスキッシュエリアに望むシリンダヘッド壁面を介しての放熱が大部分であるという解析の結果によるものである。また、ピストン頂面及びキャビティのリップ部の近傍を断熱層により覆う構成も開示されている(特許文献2)。断熱層を設ける部分としてピストン頂面及びキャビティのリップ部の近傍を選定した理由は記載されていない。また、ピストンヘッドのシリンダヘッド内壁面に対向する頂面、当該頂面に対向するシリンダヘッドの内壁面部分、及びキャビティの側壁の一部を断熱層により覆う構成も開示されている(特許文献3)。これは、ピストンが上死点を迎えた後の膨張行程において、逆スキッシュ現象によりスキッシュエリアに噴き出された火炎が消炎してすすや炭化水素(HC)の排出を増加させる原因となるので、ピストンのスキッシュエリアとそこに望むシリンダヘッド壁面を遮蔽することにより消炎を抑制し、すすや炭化水素(HC)の排出を減少させるためである。   For example, a configuration is disclosed in which the side wall of the cavity provided on the piston top surface and the wall surface of the cylinder head facing the squish area on the piston top surface are covered with a heat insulating layer whose thermal conductivity is lower than that of other parts (Patent Document 1) ). This is partially shielded because shielding the entire combustion chamber degrades the air filling efficiency, but in heat dissipation from the combustion chamber to the wall, most of the heat dissipation through the wall surface of the cylinder head seen in the cavity side wall and squish area It is due to the result of analysis that Moreover, the structure which covers the piston top surface and the vicinity of the lip | rip part of a cavity with a heat insulation layer is also disclosed (patent document 2). The reason for selecting the piston top surface and the vicinity of the lip of the cavity as the portion to provide the heat insulating layer is not described. There is also disclosed a configuration in which a heat insulating layer covers a top surface of the piston head facing the inner wall surface of the cylinder head, an inner wall surface portion of the cylinder head facing the top surface, and a part of the side wall of the cavity. ). This is because, in the expansion stroke after the piston reaches the top dead center, the flame ejected to the squish area by the reverse squish phenomenon is extinguished and causes the emission of soot and hydrocarbons (HC) to increase. By shielding the squish area of the piston and the wall surface of the cylinder head desired there, it is possible to suppress the extinction and reduce the emission of soot and hydrocarbons (HC).

特開2011−256757号公報JP 2011-256757 A 特開2013−87721号公報JP, 2013-87721, A 特開平4−191413号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 4-191413

しかしながら、従来技術では、冷却損失は低減することができるが、吸気が加熱されてしまい、充填効率の悪化を招くおそれがある。また、熱流束の高い噴霧火炎衝突領域での遮熱が不十分であり、熱効率の向上が不十分となる。   However, in the prior art, although the cooling loss can be reduced, the intake air is heated, which may cause the deterioration of the filling efficiency. Moreover, the heat shield in the spray flame collision area where the heat flux is high is insufficient, and the improvement of the thermal efficiency becomes insufficient.

本発明の1つの態様は、ピストンヘッドに設けられた凹状のキャビティの最低部を含むキャビティ底部にピストンの他の部位よりも熱伝導率が低い断熱層を設けると共に、前記ピストンヘッドの頂面及びヘッド内壁面には前記断熱層を設けないことを特徴とするディーゼルエンジンである。   According to one aspect of the present invention, the bottom of the cavity including the lowest part of the concave cavity provided in the piston head is provided with a heat insulating layer having a lower thermal conductivity than the other part of the piston, It is a diesel engine characterized in that the heat insulation layer is not provided on the inner wall surface of the head.

ここで、前記キャビティ底部に加えて、キャビティ側壁に前記断熱層を設けることが好適である。   Here, in addition to the cavity bottom, it is preferable to provide the heat insulating layer on the cavity side wall.

また、前記キャビティは、前記ピストンヘッドの頂面に対して複数段の凹部を有することが好適である。   Preferably, the cavity has a plurality of recessed portions with respect to the top surface of the piston head.

本発明によれば、ディーゼルエンジンの燃焼室内の冷却損失を低減できると共に、吸気の充填効率を高めることができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the cooling loss in the combustion chamber of the diesel engine and to improve the charging efficiency of the intake air.

本発明の実施の形態におけるディーゼルエンジンの構成を示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows the structure of the diesel engine in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるピストンヘッドの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the piston head in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるピストンヘッドの表面領域の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of the surface field of the piston head in an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態におけるピストンヘッドの表面領域の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of the surface field of the piston head in an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態におけるピストンヘッドの表面領域の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of the surface field of the piston head in an embodiment of the present invention. ピストン上面における熱移動量の数値流体力学解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of computational fluid dynamics analysis of the heat transfer amount in a piston upper surface. ピストンのキャビティにおける熱移動量の数値流体力学解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a computational fluid dynamics analysis of the heat transfer amount in the cavity of a piston. シリンダヘッドの内壁面における熱移動量の数値流体力学解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a computational fluid dynamics analysis of the heat transfer amount in the inner wall face of a cylinder head. 燃焼工程におけるピストンヘッドの熱移動量の数値流体力学解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of computational fluid dynamics analysis of the heat transfer amount of the piston head in a combustion process. 断熱層を形成したピストンヘッドの各領域を示す図である。It is a figure which shows each area | region of the piston head which formed the heat insulation layer. ピストンヘッドの各領域に断熱層を形成した場合の熱効率の向上率を示す図である。It is a figure which shows the improvement rate of the thermal efficiency at the time of forming a heat insulation layer in each area | region of a piston head. ピストンヘッドの各領域に断熱層を形成した場合の熱効率の向上率を示す図である。It is a figure which shows the improvement rate of the thermal efficiency at the time of forming a heat insulation layer in each area | region of a piston head. 本発明の実施の形態におけるディーゼルエンジンの構成の別例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of a structure of the diesel engine in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるピストンヘッドの構成の別例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of a structure of the piston head in embodiment of this invention.

本発明の実施の形態におけるディーゼルエンジン100は、図1に示すように、シリンダブロック10に形成されたシリンダボア12、シリンダボア12内を往復運動するピストン14、シリンダブロック10の上部にガスケット16を挟んで取り付けられたシリンダヘッド18を含んで構成される。本実施の形態では、ディーゼルエンジン100は、直噴式ディーゼルエンジンとして説明する。   As shown in FIG. 1, a diesel engine 100 according to an embodiment of the present invention includes a cylinder bore 12 formed in a cylinder block 10, a piston 14 reciprocating in the cylinder bore 12, and a gasket 16 above the cylinder block 10. It comprises the attached cylinder head 18. In the present embodiment, the diesel engine 100 will be described as a direct injection diesel engine.

シリンダヘッド18には、燃焼室20に連通する吸気ポート22及び排気ポート24が設けられる。吸気ポート22には吸気弁26が設けられる。排気ポート24には排気弁28が設けられる。また、シリンダヘッド18には、燃料を燃焼室20内に噴射するための燃料噴射弁(インジェクタ)29が設けられる。   The cylinder head 18 is provided with an intake port 22 and an exhaust port 24 communicating with the combustion chamber 20. An intake valve 26 is provided at the intake port 22. The exhaust port 24 is provided with an exhaust valve 28. Further, the cylinder head 18 is provided with a fuel injection valve (injector) 29 for injecting fuel into the combustion chamber 20.

シリンダボア12、シリンダヘッド18、ピストン14とで囲まれた空間がディーゼルエンジン100の燃焼室20を形成する。また、ピストン14のピストンヘッド14aには、凹状のキャビティ14bが形成される。   A space surrounded by the cylinder bore 12, the cylinder head 18 and the piston 14 forms a combustion chamber 20 of the diesel engine 100. In addition, a concave cavity 14 b is formed in the piston head 14 a of the piston 14.

ディーゼルエンジン100では、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミング(クランク角=0°)で燃料噴射弁29から燃焼室20内に燃料が噴射される。燃焼室20内に噴射された燃料は自着火して燃焼する。燃料の燃焼により、燃焼室20内の圧力が上昇し、ピストン14が押し下げられて往復運動に変換される。   In the diesel engine 100, fuel is injected from the fuel injection valve 29 into the combustion chamber 20 at a timing (crank angle = 0 °) at which the piston 14 is located near the compression top dead center. The fuel injected into the combustion chamber 20 is self-ignited and burned. The combustion of the fuel causes the pressure in the combustion chamber 20 to rise, and the piston 14 is pushed down and converted into a reciprocating motion.

本実施の形態では、図2の拡大図に示すように、ピストン14のピストンヘッド14aに設けられた凹状のキャビティ14bにおけるキャビティ底部30にピストン14の他の部位よりも熱伝導率が低い断熱層40が設けられる。さらに、ピストンヘッド14aの頂面32及びシリンダヘッド18の内壁面には断熱層40が設けられない。   In the present embodiment, as shown in the enlarged view of FIG. 2, a heat insulating layer having a thermal conductivity lower than that of other portions of the piston 14 at the cavity bottom 30 in the concave cavity 14 b provided in the piston head 14 a of the piston 14 40 are provided. Furthermore, the heat insulating layer 40 is not provided on the top surface 32 of the piston head 14 a and the inner wall surface of the cylinder head 18.

また、キャビティ底部30に加えて、キャビティ側壁36に断熱層40を設けることがより好ましい。また、ピストンヘッド14aの頂面32及びシリンダヘッド18の内壁面に加えて、キャビティ山部34には断熱層40を設けないことが好適である。   Further, it is more preferable to provide the heat insulating layer 40 on the cavity side wall 36 in addition to the cavity bottom 30. Further, in addition to the top surface 32 of the piston head 14 a and the inner wall surface of the cylinder head 18, it is preferable not to provide the heat insulating layer 40 in the cavity crest 34.

ここで、図3(a)〜図3(c)に示すように、ピストンヘッド14aの各部は画定される。キャビティ底部30は、図3(a)に示すように、キャビティ14bの最も凹んだ部分(最低部)の円弧(曲線)の中心Oから水平方向に引いた線OPに対してキャビティ14bの中心向きに45°進めた点Aから、キャビティ14bの底部を形成する曲線とキャビティ山部34を形成する直線とが接する点Bまでの領域である。また、キャビティ山部34が直線部を持たず凸の曲線で形成される場合には、キャビティ14の底部を形成する円弧(曲線)との変曲点を点Bとする。   Here, as shown in FIGS. 3A to 3C, each part of the piston head 14a is defined. As shown in FIG. 3A, the cavity bottom 30 is directed toward the center of the cavity 14b with respect to a line OP horizontally drawn from the center O of the arc (curve) of the most concave portion (bottom) of the cavity 14b. From the point A advanced 45 ° to the point B where the curve forming the bottom of the cavity 14b and the straight line forming the cavity crest 34 meet. Further, when the cavity crest 34 has a straight line and is formed by a convex curve, a point of inflection with a circular arc (curve) forming the bottom of the cavity 14 is taken as a point B.

また、図3(b)に示すようにキャビティ14bの底部が直線で形成されている場合、キャビティ底部30は、上記点Aから底部の直線とキャビティ山部34の直線又は曲線との境目である点Bまでの領域とする。   When the bottom of the cavity 14b is formed in a straight line as shown in FIG. 3 (b), the cavity bottom 30 is a boundary between the straight line from the point A and the straight line or curve of the cavity peak 34. It is an area up to point B.

また、図3(c)に示すようにキャビティ14bの底部の円弧(曲線)の範囲が大きく、キャビティ山部34との境目に返りがある場合、キャビティ底部30は、上記点Aから底部の円弧(曲線)とキャビティ山部34の直線又は曲線との境目である点Bまでの領域とする。   Further, as shown in FIG. 3C, when the range of the arc (curve) of the bottom of the cavity 14b is large and the boundary with the cavity crest 34 is reversed, the cavity bottom 30 is an arc from the point A to the bottom. The region up to the point B which is the boundary between (curve) and the straight line or curve of the cavity crest 34 is used.

なお、頂面32は、ピストンヘッド14aの最周辺部から凹状のキャビティ14bとして窪み始める位置までの領域である。キャビティ山部34は、キャビティ底部30からキャビティ14bの最中心部までの領域である。キャビティ側壁36は、頂面32から続いてキャビティ14bとして窪み始める位置からキャビティ底部30の開始点である点Aまでの領域である。   The top surface 32 is an area from the outermost peripheral portion of the piston head 14a to a position where it starts to be recessed as the concave cavity 14b. The cavity crest 34 is a region from the cavity bottom 30 to the outermost center of the cavity 14 b. The cavity side wall 36 is a region from the top surface 32 to a point A which starts to be recessed as the cavity 14 b and to the start point of the cavity bottom 30.

断熱層40は、ピストン14の本体を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料であればよい。断熱層40は、セラミックス材料とすることが好適である。例えば、断熱層40は、ジルコニア、シリカ、アルミナ、チタニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの無機酸化物とすることが好適である。無機酸化物は、溶射法や陽極酸化法により形成することができる。   The heat insulating layer 40 may be a material having a thermal conductivity lower than that of the material constituting the main body of the piston 14. The heat insulating layer 40 is preferably made of a ceramic material. For example, the heat insulating layer 40 is preferably made of an inorganic oxide such as zirconia, silica, alumina, titania, silicon carbide, silicon nitride, or aluminum nitride. The inorganic oxide can be formed by a thermal spraying method or an anodic oxidation method.

断熱層40は、燃焼室20内にて燃焼する燃料からの熱がピストン14の本体に伝わり難くなる程度の膜厚であればよいが、例えば、300μm以上1mm以下とすることが好適である。   The heat insulating layer 40 may have a film thickness such that the heat from the fuel burning in the combustion chamber 20 is not easily transmitted to the main body of the piston 14, but for example, 300 μm or more and 1 mm or less is preferable.

図4は、圧縮上死点を0°としたときにピストン14のクランク角が−330°及び−300°の吸気行程において、ピストン14の上面における熱移動量について数値流体力学解析を行った結果を示す。また、図5は、クランク角が−330°及び−300°の吸気行程において、ピストン14のキャビティ14bにおける熱移動量について数値流体力学解析を行った結果を示す。また、図6は、ピストン14のクランク角が−330°及び−300°の吸気行程においてシリンダヘッド18の内壁面における熱移動量の数値流体力学解析を行った結果を示す。なお、図6において、シリンダヘッド18の内壁面の4つの小円は吸気弁26及び排気弁28が設けられた場所に該当する。   FIG. 4 shows the results of numerical fluid dynamics analysis of the amount of heat transfer on the upper surface of the piston 14 in the intake stroke where the crank angle of the piston 14 is −330 ° and −300 ° when the compression top dead center is 0 °. Indicates Moreover, FIG. 5 shows the result of having conducted the numerical fluid dynamics analysis about the heat transfer amount in the cavity 14b of piston 14 in the intake stroke of crank angle -330 degrees and -300 degrees. Moreover, FIG. 6 shows the result of having conducted the numerical fluid dynamics analysis of the heat transfer amount in the inner wall face of the cylinder head 18 in the intake stroke whose crank angle of piston 14 is -330 degrees and -300 degrees. In FIG. 6, the four small circles on the inner wall surface of the cylinder head 18 correspond to locations where the intake valve 26 and the exhaust valve 28 are provided.

図4から図6に示した熱移動量の解析結果から、ピストンヘッド14aの頂面32、シリンダヘッド18の内壁面では吸気時において壁面からガスへの熱移動量が大きく、ガスが加熱され易い部位であるといえる。これは、吸気が始まる排気上死点近傍(クランク角が−360°付近)では、ピストン14の頂面32とシリンダヘッド18の内壁面との距離が近く、吸気弁26を通過して燃焼室20内に導入された吸気ガスはピストン14の頂面32及びシリンダヘッド18の内壁面に強く衝突して熱をもらい易いからである。また、キャビティ山部34もピストン14の頂面32と同様に吸気ガスが激しく衝突し易く、吸気ガスはキャビティ山部34からも熱をもらい易い。   From the analysis results of the heat transfer amount shown in FIG. 4 to FIG. 6, the heat transfer from the wall surface to the gas is large at the time of intake on the top surface 32 of the piston head 14a and the inner wall surface of the cylinder head 18 It can be said that it is a site. This is because the distance between the top surface 32 of the piston 14 and the inner wall surface of the cylinder head 18 is short near the exhaust top dead center where the intake starts (the crank angle is near -360 °), and passes through the intake valve 26 to the combustion chamber. This is because the intake gas introduced into the inside 20 strongly collides with the top surface 32 of the piston 14 and the inner wall surface of the cylinder head 18 to easily receive heat. Similarly to the top surface 32 of the piston 14, the intake gas is likely to collide with the cavity crest 34 as well, and the intake gas also tends to receive heat from the cavity crest 34.

吸気ガスが過度に加熱されると、燃焼室20内への吸気ガスの充填効率が低下するおそれがあり、ピストンヘッド14aの頂面32及びシリンダヘッド18の内壁面には断熱層40を設けるには適さない領域であるといえる。さらに、キャビティ山部34にも断熱層40を設けないことが好適である。   If the intake gas is excessively heated, the filling efficiency of the intake gas into the combustion chamber 20 may be reduced, and the heat insulating layer 40 is provided on the top surface 32 of the piston head 14a and the inner wall surface of the cylinder head 18. Is an unsuitable area. Furthermore, it is preferable not to provide the heat insulating layer 40 also in the cavity crest 34.

図7は、燃焼室20に導入された燃料ガスの燃焼行程におけるピストンヘッド14aの熱移動量の数値流体力学解析を行った結果を示す。燃焼ガスからピストンヘッド14aへの熱移動量が特に大きい領域はキャビティ側壁36であり、次いでキャビティ底部30である。そこで、燃焼工程において十分な遮熱効果を得るためには、キャビティ側壁36とキャビティ底部30とを断熱層40にて熱遮蔽することが好適である。   FIG. 7 shows the result of numerical fluid dynamics analysis of the amount of heat transfer of the piston head 14 a in the combustion stroke of the fuel gas introduced into the combustion chamber 20. The region where the amount of heat transfer from the combustion gas to the piston head 14a is particularly large is the cavity sidewall 36 and then the cavity bottom 30. Therefore, in order to obtain a sufficient heat shielding effect in the combustion process, it is preferable to thermally shield the cavity side wall 36 and the cavity bottom 30 by the heat insulating layer 40.

図8は、ピストンヘッド14aの一部を切り出した斜視図である。図8に示すピストンヘッド14aの各領域A〜Hのいずれかに断熱層40を形成したときの熱効率の向上率を測定し、各領域A〜Hのどの領域に断熱層40を形成することが効果的であるか検討した。断熱層40は、熱伝導率λ=3.2W/mKのセラミックス(例えば、ジルコニア等の金属酸化物の溶射)を溶射して形成した。なお、シリンダヘッド18の内壁面には断熱層40は形成しなかった。熱効率は、高速全負荷での運転条件にて求めた。   FIG. 8 is a perspective view of a part of the piston head 14a. The improvement rate of the thermal efficiency when the heat insulating layer 40 is formed in any of the regions A to H of the piston head 14a shown in FIG. 8 is measured, and the heat insulating layer 40 is formed in any of the regions A to H. We examined whether it was effective. The heat insulating layer 40 was formed by thermal spraying of a ceramic having a thermal conductivity λ of 3.2 W / mK (for example, thermal spraying of a metal oxide such as zirconia). The heat insulating layer 40 was not formed on the inner wall surface of the cylinder head 18. The thermal efficiency was determined under high speed full load operating conditions.

図9は、領域D及び領域E、領域C〜E、及び領域C〜Gに膜厚300μmの断熱層40を形成したときの熱効率の向上率(%)を示すグラフである。図10は、領域D及び領域E、領域C〜E、及び領域C〜Gに膜厚500μmの断熱層40を形成したときの熱効率の向上率(%)を示すグラフである。図9及び図10では、領域C〜Gに膜厚500μmの断熱層40を形成した場合における熱効率の向上率を1.0として相対的な値を示している。ここで、領域D及び領域Eは、キャビティ側壁36に相当する。領域Cは、キャビティ底部30に相当する。領域F及び領域Gは、ピストンヘッド14aの頂面32に相当する。   FIG. 9 is a graph showing the improvement rate (%) of the thermal efficiency when the heat insulating layer 40 with a film thickness of 300 μm is formed in the regions D and E, the regions C to E, and the regions C to G. FIG. 10 is a graph showing the improvement rate (%) of the thermal efficiency when the heat insulating layer 40 with a film thickness of 500 μm is formed in the regions D and E, the regions C to E, and the regions C to G. In FIG. 9 and FIG. 10, when the heat insulation layer 40 with a film thickness of 500 μm is formed in the regions C to G, the relative value is shown, assuming that the improvement rate of the thermal efficiency is 1.0. Here, the region D and the region E correspond to the cavity sidewall 36. Region C corresponds to the cavity bottom 30. The area F and the area G correspond to the top surface 32 of the piston head 14a.

領域D及び領域Eのみに断熱層40を形成した場合には熱効率の向上は小さいが、領域C(キャビティ底部30)を含む領域C〜Eに断熱層40を形成した場合には熱効率が大幅に向上した。一方、領域C〜Eに加えて、さらに領域F及び領域G(ピストンヘッド14aの頂面32)に断熱層40を形成した場合、領域C〜Eのみに断熱層40を形成した場合に比べて熱効率は殆ど変化が見られなかった。   When the thermal insulation layer 40 is formed only in the regions D and E, the improvement of the thermal efficiency is small, but when the thermal insulation layer 40 is formed in the regions C to E including the region C (cavity bottom 30), the thermal efficiency is largely Improved. On the other hand, when the heat insulating layer 40 is formed on the regions F and G (the top surface 32 of the piston head 14a) in addition to the regions C to E, compared to the case where the heat insulating layer 40 is formed only on the regions C to E There was almost no change in the thermal efficiency.

上記のように、領域F及び領域G(ピストンヘッド14aの頂面32)に断熱層40を形成した場合には吸気行程中にガスが加熱されて、吸気の充填効率が下がるおそれがある。そして、熱効率の向上にも大きな効果を与えることがないので、領域F及び領域G(ピストンヘッド14aの頂面32)には断熱層40を形成せず、領域C〜E(キャビティ底部30及びキャビティ側壁36)にのみ断熱層40を形成することが好ましい。   As described above, when the heat insulating layer 40 is formed in the region F and the region G (the top surface 32 of the piston head 14a), the gas may be heated during the intake stroke, and the filling efficiency of the intake may decrease. And since the thermal efficiency is not greatly improved, the heat insulating layer 40 is not formed on the region F and the region G (the top surface 32 of the piston head 14a), and the regions C to E (cavity bottom 30 and cavity) It is preferable to form the heat insulating layer 40 only on the side wall 36).

なお、図11の断面図及び図12の拡大断面図に示すように、キャビティ側壁36に複数の段差32b,36a,36bを設けた構成において本願発明の効果はより顕著となる。キャビティ側壁36に複数の段差32b,36a,36bを設けることによって、ピストンヘッド14aとシリンダヘッド18の内壁面との距離が遠ざかるときも、同様に、燃焼室20の中央部から周辺部へ向かう燃料ガスの速度が抑えられ、キャビティ14bの壁面に沿った燃料ガスの流れが顕著となり、キャビティ底部30に燃料ガスが留まる時間が長くなる。その結果、キャビティ底部30における断熱層40の断熱の影響を受け易くなり、キャビティ底部30に断熱層40を設けることによる熱効率の向上がより顕著となる。なお、本発明では、キャビティ14bの内側からみて1段目の段差36a,36bをキャビティ側壁36とみなし、2段目以降の段差32bはピストンヘッド14aの頂面32とみなすものとする。   As shown in the cross sectional view of FIG. 11 and the enlarged cross sectional view of FIG. 12, the effect of the present invention becomes more remarkable in the configuration in which the cavity side wall 36 is provided with the plurality of steps 32b, 36a, 36b. Even when the distance between the piston head 14a and the inner wall surface of the cylinder head 18 is increased by providing the plurality of steps 32b, 36a, 36b in the cavity side wall 36, the fuel is directed from the center to the periphery of the combustion chamber 20 as well. The velocity of the gas is reduced, the flow of the fuel gas along the wall of the cavity 14 b becomes remarkable, and the time for which the fuel gas stays in the cavity bottom 30 is extended. As a result, it becomes susceptible to the heat insulation of the heat insulation layer 40 in the cavity bottom 30, and the improvement of the thermal efficiency by providing the heat insulation layer 40 in the cavity bottom 30 becomes more remarkable. In the present invention, the steps 36a and 36b in the first step are regarded as the cavity side wall 36 and the steps 32b in the second and subsequent steps are considered to be the top surface 32 of the piston head 14a.

10 シリンダブロック、12 シリンダボア、14 ピストン、14a ピストンヘッド、14b キャビティ、16 ガスケット、18 シリンダヘッド、20 燃焼室、22 吸気ポート、24 排気ポート、26 吸気弁、28 排気弁、29 燃料噴射弁、30 キャビティ底部、32 頂面、34 キャビティ山部、36 キャビティ側壁、36a,36b 段差、40 断熱層、100 ディーゼルエンジン。   Reference Signs List 10 cylinder block, 12 cylinder bore, 14 piston, 14a piston head, 14b cavity, 16 gasket, 18 cylinder head, 20 combustion chamber, 22 intake port, 24 exhaust port, 26 intake valve, 28 exhaust valve, 29 fuel injection valve, 30 Cavity bottom, 32 top surface, 34 cavity crest, 36 cavity side wall, 36a, 36b step, 40 thermal barrier, 100 diesel engine.

Claims (1)

ピストンヘッドに設けられ、前記ピストンヘッドの周辺部のキャビティ側壁から最低部であるキャビティ底部を介して中央部のキャビティ山部に繋がる凹状のキャビティの前記キャビティ側壁の少なくとも一部及び前記キャビティ底部にピストンの他の部位よりも熱伝導率が低い断熱層が設けられていると共に、前記ピストンヘッドの頂面及び前記キャビティ山部並びにシリンダヘッド内壁面には前記断熱層が設けられておらず、
前記キャビティ側壁は、前記ピストンヘッドの周辺部に位置する前記ピストンヘッドの頂面から前記キャビティ底部にかけて第1の段差、第2の段差及び第3の段差からなる3段の段差を有し、
前記第1の段差から前記第2の段差の手前までの領域には前記断熱層が設けられておらず、前記第2の段差から前記第3の段差を介して前記キャビティ底部に亘って連続的に前記断熱層が設けられていることを特徴とするディーゼルエンジン。
A piston is provided on at least a portion of the cavity sidewall and the cavity bottom of a concave cavity which is provided on a piston head and connected to a central cavity peak through a cavity bottom which is the lowest from a cavity sidewall on the periphery of the piston head And a heat insulating layer having a thermal conductivity lower than that of the other portion of the cylinder head, and the heat insulating layer is not provided on the top surface of the piston head and the cavity ridge portion and the inner wall surface of the cylinder head.
The cavity side wall has a three-step difference including a first step, a second step, and a third step from the top surface of the piston head located at the periphery of the piston head to the cavity bottom.
The heat insulating layer is not provided in a region from the first step to the front of the second step, and the second step and the third step are continuously extended from the second step to the cavity bottom. A diesel engine provided with the thermal insulation layer .
JP2015061078A 2015-03-24 2015-03-24 diesel engine Active JP6526456B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015061078A JP6526456B2 (en) 2015-03-24 2015-03-24 diesel engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015061078A JP6526456B2 (en) 2015-03-24 2015-03-24 diesel engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016180360A JP2016180360A (en) 2016-10-13
JP6526456B2 true JP6526456B2 (en) 2019-06-05

Family

ID=57131330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015061078A Active JP6526456B2 (en) 2015-03-24 2015-03-24 diesel engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6526456B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10941727B2 (en) 2017-04-04 2021-03-09 Nissan Motor Co., Ltd. Piston

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0180650U (en) * 1987-11-20 1989-05-30
JP3804879B2 (en) * 1997-03-06 2006-08-02 ヤンマー株式会社 Combustion method of direct injection diesel engine
SE524347C2 (en) * 2002-02-01 2004-07-27 Scania Cv Abp Internal combustion engine
JP2007187093A (en) * 2006-01-13 2007-07-26 Toyota Industries Corp Premixture compression hypergolic combustion engine
JP2008215244A (en) * 2007-03-06 2008-09-18 Toyota Motor Corp Combustion chamber of internal combustion engine
FR2946393A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-10 Inst Francais Du Petrole FUEL INJECTION METHOD IN DIRECT INJECTION AUTO-INFLAMMATION INTERNAL COMBUSTION ENGINE
JP2013015054A (en) * 2011-07-02 2013-01-24 Toyota Motor Corp Cylinder injection type internal combustion engine
WO2013025651A1 (en) * 2011-08-12 2013-02-21 Mcalister Technologies, Llc Combustion chamber inserts and associated methods of use and manufacture
JP2014238011A (en) * 2013-06-06 2014-12-18 日野自動車株式会社 Combustion chamber structure of direct injection type diesel engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016180360A (en) 2016-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9957916B2 (en) Internal combustion engine
JP5082987B2 (en) Internal combustion engine
JP5575926B2 (en) Spark ignition engine piston
JP2011169232A (en) Internal combustion engine
JP5617785B2 (en) Internal combustion engine
JP5974701B2 (en) Engine combustion chamber structure
JP6544378B2 (en) Engine combustion chamber structure
JP2014234740A (en) Compression ignition type internal combustion engine
JP6526456B2 (en) diesel engine
JPWO2018185847A1 (en) piston
JP2009293611A (en) Engine piston
JP2013164028A (en) Piston
JP2014088863A (en) Internal combustion engine
JP5987450B2 (en) Engine combustion chamber structure
JP2018184860A (en) Piston of internal combustion engine and piston cooling control method of internal combustion engine
JP6446973B2 (en) Internal combustion engine
JP6006276B2 (en) Internal combustion engine
JP2017001235A (en) Thermal insulation structure
JP7135758B2 (en) spark ignition internal combustion engine
JP4983488B2 (en) Internal combustion engine
JP5528647B1 (en) Piston type internal combustion engine
JP2019015251A (en) diesel engine
JP2011256757A (en) Combustion chamber structure of compression ignition internal combustion engine
JP5327112B2 (en) Piston structure of internal combustion engine
WO2013161528A1 (en) Engine combustion chamber structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180828

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180829

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181010

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190312

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190410

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190423

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190508

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6526456

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250