JP4653761B2 - ディーゼルエンジンのためのピストンのヘッド内の燃焼凹み - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の、ディーゼルエンジンのためのピストンのヘッド内の燃焼凹みに関する。

直接噴射式のディーゼルエンジン内では、燃料・空気・混合物の燃焼が、通常は燃焼凹み内で行われる。この燃焼凹みはディーゼルエンジンのピストンのヘッド内に成形されている。この場合に燃焼凹みの半径方向外側の縁部領域にアンダカットを設けることが公知である。既にドイツ連邦共和国特許第７２１８８９号明細書には、このことの利点として、当該ディーゼルエンジンの広い回転数範囲内で一定不変のトルク曲線が得られることが挙げられた。ドイツ連邦共和国特許第１０５５８７３号明細書によれば、このことの原因は、アンダカットによりもたらされる渦動およびこれによりもたらされる、燃焼凹み内へ噴射される燃料の蒸発の改善である。

ヨーロッパ特許庁特許第０１０５９３３号明細書につき、偏心的に配置された燃焼凹みを有するディーゼルエンジンのためのピストンが公知である。この燃焼凹みの半径方向外側の縁部領域内には、燃料ノズルの複数の噴射開口を介して燃料が噴射される。燃料の渦動ひいては蒸発を改良するためには、ピストンは縁部領域にわたって一様に分配された多数の切欠きを有している。

上記従来技術は、燃料・空気混合物の燃焼に基づき特に燃焼凹みの半径方向外側の縁部が極めて高い温度負荷にさらされており、この温度負荷が燃焼凹みの損傷をもたらす恐れがあることが欠点である。

ドイツ連邦共和国実用新案第８０２６１５９号明細書では、この問題を解決するために、中央に配置された燃焼凹みの縁部とピストンヘッド縁部との間に冷却通路を設けることが提案される。この従来技術によるピストンは２弁エンジンにおいて使用される。燃料ノズルが、ピストン長手方向軸線に対して対称的に位置する流入弁と流出弁とに隣接して、すなわち、ピストン長手方向軸線に関して偏心的に配置されているこの２弁エンジンでは、有利には燃焼凹みもピストン長手方向軸線に対して偏心的に配置されており、これにより、燃料を燃料ノズルから問題なしに燃焼凹み内へ噴射することができる。

この場合に、ピストンのトップランドと、このトップランドに隣接して位置する、偏心的に配置された燃焼凹みの縁部領域との間には冷却通路のためのスペースが提供されておらず、これにより、少なくともこの領域内では、冷却通路はピストンヘッドからさらに離隔されてピストンのボス領域内に配置されなければならない。このことは、この領域内では、燃焼凹み、凹み頸部の縁部及び熱的に極めて高い負荷を受ける圧縮リング溝までもが劣悪に冷却され、損傷される危険があるという欠点を有している。別の欠点としては、この場合に通常はピストンヘッドの近傍に位置する冷却通路が、ピストン長手方向軸線に対して傾斜した位置をとり、このことが製造技術的な問題をもたらすことである。

最後にこの場合には、ピストンヘッドの縁部領域内に配置された冷却通路部分と、この冷却通路部分から離隔されて位置する、偏心的に配置された燃焼凹みの縁部領域との間の間隔が極めて大きく、これにより、燃焼凹みのこの縁部領域の冷却までもが妨げられるという問題が生じる。

従来技術のこれらの欠点を阻止することが本発明の課題である。この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。本発明の有利な構成が従属請求項の対象である。

次に本発明の実施の形態を図面につきさらに詳しく説明する。

図１は、ディーゼルエンジンのためのピストン２のヘッド１の平面図を示している。このヘッド１内には、ピストン長手方向軸線３に対して偏心的に配置された燃焼凹み４が成形されている。この燃焼凹み４には、非円形に形成された半径方向外側の制限部と円形の凹み頸部５とが設けられている。燃焼凹みの半径方向外側の制限部は、ほかの図面による平面図では見ることができないが、実線で示されている。なぜならば、本発明の核は特にこれらの凹みの形状及び配置に関係しているからである。しかしながら、図１には、図２に図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、ピストン２のヘッド領域の断面図で示した冷却されるリング支持体７の半径方向内側の制限部６が破線で示されている。図２は、凹み頸部５と、燃焼凹み４全体を取り囲むアンダカット８とを有する燃焼凹み４の横断面形状をも示している。

この場合に、燃焼凹み４のアンダカット８の半径方向外側の制限部は、冷却されるリング支持体７の半径方向内側の制限部に全ての領域で接近し、これにより、冷却通路９により、図示していない圧縮リングのための溝１０のみならず、特に燃焼凹み４の全ての縁部領域も冷却される。

図１及び図２による燃焼凹み４とは異なり、図３に示した凹み頸部１１は楕円形に形成されている。このことの利点は、これにより生じるアンダカット８′が、凹み頸部１１の主軸線領域の近傍で、図１及び図２に示した実施例に比べて縮小されていることである。

図４、図５及び図６に示した燃焼凹み１２は、ピストン１４のヘッド１３の領域内でピストン長手方向軸線３に対して偏心的に配置されており、かつ非円形に形成されている。特に図６による、ピストン１４のヘッド領域の断面図が示すように、燃焼凹み１２は領域１５内にはアンダカットを有しておらず、このことは、この領域１５内において冷却通路９の冷却作用に基づく凹み縁部及び凹み頸部温度のできる限り最良の低下をもたらす。

図７、図８及び図９による燃焼凹み１６の構成は、中央に配置された突起状に形成された一体成形部１７を有している。この一体成形部１７は、燃焼凹み１６内に吹き付けられた燃料のより良好な渦動のために、ひいては燃焼の改善のために働く。

図１０、図１１、図１２、図１３及び図１４に示した燃焼凹み１８，１９，２０，２１，２２の構成は、次のような形状、すなわち、噴射ノズルの孔の配向と数、及び噴射ノズルから出て燃焼凹み１８〜２２内へ吹き付けられる燃焼噴射流の幅に適合された形状を有している。したがって、図１０による燃焼凹み１８は、ピストン長手方向軸線３に対して偏心的に配置されており、円形の凹み頸部２６を設けられており、断面図で見て円形アーチ状の、互いに向かい合った２つの領域２３及び２４から構成されている。この燃焼凹み１８は周全体にわたってアンダカット３８を有している。

図１１による燃焼凹み１９は、互いに向かい合った２つの領域２５及び２５′にアンダカットを有していないことにより、燃焼凹み１８（図１９）とは異なっている。

図１２による燃焼凹み２０は、凹み頸部が、燃焼凹み２０に対して対称的には配置されておらず、領域２９内にアンダカットを有していないことにより、図１０及び図１１による燃焼凹み１８及び１９とは異なっている。燃焼凹み２０は主に２つの円形セグメント２７及び２８から構成されている。

図１３及び図１４による燃焼凹み２１及び２２は、それぞれ３つの円セグメントから成っている。しかしながら、燃焼凹みが３つよりも多い円セグメントから構成されていることも可能である。それぞれの円セグメントの大きさ及び配置は、この場合それぞれの円セグメント内へ導入される燃焼噴射流の方向及び幅に対応していてよい。この場合に種々異なった直径の孔を有する噴射ノズルが使用される。

図１３による燃焼凹み２１は、３つの円セグメント３０，３１及び３２と、アンダカットのない領域３３とから形成されている。

図１４に示した燃焼凹み２２は、種々異なった直径の円セグメント３４，３５，３６と、周にわたって変化する横断面を有する環状のアンダカットとから成っている。

燃焼凹みの図示していない別の構成が、この場合には燃焼凹みの半径方向外側の制限部のみでなく、燃焼凹みの凹み頸部も非円形に形成されていることにより特徴づけられている。この場合には、燃焼凹みの作製が２つ又はそれよりも多い加工ステップでそれぞれ軸線対称の加工による行われ、この場合にピストンが加工段階の間に対応した方向に摺動されることを考慮した場合には、このことにより、部分円状の角隅領域の例外を有する燃焼凹みに、三角、四角又は多角の形状を与える可能性が付与されていることが明らかである。

偏心的に配置された燃焼凹みを有する、本発明によるピストンの平面図である。 図１によるピストンのヘッド領域のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 楕円形に成形された凹み頸部を有する偏心的に配置された燃料凹みを備えたピストンの平面図である。 側方にアンダカットを有していない、偏心的に配置された燃焼凹みを有するピストンの平面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った、ピストンのヘッド領域の断面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った、ピストンのヘッド領域の断面図である。 燃焼凹みの中央に配置された突起状の一体成形部を有する、図４に基づくピストンの平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った、ピストンのヘッド領域の断面図である。 図７のＩＸ−ＩＸに沿った、ピストンのヘッド領域の断面図である。 断面図で見て半円形の２つの領域から構成され、周全体にわたってアンダカットされた、偏心的に配置された燃焼凹みを有するピストンの平面図である。 断面図で見て半円形の２つの領域から構成され、互いに向かい合った側にアンダカットを有していない、偏心的に配置された燃焼凹みを有するピストンの平面図である。 噴射ノズルの孔の数と配向に形状を適合させた、偏心的に配置された燃焼凹みを有するピストンの平面図である。 噴射ノズルの孔の数と配向に形状を適合させた、偏心的に配置された燃焼凹みを有するピストンの別の平面図である。 噴射ノズルの孔の数と配向に形状を適合させた、偏心的に配置された燃焼凹みを有するピストンの別の平面図である。

符号の説明

１ ピストン２のヘッド、 ２，２′ ピストン、 ３ ピストン長手方向軸線、 ４，４′ 燃焼凹み、 ５ 凹み頸部、 ６ 冷却されるリング支持体７の半径方向内側の制限部、 ７ 冷却されるリング支持体、 ８，８′ アンダカット、 ９ 冷却通路、 １０ 圧縮リングのための溝、 １１ 楕円形の凹み頸部、 １２ 燃焼凹み、 １３ ピストン１４のヘッド、 １４ ピストン、 １５ 燃焼凹み１２の領域、 １６ 燃焼凹み、 １７ 一体成形部、 １８，１９，２０，２１，２２ 燃焼凹み、 ２３，２４ 燃焼凹み１８の領域、 ２５，２５′ 燃焼凹み１９の領域、 ２６ 凹み頸部、 ２７，２８ 円セグメント、 ２９ 燃焼凹み２０の領域、 ３０，３１，３２ 円セグメント、 ３３ 燃焼凹み２１の領域、 ３４，３５，３６ 円セグメント、 ３８ アンダカット

Claims (8)

1. ディーゼルエンジンのためのピストン（２，２′，１４）のヘッド（１，１３）内の燃焼凹み（４，４′，１２，１６，１８，１９，２０，２１，２２）であって、
   ピストン（２，２′，１４）の半径方向外側のピストンヘッド側の縁部部分内に配置された、冷却されるリング支持体（７）が設けられており、
   燃焼凹み（４，１２，１６，１８〜２２）並びに該燃焼凹み（４，１２，１６，１８〜２２）の凹み頸部（５，１１，２６）が、ピストン長手方向軸線（３）に対して偏心的に配置されている形式のものにおいて、
   燃焼凹み（４，１２，１６，１８〜２２）の半径方向外側の縁部領域の少なくとも一部内に、凹み頸部（５，１１，２６）に関して半径方向外側へ延びるアンダカット（８，８′，３８）が、次の範囲内で成形されている、すなわち、燃焼凹み（４，１２，１６，１８〜２２）の半径方向外側の縁部領域全体が、燃焼凹み（４，１２，１６，１８〜２２）に対する冷却されるリング支持体（７）の冷却作用のために冷却通路（９）の十分に近傍に配置されている範囲内で成形されており、燃焼凹み（１６）のヘッドの中央部内に、突起状に形成された一体成形部（１７）が配置されていることを特徴とする、ディーゼルエンジンのためのピストン（２，２′，１４）のヘッド（１，１３）内の燃焼凹み（４，４′，１２，１６，１８，１９，２０，２１，２２）。
2. 円形の凹み頸部（５，２６）が設けられている、請求項１記載の燃焼凹み（４，１２，１６，１８〜２２）。
3. 楕円形に成形された凹み頸部（１１）が設けられている、請求項１記載の燃焼凹み（４′）。
4. アンダカットを有する少なくとも１つの半径方向外側の縁部領域と、アンダカットなしの少なくとも１つの半径方向外側の縁部領域（１５，２５，２５′，２９，３３）とが設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃焼凹み（１２，１６，２０，２１，２２）。
5. 当該燃焼凹み（１８〜２０）が、互いに向かい合った２つの円セグメント状部分（２３，２４，２７，２８）から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃焼凹み（１８〜２０）。
6. 当該燃焼凹み（２１，２２）が、２つよりも多い円セグメント状部分（３０，３１，３２，３４，３５，３６）から成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃焼凹み（２１，２２）。
7. 円セグメント状部分（２３，２４，２７，２８，３０，３１，３２，３４，３５，３６）の半径方向外側の縁部領域が、互いに連続して移行するように加工されている、請求項５又６記載の燃焼凹み（１８〜２２）。
8. 燃焼凹み（４，１２，１６，１８〜２２）内へ、燃料が噴射ノズルを介して噴射され、該噴射ノズルの孔が次のように寸法取りされ、配置されている、すなわち、燃料噴射流の幅及び配向が、所属の凹み領域の局部的な広がりに適合されているように寸法取りされ、配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃焼凹み（４，１２，１６，１８〜２２）。

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