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JP7582281B2 - Combustion chamber structure of an internal combustion engine - Google Patents

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JP7582281B2
JP7582281B2 JP2022153393A JP2022153393A JP7582281B2 JP 7582281 B2 JP7582281 B2 JP 7582281B2 JP 2022153393 A JP2022153393 A JP 2022153393A JP 2022153393 A JP2022153393 A JP 2022153393A JP 7582281 B2 JP7582281 B2 JP 7582281B2
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Description

本開示は、内燃機関の燃焼室構造に関する。 This disclosure relates to the combustion chamber structure of an internal combustion engine.

燃料をキャビティに向けて直接噴射する直噴型の内燃機関のうち、1気筒当たりの吸気バルブと排気バルブの数が1つずつの内燃機関では、ポンピングロス増加を避けるため、できるだけバルブ径を大きくすることが望ましい。このような内燃機関として、特許文献1には、キャビティの中心をシリンダの中心からオフセットし、燃料噴射弁をキャビティ中央からオフセットしてピストン軸に対して所定の角度ずらして取り付けた直噴ディーゼルエンジンが記載されている。 In direct injection internal combustion engines that inject fuel directly into the cavity, in internal combustion engines with one intake valve and one exhaust valve per cylinder, it is desirable to make the valve diameter as large as possible to avoid increasing pumping loss. As such an internal combustion engine, Patent Document 1 describes a direct injection diesel engine in which the center of the cavity is offset from the center of the cylinder, and the fuel injection valve is offset from the center of the cavity and installed at a specified angle with respect to the piston axis.

また、特許文献2には、低速運転時におけるスキッシュエリアへの燃料噴霧の拡散状況を改善すること等を目的とした提案がなされている。特許文献2にて提案されている燃焼室構造は、キャビティの開口の外周部にピストン頂面に対し所要深さ窪んで段差を成し且つ半径方向外側へ向かうにつれ徐々に上昇して凹面状に立ち上がるガイド面を備えた抉り部と、該抉り部の底面の内周部とキャビティの底面から立ち上がる燃焼室壁面部とによりピストン頂面から一段下がった位置に形成されたリップ部とを、含んでいる。 Patent Document 2 also proposes a method for improving the diffusion of fuel spray into the squish area during low-speed operation. The combustion chamber structure proposed in Patent Document 2 includes a gouged portion on the outer periphery of the cavity opening that is recessed to a required depth relative to the piston top surface to form a step and has a guide surface that gradually rises and rises in a concave shape as it moves radially outward, and a lip portion that is formed at a position one step lower than the piston top surface by the inner periphery of the bottom surface of the gouged portion and a combustion chamber wall portion that rises from the bottom surface of the cavity.

図5は、特許文献1及び2に記載されているような構造を備えた、従来例の内燃機関の燃焼室構造の一例を示す模式図である。図5の例では、ピストン106の頂面6aから下方向に窪むキャビティ110が設けられている。キャビティ110の中心は、ピストン中心軸A1から紙面右方向にオフセットされている。 Figure 5 is a schematic diagram showing an example of a conventional combustion chamber structure of an internal combustion engine having a structure as described in Patent Documents 1 and 2. In the example of Figure 5, a cavity 110 is provided that is recessed downward from the top surface 6a of the piston 106. The center of the cavity 110 is offset to the right of the page from the piston central axis A1.

また、キャビティ110には、キャビティの開口の外周部に頂面6aに対し所定の深さ窪んで段差を成し且つ半径方向外側へ向かうにつれ徐々に上昇して凹面状に立ち上がるガイド面122を備えた段差部121と、段差部121の底面の内周部とキャビティ110の底面から立ち上がる燃焼室壁面部とにより頂面6aから一段下がった位置に形成されたリップ部123が形成されている。また、リップ部123とキャビティ110の底面との間の燃焼室壁面には、断面が円弧状になるボール部111が形成されている。 The cavity 110 is also formed with a step portion 121 on the outer periphery of the cavity opening, which is recessed to a predetermined depth from the top surface 6a to form a step and has a guide surface 122 that gradually rises and rises in a concave shape as it moves radially outward, and a lip portion 123 formed at a position one step lower from the top surface 6a by the inner periphery of the bottom surface of the step portion 121 and a combustion chamber wall portion that rises from the bottom surface of the cavity 110. In addition, a ball portion 111 with an arc-shaped cross section is formed on the combustion chamber wall surface between the lip portion 123 and the bottom surface of the cavity 110.

図5には、吸気弁3と燃料噴射弁5も示されている。燃料噴射弁5の噴霧口は、キャビティ中心軸から紙面右方向にオフセットされた軸B1上にある。また、燃料噴射弁5の軸B2は、ピストン中心軸A1に平行な軸B1に対して斜めに傾いている。 Figure 5 also shows the intake valve 3 and the fuel injector 5. The spray nozzle of the fuel injector 5 is on an axis B1 that is offset to the right of the page from the cavity center axis. Also, the axis B2 of the fuel injector 5 is inclined at an angle to the axis B1 that is parallel to the piston center axis A1.

特開2000-199431号公報JP 2000-199431 A 特開2014-238011号公報JP 2014-238011 A

図6は、従来例に係る燃焼室構造における燃料噴霧の一例を示す模式図である。図6に示した従来例のように、リップ部123及び段差部121を有する形状の燃焼室では、燃料と空気が混ざりやすくするために、リップ部123を狙って燃料を噴霧することが一般的である。リップ部123に衝突した燃料は、段差部121に沿ってピストン6の頂面6aへ向かうものと、ボール部111へ向かうものに分断されて広がっていき、空気と混合され、燃焼する。 Figure 6 is a schematic diagram showing an example of fuel spray in a conventional combustion chamber structure. In a combustion chamber having a shape with a lip portion 123 and a step portion 121, as in the conventional example shown in Figure 6, it is common to spray fuel aimed at the lip portion 123 to facilitate mixing of the fuel and air. The fuel that collides with the lip portion 123 is divided along the step portion 121 into a portion heading toward the top surface 6a of the piston 6 and a portion heading toward the ball portion 111, and spreads out, where it is mixed with the air and combusted.

ここで、キャビティ中心軸からオフセットされ、さらに斜めに傾いて配置されている燃料噴射弁5では、ノズルの角度と噴霧の角度が緩やかな方向F1側において、ノズルの角度と噴霧の角度が直角に近くなる方向F2側よりも多くの燃料が噴霧される。よって、方向F1側では、方向F2側と比べて、空気との混合を果たせない燃料が生じやすくなる。例えば、方向F1側において段差部121に沿ってピストン106の頂面6aへ向かった燃料は、シリンダヘッド2の下面2aとの干渉により拡散がせき止められ、噴霧の広がりと空気との混合が阻害されやすくなる。 Here, in the fuel injection valve 5, which is offset from the cavity central axis and further inclined, more fuel is sprayed in the direction F1, where the nozzle angle and spray angle are gentle, than in the direction F2, where the nozzle angle and spray angle are closer to a right angle. Therefore, in the direction F1, fuel that cannot mix with the air is more likely to occur than in the direction F2. For example, fuel that travels along the step portion 121 toward the top surface 6a of the piston 106 in the direction F1 is blocked from diffusing due to interference with the bottom surface 2a of the cylinder head 2, and the spread of the spray and mixing with the air are likely to be hindered.

図7は、従来例に係る燃焼室構造に向けて噴霧された燃料の拡散状況を示す模式図である。図7に示すように、図6で方向F1側に噴霧され、シリンダヘッド2の下面2aとの干渉により拡散がせき止められた燃料は、領域X11で局所的に過濃となる。そして、スート(煤)を多く排出する原因となるおそれがある。一方で、ピストン106の頂面6aとシリンダヘッド2の下面2aとの間のスキッシュエリアには、燃料との混合を果たせなかった空気が残ってしまう。 Figure 7 is a schematic diagram showing the diffusion of fuel sprayed toward a conventional combustion chamber structure. As shown in Figure 7, the fuel sprayed in the direction F1 in Figure 6 and whose diffusion is blocked by interference with the lower surface 2a of the cylinder head 2 becomes locally over-concentrated in region X11. This may cause a large amount of soot to be emitted. Meanwhile, air that did not mix with the fuel remains in the squish area between the top surface 6a of the piston 106 and the lower surface 2a of the cylinder head 2.

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本開示は、段差部を設けた燃焼室構造において、噴霧の広がりとシリンダヘッドとの干渉度合いを低減させ、空気と燃料の混合を促進させることを目的とする。 This disclosure has been made in consideration of the above problems. In other words, the purpose of this disclosure is to reduce the spread of spray and the degree of interference with the cylinder head in a combustion chamber structure with a stepped portion, and to promote the mixing of air and fuel.

本開示の一実施形態に係る内燃機関の燃焼室構造は、
ピストン、シリンダ、及びシリンダヘッドにより画成される燃焼室を備えた内燃機関の燃焼室構造であって、
ピストン中心軸に対して所定の角度に傾斜して前記シリンダヘッドに設けられた燃料噴射弁と、
前記ピストンの頂面に、前記ピストン中心軸に対してオフセットして凹設されたキャビティと、
前記キャビティの底面中央に、断面が山形になるように設けられた突起部と、
前記突起部と前記キャビティの側壁を滑らかに接続し、断面が円弧状になるように設けられたボール部と、
前記キャビティの底面から立ち上がる側壁の周方向に沿って環状に設けられ、前記キャビティの中心に向かって突起したリップ部と、
前記リップ部から前記キャビティの外周方向に向けて設けられ、前記頂面から所定の深さ窪んでいる段差部と、を備え、
前記段差部の中心を通る軸である段差部中心軸は、前記キャビティの前記底面中央を通る軸であるキャビティ中心軸に対して前記ピストン中心軸側にオフセットされており
燃料は、前記燃料噴射弁から前記リップ部に向けて噴射され、前記リップ部に衝突すると、前記段差部へ向かうものと、前記ボール部へ向かうものに分断され、前記段差部へ向かうものは、前記シリンダヘッドとの干渉を受けることなく、前記頂面と前記シリンダヘッドとの間で前記シリンダの側壁部付近であるスキッシュエリアへと拡散する。
A combustion chamber structure of an internal combustion engine according to an embodiment of the present disclosure includes:
A combustion chamber structure of an internal combustion engine having a combustion chamber defined by a piston, a cylinder, and a cylinder head,
a fuel injection valve provided in the cylinder head at a predetermined angle with respect to a piston central axis;
a cavity formed in a top surface of the piston and offset with respect to a central axis of the piston ;
a protrusion provided at the center of a bottom surface of the cavity so as to have a mountain-shaped cross section;
a ball portion that smoothly connects the protrusion portion and a side wall of the cavity and has an arc-shaped cross section;
a lip portion provided annularly along a circumferential direction of a side wall rising from a bottom surface of the cavity and protruding toward a center of the cavity;
a step portion provided from the lip portion toward an outer periphery of the cavity and recessed to a predetermined depth from the top surface,
a step portion central axis that is an axis passing through a center of the step portion is offset toward the piston central axis side with respect to a cavity central axis that is an axis passing through the center of the bottom surface of the cavity ,
Fuel is injected from the fuel injection valve toward the lip portion, and when it collides with the lip portion, it is split into fuel that heads toward the step portion and fuel that heads toward the ball portion, and the fuel that heads toward the step portion diffuses into a squish area near the side wall portion of the cylinder between the top surface and the cylinder head without interfering with the cylinder head.

本開示によれば、段差部を設けた燃焼室構造において、噴霧の広がりとシリンダヘッドとの干渉度合いを低減させ、空気と燃料の混合を促進させることができる。 According to the present disclosure, in a combustion chamber structure with a stepped portion, it is possible to reduce the spread of spray and the degree of interference with the cylinder head, and promote the mixing of air and fuel.

図1は、本開示の一実施形態に係るシリンダヘッドの上面図である。FIG. 1 is a top view of a cylinder head according to one embodiment of the present disclosure. 図2は、本開示の一実施形態に係るピストンと従来例に係るピストンの上面図及び断面図である。FIG. 2 is a top view and a cross-sectional view of a piston according to an embodiment of the present disclosure and a piston according to a conventional example. 図3は、本開示の一実施形態に係る燃焼室構造における燃料噴霧の一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of fuel spray in a combustion chamber structure according to an embodiment of the present disclosure. 図4は、本開示の一実施形態に係る燃焼室構造において噴霧された燃料の拡散状況を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the diffusion state of sprayed fuel in a combustion chamber structure according to an embodiment of the present disclosure. 図5は、従来例に係る燃焼室構造の一例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a conventional combustion chamber structure. 図6は、従来例に係る燃焼室構造における燃料噴霧の一例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a fuel spray in a combustion chamber structure according to a conventional example. 図7は、従来例に係る燃焼室構造において噴霧された燃料の拡散状況を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the diffusion state of sprayed fuel in a combustion chamber structure according to a conventional example.

以下、本開示の一実施形態に係る内燃機関の燃焼室構造について図面を参照しながら説明する。各図面において、同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、各図面に示された各構成要素の寸法は、説明の便宜上のものであって、実際の寸法とは異なる場合がある。 The combustion chamber structure of an internal combustion engine according to one embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In each drawing, identical or equivalent components are given the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted as appropriate. In addition, the dimensions of each component shown in each drawing are for convenience of explanation and may differ from the actual dimensions.

まず、図1から図3を用いて、本開示の一実施形態に係る燃焼室構造について説明する。図1は、本開示の一実施形態に係るシリンダヘッド2の上面図である。図2は、本開示の一実施形態に係るピストン6と従来例に係るピストン106の上面図及び断面図である。図3は、本開示の一実施形態に係る燃焼室構造における燃料噴霧の一例を示す模式図である。 First, a combustion chamber structure according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to Figures 1 to 3. Figure 1 is a top view of a cylinder head 2 according to an embodiment of the present disclosure. Figure 2 is a top view and a cross-sectional view of a piston 6 according to an embodiment of the present disclosure and a piston 106 according to a conventional example. Figure 3 is a schematic diagram showing an example of fuel spray in a combustion chamber structure according to an embodiment of the present disclosure.

以下では、本開示の一実施形態に係る内燃機関として、直噴ディーゼルエンジンを例に挙げて説明するが、本開示に係る内燃機関はこれに限定されない。また、本開示に係る内燃機関は、ディーゼル燃料を燃料とするものに限定されず、例えば、CNG(Compressed Natural Gas)やLNG(Liquefied Natural Gas)等の液化ガス燃料を用いるものであってもよい。 Below, a direct injection diesel engine will be described as an example of an internal combustion engine according to one embodiment of the present disclosure, but the internal combustion engine according to the present disclosure is not limited to this. Furthermore, the internal combustion engine according to the present disclosure is not limited to one that uses diesel fuel as fuel, and may be one that uses liquefied gas fuel, such as CNG (Compressed Natural Gas) or LNG (Liquefied Natural Gas).

図3に示すように、本実施形態に係る直噴ディーゼルエンジンの燃焼室1は、ピストン6、シリンダ7、及びシリンダヘッド2により画成される空間である。図1に示すように、シリンダヘッド2は、吸気弁3と、排気弁4と、燃料噴射弁5と、をそれぞれ1つずつ備える。 As shown in FIG. 3, the combustion chamber 1 of the direct injection diesel engine according to this embodiment is a space defined by a piston 6, a cylinder 7, and a cylinder head 2. As shown in FIG. 1, the cylinder head 2 has one intake valve 3, one exhaust valve 4, and one fuel injection valve 5.

図2に示すように、ピストン6の頂面6aには、ピストン中心軸A1に対してオフセットしてキャビティ10が凹設されている。ピストン6におけるキャビティ中心軸D1は、ピストン中心軸A1から紙面右方向にオフセットされている。なお、キャビティ中心軸D1がピストン中心軸A1から紙面右方向にオフセットされた構造を有する点は、従来例のピストン106でも同じである。 As shown in FIG. 2, a cavity 10 is recessed in the top surface 6a of the piston 6, offset from the piston central axis A1. The cavity central axis D1 in the piston 6 is offset to the right from the piston central axis A1 on the page. The structure in which the cavity central axis D1 is offset to the right from the piston central axis A1 on the page is the same as that of the piston 106 of the conventional example.

キャビティ10の底面は断面形状が山形となっており、底面中央に突起部が設けられている。この突起部から外周方向に向かうにつれて、キャビティ10の底面は緩やかに傾斜していき、キャビティ10の底面から立ち上がる側壁に接続されている。キャビティ10の底面と側壁の接続部分には、断面が円弧状になるボール部11が形成されている。 The bottom surface of the cavity 10 has a mountain-shaped cross section, with a protrusion in the center of the bottom surface. From this protrusion toward the outer periphery, the bottom surface of the cavity 10 gently slopes and is connected to a side wall that rises from the bottom surface of the cavity 10. At the connection between the bottom surface of the cavity 10 and the side wall, a ball portion 11 with an arc-shaped cross section is formed.

また、キャビティ10には、段差部21が設けられている。段差部中心軸C1は、キャビティ中心軸D1に対してピストン中心軸A1側にオフセットされている。この点が、本実施形態に係るピストン6と、従来例に係るピストン106との大きな違いである。 The cavity 10 also has a step 21. The step central axis C1 is offset toward the piston central axis A1 with respect to the cavity central axis D1. This is a major difference between the piston 6 according to this embodiment and the piston 106 according to the conventional example.

ここで、「ピストン中心軸」とは、例えば、ピストンが往復運動する方向に平行な軸であって、ピストンの頂面(又はピストンが往復運動する方向に垂直な断面)における中心を通る軸である。「キャビティ中心軸」とは、例えば、ピストン中心軸に平行な軸であって、キャビティの底面の中心を通る軸である。図2の例では、キャビティ中心軸D1は、ピストン中心軸A1に平行、かつ、キャビティ10の底面中央に設けられた突起部の中心を通る軸である。「段差部中心軸」とは、例えば、ピストン中心軸に平行な軸であって、段差部の中心を通る軸である。図2の例では、段差部中心軸C1は、ピストン中心軸A1に平行、かつ、段差部21の外周(ガイド面22a,22bと頂面6aの境界)を形成する円の中心を通る軸である。 Here, the "piston central axis" is, for example, an axis parallel to the direction in which the piston reciprocates and passes through the center of the top surface of the piston (or a cross section perpendicular to the direction in which the piston reciprocates). The "cavity central axis" is, for example, an axis parallel to the piston central axis and passes through the center of the bottom surface of the cavity. In the example of FIG. 2, the cavity central axis D1 is an axis parallel to the piston central axis A1 and passes through the center of the protrusion provided in the center of the bottom surface of the cavity 10. The "step central axis" is, for example, an axis parallel to the piston central axis and passes through the center of the step. In the example of FIG. 2, the step central axis C1 is an axis parallel to the piston central axis A1 and passes through the center of the circle that forms the outer periphery of the step portion 21 (the boundary between the guide surfaces 22a, 22b and the top surface 6a).

図2の例では、段差部中心軸C1は、ピストン中心軸A1と同じ位置になるようオフセットされているが、これに限定されず、段差部中心軸C1はキャビティ中心軸D1に対してピストン中心軸A1側にオフセットされていればよい。段差部中心軸C1がオフセットされる距離dは、例えば、キャビティ中心軸D1とピストン中心軸A1距離の2倍以下であることが好ましい。 In the example of FIG. 2, the step central axis C1 is offset to be in the same position as the piston central axis A1, but this is not limited thereto, and the step central axis C1 may be offset toward the piston central axis A1 with respect to the cavity central axis D1. It is preferable that the distance d by which the step central axis C1 is offset is, for example, less than twice the distance between the cavity central axis D1 and the piston central axis A1.

以下の説明において、段差部21a、ガイド面22a、リップ部23aは、キャビティ中心軸D1から段差部中心軸C1側に向かう方向(紙面左方向)に位置する部分である。段差部21b、ガイド面22b、リップ部23bは、キャビティ中心軸D1から段差部中心軸C1の反対に向かう方向(紙面右方向)位置する部分である。 In the following description, step portion 21a, guide surface 22a, and lip portion 23a are portions located in the direction from cavity central axis D1 toward step portion central axis C1 (leftward on the page). Step portion 21b, guide surface 22b, and lip portion 23b are portions located in the direction from cavity central axis D1 toward the opposite side of step portion central axis C1 (rightward on the page).

なお、これらの呼称は説明の便宜上のものであり、本開示を限定するものではない。段差部21a及び21bは、段差部中心軸C1を中心に周状に形成され、互いに接続されている一つの構成要素である。同様に、ガイド面22a及び22bのそれぞれは、段差部中心軸C1を中心に周状に形成され、互いに接続されている一つの構成要素である。同様に、リップ部23a及び23bは、キャビティ中心軸D1を中心に周状に形成され、互いに接続されている一つの構成要素である。 Note that these names are used for convenience of explanation and do not limit the present disclosure. Step portions 21a and 21b are formed circumferentially around step portion central axis C1 and are connected to each other as a single component. Similarly, guide surfaces 22a and 22b are formed circumferentially around step portion central axis C1 and are connected to each other as a single component. Similarly, lip portions 23a and 23b are formed circumferentially around cavity central axis D1 and are connected to each other as a single component.

リップ部23a,23bは、キャビティ10の底面から立ち上がる側壁の周方向に沿って環状に設けられている。リップ部23a,23bは、キャビティ10の中心に向かって突起している。燃料噴射弁5は、燃料を拡散させるため、リップ部23a,23bに向けて燃料を噴霧する。 The lip portions 23a and 23b are provided in an annular shape along the circumferential direction of the side wall rising from the bottom surface of the cavity 10. The lip portions 23a and 23b protrude toward the center of the cavity 10. The fuel injection valve 5 sprays fuel toward the lip portions 23a and 23b to diffuse the fuel.

段差部21a及び21bは、リップ部23a,23bからキャビティ10の外周方向に向けて設けられ、頂面6aから所定の深さ窪んでいる。また、段差部21a及び21bは、段差部21a及び21bと頂面6aを緩やかに接続するガイド面22a,22bを有する。図2から分かるように、段差部中心軸C1が上述のようにオフセットされているため、段差部21aの方が、段差部21bよりも広くなる。 The step portions 21a and 21b are provided from the lip portions 23a and 23b toward the outer periphery of the cavity 10, and are recessed a predetermined depth from the top surface 6a. The step portions 21a and 21b also have guide surfaces 22a and 22b that gently connect the step portions 21a and 21b to the top surface 6a. As can be seen from FIG. 2, because the step portion central axis C1 is offset as described above, the step portion 21a is wider than the step portion 21b.

燃料噴射弁5の先端位置は、図3に示すように、ピストン中心軸A1から所定の距離オフセットされた軸B1上にある。また、燃料噴射弁5は、ピストン中心軸A1に平行な軸B1から所定の角度θだけ傾斜してシリンダヘッド2に設けられている。この場合、通常、ノズルの角度と噴霧の角度が緩やかな方向F1側において、ノズルの角度と噴霧の角度が直角に近くなる方向F2側よりも多くの燃料が噴霧される。 As shown in FIG. 3, the tip of the fuel injection valve 5 is located on an axis B1 that is offset a predetermined distance from the piston central axis A1. The fuel injection valve 5 is also mounted in the cylinder head 2 at a predetermined angle θ from the axis B1 that is parallel to the piston central axis A1. In this case, more fuel is usually sprayed in the direction F1, where the nozzle angle and spray angle are gentle, than in the direction F2, where the nozzle angle and spray angle are closer to a right angle.

ここで、本実施形態に係る燃焼室構造では、方向F1側に位置する段差部21aが方向F2側の段差部21bよりも広くなっている。すなわち、本実施形態に係る燃焼室構造は、段差部21a側において、シリンダヘッド2の下面2aとの干渉せずに燃料を拡散できる十分なスペースを有している。そのため、方向F1側において多くの燃料が噴霧された場合であっても、段差部21aに沿ってピストン6の頂面6aへ向かった燃料は、シリンダヘッド2の下面2aとの干渉を受けずに噴霧を広げやすく、空気との混合を阻害されにくくなる。なお、段差部21b側では、噴霧される燃料が段差部21a側よりも少ないため、シリンダヘッドの2の干渉等の問題は起こりにくい。 Here, in the combustion chamber structure according to this embodiment, the step portion 21a located on the direction F1 side is wider than the step portion 21b on the direction F2 side. That is, the combustion chamber structure according to this embodiment has sufficient space on the step portion 21a side to allow the fuel to diffuse without interfering with the lower surface 2a of the cylinder head 2. Therefore, even if a large amount of fuel is sprayed on the direction F1 side, the fuel that travels along the step portion 21a toward the top surface 6a of the piston 6 is more likely to spread the spray without interfering with the lower surface 2a of the cylinder head 2, and is less likely to be hindered from mixing with the air. In addition, since less fuel is sprayed on the step portion 21b side than on the step portion 21a side, problems such as interference with the cylinder head 2 are less likely to occur.

図4は、本開示の一実施形態に係る燃焼室構造において噴霧された燃料の拡散状況を示す模式図である。図4に示すように、本実施形態に係る燃焼室構造では、段差部21a側が十分に広い。そのため、領域X1等のスキッシュエリアにおいて、空気と燃料を十分に混合することができ、局所的な過濃な混合気の形成を抑制可能である。これにより、スートの低減と熱効率の向上も望める。 Figure 4 is a schematic diagram showing the diffusion of sprayed fuel in a combustion chamber structure according to one embodiment of the present disclosure. As shown in Figure 4, in the combustion chamber structure according to this embodiment, the step portion 21a side is sufficiently wide. Therefore, in squish areas such as region X1, air and fuel can be sufficiently mixed, and the formation of a locally excessively rich mixture can be suppressed. This can also reduce soot and improve thermal efficiency.

以上、本開示に係る一実施形態について詳述したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。本発明には、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。 Although one embodiment of the present disclosure has been described above in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and suitable modifications and improvements are possible. The present invention is defined by the claims, and includes all modifications within the meaning and scope of the claims.

[付記]
以上のとおり、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) ピストン、シリンダ、及びシリンダヘッドにより画成される燃焼室を備えた内燃機関の燃焼室構造であって、
ピストン中心軸に対して所定の角度に傾斜して前記シリンダヘッドに設けられた燃料噴射弁と、
前記ピストンの頂面に、ピストン中心軸に対してオフセットして凹設されたキャビティと、
前記キャビティの底面から立ち上がる側壁の周方向に沿って環状に設けられ、キャビティの中心に向かって突起したリップ部と、
前記リップ部から前記キャビティの外周方向に向けて設けられ、前記頂面から所定の深さ窪んでいる段差部と、を備え、
段差部中心軸は、キャビティ中心軸に対して前記ピストン中心軸側にオフセットされている、
内燃機関の燃焼室構造。
この燃焼室構造によれば、段差部を設けた燃焼室構造において、噴霧の広がりとシリンダヘッドとの干渉度合いを低減させ、空気と燃料の混合を促進させることができる。
具体的には、段差部中心軸をキャビティ中心軸に対してピストン中心軸側にオフセットしたことにより、オフセットした方向において、段差部を広くすることができる。そのため、オフセットした方向のスキッシュエリアにおいて、空気と燃料を十分に混合することができ、局所的な過濃な混合気の形成を抑制可能である。また、これによって、スートの低減と熱効率の向上を見込むこともできる。
[Additional Notes]
As described above, the present specification discloses the following:
(1) A combustion chamber structure of an internal combustion engine having a combustion chamber defined by a piston, a cylinder, and a cylinder head,
a fuel injection valve provided in the cylinder head at a predetermined angle with respect to a piston central axis;
A cavity is provided on a top surface of the piston, offset from a central axis of the piston;
a lip portion provided annularly along the circumferential direction of a side wall rising from a bottom surface of the cavity and protruding toward the center of the cavity;
a step portion provided from the lip portion toward an outer periphery of the cavity and recessed to a predetermined depth from the top surface,
The central axis of the step portion is offset toward the central axis of the piston with respect to the central axis of the cavity.
Combustion chamber structure of an internal combustion engine.
According to this combustion chamber structure, in a combustion chamber structure provided with a step portion, the spread of the spray and the degree of interference with the cylinder head can be reduced, and the mixing of air and fuel can be promoted.
Specifically, by offsetting the center axis of the step portion toward the center axis of the piston from the center axis of the cavity, the step portion can be made wider in the offset direction. Therefore, air and fuel can be mixed sufficiently in the squish area in the offset direction, and the formation of a locally rich mixture can be suppressed. This can also be expected to reduce soot and improve thermal efficiency.

(2) 前記段差部中心軸がオフセットされる距離は、前記キャビティ中心軸と前記ピストン中心軸の距離の2倍以下である、
上記(1)に記載の内燃機関の燃焼室構造。
この燃焼室構造によれば、適切な燃焼室構造を実現できる。具体的には、オフセットした方向のピストンの頂面が狭くなりすぎて機械的強度に問題が生じたり、オフセットした方向の反対側の段差部が狭くなりすぎて、該反対側の段差部で燃料と空気の混合の問題が生じたりするおそれを低減できる。
(2) A distance by which the central axis of the step portion is offset is equal to or less than twice the distance between the central axis of the cavity and the central axis of the piston.
A combustion chamber structure for an internal combustion engine as described in (1) above.
This combustion chamber structure can realize an appropriate combustion chamber structure, specifically, it can reduce the risk that the top surface of the piston in the offset direction becomes too narrow, causing a problem in mechanical strength, or that the step on the opposite side of the offset direction becomes too narrow, causing a problem in mixing fuel and air at the step on the opposite side.

(3) 前記段差部中心軸は、前記ピストン中心軸に位置するようオフセットされている、
上記(1)又は(2)に記載の内燃機関の燃焼室構造。
この燃焼室構造によれば、オフセットした方向の段差部においても、オフセットした方向と反対側の段差部においても、それぞれも噴霧される燃料の量に適したスペースを確保でき、空気と燃料の混合をさらに促進させることができる。
(3) The central axis of the step portion is offset so as to be positioned on the central axis of the piston.
A combustion chamber structure for an internal combustion engine according to (1) or (2) above.
With this combustion chamber structure, a space appropriate for the amount of fuel sprayed can be secured both at the step portion in the offset direction and at the step portion opposite the offset direction, thereby further promoting the mixing of air and fuel.

1:燃焼室
2:シリンダヘッド
2a:シリンダヘッドの(下面)
3:吸気弁
4:排気弁
5:燃料噴射弁
6,106:ピストン
6a:(ピストンの)頂面
7:シリンダ
11,111:ボール部
21a,21b,121:段差部
22a,22b,122:ガイド面
23a,23b,123:リップ部
A1:ピストン中心軸
B1:軸
C1:段差部中心軸
D1:キャビティ中心軸
X1,X11:領域
1: Combustion chamber 2: Cylinder head 2a: Cylinder head (underside)
3: Intake valve 4: Exhaust valve 5: Fuel injection valve 6, 106: Piston 6a: Top surface (of piston) 7: Cylinder 11, 111: Ball portion 21a, 21b, 121: Step portion 22a, 22b, 122: Guide surface 23a, 23b, 123: Lip portion A1: Piston central axis B1: Axis C1: Step portion central axis D1: Cavity central axis X1, X11: Area

Claims (3)

ピストン、シリンダ、及びシリンダヘッドにより画成される燃焼室を備えた内燃機関の燃焼室構造であって、
ピストン中心軸に対して所定の角度に傾斜して前記シリンダヘッドに設けられた燃料噴射弁と、
前記ピストンの頂面に、前記ピストン中心軸に対してオフセットして凹設されたキャビティと、
前記キャビティの底面中央に、断面が山形になるように設けられた突起部と、
前記突起部と前記キャビティの側壁を滑らかに接続し、断面が円弧状になるように設けられたボール部と、
前記キャビティの底面から立ち上がる側壁の周方向に沿って環状に設けられ、前記キャビティの中心に向かって突起したリップ部と、
前記リップ部から前記キャビティの外周方向に向けて設けられ、前記頂面から所定の深さ窪んでいる段差部と、を備え、
前記段差部の中心を通る軸である段差部中心軸は、前記キャビティの前記底面中央を通る軸であるキャビティ中心軸に対して前記ピストン中心軸側にオフセットされており
燃料は、前記燃料噴射弁から前記リップ部に向けて噴射され、前記リップ部に衝突すると、前記段差部へ向かうものと、前記ボール部へ向かうものに分断され、前記段差部へ向かうものは、前記シリンダヘッドとの干渉を受けることなく、前記頂面と前記シリンダヘッドとの間で前記シリンダの側壁部付近であるスキッシュエリアへと拡散する、
内燃機関の燃焼室構造。
A combustion chamber structure of an internal combustion engine having a combustion chamber defined by a piston, a cylinder, and a cylinder head,
a fuel injection valve provided in the cylinder head at a predetermined angle with respect to a piston central axis;
a cavity formed in a top surface of the piston and offset with respect to a central axis of the piston ;
a protrusion provided at the center of a bottom surface of the cavity so as to have a mountain-shaped cross section;
a ball portion that smoothly connects the protrusion portion and a side wall of the cavity and has an arc-shaped cross section;
a lip portion provided annularly along a circumferential direction of a side wall rising from a bottom surface of the cavity and protruding toward a center of the cavity;
a step portion provided from the lip portion toward an outer periphery of the cavity and recessed to a predetermined depth from the top surface,
a step portion central axis that is an axis passing through a center of the step portion is offset toward the piston central axis side with respect to a cavity central axis that is an axis passing through the center of the bottom surface of the cavity ,
The fuel is injected from the fuel injection valve toward the lip portion, and when the fuel collides with the lip portion, the fuel is divided into a portion heading toward the step portion and a portion heading toward the ball portion, and the portion heading toward the step portion diffuses into a squish area, which is in the vicinity of a side wall portion of the cylinder between the top surface and the cylinder head, without interfering with the cylinder head.
Combustion chamber structure of an internal combustion engine.
前記段差部中心軸がオフセットされる距離は、前記キャビティ中心軸と前記ピストン中心軸の距離の2倍以下である
請求項1に記載の内燃機関の燃焼室構造。
2. The combustion chamber structure for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a distance by which the central axis of the stepped portion is offset is equal to or less than twice the distance between the central axis of the cavity and the central axis of the piston.
前記段差部中心軸は、前記ピストン中心軸に位置するようオフセットされている、
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の燃焼室構造。
The step central axis is offset to be located on the piston central axis.
A combustion chamber structure for an internal combustion engine according to claim 1 or 2.
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