JP7005974B2 - Combustion chamber structure of direct injection internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は直噴式内燃機関の燃焼室構造に係り、特に、ディーゼルエンジンに好適な燃焼室構造に関する。 The present invention relates to a combustion chamber structure of a direct injection internal combustion engine, and more particularly to a combustion chamber structure suitable for a diesel engine.
例えばディーゼルエンジンである直噴式内燃機関の燃焼室構造は一般的に、ピストン頂面の中央部に凹設されたキャビティを備える。そしてこのキャビティに向かって圧縮上死点付近で燃料を噴射することにより筒内で燃料を自着火させるようにしている。 For example, the combustion chamber structure of a direct-injection internal combustion engine, which is a diesel engine, generally includes a cavity recessed in the center of the top surface of the piston. Then, the fuel is self-ignited in the cylinder by injecting the fuel toward the cavity near the compression top dead center.
多くの場合、キャビティの半径方向外側に位置するピストン頂面の外周部は単純な平面すなわち平坦面である。しかし本発明者の鋭意研究の結果に依れば、こうした平面であるとその上方の空間の空気を効率的に利用できず、スモーク抑制に不利であることが判明した。 In many cases, the outer circumference of the piston top surface located radially outside the cavity is a simple flat or flat surface. However, according to the results of diligent research by the present inventor, it has been found that the air in the space above the plane cannot be used efficiently, which is disadvantageous for smoke suppression.
そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、スモークを効果的に抑制できる直噴式内燃機関の燃焼室構造を提供することにある。 Therefore, the present invention was conceived in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a combustion chamber structure of a direct injection type internal combustion engine capable of effectively suppressing smoke.
本発明の一の態様によれば、
ピストン頂面の中央部に凹設されたキャビティと、
前記キャビティの半径方向外側に位置された前記ピストン頂面の外周部と、
を備え、
前記ピストン頂面の外周部は、
前記キャビティを画成するキャビティ内壁に接続され、その半径方向外側に位置された第1テーパ面部と、
前記第1テーパ面部に接続されると共にその半径方向外側に位置され、ピストン中心軸に垂直な仮想平面に対し、前記第1テーパ面部より大きい傾斜角を有する第2テーパ面部と、
を備え、
ピストンの下降中にリッチ領域が前記第1テーパ面部および前記第2テーパ面部に順に沿って半径方向外側に移動するとき、前記リッチ領域の移動に合わせて縦方向の渦流を移動させるよう、前記第1テーパ面部および前記第2テーパ面部が形成されている
ことを特徴とする直噴式内燃機関の燃焼室構造が提供される。
According to one aspect of the invention
A cavity recessed in the center of the top of the piston,
The outer peripheral portion of the top surface of the piston located on the outer side in the radial direction of the cavity, and
Equipped with
The outer peripheral portion of the piston top surface is
A first tapered surface portion connected to the inner wall of the cavity defining the cavity and located on the outer side in the radial direction thereof.
A second tapered surface portion connected to the first tapered surface portion and located outside the radial direction thereof and having an inclination angle larger than that of the first tapered surface portion with respect to a virtual plane perpendicular to the piston center axis.
Equipped with
When the rich region moves radially outward along the first tapered surface portion and the second tapered surface portion during the descent of the piston, the first is to move the vortex in the vertical direction in accordance with the movement of the rich region. Provided is a combustion chamber structure of a direct injection type internal combustion engine, characterized in that one tapered surface portion and the second tapered surface portion are formed.
好ましくは、前記ピストン頂面の外周部は、前記第2テーパ面部に接続されると共にその半径方向外側に位置され、ピストン中心軸に垂直な平面部をさらに備える。 Preferably, the outer peripheral portion of the piston top surface is connected to the second tapered surface portion and is located radially outside the piston top surface portion, and further includes a flat surface portion perpendicular to the piston central axis.
好ましくは、前記キャビティ内壁は底壁部を有し、前記底壁部は、ピストン中心軸に近づくにつれ徐々に高くなる斜面部を有し、
前記斜面部は、
その半径方向外側に位置され、前記底壁部の上方に第1曲率半径の中心を有する断面円弧状に形成された第1湾曲面部と、
前記第1湾曲面部に接続されると共にその半径方向内側に位置され、前記底壁部の下方に第2曲率半径の中心を有する断面円弧状に形成された第2湾曲面部と、
を備える。
Preferably, the cavity inner wall has a bottom wall portion, and the bottom wall portion has a slope portion that gradually increases as it approaches the piston central axis.
The slope portion is
A first curved surface portion located on the outer side in the radial direction and formed in an arc shape in a cross section having a center of the first radius of curvature above the bottom wall portion.
A second curved surface portion connected to the first curved surface portion and located inward in the radial direction thereof and formed in an arc shape in cross section having a center of the second radius of curvature below the bottom wall portion.
To prepare for.
好ましくは、前記第2曲率半径は、前記第1曲率半径より大きい。 Preferably, the second radius of curvature is larger than the first radius of curvature.
好ましくは、前記キャビティは、リエントラント型キャビティである。 Preferably, the cavity is a reentrant type cavity.
本発明によれば、スモークを効果的に抑制できる。 According to the present invention, smoke can be effectively suppressed.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments.
本実施形態に係る燃焼室構造は、直噴式内燃機関の代表例であるディーゼルエンジンに適用される。エンジンは車両用であり、特にトラック等の大型車両の車両動力源として使用される。しかしながら、内燃機関および車両の種類、用途等はこれらに限定されない。例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。 The combustion chamber structure according to the present embodiment is applied to a diesel engine which is a typical example of a direct injection type internal combustion engine. The engine is for a vehicle and is particularly used as a vehicle power source for a large vehicle such as a truck. However, the types and uses of internal combustion engines and vehicles are not limited to these. For example, the vehicle may be a small vehicle such as a passenger car, and the engine may be a gasoline engine.
図2に示すように、本実施形態の燃焼室構造1は、ピストン2と、ピストン2が昇降可能かつ同軸に収容されたシリンダ3と、シリンダ3の上端開口を閉じるシリンダヘッド4と、ピストン2の外周面に装着された複数(本実施形態では三つ、一つのみ図示)のピストンリング5と、これらにより画成された閉空間である燃焼室6とを備える。また図1に示すように、燃焼室構造1は、シリンダヘッド4に取り付けられ燃焼室6内に燃料を噴射するインジェクタ7を備える。
As shown in FIG. 2, the
図1に示すように、ピストン2は、概ねピストン中心軸Cに対し軸対称となるよう構成されている。特に断らない限り、ピストン中心軸Cを基準とした軸方向、半径方向および周方向を単に軸方向、半径方向および周方向という。ピストン2は、頂面(ピストン頂面)8と外周面9とを有する。外周面9にはピストンリング5を嵌合させるための複数(本実施形態では三つ)のリング溝10が形成される。
As shown in FIG. 1, the
ピストン2は、頂面8の中央部に凹設されたキャビティ11を有する。本実施形態のキャビティ11はリエントラント型キャビティであり、下方の底部側に対し上方の入口側が絞られた形状となっている。キャビティ11はキャビティ内壁30によって画成される。キャビティ内壁30は、キャビティ11の入口部を画成すると共に頂面8に連続して接続され、半径方向内側に突出するリップ部12と、リップ部12に連続して接続され、リップ部12の下方でアンダーカット状に拡径する側壁部13と、側壁部13に連続して接続された底壁部14とを備える。頂面8とリップ部12の接続位置(もしくは境界位置)をaで示し、リップ部12と側壁部13の接続位置をbで示し、側壁部13と底壁部14の接続位置をcで示す。
The
リップ部12の断面形状は曲率半径R1を有する円弧状とされ、側壁部13の断面形状も曲率半径R2を有する円弧状とされる。R1<R2である。なおリップ部12の断面形状は、円弧と円弧の間に直線を挟んだ形状であってもよい。底壁部14の断面形状は山形とされる。底壁部14は、ピストン中心軸Cに近づくにつれ徐々に高くなる斜面部16を有する。斜面部16は、側壁部13と底壁部14の接続位置cから、ピストン中心軸C上に位置する底壁部14の頂点位置dまで延びている。
The cross-sectional shape of the
斜面部16は、その半径方向外側に位置された第1湾曲面部31と、第1湾曲面部31に連続して接続されると共に第1湾曲面部31の半径方向内側に位置された第2湾曲面部32とを備える。第1湾曲面部31と第2湾曲面部32の接続位置をeで示す。第1湾曲面部31は、底壁部14もしくは斜面部16の上方に第1曲率半径R3の中心もしくは基点S3を有する断面円弧状に形成されている。他方、第2湾曲面部32は、底壁部14もしくは斜面部16の下方に第2曲率半径R4の中心もしくは基点S4を有する断面円弧状に形成されている。従って、第1湾曲面部31と第2湾曲面部32は、巨視的に見れば全体でS字状の断面形状を有し、端的に言えば、互いに逆方向のアールを接続位置eで繋いだ断面形状となっている。
The
なお、図示する曲率半径の長さおよび向き、ならびに曲率半径の中心の位置は、概略的に示されたものであり、正確でない点に留意されたい。 It should be noted that the length and direction of the radius of curvature shown and the position of the center of the radius of curvature are shown schematically and are not accurate.
本実施形態の場合、第2曲率半径R4は第1曲率半径R3より大きい。第1湾曲面部31は斜面部16の最も半径方向外側に位置され、接続位置cにおいて側壁部13に直接かつ連続して接続されている。第2湾曲面部32は、第1湾曲面部31との接続位置eから底壁部14の頂点位置dまで延びており、つまり第1湾曲面部31の部分を除く斜面部16もしくは底壁部14の全体が第2湾曲面部32となっている。
In the case of the present embodiment, the second radius of curvature R4 is larger than the first radius of curvature R3. The first
なお「連続して接続」とは、接続位置にできるだけ段差や凹凸が生じないような滑らかな接続態様をいう。こうした滑らかな接続を行うことにより、燃焼室内ガスの接続位置における滞留を抑制し、流動を活発化させ、燃焼を良好に行うことができる。 The term "continuous connection" refers to a smooth connection mode in which steps and irregularities are not generated as much as possible at the connection position. By performing such a smooth connection, it is possible to suppress the retention of the gas in the combustion chamber at the connection position, activate the flow, and perform good combustion.
側壁部13の半径方向外側に位置するピストン2の内部には、ピストン2を冷却するためのオイルが流される冷却通路17が形成される。冷却通路17はキャビティ11を囲繞するリング状とされる。冷却通路17には、ピストン2の下側からピストン2に向けてオイルジェット(図示せず)により上向きに吹き出されたオイルが導入され、導入されたオイルの排出を行うオイル出口穴18が、冷却通路17とピストン2の下面19との間を貫通して形成される。
Inside the
キャビティ11の半径方向外側に位置する頂面8は、頂面8の外周部20をなす。具体的には、頂面外周部20は、頂面8とリップ部12の境界位置aより半径方向外側に位置された頂面8の部分である。
The top surface 8 located on the outer side in the radial direction of the
この頂面外周部20は、リップ部12に連続して接続され、リップ部12の半径方向外側に位置された第1テーパ面部21と、第1テーパ面部21に接続されると共にその半径方向外側に位置された第2テーパ面部22とを備える。また本実施形態の頂面外周部20は、第2テーパ面部22に接続されると共にその半径方向外側に位置された平面部23をさらに備える。
The top surface outer peripheral portion 20 is continuously connected to the
第1テーパ面部21は、ピストン中心軸Cに垂直な仮想平面fに対して第1傾斜角θ1だけ傾斜されたテーパ面により形成される。同様に第2テーパ面部22は、ピストン中心軸Cに垂直な仮想平面fに対して第2傾斜角θ2だけ傾斜されたテーパ面により形成される。第2傾斜角θ2は第1傾斜角θ1より大きく、従って第2テーパ面部22は第1テーパ面部21より大きい傾斜角θ2を有する。第1テーパ面部21および第2テーパ面部22は、半径方向外側に向かうにつれ高さが高くなるテーパ面とされる。従って半径方向外側に向かうにつれ、テーパ面部の傾斜角は段階的にきつくなり、第1テーパ面部21および第2テーパ面部22は二段テーパを形成する。
The first
第1傾斜角θ1は、ゼロより若干大きい値を有し、例えば約10°である。第2傾斜角θ1は、90°より小さい値を有し、例えば約30°である。 The first tilt angle θ1 has a value slightly larger than zero, for example, about 10 °. The second tilt angle θ1 has a value smaller than 90 °, for example, about 30 °.
他方、平面部23は、ピストン中心軸Cに垂直な平面もしくは平坦面により形成される。平面部23は外周面9の位置まで半径方向外側に延びている。半径方向における平面部23の幅は、第1テーパ面部21および第2テーパ面部22の合計幅と同程度とされている。
On the other hand, the
インジェクタ7は、図1に示すように、ピストン中心軸Cすなわちシリンダ中心軸に同軸になるよう配置される。またインジェクタ7は、矢印gで示すように、ピストン2が圧縮上死点またはその近傍に位置するときに、リップ部12の頂部、すなわち最も半径方向内側に位置する部分に向かって燃料を噴射するよう配置および指向されている。なおリップ部12の頂部の若干下側に向かって燃料を噴射してもよい。
As shown in FIG. 1, the
次に、本実施形態の作用効果を説明する。 Next, the action and effect of this embodiment will be described.
図2は、インジェクタ7からの燃料噴射後で且つピストン2が下降中であるときの第1特定タイミング(例えば圧縮上死点後(ATDC)15°CA)における燃焼室6の内部の様子を示す。線hは、燃焼室6内におけるガスの当量比が第1値以上となっている第1領域Aの外縁を示し、線iは、ガスの当量比が第2値以上となっている第2領域Bの外縁を示す。ここでガスとは、空気と燃料の混合気、または空気を指す総称である。当量比とは燃料と空気の混合割合もしくは混合比をいい、当該混合比が理論空燃比のとき当量比は1で、当該混合比が燃料増加側(リッチ側)になるほど当量比の値は大きくなる。図示例の場合、第1値は約1、第2値は約2であり、第2領域Bは第1領域Aより相対的にリッチな領域である。また第2領域Bは燃焼室6内全体で見ても最もリッチな領域である。従ってここでは第2領域Bをリッチ領域と称する。
FIG. 2 shows the inside of the
図から理解されるように、インジェクタ7から半径方向外側且つ斜め下向きに噴射された燃料は、リップ部12に衝突して上方と下方に分岐ないし分流される。下方に分岐した燃料は、側壁部13へと流れ、その過程で周囲の空気と混合しながら混合気を形成する。他方、上方に分岐した燃料は、頂面外周部20に沿って半径方向外側に向かって流れ、その過程で周囲の空気と混合しながら混合気を形成する。図示のタイミングでは、リッチ領域Bが、リップ部12と、リップ部12付近に位置する第1テーパ面部21および側壁部13とを覆って、それらの周辺に存在する。なお図示のタイミングで着火が生じていることもあるが、ここでは説明の便宜上、着火は生じていないものとする。
As can be seen from the figure, the fuel injected radially outward and diagonally downward from the
リップ部12の上方に分岐する燃料の流れに駆動されて、頂面外周部20上を半径方向外側に向かうガスの流れが発生する。このガスは、リップ部12から第1テーパ面部21に移動する際に剥離し、縦方向(もしくは上下方向)の渦流jを発生させる。リッチ領域Bと渦流jの位置が合っているので、リッチ領域B内の濃い混合気が、その上方に位置する薄い混合気または空気と、渦流jにより積極的に攪拌混合される。これにより燃料と空気の攪拌混合を促進し、頂面外周部20とシリンダヘッド4の隙間、すなわち頂面外周部20の上方の空間における空気の利用率を高めることができる。
Driven by the flow of fuel branching above the
次いで、ピストン2がさらに下降すると図3に示すような状態となる。図3は、第1特定タイミングより後の第2特定タイミング(例えばATDC25°CA)における燃焼室6の内部の様子を示す。先のリップ部12周辺のリッチ領域Bはさらに拡がり、リップ部12の上方では、第2テーパ面部22まで到達している。
Then, when the
その一方で、先の渦流jも、リッチ領域Bの移動に合わせて半径方向外側に移動し、リッチ領域Bと同様に第2テーパ面部22まで到達している。リッチ領域Bの移動中、渦流jの少なくとも一部はリッチ領域B内に位置される。従って、リッチ領域Bが第1テーパ面部21から第2テーパ面部22に移動するのに合わせて、或いはそれと連動して、渦流jを移動させることができ、その移動中に渦流jを利用して、リッチ領域B内の濃い混合気と、その上方の薄い混合気または空気とを積極的に攪拌混合できる。
On the other hand, the previous vortex flow j also moves outward in the radial direction in accordance with the movement of the rich region B, and reaches the second tapered
それ故、頂面外周部20とシリンダヘッド4の隙間、すなわち頂面外周部20の上方の空間における空気の利用率を高めることができ、スモークを効果的に抑制できる。 Therefore, it is possible to increase the utilization rate of air in the gap between the outer peripheral portion 20 of the top surface and the cylinder head 4, that is, the space above the outer peripheral portion 20 of the top surface, and it is possible to effectively suppress smoke.
このように本実施形態では、ピストン2の下降中にリッチ領域Bが第1テーパ面部21および第2テーパ面部22に順に沿って半径方向外側に移動するとき、リッチ領域Bの移動に合わせて縦方向の渦流jを移動させるよう、第1テーパ面部21および第2テーパ面部22が形成されている。このため、頂面外周部20の上方の空間における空気の利用率を高めることができ、スモークを効果的に抑制できる。また併せて、燃焼を改善し、燃費を向上できる。
As described above, in the present embodiment, when the rich region B moves radially outward along the first tapered
リッチ領域Bおよび渦流jが第2テーパ面部22に到達すると、第2テーパ面部22の傾斜がきついため、リッチ領域Bおよび渦流jの半径方向外側への移動が少なからず阻害され、それらが停滞気味となる。よってそれらがシリンダ3の内壁まで到達してその付近に滞留するのを抑制できる。すなわちそれらがシリンダ内壁付近に滞留すると、攪拌混合しづらくなり、利用できる空気が限定的となるが、それらが第2テーパ面部22付近に停滞すれば、頂面外周部20の半径方向中央部付近で攪拌混合できるので、その周りの空気を有効利用し、空気利用率を高められる。よってスモーク抑制に有利である。
When the rich region B and the vortex flow j reach the second tapered
平面部23を設けたことにより、第2テーパ面部22をシリンダ3の内壁から一定距離離間させ、こうした中央部付近での攪拌混合を促進し、空気利用率を向上してスモークを抑制できる。
By providing the
次いで、ピストン2がさらに下降すると図4に示すような状態となる。図4は、第2特定タイミングより後の第3特定タイミング(例えばATDC45°CA)における燃焼室6の内部の様子を示す。
Then, when the
この段階では、燃焼室6内における混合気の希薄化が進み、もはやリッチ領域Bは消失し、より当量比の小さい(リーンな)第1領域Aのみが存在する。
At this stage, the air-fuel mixture in the
リップ部12から下方に分岐した燃料は、側壁部13を経て斜面部16に流れ、その過程で周囲の空気と混合して混合気を形成する。混合気は、徐々に周囲の空気と混合して希薄化しながら、斜面部16上を半径方向内側に向かって流れる。この流れは、概ね、符号mで示すような斜面部16に沿う流れである。
The fuel branched downward from the
混合気は、第1湾曲面部31および第2湾曲面部32を順次通過する。しかし、これらが全体でS字断面形状を有することから、混合気が第1湾曲面部31から第2湾曲面部32に移動し、あるいは乗り移る際、符号kで示すような剥離流が発生する。すなわち第1湾曲面部31に沿って流れていた混合気が、第2湾曲面部32に乗り移る時に、第2湾曲面部32の湾曲形状が逆であるために、第2湾曲面部32に一部追従できず、剥離する。これによって接続位置eの直後の下流側に上向きの剥離流kが発生する。
The air-fuel mixture sequentially passes through the first
この混合気の剥離流kは、接続位置eの上方の空間nにある空気と良好に混合する。従って当該空間nの空気を有効利用し、空気利用率を高めることができる。また剥離流kは、斜面部16上に付着する燃料を引き剥がして空気と混合させる効果もある。よって燃料と空気の混合を促進し、スモークを抑制できる。
The separation flow k of this air-fuel mixture mixes well with the air in the space n above the connection position e. Therefore, the air in the space n can be effectively used and the air utilization rate can be increased. The peeling flow k also has the effect of peeling off the fuel adhering to the
第2曲率半径R4が第1曲率半径R3より大きいため、第1湾曲面部31の湾曲の方が第2湾曲面部32の湾曲よりきつくなる。このため、これらの接続位置eにおける剥離を促進し、剥離流kを効果的に発生させて空気利用率を高めることができる。
Since the second radius of curvature R4 is larger than the first radius of curvature R3, the curvature of the first
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は以下のような他の実施形態も可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention can also have other embodiments as follows.
(1)例えばキャビティはリエントラント型以外の形状であってもよく、浅皿型、トロイダル型等であってもよい。 (1) For example, the cavity may have a shape other than the reentrant type, and may be a shallow dish type, a toroidal type, or the like.
(2)上記実施形態では、第1湾曲面部31を側壁部13に直接的に接続している。しかしながら、第1湾曲面部31と側壁部13の間に、両者の円弧状断面を滑らかに繋ぐ緩和曲線部を設け、第1湾曲面部31を間接的に側壁部13に接続してもよい。緩和曲線部は、断面視において、第1湾曲面部31との接続位置で第1湾曲面部31と同じ曲率半径R3を有し、側壁部13との接続位置で側壁部13と同じ曲率半径R2を有し、第1湾曲面部31との接続位置から側壁部13との接続位置にかけてR3からR2に連続的に変化する曲率半径を有する。こうすると、混合気が側壁部13から第1湾曲面部31に移動する際の移動をスムーズに行える可能性がある。
(2) In the above embodiment, the first
(3)上記実施形態では、第2湾曲面部32が、第1湾曲面部31との接続位置eから底壁部14の頂点位置dまで延びており、第1湾曲面部31の部分を除く斜面部16全体もしくは底壁部14全体が第2湾曲面部32となっている。しかしながら、第2湾曲面部32は少なくとも第1湾曲面部31との接続位置e付近にあればよく、接続位置eからピストン中心軸C側に比較的離れた部位に、必ずしも第2湾曲面部32を設ける必要はない。従ってその部位の底壁部14、すなわち底壁部14の中心側の頂部の形状を変更することが可能である。例えば当該頂部を、ピストン中心軸Cに垂直な平面状にしてもよい。
(3) In the above embodiment, the second
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and all modifications, applications, and equivalents included in the idea of the present invention defined by the scope of claims are included in the present invention. Therefore, the present invention should not be construed in a limited manner and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
1 燃焼室構造
2 ピストン
8 頂面
11 キャビティ
20 外周部
21 第1テーパ面部
22 第2テーパ面部
30 キャビティ内壁
B リッチ領域
C ピストン中心軸
f 仮想平面
j 渦流
θ1、θ2 傾斜角
1
Claims (1)
前記キャビティの半径方向外側に位置された前記ピストン頂面の外周部と、
を備え、
前記キャビティ内壁は、前記キャビティの入口部を画成し半径方向内側に突出するリップ部と、前記リップ部に接続され前記リップ部の下方でアンダーカット状に拡径する側壁部と、前記側壁部に接続された底壁部とを備え、
前記底壁部は、ピストン中心軸に近づくにつれ徐々に高くなる斜面部を有し、
前記斜面部は、
その半径方向外側に位置され、前記底壁部の上方に第1曲率半径の中心を有する断面円弧状に形成された第1湾曲面部と、
前記第1湾曲面部に直接接続されると共にその半径方向内側に位置され、前記底壁部の下方に、前記第1曲率半径より大きい第2曲率半径の中心を有する断面円弧状に形成された第2湾曲面部と、
を備え、
前記ピストン頂面の外周部は、
前記リップ部に接続され、前記リップ部の半径方向外側に位置された平坦な第1テーパ面部と、
前記第1テーパ面部に接続されると共にその半径方向外側に位置され、ピストン中心軸に垂直な仮想平面に対し、前記第1テーパ面部より大きい傾斜角を有する平坦な第2テーパ面部と、
前記第2テーパ面部に接続されると共にその半径方向外側に位置され、ピストン中心軸に垂直で、ピストン外周面の位置まで半径方向外側に延びる平面部と、
を備え、
ピストンの下降中に、ガスの当量比が2以上のリッチ領域が前記第1テーパ面部および前記第2テーパ面部に順に沿って半径方向外側に移動するとき、前記リッチ領域の移動に合わせて縦方向の渦流を前記第1テーパ面部から前記第2テーパ面部へと移動させ、その移動中に前記渦流を、前記リッチ領域から、前記リッチ領域の上方に位置しガスの当量比が1以上2未満の第1領域へと移動させ、前記渦流を利用して前記リッチ領域内の混合気と前記第1領域内の混合気とを混合するよう、前記第1テーパ面部および前記第2テーパ面部が形成されており、
燃料噴射後且つピストン下降中の第1特定タイミングにおいて、前記リップ部に衝突した燃料に起因する前記リッチ領域が、前記リップ部と、前記リップ部付近に位置する前記第1テーパ面部および前記側壁部とを覆ってそれらの周辺に形成され、衝突後に上方に分岐した燃料の流れに駆動されて半径方向外側に向かうガスが、前記リップ部から前記第1テーパ面部に移動する際に剥離し、少なくとも一部が前記リッチ領域内に位置される縦方向の渦流が前記第1テーパ面部上に発生し、当該渦流により、前記リッチ領域内の混合気が前記第1領域内の混合気と混合され、
その後の第2特定タイミングにおいて、前記リッチ領域がさらに拡がって前記第2テーパ面部まで到達し、前記渦流も、前記リッチ領域の移動に合わせて前記第2テーパ面部まで到達し、前記第2テーパ面部上で当該渦流により、前記リッチ領域内の混合気が前記第1領域内の混合気と混合され、
その後の第3特定タイミングにおいて、前記リッチ領域が消失し、衝突後に下方に分岐した燃料に起因して前記側壁部を経て前記斜面部に流れる混合気が、前記第1湾曲面部から前記第2湾曲面部に移動する際、上向きの剥離流が発生し、当該剥離流により、前記第1湾曲面部と前記第2湾曲面部の接続位置の上方の空間にある空気が混合気と混合される
ことを特徴とする直噴式内燃機関の燃焼室構造。 A reentrant type cavity recessed in the center of the top surface of the piston and defined by the inner wall of the cavity.
The outer peripheral portion of the top surface of the piston located on the outer side in the radial direction of the cavity, and
Equipped with
The inner wall of the cavity has a lip portion that defines the entrance portion of the cavity and projects inward in the radial direction, a side wall portion that is connected to the lip portion and has an undercut-like diameter expansion below the lip portion, and the side wall portion. With a bottom wall connected to,
The bottom wall portion has a slope portion that gradually increases as it approaches the central axis of the piston.
The slope portion is
A first curved surface portion located on the outer side in the radial direction and formed in an arc shape in a cross section having a center of the first radius of curvature above the bottom wall portion.
A second arcuate cross-section that is directly connected to the first curved surface portion and is located inside the radial direction thereof and has a center of a second radius of curvature larger than the first radius of curvature below the bottom wall portion. 2 curved surface part and
Equipped with
The outer peripheral portion of the piston top surface is
A flat first tapered surface portion connected to the lip portion and located radially outside the lip portion ,
A flat second tapered surface portion connected to the first tapered surface portion and located outside the radial direction thereof and having an inclination angle larger than that of the first tapered surface portion with respect to a virtual plane perpendicular to the piston center axis.
A flat surface portion connected to the second tapered surface portion and located radially outside the surface portion, perpendicular to the piston central axis, and extending radially outward to the position of the outer peripheral surface of the piston.
Equipped with
When a rich region having a gas equivalent ratio of 2 or more moves radially outward along the first tapered surface portion and the second tapered surface portion while the piston is descending, the vertical direction is matched with the movement of the rich region. The vortex flow is moved from the first tapered surface portion to the second tapered surface portion, and during the movement, the vortex flow is located above the rich region from the rich region, and the equivalent ratio of gas is 1 or more and less than 2. The first tapered surface portion and the second tapered surface portion are formed so as to move to the first region and use the vortex to mix the air-fuel mixture in the rich region and the air-fuel mixture in the first region. And
At the first specific timing after fuel injection and while the piston is descending, the rich region caused by the fuel colliding with the lip portion includes the lip portion, the first tapered surface portion and the side wall portion located in the vicinity of the lip portion. The gas, which is formed around and around them and is driven by the fuel flow branched upward after the collision and heads outward in the radial direction, separates when moving from the lip portion to the first tapered surface portion, and at least. A vertical vortex, partly located in the rich region, is generated on the first tapered surface, and the vortex mixes the air-fuel mixture in the rich region with the air-fuel mixture in the first region.
At the second specific timing thereafter, the rich region further expands and reaches the second tapered surface portion, and the vortex flow also reaches the second tapered surface portion in accordance with the movement of the rich region, and the second tapered surface portion. Above, the vortex causes the air-fuel mixture in the rich region to mix with the air-fuel mixture in the first region.
At the subsequent third specific timing, the rich region disappears, and the air-fuel mixture flowing from the first curved surface portion to the second curved surface portion through the side wall portion due to the fuel branched downward after the collision. When moving to the surface portion, an upward separation flow is generated, and the separation flow mixes the air in the space above the connection position between the first curved surface portion and the second curved surface portion with the air-fuel mixture.
The combustion chamber structure of a direct-injection internal combustion engine is characterized by this.
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