JP2010285907A

JP2010285907A - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP2010285907A
Application number: JP2009139316A
Authority: JP
Inventors: Keita Arato; 景太荒戸
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine inhibiting generation of smoke by inhibiting formation of over rich zone of fuel in a combustion chamber. <P>SOLUTION: A plurality of grooves 15 extending toward an outer circumference from a center of a cavity 6 are formed on a wall surface on which sprays of fuel injected from a plurality of minute injection holes of a nozzle 7a of an injector 7 impinge in the cavity 6 provided on a top surface of a piston 3 of a diesel engine 1 in a concave shape. The spray of fuel impinging on the plurality of grooves 15 on the wall surface of the cavity 6 expands along the extension direction of the plurality of grooves 15 is inhibited from expanding in a direction in which the plurality of grooves 15 adjoin thereby. Consequently, generation of smoke is inhibited since interference between adjacent sprays is inhibited and formation of over rich zone is inhibited. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関に関し、更に詳しくは、燃焼室内における燃料の過濃領域の形成を抑制することができる内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine that can suppress the formation of a fuel rich region in a combustion chamber.

ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べて熱効率が良く、二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出量が少ないので石油枯渇問題や地球温暖化問題の観点から有利である。しかし、ディーゼルエンジンは、窒素酸化物（ＮＯｘ）や微粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと略す）が排出されるとともに、このＮＯｘとＰＭとが、一方が低減すると他方が増加するというトレードオフの関係にあり問題となっている。 Diesel engines are more efficient than gasoline engines and have less carbon dioxide (CO ₂ ) emissions, which is advantageous in terms of oil depletion and global warming. However, a diesel engine is a trade-off in which nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (Particulate Matter: hereinafter abbreviated as PM) are discharged, and when one of these NOx and PM decreases, the other increases. This is a problem.

そこで、このようなディーゼルエンジンの問題を解決する予混合圧縮着火（Premixed Compression Ignition：以下、ＰＣＩと略す）燃焼方式が注目されている。このＰＣＩ燃焼は、燃焼室への燃料の噴射時期を、ピストンの圧縮上死点よりも早期にして、燃料の噴射完了後に着火する燃焼方法であり、ＮＯｘやＰＭ等の物質を同時に低減することができる。 Therefore, a premixed compression ignition (Premixed Compression Ignition: hereinafter abbreviated as PCI) combustion system that solves the problem of such a diesel engine has attracted attention. This PCI combustion is a combustion method in which the timing of fuel injection into the combustion chamber is made earlier than the compression top dead center of the piston and is ignited after the fuel injection is completed, and substances such as NOx and PM are simultaneously reduced. Can do.

しかし、ＰＣＩ燃焼方法は、適用運転領域が軽負荷に限られるという問題があるので、その問題を解決するために、燃料噴射弁の噴孔径を小さくして、燃料を微粒化することにより、蒸発を促進させて、均一で希薄な予混合気を迅速に生成し、ＰＣＩ燃焼による運転領域を拡大しようという試みがなされている（例えば特許文献１参照）。ただし、噴孔径を小さくした場合、全負荷での燃費を悪化させないためには、一定期間内に必要量の燃料を噴射する必要がある。したがって、必要とされる総噴射孔面積を確保する必要があり、小径の噴孔を複数設ける多噴孔化が必須となる。 However, the PCI combustion method has a problem that the applicable operating range is limited to light loads. To solve this problem, the injection hole diameter of the fuel injection valve is reduced and the fuel is atomized to evaporate. Attempts have been made to rapidly generate a uniform and lean premixed gas to expand the operating range by PCI combustion (see, for example, Patent Document 1). However, when the nozzle hole diameter is made small, it is necessary to inject a required amount of fuel within a certain period in order not to deteriorate the fuel consumption at the full load. Therefore, it is necessary to secure the required total injection hole area, and it is essential to make a plurality of injection holes with a plurality of small diameter injection holes.

しかし、多噴孔化にすると、燃料の噴霧がピストン頂面のキャビティの壁面に衝突した後に噴霧間の干渉が生じ易くなり、キャビティ内に過濃領域が形成される結果、スモーク（煤）の生成量が増えてしてしまうという問題がある。図６〜図８は燃料の噴射から所定時間ｔｓの経過毎の燃料の噴霧Ｆ０の状態を模式的に示している。横軸はピストンの頂面に沿う平面位置を示し、縦軸はピストンの頂面に直交する高さ位置を示している。燃料の噴霧Ｆ０間の距離が小さい場合、噴霧Ｆ０間に干渉が生じ、燃料過濃領域ＦＴが形成され易くなる。また、図９は燃料噴射弁の噴孔の径および数毎に煤の生成量を比較して示したグラフである。縦軸は煤の生成量、横軸は燃料噴射圧力を示している。また、ｈｓは噴孔径が０．０８ｍｍで噴孔総数が２０個の測定結果であり、ｈｂは噴孔径が０．１４ｍｍで噴孔総数が７個の測定結果である。小噴孔で多噴孔の方が煤の生成量が多いことが分かる。 However, when the number of injection holes is increased, interference between the sprays tends to occur after the fuel spray collides with the cavity wall of the top surface of the piston, resulting in the formation of an over-concentrated region in the cavity. There is a problem that the generation amount increases. 6 to 8 schematically show the state of the fuel spray F0 at every elapse of the predetermined time ts from the fuel injection. The horizontal axis indicates the planar position along the top surface of the piston, and the vertical axis indicates the height position orthogonal to the top surface of the piston. When the distance between the fuel sprays F0 is small, interference occurs between the sprays F0, and the fuel rich region FT is easily formed. FIG. 9 is a graph showing a comparison of the amount of soot generated for each diameter and number of nozzle holes of the fuel injection valve. The vertical axis represents the amount of soot generated, and the horizontal axis represents the fuel injection pressure. In addition, hs is a measurement result of the nozzle hole diameter of 0.08 mm and the total number of nozzle holes of 20, and hb is a measurement result of the nozzle hole diameter of 0.14 mm and the total number of nozzle holes of 7. It can be seen that the number of soot is larger in the small nozzle holes and in the multiple nozzle holes.

特開２００７−２１１７６８号公報JP 2007-2111768

本発明の目的は、燃焼室内における燃料の過濃領域の形成を抑制することができる内燃機関を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can suppress the formation of a fuel rich region in a combustion chamber.

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、ピストンの頂面に凹設され燃焼室の一部を形成するキャビティに対向する位置に燃料噴射部を備えた内燃機関において、前記燃料噴射部から噴射される燃料の噴霧が衝突する前記キャビティの壁面に、前記噴霧が前記キャビティの外周に沿う方向へ広がるのを抑制する複数の溝を設けたものである。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine of the present invention is provided with a fuel injection portion provided at a position facing a cavity that is recessed in a top surface of a piston and forms a part of a combustion chamber. A plurality of grooves for suppressing the spread of the spray in a direction along the outer periphery of the cavity are provided on the wall surface of the cavity where the spray of fuel injected from the section collides.

また、上記した内燃機関において、前記燃料噴射部から前記燃焼室への燃料の噴射時期を、前記ピストンの圧縮上死点よりも早期にして、前記燃料の噴射完了後に着火する予混合圧縮着火燃焼を行う運転領域を有するものである。 Further, in the internal combustion engine described above, premixed compression ignition combustion in which fuel is injected from the fuel injection portion into the combustion chamber earlier than the compression top dead center of the piston and ignited after completion of the fuel injection. It has the operation area which performs.

本発明の内燃機関によれば、ピストンの頂面に凹設されたキャビティにおいて燃料の噴霧が衝突する壁面に溝を設けたことにより、燃料の噴霧が、溝に沿って広がるのを促し、溝に対して交差する方向に広がるのを抑制することができるので、噴霧間の干渉を抑制することができ、燃焼室内における燃料の過濃領域の形成を抑制することができる。その結果、スモークの生成を抑制することができる。 According to the internal combustion engine of the present invention, by providing the groove on the wall surface where the fuel spray collides in the cavity recessed in the top surface of the piston, the fuel spray is promoted to spread along the groove, Therefore, it is possible to suppress the interference between the sprays, and to suppress the formation of a fuel rich region in the combustion chamber. As a result, the generation of smoke can be suppressed.

本発明の実施の形態の内燃機関の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the internal combustion engine of embodiment of this invention. 図１の内燃機関のピストンの頂面の平面図である。It is a top view of the top surface of the piston of the internal combustion engine of FIG. 図２のピストンのＩ−Ｉ線の断面図である。It is sectional drawing of the II line of the piston of FIG. 図２のピストンの頂面の１つの溝群の拡大平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view of one groove group on the top surface of the piston of FIG. 2. 図４のピストンの頂面のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。It is sectional drawing of the II-II line of the top surface of the piston of FIG. 燃料の噴射から所定時間の経過毎の燃料の噴霧の状態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the state of the spraying of fuel for every progress of predetermined time from fuel injection. 燃料の噴射から所定時間の経過毎の燃料の噴霧の状態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the state of the spraying of fuel for every progress of predetermined time from fuel injection. 燃料の噴射から所定時間の経過毎の燃料の噴霧の状態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the state of the spraying of fuel for every progress of predetermined time from fuel injection. 燃料噴射弁の噴孔の径および数毎に煤の生成量を比較して示したグラフ図である。It is the graph which showed the generation amount of soot for every diameter and number of nozzle holes of a fuel injection valve.

以下、本発明の実施の形態の内燃機関について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は本実施の形態の内燃機関の要部断面図を示している。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of a main part of the internal combustion engine of the present embodiment.

本実施の形態の内燃機関は、例えばトラックのような自動車両に搭載されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１である。このエンジン１は、シリンダ２と、ピストン３と、シリンダヘッド４とを有しており、燃焼室５は、中空状のシリンダ２の内壁面と、ピストン３の頂面と、シリンダヘッド４の底面とに囲まれた空間に形成されている。 The internal combustion engine of the present embodiment is a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 mounted on an automobile such as a truck. The engine 1 includes a cylinder 2, a piston 3, and a cylinder head 4, and the combustion chamber 5 includes an inner wall surface of the hollow cylinder 2, a top surface of the piston 3, and a bottom surface of the cylinder head 4. It is formed in a space surrounded by.

シリンダ２の内部には、ピストン３がシリンダ２の内壁面に沿って移動可能な状態で設置されている。このピストン３の頂面には、キャビティ６が凹設されている。このキャビティ６は、燃焼室５の一部を形成する領域であり、底面（壁面）６ａと、キャビティ６の最外周で底面６ａに交差する側面（壁面）６ｂとにより区画されている。キャビティ６の底面６ａは、その中央から外周に向かって次第に深くなるように形成されており、これによりトロイダル型の燃焼室が形成されている。ただし、キャビティ６の形状はトロイダル型に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばリエントラント型や浅皿型のような他の形状としても良い。 Inside the cylinder 2, the piston 3 is installed so as to be movable along the inner wall surface of the cylinder 2. A cavity 6 is recessed in the top surface of the piston 3. The cavity 6 is a region that forms a part of the combustion chamber 5, and is defined by a bottom surface (wall surface) 6 a and a side surface (wall surface) 6 b that intersects the bottom surface 6 a at the outermost periphery of the cavity 6. The bottom surface 6a of the cavity 6 is formed so as to gradually become deeper from the center toward the outer periphery, thereby forming a toroidal combustion chamber. However, the shape of the cavity 6 is not limited to the toroidal type and can be variously changed. For example, other shapes such as a reentrant type and a shallow dish type may be used.

また、シリンダ２上には、シリンダヘッド４が設置されている。このシリンダヘッド４には、インジェクタ（燃料噴射部）７が設置されている。このインジェクタ７は、燃焼室５内に燃料を直接噴射する装置であり、キャビティ６の底面に対向する位置にシリンダ２およびピストン３（キャビティ６）の軸心Ａに一致するように設置されている。インジェクタ７はコモンレール（図示せず）に接続され、そのコモンレールに貯留された高圧燃料がインジェクタ７に常時供給される。コモンレールへの燃料圧送は高圧サプライポンプ（図示せず）により行われる。 A cylinder head 4 is installed on the cylinder 2. The cylinder head 4 is provided with an injector (fuel injection unit) 7. The injector 7 is a device that directly injects fuel into the combustion chamber 5, and is installed at a position facing the bottom surface of the cavity 6 so as to coincide with the axis A of the cylinder 2 and the piston 3 (cavity 6). . The injector 7 is connected to a common rail (not shown), and high-pressure fuel stored in the common rail is constantly supplied to the injector 7. Fuel pumping to the common rail is performed by a high-pressure supply pump (not shown).

インジェクタ７のノズル７ａの先端は、例えば円錐状に形成されており、燃焼室５内に突出されている。このノズル７ａの円錐状の突出先端部には、複数の微細な噴孔が形成されており、その複数の微細な噴孔から燃料が放射状に同時に噴射されるようになっている。このように本実施の形態のエンジン１においては、燃料を微細な噴孔から噴射し微粒化することにより、蒸発を促進させて、均一で希薄な予混合気を迅速に生成することができるので、後述の予混合圧縮着火（Premixed Compression Ignition：以下、ＰＣＩと略す）燃焼による運転領域を拡大することができる。また、微細な噴孔を必要噴射孔面積が確保できる分だけ複数設けることにより、全負荷での燃費の悪化も生じないようにすることができる。ここでは、特に限定されるものではないが、例えばノズル７ａの円錐先端から円錐底部に向かって２個の噴孔が隣接配置され、この２個で１組とする噴孔がノズル７ａの円錐外周に沿って複数配置されている場合等がある。また、噴孔の直径や数は、エンジンの出力の大きさ等により変わるので一概には言えないが、例えば下記のとおりである。すなわち、各噴孔の直径は、特に限定されるものではないが、例えば０．１ｍｍ以下である。燃料の微粒化と噴孔の加工性とを考慮すると、噴孔の直径は、例えば０．０８〜０．０５ｍｍ程度が好ましい。噴孔の総数は、特に限定されるものではないが、例えば２０個である。 The tip of the nozzle 7 a of the injector 7 is formed in a conical shape, for example, and protrudes into the combustion chamber 5. A plurality of fine nozzle holes are formed at the conical protruding tip of the nozzle 7a, and fuel is simultaneously injected radially from the plurality of fine nozzle holes. As described above, in the engine 1 of the present embodiment, the fuel is injected from the fine nozzle holes and atomized, thereby promoting evaporation and promptly generating a uniform and lean premixed gas. Further, it is possible to expand an operation range by premixed compression ignition (hereinafter abbreviated as PCI) combustion, which will be described later. Further, by providing a plurality of fine injection holes as much as the required injection hole area can be secured, it is possible to prevent the deterioration of fuel consumption at full load. Here, although not particularly limited, for example, two nozzle holes are adjacently arranged from the tip of the cone of the nozzle 7a toward the cone bottom, and the two nozzle holes formed as a pair constitute the outer periphery of the cone of the nozzle 7a. There are cases in which a plurality of lines are arranged along the line. Further, the diameter and number of the nozzle holes vary depending on the output level of the engine and the like, and thus cannot be generally stated. For example, they are as follows. That is, the diameter of each nozzle hole is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mm or less. Considering the atomization of fuel and the workability of the nozzle hole, the diameter of the nozzle hole is preferably about 0.08 to 0.05 mm, for example. The total number of nozzle holes is not particularly limited, but is 20 for example.

ノズル７ａの先端の各噴孔から噴射される燃料の噴射軸Ｂは、軸心Ａに対してそれぞれ所定の噴射角度θだけ傾けられている。この噴射角度θは、燃料が燃料噴射期間の全期間に亘ってキャビティ６内に収まるような角度に設定されている。噴射角度θの決定にあたっては、燃料の噴射開始時期や燃料の噴射開始時のピストン３の頂面位置等に基づいて決定されている。 An injection axis B of fuel injected from each nozzle hole at the tip of the nozzle 7a is inclined with respect to the axis A by a predetermined injection angle θ. This injection angle θ is set to an angle that allows the fuel to be accommodated in the cavity 6 over the entire fuel injection period. The injection angle θ is determined based on the fuel injection start timing, the top surface position of the piston 3 at the start of fuel injection, and the like.

また、上記のシリンダヘッド４には、吸気ポート８と、吸気弁９と、排気ポート１０と排気弁１１とが設置されている。吸気ポート８および吸気弁９と、排気ポート１０および排気弁１１とは、インジェクタ７を挟むように、インジェクタ７の左右両側に配置されている。吸気ポート８は吸気管１２に接続され、排気ポート１０は排気管１３に接続されている。吸気弁９は燃焼室５と吸気管１２との間の開閉を行い、排気弁１１は燃焼室５と排気管１３との間の開閉を行う。 The cylinder head 4 is provided with an intake port 8, an intake valve 9, an exhaust port 10 and an exhaust valve 11. The intake port 8 and the intake valve 9, and the exhaust port 10 and the exhaust valve 11 are arranged on the left and right sides of the injector 7 so as to sandwich the injector 7. The intake port 8 is connected to the intake pipe 12, and the exhaust port 10 is connected to the exhaust pipe 13. The intake valve 9 opens and closes between the combustion chamber 5 and the intake pipe 12, and the exhaust valve 11 opens and closes between the combustion chamber 5 and the exhaust pipe 13.

このようなエンジン１は、ＰＣＩ燃焼による運転領域を有している。このＰＣＩ燃焼は、燃料の噴射時期を、ピストン３の圧縮上死点よりも早期に開始し、かつ、その圧縮上死点よりも早期に終了させ、燃料の噴射完了後に混合気が着火する燃焼方式である。このＰＣＩ燃焼による運転領域は、比較的軽負荷領域に設定されている。 Such an engine 1 has an operation region by PCI combustion. In this PCI combustion, the fuel injection timing starts earlier than the compression top dead center of the piston 3 and ends earlier than the compression top dead center, and the mixture is ignited after the fuel injection is completed. It is a method. The operation region by PCI combustion is set to a relatively light load region.

また、エンジン１は、拡散燃焼による運転領域を有している。この拡散燃焼は、燃料の噴射をピストン３の圧縮上死点近傍で開始し、かつ、その圧縮上死点より遅い時期に終了させ、燃料の噴射中に混合気が着火する燃焼方式である。この拡散燃焼による運転領域は、ＰＣＩ燃焼による運転領域よりも高負荷領域に設定されている。 Further, the engine 1 has an operation region by diffusion combustion. This diffusion combustion is a combustion system in which fuel injection starts near the compression top dead center of the piston 3 and ends at a time later than the compression top dead center, and the air-fuel mixture is ignited during fuel injection. The operation region by diffusion combustion is set to a higher load region than the operation region by PCI combustion.

次に、本実施の形態１のエンジン１におけるピストン３のキャビティ６について図２〜図５を参照しながら説明する。 Next, the cavity 6 of the piston 3 in the engine 1 of the first embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、ピストン３のキャビティ６の構成を図２および図３により説明する。図２はピストン３の頂面の平面図、図３は図２のピストン３のＩ−Ｉ線の断面図を示している。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚは各図の位置関係が分かり易くなるように示した位置座標である。Ｘ，Ｙはピストン３の頂面の平面座標を示し、Ｚはピストン３の頂面に直交する方向の座標を示している。 First, the configuration of the cavity 6 of the piston 3 will be described with reference to FIGS. 2 is a plan view of the top surface of the piston 3, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II of the piston 3 of FIG. Note that X, Y, and Z are position coordinates shown so that the positional relationship in each figure can be easily understood. X and Y indicate plane coordinates of the top surface of the piston 3, and Z indicates coordinates in a direction orthogonal to the top surface of the piston 3.

ピストン３の頂面のキャビティ６の平面形状は、ピストン３の頂面の外周に沿うように円形状に形成されている。また、キャビティ６の断面形状は、ピストン３の頂面に直交する方向に凹む凹状に形成されている。 The planar shape of the cavity 6 on the top surface of the piston 3 is formed in a circular shape so as to follow the outer periphery of the top surface of the piston 3. The cross-sectional shape of the cavity 6 is formed in a concave shape that is recessed in a direction orthogonal to the top surface of the piston 3.

このキャビティ６の壁面（底面６ａおよび側面６ｂ）には、ノズル７ａから噴射されキャビティ６の壁面に衝突した燃料の噴霧が、キャビティ６の外周に沿う方向（キャビティ６の円周方向）へ広がるのを抑制する複数の溝１５が形成されている。 On the wall surface (bottom surface 6 a and side surface 6 b) of the cavity 6, the fuel spray injected from the nozzle 7 a and colliding with the wall surface of the cavity 6 spreads in the direction along the outer periphery of the cavity 6 (circumferential direction of the cavity 6). A plurality of grooves 15 for suppressing the above are formed.

図２においては、複数の溝１５で１つの溝群Ｃが構成されており、その溝群Ｃがピストン３の頂面の外周に沿って複数並んで配置されている。なお、図２においては、図面を見易くするため、２つの溝群Ｃが示され、他は省略されている。 In FIG. 2, one groove group C is constituted by the plurality of grooves 15, and a plurality of the groove groups C are arranged along the outer periphery of the top surface of the piston 3. In FIG. 2, two groove groups C are shown for easy understanding of the drawing, and the others are omitted.

各溝群Ｃは、上記したＰＣＩ燃焼および拡散燃焼による各運転領域に際して、上記したノズル７ａの複数の微細な噴孔から噴射された燃料の噴霧が衝突する領域に配置されている。すなわち、各溝群Ｃは、ノズル７ａの微細な噴孔に対向する位置に配置されている。 Each groove group C is arranged in a region where the spray of fuel injected from the plurality of fine nozzle holes of the nozzle 7a collides in each operation region by the above-described PCI combustion and diffusion combustion. That is, each groove group C is disposed at a position facing the fine nozzle hole of the nozzle 7a.

また、図２においては、複数の溝群Ｃの隣接間に溝１５が形成されていない領域１６が配置されている。領域１６は、キャビティ６の中央側から外周側に向かって次第に幅の広くなるような扇形に形成されている。領域１６内の底面６ａおよび側面６ｂには溝１５が形成されていない。ただし、領域１６に溝１５を形成しても良い。この領域１６に形成される溝１５は、噴霧の広がりを抑えればよく、溝群Ｃ内の溝１５に対して平行でなくても良い。 In FIG. 2, a region 16 in which the groove 15 is not formed is disposed between the plurality of groove groups C. The region 16 is formed in a sector shape that gradually increases in width from the center side to the outer peripheral side of the cavity 6. The groove 15 is not formed in the bottom surface 6a and the side surface 6b in the region 16. However, the groove 15 may be formed in the region 16. The groove 15 formed in the region 16 only needs to suppress the spread of the spray and does not have to be parallel to the groove 15 in the groove group C.

また、各溝群Ｃは、キャビティ６の中央には配置されておらず、キャビティ６の中心（軸心Ａ）から少し離れた位置に形成されている。すなわち、複数の溝１５は、キャビティ６の中央（キャビティ６の中心（軸心Ａ）から予め設定された長さだけ離れた位置）から外周に向かって互いに平行に延在形成されている。各溝１５は、キャビティ６の底面６ａのみならず側面６ｂにも連続して延在形成されている。 Further, each groove group C is not disposed in the center of the cavity 6 but is formed at a position slightly away from the center (axis A) of the cavity 6. That is, the plurality of grooves 15 are formed so as to extend in parallel to each other from the center of the cavity 6 (a position away from the center (axis A) of the cavity 6 by a predetermined length) to the outer periphery. Each groove 15 extends continuously not only on the bottom surface 6 a of the cavity 6 but also on the side surface 6 b.

溝群Ｃ内の複数の溝１５は等間隔となるように配置されている。ただし、複数の溝１５の隣接間隔を変えても良い。また、各溝１５の平面で見た形状は線状に形成されている。各溝１５の幅（短方向平面寸法）は、特に限定されるものではないが、溝１５の延在方向に沿ってほぼ同一であり、例えば幅２〜１０ｍｍ程度である。ただし、各溝１５の全体または一部を曲線形状としても良い。 The plurality of grooves 15 in the groove group C are arranged at equal intervals. However, the adjacent intervals of the plurality of grooves 15 may be changed. Moreover, the shape seen in the plane of each groove | channel 15 is formed in linear form. The width (short direction planar dimension) of each groove 15 is not particularly limited, but is substantially the same along the extending direction of the groove 15, for example, about 2 to 10 mm in width. However, the whole or part of each groove 15 may be curved.

また、各溝１５の断面形状は、特に限定されるものではないが、例えばＶ字状またはＵ字状に形成されている。各溝１５の深さは、特に限定されるものではないが、溝１５の延在方向に沿ってほぼ同一であり、例えば深さ１〜５ｍｍ程度である。ただし、溝１５の一部の深さをその溝１５の他の部分より深くしても良い。また、溝群Ｃ内の複数の溝１５毎に深さを変えても良い。 Moreover, the cross-sectional shape of each groove | channel 15 is although it does not specifically limit, For example, it is formed in V shape or U shape. Although the depth of each groove | channel 15 is not specifically limited, It is substantially the same along the extending direction of the groove | channel 15, for example, is about 1-5 mm in depth. However, the depth of a part of the groove 15 may be deeper than the other part of the groove 15. Further, the depth may be changed for each of the plurality of grooves 15 in the groove group C.

このような複数の溝１５は、上記した噴霧のキャビティ６の円周方向への広がりが抑えられればよく、複数の溝１５の配置の仕方は上記したものに限定されるものではなく種々変更可能である。例えば溝１５をキャビティ６の中心から外周に向かって放射線状に配置しても良い。 Such a plurality of grooves 15 is only required to suppress the spread of the spray cavity 6 in the circumferential direction, and the arrangement of the plurality of grooves 15 is not limited to the above-described one but can be variously changed. It is. For example, the grooves 15 may be arranged radially from the center of the cavity 6 toward the outer periphery.

次に、ノズル７ａから噴射された燃料の噴霧と複数の溝１５との関係を図４および図５を参照にしながら説明する。図４はピストン３の頂面の１つの溝群Ｃの拡大平面図、図５は図４のピストン３の頂面のＩＩ−ＩＩ線の断面図を示している。 Next, the relationship between the spray of fuel injected from the nozzle 7a and the plurality of grooves 15 will be described with reference to FIGS. 4 is an enlarged plan view of one groove group C on the top surface of the piston 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the top surface of the piston 3 in FIG.

図中の符号Ｆは、ノズル７ａの複数の微細な噴孔から噴射された燃料の噴霧を示している。符号Ｆａは噴霧Ｆのネック領域を示し、符号Ｆｂは噴霧Ｆの広がり領域を示している。 The symbol F in the figure indicates fuel spray injected from a plurality of fine nozzle holes of the nozzle 7a. Reference symbol Fa indicates a neck region of the spray F, and reference symbol Fb indicates a spreading region of the spray F.

従来技術の場合（ピストンの頂面に溝１５が形成されていない場合）、ノズル７ａの噴孔を微細・多噴孔にすると、燃料の噴霧がキャビティの壁面に衝突した後に噴霧間の干渉が生じ易くなり、キャビティ内に過濃領域が形成される結果、スモーク（煤）の生成量が増えてしてしまう問題がある。 In the case of the prior art (when the groove 15 is not formed on the top surface of the piston), if the nozzle hole of the nozzle 7a is made into a fine and multi-hole, there is interference between the sprays after the fuel spray collides with the cavity wall surface. This is likely to occur, and as a result of forming an excessively concentrated region in the cavity, there is a problem that the amount of smoke (soot) generated increases.

これに対して、本実施の形態のエンジン１において、ノズル７ａの複数の微細な噴孔から噴射された燃料の噴霧は、キャビティ６の壁面の溝群Ｃに衝突すると、矢印ＰＶに示すように複数の溝１５の延在方向に対しては相対的に抵抗が少ないので溝１５の延在方向に沿って広がる一方で、矢印ＰＬに示すように溝１５の延在方向に交差する方向（複数の溝１５の隣接方向）に対しては複数の溝１５に邪魔され相対的に抵抗が高いので広がりが抑えられる。すなわち、複数の溝１５は、噴霧Ｆがキャビティ６の中央から放射線上に沿って広がるのを促すとともに、噴霧Ｆが複数の溝群Ｃの隣接方向（キャビティ６の円周方向）に広がるのを抑制する（抵抗となる）誘導部として作用する。 In contrast, in the engine 1 of the present embodiment, when the spray of fuel injected from the plurality of fine nozzle holes of the nozzle 7a collides with the groove group C on the wall surface of the cavity 6, as indicated by the arrow PV. Since the resistance is relatively small with respect to the extending direction of the plurality of grooves 15, the resistance spreads along the extending direction of the grooves 15, while the direction crossing the extending direction of the grooves 15 as shown by the arrow PL (plural (Adjacent direction of the groove 15) is hindered by the plurality of grooves 15 and has a relatively high resistance, so that the spread is suppressed. That is, the plurality of grooves 15 urges the spray F to spread along the radiation from the center of the cavity 6, and allows the spray F to spread in the adjacent direction of the plurality of groove groups C (circumferential direction of the cavity 6). Acts as a suppression (resisting) guiding part.

このように、本実施の形態１のエンジン１においては、キャビティ６において燃料の噴霧Ｆが衝突する壁面に複数の溝１５を設けたことにより、燃料の噴霧Ｆが、溝１５に沿って広がるのを促し、複数の溝１５に対して交差する方向に広がるのを抑制することができるので、互いに隣接する溝群Ｃの各々に衝突する噴霧Ｆ，Ｆ間の干渉を抑制することができ、キャビティ６内における燃料の過濃領域の形成を抑制することができる。その結果、スモークの生成を抑制することができる。 As described above, in the engine 1 of the first embodiment, the fuel spray F spreads along the groove 15 by providing the plurality of grooves 15 on the wall surface where the fuel spray F collides in the cavity 6. , And can be prevented from spreading in a direction intersecting with the plurality of grooves 15, so that interference between the sprays F and F colliding with each of the adjacent groove groups C can be suppressed, and the cavity It is possible to suppress the formation of a fuel rich region in the fuel cell 6. As a result, the generation of smoke can be suppressed.

本発明の内燃機関は、ピストンの頂面に凹設されたキャビティにおいて燃料の噴霧が衝突する壁面に溝を設けたことにより、燃焼室内における燃料の過濃領域の形成を抑制することができ、スモークの生成を抑制することができるので、自動車両等の内燃機関に利用できる。 The internal combustion engine of the present invention can suppress the formation of a fuel rich region in the combustion chamber by providing a groove on the wall surface where the fuel spray collides in a cavity recessed in the top surface of the piston, Since the generation of smoke can be suppressed, it can be used for an internal combustion engine such as a motor vehicle.

１ディーゼルエンジン（内燃機関）
２シリンダ
３ピストン
４シリンダヘッド
５燃焼室
６キャビティ
６ａ底面
６ｂ側面
７インジェクタ
７ａノズル
１５溝
１６領域
Ｃ溝群
Ｆ噴霧 1 Diesel engine (internal combustion engine)
2 Cylinder 3 Piston 4 Cylinder head 5 Combustion chamber 6 Cavity 6a Bottom surface 6b Side surface 7 Injector 7a Nozzle 15 Groove 16 Region C Groove group F Spray

Claims

ピストンの頂面に凹設され燃焼室の一部を形成するキャビティに対向する位置に燃料噴射部を備えた内燃機関において、前記燃料噴射部から噴射される燃料の噴霧が衝突する前記キャビティの壁面に、前記噴霧が前記キャビティの外周に沿う方向へ広がるのを抑制する複数の溝を設けた内燃機関。 In an internal combustion engine having a fuel injection portion at a position facing a cavity that is recessed on the top surface of the piston and forms a part of a combustion chamber, the wall surface of the cavity on which fuel spray injected from the fuel injection portion collides Further, an internal combustion engine provided with a plurality of grooves for preventing the spray from spreading in a direction along the outer periphery of the cavity.

前記燃料噴射部から前記燃焼室への燃料の噴射時期を、前記ピストンの圧縮上死点よりも早期にして、前記燃料の噴射完了後に着火する予混合圧縮着火燃焼を行う運転領域を有する請求項１記載の内燃機関。 2. An operation region in which premixed compression ignition combustion is performed in which fuel is injected from the fuel injection unit into the combustion chamber earlier than the compression top dead center of the piston and ignited after completion of the fuel injection. 1. The internal combustion engine according to 1.