JP2013194559A - Compression self ignition engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒内に供給された燃料を圧縮自己着火により燃焼させる圧縮自己着火エンジンに関するものである。 The present invention relates to a compression self-ignition engine that burns fuel supplied into a cylinder by compression self-ignition.
従来から、エンジンにおける希薄混合気の燃焼改善のために、様々な方法が提案されている。例えば特許文献１には、圧縮行程終期に吸気側及び排気側のスキッシュエリアからそれぞれ燃焼室天井面及びピストン冠面に沿って流れるスキッシュ流を発生させ、混合気を燃焼室中央部に集合させることで、燃料の着火性を改善すると共に、希薄燃焼を実現した火花点火式エンジンが記載されている。 Conventionally, various methods have been proposed for improving combustion of a lean air-fuel mixture in an engine. For example, in Patent Document 1, a squish flow that flows along the combustion chamber ceiling surface and the piston crown surface is generated from the intake side and exhaust side squish areas at the end of the compression stroke, respectively, and the air-fuel mixture is collected in the center of the combustion chamber. Thus, there is described a spark ignition engine that improves the ignitability of fuel and realizes lean combustion.
また、希薄混合気の燃焼改善を図る目的で、燃焼期間を短縮させて燃焼させる圧縮自己着火燃焼を行うことが既に知られている。この圧縮自己着火燃焼によれば、有効膨張比を高めることで、排気損失を低減して、機関運転効率を向上させることができる。圧縮自己着火燃焼においては、着火時期に筒内温度を高めることが必要であるため、高温の既燃ガスを燃焼室内に残す残留ガス量を制御したり、吸入ガスの温度を高めたり、幾何学的圧縮比を高めたりしている。ここで、幾何学的圧縮比を高めると、機関運転効率を向上させることができる反面、圧縮上死点における燃焼室の容積が小さくなる。 In addition, for the purpose of improving the combustion of a lean air-fuel mixture, it is already known to perform compression self-ignition combustion that shortens the combustion period and burns. According to this compression self-ignition combustion, by increasing the effective expansion ratio, it is possible to reduce exhaust loss and improve engine operating efficiency. In compression self-ignition combustion, it is necessary to increase the in-cylinder temperature at the time of ignition, so the amount of residual gas that leaves hot burned gas in the combustion chamber is controlled, the intake gas temperature is increased, The compression ratio is increased. Here, if the geometric compression ratio is increased, the engine operation efficiency can be improved, but the volume of the combustion chamber at the compression top dead center is reduced.
ところで、圧縮自己着火エンジンにおいて、高負荷運転時や高回転運転時に過早着火や燃焼騒音を抑制するために、圧縮行程後期に燃焼噴射弁から燃料を噴射することがある。 By the way, in a compression self-ignition engine, in order to suppress premature ignition and combustion noise at the time of high load operation and high rotation operation, fuel may be injected from the combustion injection valve at the latter stage of the compression stroke.
しかしながら、圧縮行程後期に燃焼室の容積が小さくなる高圧縮比の圧縮自己着火エンジンにおいて、圧縮行程後期に燃料を噴射すると、噴射された燃料が燃焼室の壁面に到達し、燃焼室壁面付近でも混合気濃度が高まり、高温の燃焼ガスが燃焼室壁面に接触して、冷却損失が大きくなるという課題がある。特に、幾何学的圧縮比が高くなるほど、気筒内の混合気が圧縮されて燃焼ガス温度が高くなるため、燃焼室壁面を通じて放出される熱放出量が大きくなる。従って、従来よりも高圧縮化したものにおいて、前記課題はとりわけて顕著になる。 However, in a compression self-ignition engine with a high compression ratio in which the volume of the combustion chamber becomes smaller in the latter half of the compression stroke, when fuel is injected in the latter half of the compression stroke, the injected fuel reaches the wall surface of the combustion chamber, and even in the vicinity of the combustion chamber wall surface. There is a problem that the air-fuel mixture concentration increases, and high-temperature combustion gas comes into contact with the wall surface of the combustion chamber to increase the cooling loss. In particular, as the geometric compression ratio increases, the air-fuel mixture in the cylinder is compressed and the combustion gas temperature increases, so that the amount of heat released through the combustion chamber wall surface increases. Therefore, in the case of higher compression than before, the above-mentioned problem becomes particularly remarkable.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、気筒内に供給された燃料を圧縮自己着火により燃焼させる圧縮自己着火エンジンにおいて、冷却損失を低減することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to reduce cooling loss in a compression self-ignition engine in which fuel supplied into a cylinder is burned by compression self-ignition. .
前記の課題を解決するため、本発明は、圧縮行程後期にピストンの冠面に形成された凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れるスキッシュ流を発生させるようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention generates a squish flow that flows from the outside in the radial direction toward the center along the inner wall of the recess formed in the crown surface of the piston in the latter half of the compression stroke. It is characterized by.
具体的には、本発明は、内部に気筒が形成されたシリンダブロックと、該シリンダブロック上に配置されたシリンダヘッドと、前記気筒内に嵌挿されたピストンと、前記シリンダブロックと該シリンダヘッドと前記ピストンとによって区画される燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、を備え、前記燃料噴射弁により燃料噴霧を噴射する期間を圧縮行程後期に設定すると共に、前記燃焼室内に噴射した燃料噴霧を自己着火させるようした圧縮自己着火エンジンを対象とし、次のような解決手段を講じた。 Specifically, the present invention includes a cylinder block in which a cylinder is formed, a cylinder head disposed on the cylinder block, a piston fitted into the cylinder, the cylinder block, and the cylinder head. And a fuel injection valve that injects fuel spray into the combustion chamber defined by the piston, and sets the period during which the fuel spray is injected by the fuel injection valve in the latter half of the compression stroke and injects the fuel spray into the combustion chamber The following solution was taken for a compression self-ignition engine that self-ignites the fuel spray.
すなわち、第１の発明は、前記ピストンは、その冠面に凹部が形成されており、前記凹部は、該凹部底部から該凹部開口に向かって拡径するように、その側壁が前記気筒の軸心方向に対して傾斜して構成されていると共に、その側壁の外周部に圧縮行程後期に前記凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れるスキッシュ流を前記シリンダヘッドの下面と共に発生させるスキッシュ発生部が形成され、その側壁における該スキッシュ発生部の径方向の内方に前記凹部の底壁と前記スキッシュ発生部とに連続する中間部が形成されており、前記燃料噴射弁は、前記シリンダヘッドに前記気筒の軸心に沿って配置されかつ、燃料噴霧を前記凹部内に噴射することを特徴とするものである。 That is, in the first invention, a concave portion is formed on the crown surface of the piston, and the side wall of the piston extends from the bottom of the concave portion toward the concave opening so that the side wall of the piston is the shaft of the cylinder. The squish flow that is inclined with respect to the central direction and that flows from the outer side of the recess toward the center along the inner wall of the recess at the later stage of the compression stroke is formed on the outer surface of the side wall of the cylinder head. A squish generating part that is generated together with the squish generating part, and an intermediate part that is continuous with the bottom wall of the recess and the squish generating part is formed inside the squish generating part in a radial direction of the side wall of the squish generating part. Is arranged in the cylinder head along the axis of the cylinder and injects fuel spray into the recess.
これによれば、スキッシュ流を、圧縮行程後期にピストンの冠面に形成された凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流すため、圧縮行程後期に噴射された燃料噴霧がその先端側に広がっていくことをスキッシュ流によって抑制する（エアーブロックする）ことができ、燃料噴霧がピストンの冠面（凹部の内壁）に到達（衝突）することを抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストンの冠面に接触することを抑制することができ、冷却損失を低減することができる。 According to this, since the squish flow is caused to flow from the outside in the radial direction toward the center along the inner wall of the recess formed in the crown surface of the piston in the latter half of the compression stroke, the fuel spray injected in the latter half of the compression stroke Spreading to the tip side can be suppressed (air-blocked) by the squish flow, and fuel spray can be prevented from reaching (collising) the crown surface (inner wall of the recess) of the piston. As a result, the combustion gas can be prevented from coming into contact with the crown surface of the piston, and the cooling loss can be reduced.
尚、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−燃焼室の区画面の温度）によって決定されるため、前述したように、エアーブロックすると、熱伝達率が大きくなってしまうが、従来のように、圧縮行程後期に噴射された燃料が燃焼室の区画面に到達して燃焼ガスの熱が燃焼室区画面を通じて放出される場合よりも、冷却損失が低減する。 The cooling loss is determined by cooling loss = heat transfer coefficient × heat transfer area × (gas temperature−combustion chamber section screen temperature). As described above, air block increases the heat transfer coefficient. However, the cooling loss is reduced as compared with the conventional case where the fuel injected in the latter half of the compression stroke reaches the section screen of the combustion chamber and the heat of the combustion gas is released through the combustion chamber section screen.
第２の発明は、前記第１の発明において、前記凹部は、その底壁に径方向の外方から中央に向かって***する***部が形成されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the concave portion is formed with a raised portion that protrudes from the outer side in the radial direction toward the center on the bottom wall.
これによれば、凹部の底壁に径方向の外方から中央に向かって***する***部を形成しているため、スキッシュ流を***部の側壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流すことができる。このことによって、***部と燃料噴霧との間に空気層（エアーカーテン）を形成することができ、燃料噴霧がピストンの冠面に到達することをより抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストンの冠面に接触することをより抑制することができ、冷却損失をより低減することができる。 According to this, since the raised portion is formed on the bottom wall of the recess so as to rise from the outside in the radial direction toward the center, the squish flow is directed from the outside in the radial direction toward the center along the side wall of the raised portion. Can be shed. Thus, an air layer (air curtain) can be formed between the raised portion and the fuel spray, and the fuel spray can be further suppressed from reaching the crown surface of the piston. As a result, the combustion gas can be further suppressed from coming into contact with the crown surface of the piston, and the cooling loss can be further reduced.
また、***部を凹部の底壁に形成しているため、燃焼室の容積を小さくすることができる。 Further, since the raised portion is formed on the bottom wall of the recess, the volume of the combustion chamber can be reduced.
第３の発明は、前記第１又は第２の発明において、前記燃焼室を区画する区画面のうち少なくとも前記シリンダヘッドの下面には断熱層が設けられていることを特徴とするものである。 A third invention is characterized in that, in the first or second invention, a heat insulating layer is provided on at least a lower surface of the cylinder head in a section screen defining the combustion chamber.
これによれば、燃焼室を区画する区画面のうち少なくともシリンダヘッドの下面に断熱層を設けているため、燃焼室を断熱化することができ、冷却損失をより低減することができる。 According to this, since the heat insulation layer is provided at least on the lower surface of the cylinder head in the section screen that partitions the combustion chamber, the combustion chamber can be insulated and the cooling loss can be further reduced.
本発明によれば、スキッシュ流を、圧縮行程後期にピストンの冠面に形成された凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流すため、圧縮行程後期に噴射された燃料噴霧がその先端側に広がっていくことをスキッシュ流によって抑制することができ、燃料噴霧がピストンの冠面に到達することを抑制することができ、その結果、圧縮行程後期に燃焼室内に燃料噴霧を噴射しかつ、圧縮行程後期に燃焼室の容積が小さくなる高圧縮比の圧縮自己着火エンジンにおいて、冷却損失を低減することができる。 According to the present invention, the squish flow is caused to flow from the outside in the radial direction toward the center along the inner wall of the recess formed in the crown surface of the piston in the late stage of the compression stroke. Can be suppressed by the squish flow, and the fuel spray can be prevented from reaching the crown surface of the piston. As a result, the fuel spray is injected into the combustion chamber in the latter half of the compression stroke. Cooling loss can be reduced in a compression self-ignition engine with a high compression ratio that is injected and the volume of the combustion chamber is reduced in the latter half of the compression stroke.
以下、実施形態に係るディーゼルエンジンを図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１は、実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す。このエンジン１は、自動車等の車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給される圧縮自己着火式内燃機関であって、図例では一つのみ図示するが、複数のシリンダ（気筒）１１を有する。エンジン１は、その出力軸は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、シリンダブロック１２の内部にシリンダ１１が形成されている。各シリンダ１１内には、ピストン１４が摺動可能に嵌挿されており、ピストン１４は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１５を区画している。
Hereinafter, the diesel engine which concerns on embodiment is demonstrated based on drawing. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature. FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine 1 according to the embodiment. The engine 1 is a compression self-ignition internal combustion engine that is mounted on a vehicle such as an automobile and is supplied with a fuel mainly composed of light oil, and only one cylinder is shown in the figure. Cylinder) 11. Although the output shaft of the engine 1 is not shown, it is connected to drive wheels via a transmission. The vehicle is propelled by the output of the engine 1 being transmitted to the drive wheels. The engine 1 includes a
シリンダヘッド１３の下面（燃焼室１５の上面を区画する天井面）には、その中央部に内壁（内面）が径方向の中央から外方に向かって下方に傾斜する円錐状の中央側凹部１３ａが凹嵌して形成されている。中央側凹部１３ａは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置されている。シリンダヘッド１３の下面には、中央側凹部１３ａの径方向の外方にシリンダ１１の軸心Ｘ方向から見ると円環状でかつ、横断面が略三角形状の外周側凹部１３ｂが凹嵌して形成されている。外周側凹部１３ｂは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、その内周面が径方向の中央から外方に向かって上方に傾斜している。また、外周側凹部１３ｂは、その外周面がシリンダの軸心Ｘと平行に延びている。シリンダヘッド１３の下面には、中央側凹部１３ａ及び外周側凹部１３ｂの間にこれらに連続する、シリンダ１１の軸心Ｘ方向から見ると円環状の中間部１３ｃが形成されている。中間部１３ｃは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、シリンダ１１の軸心Ｘに対して垂直な面で構成されている。
On the lower surface of the cylinder head 13 (the ceiling surface that defines the upper surface of the combustion chamber 15), a conical
ピストン１４の冠面には、略円錐台状のピストン側凹部１４ａが凹嵌して形成されている。ピストン側凹部１４ａは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、この例では、その底壁（底面）に径方向の外方から中央に向かって***する略円錐台状の***部１４ｂが形成されている。***部１４ｂは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、その側壁（側面）が後述する燃料噴射弁１７により噴射される燃料噴霧Ｆに対応した形状でかつ、燃料噴霧Ｆに沿った形状に形成されている。また、***部１４ｂは、***部１４ｂ頂部が径方向の外方から中央に向かって沈下するように、その頂壁が、シリンダ１１の軸心Ｘに直交する方向に対して傾斜している。また、ピストン側凹部１４ａ底部からピストン側凹部１４ａ開口に向かって、ピストン側凹部１４ａが拡径するように、ピストン側凹部１４ａの側壁が、シリンダ１１の軸心Ｘ方向に対して傾斜している。ピストン側凹部１４ａの側壁は、その外周部でかつ、外周側凹部１３ｂに対応する部分にシリンダ１１の軸心Ｘ方向から見ると円環状のスキッシュ発生部１４ｃが形成されている。スキッシュ発生部１４ｃは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、外周側凹部１３ｂの内周面に対応して、外周側凹部１３ｂの内周面と平行に延びている。また、ピストン側凹部１４ａの側壁は、スキッシュ発生部１４ｃの径方向の内方にピストン側凹部１４ａの底壁とスキッシュ発生部１４ｃとに連続する、シリンダ１１の軸心Ｘ方向から見ると円環状の中間部１４ｄが形成されている。中間部１４ｄは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、シリンダ１１の軸心Ｘ方向に対する傾斜がスキッシュ発生部１４ｃと同じである。また、中間部１４ｄ及び***部１４ｂの側壁は、その連続部が曲面状になるように滑らかに連続している。
A substantially frustoconical piston-side recess 14 a is formed in the crown surface of the
こうして、このエンジン１では、中央側凹部１３ａと、ピストン側凹部１４ａと、***部１４ｂと、外周側凹部１３ｂの内周面とスキッシュ発生部１４ｃとにより区画されるスキッシュエリア１６とによって、高い幾何学的圧縮比を実現している。幾何学的圧縮比は、本実施形態では、好ましくは２０以上、より好ましくは２５以上４０以下である。
In this way, in this engine 1, a high geometry is provided by the
シリンダヘッド１３には、各シリンダ１１毎に吸気ポート及び排気ポート（図示省略）が２つずつ形成されていると共に、これら吸気ポート及び排気ポートの燃焼室１５側の開口を開閉する吸気弁及び排気弁（図示省略）がそれぞれ配設されている。
The
シリンダヘッド１３には、各シリンダ１１毎に燃料噴射弁１７が設けられている。燃料噴射弁１７は、シリンダ１１の軸心Ｘに沿って配置され、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド１３に取り付けられている。燃料噴射弁１７の先端は、燃焼室１５の天井面（中央側凹部１３ａの内壁）の中心に臨んでいる。
The
図２に示すように、燃料噴射弁１７は、燃焼室１５内に燃料噴霧Ｆを噴射するノズル口１８を開閉する外開弁１９を有する、外開弁式のインジェクタである。ノズル口１８は、シリンダ１１の軸心Ｘに沿って延びる燃料管２０の先端部において、先端側ほど径が大きくなるテーパ状に形成されている。燃料管２０の基端側の端部は、内部にピエゾ素子（図示省略）が配設されたケース２１に接続されている。外開弁１９は、弁本体１９ａと、弁本体１９ａから燃料管２０内を通ってピエゾ素子に接続された連結部１９ｂとを有している。弁本体１９ａの連結部１９ｂ側の部分が、ノズル口１８と略同じ形状を有しており、該部分がノズル口１８に当接（着座）しているときには、ノズル口１８が閉状態となる。このとき、弁本体１９ａの先端側の部分は、燃料管２０の外側に突出した状態となっている。
As shown in FIG. 2, the
ピエゾ素子は、電圧の印加による変形により、外開弁１９をシリンダ１１の軸心Ｘ方向の燃焼室１５側に押圧することで、その外開弁１９を、ノズル口１８を閉じた状態からリフトさせてノズル口１８を開放する。このとき、ノズル口１８から燃焼室１５内（詳しくはピストン側凹部１４ａ内）に燃料噴霧Ｆが、シリンダ１１の軸心Ｘを中心とするコーン状（詳しくはホローコーン状）に噴射される。そして、ピエゾ素子への電圧の印加が停止すると、ピエゾ素子が元の状態に復帰することで、外開弁１９がノズル口１８を再び閉状態とする。
The piezo element lifts the outer
そうして、このエンジン１では、燃料噴射弁１７により燃料噴霧Ｆを噴射する噴射期間を、圧縮行程後期でかつ、スキッシュエリア１６によって発生させる（生成する）スキッシュ流Ｓの発生期間の範囲内、例えばエンジン回転数が２０００ｒｐｍのときにおいてＢＴＤＣ２０°〜３０°ＣＡ（圧縮行程上死点付近）に設定する。スキッシュ流Ｓの発生期間は、例えば図３に示すように、ＢＴＤＣ５０°〜６０°ＣＡから上死点の範囲である。この例では、スキッシュ流速は、徐々に速くなって、ＢＴＤＣ５°ＣＡ付近で最大となり、その後、徐々に遅くなって、上死点で０となる。尚、図３のスキッシュ流速は、燃焼室１５の、スキッシュ発生部１４ｃと中間部１４ｄとの境界部（外周側凹部１３ｂと中間部１３ｃとの境界部）におけるスキッシュ流Ｓの平均流速を示している。また、膨張行程では、逆スキッシュ流が発生する。
Thus, in this engine 1, an injection period in which the fuel spray F is injected by the
ここで、図中の符号Ｙは、ノズル口１８の中心軸線（燃料噴霧Ｆの噴霧軸線）であり、この中心軸線Ｙは、断面視においてノズル口１８のコーン状開放部分（図２の（ｂ）を参照）の中心を通る、各位置における直線を示している。 Here, the symbol Y in the figure is the central axis of the nozzle port 18 (the spray axis of the fuel spray F), and this central axis Y is the cone-shaped open portion (FIG. The straight line at each position passing through the center of () is shown.
また、燃焼室１５は、図１に示すように、シリンダ１１の壁面と、ピストン１４の冠面と、シリンダヘッド１３の下面と、吸気弁及び排気弁それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されており、シリンダヘッド１３の下面に、後述する構成を有する断熱層２２が設けられることによって、燃焼室１５が断熱化されている。断熱層２２は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、少なくともシリンダヘッド１３の下面を含む、これらの区画面の一部に設けてもよい。尚、図１に図示する断熱層２２の厚みは実際の厚みを示すものではなく単なる例示である。
Further, as shown in FIG. 1, the
燃焼室１５の断熱構造について、さらに詳細に説明する。燃焼室１５の断熱構造は、前述したように、燃焼室１５を区画する各区画面のうちシリンダヘッド１３の下面に設けた断熱層２２によって構成されるが、この断熱層２２は、燃焼室１５内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室１５を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。ここで、シリンダヘッド１３の下面に設けた断熱層２２についてはシリンダヘッド１３が母材である。従って、母材の材質は、シリンダヘッド１３については、アルミニウム合金や鋳鉄となる。
The heat insulation structure of the
また、断熱層２２は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、燃焼室１５内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動するが、燃焼室の断熱構造を有しない従来のエンジンは、シリンダヘッドやシリンダブロック内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、燃焼室を区画する面の温度は、燃焼サイクルの進行にかかわらず、概略一定に維持される。
In addition, the
一方で、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定されることから、ガス温度と壁面の温度との差温が大きくなればなるほど冷却損失は大きくなってしまう。冷却損失を抑制するためには、ガス温度と区画面の温度との差温は小さくすることが望ましいが、前述したように、燃焼室１５の区画面の温度を概略一定に維持した場合、ガス温度の変動に伴い差温が大きくなることは避けられない。
On the other hand, since the cooling loss is determined by cooling loss = heat transfer coefficient × heat transfer area × (gas temperature−temperature of the section screen), the cooling temperature increases as the temperature difference between the gas temperature and the wall surface temperature increases. The loss will increase. In order to suppress the cooling loss, it is desirable to reduce the difference temperature between the gas temperature and the temperature of the partition screen. However, as described above, when the temperature of the partition screen of the
そこで、前記の断熱層２２は熱容量を小さくし、燃焼室１５の区画面の温度が、燃焼室１５内のガス温度の変動に追従して変化することが好ましい。
Therefore, it is preferable that the
断熱層２２の例示として、この断熱層２２は、シリンダヘッド１３の下面に、例えばプラズマ溶射により形成した、ジルコニア（ＺｒＯ２）、又は、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）の皮膜によって構成してもよい。ジルコニア又は部分安定化ジルコニアは、熱伝導率が比較的低くかつ、容積比熱も比較的小さいため、母材よりも熱伝導率が低くかつ、容積比熱が母材と同じか、それよりも小さい断熱層２２が構成される。
As an example of the
ここで、エンジン１は、前述したように、シリンダヘッド１３内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、シリンダヘッド１３は、ピストン１４よりも冷却損失が大きくなる。
Here, in the engine 1, the cooling loss of the
圧縮行程後期における燃焼室１５内の状態について説明する。圧縮行程後期に、ピストン１４の上昇に伴って、径方向の外方から中央に向かって下方に傾斜する外周側凹部１３ｂの内周面及びスキッシュ発生部１４ｃに挟まれた部分の空気が径方向の中央側のより広い空間へと押し出されることによって、スキッシュエリア１６からピストン側凹部１４ａの内壁（ピストン側凹部１４ａの側壁及び***部１４ｂの側壁）に沿って径方向の外方から中央に向かって流れるスキッシュ流Ｓが発生する。そして、圧縮行程上死点付近で、燃料噴射弁１７のノズル口１８から燃焼室１５内に燃料噴霧Ｆが、シリンダ１１の軸心Ｘ位置から径方向の外方にかつ、ピストン側凹部１４ａの側壁に向かって、コーン状に噴射される。このとき、上死点において、ノズル口１８の中心軸線Ｙは、ピストン側凹部１４ａの側壁と交差している。
A state in the
燃料噴霧Ｆの噴射に伴って燃料噴射弁１７の先端付近に負圧が発生することによって、燃料噴霧Ｆの上方側及び下方側（径方向の外方側及び内方側）それぞれに、燃料噴霧Ｆから離れる方向に流れた後に燃料噴射弁１７の先端に向かって（燃料噴霧Ｆの噴霧方向とは逆方向に）流れる噴霧渦流Ｒが発生する。燃料噴霧Ｆ上方側（シリンダヘッド１３側）の噴霧渦流Ｒは、燃料噴霧Ｆ下方側（ピストン１４側）の噴霧渦流Ｒよりも大きさが大きい。また、燃焼室１５の中央部に、燃料噴射弁１７の先端に向かって上方に流れるファンネルフロー（図示省略）も発生する。
A negative pressure is generated in the vicinity of the tip of the
ここで、前述したように、スキッシュ流Ｓを、圧縮行程後期にピストン側凹部１４ａの内壁（スキッシュ発生部１４ｃ、ピストン側凹部１４ａの側壁及び***部１４ｂの側壁）に沿って径方向の外方から中央に向かって流すことによって、圧縮行程上死点付近で噴射された燃料噴霧Ｆがその先端側（径方向の外方）に広がっていくことをスキッシュ流Ｓによって抑制する（エアーブロックする）ことができ、燃料噴霧Ｆがピストン１４の冠面（ピストン側凹部１４ａの側壁）に到達（衝突）することを抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストン１４の冠面に接触することを抑制することができ、冷却損失を低減することができる。
Here, as described above, the squish flow S is radiated outward along the inner wall of the piston-
また、ピストン側凹部１４ａの底壁に径方向の外方から中央に向かって***する***部１４ｂを形成していることによって、スキッシュ流Ｓを***部１４ｂの側壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流すことができる。このことによって、***部１４ｂと燃料噴霧Ｆとの間に空気層（エアーカーテン）を形成することができ、燃料噴霧Ｆがピストン１４の冠面に到達することをより抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストン１４の冠面に接触することをより抑制することができ、冷却損失をより低減することができる。
In addition, the squish flow S is formed radially outward along the side wall of the raised
さらに、中間部１４ｄ（ピストン側凹部１４ａの側壁）及び***部１４ｂの側壁を、その連続部が曲面状になるように滑らかに連続させていることによって、スキッシュ流Ｓをピストン側凹部１４ａの側壁及び***部１４ｂの側壁に沿って滑らかに流すことができ、スキッシュ流Ｓが燃料噴霧Ｆに向かって流れることを抑制することができる。
Further, the
また、***部１４ｂをピストン側凹部１４ａの底壁に形成していることによって、ピストン１４の上昇に伴ってコーン状に噴射された燃料噴霧Ｆ内の中央空間を***部１４ｂによって圧縮することができ、燃料噴霧Ｆがピストン１４の冠面に到達することをより抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストン１４の冠面に接触することをより抑制することができ、冷却損失をより低減することができる。
Further, by forming the raised
さらに、***部１４ｂをピストン側凹部１４ａの底壁に形成していることによって、燃料噴霧Ｆが径方向の外方に広がるのに伴って燃料噴霧Ｆ下方側の噴霧渦流Ｒが径方向の外方に広がっていくことを***部１４ｂによって抑制することができ、燃料噴霧Ｆ下方側の噴霧渦流Ｒを燃焼室１５の中央部に集中させることができる。
Further, since the raised
また、***部１４ｂを、その側壁が燃料噴霧Ｆに対応した形状でかつ、燃料噴霧Ｆに沿った形状に形成していることによって、燃料噴霧Ｆの形状を維持することができる。
Moreover, the shape of the fuel spray F can be maintained by forming the raised
さらに、***部１４ｂ頂部が径方向の外方から中央に向かって沈下するように、***部１４ｂの頂壁を、シリンダ１１の軸心Ｘに直交する方向に対して傾斜させていることによって、***部１４ｂの頂壁を燃料噴霧Ｆ下方側の噴霧渦流Ｒに対応した形状にすることができ、燃料噴霧Ｆ下方側の噴霧渦流Ｒを***部１４ｂの頂壁によって、確実に燃料噴射弁１７の先端に向かって上方に流すことができる。
Furthermore, by inclining the top wall of the raised
また、燃料噴霧Ｆをピストン側凹部１４ａ内に噴射することによって、燃料噴霧Ｆを、冷却損失が大きいシリンダヘッド１３の下面（中央側凹部１３ａの内壁）に到達しないようにすることができ、中央側凹部１３ａの内壁と燃料噴霧Ｆとの間に空気層（エアーカーテン）を介在させることができる。その結果、燃焼ガスがシリンダヘッド１３の下面に接触することを抑制することができ、冷却損失をより低減することができる。
Further, by injecting the fuel spray F into the piston-
（その他の実施形態）
尚、ピストン側凹部１４ａの底壁には、***部１４ｂが形成されているが、例えば図４に示すように、***部を形成しなくてもよい。つまり、ピストン側凹部１４ａの底壁は、シリンダ１１の軸心Ｘに対して垂直な面で構成されている。このとき、スキッシュ流Ｓがピストン側凹部１４ａの内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れ、これによって、圧縮行程上死点付近で噴射された燃料噴霧Ｆがその先端側に広がっていくことをスキッシュ流Ｓによって抑制することができ、燃料噴霧Ｆがピストン１４の冠面に到達することを抑制することができ、その結果、冷却損失を低減することができる。
(Other embodiments)
In addition, although the
また、***部１４ｂは、その頂壁がシリンダ１１の軸心Ｘに直交する方向に対して傾斜しているが、***部は、その頂壁がシリンダ１１の軸心Ｘに対して垂直な面で構成されてもよい。
Further, the
さらに、中央側凹部１３ａの内壁の、シリンダ１１の軸心Ｘに対する傾斜の大きさは、全周に亘って同一であるが、その大きさは、０にならない限り、変化してもよい。同様に、外周側凹部１３ｂの内周面、ピストン側凹部１４ａの側壁及び***部１４ｂの側壁の、傾斜の大きさも、変化してもよい。
Furthermore, although the magnitude | size of the inclination with respect to the axial center X of the
また、スキッシュ発生部１４ｃは、外周側凹部１３ｂの内周面と平行に延びているが、スキッシュ発生部は、スキッシュ流Ｓがピストン側凹部１４ａの内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れる限り、外周側凹部１３ｂの内周面に対して傾斜してもよい。
Further, the
さらに、燃料噴射期間は、圧縮行程上死点付近に設定されているが、燃料噴射期間は、圧縮行程後期でかつ、スキッシュ流Ｓの発生期間の範囲内で、適宜設定すればよい。 Further, although the fuel injection period is set near the top dead center of the compression stroke, the fuel injection period may be set as appropriate within the latter half of the compression stroke and within the generation period of the squish flow S.
また、断熱層２２は、ジルコニア又は部分安定化ジルコニアの皮膜によって構成しているが、断熱層は、例えば、ジルコニア以外のセラミック系、非セラミック系、又は、シリコン系樹脂の皮膜によって構成してもよい。
Moreover, although the
さらに、エンジン１は、ディーゼルエンジンによって構成しているが、エンジンは、例えば、ガソリンエンジンによって構成してもよい。このとき、エンジンは、例えば、ＨＣＣＩモードで運転される。 Furthermore, although the engine 1 is comprised with the diesel engine, you may comprise an engine with a gasoline engine, for example. At this time, the engine is operated in the HCCI mode, for example.
また、燃料噴射弁１７は、アクチュエータとしてピエゾ素子を採用しているが、燃料噴射弁は、例えば、アクチュエータとしてソレノイドを採用してもよい。
Further, although the
以上説明したように、本発明に係る圧縮自己着火エンジンは、冷却損失を低減することが必要な用途等に適用することができる。 As described above, the compression self-ignition engine according to the present invention can be applied to applications that require a reduction in cooling loss.
１ エンジン
１１ シリンダ（気筒）
１２ シリンダブロック
１３ シリンダヘッド
１３ａ 中央側凹部
１３ｂ 外周側凹部
１３ｃ 中間部
１４ ピストン
１４ａ ピストン側凹部
１４ｂ ***部
１４ｃ スキッシュ発生部
１４ｄ 中間部
１５ 燃焼室
１６ スキッシュエリア
１７ 燃料噴射弁
１８ ノズル口
２２ 断熱層
Ｆ 燃料噴霧
Ｒ 噴霧渦流
Ｓ スキッシュ流
Ｘ シリンダの軸心
Ｙ ノズル口の中心軸線
1
12
Claims (3)
前記ピストンは、その冠面に凹部が形成されており、
前記凹部は、該凹部底部から該凹部開口に向かって拡径するように、その側壁が前記気筒の軸心方向に対して傾斜して構成されていると共に、その側壁の外周部に圧縮行程後期に前記凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れるスキッシュ流を前記シリンダヘッドの下面と共に発生させるスキッシュ発生部が形成され、その側壁における該スキッシュ発生部の径方向の内方に前記凹部の底壁と前記スキッシュ発生部とに連続する中間部が形成されており、
前記燃料噴射弁は、前記シリンダヘッドに前記気筒の軸心に沿って配置されかつ、燃料噴霧を前記凹部内に噴射することを特徴とする圧縮自己着火エンジン。 A cylinder block in which a cylinder is formed, a cylinder head disposed on the cylinder block, a piston fitted into the cylinder, and a combustion defined by the cylinder block, the cylinder head, and the piston A fuel injection valve that injects fuel spray into the chamber, and sets the period during which the fuel spray is injected by the fuel injection valve in the latter half of the compression stroke, and also performs self-ignition of the fuel spray injected into the combustion chamber A self-ignition engine,
The piston has a recess formed in its crown surface,
The recess is configured such that its side wall is inclined with respect to the axial direction of the cylinder so that the diameter of the recess increases from the bottom of the recess toward the opening of the recess. And a squish generating portion that generates a squish flow that flows from the outside in the radial direction toward the center along the inner wall of the concave portion together with the lower surface of the cylinder head. An intermediate portion is formed continuously with the bottom wall of the recess and the squish generating portion,
The compression self-ignition engine, wherein the fuel injection valve is disposed in the cylinder head along an axis of the cylinder and injects fuel spray into the recess.
前記凹部は、その底壁に径方向の外方から中央に向かって***する***部が形成されていることを特徴とする圧縮自己着火エンジン。 The compression self-ignition engine according to claim 1,
The compression self-ignition engine according to claim 1, wherein a raised portion is formed on the bottom wall of the concave portion so as to rise from the outside in the radial direction toward the center.
前記燃焼室を区画する区画面のうち少なくとも前記シリンダヘッドの下面には断熱層が設けられていることを特徴とする圧縮自己着火エンジン。 The compression self-ignition engine according to claim 1 or 2,
A compression self-ignition engine, wherein a heat insulating layer is provided on at least a lower surface of the cylinder head in a section screen defining the combustion chamber.
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