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JP2010112347A - Piston for direct injection type diesel internal combustion engine - Google Patents

Piston for direct injection type diesel internal combustion engine Download PDF

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JP2010112347A
JP2010112347A JP2008287936A JP2008287936A JP2010112347A JP 2010112347 A JP2010112347 A JP 2010112347A JP 2008287936 A JP2008287936 A JP 2008287936A JP 2008287936 A JP2008287936 A JP 2008287936A JP 2010112347 A JP2010112347 A JP 2010112347A
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JP
Japan
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annular groove
piston
combustion chamber
volume
fuel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2008287936A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Okude
圭一 奥出
Shiro Shiino
始郎 椎野
Takuya Kitasei
琢也 北清
Junichi Yamada
純一 山田
Yusuke Matsumoto
祐介 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Original Assignee
Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston for a direct injection type diesel internal combustion engine capable of supplying sufficient oxygen to a squish area in an expansion stroke, while maximally maintaining the volume of a combustion chamber. <P>SOLUTION: This piston 1 is provided for the direct injection type diesel internal combustion engine having in a top part 1a the combustion chamber 10 corresponding to a fuel injection nozzle N for atomizing fuel by force injected from a nozzle port H. This piston 1 has an annular groove 20 recessed independently of the combustion chamber 10 in the top part 1a on the outside of the combustion chamber 10. The volume of the annular groove 20 is set to 10% or less of the volume of adding the combustion chamber 10 and the annular groove 20 together. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、頂部に設けられた燃焼室の外周部に改良を施してスモークの発生を低下させる、直接噴射式ディーゼル内燃機関用のピストンに関する。   The present invention relates to a piston for a direct injection type diesel internal combustion engine that improves the outer peripheral portion of a combustion chamber provided at the top to reduce the generation of smoke.

頂部に燃焼室が凹設されたディーゼル内燃機関用のピストンが特許文献１に開示されている。このピストンは、燃焼室の外周を囲う環状溝を有している。そして、膨張行程においてシリンダヘッドとピストンの頂部との隙間（スキッシュエリア）に環状溝から空気を供給することによって、燃焼効率を改善している。このとき、排気中のＮＯｘ濃度を低下させるために、燃料の噴射時期を遅延させても、燃焼効率が低下しないことを開示している。
特開昭５７−１８１９２６号公報 Patent Document 1 discloses a piston for a diesel internal combustion engine having a combustion chamber recessed at the top. This piston has an annular groove surrounding the outer periphery of the combustion chamber. In the expansion stroke, the combustion efficiency is improved by supplying air from the annular groove to the gap (squish area) between the cylinder head and the top of the piston. At this time, it is disclosed that even if the fuel injection timing is delayed in order to reduce the NOx concentration in the exhaust, the combustion efficiency does not decrease.
JP-A-57-181926

しかしながら、燃焼室の外周に環状溝を設けると、燃焼室の圧縮比が低下してしまう。そのため、圧縮比を維持するためには、環状溝を設けた分だけ燃焼室の容積を縮小する必要がある。しかし、燃焼室の容積を縮小すると、燃焼室内の空気が不足して燃焼条件が悪くなるため、燃焼室での燃焼効率が低下する。また、圧縮行程で噴射された燃料噴霧が環状溝内に侵入すると、環状溝に確保した空気中の酸素が燃焼初期で消費されてしまう。したがって、環状溝を単に設ければよいというものでもない。   However, if an annular groove is provided on the outer periphery of the combustion chamber, the compression ratio of the combustion chamber will decrease. Therefore, in order to maintain the compression ratio, it is necessary to reduce the volume of the combustion chamber by the amount provided with the annular groove. However, when the volume of the combustion chamber is reduced, air in the combustion chamber is insufficient and the combustion conditions are deteriorated, so that the combustion efficiency in the combustion chamber is reduced. Further, when the fuel spray injected in the compression stroke enters the annular groove, oxygen in the air secured in the annular groove is consumed at the initial stage of combustion. Therefore, it is not simply that the annular groove is provided.

そこで、本発明は、燃焼室の容積をできる限り維持しつつ、膨張行程でスキッシュエリアへ十分な酸素を供給できる直接噴射式ディーゼル内燃機関用のピストンを提供する。   Therefore, the present invention provides a piston for a direct injection diesel internal combustion engine that can supply sufficient oxygen to the squish area during the expansion stroke while maintaining the volume of the combustion chamber as much as possible.

本発明に係るピストンは、噴孔から噴射した勢いで燃料を霧化する燃料噴射ノズルに対応した燃焼室を頂部に有した直接噴射式ディーゼル内燃機関用のピストンである。このピストンは、燃焼室よりも外側の頂部に燃焼室と独立して凹設された環状溝を有する。環状溝の容積は、燃焼室および環状溝を足し合わせた容積の１０％以下、好ましくは、１〜７％にする。また、環状溝の内周側の側壁が頂面に対して成す角度は、鋭角にする。または、このピストンの半径方向に環状溝の開口幅は、環状溝の底壁の幅よりも小さくする。または、このピストンの半径方向に前記環状溝の開口幅は、燃焼室の外周縁から頂部の外周までの距離の１／３以下にすることも好ましい。または、このピストンの半径方向に環状溝の開口幅の中心は、燃焼室の外周縁から頂部の外周までの距離の半分の位置よりも燃焼室寄りに設ける。   The piston according to the present invention is a piston for a direct injection type diesel internal combustion engine having a combustion chamber at the top corresponding to a fuel injection nozzle that atomizes fuel by the momentum injected from the injection hole. The piston has an annular groove that is recessed independently of the combustion chamber at the top outside the combustion chamber. The volume of the annular groove is 10% or less, preferably 1 to 7% of the total volume of the combustion chamber and the annular groove. The angle formed by the inner peripheral side wall of the annular groove with respect to the top surface is an acute angle. Alternatively, the opening width of the annular groove in the radial direction of the piston is made smaller than the width of the bottom wall of the annular groove. Alternatively, it is preferable that the opening width of the annular groove in the radial direction of the piston is 1/3 or less of the distance from the outer peripheral edge of the combustion chamber to the outer periphery of the top portion. Alternatively, the center of the opening width of the annular groove in the radial direction of the piston is provided closer to the combustion chamber than the half of the distance from the outer peripheral edge of the combustion chamber to the outer periphery of the top portion.

本発明のピストンによれば、環状溝の容積を、燃焼室および環状溝を足し合わせた容積の１０％以下にすることで、一回の燃焼で発生する煤の量を増やすことなく、スキッシュエリアで発生する煤の量を減らすことができる。また、環状溝の容積を、燃焼室および環状溝を足し合わせた容積の１〜７％にすると、全体で発生する煤の量を減らすことができ、かつ、スキッシュエリアで発生する煤の量も減らすことができる。   According to the piston of the present invention, the volume of the annular groove is 10% or less of the combined volume of the combustion chamber and the annular groove, so that the squish area is not increased without increasing the amount of soot generated by one combustion. Can reduce the amount of sputum generated. Moreover, if the volume of the annular groove is 1-7% of the total volume of the combustion chamber and the annular groove, the amount of soot generated as a whole can be reduced, and the amount of soot generated in the squish area is also reduced. Can be reduced.

環状溝の内周側の側壁が頂面に対して成す角度を鋭角にしたピストンの場合、圧縮行程中に燃料噴射ノズルから噴射された燃料噴霧がスキッシュエリアに拡散されても環状溝に侵入しにくい。環状溝に十分な酸素を有した空気を溜めておくことができるため、膨張行程でスキッシュエリアへ十分な酸素を供給することができる。その結果、スキッシュエリアの燃焼効率が向上し、スモークの発生量が少なくなる。   In the case of a piston with an acute angle formed by the inner circumferential side wall of the annular groove with respect to the top surface, even if fuel spray injected from the fuel injection nozzle diffuses into the squish area during the compression stroke, it enters the annular groove. Hateful. Since air having sufficient oxygen can be stored in the annular groove, sufficient oxygen can be supplied to the squish area in the expansion stroke. As a result, the combustion efficiency in the squish area is improved and the amount of smoke generated is reduced.

ピストンの半径方向に環状溝の開口幅を、環状溝の底壁の幅よりも小さくした、あるいは、燃焼室の外周縁から頂部の外周までの距離の１／３以下にしたピストンの場合、環状溝内に空気を保持しやすい。環状溝の開口幅の中心を燃焼室の外周縁から頂部の外周までの距離の半分の位置よりも燃焼室寄りにしたピストンの場合、膨張行程でスキッシュエリアに吸い出される燃焼ガスに対して早い段階で環状溝から空気を供給することができる。その結果、燃焼ガスがスキッシュエリアに拡がる前に可燃性の中間生成物（ＣＯ，ＨＣ，シアン等）やスモーク成分（Ｃ）を燃焼させることができるため、煤の発生量を抑えることができる。   In the case of a piston in which the opening width of the annular groove in the radial direction of the piston is smaller than the width of the bottom wall of the annular groove or less than 1/3 of the distance from the outer peripheral edge of the combustion chamber to the outer periphery of the top part, Easy to hold air in the groove. In the case of a piston whose center of the opening width of the annular groove is closer to the combustion chamber than the half of the distance from the outer peripheral edge of the combustion chamber to the outer periphery of the top, it is faster than the combustion gas sucked into the squish area in the expansion stroke Air can be supplied from the annular groove in stages. As a result, combustible intermediate products (CO, HC, cyan, etc.) and smoke components (C) can be burned before the combustion gas spreads into the squish area, so that the amount of soot generated can be suppressed.

本発明に係る第１の実施形態のピストン１は、直接噴射式ディーゼル内燃機関用のピストンであって、図１から図３を参照して説明する。図１に示すように、ピストン１は、頂部１ａに燃焼室１０および環状溝２０を有している。燃焼室１０は、噴孔Ｈから噴射した勢いで燃料を霧化する燃料噴射ノズルＮに対応した形状である。環状溝２０は、燃焼室１０よりも外側の位置にこの燃焼室１０と独立して凹設されている。   A piston 1 according to a first embodiment of the present invention is a piston for a direct injection diesel internal combustion engine, and will be described with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIG. 1, the piston 1 has a combustion chamber 10 and an annular groove 20 at the top 1a. The combustion chamber 10 has a shape corresponding to the fuel injection nozzle N that atomizes the fuel with the momentum injected from the nozzle hole H. The annular groove 20 is recessed independently of the combustion chamber 10 at a position outside the combustion chamber 10.

燃料噴射ノズルＮは、図１に示すように、ピストン１の中心線Ｃと同軸に配置されており、燃料を半径方向へ噴射する複数の噴孔Ｈ、本実施形態では６つの噴孔Ｈを先端の周囲に等配に有している。燃焼室１０の周壁１１は、この燃料噴射ノズルＮの各噴孔Ｈから噴射された燃料がその勢いで霧化する距離に設けられている。周壁１１の上側部分は、ピストン１の頂面Ｔに対して鋭角を成す。つまり、燃焼室１０は、いわゆるリエントラント形の燃焼室１０である。燃焼室１０の底壁１２は、中央部分が燃料噴射ノズルＮに向かって突出する円錐形状であり、ピストン１の中心線Ｃを通る断面において周壁１１となだらかな円弧形状で接続されている。   As shown in FIG. 1, the fuel injection nozzle N is arranged coaxially with the center line C of the piston 1, and has a plurality of injection holes H for injecting fuel in the radial direction, in this embodiment, six injection holes H. It is evenly distributed around the tip. The peripheral wall 11 of the combustion chamber 10 is provided at a distance at which the fuel injected from each injection hole H of the fuel injection nozzle N atomizes with the momentum. The upper portion of the peripheral wall 11 forms an acute angle with respect to the top surface T of the piston 1. That is, the combustion chamber 10 is a so-called reentrant combustion chamber 10. The bottom wall 12 of the combustion chamber 10 has a conical shape with a central portion protruding toward the fuel injection nozzle N, and is connected to the peripheral wall 11 in a gentle arc shape in a cross section passing through the center line C of the piston 1.

環状溝２０は、燃焼室１０および燃料噴射ノズルＮと同様にピストン１の中心線Ｃと同軸に配置されている。ピストン１の半径方向にこの環状溝２０の開口幅Ｗは、燃焼室１０の外周縁１３からピストン１の頂部１ａの外周までの距離、いわゆるスキッシュエリア１４の幅の１／３以下である。また、環状溝２０の開口幅Ｗの中心Ｋは、スキッシュエリア１４の幅の半分の位置Ｌよりも燃焼室１０寄りになるように設けられる。   Similar to the combustion chamber 10 and the fuel injection nozzle N, the annular groove 20 is arranged coaxially with the center line C of the piston 1. The opening width W of the annular groove 20 in the radial direction of the piston 1 is 1/3 or less of the distance from the outer peripheral edge 13 of the combustion chamber 10 to the outer periphery of the top 1a of the piston 1, that is, the width of the so-called squish area 14. Further, the center K of the opening width W of the annular groove 20 is provided closer to the combustion chamber 10 than the position L that is half the width of the squish area 14.

本実施形態の燃焼室１０と同じ形状の燃焼室のみを頂部１ａに有し環状溝２０が形成されていないピストン１の場合、燃料噴射ノズルＮから噴射された燃料のうち約９０％が燃焼室１０で燃焼し、残りの約１０％がピストン１の頂面Ｔとシリンダヘッド２の下面２ａとの間に作られるスキッシュエリア１４で燃焼することが解析などによって判明した。したがって、スキッシュエリア１４で必要となる空気量もまた燃焼室１０を足し合わせた全体の空気量の１０％であると見積もると、環状溝２０に確保すべき空気量は、多くとも１０％であることが分かる。そこで、本実施形態では、環状溝２０の容積は、燃焼室１０および環状溝２０を足し合わせた総容積の１０％以下にしている。   In the case of the piston 1 having only the combustion chamber having the same shape as the combustion chamber 10 of the present embodiment and having no annular groove 20 formed in the top portion 1a, about 90% of the fuel injected from the fuel injection nozzle N is about the combustion chamber. It was found by analysis and the like that the remaining 10% burns in the squish area 14 formed between the top surface T of the piston 1 and the lower surface 2a of the cylinder head 2. Therefore, assuming that the amount of air required in the squish area 14 is also 10% of the total amount of air combined with the combustion chamber 10, the amount of air to be secured in the annular groove 20 is at most 10%. I understand that. Therefore, in the present embodiment, the volume of the annular groove 20 is set to 10% or less of the total volume of the combustion chamber 10 and the annular groove 20 added together.

以上のように構成されたピストン１において、圧縮行程で燃料噴射ノズルＮから燃料が噴射されると、図１に示すように、霧化した燃料噴霧Ｍのほとんどは、燃焼室１０の周壁１１によって燃焼室１０の中心側に戻るように拡散される。そして、燃料噴霧Ｍの一部は、燃焼室１０の外周縁１３を越えて外側のスキッシュエリア１４に拡散される。   When fuel is injected from the fuel injection nozzle N in the compression stroke in the piston 1 configured as described above, most of the atomized fuel spray M is caused by the peripheral wall 11 of the combustion chamber 10 as shown in FIG. It diffuses so as to return to the center side of the combustion chamber 10. A part of the fuel spray M is diffused to the outer squish area 14 beyond the outer peripheral edge 13 of the combustion chamber 10.

ピストン１は、燃料噴射ノズルＮから噴射された燃料のうちスキッシュエリア１４で燃焼される燃料に見合った酸素量を含む空気を環状溝２０に確保しているので、スキッシュエリア１４に発生する煤量を減らすことができる。また、必要以上に環状溝２０を大きくしていないので、燃焼室１０の容積を極端に減らすことも無い。   Since the piston 1 secures in the annular groove 20 the air containing the amount of oxygen commensurate with the fuel burned in the squish area 14 out of the fuel injected from the fuel injection nozzle N, the amount of soot generated in the squish area 14 Can be reduced. Moreover, since the annular groove 20 is not enlarged more than necessary, the volume of the combustion chamber 10 is not extremely reduced.

燃焼室１０と環状溝２０を足し合わせた総容積に対する環状溝２０の容積の割合と、燃焼室１０に発生する煤量Ａ１、および、スキッシュエリア１４に発生する煤量Ａ２の関係を図３に示す。また、図３には煤量Ａ１と煤量Ａ２を足し合わせたものを一回の燃焼でシリンダ３内に発生する総煤量Ａ３として示した。   FIG. 3 shows the relationship between the ratio of the volume of the annular groove 20 to the total volume obtained by adding the combustion chamber 10 and the annular groove 20, the soot amount A1 generated in the combustion chamber 10, and the soot amount A2 generated in the squish area 14. Show. FIG. 3 shows the sum of the soot amount A1 and the soot amount A2 as the total soot amount A3 generated in the cylinder 3 by one combustion.

図３によれば、スキッシュエリア１４で燃焼される燃料噴霧Ｍの量に相当する容積比率である総容積の１０％に環状溝２０の容積を近づけることで、スキッシュエリア１４に発生する煤量Ａ２がゼロに近づくことが分かる。これとは反対に環状溝２０の容積比率が大きくなる、すなわち燃焼室１０の容積比率が小さくなると、燃焼室１０内に発生する煤量Ａ１が増加することが分かる。   According to FIG. 3, the amount of soot A2 generated in the squish area 14 by bringing the volume of the annular groove 20 close to 10% of the total volume, which is a volume ratio corresponding to the amount of fuel spray M burned in the squish area 14. Can be seen to approach zero. On the contrary, when the volume ratio of the annular groove 20 is increased, that is, the volume ratio of the combustion chamber 10 is decreased, the soot amount A1 generated in the combustion chamber 10 is increased.

そして、一回の燃焼でシリンダ３内に発生する総煤量Ａ３として評価した場合、総容積に対して環状溝２０の容積比率が３〜４％で最も総煤量Ａ３が少なくなっている。特に、総容積に対して環状溝２０の容積比率が１〜７％の範囲である場合に、環状溝２０を設けたことによる総煤量Ａ３の減量効果が現れている。なお、スキッシュエリア１４に発生する煤量Ａ２は、ピストンリング４の固着や潤滑オイルの劣化などの原因になるので、極力少ないほうが良い。このことを考慮すると、総容積に対する環状溝２０の容積比率は、４〜７％であることが好ましいと考えられる。   When the total soot amount A3 generated in the cylinder 3 in one combustion is evaluated, the total soot amount A3 is the smallest when the volume ratio of the annular groove 20 is 3 to 4% with respect to the total volume. In particular, when the volume ratio of the annular groove 20 is in the range of 1 to 7% with respect to the total volume, an effect of reducing the total amount A3 due to the provision of the annular groove 20 appears. It should be noted that the soot amount A2 generated in the squish area 14 causes the piston ring 4 to adhere and the lubricating oil to deteriorate, so it is preferable that the amount is as small as possible. Considering this, it is considered that the volume ratio of the annular groove 20 to the total volume is preferably 4 to 7%.

以下、ピストン１の半径方向に環状溝２０の断面形状が異なる本発明に係る第２から第６の実施形態のピストン１は、それぞれ図４から図８を参照して説明する。各実施形態において、環状溝２０の断面形状以外は、第１の実施形態のピストン１と同じであるので、同じ機能を有する構成は、各図中において同一の符号を付してその説明を省略する。   Hereinafter, pistons 1 of the second to sixth embodiments according to the present invention in which the cross-sectional shape of the annular groove 20 is different in the radial direction of the piston 1 will be described with reference to FIGS. 4 to 8 respectively. In each embodiment, since it is the same as the piston 1 of the first embodiment except for the cross-sectional shape of the annular groove 20, the same function is denoted by the same reference numeral in each drawing, and the description thereof is omitted. To do.

本発明に係る第２の実施形態のピストン１は、図４を参照して説明する。ピストン１の中心線Ｃを通る断面において、この実施形態のピストン１は、環状溝２０の断面形状が第１の実施形態のピストン１と異なっている。このピストン１の環状溝２０において、内周側の側壁２１がピストン１の頂面Ｔに対して成す角度αは、鋭角である。また、環状溝２０の外周側の側壁２２は、頂面Ｔに対して直角に設けられている。したがって、ピストン１の半径方向に環状溝２０の開口幅Ｗは、環状溝２０の底壁２３の幅よりも小さい。   A piston 1 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In a cross section passing through the center line C of the piston 1, the piston 1 of this embodiment is different in the cross-sectional shape of the annular groove 20 from the piston 1 of the first embodiment. In the annular groove 20 of the piston 1, the angle α formed by the inner peripheral side wall 21 with respect to the top surface T of the piston 1 is an acute angle. Further, the outer peripheral side wall 22 of the annular groove 20 is provided at a right angle to the top surface T. Therefore, the opening width W of the annular groove 20 in the radial direction of the piston 1 is smaller than the width of the bottom wall 23 of the annular groove 20.

内周側の側壁２１がピストン１の頂面Ｔに対してなす角度αを鋭角に設けた環状溝２０を有するピストン１は、圧縮行程において、燃料噴霧Ｍの一部がスキッシュエリア１４に拡がったとしても、燃料噴霧Ｍが環状溝２０内に侵入しにくい。つまり、膨張行程まで環状溝２０内に空気が確保されやすい。したがって、燃焼室１０と環状溝２０を足し合わせた総容積に対して環状溝２０の容積比率を小さ目に設定しても、スキッシュエリア１４で燃焼される燃料比率に応じた酸素量に必要な空気を環状溝２０に確保しておくことができる。その結果、燃焼室１０の容積比率を大きいままに維持できるので、燃焼室１０内に発生する煤量Ａ１も少なくなる。   In the piston 1 having the annular groove 20 in which the angle α formed by the inner peripheral side wall 21 with respect to the top surface T of the piston 1 is an acute angle, part of the fuel spray M spreads to the squish area 14 in the compression stroke. Even so, it is difficult for the fuel spray M to enter the annular groove 20. That is, air is easily secured in the annular groove 20 until the expansion stroke. Therefore, even if the volume ratio of the annular groove 20 is set to be small with respect to the total volume obtained by adding the combustion chamber 10 and the annular groove 20, the air necessary for the amount of oxygen corresponding to the fuel ratio burned in the squish area 14. Can be secured in the annular groove 20. As a result, since the volume ratio of the combustion chamber 10 can be maintained large, the soot amount A1 generated in the combustion chamber 10 is also reduced.

本発明に係る第３の実施形態のピストン１は、図５を参照して説明する。この実施形態におけるピストン１の環状溝２０は、内周側の側壁２１および外周側の側壁２２の両方ともがピストン１の頂面Ｔに対して鋭角に設けられている。上記構成を有したピストン１は、第２の実施形態と同様に圧縮行程中に噴霧された燃料噴霧Ｍが環状溝２０に入りにくい。燃焼後期の膨張行程において、未燃燃料、燃焼ガス中の可燃性中間生成物、スモーク成分などに対して環状溝２０から空気を供給し、燃焼を促進させることができる。したがって、他の実施形態と同様にスキッシュエリア１４において発生する煤量Ａ２が減る。   A piston 1 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the annular groove 20 of the piston 1 in this embodiment, both the inner peripheral side wall 21 and the outer peripheral side wall 22 are provided at an acute angle with respect to the top surface T of the piston 1. In the piston 1 having the above configuration, the fuel spray M sprayed during the compression stroke is unlikely to enter the annular groove 20 as in the second embodiment. In the expansion stroke in the late stage of combustion, air can be supplied from the annular groove 20 to the unburned fuel, the combustible intermediate product in the combustion gas, the smoke component, and the like to promote combustion. Accordingly, the amount of drought A2 generated in the squish area 14 is reduced as in the other embodiments.

本発明に係る第４の実施形態のピストンは、図６を参照して説明する。この実施形態におけるピストン１の環状溝２０は、内周側の側壁２１がピストン１の頂面Ｔに対して鋭角を成し、外周側の側壁２２がピストン１の頂面Ｔに対して鈍角を成している。内周側の側壁２１と外周側の側壁２２は、下端で接合されている。つまり、この環状溝２０の断面形状は、図６に示すようにＶ字形である。この環状溝２０を有したピストン１は、先の実施形態のピストン１と同様に、燃料噴霧Ｍがスキッシュエリア１４に拡散されても、空気を環状溝２０に確保しやすい。   A piston according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the annular groove 20 of the piston 1 in this embodiment, the inner side wall 21 forms an acute angle with respect to the top surface T of the piston 1, and the outer side wall 22 forms an obtuse angle with respect to the top surface T of the piston 1. It is made. The inner peripheral side wall 21 and the outer peripheral side wall 22 are joined at the lower end. That is, the cross-sectional shape of the annular groove 20 is V-shaped as shown in FIG. The piston 1 having the annular groove 20 is easy to secure air in the annular groove 20 even when the fuel spray M is diffused into the squish area 14, similarly to the piston 1 of the previous embodiment.

本発明に係る第５の実施形態のピストン１は、図７を参照して説明する。この実施形態におけるピストン１の環状溝２０は、底壁２３が図７に示すように丸く形成されている。側壁２１，２２と底壁２３との接合部にコーナ部が作られないため、環状溝２０に取り込まれた空気を膨張行程でよどみなく排出することができる。   A piston 1 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the annular groove 20 of the piston 1 in this embodiment, the bottom wall 23 is formed round as shown in FIG. Since no corner is formed at the joint between the side walls 21 and 22 and the bottom wall 23, the air taken into the annular groove 20 can be discharged without stagnation in the expansion stroke.

本発明に係る第６の実施形態のピストン１は、図８を参照して説明する。この実施形態におけるピストン１の環状溝２０は、ピストン１の中心線Ｃに対して同心円状に複数、本実施形態では３重に形成されている。燃焼室１０寄りに設けられた環状溝２０が最もその容積が大きく、外周側の環状溝２０になるにつれて容積が小さくなるように形成されている。また、各々の環状溝２０の容積および開口位置も加味した場合の環状溝２０の全開口幅の中心Ｋは、スキッシュエリア１４の幅の半分の位置Ｌよりも燃焼室１０寄りである。   A piston 1 according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A plurality of annular grooves 20 of the piston 1 in this embodiment are formed concentrically with respect to the center line C of the piston 1, and in this embodiment, are formed in triplicate. The annular groove 20 provided near the combustion chamber 10 has the largest volume, and is formed so that the volume decreases as the annular groove 20 on the outer peripheral side becomes. Further, the center K of the total opening width of the annular groove 20 when the volume and opening position of each annular groove 20 are taken into account is closer to the combustion chamber 10 than the position L that is half the width of the squish area 14.

このように環状溝２０を分散して設けることで、それぞれの開口幅Ｗを小さくし、燃料噴霧Ｍが進入することを抑えることができる。また、３重に環状溝２０を有していることによって、膨張行程で燃焼室１０側からスキッシュエリア１４に拡がってくる燃焼ガスに対して段階的に新しい空気を供給することができる。つまり、燃焼室１０で燃焼しきらなかった燃料噴霧Ｍや可燃性中間生成物、スモーク成分に対して、まず最内周の環状溝２０から空気を供給する。さらにそれによって燃焼しきらなかったものに対して２番目の環状溝２０から空気が供給される。最後に最外周の環状溝２０から空気が供給されることとなる。このように、膨張行程で燃焼室１０側からスキッシュエリア１４に拡散されてくる燃料噴霧Ｍの未燃成分などに対して新鮮な空気を順番に供給することで、スキッシュエリアでの燃焼効率を高め、煤の発生量を少なくすることができる。   By providing the annular grooves 20 in a distributed manner in this way, the respective opening widths W can be reduced and the fuel spray M can be prevented from entering. Further, by providing the annular groove 20 in a triple manner, new air can be supplied stepwise to the combustion gas that spreads from the combustion chamber 10 side to the squish area 14 in the expansion stroke. That is, air is first supplied from the innermost annular groove 20 to the fuel spray M, the combustible intermediate product, and the smoke component that have not been combusted in the combustion chamber 10. Furthermore, air is supplied from the second annular groove 20 to those that have not been burned. Finally, air is supplied from the outermost annular groove 20. In this way, the combustion efficiency in the squish area is increased by sequentially supplying fresh air to the unburned components of the fuel spray M diffused from the combustion chamber 10 side to the squish area 14 in the expansion stroke. , The amount of soot can be reduced.

本発明に係る第１の実施形態のピストンの頂部とその周辺を示す断面図。Sectional drawing which shows the top part of the piston of 1st Embodiment which concerns on this invention, and its periphery. 図１に示したピストンの平面図。The top view of the piston shown in FIG. 燃焼室と環状溝を足し合わせた容積に対する環状溝の容積の割合と発生するすす重量の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the ratio of the volume of the annular groove with respect to the volume which added the combustion chamber and the annular groove, and the generated soot weight. 本発明に係る第２の実施形態のピストンの環状溝の断面図。Sectional drawing of the annular groove of the piston of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第３の実施形態のピストンの環状溝の断面図。Sectional drawing of the annular groove of the piston of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第４の実施形態のピストンの環状溝の断面図。Sectional drawing of the annular groove of the piston of 4th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第５の実施形態のピストンの環状溝の断面図。Sectional drawing of the annular groove of the piston of 5th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第６の実施形態のピストンの環状溝の断面図。Sectional drawing of the annular groove of the piston of 6th Embodiment which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…ピストン、１ａ…頂部、１０…燃焼室、１３…外周縁、２０…環状溝、２１…（内周側の）側壁、２２…（外周側の）側壁、Ｈ…噴孔、Ｋ…（開口幅の）中心、Ｌ…（半径方向にスキッシュエリアの幅の半分の）位置、Ｎ…燃料噴射ノズル、Ｔ…頂面、Ｗ…開口幅、α…環状溝の内周側の側壁が頂面に対してなす角度。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piston, 1a ... Top part, 10 ... Combustion chamber, 13 ... Outer periphery, 20 ... Annular groove, 21 ... (Inner peripheral side) side wall, 22 ... (Outer peripheral side) Side wall, H ... Injection hole, K ... ( Center of opening width, L ... position (half the width of the squish area in the radial direction), N ... fuel injection nozzle, T ... top surface, W ... opening width, α ... side wall on the inner peripheral side of the annular groove The angle to the surface.

Claims (6)

噴孔から噴射した勢いで燃料を霧化する燃料噴射ノズルに対応した燃焼室を頂部に有した直接噴射式ディーゼル内燃機関用のピストンであって、
前記燃焼室よりも外側の前記頂部に前記燃焼室と独立して凹設された環状溝を有し、
前記環状溝の容積は、前記燃焼室および前記環状溝を足し合わせた総容積の１０％以下であることを特徴とするピストン。 A piston for a direct injection type diesel internal combustion engine having a combustion chamber at the top corresponding to a fuel injection nozzle for atomizing fuel with the momentum injected from the injection hole,
Having an annular groove recessed independently of the combustion chamber at the top outside the combustion chamber;
The volume of the annular groove is 10% or less of the total volume of the combustion chamber and the annular groove added together. 請求項１に記載されたピストンにおいて、
前記環状溝の容積は、前記燃焼室および前記環状溝を足し合わせた総容積の１〜７％であることを特徴とする。 The piston according to claim 1,
The volume of the annular groove is 1 to 7% of the total volume of the combustion chamber and the annular groove. 請求項１または請求項２に記載されたピストンにおいて、
前記環状溝の内周側の側壁が頂面に対して成す角度が鋭角であることを特徴とする。 The piston according to claim 1 or claim 2,
The angle formed by the inner peripheral side wall of the annular groove with respect to the top surface is an acute angle. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載されたピストンにおいて、
このピストンの半径方向に前記環状溝の開口幅は、前記環状溝の底壁の幅よりも小さいことを特徴とする。 The piston according to any one of claims 1 to 3, wherein
The opening width of the annular groove in the radial direction of the piston is smaller than the width of the bottom wall of the annular groove. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載されたピストンにおいて、
このピストンの半径方向に前記環状溝の開口幅は、前記燃焼室の外周縁から前記頂部の外周までの距離の１／３以下であることを特徴とする。 The piston according to any one of claims 1 to 4, wherein
The opening width of the annular groove in the radial direction of the piston is 1/3 or less of the distance from the outer peripheral edge of the combustion chamber to the outer periphery of the top portion. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載されたピストンにおいて、
このピストンの半径方向に前記環状溝の開口幅の中心は、前記燃焼室の外周縁から前記頂部の外周までの距離の半分の位置よりも前記燃焼室寄りに設けることを特徴とする。 The piston according to any one of claims 1 to 5,
The center of the opening width of the annular groove in the radial direction of the piston is provided closer to the combustion chamber than a position half the distance from the outer peripheral edge of the combustion chamber to the outer periphery of the top portion.
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