DE-112021000633-B4 - Dieselmotorkolben und Dieselmotor

Abstract

Ein Kolben (12) für einen Dieselmotor (1), der eine Verbrennungskammer (31) aufweist, in der Kraftstoff direkt von einer Kraftstoffeinspritzdüse (22) eingespritzt wird, umfassend: einen Bodenabschnitt (40), der einen tiefsten Verbrennungskammerboden (40a) in der Verbrennungskammer (31) aufweist; einen Umfangsvorsprung (42), der um einen gesamten Umfang einer Umfangswand (41) zwischen dem Bodenabschnitt (40) und einer oberen Oberfläche (30) des Kolbens (12) vorgesehen ist und zu einem Schnittpunkt P0 einer Mittellinie (O) des Kolbens und der oberen Oberfläche (30) in einer Querschnittsansicht, die die Mittellinie (O) enthält, vorsteht; einen Neigungsabschnitt (43), der sich näher zu der oberen Oberfläche (30) in Richtung einer Außenseite in einer radialen Richtung von dem Umfangsvorsprung (42) neigt; und einen Steigungsabschnitt (44), der von dem Neigungsabschnitt (43) in Richtung der oberen Oberfläche (30) steigt, wobei Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse (22) an einem Abschnitt des Neigungsabschnitts (43) nahe dem Umfangsvorsprung (42) durch Absenken des Kolbens durchgeführt wird, und wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der Mittellinie (O) und dem Steigungsabschnitt (44) L0 ist, eine Distanz zwischen einem Schnittpunkt einer Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts (43) und einer Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts (44) und der oberen Oberfläche (30) H1 ist, eine kürzeste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Umfangsvorsprung (42) L1 ist, und ein zwischen einer geraden Linie senkrecht zu der Mittellinie (O) und der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts (43) gebildeter Winkel A1 ist, die folgenden Bedingungen (1) und (2) erfüllt sind: wenn L 0 100 ist , L 0 : H 1 : L 1 = 100 : 9 ± 5 : 83 ± 5 20 Grad ≤ A 1 ≤ 40 Grad , wobei , in der Querschnittsansicht, wenn ein zwischen einer geraden Linie parallel zu der Mittellinie (O) und der Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts (44) gebildeter Winkel A2 ist, Drehung im Uhrzeigersinn bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie (O) ein positiver Winkel und Drehung gegen den Uhrzeigersinn bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie (O) ein negativer Winkel ist, -10 Grad ≤ A2 ≤ 10 Grad erfüllt ist.

Inventors

• Naoki Onoda
• Akira Ito
• Tomohiro Shimazu
• Satoru Mimura
• Takashi Kuribara

Assignees

• KOMATSU LTD.

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20210507

Priority Date

20200519

Claims (11)

1. Ein Kolben (12) für einen Dieselmotor (1), der eine Verbrennungskammer (31) aufweist, in der Kraftstoff direkt von einer Kraftstoffeinspritzdüse (22) eingespritzt wird, umfassend: einen Bodenabschnitt (40), der einen tiefsten Verbrennungskammerboden (40a) in der Verbrennungskammer (31) aufweist; einen Umfangsvorsprung (42), der um einen gesamten Umfang einer Umfangswand (41) zwischen dem Bodenabschnitt (40) und einer oberen Oberfläche (30) des Kolbens (12) vorgesehen ist und zu einem Schnittpunkt P0 einer Mittellinie (O) des Kolbens und der oberen Oberfläche (30) in einer Querschnittsansicht, die die Mittellinie (O) enthält, vorsteht; einen Neigungsabschnitt (43), der sich näher zu der oberen Oberfläche (30) in Richtung einer Außenseite in einer radialen Richtung von dem Umfangsvorsprung (42) neigt; und einen Steigungsabschnitt (44), der von dem Neigungsabschnitt (43) in Richtung der oberen Oberfläche (30) steigt, wobei Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse (22) an einem Abschnitt des Neigungsabschnitts (43) nahe dem Umfangsvorsprung (42) durch Absenken des Kolbens durchgeführt wird, und wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der Mittellinie (O) und dem Steigungsabschnitt (44) L0 ist, eine Distanz zwischen einem Schnittpunkt einer Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts (43) und einer Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts (44) und der oberen Oberfläche (30) H1 ist, eine kürzeste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Umfangsvorsprung (42) L1 ist, und ein zwischen einer geraden Linie senkrecht zu der Mittellinie (O) und der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts (43) gebildeter Winkel A1 ist, die folgenden Bedingungen (1) und (2) erfüllt sind: wenn L 0 100 ist , L 0 : H 1 : L 1 = 100 : 9 ± 5 : 83 ± 5 20 Grad ≤ A 1 ≤ 40 Grad , wobei , in der Querschnittsansicht, wenn ein zwischen einer geraden Linie parallel zu der Mittellinie (O) und der Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts (44) gebildeter Winkel A2 ist, Drehung im Uhrzeigersinn bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie (O) ein positiver Winkel und Drehung gegen den Uhrzeigersinn bezüglich der geraden Linie parallel zu der Mittellinie (O) ein negativer Winkel ist, -10 Grad ≤ A2 ≤ 10 Grad erfüllt ist.
2. Ein Kolben (12) für einen Dieselmotor (1), der eine Verbrennungskammer (31) aufweist, in der Kraftstoff direkt von einer Kraftstoffeinspritzdüse (22) eingespritzt wird, umfassend: einen Bodenabschnitt (40), der einen tiefsten Verbrennungskammerboden (40a) in der Verbrennungskammer (31) aufweist; einen Umfangsvorsprung (42), der um einen gesamten Umfang einer Umfangswand (41) zwischen dem Bodenabschnitt (40) und einer oberen Oberfläche (30) des Kolbens (12) vorgesehen ist und zu einem Schnittpunkt P0 einer Mittellinie (O) des Kolbens und der oberen Oberfläche (30) in einer Querschnittsansicht, die die Mittellinie (O) enthält, vorsteht; einen Neigungsabschnitt (43), der sich näher zu der oberen Oberfläche (30) in Richtung einer Außenseite in einer radialen Richtung von dem Umfangsvorsprung (42) neigt; und einen Steigungsabschnitt (44), der von dem Neigungsabschnitt (43) in Richtung der oberen Oberfläche (30) steigt, einen gekrümmten Abschnitt eines äußeren Bodens (45), der den Bodenabschnitt (40) und den Umfangsvorsprung (42) verbindet und in Richtung einer Außenseite der Verbrennungskammer (31) bezüglich des Schnittpunkts P0 in der Querschnittsansicht gekrümmt ist, wobei Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse (22) an einem Abschnitt des Neigungsabschnitts (43) nahe dem Umfangsvorsprung (42) durch Absenken des Kolbens durchgeführt wird, und wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der Mittellinie (O) und dem Steigungsabschnitt (44) L0 ist, eine Distanz zwischen einem Schnittpunkt einer Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts (43) und einer Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts (44) und der oberen Oberfläche (30) H1 ist, eine kürzeste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Umfangsvorsprung (42) L1 ist, und ein zwischen einer geraden Linie senkrecht zu der Mittellinie (O) und der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts (43) gebildeter Winkel A1 ist, die folgenden Bedingungen (1) und (2) erfüllt sind: wenn L 0 100 ist , L 0 : H 1 : L 1 = 100 : 9 ± 5 : 83 ± 5 20 Grad ≤ A 1 ≤ 40 Grad , weiterhin umfassend: einen mittleren Vorsprung (46), der in einer Mitte des Kolbens (12) in der radialen Richtung vorgesehen ist und von einer Seite des Bodenabschnitts (40) in Richtung der Kraftstoffeinspritzdüse (22) vorsteht; und einen gekrümmten Abschnitt des inneren Bodens (47), der den Bodenabschnitt (40) und den mittleren Vorsprung (46) verbindet und in der Querschnittsansicht gekrümmt ist, wobei in der Querschnittsansicht ein Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts des inneren Bodens (47) größer als ein Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens (45) ist.
3. Der Kolben (12) für einen Dieselmotor (1) nach Anspruch 1 , weiterhin umfassend einen gekrümmten Abschnitt eines äußeren Bodens (45), der den Bodenabschnitt (40) und den Umfangsvorsprung (42) verbindet und in Richtung einer Außenseite der Verbrennungskammer (31) bezüglich des Schnittpunkts P0 in der Querschnittsansicht gekrümmt ist, oder der Kolben (12) für einen Dieselmotor (1) nach Anspruch 2 , wobei Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse an einem Abschnitt des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens (45) nahe dem Umfangsvorsprung (42) durchgeführt wird, wenn der Kolben (12) an einem oberen Totpunkt ist, und wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine längste Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem gekrümmten Abschnitt des äußeren Bodens (45) L2 ist, und eine Distanz zwischen der oberen Oberfläche (30) und dem Verbrennungskammerboden (40) H0 ist, L0:L2:H0 = 100:90 ± 5:48 ± 5 erfüllt ist.
4. Der Kolben (12) für einen Dieselmotor (1) nach Anspruch 3 in der von Anspruch 1 abhängigen Alternative, weiterhin umfassend: einen mittleren Vorsprung (46), der in einer Mitte des Kolbens (12) in der radialen Richtung vorgesehen ist und von einer Seite des Bodenabschnitts (40) in Richtung der Kraftstoffeinspritzdüse (22) vorsteht; und einen gekrümmten Abschnitt des inneren Bodens (47), der den Bodenabschnitt (40) und den mittleren Vorsprung (46) verbindet und in der Querschnittsansicht gekrümmt ist, wobei in der Querschnittsansicht ein Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts des inneren Bodens (47) größer als ein Krümmungsradius des gekrümmten Abschnitts des äußeren Bodens (45) ist.
5. Der Kolben (12) für einen Dieselmotor (1) nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 , wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine kürzeste Distanz zwischen der oberen Oberfläche (30) und dem mittleren Vorsprung (46) H2 ist, L0:H2 = 100:10 ± 8 erfüllt ist.
6. Der Kolben (12) für einen Dieselmotor (1) nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5 , wobei in der Querschnittsansicht, wenn eine Distanz zwischen dem Schnittpunkt P0 und dem Schnittpunkt P1 der Verlängerungslinie des Neigungsabschnitts (43) und der Verlängerungslinie des Steigungsabschnitts (44) L3 ist, L1 < L2 < L3 erfüllt ist.
7. Der Kolben (12) für einen Dieselmotor (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei, wenn die Verbrennungskammer (31) durch eine Linie geteilt wird, die den Schnittpunkt P0 und einen Apex (42a) des Umfangsvorsprungs (42) in der Querschnittsansicht verbindet, eine Seite der oberen Oberfläche (30) der geteilten Verbrennungskammer eine erste Verbrennungskammer (31A) ist, und eine Seite des Bodenabschnitts (40) der geteilten Verbrennungskammer eine zweite Verbrennungskammer (31B) ist, Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse (22) in Richtung der zweiten Verbrennungskammer (31B) bei -15 bis 5 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt wird, in Richtung des Umfangsvorsprungs (42) bei 0 bis 15 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt wird, und in Richtung der ersten Verbrennungskammer (31A) bei 5 bis 30 Grad nach einem oberen Totpunkt durchgeführt wird.
8. Der Kolben (12) für einen Dieselmotor (1) nach Anspruch 7 , wobei, wenn ein Volumen der ersten Verbrennungskammer (31A) ein erstes Volumen ist, und ein Volumen der zweiten Verbrennungskammer (31B) ein zweites Volumen V2 ist, 45/55 ≤ V2/V1 ≤ 55/45 erfüllt ist.
9. Der Kolben (12) für einen Dieselmotor (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei ein Außendurchmesser des Kolbens 90 mm oder mehr ist.
10. Ein Dieselmotor (1), umfassend: einen Zylinder (14); und einen Kolben (12) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 , der vorgesehen ist, um in einer axialen Richtung des Zylinders (14) beweglich zu sein.
11. Verfahren zum Betrieb des Dieselmotors (1) nach Anspruch 10 , wobei Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse (22) an einem Abschnitt des Neigungsabschnitts (43) nahe dem Umfangsvorsprung (42) durch Absenken des Kolbens durchgeführt wird.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dieselmotorkolben und einen Dieselmotor. Priorität wird von der japanischen Patentanmeldungsnr. 2020-087389 beansprucht, die am 19. Mai 2020 eingereicht wurde, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Stand der Technik Um Abgasregularien einzuhalten, weisen Dieselmotoren eine Konfiguration auf, die mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestattet ist, der Partikelgegenstände im Abgas sammelt. In solch einer Konfiguration ist es notwendig, schwarzen Rauch, der von einem Motor ausgestoßen wird, zu reduzieren, um Blockade des DPF aufgrund des von dem Motor ausgestoßenen schwarzen Rauch zu vermeiden. Auf der anderen Seite nehmen soziale Anforderungen zur CO2 Reduktion, um die globale Erwärmung zu verhindern, Jahr für Jahr zu, und Reduktion von CO2 Emissionen, erzielt durch Reduzieren einer Kraftstoffverbrauchsrate von Dieselmotoren, ist erforderlich. Zum Beispiel wird in Patentdokument 1 unten eine Konfiguration offenbart, die einen mittleren Vorsprung, der eine Bodenwand einer Verbrennungskammer bildet und zu einer Kraftstoffeinspritzdüse vorsteht, einen Umfangsvorsprung, der in einer Vorsprungsgestalt zu der Kraftstoffeinspritzdüse über den gesamten Umfang einer Umfangswand zwischen der Bodenwand und einem oberen Abschnitt gebildet ist, und einen Randabschnitt aufweist, der einen einspringenden Winkel an der Umfangswand in dem Bereich von einem Abschnitt, der einen größeren Durchmesser als der Umfangsvorsprung auf einer Seite des oberen Abschnitts des Umfangsvorsprungs aufweist, zu dem oberen Abschnitt aufweist. Zum Beispiel wird in Patentdokument 2 unten eine Konfiguration offenbart, bei der in einem Dieselmotor, der einen Kolben, der einen Hohlraum vom einspringenden Typ an einer Kronenoberfläche aufweist, und eine Kraftstoffeinspritzdüse enthält, die an einer Mittellinie des Hohlraums angeordnet ist, ein Lippenabschnitt, der den kleinsten Durchmesser an einem Einlass des Hohlraums unter einem Öffnungsrand gelegen ist, und ein Taschenabschnitt, der von einem vergrößerten Raum an einer äußeren Peripherieseite des Kolbens gebildet ist, über dem Lippenabschnitt gebildet ist. Zum Beispiel wird in Patentdokument 3 unten eine Konfiguration offenbart, bei der ein Hohlraum, der an einer Kronenoberfläche eines Kolbens gebildet ist, eine Zwei-Zustand-Struktur eines ersten Hohlraumabschnitts in einem mittleren Bereich der Kronenoberfläche in einer radialen Richtung und einen zweiten Hohlraumabschnitt aufweist, der eine Tiefe in einer axialen Richtung eines Zylinders aufweist, die seichter ist als die des ersten Hohlraumabschnitts, und der an einer äußeren Peripherieseite in der radialen Richtung angeordnet ist. AT 518 516 B1, der gattungsbildender Stand der Technik ist, offenbart einen Kolben, umfassend: einen Bodenabschnitt, der einen tiefsten Verbrennungskammerboden in einer Verbrennungskammer aufweist; einen Umfangsvorsprung, der um einen gesamten Umfang einer Umfangswand zwischen dem Bodenabschnitt und einer oberen Oberfläche des Kolbens vorgesehen ist und in Richtung eines Schnittpunkts einer Mittellinie des Kolbens und der oberen Oberfläche in einer Querschnittsansicht, die die Mittellinie enthält, vorsteht; einen Neigungsabschnitt, der sich näher zu der oberen Oberfläche in Richtung einer Außenseite in einer radialen Richtung von dem Umfangsvorsprung neigt; und einen Steigungsabschnitt, der vom Neigungsabschnitt in Richtung der oberen Oberfläche steigt. Eine weitere Kolbengeometrie ist in WO 2019 / 044 647 A1 gezeigt. Dokumente der verwandten Technik Patentdokument [Patentdokument 1] JP 2010-101244 A[Patentdokument 2] JP 6241479 B2[Patentdokument 3] JP 6519633 B2 Zusammenfassung Von der Erfindung zu lösende Probleme Im Falle von Patentdokument 1 wird, wenn der einspringende Winkel des Randabschnitts zu groß ist, ein Kraftstoffstrahl zu einem mittleren Abschnitt der Verbrennungskammer umgekehrt. In diesem Fall kann der Kraftstoffstrahl mit einer flüssigen Säule (Direktstrahl) interferieren, was in einer Zunahme in schwarzem Rauch aufgrund eines Luftmangels und einer Zunahme in einer Kraftstoffverbrauchsrate resultiert. In dem Fall von Patentdokument 2 schreitet, wenn der Durchmesser des Öffnungsrandes des Taschenabschnitts an der Kronenoberfläche des Kolbens größer ist als der Durchmesser des Lippenabschnitts, eine große Menge an Strahl in einer Zylinderrichtung (einer radial auswärtigen Richtung des Zylinders) voran. In diesem Fall kann Kraftstoff nicht verbrannt werden oder Wärmeenergie kann verloren gehen, was in einer Zunahme in einer Kraftstoffverbrauchsrate resultiert. In dem Fall von Patentdokument 3 interferieren, wenn die Tiefe des zweiten Hohlraumabschnitts zu seicht ist, Luft-Kraftstoff-Mischungen, die entlang einer Oberflächengestalt des zweiten Hohlraumabschnitts strömen, miteinander, was in einer Zunahme in schwarzem Rauch aufgrund von Luftmangel und einer Zunahme in einer Kraftstoffverbrauchsrate resultiert. Desh