專利名稱：直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀。
背景技術(shù)：
圖8顯示了現(xiàn)有技術(shù)直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀的一例(專利文獻(xiàn)1)。淺盤(pán)凹陷狀的燃燒室(腔體)106形成在活塞101的頂壁102上。在燃燒室106的壁面上形成有自燃燒室106的中心展開(kāi)并徐緩地向燃燒室的外周端部附近傾斜而下的山丘部104、并形成有無(wú)縫地連接于山丘部104的外側(cè)端并以弧形形狀聳起的托盤(pán)狀部105。燃油噴射閥103安裝在缸蓋110上，以使噴口的中心O1位于汽缸中心線C1上并以預(yù)定噴口角度α呈圓錐狀地向燃燒室106的托盤(pán)狀部105噴射燃油。
在圖8的結(jié)構(gòu)中，大約一半的燃油噴霧直接撞擊在山丘部104的斜坡上，由此抑制燃油及NOx生成量。然而，在空載運(yùn)行時(shí)，附著在山丘部104的斜坡上的燃油的比例由于噴射壓力的減小而增加，由此導(dǎo)致黑煙增加。
專利文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)5-106442號(hào)發(fā)明內(nèi)容(本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題)在圖8所示的結(jié)構(gòu)中，作為抑制在空載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生黑煙的措施，通過(guò)減小燃油噴射閥103的噴口面積來(lái)增加噴射壓力是有效的。這樣一來(lái)，可以促進(jìn)在空載運(yùn)行時(shí)燃油的霧化，以抑制黑煙的產(chǎn)生。
然而，若燃油噴射閥的噴口面積減小，則在負(fù)載運(yùn)行時(shí)燃油噴射時(shí)間便會(huì)變長(zhǎng)，因而耗油率變差。
抑制黑煙產(chǎn)生的另一個(gè)有效措施是增加圖8中的噴口角度α來(lái)增加噴霧行程，由此將燃油噴霧的主要部分引向燃燒室106的外周端部附近。這樣一來(lái)，黑煙的產(chǎn)生可被抑制，但由于在燃燒室的壁面上未進(jìn)行燃燒控制，故在負(fù)載運(yùn)行時(shí)NOx的生成量增加。此外，火焰就很可能會(huì)撞擊缸套112而加熱缸套112，由此導(dǎo)致缸套112的可靠性和耐久性問(wèn)題。
(發(fā)明的目的)本發(fā)明的目的在于提供一種在空載運(yùn)行時(shí)可抑制的黑煙生成量、而在負(fù)載運(yùn)行時(shí)可抑制NOx并將耗油率維持在滿意值的柴油機(jī)的燃燒室形狀。
(解決技術(shù)問(wèn)題的手段)為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請(qǐng)技術(shù)方案1的發(fā)明，提供一種具有形成在活塞頂壁上的凹陷狀燃燒室、以預(yù)定噴口角度將燃油從噴口的中心大致位于汽缸中心線上的噴口噴射到燃燒室中的直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀，其中，燃燒室的壁面包括山丘部，其形成于該燃燒室的中央部、并具有可使燃油噴霧不撞擊該山丘部的傾角和外側(cè)端直徑；斜坡部，其以小于山丘部的傾角的角度從山丘部的外側(cè)端向外向下傾斜、且燃油噴霧撞擊之；以及托盤(pán)狀部，其從斜坡部的外周端以弧形形狀聳起到達(dá)燃燒室的外周端、且燃油噴霧撞擊之。
根據(jù)技術(shù)方案2的發(fā)明，提供一種如技術(shù)方案1所述的直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀，其中，在山丘部，從燃燒室底面起算的山丘部高度H2對(duì)燃燒室深度H1的比值H2/H1為0.7≤H2/H1≤1.0，山丘部頂面的直徑D1對(duì)膛孔直徑B的比值D1/B為D1/B≤0.3，山丘部外側(cè)端直徑D2對(duì)膛孔直徑B的比值D2/B為D2/B≤0.5。
根據(jù)技術(shù)方案3的發(fā)明，提供一種如技術(shù)方案1或2所述的直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀，其中，噴霧行程L對(duì)噴口直徑d的比值L/d為150≤L/d≤250。
根據(jù)技術(shù)方案4的發(fā)明，提供一種如技術(shù)方案1至3中任一種所述的直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀，其中，斜坡部的傾角θ為0°＜θ≤15°。
(發(fā)明效果)(1)燃燒室壁面上形成有在中央的山丘部與位于外周端部的弧形托盤(pán)狀部之間向下朝外傾斜的斜坡部，以使燃油噴霧不撞擊山丘部的斜面但卻接觸從斜面部到托盤(pán)狀部的區(qū)域。因此，在空載運(yùn)行時(shí)，燃油噴霧就不太會(huì)附著到山丘部的斜坡上，由此抑制黑煙的生成。此外，通過(guò)使燃油噴霧撞擊從斜坡表面到托盤(pán)狀部的區(qū)域來(lái)分散燃油噴霧，可以抑制在負(fù)載運(yùn)行時(shí)NOx的生成量。而且，由于無(wú)需通過(guò)減小噴口面積來(lái)增加噴射壓力，故而能夠減小在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的耗油率。
(2)因?yàn)樵诰S持壓縮比恒定的狀態(tài)下，山丘部高度H2對(duì)燃燒室深度H1的比值為0.7≤H2/H1≤1.0、山丘部頂面的直徑D1對(duì)膛孔直徑B的比值為D1/B≤0.3、且山丘部的外側(cè)端直徑D2對(duì)膛孔直徑B的比值為D2/B≤0.5，故而能夠增強(qiáng)在空載運(yùn)行時(shí)的黑煙抑制效果。
(3)因?yàn)閲婌F行程L對(duì)噴口直徑d的比值為150≤L/d≤250，故而能夠在斜坡部和托盤(pán)狀部抑制燃燒的同時(shí)有效地利用在頂部間隙部T的空氣。因此，能夠在負(fù)載運(yùn)行時(shí)減小耗油率的同時(shí)抑制NOx。
(4)由于斜坡部的傾角θ為0°＜θ≤15°，故而能夠平滑地將燃油噴霧從斜坡部引向托盤(pán)狀部和頂部間隙部，由此在負(fù)載運(yùn)行時(shí)減小耗油率的同時(shí)抑制NOx。


圖1是應(yīng)用了本發(fā)明的直噴式柴油機(jī)的燃燒室的縱斷面放大圖。
圖2是圖1中燃油噴射閥的噴口部的縱斷面放大圖。
圖3是表示從燃燒室底面起算的山丘部高度H2對(duì)燃燒室深度H1的比值H2/H1的變化與在空載運(yùn)行時(shí)黑煙(黑煙濃度)之間的關(guān)系的圖。
圖4是表示山丘部的頂面直徑D1對(duì)膛孔直徑B的比值D1/B的變化與在空載運(yùn)行時(shí)黑煙(黑煙濃度)之間的關(guān)系的圖。
圖5是表示山丘部的外側(cè)端直徑D2對(duì)膛孔直徑B的比值D2/B的變化與在空載運(yùn)行時(shí)黑煙(黑煙濃度)之間的關(guān)系的圖。
圖6是表示斜坡部的傾角θ的變化與在負(fù)載運(yùn)行時(shí)耗油率之間的關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示在空載運(yùn)行時(shí)的黑煙與在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的耗油率之間的關(guān)系的圖。
圖8是現(xiàn)有技術(shù)的燃燒室的縱斷面放大圖。
(元件符號(hào)說(shuō)明)1缸套2活塞3活塞頂壁5燃燒室7缸蓋10燃油噴射閥12山丘部13山丘部的頂面14斜坡部15托盤(pán)狀部20噴口具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1)[燃燒室的結(jié)構(gòu)]圖1是應(yīng)用了本發(fā)明的直噴式柴油機(jī)燃燒室的放大縱斷面圖。在圖1中，活塞2安裝在汽缸體的缸套1上，燃燒室(腔體)5形成在活塞2的頂壁3上，且燃燒室5的上部由缸蓋7的底面封閉。其噴口中心O1位于汽缸中心線C1上的燃油噴射閥10安裝在缸蓋7上并以噴口角度α呈圓錐狀地噴射(噴霧)燃油。在圖1中，活塞2位于上死點(diǎn)處。
燃燒室5形成為淺碟形狀，其中，截頂圓錐狀的山丘部12形成在中央部(在汽缸中心線C1上)，而以弧形形狀徐緩地向外聳起的托盤(pán)狀部15形成為在外周部處的圓環(huán)形。在托盤(pán)狀部15與中央的山丘部12之間，以相對(duì)于平面Q成預(yù)定角度θ向下朝外傾斜的斜坡部14形成為圓環(huán)形，其中的平面Q垂直于汽缸中心線C1。斜坡部14的內(nèi)周端和山丘部12的外側(cè)端部在邊界P1處通過(guò)曲面無(wú)縫地彼此連接，且斜坡部14的外周端與托盤(pán)狀部15的內(nèi)周端在邊界P2處無(wú)縫地彼此連接。
使壓縮比恒定，山丘部12形成為使從燃燒室底部起算的山丘部高度H2對(duì)燃燒室深度H1的比值H2/H1在0.7≤H2/H1≤1.0的范圍內(nèi)、山丘部頂面的直徑D1對(duì)孔直徑B的比值D1/B在D1/B≤0.3的范圍內(nèi)、且山丘部12的外側(cè)端(P1)的直徑D2對(duì)膛孔直徑B的比值D2/B在D2/B≤0.5的范圍內(nèi)。山丘部12的斜面至少?gòu)娜加蛧婌F的最小噴射角度范圍s1離開(kāi)一定距離，以使燃油噴霧不撞擊山丘部12的斜面。
斜坡部14的傾角θ遠(yuǎn)小于中央的山丘部12的斜面的角度，且斜坡部14形成在使整個(gè)噴射角度中大致內(nèi)側(cè)的一半可撞擊斜坡部14區(qū)域內(nèi)。
托盤(pán)狀部15徐緩地聳起，且形成在使燃油噴霧的中心線S0撞擊在斜坡部14和托盤(pán)狀部15之間的邊界P2附近的區(qū)域內(nèi)。
從噴口中心O1到托盤(pán)狀部15的燃油噴霧中心線S0的長(zhǎng)度，即所謂的噴霧行程L相對(duì)于圖2所示的噴口直徑d進(jìn)行設(shè)定，以使L/d在150到250的范圍內(nèi)，優(yōu)選在約160到210的范圍內(nèi)。
圖3是表示在壓縮比保持恒定時(shí)山丘部高度H2對(duì)燃燒室深度H1的比值H2/H1的變化與在空載運(yùn)行時(shí)黑煙(黑煙濃度)之間的關(guān)系的圖。由圖3可知，在上述比值H2/H1為0.85到1.00的范圍內(nèi)，黑煙生成量被抑制在最小值并保持不變。在上述比值H2/H1從0.85下降到0.7的范圍內(nèi)，黑煙生成量略有增加。若上述比值H2/H1小于0.7，則黑煙生成量便會(huì)急劇增加。因此，通過(guò)將上述比值H2/H1設(shè)定在0.7≤H2/H1≤1.0的范圍內(nèi)，便可以將黑煙生成量抑制在可允許的范圍內(nèi)。較佳地，將上述比值設(shè)定在0.85≤H2/H1≤1.0的范圍內(nèi)，即可有效地抑制黑煙生成量。
圖4是表示山丘部的頂面直徑D1對(duì)膛孔直徑B的比值D1/B的變化與在空載運(yùn)行時(shí)黑煙(黑煙濃度)之間的關(guān)系的圖。由圖4可知，在上述比值D1/B小于等于0.3的范圍內(nèi)，在空載運(yùn)行時(shí)黑煙被維持在良好的狀態(tài)。尤其是在上述比值D1/B小于等于0.15的范圍內(nèi)，黑煙被抑制在最小值。另一方面，若上述比值D1/B大于0.3，則黑煙便會(huì)急劇增加。因此，通過(guò)將上述比值D1/B設(shè)定在D1/B≤0.3的范圍內(nèi)，便可以將黑煙生成量抑制在可允許的范圍內(nèi)。較佳地，將上述比值設(shè)定在D1/B≤0.15的范圍內(nèi)，即可有效地抑制黑煙生成量。
圖5是表示山丘部12的外側(cè)端P1的直徑D2對(duì)膛孔直徑B的比值D2/B的變化與在空載運(yùn)行時(shí)黑煙(黑煙濃度)之間關(guān)系的圖。由圖5可知，在上述比值D2/B小于等于0.5的范圍內(nèi)，在空載運(yùn)行時(shí)黑煙被維持在良好的狀態(tài)。尤其是在上述比值D2/B小于等于0.3的范圍內(nèi)，黑煙被抑制在最小值。另一方面，若上述比值D2/B大于0.5，則黑煙便會(huì)急劇增加。因此，通過(guò)將上述比值D2/B設(shè)定在D2/B≤0.5的范圍內(nèi)，即可將黑煙生成量抑制可允許的范圍內(nèi)。較佳地，將上述比值設(shè)定在D2/B≤0.3的范圍內(nèi)，即可有效地抑制黑煙生成量。
圖6是表示斜坡部14的傾角θ的變化與在負(fù)載運(yùn)行時(shí)耗油率之間關(guān)系的曲線圖。由圖6可知，在上述傾角θ大于0°且小于等于15°的范圍內(nèi)，耗油率維持在優(yōu)選值。尤其是在傾角θ處于3°到10°的范圍內(nèi)時(shí)，耗油率處于最佳狀態(tài)。另一方面，若傾角θ超過(guò)15°，那么耗油率便會(huì)急劇惡化。
圖7示意性地顯示了在空載運(yùn)行時(shí)的黑煙與在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的耗油率或成本之間的關(guān)系，其中，圖8中的現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)記為◆(菱形標(biāo)記)，本實(shí)施例標(biāo)記為●(圓形標(biāo)記)。若NOx水平相同，在現(xiàn)有技術(shù)中增加耗油率則會(huì)導(dǎo)致在空載運(yùn)行時(shí)黑煙(黑煙濃度)增加，而在本實(shí)施例中，可在空載運(yùn)行時(shí)使黑煙濃度維持在大致恒定的較小值的同時(shí)增加耗油率。
換言之，在本實(shí)施例中，0.7≤H2/H1≤1.0、D1/B≤0.3、且D2/B≤0.5，故燃油噴霧不撞擊燃燒室5的山丘部12的斜面，且燃油幾乎不附著于山丘部12的斜面之上。其結(jié)果是，在空載運(yùn)行時(shí)的黑煙生成量可以被抑制，因此可增大燃油噴射閥10的噴口20的尺寸并可減小耗油率。此外，因?yàn)閲婌F行程L對(duì)噴口直徑d的比值L/d為150≤L/d≤250，以使燃油噴霧到達(dá)從斜坡部14到托盤(pán)狀部15的區(qū)域，所以可在抑制燃燒室5內(nèi)表面上的燃燒的同時(shí)提高頂部間隙部T內(nèi)空氣的利用率、并可在抑制NOx的同時(shí)降低耗油率。而且，斜坡部14的傾角θ為0°＜θ≤15°，故可平滑地將已撞擊在斜坡部14的燃油從托盤(pán)狀部15分散到頂部間隙部T(圖1)，由此抑制NOx、抑制黑煙并降低耗油率。
權(quán)利要求
1.一種直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀，其中的柴油機(jī)具有形成在活塞頂壁上的凹陷狀燃燒室、且以預(yù)定噴口角度將燃油從燃油噴射閥的噴口噴射到該燃燒室中，所述噴口的中心基本上位于汽缸中心線上，其特征在于，所述燃燒室的壁面包括圓錐狀的山丘部，其位于所述燃燒室的中央部、并具有可使燃油噴霧不撞擊在其上的傾角和外側(cè)端直徑；斜坡部，其以小于所述山丘部的傾角的角度從所述山丘部的外側(cè)端向下朝外傾斜，且燃油噴霧撞擊于其上；以及托盤(pán)狀部，其從所述斜坡部的外周端以弧形形狀聳起達(dá)到所述燃燒室的外周端，且燃油噴霧撞擊于其上。
2.如權(quán)利要求1所述的直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀，其特征在于，在所述山丘部中，從燃燒室底面起算的山丘部高度H2對(duì)燃燒室深度H1的比值H2/H1為0.7≤H2/H1≤1.0，山丘部頂面的直徑D1對(duì)膛孔直徑B的比值D1/B為D1/B≤0.3，且所述山丘部的外側(cè)端直徑D2對(duì)所述膛孔直徑B的比值D2/B為D2/B≤0.5。
3.如權(quán)利要求1或2所述的直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀，其特征在于，噴霧行程L對(duì)噴口直徑d的比值L/d為150≤L/d≤250。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀，其特征在于，所述斜坡部的傾角θ為0°＜θ≤15°。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在空載運(yùn)行時(shí)可抑制黑煙濃度的同時(shí)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)抑制NOx和耗油率的直噴式柴油機(jī)的燃燒室形狀。燃燒室(5)以凹陷狀形成在活塞頂壁(3)上，而燃油以預(yù)定噴口角度α從燃油噴射閥的噴口(20)噴射到燃燒室(5)中，噴口的中心(O1)基本上位于汽缸中心線上。燃燒室(5)的壁面包括圓錐狀的山丘部(12)，其位于燃燒室的中央部，并具有可使燃油噴霧不撞擊于其上的傾角和外側(cè)端直徑D2；斜坡部(14)，其以小于山丘部(12)的傾角的角度從山丘部(12)的外側(cè)端向外下方傾斜，且燃油噴霧撞擊于其上；以及托盤(pán)狀部(15)，其從斜坡部(14)的外周端以弧形形狀聳起達(dá)到燃燒室的外周端，且燃油噴霧撞擊于其上。
文檔編號(hào)F02F3/26GK1981118SQ20058002293
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者辻本圭一, 濱岡俊次 申請(qǐng)人:洋馬株式會(huì)社