專利名稱：直噴柴油發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直噴柴油發(fā)動機(jī)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種 減少直噴柴油發(fā)動機(jī)對環(huán)境影響的技術(shù)。
技術(shù)背景傳統(tǒng)上，對于燃料噴嘴來說，相應(yīng)于噴射壓力的限制來確定噴嘴 的噴嘴孔區(qū)域。由單個孔構(gòu)造一個噴嘴孔。公知雙錐形角度(z字形噴嘴孔)，其通過單個噴嘴孔具有兩種類型的噴嘴孔噴射角度(例如，參看專利文獻(xiàn)l)。出于噴射燃料和空氣有效混合以便執(zhí)行具有較少煙氣的良好燃燒 的目的，公知如下構(gòu)造，其包括在發(fā)動機(jī)的活塞的上表面上由碟狀凹 處形成的腔，通過堆積腔中心而形成的燃料分散元件，以及面向腔并且具有多個噴嘴孔的燃料噴嘴(例如，參看專利文獻(xiàn)2)。參考文獻(xiàn)1:日本專利公報Hei.ll-13594參考文獻(xiàn)2:日本專利公報Hei.ll-210468 本發(fā)明要解決的問題然而，對于傳統(tǒng)燃料噴嘴來說，當(dāng)噴嘴孔小型化時，噴嘴孔的數(shù) 目增加，由此會引起整體渦流從而燃燒變壞。在低速時，噴嘴孔數(shù)目 的增加引起點(diǎn)火點(diǎn)的增加，從而增加初始燃燒量，由此會增加燃燒噪 聲。特別地，對于通過降低壓縮比來增加增壓率的發(fā)動機(jī)來說，燃燒 噪聲趨向于變壞。對于雙錐形角度來說，通過噴射角度的差值減少由整體渦流引起的霧化重疊。然而，對于淺的燃燒室來說，優(yōu)化噴射時間和燃燒室中 空間分布不同，從而引起燃料和空氣的混合減少。對于深的燃燒室來 說，霧化范圍縮短，使得諸如HC和CO之類的未燃燒成分會增加。 在高負(fù)荷下，煙氣趨向于增加。 對于專利文獻(xiàn)2描述的技術(shù)來說，大的熱負(fù)荷施加在燃料分散元 件上，使得難于維持燃料分散元件的形狀。那么，本發(fā)明的目的在于在燃料噴嘴上提供多個噴嘴孔，同時抑 制整體渦流的產(chǎn)生，以便使得霧化燃料成為顆粒并且增加霧化的氣相。 解決問題的手段為了解決上述問題，本發(fā)明提供以下手段。對于直噴柴油發(fā)動機(jī)來說，其包括具有構(gòu)成腔的上凹處的活塞， 和噴射燃料進(jìn)入活塞腔內(nèi)的燃料噴嘴，噴嘴孔被視為一組，它們在燃 料噴嘴的軸和噴嘴孔的開口方向之間具有至少多個交叉點(diǎn)，并且多組 噴嘴孔提供在燃料噴嘴中。一組噴嘴孔的每個噴嘴孔的直徑或流量不同于至少一個噴嘴孔。對于每組噴嘴孔來說，至少一個噴嘴孔的噴射角度不同于其他噴嘴孔的噴射角度。存在如下的多個表面，其中所述一組噴嘴孔存在并且其垂直于燃料噴嘴的軸或活塞的滑動方向。燃料噴嘴的每個噴嘴孔的位置包括生產(chǎn)公差。提供至少一個如上提到的燃料噴嘴作為燃料噴嘴，并且活塞的燃 燒室的開口是具有五個或更多角部的多邊形。燃燒室的開口的多邊形形狀的側(cè)部的交叉部分與任意形狀相連接。燃燒室的開口是等邊或不等邊的。燃燒室開口的中心與燃燒室的中心相一致或相偏離。燃燒室開口的側(cè)部接近圓或橢圓。構(gòu)成燃燒室開口形狀的至少一組相反側(cè)彼此不平行。燃料噴嘴的剖面軸與燃燒室的剖面軸在相同線上，或者燃料噴嘴 的延伸方向交叉燃燒室的中心。燃料噴嘴的剖面軸與燃燒室的剖面軸偏離，或者燃料噴嘴的延伸 方向從燃燒室的中心扭轉(zhuǎn)。至少一個上述噴嘴與如權(quán)利要求6到13所述的至少一個上述燃燒 室相組合。在多邊形燃燒室開口的側(cè)部處提供任意形狀的凹口。 在多邊形燃燒室開口的角部處提供任意形狀的凹口。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在燃料噴嘴上能夠提供多個噴嘴孔，同時抑制整體 渦流的產(chǎn)生。當(dāng)由噴射壓力限制噴嘴孔區(qū)域時，與包括單個噴嘴孔的多個噴嘴 孔相比較，發(fā)生由整體渦流引起的壞效果，霧化的氣相增加，同時使 得霧化燃料成為顆粒，并且燃料分散，使得燃料變得容易點(diǎn)火并且縮 短點(diǎn)火延遲的階段。因此，預(yù)混合氣體燃燒量減少，使得壓力升高率 降低并且以均勻壓力執(zhí)行燃燒，由此汽缸壓力和燃燒噪聲減少。燃料霧化的條件變得自由，并且部分獲得在優(yōu)選條件下的燃料噴 射狀態(tài)。避免了在多個燃料噴射孔之間的影響，并且通過該影響調(diào)節(jié)燃料 噴射特征。在燃料噴嘴的尖端的有限區(qū)域中構(gòu)造多個燃料噴射孔，并且在有 效使用燃料噴嘴附近空間的同時霧化燃料。在有效使用燃料噴嘴附近空間的同時也在生產(chǎn)公差內(nèi)霧化燃料。 通過將具有多個噴嘴孔的燃料噴嘴與其凸緣(外伸量)制成凹口 當(dāng)在截面中看時成為多邊形的燃燒室相組合，在通過燃料噴射開始燃 燒之后，燃燒火焰容易地流出到活塞頂部，以便改善燃料與空氣的混 合。而且，產(chǎn)生火焰并且在整個燃燒室中生長，同時在活塞下落時產(chǎn)生相反的擠氣(squish),由此減少煙氣。通過組合燃料噴嘴和燃燒室，霧化的氣相增加，使得諸如在延遲 角度時間產(chǎn)生的碳?xì)寤衔锖鸵谎趸贾惖腟OF (可溶有機(jī)部分) 減少，由此PM(顆粒物)減少并且未燃燒成分不增加。圍繞相同的活塞，燃燒室的開口的形狀變化增加，以便處理燃料 噴射的不同狀況。使得構(gòu)成燃燒室開口的形狀的側(cè)部接近圓或橢圓，以便獲得固定 的對稱性，由此取消施加在活塞上的偏離的負(fù)荷。通過在燃燒室中心處布置燃料噴嘴，容易展示燃燒室開口的特征。 通過在燃燒室和燃料噴嘴之間的位置關(guān)系，容易地增加流向活塞 頂部的火焰形狀的變化。通過在燃燒室開口的側(cè)部或角部處的凹口 ，在通過燃料噴射開始 燃燒之后，容易地增加流向活塞頂部的燃燒火焰，以便改善燃料與空 氣的混合。因此，汽缸中的壓力升高率降低并且以均勻壓力執(zhí)行燃燒， 由此燃燒噪聲減少。通過凹口形狀來調(diào)節(jié)燃燒火焰的噴出。在側(cè)部處 提供凹口并且隨后火焰流動的情況下，通過凹口數(shù)目來調(diào)節(jié)火焰噴出的數(shù)目。通過凹口的尺寸和形狀調(diào)節(jié)的火焰尺寸。


圖l是直噴柴油發(fā)動機(jī)的局部截面的透視圖。圖2是直噴柴油發(fā)動機(jī)的截面?zhèn)纫晥D。 圖3是燃料噴嘴的下部透視圖。 圖4是燃料噴嘴的截面?zhèn)纫晥D。 圖5是燃料噴嘴的下端的底部視圖。 圖6是燃料噴嘴的噴嘴孔的展開。 圖7是燃料噴嘴的燃料霧化的示意圖。 圖8是活塞的透視圖。 圖9是活塞的平面圖。 圖IO是活塞的線A-A的箭頭截面圖。 圖ll是噪聲和輸出相對發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系圖。 圖12是相對于曲柄角的汽缸壓力、熱釋放速度和燃料噴射時間的 關(guān)系圖。圖13是在排氣中PM量與碳?xì)浠衔锖脱趸牧恐g的關(guān)系圖。圖14是在排氣中一氧化碳量與碳?xì)浠衔锖脱趸牧恐g的 關(guān)系圖。圖15是噴嘴孔的圖。
圖16是在噴嘴孔和霧化狀態(tài)之間的角度關(guān)系圖。 圖17是噴嘴孔的Z字形布置的圖。 圖18是燃燒室開口的另一種構(gòu)造的圖。 圖19是六邊形燃燒室開口的另一種構(gòu)造的圖。 圖20是燃燒室開口的角部倒圓的圖。 圖21是接近橢圓的多邊形的燃燒室開口的平面圖。 圖22是提供凹口的燃燒室開口的平面圖。 圖23是布置成傾斜的燃料噴嘴的圖。 圖24是相對燃燒室偏置的燃料噴嘴的圖。 附圖標(biāo)記說明 11活塞 12燃料噴嘴 21燃燒室 32噴嘴孔 51燃燒室開口具體實(shí)施方式
本發(fā)明通過多個燃料噴嘴的噴嘴孔和燃燒室開口的形狀產(chǎn)生直噴 柴油發(fā)動機(jī)的燃燒。 實(shí)施例1 [整體構(gòu)造l首先，對于直噴柴油發(fā)動機(jī)的整體構(gòu)造給出說明。 圖l是直噴柴油發(fā)動機(jī)的局部截面的透視圖。 圖2是直噴柴油發(fā)動機(jī)的截面?zhèn)纫晥D。柴油發(fā)動機(jī)具有汽缸IO、活塞ll、燃料噴嘴12和汽缸蓋13?；?塞11布置在汽缸10中并且活塞11在汽缸10中可滑動。汽缸蓋13 安裝到汽缸10的上部，并且燃料噴嘴12安裝到汽缸蓋13上。作為腔的燃燒室21構(gòu)造在活塞11的上表面上，并且燃料從燃料 噴嘴12霧化到燃燒室21中。當(dāng)在平面中看時，燃燒室21位于活塞 11的中心并且在活塞11的頂部構(gòu)造成凹面。燃料噴嘴12位于活塞11
以上，當(dāng)在平面中看時處于活塞11的中心。當(dāng)活塞11處于頂部死點(diǎn)時，燃料噴嘴12處于幾乎與活塞11的上 表面相同的高度。噴嘴孔提供在燃料噴嘴12的下端處，并且霧化燃料 從燃料噴嘴12的下端供應(yīng)給燃燒室21。(噴嘴)下面將對于燃料噴嘴的構(gòu)造給出說明。這里，噴嘴孔的布置影響燃料噴嘴的性能，并且燃料噴嘴的吸取 能力與此無關(guān)。圖3是燃料噴嘴的下部透視圖。 圖4是燃料噴嘴的截面?zhèn)纫晥D。 圖5是燃料噴嘴的下端的底部視圖。 圖6是燃料噴嘴的噴嘴孔的展開。圖7是燃料噴嘴的燃料霧化的示意圖。圖7(a)是燃料噴嘴的燃 料霧化構(gòu)造的截平面圖。圖7 (b)是燃料噴嘴的燃料霧化構(gòu)造的截面 側(cè)視圖。多個噴嘴孔32提供在燃料噴嘴12的下部尖端處，并且燃料從這 些噴嘴孔32霧化到燃燒室21。針閥33布置在燃料噴嘴12內(nèi)部并且 油路由針閥33的垂直滑動打開和閉合，以便開始和停止燃料從噴嘴孔 霧化。對于燃料噴嘴12來說，提供在上側(cè)和下側(cè)的兩個噴嘴孔32視為 一對，并且六對噴嘴孔提供在圖4所示的構(gòu)造中。也即，對于燃料噴 嘴12來說，兩個噴嘴孔32前后地垂直布置。燃料噴嘴12的下端分割成多個分區(qū)，這些分區(qū)當(dāng)在底部看時為扇 狀形狀，并且一對噴嘴孔32提供在每個分區(qū)中。每對的噴嘴孔32以 規(guī)則間隔布置在燃料噴嘴12的下部尖端的周表面上。對于每對來說， 噴嘴孔32之一在燃料噴嘴12中位置比其它噴嘴孔32更低(從底部觀 察時的內(nèi)部)。對于該構(gòu)造來說，每對中的噴嘴孔32中之一相對于其 它噴嘴孔32在高度上移位。另外，位于每對下側(cè)處的噴嘴孔32的開 口處于相同水平平面上，并且位于每對上側(cè)處的噴嘴孔32的開口處于 相同的水平平面上。對于燃料噴嘴12來說， 一對噴嘴孔32布置在上側(cè)和下側(cè)，并且 每對中的噴嘴孔32從燃料噴嘴12的軸起徑向地定位。相同對的兩個 噴嘴孔32位于相同縱向部分。如前面提到的，對于燃料噴嘴12來說， 前后垂直布置的兩個噴嘴孔32視為一組，并且多組設(shè)置在燃料噴嘴 12上。每組的噴嘴孔32以規(guī)則間隔設(shè)置在燃料噴嘴12的下部尖端的 周表面上。噴嘴孔32基本上平行布置在燃料噴嘴12中。也即，對于一對噴 嘴孔32來說，存在燃料噴嘴12的縱向軸和噴嘴孔32的兩個交叉點(diǎn)。通過前后垂直地提供噴嘴孔32，通過使用如圖7所示的上空間和 下空間能夠執(zhí)行燃料噴射。因此，在燃料噴嘴12的下端的有限區(qū)域內(nèi)， 每個噴嘴孔32的直徑能夠減小并且能夠提供許多噴嘴孔32。由于燃 料通過具有小直徑的噴嘴孔霧化，促使燃料變成顆粒。由于燃料通過 上端和下端噴嘴孔32霧化，霧化燃料的量加大。由于兩個噴嘴孔32垂直布置，通過兩個噴嘴孔32分別霧化的燃 料32a和32b很難彼此影響，由此燃料容易保持為顆粒。由于燃料32a 和32b位于上側(cè)和下側(cè)，由霧化燃料占據(jù)的空間加大。也即，促進(jìn)空 氣和燃料的混合。即使存在燃燒室21中湍流的影響，彼此鄰近燃料32b的燃料32a 難以彼此影響。另外，即使噴嘴孔32的定位處于生產(chǎn)公差量內(nèi)，通過噴嘴孔32 的布置的固定偏差也能夠獲得這些噴嘴孔32的效果。由于如前面提到的通過在上和下側(cè)提供噴嘴孔而增加噴嘴孔的數(shù) 目，相對于噴嘴孔的數(shù)目通過單個噴嘴孔來增加的情況來說，由過度 渦流引起的壞效果得到減少。霧化燃料形成顆粒以便獲得霧化的氣相 程度得到擴(kuò)展的特征。對于燃料噴嘴12來說，多個噴嘴孔32沿著縱向部分設(shè)置并且鉆 孔的噴嘴孔32前后布置。因此，霧化燃料形成均勻的顆粒，以便減少 煙灰，并且點(diǎn)火延遲階段縮短，以便廣泛地減少燃燒噪聲，在減小最 大汽缸壓力并廣泛增加輸出的同時汽缸壓力不改變以便使得燃燒噪聲 的減少和輸出的增加一起存在。與單噴嘴孔相比，前后布置能夠使得噴嘴孔的直徑更小，以便使 得霧化顆粒的直徑較小。在霧化相同量燃料的情況下，更小直徑的流 速變得更快，并且霧化顆粒的直徑變小。另外，相同對的噴嘴孔32的直徑或流量可以不均勻。因此，能夠 容易地調(diào)節(jié)包括多個噴嘴孔的該對噴嘴孔的特征，并且該對噴嘴孔能 夠獲得由單噴嘴孔不能構(gòu)造的特征。通過制造噴嘴孔之一的直徑，能夠調(diào)節(jié)霧化燃料顆粒的直徑范圍， 并且能夠調(diào)節(jié)霧化燃料噴射的形狀。下面，根據(jù)附圖將給出活塞的說明。圖8是活塞的透視圖。圖9是活塞的平面圖。圖IO是活塞的線A-A的箭頭截面圖?；钊?1的上部是圓柱形，并且在活塞11的上部中心處構(gòu)造燃燒 室21。當(dāng)平面上看時，在活塞ll的上表面構(gòu)造的燃燒室21的開口是 多邊形的。在燃燒室21的下部的中心處構(gòu)造作為錐形的中心凸起22，并且 燃燒室開口 51是正六邊形。在活塞11內(nèi)部的燃燒室21比燃燒室開口 51更寬。燃燒室開口 51的中心與活塞11的中心相一致。燃燒室21包括在活塞11內(nèi)部提供的環(huán)形空間和在中心凸起22 以上的空間，并且燃燒室21通過燃燒室開口 51與汽缸內(nèi)部的空間相 連通。環(huán)形空間的中心與活塞ll的中心相一致，并且外伸部分構(gòu)造在 環(huán)形空間以上。由于燃燒室開口 51是多邊形的，外伸(凸緣)數(shù)量在多邊形的每 側(cè)處線性改變。因此，對于活塞ll來說，凸緣具有范圍，以便在每側(cè) 處提供適合于燃燒條件的凸緣。由于切割燃燒室開口 51的多邊形的角，燃燒火焰容易地從燃燒室 21移動到活塞11的頂部。因此，改善了與空氣的混合并且火焰在整 個燃燒室21中擾動和發(fā)展，同時在活塞11帶來效果時產(chǎn)生反向擠氣 (squish)，由此減少煙氣。由于在燃燒室開口 51的角部處存在鈍角部分，當(dāng)平面看時在角部 處的開口較大，以便減少噴出燃燒火焰的阻力。由于角是鈍角的，當(dāng) 氣流流動到角部時，容易地側(cè)向引導(dǎo)空氣，由此火焰的擾動和發(fā)展變 得容易。對于該實(shí)施例來說，燃燒室開口 51的燃燒室的角部數(shù)目是六，其 與燃料噴嘴12的燃料霧化方向相同。每個角是均勻的120°,并且在 活塞11的中心和每個角部之間的距離彼此相等。因此，從燃燒室21 噴出的燃燒火焰的阻力減少，以便使得火焰噴出容易并且不妨礙火焰 在燃燒室21中擾動和發(fā)展。燃燒室開口 51具有六個角部和側(cè)部，它們具有規(guī)則間隔的相同的 狀況，由此獲得具有便利特征的燃燒室21。(噪聲和輸出)測量具有如上提到構(gòu)造的燃料噴嘴和活塞11的直噴柴油發(fā)動機(jī) 相對每單位時間發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的噪聲和輸出。圖ll是噪聲和輸出相對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖。傳統(tǒng)的燃料噴嘴具有規(guī)則間隔的六個單孔。傳統(tǒng)活塞具有圓形燃 燒室開口，并且燃燒室開口的中心與活塞的中心相一致。在左部的縱坐標(biāo)軸指示噪聲大小CN，并且其單位為dbA。在右 部的縱坐標(biāo)軸指示發(fā)動機(jī)輸出P，并且其單位為Nm。橫坐標(biāo)軸指示 每單位時間發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne，并且其單位為rpm。噪聲和輸出的測量以相同扭矩彼此比較。首先，將對發(fā)動機(jī)噪聲給出說明。在圖11中，黑圓指示傳統(tǒng)的燃料噴嘴和活塞，并且空心圓指示該 實(shí)施例的燃料噴嘴和活塞。根據(jù)測量的結(jié)果，與傳統(tǒng)構(gòu)造相比較，在中間和高轉(zhuǎn)速范圍的噪 聲大大地減少。下面，對發(fā)動機(jī)的汽缸壓力給出說明。
在圖11中，黑正方形指示傳統(tǒng)的燃料噴嘴和活塞，并且空心正方 形指示該實(shí)施例的燃料噴嘴和活塞。對于汽缸壓力來說，獲得平穩(wěn)壓力特征，并且減少相同類型發(fā)動 機(jī)的最大壓力。因此，通過增壓等等能夠提高輸出，由此在中間和高 轉(zhuǎn)速范圍維持平穩(wěn)發(fā)動機(jī)特征的同時能夠提高輸出。因此，對于相同規(guī)格發(fā)動機(jī)來說，通過改變噴嘴和活塞的燃燒室 開口的形狀，在相同扭矩時大大地減少噪聲。最大燃燒壓力能夠增加 到可容許的內(nèi)部壓力，并且通過增加增壓壓力，能夠提高扭矩和輸出。(相對于曲柄角的汽缸壓力、熱釋放速度和燃料噴射時間)下面將給出與傳統(tǒng)構(gòu)造相比較，相對曲柄角的汽缸壓力、熱釋放 速度和燃料噴射時間的結(jié)果的說明。圖12是相對于曲柄角的汽缸壓力、熱釋放速度和燃料噴射時間的 關(guān)系圖。虛線指示傳統(tǒng)的燃料噴嘴和活塞，并且實(shí)線指示該實(shí)施例的燃料 噴嘴和活塞。圖表按照從頂部到底部的順序分別示出汽缸壓力、熱釋 放速度和燃料噴射時間。對于汽缸壓力來說，縱坐標(biāo)軸指示在汽缸內(nèi)的平均壓力P，并且其單位是巴。對于熱釋放速度來說，縱坐標(biāo)軸指示在汽缸中的熱釋放平均速度， 并且其單位為kj/m3Deg。對于燃料噴射時間來說，縱坐標(biāo)軸指示針閥33的提升量，并且其 單位為mm。橫坐標(biāo)軸指示曲柄角，并且其單位為度。如圖12所示，汽缸壓力和熱釋放速度的最大值減少。燃料噴射時 間切換到延遲。熱釋放速度高的時間范圍擴(kuò)展。在相同的燃料噴射時 間與傳統(tǒng)構(gòu)造相比較，熱釋放速度不活躍并且汽缸壓力大大地減少。根據(jù)這些結(jié)果，最大燃燒壓力能夠增加到發(fā)動機(jī)汽缸的可容許的 內(nèi)部壓力，并且通過增加增壓壓力，能夠提高扭矩和輸出。雖然燃料噴射時間切換到延遲，但燃料噴射時間能夠進(jìn)一步切換 到提前。因此，燃料消耗減少并且通過提前能夠增加發(fā)動機(jī)輸出。而
且，在通過延遲減少NOx的同時能夠減少煙氣的產(chǎn)生。與通過燃料噴嘴12減少燃燒噪聲和煙氣的效果協(xié)同地，發(fā)現(xiàn)通過 燃燒室21能夠獲得相同的效果。除了燃料噴嘴12的效果之外，通過 使得燃燒室21的開口為多邊形，在燃燒室的開口處提供多個凹口部 分，使得燃燒火焰傾向于在通過噴射開始燃燒之后移動到活塞頂部， 由此獲得在燃燒室內(nèi)穩(wěn)定的燃燒。由于在燃燒室中的氣流障礙減少， 改善了燃料與空氣的混合。由于當(dāng)活塞11下落時火焰在燃燒室中擾動 并且在汽缸內(nèi)生長，因此減少煙氣的產(chǎn)生。由于熱釋放的最大速度減少，因此減少了NOx。 (排氣特征)下面將對該實(shí)施例的柴油發(fā)動機(jī)的排氣特征給出說明。 對于該實(shí)施例的柴油發(fā)動機(jī)來說，測量PM量以及一氧化碳、碳 氬化合物和氧化氮的量。圖13是在排氣中PM量與碳?xì)浠衔锖脱趸牧恐g的關(guān)系圖。圖14是在排氣中一氧化碳量與碳?xì)浠衔锖脱趸牧恐g的 關(guān)系圖。圓指示傳統(tǒng)的燃料噴嘴和活塞，并且正方形指示該實(shí)施例的燃料 噴嘴和活塞。在圖13中，縱坐標(biāo)軸指示每單位時間PM量，并且橫坐標(biāo)軸指示 總碳?xì)浠衔锖蚇Ox的總量。在圖14中，縱坐標(biāo)軸指示每單位時間 一氧化碳量，并且橫坐標(biāo)軸指示總碳?xì)浠衔锖蚇Ox的總量。在圖 13和14中，其單位均為g/kWh。如圖13和14所示，與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)相比較，大大地提高了 PM量。 一氧化碳、總碳?xì)浠衔锖脱趸牧恳蔡岣吡?。在該實(shí)施例所示的燃料噴嘴12和燃燒室21的組合增加了霧化的 氣相并且減少諸如一般在延遲側(cè)產(chǎn)生的HC和CO之類的SOF,由此 PM減少并且未燃燒燃料不增加。(實(shí)施例2)
下面，將對燃料噴嘴的另一種構(gòu)造給出說明。兩個燃料噴嘴32垂直地設(shè)置，以便成徑向或會聚，由此能夠調(diào)節(jié) 霧化燃料的特征。圖15是噴嘴孔的圖。圖15a示出燃料噴嘴的截面圖，并且圖15b 是噴射燃料的長度和寬度的測量部分的圖。圖16是在噴嘴孔和霧化狀態(tài)之間的角度關(guān)系圖。圖16a是霧化的 長度的變化圖，并且圖16b是霧化寬度的變化圖。測量燃料霧化相對于在垂直設(shè)置的燃料噴嘴32之間的角度的狀 態(tài)。通過測量長度EL和寬度EW來測量燃料霧化的狀態(tài)。在噴嘴孔32為徑向并且角度6 1為r的情況下，在噴嘴孔32彼 此平行的情況下，在噴嘴孔32會聚并且角度62為2。的情況下，以及 在角度62為5°的情況下，分別測量燃料霧化的狀態(tài)。另外，在ei 為r的情況下，在每個噴嘴孔32的延伸和燃料噴嘴12的縱軸之間的 交叉點(diǎn)數(shù)目是一個。在噴嘴孔32彼此平行的情況下，在角度62為2。 的情況下，以及在角度62為5。的情況下，交叉點(diǎn)的數(shù)目是兩個。在 每個噴嘴孔32和平面方向之間的角度大約處于從80。到70°的范圍內(nèi)。如圖16所示，根據(jù)測量的結(jié)果，長度EL按照平行的情況、6 1 為1°的情況、62為2。的情況以及62為5。的情況的順序變短。寬度 EW按照平行的情況、61為1。的情況、62為2。的情況以及62為 5°的情況的順序變寬。因此，通過前后調(diào)節(jié)在噴嘴孔32之間的角度，能夠調(diào)節(jié)霧化的長 度和寬度。因此，相應(yīng)于活塞的特征等等調(diào)節(jié)在噴嘴孔32之間的角度，以便 獲得良好的燃燒。對于一個燃料噴嘴12來說，每對噴嘴孔32的布置 可以相同，或者可以組合徑向布置的噴嘴孔、平行布置的噴嘴孔和會 聚布置的噴嘴孔。噴嘴孔32不限于在相同垂直平面上的布置，并且噴嘴孔32之一 可以相對于其它噴嘴孔32偏置。圖17是噴嘴孔的Z字形布置的圖。圖17a是燃料噴嘴的截面?zhèn)?視圖，圖17b是燃料噴嘴的底部視圖，并且圖17c是噴嘴孔的展開。如圖17所示，噴嘴孔34和35提供在燃料噴嘴12中。在燃料噴 嘴12的下端的下側(cè)處提供噴嘴孔35,并且在其上側(cè)處提供噴嘴孔34。 噴嘴孔34和35當(dāng)平面看時成Z字形布置。根據(jù)該構(gòu)造，在垂直方向 上的噴嘴孔34和35之間的距離縮短，以便增加燃燒量并且縮小燃料 噴嘴12。對于噴嘴孔34和35的Z字形布置來說，在兩個噴嘴孔34之間 的每個噴嘴孔35可以布置成鄰近兩個噴嘴孔34中之一，以便增加在 噴嘴孔34和35之間的影響。(實(shí)施例3 )下面，將對活塞ll的燃燒室開口 51的另一種構(gòu)造給出說明。 圖18是燃燒室開口的另一種構(gòu)造的圖。圖18a是成形為正五邊形的燃燒室開口的平面圖，并且圖18b是成形為正七邊形的燃燒室開口的平面圖。燃燒室開口 51構(gòu)造成多邊形以便包括開口小的角部和開口數(shù)量 線性變化的側(cè)部。而且，通過使得燃燒室開口 51的角部數(shù)目不少于五， 當(dāng)平面看時每個角的角度大于卯°，以便不防止火焰從燃燒室流出以 及在燃燒室中擾動。如圖18a所示的五邊形燃燒室開口 51成形為正五邊形并且燃燒室 開口 51的中心與活塞11的中心相一致。如圖18b所示的七邊形燃燒 室開口 51成形為正七邊形并且燃燒室開口 51的中心與活塞11的中心 相一致。五邊形燃燒室的角部數(shù)目少于六邊形燃燒室的角部數(shù)目，使 得放出火焰的數(shù)目較少。七邊形燃燒室的角部數(shù)目多于六邊形燃燒室 的角部數(shù)目，使得放出火焰的數(shù)目較多。圖19是六邊形成形的燃燒室開口的另一種構(gòu)造的圖。圖19a是偏 置燃燒室開口的平面圖，并且圖19b是不等邊六邊形的燃燒室開口的 平面圖。在圖19a中，圓51b的中心與活塞11的中心相一致，并且接近燃 燒室開口 51的側(cè)部之一的內(nèi)側(cè)。如圖19a所示，燃燒室開口51的區(qū)
域的中心相對活塞11的中心偏置。因此，燃燒室開口51的角部的開 口彼此不相等，以便在燃燒室開口 51處提供多種條件的火焰排放。同 時，如圖19b所示的不等邊六邊形在燃燒室開口 51處提供多種條件的 火焰排放。因此，構(gòu)造具有自由條件的火焰排放的燃燒室，由此能夠容易調(diào) 節(jié)燃燒特征。如前面提到的，燃燒室開口的至少一對相反側(cè)不平行， 由此構(gòu)造具有自由條件的火焰排放的燃燒室。圖20是燃燒室開口的角部進(jìn)行倒圓的圖。圖20a是角部彎曲的情 況的圖，并且圖20b是角部直的情況的圖。如圖20a所示，燃燒室開口 51的每個角部51a彎曲，使得從燃燒 室流出的火焰平穩(wěn)引導(dǎo)到活塞11的上部，由此平穩(wěn)地執(zhí)行火焰的擾 動。如圖20b所示，燃燒室開口 51的每個角部51a是直的。通過使得 角部51a為直的，在減少成形活塞11的成本的同時能夠提高燃燒室的 特征。因此，多邊形的側(cè)部可以在其具有可選形狀的交叉部分處彼此連 接，以便調(diào)節(jié)燃燒室開口 51的特征。圖21是接近橢圓的多邊形的燃燒室開口的平面圖。如圖21所示，燃燒室開口 51可以是其內(nèi)切橢圓51b的多邊形。 橢圓51b的中心與活塞ll的中心相一致，并且燃燒室開口 51構(gòu)造成 其內(nèi)切橢圓51b的六邊形。通過構(gòu)造如上提到的燃燒室開口 51，構(gòu)造具有不同特征的三種類 型的角部，并且具有相同特征的角部圍繞作為中心的活塞11點(diǎn)對稱。 燃燒室開口 51的側(cè)部與此類似。也即，通過使得燃燒室開口 51為接 近橢圓的多邊形，構(gòu)造具有多個特征和固定對稱性的燃燒室開口 51。 由于具有相同特征的角部或側(cè)部圍繞作為中心的活塞11對稱，偏離負(fù) 荷4艮難施加在活塞11上，使得施加在活塞11上的負(fù)荷減少。圖22是提供凹口的燃燒室開口的平面圖。圖22a是凹口提供在側(cè) 部的構(gòu)造的平面圖，并且圖22b是凹口提供在多邊形頂點(diǎn)處的構(gòu)造的 平面圖。在如圖22a所示的構(gòu)造中，在六邊形的每個側(cè)部提供凹口 55。凹 口 55是半圓形。通過如上提到的在六邊形的側(cè)部提供凹口 55，從燃燒室21流出 的火焰的數(shù)目增加，以便促進(jìn)平穩(wěn)燃燒?？梢栽诙噙呅蝹?cè)部的可選位置處構(gòu)造凹口，并且當(dāng)看燃燒室開口 51的上表面時凹口的形狀是可選的。通過提供凹口，火焰的流出部分 能夠在可選位置處構(gòu)造，以便容易地調(diào)節(jié)活塞11的燃燒特征。在圖22b所示的構(gòu)造中，在六邊形的每個頂點(diǎn)處提供凹口 56。凹 口 56是半圓形的。通過如上提到的在六邊形頂點(diǎn)處提供凹口 56，從燃燒室21的火 焰流出變得平穩(wěn)。可以在多邊形頂點(diǎn)的可選位置處構(gòu)造凹口 ，并且當(dāng)看燃燒室21 的上表面時凹口的形狀是可選的。通過提供凹口，火焰的流出部分能 夠在可選位置處構(gòu)造，以便容易地調(diào)節(jié)活塞11的燃燒特征。(實(shí)施例4 )下面將對燃料噴嘴的布置的另一實(shí)施例給出說明。圖23是布置成傾斜的燃料噴嘴的圖。圖23a是燃料噴嘴的布置的 截面?zhèn)纫晥D，并且圖23b是燃料噴嘴的下端的側(cè)視圖。在該實(shí)施例中，燃料噴嘴12設(shè)置成相對活塞11的滑動方向傾斜， 并且在圖23中傾斜角度6 。燃料噴嘴12的尖端在燃燒室21的中心處 指向中心凸起22。另外，角度6處于一定范圍內(nèi)，其允許通過燃料噴 嘴12的燃料供應(yīng)，并且相應(yīng)于燃燒特征合適地調(diào)節(jié)。噴嘴孔32前后設(shè)置在燃料噴嘴12的尖端處。設(shè)置在下側(cè)的噴嘴 孔32位于垂直于活塞11滑動方向的表面上，并且設(shè)置在上側(cè)處的噴 嘴孔32也位于垂直于活塞11滑動方向的表面上。位于下側(cè)的噴嘴孔 32和位于上側(cè)的噴嘴孔32在高度方向上彼此切換。通過如上構(gòu)造燃料噴嘴12，燃料能夠均勻霧化到燃燒室21,而不 管燃料噴嘴12的布置。由于燃料噴嘴12的延伸方向橫過燃燒室中心， 能夠有效地使用汽缸10以上的空間。當(dāng)噴嘴孔32設(shè)置在垂直于燃料噴嘴12的延伸方向的表面上時， 燃燒室開口 51的每個角的燃燒條件彼此不同，使得燃燒特征自由。也 即，通過調(diào)節(jié)角度e，調(diào)節(jié)燃料到活塞ll的噴射角度，以便調(diào)節(jié)燃燒 特征。圖24是相對燃燒室偏置的燃料噴嘴的圖。圖24a是燃料噴嘴的布 置的截面?zhèn)纫晥D，并且圖24b是其平面圖。如圖24所示，燃料噴嘴12從活塞11的中心和燃燒室21的中心 向側(cè)部移動一距離d。通過如上所述相對燃燒室21偏置燃料噴嘴12，在燃料噴嘴12和 燃燒室開口 51的每個角部或側(cè)部之間的位置關(guān)系不相等。因此，導(dǎo)入 每個角部的燃料的狀態(tài)彼此不同，使得在燃燒室開口 51的角部處空氣 和燃料的狀態(tài)是自由的，由此構(gòu)造具有自由燃燒特征的發(fā)動機(jī)。另夕卜， 設(shè)定距離d以便在燃燒室開口 51內(nèi)部定位燃料噴嘴12。主要地，通 過設(shè)定距離d不大于中心凸起22的半徑，在調(diào)節(jié)燃燒狀況的同時，燃 料噴射到燃燒室21的整個內(nèi)部。
權(quán)利要求
1、一種直噴柴油發(fā)動機(jī)，其包括具有構(gòu)成腔的上凹處的活塞，和通過噴嘴口噴射燃料進(jìn)入活塞腔內(nèi)的燃料噴嘴，其特征在于噴嘴孔被視為一組，它們在燃料噴嘴的軸和噴嘴孔的開口方向之間具有至少多個交叉點(diǎn)，以及多組噴嘴孔提供在燃料噴嘴中。
2、 如權(quán)利要求l所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中， 一組噴嘴孔的每 個噴嘴孔的直徑或流量不同于至少一個噴嘴孔。
3、 如權(quán)利要求l所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，對于每組噴嘴孔 來說，至少一個噴嘴孔的噴射角度不同于其他噴嘴孔的噴射角度。
4、 如權(quán)利要求l所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，存在如下的多個 表面，其中所述一組噴嘴孔存在并且其垂直于燃料噴嘴的軸或活塞的滑動方向o
5、 如權(quán)利要求l到4中任一項(xiàng)所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，燃 料噴嘴的每個噴嘴孔的位置包括生產(chǎn)公差。
6、 一種直噴柴油發(fā)動機(jī)，其特征在于提供至少一個如權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴作為燃料噴嘴；以及 活塞的燃燒室的開口是具有五個或更多角部的多邊形。
7、 如權(quán)利要求6所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，燃燒室的開口的 多邊形形狀的側(cè)部的交叉部分與可選形狀相連接。
8、 如權(quán)利要求6所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，燃燒室的開口是 等邊或不等邊的。
9、 如權(quán)利要求6所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，燃燒室開口的中 心與燃燒室的中心相一致或相偏離。
10、 如權(quán)利要求6所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，燃燒室開口的 側(cè)部接近圓或橢圓。
11、 如權(quán)利要求6所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，構(gòu)成燃燒室開 口形狀的至少一對相反側(cè)彼此不平行。
12、 如權(quán)利要求1或6所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，燃料噴嘴 的剖面軸與燃燒室的剖面軸在相同線上，或者燃料噴嘴的延伸方向交 叉燃燒室的中心。
13、 如權(quán)利要求1或6所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，燃料噴嘴 的剖面軸與燃燒室的剖面軸偏離，或者燃料噴嘴的延伸方向從燃燒室 的中心扭轉(zhuǎn)。
14、 一種直噴柴油發(fā)動機(jī)，其特征在于，至少一個如權(quán)利要求2 到5所述的噴嘴與至少一個如權(quán)利要求6到13所述的燃燒室相組合。
15、 如權(quán)利要求6所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，在多邊形燃燒 室開口的側(cè)部處提供可選形狀的凹口。
16、 如權(quán)利要求6所述的直噴柴油發(fā)動機(jī)，其中，在多邊形燃燒 室開口的角部處提供可選形狀的凹口。
全文摘要
對于直噴柴油發(fā)動機(jī)來說，其包括具有構(gòu)成腔(21)的上凹處的活塞(11)，和噴射燃料進(jìn)入活塞的腔(21)內(nèi)的燃料噴嘴(12)，噴嘴孔(32)被視為一組，它們在燃料噴嘴(12)的軸和噴嘴孔(32)的開口方向之間具有至少多個交叉點(diǎn)，并且多對噴嘴孔提供在燃料噴嘴(12)中?；钊?11)的燃燒室的開口是具有五個或更多角部的多邊形。因此，對于柴油發(fā)動機(jī)來說，發(fā)動機(jī)輸出提高，并且噪聲和在排放氣體中的碳?xì)浠衔餃p少。
文檔編號F02B23/06GK101160459SQ20068001275
公開日2008年4月9日 申請日期2006年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者吉塚徹, 河邊隆夫, 知野誠治, 高橋岳志 申請人:洋馬株式會社