專利名稱：柴油機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及柴油機。更詳細地說，涉及具備群噴孔噴嘴的柴油機的燃燒室的構(gòu)造 技術(shù)。
背景技術(shù)：
柴油機的燃燒室由上升或下降的活塞的頂面和氣缸套壁面進行劃定。另外，在該 燃燒室的上部設有燃料噴射噴嘴。燃料噴射噴嘴具備形成噴孔的噴嘴座和開閉噴孔的噴 嘴。作為在噴嘴軸方向配置同列接近的兩個以上的噴孔的燃料噴射噴嘴，公知的是群噴孔 噴嘴。群噴孔噴嘴與單噴孔噴嘴(普通噴嘴)比較，能夠?qū)娍讖皆O計得小。即，群噴孔 噴嘴與普通噴嘴比較，噴霧粒徑減小，合成噴霧角擴大，并且噴霧前端到達距離遠。因此，通 過使用群噴孔噴嘴，能夠改善空氣和燃料的混合性能，能夠得到燃燒噪音降低及煙塵下降 的效果。一般，普通噴嘴對缸鏜孔直徑大的柴油機而言，存在噴霧的穿透力低的問題點。但 是，群噴孔噴嘴對缸鏜孔直徑大的柴油機而言，通過接近的噴霧彼此的相互作用，能夠維持 噴霧的穿透力。日本特開2006-070802號公報公開有一種同列設置、并且由具有扭轉(zhuǎn)關系的兩個 噴孔構(gòu)成的群噴孔噴嘴。由此，能夠提高燃料噴射的擴散性。但是，日本特開2006-070802號公報公開的群噴孔噴嘴，在活塞下降時進行燃料 噴射的情況下，由群噴孔噴射的燃料與活塞頂面接觸后向氣缸套壁面方向前進且撞擊氣缸 套壁面。因此，存在在氣缸套壁面發(fā)生潤滑油的燃燒、以及潤滑油的稀釋的缺點。另外，存 在在燃燒室發(fā)生局部的空氣不足、產(chǎn)生煙塵的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以提供如下的一種柴油機為課題，該柴油機防止氣缸套壁面 的潤滑油的燃 燒及潤滑油的稀釋，且防止因燃燒室的局部空氣不足引起的煙塵的發(fā)生。本發(fā)明的柴油機具有群噴孔噴嘴，在活塞頂面，將朝向活塞徑向外周高度增加的 臺階設于所述活塞頂面全周。據(jù)此，將活塞下降時與活塞頂面接觸的噴霧的前進方向向上方變更，能夠防止噴 霧和氣缸套壁面的接觸。優(yōu)選在本發(fā)明的柴油機中，所述臺階的臺階面相對于所述活塞頂面垂直。據(jù)此，即使為具有噴霧向徑向的穿透力大的噴孔角的群噴孔噴嘴，也能夠防止噴 霧和氣缸套壁面的接觸。優(yōu)選在本發(fā)明的柴油機中，所述臺階的臺階面傾斜。據(jù)此，即使為熱負荷大的活塞，也能夠防止噴霧和氣缸套壁面的接觸。優(yōu)選在本發(fā)明的柴油機中，所述臺階的臺階面具有曲面形狀。
據(jù)此，即使為擠流強的燃燒室形狀，通過將形成臺階的壁面做成圓弧狀，也不會消 除反向擠流的流動。優(yōu)選在本發(fā)明的柴油機中，所述群噴孔的各噴孔，噴孔間的打開角具有任意的角 度，各群噴孔的合成噴霧角形成分別不同的角度。據(jù)此，通過將打開角做成分別不同的角度，能夠提高擴大合成噴霧角等的設計自由度。優(yōu)選在本發(fā)明的柴油機中，到所述各群噴孔和所述臺階的距離為相同距離。據(jù)此，通過設計上的制約，即使在燃燒室的中心和噴嘴軸的位置不同的情況，或者 燃燒室的中心和噴嘴軸的位置不同且根據(jù)群噴孔和氣缸套壁面的距離改變?nèi)簢娍椎拇蜷_ 角的情況下，也能夠防止噴霧和氣缸套壁面的接觸。優(yōu)選在本發(fā)明的柴油機中，在活塞位于上死點時，所述各群噴孔的噴霧撞擊燃燒
室壁面。據(jù)此，由于燃燒室內(nèi)的燃燒通常在活塞上死點附近開始或結(jié)束，所以在活塞下降 行程以外，能夠?qū)⑷康膰婌F供給到燃燒室內(nèi)且使之燃燒。根據(jù)本發(fā)明的柴油機，能夠防止氣缸套壁面的潤滑油的燃燒及稀釋，且能夠防止 因燃燒室的局部空氣不足引起的煙塵的發(fā)生。


圖1是表示比較本發(fā)明的實施方式的群噴孔噴嘴和單孔噴嘴的構(gòu)成的剖面構(gòu)成 圖；圖2是表示本發(fā)明的群噴孔噴嘴的課題的剖面構(gòu)成圖；圖3是表示本發(fā)明的實施方式1的剖面構(gòu)成圖；圖4是表示本發(fā)明的實施方式2的剖面構(gòu)成圖；圖5是表示本發(fā)明的實施方式3的剖面構(gòu)成圖；圖6是表示本發(fā)明的實施方式4的剖面構(gòu)成圖；圖7是表示本發(fā)明的實施方式5的剖面構(gòu)成圖；圖8是表示本發(fā)明的實施方式6的剖面構(gòu)成圖；圖9是表示本發(fā)明的噴孔角和打開角的關系的側(cè)面構(gòu)成圖；圖10是表示從本發(fā)明的各群噴孔到臺階的距離的平面及剖面構(gòu)成圖；圖11是表示從本發(fā)明的各群噴孔到臺階的距離的平面及側(cè)面構(gòu)成圖；圖12是本發(fā)明的上死點的剖面構(gòu)成圖。
具體實施例方式參照圖1(a)，對單噴孔噴嘴(普通噴嘴)10進行說明。單噴孔噴嘴10安裝于直接 噴射式柴油機的各氣缸蓋，為噴射被燃料噴射泵加壓后的燃料，或者被共軌蓄壓后的燃料 的燃料噴射噴嘴。單噴孔噴嘴10具備相對于噴嘴軸P形成為大致圓筒狀的噴嘴座12和針閥(圖 示略)。在噴嘴座12的前端形成有半球狀的圓頂部13。將從噴嘴座12朝向圓頂部13的 方向定義為噴嘴軸P的下方向。在圓頂部13相對于噴嘴軸P朝向斜下方穿設有噴孔14。
在噴孔14的通過噴嘴軸的同一截面也相對于噴嘴軸和噴孔14對稱地穿設有噴孔 14(圖示略)。將這樣一對噴孔14 14的中心軸(圖1 (a)的點劃線)在噴嘴軸P的下方 向形成的角度定義為噴孔角a。另外，將由噴孔14的噴霧形成的角度定義為噴霧角0。群噴孔噴嘴20為在噴嘴軸方向配置同列接近的兩個以上的噴孔的燃料噴射噴 嘴。在群噴孔噴嘴20的通過噴嘴軸P的同一截面上穿設有同列接近的群噴孔24* 24。噴 嘴座22及圓頂部23為與單噴孔噴嘴10的噴嘴座12及圓頂部13相同的構(gòu)成，故省略說明。將合成群噴孔24 24的各自的噴霧而形成的噴霧角0定義為合成噴霧角屮。另 外，與單噴孔噴嘴10—樣，將合成噴霧角Cp的中心軸(圖1(b)的雙點劃線)在噴嘴軸方向 形成的角度定義為噴孔角a。另外，將群噴孔24*24的各自的中心軸(圖1(b)的點劃線， 以下相同)形成的角定義為打開角Y。群噴孔噴嘴20與單噴孔噴嘴10比較，能夠減小各噴孔24 24的直徑。即，群噴 孔噴嘴20與單噴孔噴嘴10比較，噴霧粒徑變小，合成噴霧角擴大，并且噴霧前端到達距離 遠。因此，群噴孔噴嘴20改善空氣和燃料的混合性能，能夠得到燃燒噪音下降及煙塵減小 的效果。另外，通過將群噴孔24*24的打開角Y做成不同角度，能夠提高擴大合成噴霧角
等設計的自由度。以下，參照圖2，對具有群噴孔噴嘴20的課題進行說明。圖2表示在活塞90的上 下運動中下降時的群噴嘴20的燃料噴射。燃燒室100為在活塞90的下降行程中，由活塞 90的活塞頂面101、氣缸蓋103、氣缸套壁面104、腔(圖中的區(qū)域C)構(gòu)成的空間。如上所 述，群噴孔噴嘴20的燃料噴射與目前的單噴孔噴嘴10相比較，穿透力強。燃料噴射的噴霧在與活塞頂面101接觸后，向氣缸套壁面104方向前進。因此，在 裂隙(々> ex )區(qū)域(圖2的區(qū)域B)撞擊氣缸套壁面104的燃料造成潤滑油燃燒以及 稀釋。而且，在活塞頂面101附近(圖2的區(qū)域A)及裂隙區(qū)域，發(fā)生相對燃料的空氣不足， 成為煙塵產(chǎn)生的主要原因。于是，本發(fā)明的實施方式提供一種技術(shù)，該技術(shù)在燃燒室100內(nèi)，在活塞頂面設置 臺階，由此使噴霧達不到氣缸套壁面104。具體地說，為參照以下的圖3 圖6說明的實施 方式1 4所示的臺階115、125、135 136,145 146。另外，實施方式5 6所示的臺階 155 165作為臺階的其它實施方式。[實施方式1]參照圖3，對本發(fā)明的實施方式1的臺階115進行說明。臺階115以朝向活塞徑 向的外周(圖3的右方向，以下同)高度增加的方式，遍及活塞頂面111的全周設置。臺階 115從活塞110的徑向的截面看，從下面115a朝向上面115c形成傾斜部115b，作為臺階 115的臺階面(換言之，活塞頂面111和臺階115的邊界面)。另外，有關下面115a和傾斜部115b的角度，以及傾斜部115b和上面115c的角度 的大小，沒有特別限定。通過做成這樣的構(gòu)成，在活塞下降時，與活塞頂面111接觸了的燃料噴射的噴霧 的前進方向通過臺階115向上方變更，因此能夠防止噴霧和氣缸套壁面104的接觸。這樣，能夠防止氣缸套壁面104的潤滑油的燃燒或稀釋，并且能夠防止活塞頂面 111附近及裂隙區(qū)域因局部的空氣不足引起的煙塵的發(fā)生。[實施方式2]
參照圖4，對本發(fā)明的實施方式2的臺階125進行說明。臺階125設于活塞頂面 121?；钊斆?21、臺階125的構(gòu)成與實施方式1的活塞頂面111、臺階115相同，臺階125 具有下面125a、傾斜部125b、上面125c。另外，在本實施方式中，在活塞頂面121上，將下面125a和傾斜部125b的邊界定 義為臺階開始直徑dl時，設臺階開始直徑dl為缸鏜孔直徑D的50%以上且75%以下。在此，在臺階125位于氣缸套壁面104附近時，不能將噴霧的前進方向向上方變 更。因此，如本實施方式所示，通過將臺階125設置在活塞頂面121的規(guī)定區(qū)域以內(nèi)，由此， 活塞下降時與活塞頂面121接觸的噴霧的前進方向通過臺階125被可靠地向上方變更，因 此能夠防止噴霧和氣缸套壁面104的接觸。這樣，能夠得到與實施方式1相同的效果。[實施方式3]參照圖5，對本發(fā)明的實施方式3的臺階135*136進行說明。臺階135*136為設 于活塞頂面131的兩段臺階?；钊斆?31、臺階135 136的構(gòu)成與實施方式1的活塞頂 面111、臺階115相同，臺階135 -136分別具有下面、傾斜部、上面。另外，如圖5所示，臺階 135 136為連續(xù)的臺階，且臺階135的上面和臺階136的下面為同一面。在此，各自的臺階135 136對應群噴孔噴嘴20的各群噴孔24 24形成。S卩，在 由群噴孔噴嘴20的各群噴孔24 24進行燃料噴射的情況下，在各自噴霧撞擊的位置形成 臺階135 136。換言之，在各群噴孔24 24的中心軸的延長線上配置臺階135 136。在 本實施方式中，對臺階135 136的傾斜角度沒有特別限定。通過做成這樣的構(gòu)成，在群噴孔噴嘴20進行噴霧的燃料噴射中，各群噴孔24 24 的燃料噴射通過對應的臺階135 136向上方變更，因此能夠避免噴霧與氣缸套壁面104的 接觸。這樣，即使在各群噴孔24 24的打開角、大時，也能夠可靠地得到與實施方式1 相同的效果。[實施方式4]參照圖6，對本發(fā)明的實施方式4的臺階145*146進行說明。臺階145*146為設 于活塞頂面141的兩段臺階?；钊斆?41、臺階145 146的構(gòu)成與實施方式3的活塞頂 面131、臺階135 136相同。但是，臺階146在活塞140上升行程時的群噴孔噴嘴20的噴 霧撞擊的位置形成，臺階145在活塞140下降行程時的噴霧撞擊的位置形成。在本實施方 式中，對臺階145 146的傾斜角度沒有特別限定。通過做成這樣的構(gòu)成，群噴孔噴嘴20噴霧的前進方向通過不僅與活塞140下降行 程而且與上升行程也對應的臺階146，向斜上方變更，因此能夠避免噴霧與氣缸套壁面104 的接觸。這樣，即使在活塞140上升行程時，也能夠可靠地得到與實施方式1相同的效果。以下，參照圖7 圖8，對臺階的實施方式5及6進行說明。另外，實施方式5及6 的臺階155* 165的形式(形狀、配置等)也適用于上述的實施方式1 4，該情況下，能夠 得到與實施方式1 4相同的效果。[實施方式5]參照圖7，對本發(fā)明的實施方式5的臺階155進行說明。臺階155以朝向活塞徑向的外周高度增加的方式，遍及活塞頂面151的全周設置。臺階155從活塞150的徑向的 截面看，從下面155a朝向上面155c形成垂直部155b，作為臺階155的臺階面(換言之，活 塞頂面151和臺階155的邊界面)。即，下面155a和垂直部155b的角度、以及垂直部155b 和上面155c的角度均為90°。例如，在噴孔角a大的群噴孔噴嘴20中，噴霧的穿透力高。因此，通過做成本實施 方式這樣的構(gòu)成，在活塞150下降時，與活塞頂部151接觸的噴霧的前進方向通過臺階155 而被可靠地向上方變更，因此能夠避免噴霧和氣缸套壁面104的接觸。這樣，例如即使為具備噴孔角a大的群噴孔噴嘴20的燃燒室100，也能夠可靠地 得到與實施方式1相同的效果。[實施方式6]參照圖8，對本發(fā)明的實施方式6的臺階165進行說明。臺階165以朝向活塞徑向 的外周高度增加的方式，遍及活塞頂面161的全周設置。臺階165從活塞160的徑向的截 面看，從下面165a朝向上面165c形成曲面部165b，作為臺階165的臺階面(換言之，活塞 頂面161和臺階165的邊界面)而構(gòu)成。從活塞160的徑向的截面看，曲面部165b以圓弧 形狀構(gòu)成，并且曲面部165b和上面165c的角度以90°構(gòu)成。通過做成這樣的構(gòu)成，從腔內(nèi)(圖中的區(qū)域C)反向擠流的前進方向被向上方平滑 地變更(圖中的實線箭頭)。同時，活塞下降時與活塞頂面161接觸的噴霧的前進方向通過 臺階165被向上方變更。這樣，例如即使為擠流強的燃燒室100時，也不會對反向擠流產(chǎn)生影響，從而能夠 可靠地得到與實施方式1相同的效果。參照圖9 圖12，對含有上述的實施方式1 6的臺階115"*165的燃燒室100進 行說明。參照圖9，對群噴孔噴嘴20的噴孔角a和打開角、的關系進行說明。通常，對于 群噴孔噴嘴20，當增大打開角、時，合成噴霧角<P增大，空間利用率提高，因此在低空氣過 剩狀態(tài)下能夠改善燃燒。但是，當增大打開角、時，如果不將實施方式1 6的臺階115-165的高度增高到需要以上，就不能得到本發(fā)明的效果。另外，當增大打開角、時，需要減 小噴孔角a。此時，如果縮小噴孔角a的話，則煙塵惡化。在實施方式1 6中，設噴孔角a和打開角、之和為180°以下。這樣，能夠有效利用臺階165，且能夠利用增大打開角、的效果。例如在中 低速時，轉(zhuǎn)矩上升且能夠防止煙塵的惡化。參照圖10及圖11，對上述的實施方式1 6的臺階115…165的平面構(gòu)成進行說 明。在燃燒室100中，到各群噴孔24A…24F和臺階115的距離相同。以下，對適用該燃燒 室100的構(gòu)成的兩種情況進行說明。圖10中，上側(cè)表示燃燒室100及群噴孔噴嘴20的平面構(gòu)成圖，下側(cè)表示燃燒室 100及群噴孔噴嘴20的截面構(gòu)成圖。噴孔噴嘴20從平面看，例如六個部位設有群噴孔 24 24 (圖10的24A 24F)。另外，在燃燒室100中，例如活塞頂面111形成有上述的實 施方式1的傾斜形狀的臺階115。另外，雖然也有時燃燒室100的中心和群噴孔噴嘴20的 中心一致，但在本構(gòu)成中，有時將燃燒室100的中心和群噴孔噴嘴20偏置。即，到各群噴孔 24A…24F和燃燒室100的壁面的距離(圖10的Le和Lb)分別不同。
作為將這樣的燃燒室100的中心和群噴孔噴嘴20偏置的燃燒室100，例如可以舉 出進氣閥及排氣閥各為一個的情況或進氣閥和排氣閥的數(shù)量不同的情況的燃燒室100，為 難以將群噴孔噴嘴20配置在燃燒室100的中心的情況的構(gòu)成。在這樣的燃燒室100中，到各群噴孔24A…24F和臺階115的距離(例如，圖10的 LSe和LSb)相同。這樣，燃燒室100的全部的群噴孔24A*"24F能夠可靠地得到與實施方式1相同的 效果。圖11中，上側(cè)是燃燒室100及群噴孔噴嘴20的平面構(gòu)成圖，下側(cè)表示群噴孔 噴嘴20各自的打開角Ya、Yb及Ye的構(gòu)成。在六個部位具有群噴孔(24A*24A”" (24F-24F)的群噴孔噴嘴20的中心相對于燃燒室(腔C) 100的中心偏置的情況下，各群噴 孔(24A 24A)... (24F 24F)的各打開角y根據(jù)到腔C壁面的距離(例如，圖11的Le和 Lb)而不同。即，如果從群噴孔24 24到燃燒室100的壁面的距離短的話，則打開角、增 大，如果從群噴孔24* 24到腔C壁面的距離長的話，則打開角、減小。例如，從群噴孔24 24到腔C壁面的距離最長(距離Lb)的群噴孔24B 24B的 打開角為最小的打開角Yb，從群噴孔24* 24到腔C壁面的距離最短(距離Le)的群噴孔 24E 24E的打開角為最大的打開角、e。具體地說，根據(jù)將各群噴孔24* 24和腔C壁面的距離L除以到全群噴孔 (24A 24A)... (24F 24F)和腔C壁面的距離的平均距離Lm的值(L/Lm)，設定打開角y。 例如，群噴孔24 24和腔C壁面的距離最長的群噴孔24 24的打開角平行(Y = 0度)， 最小距離的群噴孔24 24的打開角、為5度，其它各群噴孔24 24的打開角為成比例的 角度(5XL/Lm)。即使在這樣的燃燒室100中，到各群噴孔(24A-24A)- (24F 24F)和臺階115的 距離(例如，圖10中的LSe和LSb)相同。這樣，由群噴孔24 24噴射且在腔C壁面撞擊 時的打開角為大致相同的角度，腔C壁面部分的反射大致相同。這樣，燃燒室100的全部的群噴孔(24A 24A)…(24F 24F)能夠得到與實施方式 1相同的效果。參照圖12，對構(gòu)成上述實施方式1 6的臺階的燃燒室100的上死點的燃料噴射 進行說明。如上所述，在活塞110下降時，燃燒室100為由活塞90的活塞頂面102、氣缸蓋 103、及氣缸套壁面104構(gòu)成的空間。但是，在活塞110的上死點，燃燒室100即為腔(圖中 的區(qū)域C)。在燃燒室100中，例如活塞頂面111形成有上述的實施方式1的傾斜形狀的臺階 115。在此，在活塞110的上死點，全部的噴霧撞擊燃燒室100即腔的壁面。這樣，全部的噴霧供給到燃燒室100內(nèi)，能夠得到理想的燃燒。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠應用于具備群噴孔噴嘴的柴油機。
權(quán)利要求
一種柴油機，其具有群噴孔噴嘴，其特征在于，在活塞頂面，將朝向活塞徑向外周高度增加的臺階設于所述活塞頂面全周。
2.如權(quán)利要求1所述的柴油機，其特征在于，所述臺階的臺階面相對于所述活塞頂面垂直。
3.如權(quán)利要求1所述的柴油機，其特征在于，所述臺階的臺階面傾斜。
4.如權(quán)利要求1所述的柴油機，其特征在于，所述臺階的臺階面具有曲面形狀。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的柴油機，其特征在于，對于所述群噴孔的各噴孔， 噴孔間的打開角具有任意的角度，各群噴孔的合成噴霧角形成分別不同的角度。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的柴油機，其特征在于，到所述各群噴孔和所述臺階 的距離為相同距離。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項所述的柴油機，其特征在于， 在活塞位于上死點時，所述各群噴孔的噴霧撞擊燃燒室壁面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種柴油機，其防止氣缸套壁面的潤滑油的燃燒及潤滑油的稀釋，且防止因燃燒室的局部的空氣不足引起的煙塵的發(fā)生。本發(fā)明的柴油機具有群噴孔噴嘴(20)，遍及活塞頂面(111)的全周地具有朝向活塞(110)的徑向外周高度增加的臺階(115)。另外，形成傾斜部(115b)作為臺階(115)的臺階面。
文檔編號F02M61/18GK101802360SQ20088010794
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者朝井豪, 木村隆彥, 津田知是, 高橋岳志, 高畑輝光 申請人:洋馬株式會社;株式會社電裝