柴油发动机的燃烧室结构制造技术

本发明专利技术提供一种柴油发动机的燃烧室结构。在活塞冠面（4a）的中央形成有向远离汽缸盖底面（5a）的方向凹入的腔（70），活塞冠面（4a）中的与腔（70）相比靠近径向外侧的外周部（72）上设置有阶梯部（73），该阶梯部（73）是位于径向内侧的第一部分（74）与位于径向外侧的第二部分（75）相比远离汽缸盖底面（5a）的位置而形成，将唇部（71d）和第一部分（74）上方的容积即阶梯部容积V_STEP、与在上死点处的燃烧室（9）的容积V_TDC的比值V_STEP/V_TDC设定为0.1以下。根据本发明专利技术，可以在抑制黑烟的产生的同时进一步改善燃料消耗性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及设置于柴油发动机，并且由沿着规定的中心轴延伸的汽缸的内侧面、在该汽缸内往复运动的活塞的冠面、和与该活塞的冠面相向的汽缸盖的底面划定，且内侧被喷射燃料的燃烧室。
技术介绍
以往，在向燃烧室内直接喷射燃料的直接喷射式柴油发动机中，以促进燃料与空气的混合为目的，而在活塞的冠面上设置向远离汽缸盖的方向凹入的腔，并且通过燃料喷射沿着腔壁面形成纵方向的喷雾的流动、即形成纵向涡。例如，专利文献1公开了一种在活塞的冠面的中央形成有腔的燃烧室结构，腔是所谓的凹型、即、中央隆起部隆起且开口部以向上变窄的形状缩小的结构，并且以使燃料喷雾朝向在该腔的壁面中与开口缘相比靠近汽缸盖相反侧的部分流动的形式安装有燃料喷射装置。在该专利文献1的燃烧室结构中，燃料喷雾与在腔的壁面中与开口缘相比靠近汽缸盖相反侧的部分冲撞，而沿着腔的壁面从外周侧向下方流动后朝向中央流去，之后流向燃料喷射装置侧，以此可以有效地混合燃料与空气。专利文献1：日本特开平9-69063号公报。
技术实现思路
在这里，如上所述，如果设置凹型的腔，则可以促进燃料与空气的混合，并且可以减少有害燃烧生成物（NOx、黑烟（soot，烟、所谓烟雾）），可以改善燃料消耗性能。具体而言，在凹型的腔设置于活塞的柴油发动机中，在发动机的中负荷域或高负荷域中从燃料喷射阀喷射较大量的燃料时，引起到达腔周缘部的燃料的喷雾沿着腔的壁面反转（向中心侧方向转换方向）那样的流动（纵向涡），由此促进燃料与空气的混合，借助于此改善燃料消耗性能且减少有害燃烧生成物（NOx、黑烟）。r>在这里，腔越大，腔内产生的纵向涡越强，伴随于此该有害燃烧生成物的减少效果、即燃料与空气的混合效果越强。另一方面，在活塞通过上死点后，随着活塞的下降而燃烧室容积增加。此时，在燃烧室内，产生燃烧气体向燃烧室容积增加率较大的腔的径向外侧的流动，并且燃烧气体的热传递至唇部附近而变成冷却损失。而且，在上死点处的腔径向外侧的燃烧室容积越小，即腔越大，该冷却损失越大。具体而言，腔越大时，不得不减小腔径向外侧的燃烧室容积，因此腔径向外侧的燃烧室容积的增加率增大，并且在该部分上的气体的流动增强，冷却损失增大。因此，成为课题的是为了抑制有害燃烧生成物的产生且减少冷却损失乃至改善燃料消耗性能，而将燃烧室的腔和其外侧的燃烧室容积设定为更合适。本专利技术是鉴于上述点而形成，提供能够抑制有害燃烧生成物的产生且能够进一步改善燃料消耗性能的柴油发动机的燃烧室结构。为了解决上述问题，本专利技术提供柴油发动机的燃烧室结构，所述燃烧室结构是设置于柴油发动机，且由圆筒状的汽缸的内侧面、在该汽缸内往复运动的活塞的冠面、和与该活塞的冠面相向的汽缸盖底面划定，且内侧被喷射燃料的燃烧室的结构，在上述活塞的冠面的中央形成有向远离上述汽缸盖底面的方向凹入的腔；形成上述腔的壁面具有以越靠近腔的中心侧而离上述汽缸盖底面越近的形式隆起的中央隆起部、形成在与该中央隆起部相比靠近活塞径向外侧的位置且在剖视时向径向外侧凹入的周边凹部、和形成于该周边凹部和上述腔的开口缘之间且在剖视时向活塞径向内侧凸出的唇部；上述活塞的冠面中的与上述腔的唇部相比靠近活塞径向外侧的部分、即外周部具有与该唇部连续形成的第一部分、和位于与该第一部分相比靠近活塞径向外侧的位置的第二部分；上述第一部分位于与上述第二部分相比远离上述汽缸盖底面的位置，以此在上述第一部分与上述第二部分之间设有阶梯部；将由如下各面划定的容积设为阶梯部容积V_STEP：即，横跨上述唇部、第一部分以及阶梯部的活塞的壁面、通过上述唇部的径向内侧缘且与上述汽缸的中心轴平行地延伸的面、和通过上述阶梯部和第二部分的连接部且在与上述汽缸的中心轴正交的方向上延伸的面，并且将在上死点处的上述燃烧室的容积设为上死点容积V_TDC，此时，将由V_STEP/V_TDC规定的阶梯部容积比VR设定为0.1以下。根据本专利技术，能够将冷却损失抑制为较小且能够改善燃料消耗性能。具体而言，在活塞的冠面的外周部上形成有阶梯部，并且将从腔的唇部向径向外侧延伸的第一部分与汽缸盖底面之间的距离确保为较大，因此在随着活塞的下降而燃烧室容积增大时，可以将位于腔径向外侧部分上的该第一部分的容积增加率抑制为较小。因此，在活塞下降时，可以将从腔向该第一部分流入的气体向燃烧室壁面的传热系数抑制为较小而将冷却损失抑制为较小。此外，在本专利技术中，形成腔的壁面由如下部分构成：以越靠近腔的中心侧而离汽缸盖底面越近的形式隆起的中央隆起部、形成在与中央隆起部相比靠近活塞径向外侧的位置且在剖视时向径向外侧凹入的周边凹部、和形成于该周边凹部和上述腔的开口缘之间且在剖视时向活塞径向内侧凸出的唇部，因此在喷射燃料时在燃烧室内可以产生沿着唇部和周边凹部流向汽缸盖相反侧后向汽缸的中心轴且向汽缸盖侧流去的纵向涡，从而可以通过该纵向涡促进燃料与空气的混合而抑制有害燃烧生成物的产生。此外，在本专利技术中，上述阶梯部容积比VR设定为0.1以下。即，避免在燃烧室中位于腔的径向外侧且与腔连续形成的部分的容积过度增大，确保腔的容积。因此，如上所述将冷却损失抑制为较小，改善燃料消耗性能，并且确保上述纵向涡的强度，从而可以确实地抑制黑烟的产生。具体而言，伴随在活塞下降时从腔向径向外侧流动的气体流动（所谓逆挤流（squishflow））而从腔向径向外侧移动的气体通过唇部以及第一部分上方，如果进一步增大该唇部以及第一部分上方的容积、即阶梯部容积V_STEP，则由于从腔向该第一部分引入的气体流速减小等，因此能够将向燃烧室壁面的传热量抑制为较小且将冷却损失抑制为较小。然而，燃烧室整体的容积由所需的排气量以及压缩比限定。因此，在使该阶梯部容积V_STEP增大时腔的容积减小，在腔内无法充分产生纵向涡而导致黑烟恶化。关于这一点，本专利技术人等经过深刻研究后查明了在阶梯部容积比VR=V_STEP/V_TDC超过0.1并增大时，黑烟会急增，其中上述阶梯部容积比是上述阶梯部容积V_STEP与在上死点处的燃烧室容积V_TDC的比值。因此，通过设置上述阶梯部、且使该阶梯部容积比VR为0.1以下，以此在本专利技术中，如上所述可以抑制冷却损失而提高燃料消耗性能，且可以抑制黑烟的恶化。在本专利技术中，优选的是上述阶梯部的高度设定为0.5mm以上。这样一来，即使在上述第一部分上堆积烟尘等，也可以确保该第一部分上方的容积乃至上述阶梯部和唇部之间的部分的容积，因此可以将该部分上的从气体向燃烧室壁面的传热量进一步确实地抑制为较小。在这里，本专利技术人等查明了关于冷却损失以及黑烟与上述阶梯部容积比VR之间的关系，在进一步使该阶梯部容积比VR小于0.04时，随着该阶梯部容积比VR的降低而黑烟的产生量几乎不变，但是冷却损失会增大。因此，为了将黑烟减少一定程度且有效地得到冷却损失的减少效果，在本专利技术中，优选的是将上述阶梯部容积比VR设定为0.04以上。又，本专利技术人等查明了能够更稳定地同时获得冷却损失的减少效果、即燃料消耗性能的改善效果和黑烟减少效果这两者的上述阶梯部容积比VR为0.06以上0.08以下。因此，在本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油发动机的燃烧室结构，其特征在于，是设置于柴油发动机，且由圆筒状的汽缸的内侧面、在该汽缸内往复运动的活塞的冠面、和与该活塞的冠面相向的汽缸盖底面划定，且内侧被喷射燃料的燃烧室的结构，在所述活塞的冠面的中央形成有向远离所述汽缸盖底面的方向凹入的腔；形成所述腔的壁面具有以越靠近腔的中心侧而离所述汽缸盖底面越近的形式隆起的中央隆起部、形成在与该中央隆起部相比靠近活塞径向外侧的位置且在剖视时向径向外侧凹入的周边凹部、和形成于该周边凹部和所述腔的开口缘之间且在剖视时向活塞径向内侧凸出的唇部；所述活塞的冠面中的与所述腔的唇部相比靠近活塞径向外侧的部分、即外周部具有与该唇部连续形成的第一部分、和位于与该第一部分相比靠近活塞径向外侧的位置的第二部分；所述第一部分位于与所述第二部分相比远离所述汽缸盖底面的位置，以此在所述第一部分与所述第二部分之间设有阶梯部；将由如下各面划定的容积设为阶梯部容积V_STEP：横跨所述唇部、第一部分以及阶梯部的活塞的壁面、通过所述唇部的径向内侧缘且与所述汽缸的中心轴平行地延伸的面、和通过所述阶梯部和第二部分的连接部且在与所述汽缸的中心轴正交的方向上延伸的面，并且将在上死点处的所述燃烧室的容积设为上死点容积V_TDC，此时，将由V_STEP/V_TDC规定的阶梯部容积比VR设定为0.1以下。...

【技术特征摘要】
2014.06.09 JP 2014-1190641.一种柴油发动机的燃烧室结构，其特征在于，
是设置于柴油发动机，且由圆筒状的汽缸的内侧面、在该汽缸内往复运动的活塞的冠面、和与该活塞的冠面相向的汽缸盖底面划定，且内侧被喷射燃料的燃烧室的结构，
在所述活塞的冠面的中央形成有向远离所述汽缸盖底面的方向凹入的腔；
形成所述腔的壁面具有以越靠近腔的中心侧而离所述汽缸盖底面越近的形式隆起的中央隆起部、形成在与该中央隆起部相比靠近活塞径向外侧的位置且在剖视时向径向外侧凹入的周边凹部、和形成于该周边凹部和所述腔的开口缘之间且在剖视时向活塞径向内侧凸出的唇部；
所述活塞的冠面中的与所述腔的唇部相比靠近活塞径向外侧的部分、即外周部具有与该唇部连续形成的第一部分、和位于与该第一部分相比靠近活塞径向外侧的位置的第二部分；
所述第一部分位于与所述第二部分相比远...

【专利技术属性】
技术研发人员：志茂大辅，金尚奎，难波真，宫崎正浩，加藤雄大，诧间修治，田所正，
申请(专利权)人：马自达汽车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP