柴油发动机的燃烧室构造制造技术

直喷式柴油发动机(1)的活塞(4)具有凹腔型的空腔(6)，在其中心线上配置多喷孔的燃料喷射嘴(7)。空腔(6)的直径为最小的唇部(42)与活塞冠顶面(43)相比处于下方，该空腔在底面中央具有圆锥台形的凸部(41)。凸部(41)的圆锥面(41a)具有在活塞上止点位置处指向燃料喷射嘴(7)的喷雾点(FP)的角度，顶面(41b)的高度位置与唇部(42)的高度位置大致相等。由此，利用了空腔(6)的中心部的空气的碳烟的氧化得到促进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种直喷式柴油发动机的燃烧室构造，该直喷式柴油发动机构成为在活塞冠顶面具有凹腔(reentrant)型空腔，并且在该空腔的中心线上配置有多喷孔的燃料喷射嘴。
技术介绍
在具有凹腔型空腔的直喷式柴油发动机中，近几年为了实现在高速高负载区域成为问题的碳烟(soot)的降低，倾向于采用空腔的入口直径设得比较大的所谓开放型的凹腔型空腔，以使得提高挤气区(squisharea)的空气利用率。然而，在上述开放型的凹腔型空腔中，空腔内的中心部处的空气利用率反而下降，作为结果，也不能一定充分降低碳烟。凹腔型空腔在中心部具有圆锥形或圆锥台形的凸部，通过在入口部形成的唇部和上述凸部的组合，形成有保存漩涡的圆环状的空间，但例如在专利文献1中看到的那样，在现有的凹腔型空腔中，凸部的圆锥面的倾斜比较缓慢。如上述的缓慢倾斜的圆锥面不会对空腔内的中心部处的空气利用率的提高作贡献。专利文献1：日本特开2013－527360号公报
技术实现思路
作为本专利技术涉及的柴油发动机的燃烧室构造，该柴油发动机构成为具有：活塞，其在冠顶面具有凹腔型空腔；以及多喷孔的燃料喷射嘴，其配置在上述空腔的中心线上，其中，在上述空腔的底部中央设置的凸部的圆锥面形成为在活塞上止点位置处指向燃料喷射嘴的喷雾点的角度或比该角度陡峭的角度。根据如上述的结构，空腔底部处的燃料和空气的混合变得良好，碳烟的初期的生成得到抑制的同时，通过扩散燃烧中的空腔中心部处的空气利用率的提高而碳烟的氧化得到促进，因此高速高负载区域中的碳烟的排出降低。特别是，沿着圆锥面从空腔底部上升的气体被引导至空气残留较多的空腔中心部的区域，因此空腔中心部的空气利用率提高，有效地抑制碳烟。在优选的一个方式中，在上述空腔的入口部处直径为最小的唇部与开口缘相比位于下方，上述凸部的顶部的高度位置设定为与上述唇部的高度位置大致相等。附图说明图1是具有一个实施例的燃烧室构造的柴油发动机的结构说明图。图2是表示空腔的结构的活塞主要部件的剖视图。图3是对“倾斜到达深度Z1”以及“深度Z2”的说明图。图4是示出“倾斜到达深度Z1”以及“深度Z2”和碳烟排出量的关系的特性图。图5是表示对比例1～4的空腔形状的说明图。图6是示出循环中的碳烟的量的特性图。图7是表示规定曲轴转角处的缸内的当量比分布的特性图。图8是表示对比例1的缸内的湍流能量特性图。图9是表示对比例2的缸内的湍流能量的特性图。图10是表示对比例3的缸内的湍流能量的特性图。图11是表示对比例4的缸内的湍流能量的特性图。图12是表示实施例的缸内的湍流能量的特性图。图13是空腔的尺寸的说明图。图14是表示高度的比(h2/h1)和碳烟排出量的关系的特性图。图15是示出实施例的空腔和喷雾中心轴线F之间的位置关系的说明图。图16是示出凸部的变形例的说明图。图17是示出凸部的其他变形例的说明图。图18是示出具有2个喷孔组的变形例的说明图。图19是示出具有2个喷孔组的其他变形例的说明图。具体实施方式下面，基于附图，对本专利技术的一个实施例详细地进行说明。图1是将本专利技术涉及的直喷式柴油发动机1与其进排气系统一起示出的结构说明图，在形成于气缸体2上的气缸3，以能够滑动的方式嵌合有活塞4，并且在该气缸体2的上表面固定的气缸盖5将气缸3的上端开口覆盖。在上述活塞4的顶面处凹陷设置有凹腔型的空腔6。该空腔6呈以活塞4的中心轴线为中心的旋转体形状。即，在活塞4的俯视观察时呈正圆形，并且在活塞4的中心形成。另外，在上述气缸盖5侧，在与上述空腔6的中心相对应的气缸3的中心位置处配置有多喷孔的燃料喷射嘴7。在本实施例中，上述燃料喷射嘴7沿着气缸3的中心轴线进行配置，即垂直地进行配置。在上述气缸盖5处配置有一对进气阀8以及一对进气阀9，分别对进气口10以及排气口11的前端开口部进行开闭。这些进气阀8以及进气阀9以各自的阀杆与气缸3的中心轴线平行的垂直姿态进行配置。另外，在气缸盖5处，与燃料喷射嘴7相邻地配设有预热塞12。各气缸的燃料喷射嘴7构成为，与示意地表示的共轨13分别连接，如果通过来自未图示的发动机控制单元的驱动信号而燃料喷射嘴7的针阀(未图示)上升，则通过高压燃料泵14供给至共轨13内的高压的燃料喷射。共轨13内的燃料压力经由调压阀15，通过发动机控制单元而调压为与运转条件对应的规定压力。该实施例的柴油发动机1具有涡轮增压器18，该涡轮增压器18的涡轮19配置在排气通路21的通路中，压缩机20配置在进气通路22的通路中。在排气通路21的与涡轮19相比的下游侧，预催化转换器23以及主催化转换器24串联地配置。在进气通路22的与压缩机20相比的上游侧，设置有空气流量计25以及空气净化器26，在压缩机20和与其相比处于下游侧的集气部28之间配设有中冷器27。而且，作为排气回流装置，具有：排气回流通路29，其将排气通路21的比涡轮19靠上游侧的位置和进气集气部28连通；以及排气回流控制阀30，其为了将排气回流率控制为与内燃机运转条件对应的规定的排气回流率而设置图2示出上述空腔6的更具体的剖面形状。该空腔6作为凹腔型，在底面中央具有以山型鼓出的凸部41，并且与中间附近的高度位置处的最大直径相比入口部分的直径相对较小。特别是，在该入口部处直径为最小的唇部42位于从以圆环状残留的活塞冠顶面43沿活塞轴向下方的位置，在与唇部42相比的上方，形成有由向活塞4的外周侧扩大或后退的空间构成的型腔部44。即，活塞冠顶面43中的型腔部44的开口缘44a的直径比唇部42的直径大，作为所谓开放型的凹腔型空腔而实现挤气区(冠顶面43上方的区域)的空气利用率的提高。比唇部42靠下方的部分成为在剖面中近似于圆弧的弯曲面45，与凸部41顺滑地相连续。凸部41呈具有圆锥面41a和顶面41b的大致圆锥台型，顶面41b并不是完全的平坦面而是呈缓慢弯曲的形状。在这里，如图3的说明图所示，作为表示圆锥面41a的倾斜角度的指标，将圆锥面41a的延长线与活塞4的中心线CL相交的点O1相距活塞冠顶面43的距离Z1定义为“倾斜到达深度Z1”。在本实施例中，该倾斜到达深度Z1对应于活塞4处于上止点位置时的燃料喷射嘴7的喷雾点FP的高度位置。此外，“喷雾点FP”定义为燃料喷射嘴7的各喷孔的喷雾中心轴线与该燃料喷射嘴7的中心线相交的点。即，在本实施例中，圆锥面41a具有在活塞上止点位置处指向燃料喷射嘴7的喷雾点FP的角度。另外，如图3所示，将成为最高的部位的顶面41b中央部相距活塞冠顶面43的距离Z2定义为凸部41的“深度Z2”。在本实施例中，该深度Z2与从活塞冠顶面43至唇部42为止的活塞4轴向的距离大致相等。即，设定为凸部41的顶部的高度位置与唇部42的高度位置大致相等。图4是将上述“倾斜到达深度Z1”设为横轴、将“深度Z2”设为纵轴，通过对高速高负载区域中的碳烟的排出量进行模拟而求出的。即，示出针对包含唇部42在内的空腔6的外周缘部分的形状不变更、而对凸部41的形状进行了变更的各种燃烧室构造，对碳烟的排出量进行了模拟的结果。在图4中，将碳烟排出量以等高线状示出，但作为整体的倾向，“倾斜到达深度Z1”越小，碳烟排出量越少，对于“深度Z2”，在“深度Z2”处于唇部42的高度位置(在图中作为Z02示出)时，碳烟排出量减少。而且，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油发动机的燃烧室构造，该柴油发动机构成为具有：活塞，其在冠顶面具有凹腔型空腔；以及多喷孔的燃料喷射嘴，其配置在上述空腔的中心线上，其中，在上述空腔的底部中央设置的凸部的圆锥面，形成为在活塞上止点位置处指向燃料喷射嘴的喷雾点的角度或比该角度陡峭的角度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种柴油发动机的燃烧室构造，该柴油发动机构成为具有：活塞，其在冠顶面具有凹腔型空腔；以及多喷孔的燃料喷射嘴，其配置在上述空腔的中心线上，其中，在上述空腔的底部中央设置的凸部的圆锥面，形成为在活塞上止点位置处指向燃料喷射嘴的喷雾点的角度或比该角度陡峭的角度。2.根据权利要求1所述的柴油发动机的燃烧室构造，其中，上述圆锥面形成为在活塞上止点位置处指向燃料喷射嘴的喷雾点的角度。3.根据权利要求1或2所述的柴油发动机的燃烧室构造，其中，在上述空腔的入口部处直径为最小的唇部与开口缘相比位于下方，上述凸部的顶部的高度位置设定为与上述唇部的高度位置大致相等。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：上原一将，长谷川学，辻尚秀，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP