CN103782004A - 直喷式发动机的燃烧室构造 - Google Patents

直喷式发动机的燃烧室构造 Download PDF

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Abstract

提供了一种直喷式发动机的燃烧室构造，其中，通过使燃料在挤压区积极地燃烧，从而NOx或烟等的生成变少，并且燃料消耗量变少。在活塞10的顶面（17）设置：倾斜面（19），与腔室（11）的内周壁面（16）连续，朝向活塞（10）的径向外侧延伸，并且随着朝向活塞（10）的径向外侧而变浅；以及正交面（20），与倾斜面（19）的外周无台阶地连续，延伸到活塞（10）的外周面（21），并且与活塞（10）的中心轴（C）正交。

Description

直喷式发动机的燃烧室构造
技术领域
本发明涉及从配置于活塞上方的喷射器的喷孔向凹设于活塞顶部中央的腔室喷射燃料的直喷式发动机的燃烧室构造。
背景技术
作为设于直喷式柴油发动机的活塞顶部的燃烧室（腔室）的形状，存在浅盘型、凹角型、圆环型等。在现有的直喷式柴油发动机的燃烧室构造中，主要着眼于使燃料在腔室内燃烧。
此外，这种直喷式柴油发动机的燃烧室构造例如记载于专利文献1。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-211644号公报
发明的概要
发明所要解决的课题
在现有的直喷式柴油发动机的燃烧室构造中，主要着眼于使燃料在腔室内燃烧，而不使燃料在挤压区（squish area）（活塞顶面与气缸下表面之间的区域）积极地燃烧。因此，由于燃烧区域偏向腔室内，因而难以改善排放或降低燃料消耗量。
发明内容
在此，本发明的目的在于，通过使燃料在挤压区积极地燃烧，从而提供一种NOx（氮氧化物）或烟等的生成较少、并且燃料消耗量较少的直喷式发动机的燃烧室构造。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明具备腔室，该腔室凹设于活塞的顶部中央，被从配置在所述活塞的上方的喷射器的喷孔喷射燃料，在所述活塞的顶面设置：倾斜面，与所述腔室的内周壁面连续，朝向所述活塞的径向外侧延伸，并且随着朝向所述活塞的径向外侧而变浅；以及正交面，与所述倾斜面的外周无台阶地连续，延伸到所述活塞的外周面，并且与所述活塞的中心轴正交。
优选地，所述倾斜面的角度以所述正交面侧为基准而处于1度至30度的范围内。
所述腔室的形状可以为凹角型、圆环型或浅盘型。
所述直喷式发动机可以为直喷式柴油发动机或直喷式汽油发动机。
发明的效果
依照本发明，通过使燃料在挤压区积极地燃烧，能够提供一种NOx（氮氧化物）或烟等的生成较少、并且燃料消耗量较少的直喷式发动机的燃烧室构造。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的直喷式发动机的燃烧室构造的活塞的侧截面图。
图2是表示变型例的燃烧室构造的活塞的侧截面图。
具体实施方式
以下，基于附图详细描述本发明的优选实施方式。
如图1所示，本实施方式的直喷式发动机的燃烧室构造A具备腔室（燃烧室）11，该腔室11凹设于直喷式柴油发动机的活塞10的顶部中央。从喷射器I向腔室11喷射燃料，该喷射器I配置在活塞10的上方，并且在比后述的倾斜面19与唇部12的接合线（例如在图1中由符号18表示）更靠上方具有喷孔中心。在本实施方式中，腔室11的形状为凹角型。
在本实施方式的燃烧室构造A中，在腔室11的底面13设有中央突起14和中央突起14外周侧的凹部15。即，通过向在腔室11内产生的空气流动供给燃料，能够促进燃料与空气的混合。在本实施方式中，中央突起14为截头圆锥状。此外，中央突起14的形状并不限于截头圆锥状。
另外，在本实施方式的燃烧室构造A中，在活塞10的顶面17设置：倾斜面（锥面）19，与腔室11的内周壁面16连续而朝向活塞10的径向外侧延伸，并且随着朝向活塞10的径向外侧而变浅；以及正交面20，与倾斜面19的外周无台阶地连续，延伸到活塞10的外周面21，并且与活塞10的中心轴C正交。即，在本实施方式中，活塞10的顶面17由倾斜面19和正交面20构成。另外，倾斜面19和正交面20遍及整周形成为圆环状。倾斜面19的角度θ以正交面20侧为基准，处于1度至30度的范围内。在本实施方式中，使倾斜面19的角度θ以正交面20侧为基准成为10度。
再者，在本实施方式的燃烧室构造A中设置唇部12，该唇部12是腔室11的内周壁面16与活塞10的顶面17的连接部分。唇部12遍及腔室11的整周形成为圆环状。在本实施方式中，使唇部12为截面R形。
以下说明本实施方式的作用。
如图1所示，当活塞10到达压缩上死点附近时，燃料F从喷射器I的喷孔朝向腔室11的唇部12喷射。喷射的燃料F撞击腔室11的唇部12，分散为流向下方而流入腔室11内的燃料F1和流向上方而流入挤压区S的燃料Fu。
在本实施方式的燃烧室构造A中，由于在活塞10的顶面17设置倾斜面19，因而能够使朝向腔室11的唇部12喷射的燃料分散到挤压区S和腔室11内。因此，筒内整体的空气利用率提高，促进了混合气体的均匀化，从而抑制了烟或PM（颗粒状物质）的生成。特别是，在本实施方式中，由于在倾斜面19与正交面20之间没有台阶，因而能够将燃料导引到挤压区S的外周侧。
另外，在本实施方式的燃烧室构造A中，在活塞10的顶面17设置倾斜面19，因而挤压区S拓宽了倾斜面19的倾斜量。由于挤压区S拓宽，因而在压缩冲程时从挤压区S流向燃烧室（腔室11）的气体的挤压流和在膨胀冲程时从燃烧室（腔室11）流向挤压区S的逆挤压流的流速下降，紊流的强度下降，从而减低了燃烧室壁面和气缸壁面的热损失。另外，通过降低热损失，气体温度变高，燃烧效率提高。结果，燃料消耗率降低。
另外，由于紊流的强度下降，因而燃料与氧气的混合变慢，热产生率的上升变缓，所以局部的高温燃烧区域变少。另外，由于流入挤压区S的燃料与空气的混合气在挤压区S的宽阔空间内燃烧，因而抑制了燃烧温度的上升。结果，抑制了NOx的生成。
另外，出于避免排气阀或吸气阀与活塞10接触的目的，有时在活塞10的顶面17设置箱室（阀箱室）。在此情况下，因箱室的有无而压缩比或燃烧状态较大改变，因而一直以来，需要对每款发动机个别地寻求最合适的燃烧室形状。与此相对，依照本实施方式，通过在活塞10的顶面17设置倾斜面19，能够使箱室的形成所导致的活塞10的形状变化从腔室11的中央避向外周侧。即，箱室的形成所导致的活塞10的形状变化不会对顶面17的内周侧产生影响，仅涉及顶面17的外周侧。结果，能够极力抑制箱室有无导致的燃烧状态的差异。另外，由于箱室的形成所导致的燃烧室形状的变化的影响较少，因而能够抑制箱室有无导致的压缩比的差异。
另外，一直以来，为了压缩比的变更而需要较大地变更燃烧室形状。与此相对，依照本实施方式，通过调节倾斜面19的角度θ，能够容易地变更压缩比。
以上说明了本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，能够采用其他各种实施方式。
例如，腔室11的形状并不限于凹角型，也可以是浅盘型、圆环型等。图2表示使腔室11的形状为圆环型的变型例。此外，在图2中，对与图1实质上相同的构成要素标记相同符号。
另外，直喷式发动机并不限于直喷式柴油发动机，也可以是直喷式汽油发动机。
符号的说明：
10  活塞
11  腔室
16  内周壁面
17  顶面
19  倾斜面
20  正交面
21  外周面
A   燃烧室构造
C   活塞的中心轴
I   喷射器

Claims (4)

1.一种直喷式发动机的燃烧室构造，其特征在于，
该直喷式发动机的燃烧室构造具备腔室，该腔室凹设于活塞的顶部中央，被从配置在所述活塞的上方的喷射器的喷孔喷射燃料，
在所述活塞的顶面设置：
倾斜面，与所述腔室的内周壁面连续，朝向所述活塞的径向外侧延伸，并且随着朝向所述活塞的径向外侧而变浅；以及
正交面，与所述倾斜面的外周无台阶地连续，延伸到所述活塞的外周面，并且与所述活塞的中心轴正交。
2.如权利要求1所述的直喷式发动机的燃烧室构造，其特征在于，
所述倾斜面的角度以所述正交面侧为基准而处于1度至30度的范围内。
3.如权利要求1或2所述的直喷式发动机的燃烧室构造，其特征在于，
所述腔室的形状为凹角型、圆环型或浅盘型。
4.如权利要求1至3中任一项所述的直喷式发动机的燃烧室构造，其特征在于，
所述直喷式发动机为直喷式柴油发动机或直喷式汽油发动机。
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