CN104781518B - 具有诱导体的直接喷射式柴油发动机的燃烧室 - Google Patents

具有诱导体的直接喷射式柴油发动机的燃烧室 Download PDF

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Abstract

本发明涉及设有能够使喷射器喷射的燃料与空气混合的凹状的燃烧钵的柴油发动机的燃烧室，其特征在于，包括：安装上述喷射器且位于上述燃烧钵的上部的缸头；位于上述缸头的下部的缸体；以及在上述缸体内部进行升降运动且与上述缸头对置的活塞，在上述缸头的底面以上述喷射器为中心设有多个放射形的诱导体。

Description

具有诱导体的直接喷射式柴油发动机的燃烧室
技术领域
本发明涉及直接喷射式柴油发动机的燃烧室，更详细而言，涉及在缸头设置诱导体(Inducer)而强化空气的挤压(Squish)或涡流(Swirl)流动，从而提高燃料与空气的混合性的柴油发动机的燃烧室。
背景技术
通常，汽油发动机的原理是在燃烧开始之前均匀地混合空气与燃料后，利用点火火花塞进行点火而进行燃烧，柴油发动机的原理是只吸入空气而以压缩比压缩后，在此以高压喷射燃料而达到自点火燃烧。尤其是，在通常的柴油发动机主要使用的方法是使从喷射器喷射的燃料在形成于活塞的燃烧室(钵)涡流(Swirl)，使燃料与空气很好地混合后进行燃烧的方法。
这种柴油发动机的燃烧室应当设计成即使在低烟及喷射时机推迟时也能够维持烟不会恶化的状态。即，柴油发动机的燃烧室应当使喷射燃料与燃烧室壁面冲突而促进混合气体的形成，且保存燃烧室内的挤压流动，抑制燃料蒸汽流向形成于活塞与缸头之间的挤压区域，能够使空气的流动活跃。
这种柴油发动机在适当的时机喷射燃烧室内燃料而与吸入的空气混合，促进燃烧，从而发挥发动机性能，此时燃料在压缩行程末期开始喷射，在从压缩行程末期至爆发行程初期，在燃烧室内通过涡流流动，与空气混合而进行燃烧，之后通过挤压流动，未燃烧烟与活塞顶部的空气混合而进一步燃烧，从而抑制烟的生成。
因此，为了实现发动机性能的提高及废气的改善，柴油发动机应当最优化燃烧室的形状，以便能够实现燃烧室内的空气与燃料的最优混合。
图1及2是现有的柴油发动机燃烧室的俯视图及剖视图，在柴油发动机的燃烧室设有凹状的燃烧钵30，以便从喷射器70喷射的燃料在上述活塞10的上部涡流及挤压流动。上述活塞10与缸体20的内周面滑动地上下运动，从而使上述燃烧钵30内的空气压缩或膨胀，与此同时，从上述喷射器70喷射的燃料与被压缩的空气混合而进行燃烧。
因此，在由吸气口吸入的空气通过活塞10的上升运动而被压缩的状态下，若从喷射器70喷射高压的燃料，则从上述喷射器70喷射的燃料在形成于上述活塞10的上表面的燃烧室与产生挤压乃至涡流而形成乱流的空气混合。
但是，这种现有的柴油发动机的燃烧室在燃烧初期，混合气体从钵流向挤压区域的挤压流动不能集中到喷射器的喷射孔方向，空气与燃料的混合性降低，涡流流动的保存性及燃烧室壁面附近的乱流强度降低，在燃烧末期与挤压区域的空气燃烧的挤压流动不足，导致对发动机性能及废气的减少产生坏影响。
发明内容
技术课题
本发明是为了解决上述的问题而提出的，其目的在于提供一种柴油发动机的燃烧室，在燃烧初期引导混合气体从燃烧钵流向挤压区域的挤压流动而提高涡流流动的保存性和乱流强度，向喷射器的喷射孔集中空气，实现发动机性能的提高和尾气的减少。
解决课题的手段
为了达到上述目的，本发明的直接喷射式柴油发动机的燃烧室包括：能够使喷射器70喷射的燃料与空气混合的凹状的燃烧钵30；安装上述喷射器70且位于上述燃烧钵30的上部的缸头50；位于上述缸头50的下部的缸体20；以及在上述缸体20内部进行升降运动且与上述缸头50对置的活塞10，在上述缸头50的底面以上述喷射器70为中心设有多个放射形的诱导体60。
另外，上述诱导体60包括多个主诱导体61和多个副诱导体62，该多个副诱导体62配置在上述主诱导体61之间且长度比上述主诱导体61短。
另外，上述主诱导体61与副诱导体62朝向配备于上述喷射器70的端部的喷射孔71与相邻的喷射孔71之间交替地配置。
另外，上述诱导体60在上述缸头50的底面向下方突出形成，上述诱导体60的高度是燃烧室顶板面与上述活塞10的上端面之间的距离的1/2倍以上至2倍以下。
另外，上述诱导体60沿垂直方向的截面的形状为三角形，使两侧倾斜面的倾斜度不同，形成为左右非对称。
另外，上述诱导体60以上述喷射器70为中心配置成螺旋状。
另外，在上述诱导体60与相邻的诱导体60之间设有多个喷射孔71。
发明效果
如上所述的本发明具有如下的效果。第一、能够以相比于现有技术简单的结构来增加燃料与空气的混合性。第二、通过增加燃料与空气的混合性，能够提高发动机的效率，减少废气。
附图说明
图1是现有技术的直接喷射式柴油发动机的燃烧室俯视图。
图2是现有技术的直接喷射式柴油发动机燃烧室的A-A方向的剖视图。
图3是本发明的直接喷射式柴油发动机的燃烧室俯视图。
图4是图2的B-B方向的剖视图。
图5是沿图2的C-C方向的剖视图。
图6是关于本发明的柴油发动机的燃烧室的说明图。
图7及8是对于在活塞上限点的燃烧室状态的说明图。
图9是表示燃烧室内流动的变化的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例的柴油发动机的燃烧室，以便在本领域具有公知常识的技术人员能够容易实施。本发明不限定于在此说明的实施例，可以以多种不同的形态实现。
为了明确说明本发明，省略了与说明无关的部分，在整篇说明书，对于相同或类似的构成要素标注了相同的附图标记。
如图3及图4所示，本发明的柴油发动机燃烧室包括：能够使喷射器70喷射的燃料产生涡流(Swirl)或挤压(Squish)流动而与空气混合的凹状的燃烧钵(Bowl)30；具备上述喷射器70且位于上述燃烧钵30的上部的缸头50；位于上述缸头50的下部的缸体20；以及在上述缸体20内部与上述缸头50对置地进行升降运动的活塞10。
在上述缸头50设有向上述燃烧钵30的中心以高压喷射燃料的喷射器70，在上述喷射器70的端部设有多个喷射孔71。
上述活塞10在上述缸体20的内部上下运动，在上述燃烧钵30内部将从吸气口(未图示)吸入的空气压缩乃至膨胀。此时根据柴油发动机的压缩行程，上述活塞10达到上限点而在上述燃烧钵30内部空气最大限度地被压缩时，从上述喷射器70以高压喷射燃料。
而且，在上述缸头50的底面以上述喷射器70为中心设有多个放射形的诱导体60。上述诱导体(Inducer)60是用于将上述燃烧室内的挤压流动乃至涡流流动集中到上述喷射器70的喷射孔71的引导部件。
即，如图3所示，从平面观察上述缸头50时，上述诱导体60以上述喷射器70为中心配置成螺旋状，因此向上述诱导体60引导的方向、即向上述喷射器70的喷射孔71引导挤压流动乃至涡流流动。
挤压(Squish)流动是指在活塞10的上端面移向燃烧室的顶板面、即缸头50的底面的压缩过程的末尾(TDC，上限点)发生的流动，是指因上述活塞10上端面与缸头50底面之间的空间急剧地变小，向活塞10的燃烧钵30的中心方向急剧地发生的空气的流动。
即，朝向上述燃烧钵30的中心的挤压流动的速度越快，则乱流运动变强，在挤压区域，大量的空气向喷射器70所处的燃烧室中央部分移动。伴随着这种强有力的挤压流动，被压缩为高压的燃料从喷射器70喷射，空气与燃料混合，并发生燃烧。
另外，挤压流动的速度越快，空气与燃料的混合率增加，柴油发动机的燃烧效率增加。此时，挤压流动的速度由以下式决定。
Vsq：Squish流动的速度
Sq：活塞的瞬间速度
B：燃烧室孔(Bore)直径
Db：活塞钵(Bowl)的直径
VB：活塞钵(Bowl)的体积
C：活塞上端面与燃烧室顶板面之间的距离(Clearance height)
Z：活塞上限点与活塞上端面之间的距离
即，发生最大挤压流动的位置是上限点附近(Z＝0)，因此如果燃烧室的形状相同，则为了加快挤压流动，需要减小活塞上端面与燃烧室顶板面(缸头的底面)之间的距离。但是，考虑到燃烧室内各部件的加工误差、因部件之间的油厚产生的误差、以及因热膨胀产生的误差等，对于减小该距离，从技术上存在限度。
如此地，加快挤压流动的技术的实现存在困难，而本发明的柴油发动机燃烧室在缸头50的底面设置多个诱导体(Inducer)60乃至引导体(Guider)，从而增加挤压流动乃至涡流流动的速度，并向喷射器70的喷射孔71方向集中，从而增加燃料与空气的混合率。
而且，在柴油发动机，增加燃烧室内燃料与空气的混合率，并为了将以高压喷射的燃料均匀地分布在燃烧室空间，利用涡流流动。
这种涡流流动是朝向空气通过吸气口吸入时产生的、从燃烧室中心旋转的方向产生。若将这种涡流流动的一部分转换为与挤压流动的方向相同的方向，增加流入到燃烧室中心部的空气速度而提高乱流强度并增加空气供给量，则可以增加与从位于燃烧室中心的喷射器70喷雾的燃料的混合率。
如图3所示，本发明的诱导体60包括经过吸气阀51与排气阀53之间而延长形成的主诱导体61和相比于上述主诱导体61长度在一半以下且朝向上述吸气阀51乃至排气阀53形成的副诱导体63。
在从上述缸头50的底面观察时，上述诱导体60以上述喷射器70为中心配置成螺旋状。根据情况，上述诱导体60可以以上述喷射器70为中心配置成直线形状，或者具有一个以上的弯曲部而形成为弯弯曲曲的形状。
如图4所示，在燃烧室的沿B-B方向的截面，上述诱导体60为从上述缸头50的底面、即燃烧室的顶板面突出的形状，与突出的诱导体60的体积相应地，燃烧室的体积减小，因此燃烧室内的压缩比变高。
而且，与因上述诱导体60的体积增加而导致的燃烧室体积的减小相应地，可能会需要调整上述燃烧钵30的形状来调合压缩比的作业。
图5表示沿图3的C-C方向的截面，以h表示上述主诱导体61的高度，以w表示宽度。上述主诱导体61的截面形状可以与副诱导体62相同。而且，上述主诱导体61的高度h与宽度w可以与副诱导体62相同。
另外，上述主诱导体61的高度h乃至宽度w设定为比上述副诱导体62的高度乃至宽度大，或者根据情况，可以将上述副诱导体62的高度乃至宽度设定为比上述主诱导体61的高度乃至宽度大。
将燃烧室的顶板面与活塞上端面之间的距离定义为C(clearance height)时，上述诱导体60的高度h设定为满足0.5*C<h<2*C的关系。
另外，上述诱导体60的宽度w可以根据涡流流动而变化，可以设定为以中心线为基准，左右非对称的形状，一侧的倾斜面比另一侧的倾斜面缓慢。即，涡流流动所朝向的面的倾斜更陡，与涡流流动所朝向的面相反的面的倾斜缓慢。
如图6所示，上述喷射器70具有多个喷射孔71，可以如图3所示地具有八个喷射孔。从而，上述诱导体60的一侧朝向上述喷射孔71与喷射孔71之间而设置，四个上述主诱导体61与四个上述副诱导体62分别在上述喷射孔71与喷射孔71之间按顺序配置。
另外，上述诱导体60可以在上述喷射孔71与喷射孔71之间配置两个以上，因此上述诱导体60的个数可以比上述喷射孔71的个数多。
当然，上述喷射器70的喷射孔71的个数可以比上述诱导体60多，此时在上述主诱导体61与副诱导体62之间可以配置多个喷射孔71。
由于图6所示的本发明的上述喷射孔71是八个，因此各喷射孔71之间的角度设定为45度，由于上述诱导体60的长度越长，空气的流入量越大，因此，根据上述吸气阀51乃至排气阀53的大小与配置，可以适当地延长设置。
另外，上述主诱导体61与副诱导体62所形成的角度可以不同，长度、宽度及高度可以多样地变化而实施。
图7表示在燃烧室被压缩的过程中，上述活塞10到达上限点的状态的空气流动，可以看出在燃烧室的垂直截面，从挤压区域向燃烧钵30的中心形成强力的挤压喷射流动。
另外，图8表示在燃烧室被压缩的过程中，上述活塞10的上端面的挤压流动和涡流流动的流动，可以看出燃烧室内的挤压流动和涡流流动合并。此时，通过设置上述诱导体60，将由在活塞10的上限点发生的挤压流动和涡流流动的合力而形成的实际流动向喷射器70所处的燃烧室的中央部转换方向，在挤压区域移动更多量的空气。
图9是在根据本发明设置诱导体60时从平面观察燃烧室内的流动的图，可以看出，燃烧室内的流动发生变化而突然的流动变化及中央部方向的流动速度增加，在气缸内部尤其是活塞10的上限点，气缸顶板面流动的乱流强度变强，从挤压区域出来的空气向喷射器70附近移动，在上限点附近喷射燃料时燃料与空气的混合性增加。
而且，在上述活塞10的上表面中央部可以形成有尖头，上述尖头在上述活塞10的上表面，朝向上述喷射器70突出。上述尖头的上端面形成为比上述活塞10的上端面低，因此形成于上述尖头与缸头50的底面之间的燃烧室与由上述活塞10的其他上端面形成的燃烧室相比深度较浅。
设置在上述喷射器70的端部的多个喷射孔71可以以向上述尖头喷射燃料的方式调节方向。而且，上述喷射孔71的长度乃至喷射的流量可以设定为分别不同。
上述喷射器70具有多个喷射孔71，从上述喷射孔71喷射的燃料的方向与缸头的水平面所形成的角度可以设定为10度乃至30度。
另外，通过将上述喷射器70设定为能够上下移动，从而能够调整从上述喷射孔71喷射的燃料的流动方向，可以多样地变化上述喷射孔71的喷射方向，以使喷射的燃料与上述尖头有效地冲突而使喷射的燃料能够挤压及涡流流动。
另外，在上述喷射器70的内部可以设有针阀(未图示)，通过上述针阀的上下滑动运动而开闭流路，执行从喷射孔71喷雾燃料及停止喷雾。
本发明不现定于上述特定的优选实施例，在不脱离权利要求书中要求保护的本发明的要旨，本发明所属的技术领域中具有公知常识的人员均可以进行多样的变形实施，而这种变更属于权利要求书中记载的范围内。
产业上的利用可能性
本发明的柴油发动机的燃烧室可以利用于欲通过强化空气的挤压流动或涡流流动来提高燃料与空气的混合性的柴油发动机的燃烧室。

Claims (6)

1.一种柴油发动机的燃烧室，其设有能够使喷射器(70)喷射的燃料与空气混合的凹状的燃烧钵(30)，其特征在于，
包括：安装上述喷射器(70)且位于上述燃烧钵(30)的上部的缸头(50)；
位于上述缸头(50)的下部的缸体(20)；以及
在上述缸体(20)内部进行升降运动且与上述缸头(50)对置的活塞(10)，
在上述缸头(50)的底面以上述喷射器(70)为中心设有多个放射形的诱导体(60)，
上述诱导体(60)包括多个主诱导体(61)和多个副诱导体(62)，该多个副诱导体(62)配置在上述主诱导体(61)之间且长度比上述主诱导体(61)短。
2.根据权利要求1所述的柴油发动机的燃烧室，其特征在于，
上述主诱导体(61)与副诱导体(62)朝向配备于上述喷射器(70)的端部的喷射孔(71)与相邻的喷射孔(71)之间交替地配置。
3.根据权利要求1所述的柴油发动机的燃烧室，其特征在于，
上述诱导体(60)在上述缸头(50)的底面向下方突出形成，上述诱导体(60)的高度是燃烧室顶板面与上述活塞(10)的上端面之间的距离的1/2倍以上至2倍以下。
4.根据权利要求3所述的柴油发动机的燃烧室，其特征在于，
上述诱导体(60)沿垂直方向的截面的形状为三角形，且两侧倾斜面的倾斜度不同，形成为左右非对称。
5.根据权利要求1所述的柴油发动机的燃烧室，其特征在于，
上述诱导体(60)以上述喷射器(70)为中心配置成螺旋状。
6.根据权利要求1所述的柴油发动机的燃烧室，其特征在于，
在上述诱导体(60)与相邻的诱导体(60)之间设有多个喷射孔(71)。
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