CN105264196A - 直喷式柴油发动机 - Google Patents

Abstract

在凹腔型空腔燃烧室(5)的中心处配置的燃料喷射嘴(6)，具有相对于气缸中心轴线的倾斜角的大小不同的第1喷孔组和第2喷孔组，第2喷孔组的喷孔直径大于第1喷孔组的喷孔直径。第1喷孔和第2喷孔在周向上交替地配置。预热塞(11)在气缸(4)的高度方向上，凸出至指向下侧的第2喷孔的喷雾中心轴线(F2)的高度为止，能够与两者的喷雾所形成的燃料团接触。在周向上，位于各个喷雾中心轴线(F1、F2)之间，并且位于喷雾中心轴线(F2)的涡流下游侧。

Description

直喷式柴油发动机

技术领域

本发明涉及直喷式柴油发动机的改良，该直喷式柴油发动机在活塞顶面中央部形成空腔燃烧室，并且在该空腔燃烧室的大致中心位置处配置多喷孔的燃料喷射嘴。

背景技术

在直喷式柴油发动机中，近年来，尝试使缸内的气体流动较少而减少冷却损失，从而实现燃料消耗的改善，但由于与低气体流动化相伴的混合不良，使得煤烟(soot)具有增多的趋势。

在专利文献1中，公开了一种直喷式柴油发动机，该直喷式柴油发动机为了应对这种问题，使用具备相对于气缸中心轴线的倾斜角的大小不同的2个喷孔组的燃料喷射嘴。在此，与指向上侧的一个喷孔组的穿透力相比，将指向下侧的另一个喷孔组的穿透力设定得较大，并且这2种喷孔在周向上交替配置。由此，使燃料在燃烧室内分散得较广，实现煤烟的减少。

另外，专利文献2涉及一种将无法压缩点火的甲醇作为燃料的甲醇发动机，该甲醇发动机也使用具备相对于气缸中心轴线的倾斜角的大小不同的2个喷孔组的燃料喷射嘴。并且，在与指向上侧的喷孔组中的1个喷孔的喷雾中心轴线相交叉的位置处，设置有针对甲醇燃料进行点火的预热塞(glowplug)。

在进行压缩点火的直喷式柴油发动机中，为了进行冷起动，需要预热塞或者作为其替代部件的进气加热器等，但在上述专利文献1中，关于预热塞的配置，并未进行公开。

另一方面，专利文献2是从喷孔喷射出的燃料与预热塞直接碰撞的结构，在这种结构中，存在预热塞的耐久性变低的问题。另外，在直喷式柴油发动机中，特别是在需要预热塞这样的冷起动时，通常与燃烧室内的涡流进行组合，但是，在涡流的存在下，沿涡流流动来的后面的燃料团在气缸的高度方向上相对地位于下侧的位置，因此如果如专利文献2那样与上侧的喷雾中心轴线相对应地配置预热塞，则预热塞无法与后面的燃料团接触。因此，涡流存在下的点火性较低。

专利文献1：日本特开2005－120832号公报

专利文献2：日本特开平6－74131号公报

发明内容

本发明是一种直喷式柴油发动机，其在活塞顶面中央部具有空腔燃烧室，并在该空腔燃烧室的大致中心位置处配置多喷孔的燃料喷射嘴，并且在气缸内生成涡流，

该直喷式柴油发动机具备预热塞，该预热塞以前端部在活塞上止点位置处进入所述空腔燃烧室内的方式从顶棚面凸出，

所述燃料喷射嘴具有相对于气缸中心轴线的倾斜角彼此不同的第1喷孔组和第2喷孔组，

属于第1喷孔组的多个第1喷孔以各自的喷雾中心轴线为放射状的方式配置，并且属于第2喷孔组的多个第2喷孔以各自的喷雾中心轴线为放射状的方式配置，并且，第1喷孔与第2喷孔在周向上交替地配置，

所述预热塞在周向上位于第1喷孔的喷雾中心轴线与第2喷孔的喷雾中心轴线之间，并且在气缸的高度方向上，凸出至相对地指向下侧位置的一个喷雾中心轴线的高度为止。

在这种结构中，从各喷孔喷射出的喷雾不会直接碰撞预热塞，在喷射后，由于涡流而向涡流下游侧不断扩大的燃料团与预热塞接触。此时，从第1喷孔喷射出的喷雾与从第2喷孔喷射出的喷雾在缸内的高度位置不同，但预热塞凸出得足够长，从而能够与双方的喷雾相对应，因而在第1喷孔组以及第2喷孔组中的任一者的喷雾所产生的燃料团与预热塞接触之后，由于涡流而流动来的后续的另一者的喷雾的燃料团也与预热塞可靠地接触。因此，在冷起动时取得可靠的点火。

在本发明的优选的一个实施例中，在一个喷孔组的喷孔直径大于另一个喷孔组的喷孔直径的情况下，所述预热塞优选在周向上位于喷孔直径相对较大的喷孔的喷雾中心轴线的涡流下游侧。

即，由于如上述所示喷孔直径不同，因此从喷孔直径较大的喷孔喷射相对较多的燃料，而在上述结构中，在燃料喷射后，喷孔直径较大的喷孔所产生的包含较多燃料的燃料团由于涡流而最先与预热塞接触，然后，喷孔直径较小的喷孔的喷雾所产生的燃料团与预热塞接触。因此，在点火性方面是有利的。

根据本发明，在相对于气缸中心轴线的倾斜角的大小不同的第1喷孔和第2喷孔在周向上交替配置而成的结构的直喷式柴油发动机中，能够确保预热塞的耐久性，并且提高冷起动时的点火性。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的直喷式柴油发动机的一个实施例的剖视图。

图2是表示该实施例的燃烧室部分的主要部件的剖视图。

图3是表示燃烧室内的喷雾的状态的说明图。

图4是表示本发明的第2实施例的主要部件的剖视图。

图5是表示该第2实施例中的燃烧室内的喷雾的状态的说明图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的一个实施例详细地进行说明。

图1是本发明所涉及的直喷式柴油发动机的主要部件的剖视图，在形成于气缸体3上的气缸4中，以能够滑动的方式嵌合有活塞1，并且在该气缸体3的上表面处载置固定有气缸盖2。该气缸盖2的下表面平坦地形成，对气缸4的上端开口进行覆盖。

在上述活塞1的顶面处，凹陷设置有凹腔(reentrant)型的空腔燃烧室5。该空腔燃烧室5形成以活塞中心轴线为中心的旋转体形状，即，在活塞1的俯视观察时形成正圆形，并且在活塞1的中心处形成。另外，在上述气缸盖2侧，在与上述空腔燃烧室5的中心相对应的气缸4的中心位置处，配置有多喷孔的燃料喷射嘴6。在本实施例中，上述燃料喷射嘴6沿着气缸4的中心轴线进行配置，即垂直地进行配置。

在上述气缸盖2处，配置有一对进气阀7以及一对排气阀8，分别对进气口9以及排气口10的前端开口部进行开闭。这些进气阀7以及排气阀8以各自的阀杆与气缸4的中心轴线平行的垂直姿态进行配置。在此，通过一对进气阀7分别开闭的一对进气口9中的一个进气口9构成为螺旋口，另一个进气口9构成为直口，通过关闭配置在直口侧的涡流控制阀(不图示)，从而成为能够可变地控制气缸4内在箭头S方向(参照图3、图5)上生成的涡流的强度的结构。此外，即使涡流控制阀不动作(处于打开状态)，通过由螺旋口构成的进气口9自身的形状，也能够生成箭头S方向上的涡流。

另外，在上述气缸盖2处，以前端部在活塞上止点位置处进入上述空腔燃烧室5内的方式，配置有从气缸盖2下表面(燃烧室顶棚面)凸出的棒状的预热塞11。

图2示出上述空腔燃烧室5的更具体的剖面形状。该空腔燃烧室5作为凹腔型，在底面中央处具有山型的中央凸起部5a，与中间附近的高度位置处的最大直径相比，入口部分处的唇部5b的直径相对较小。在该空腔燃烧室5的周围以圆环状残留的活塞顶面13沿着相对于活塞中心轴线正交的平面，在活塞上止点位置处，与气缸3的上表面大致为相同的平面。因此，在活塞上止点位置处，在活塞顶面13与气缸盖2下表面(燃烧室的顶棚面)之间，与气缸盖垫片12(参照图1)的厚度大致相当的间隙作为挤气面积(squisharea)而残留。此外，虽然省略图示，但在与进气阀7以及排气阀8的阀头部对应的位置处，凹陷设置有比较浅的阀龛。

对于以上述方式构成的空腔燃烧室5，燃料喷射嘴6具备相对于气缸中心轴线的倾斜角的大小不同的2个喷孔组。标号F1所示的直线表示第1喷孔组的喷雾中心轴线。该第1喷孔组包含在周向上等间隔地配置的多个喷孔，例如4～6个喷孔，这些喷孔(下面，根据需要也称为第1喷孔)相对于气缸中心轴线分别具有相同的倾斜角θ1。因此，多个喷雾沿着以气缸中心轴线为中心的倾斜角θ1的圆锥而形成。在此，属于第1喷孔组的各喷孔的喷雾中心轴线F1在活塞上止点位置处指向唇部5b的圆柱面附近。

另外，标号F2所示的直线表示第2喷孔组的喷雾中心轴线。与第1喷孔组相同地，该第2喷孔组包含在周向上等间隔地配置的多个喷孔，例如4～6个喷孔，这些喷孔(下面，根据需要也称为第2喷孔)相对于气缸中心轴线分别具有相同的倾斜角θ2。因此，多个喷雾沿着以气缸中心轴线为中心的倾斜角θ2的圆锥而形成。在此，第2喷孔组的倾斜角θ2小于第1喷孔组的倾斜角θ1，属于第2喷孔组的各喷孔的喷雾中心轴线F2在活塞上止点位置处指向与唇部5b的下端相比更下侧的位置，即，指向与唇部5b相比直径扩大了的空腔燃烧室5内部。

另外，在俯视观察时，如上所述，第1喷孔组的各喷孔以等间隔呈放射状配置，同样，第2喷孔组的各喷孔以等间隔呈放射状配置，但作为俯视观察时的两者的关系，以1个第2喷孔位于相邻的2个第1喷孔之间的方式进行配置，即，第1喷孔与第2喷孔在周向上交替配置。

并且，属于第2喷孔组的第2喷孔的喷孔直径大于属于第1喷孔组的第1喷孔的喷孔直径。由此，至少在总燃料喷射量(换言之，内燃机负载)大于某个水平的条件下，第2喷孔组的各喷雾的穿透力大于第1喷孔组的各喷雾的穿透力。另外，作为从各个喷孔喷出的燃料量，也是第2喷孔大于第1喷孔。

图3是在从上方观察气缸4而得到的俯视图中示出由第1喷孔组以及第2喷孔组在燃烧室内形成的喷雾的状态的说明图。标号51、53示出由相对地指向上侧的第1喷孔沿喷雾中心轴线F1分别形成的初期的喷雾的形状。这些喷雾51、53随着时间的经过如标号61、63所示进行扩大，并且由于涡流S而向其下游侧流动。标号52示出由相对地指向下侧的第2喷孔沿喷雾中心轴线F2形成的初期的喷雾的形状。该喷雾52同样随着时间的经过如标号62所示进行扩大，并且向涡流S的下游侧流动。

对于以上述方式构成的各喷雾，如图3所示，预热塞11在半径方向上位于空腔燃烧室5的入口部的靠近外周的位置处，并且在周向上位于第1喷孔的喷雾中心轴线F1与第2喷孔的喷雾中心轴线F2之间，从而使初期的喷雾51、52、53不会直接与预热塞11碰撞。特别地，在涡流S的旋回方向上，配置在喷孔直径相对较大的第2喷孔的喷雾中心轴线F2的涡流下游侧的位置处。

另外，如图2所示，在气缸4的高度方向上，预热塞11凸出至相对地指向下侧位置的第2喷孔组的喷雾中心轴线F2的高度为止。

在上述这样的结构中，在压缩上止点之前的规定的喷射时期喷射的燃料喷雾，在活塞1位于上止点附近时到达活塞1。在此，从各喷孔沿喷雾中心轴线F1、F2喷射出的燃料喷雾受到存在于缸内的涡流S的影响，如图3所示向该涡流S的下游侧扩散。在冷起动时通电的预热塞11位于第2喷孔的喷雾中心轴线F2的涡流下游侧，因而来自第2喷孔的喷雾52向涡流下游侧扩散后的燃料团62最先与预热塞11接触。并且，随后，作为喷雾进一步向涡流下游侧旋回的结果，标号63所示的来自第1喷孔的喷雾53所产生的燃料团接着与预热塞11接触。

预热塞11凸出至第2喷孔的喷雾中心轴线F2的高度为止，因而第1喷孔的喷雾以及第2喷孔的喷雾双方的燃料团可靠地与预热塞11接触。因此，预热塞11的冷起动时的点火性提高。特别是在上述实施例中，预热塞11位于由喷孔直径较大、燃料喷射量相对较大的第2喷孔产生的喷雾52的涡流下游侧，因而燃料量多的燃料团最先与预热塞11接触，取得更可靠的点火。另外，初期的喷雾不会与预热塞11直接碰撞，因而不会导致预热塞11的早期劣化。

此外，在上述实施例的结构中，通过相对于气缸中心轴线的倾斜角不同的第1喷孔组以及第2喷孔组，在空腔燃烧室5内广泛地分散燃料，因此能够更有效地利用空腔燃烧室5整体的空气。并且，朝向空腔燃烧室5内部的第2喷孔组将喷孔直径设定得较大，因而具有能够从各喷孔组供给与空腔燃烧室5的形状相对应的合适比例的燃料的优点。

下面，图4以及图5示出本发明的第2实施例。该实施例与前面所述的实施例相同地，具备相对于气缸中心轴线的倾斜角大的第1喷孔组、以及相对于气缸中心轴线的倾斜角小的第2喷孔组，但与前面所述的实施例相反，相对地指向上侧的第1喷孔的喷孔直径大于相对地指向下侧的第2喷孔的喷孔直径。因此，与从第2喷孔喷射的燃料量相比，从第1喷孔喷射的燃料量相对较多。

在这种情况下，如图5所示，将预热塞11配置在喷孔直径大的第1喷孔的喷雾中心轴线F1的涡流下游侧。此外，在气缸的高度方向上，与前面所述的实施例同样，预热塞11凸出至相对地指向下侧的第2喷孔的喷雾中心轴线F2的高度为止。因此，与前面所述的实施例相同地，抑制预热塞11的劣化并且取得较高的点火性。

上面说明了本发明的一个实施例，但本发明不限于上述实施例，能够进行各种变更。例如，在上述各实施例中，第1喷孔组的喷孔直径与第2喷孔组的喷孔直径不同，但本发明也能够适用于两者的喷孔直径相等的情况。在此情况下，预热塞11位于第1喷孔的喷雾中心轴线F1的涡流下游侧或者第2喷孔组的喷雾中心轴线F2的涡流下游侧中的任一者处均可。

Claims (6)

1.一种直喷式柴油发动机，其在活塞顶面中央部具有空腔燃烧室，并在该空腔燃烧室的大致中心位置处配置多喷孔的燃料喷射嘴，并且在气缸内生成涡流，

该直喷式柴油发动机具备预热塞，该预热塞以前端部在活塞上止点位置处进入所述空腔燃烧室内的方式从顶棚面凸出，

所述燃料喷射嘴具有相对于气缸中心轴线的倾斜角彼此不同的第1喷孔组和第2喷孔组，

属于第1喷孔组的多个第1喷孔以各自的喷雾中心轴线为放射状的方式配置，并且属于第2喷孔组的多个第2喷孔以各自的喷雾中心轴线为放射状的方式配置，并且，第1喷孔与第2喷孔在周向上交替地配置，

所述预热塞在周向上位于第1喷孔的喷雾中心轴线与第2喷孔的喷雾中心轴线之间，并且在气缸的高度方向上，凸出至相对地指向下侧位置的一个喷雾中心轴线的高度为止。

2.根据权利要求1所述的直喷式柴油发动机，其中，

一个喷孔组的喷孔直径大于另一个喷孔组的喷孔直径，

所述预热塞在周向上位于喷孔直径相对较大的喷孔的喷雾中心轴线的涡流下游侧。

3.根据权利要求2所述的直喷式柴油发动机，其中，

与相对地指向上侧位置的喷孔组的喷孔直径相比，相对地指向下侧位置的喷孔组的喷孔直径大。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的直喷式柴油发动机，其中，

所述燃料喷射嘴以沿着气缸的中心轴线的方式垂直地配置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的直喷式柴油发动机，其中，

所述空腔燃烧室是与中间附近的最大直径相比，入口部分的直径相对小的凹腔型燃烧室。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的直喷式柴油发动机，

所述空腔燃烧室形成以活塞中心轴线为中心的旋转体形状。