CN109973204B - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机，在压缩自着火式的内燃机中能够促进燃料的预混合来抑制烟的产生。内燃机具有以喷射燃料的喷孔从内燃机的汽缸盖向燃烧室露出的方式设置的燃料喷射喷嘴、以及入口和出口露出于燃烧室的中空的管道。管道以从燃料喷射喷嘴的喷孔喷射出的燃料喷雾从入口通向出口的方式贯通汽缸盖的内部地设置。优选的是，管道构成为，从入口朝向出口的方向与从喷孔喷射出的燃料喷雾的方向一致。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及内燃机，更详细地说，涉及通过将燃料直接喷射到被压缩了的燃烧室来进行燃烧的压缩自着火式的内燃机。
背景技术
以往，例如专利文献1公开了在压缩自着火式的内燃机中用于促进燃料和填充空气在燃烧室的预混合的技术。在该技术中，接近在燃烧室露出的燃料喷射装置的顶端部的开口部地设置由中空管构成的管道。从开口部喷射的燃料通过该中空管向燃烧室喷射。在中空管的内部，在喷射的燃料通过的过程中，促进其与填充空气的预混合。由此，在燃烧室中过浓的燃料的分布降低，所以，会降低烟的产生。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2017-530298号公报
专利文献2：日本特开2013-92103号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述以往的技术中，管道在悬空的状态下配置于燃烧室。在这样的构成中，在持续进行燃烧室中的燃烧的情况下，存在管道的过热发展之虞。在此情况下，在通过管道的过程中促进燃料的蒸发，从而存在在与填充空气的预混合发展之前就诱发燃烧之虞。
本发明是鉴于上述那样的课题而完成的，其目的在于提供一种压缩自着火式的内燃机，能够促进燃料的预混合来抑制烟的产生。
用于解决课题的手段
第1发明为了达成上述目的，以通过向压缩了的燃烧室喷射燃料来进行燃烧的压缩自着火式的内燃机为对象。内燃机具有：燃料喷射喷嘴，该燃料喷射喷嘴具有喷射燃料的喷孔并设置成喷孔从内燃机的汽缸盖向燃烧室露出；以及入口和出口露出于燃烧室的中空的管道。管道以从燃料喷射喷嘴的喷孔喷射的燃料喷雾从入口向出口通过的方式贯通汽缸盖的内部地设置。
第2发明在第1发明中还具有以下的特征。
管道构成为，从入口朝向出口的方向与从喷孔喷射的燃料喷雾的方向一致。
第3发明在第1或第2发明中还具有以下的特征。
燃料喷射喷嘴具有喷射方向不同的多个所述喷孔。管道与多个喷孔的各自对应地设置多个。
第4发明在第1至第3发明中任一个的发明中还具有以下的特征。
燃料喷射喷嘴构成为，喷孔的喷射方向相对于汽缸中心轴在45°至90°的范围。
第5发明在第1至第4发明中任一个的发明中还具有以下的特征。
在汽缸盖的顶面，构成具有凹陷成筒状的形状的筒状凹部。燃料喷射喷嘴设置成喷孔从筒状凹部向所述燃烧室露出。并且，管道构成为从筒状凹部贯通汽缸盖的内部。
第6发明在第1至第4发明中任一个的发明中还具有以下的特征。
汽缸盖包括合并(结合、一体化、集成)于顶面的合并部件而构成。管道构成为贯通合并部件。
第7发明在第6发明中还具有以下的特征。
合并部件构成为，与汽缸盖接触的面的表面积比暴露于燃烧室的面的表面积大。
第8发明在第6或第7发明中还具有以下的特征。
合并部件构成为，管道的内壁的表面积比与汽缸盖接触的面的表面积小。
第9发明在第6至第8发明中任一个的发明中还具有以下的特征。
合并部件构成为，形成有管道的面的表面粗糙度比暴露于燃烧室的面的表面粗糙度粗。
第10发明在第6至第9发明中任一个的发明中还具有以下的特征。
合并部件构成为，喷孔的周围呈环状地凸的形状。
第11发明在第6至第9发明中任一个的发明中还具有以下的特征。
合并部件构成为覆盖顶面的整个区域。
第12发明在第1至第11发明中任一个的发明中还具有以下的特征。
在汽缸盖的内部，形成有供冷却水流通的冷却水流路。
发明效果
根据第1发明，向燃烧室内喷射的燃料喷雾通过设置于汽缸盖的内部的管道。汽缸盖的热容量大，所以，通过管道的燃料喷雾一边被冷却一边发展与填充空气的预混合。由此，一边抑制燃料喷雾自着火一边发展与填充空气的预混合，所以，能够防止过浓的燃料燃烧。由此，能够实现烟的降低、以及后燃烧期间的缩短所带来的热效率的提高。
根据第2发明，能够使从喷孔喷射的燃料喷雾从管道的入口朝向出口顺畅地通过。
根据第3发明，即使在具有多个喷孔的情况下，也能够促进从各喷孔喷射的燃料的预混合。
根据第4发明，通过管道的燃料喷雾难以受到活塞的上升对燃烧室内的气流的影响。由此，能够抑制通过管道的燃料喷雾的喷雾穿透力下降的问题。
根据第5发明，管道构成为从筒状凹部贯通汽缸盖的内部。由此，能够最靠近喷孔地配置管道的入口，所以，能够有效地将从喷孔喷射的燃料喷雾导向管道。
根据第6发明，管道也能够是设置在合并于汽缸盖的合并部件的构成。由此，能够灵活地应对管道的规格改变。
合并部件与汽缸盖的接触面积越大，则合并部件的散热程度越大，另外，合并部件与燃烧室的接触面积越大，则合并部件的过热程度越大。根据第7发明，构成为合并部件与汽缸盖的接触面积比与燃烧室的接触面积大，所以，与并非如此的情况相比，能够促进合并部件向汽缸盖的散热并抑制管道的过热。
根据第8发明，既能促进从合并部件向汽缸盖的散热又能使得管道难以受到燃烧室的热。由此，能防止管道20的过热而提高冷却性能。
表面粗糙度越粗，则散热性越高。根据第8发明，合并部件的形成有管道的面与暴露于燃烧室的面相比，表面粗糙度粗。因此，根据本发明，能够构成为难以受到燃烧室内的热且易于冷却喷射出的燃料喷雾的管道。
根据第9发明，管道构成为从环状的合并部件的内周侧贯通内部。由此，能够最靠近喷孔地配置管道的入口，所以，能够有效地将从喷孔喷射出的燃料喷雾导向管道。
根据第10发明，合并部件也能够覆盖燃烧室的顶面的整个面。
根据第11发明，在汽缸盖的内部，形成有供冷却水流通的冷却水流路。根据这样的构成，能够进一步提高设置于汽缸盖的内部的管道的冷却效率。
附图说明
图1是从下表面侧示意性地透视实施方式1的内燃机的燃烧室的内部结构的图。
图2是沿A-A线剖切图1中的内燃机而从侧面侧示意性地透视内部结构的图。
图3是表示实施方式1的发动机的变形例的图。
图4是从下表面侧示意性地透视实施方式2的发动机的燃烧室的内部结构的图。
图5是沿B-B线剖切图4中的发动机而从侧面侧示意性地透视内部结构的图。
图6是表示实施方式2的发动机的管道支承体的变形例的图。
图7是表示实施方式2的发动机的变形例的图。
图8是从下表面侧示意性地透视实施方式3的发动机的燃烧室的内部结构的图。
图9是沿C-C线剖切图8中的发动机而从侧面侧示意性地透视内部结构的图。
图10是表示实施方式3的发动机的管道支承体的变形例的图。
标号说明
2 内燃机(发动机)
4 汽缸盖
6 汽缸体
8 燃烧室
12 进气门
14 排气门
16 燃料喷射喷嘴
18 喷孔
20 管道
42 顶面部
43 冷却水流路
44 筒状凹部
46 安装孔
48 管道支承体
50 螺栓
52 管道支承体
522 突出部
54 连通孔
62 汽缸膛
202 入口
204 出口
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。其中，在以下所示的实施方式中提及的各要素的个数、数量、量、范围等数值的情况下，除了特别明示的情况、原理上明显特定为该数值的情况之外，所提及的数值并非用来限定本发明。另外，在以下所示的实施方式中说明的结构，除了特别明示的情况、原理上明显特定为该结构的情况之外，对本发明并非必需的。
实施方式1.
参照附图，对实施方式1进行说明。
[实施方式1的构成]
图1是从下表面侧示意性地透视实施方式1的内燃机的燃烧室的内部结构的图。另外，图2是沿A-A线剖切图1中的内燃机而从侧面侧示意性地透视内部结构的图。实施方式1的内燃机2是具有多个汽缸的压缩自着火式的内燃机(以下，仅称为“发动机”)。此外，在图1和图2中，示出了发动机2所具有的多个汽缸中的1个汽缸的内部结构。
如图1和图2所示，发动机2具有汽缸盖4和汽缸体6。在汽缸体6中形成汽缸膛(汽缸孔)62。未图示的活塞配置于汽缸膛62的内部。在由汽缸盖4、汽缸膛62和活塞的顶面所包围的空间，形成燃烧室8。
在形成燃烧室8的汽缸盖4的顶面部42，分别配置各两个进气门12和排气门14。在顶面部42的中央配置着燃料喷射喷嘴16。更详细地说，在顶面部42的中央，形成以汽缸中心轴线L1为中心轴并凹陷成筒状的筒状凹部44。在与筒状凹部44相同的轴线上，连通着用于固定燃料喷射喷嘴16的安装孔46。燃料喷射喷嘴16以设置于顶端的喷孔18向燃烧室8内露出的方式固定于安装孔46。
在实施方式1的燃料喷射喷嘴16，设有朝向汽缸膛62均匀地呈放射状地喷射的8个喷孔18。另外，各喷孔18构成为表示燃料的喷射方向的喷孔轴线L2和汽缸中心轴线L1所成的角θ1在45°至90°的范围。
实施方式1的发动机2具有管道20作为其特征构成。管道20由直线的中空管构成，该中空管从设置于筒状凹部44的侧面的入口202朝向设置于顶面部42的出口204贯通汽缸盖4的内部。另外，管道20构成为位于中空管的中心轴线与喷孔轴线L2一致的位置。在实施方式1的发动机2中，对于8个喷孔18的喷孔轴线L2分别设置管道20。
[实施方式1的动作]
在压缩自着火式的发动机2中，在填充于燃烧室8内的空气被压缩的状态下，从燃料喷射喷嘴16喷射燃料。优选，在喷射的燃料喷雾与填充空气混合而燃料浓度的均质化发展了后，进行利用自着火的燃烧。但是，例如在不具有管道20的构成中，从燃料喷射喷嘴16喷射的燃料喷雾接受燃烧室8的热而迅速地过热，从而存在在与填充空气充分地混合之前就自着火之虞。在此情况下，过浓燃料燃烧而导致烟的产生、后燃烧期间长期化而导致热效率的下降会成为问题。
在实施方式1的发动机2中，作为解决上述问题的手段，在燃烧室8内设置管道20。从燃料喷射喷嘴16喷射的燃料喷雾从入口202被导入管道20的内部。另外，管道20的入口202露出于燃烧室8内，所以，燃烧室8内的填充空气也被导向管道20的内部。构成管道20的汽缸盖4由于热容量大，所以，即使在持续燃烧的运转状态下也维持为较低温。因此，喷射到管道20的燃料喷雾一边被冷却一边发展与填充空气的混合，所以，能不过早自着火地发展燃料浓度的均质化。充分地发展了预混合的混合气体从管道20的出口204喷射。喷射的混合气体接受燃烧室8的热、自着火而燃烧。
这样，根据实施方式1的发动机2，在喷射出的燃料喷雾通过管道20的过程中，能够一边抑制自着火一边促进燃料喷雾与填充空气的预混合。由此，能抑制均质化之前的过浓燃料自着火所导致的烟的产生。
另外，根据实施方式1的发动机2，能抑制通过管道20的期间的自着火，所以，能够延迟自着火正时。由此，后燃烧期间缩短，所以，能够实现热效率的提高。
另外，在实施方式1的发动机2中，管道20形成于汽缸盖4，所以，能够将管道20的壁面温度保持为比燃烧室8的气体温度低的温度。由此，能防止管道20内的混合气体的过热而促进预混合。
另外，在实施方式1的发动机2中，管道20的中心轴线与喷孔轴线L2一致。根据这样的构成，能够防止燃料喷雾与管道20的壁面的干涉，所以，能够高效地实现燃料浓度的均质化。
另外，在实施方式1的发动机2中，管道20的中心轴线和汽缸中心轴线L1所成的角θ1被设定于45°至90°的范围。根据这样的构成，能抑制管道20内的气流所导致的喷雾穿透力的下降。
[实施方式1的变形例]
实施方式1的发动机2也可以采用以下那样变形的方式。
管道20只要构成为从燃料喷射喷嘴16的喷孔18喷射出的燃料喷雾从入口202通向出口204，则不限定其形状、条数等。另外，对汽缸盖4的筒状凹部44也同样地，只要是露出于燃烧室8且可形成入口202的形状，则不特别限定于筒形状。
可以在汽缸盖4的内部设置供冷却水流通的冷却水流路。图3是表示实施方式1的发动机的变形例的图。在该图所示的例子中，在汽缸盖4的内部设置着供冷却水流通的冷却水流路43。根据这样的构成，形成于汽缸盖4的管道20的冷却效率进一步提高。
实施方式2.
参照附图，对实施方式2进行说明。
[实施方式2的构成]
图4是从下表面侧示意性地透视实施方式2的发动机的燃烧室的内部结构的图。另外，图5是沿B-B线剖切图4中的发动机而从侧面侧示意性地透视内部结构的图。此外，在图4和图5中，对图1或图2共有的要素赋予相同的标号并省略其详细说明。
如图4和图5所示，在形成燃烧室8的汽缸盖4的顶面部42的中央，贯通有用于固定燃料喷射喷嘴16的安装孔46。燃料喷射喷嘴16以顶端的喷孔18向燃烧室8内露出的方式固定于安装孔46。
实施方式2的发动机2具有形成有管道20的管道支承体48作为其特征构成。管道支承体48是以包围燃料喷射喷嘴16的喷孔18的周围的方式构成为凸状的环状的部件。管道支承体48由4个螺栓50固定成紧贴于汽缸盖4的顶面部42。
管道20由直线的中空管构成，该中空管从设置于管道支承体48的内周侧的入口202朝向设置于外周侧的出口204贯通管道支承体48的内部。此外，管道20与实施方式1的管道20的构成同样地，构成为位于中空管的中心轴线与喷孔轴线L2一致的位置。
[实施方式2的动作]
在实施方式2的发动机2中，管道20形成于管道支承体48。管道支承体48紧贴于汽缸盖4而被固定，所以，也可以说是合并于汽缸盖4的合并部件。因此，形成于管道支承体48的管道20与形成于汽缸盖4的情况同样地，能够将管道20的壁面温度保持为比燃烧室8的气体温度低的温度。由此，能防止管道20内的混合气体的过热而促进预混合。
另外，在实施方式2的发动机2中，是将管道支承体48固定于汽缸盖4的构成，所以，能够调整管道20相对于汽缸盖4的位置。另外，在实施方式2的发动机2中，能够对于汽缸盖4组合各种管道支承体48，所以，即使改变燃料喷射喷嘴16的规格，只要改变管道支承体48，就能够使汽缸盖4通用化。这样，在实施方式2的发动机2中，能够灵活地应对燃料喷射方式的规格改变。
[实施方式2的变形例]
实施方式2的发动机2也可以采用以下那样变形的方式。
管道20只要构成为从燃料喷射喷嘴16的喷孔18喷射出的燃料喷雾从入口202通向出口204，则不限定其形状、条数等。另外，对管道支承体48也同样地，只要是以露出于燃烧室8的方式构成为凸状且是可供管道20贯通的形状，则不特别限定于环状的形状。
管道支承体48只要是紧贴于汽缸盖4而固定的构成，则不限定其固定方法。但是，优选的是，管道支承体48构成为与汽缸盖4接触的面的表面积比暴露于燃烧室8的面的表面积大。作为这样的构成，例如考虑图6所示的方式。图6是表示实施方式2的管道支承体48的变形例的图。在该图所示的例子中，管道支承体48的一部分呈环状地埋入汽缸盖4的内部。根据这样的构成，能够使管道支承体48与汽缸盖4的接触面积比暴露于燃烧室8的面的表面积大，所以，能防止管道20的过热而提高冷却性能。
另外，作为管道支承体48的其它优选方式，优选构成为，管道20的内壁的表面积比与汽缸盖4接触的面的表面积小。根据这样的构成，既能促进从管道支承体48向汽缸盖4的散热又能使管道20难以受到燃烧室8的热。由此，能防止管道20的过热而提高冷却性能。
管道20的壁面的表面粗糙度优选比暴露于燃烧室8的管道支承体48的表面粗糙度粗。根据这样的管道支承体48的构成，能提高与喷射出的燃料喷雾的传热率并降低与燃烧室内的填充气体的传热率。
可以在管道支承体48的内部设置供冷却水流通的冷却水流路。图7是表示实施方式2的发动机的变形例的图。在该图所示的例子中，供冷却水在汽缸盖4的内部流通的冷却水流路43的一部分延伸到管道支承体48的内部。根据这样的构成，形成于管道支承体48的管道20的冷却效率进一步提高。
实施方式3.
参照附图，对实施方式3进行说明。
[实施方式3的构成]
图8是从下表面侧示意性地透视实施方式3的发动机的燃烧室的内部结构的图。另外，图9是沿C-C线剖切图8中的发动机而从侧面侧示意性地透视内部结构的图。此外，在图8和图9中，对图1或图2共有的要素赋予相同的标号并省略其详细说明。
如图8和图9所示，在实施方式3的发动机2中，以覆盖形成燃烧室8的汽缸盖4的顶面部42的整个区域的方式，设置形成有管道20的管道支承体52。管道支承体52是夹在汽缸盖4与汽缸体6之间的板材，在与安装孔46相同的轴线上，设有用于使燃料喷射喷嘴16的喷孔18露出于燃烧室8内的连通孔54。
管道20由直线的中空管构成，该中空管从设置于连通孔54的内周侧的入口202朝向露出于燃烧室8的出口204贯通管道支承体52的内部。此外，管道20与实施方式1的管道20的构成同样地，构成为位于中空管的中心轴线与喷孔轴线L2一致的位置。
[实施方式3的动作]
在实施方式3的发动机2中，管道20形成于管道支承体52。管道支承体52紧贴于汽缸盖4并固定，所以，也可以说是合并于汽缸盖4的合并部件。因此，形成于管道支承体52的管道20与形成于汽缸盖4的情况同样地，能够将管道20的壁面温度保持为比燃烧室8的气体温度低的温度。由此，能防止管道20内的混合气体的过热而促进预混合。
另外，在实施方式3的发动机2中，能够对于汽缸盖4组合各种管道支承体52，所以，即使改变燃料喷射喷嘴16的规格，只要改变管道支承体52，就能够使汽缸盖4通用化。这样，在实施方式3的发动机2中，能够灵活地应对燃料喷射方式的规格改变。
[实施方式3的变形例]
实施方式3的发动机2也可以采用以下那样变形的方式。
管道20只要构成为从燃料喷射喷嘴16的喷孔18喷射出的燃料喷雾从入口202通向出口204，则不限定其形状、条数等。另外，对管道支承体52也同样地，只要是以露出于燃烧室8的方式构成为凸状且是可供管道20贯通的形状，则不特别限定于环状的形状。
管道支承体52只要是紧贴于汽缸盖4而固定的构成，则不限定其固定方法。例如，也可以是将管道支承体52螺栓紧固于汽缸盖4的构成。
管道支承体52优选构成为与汽缸盖4接触的面的表面积比暴露于燃烧室8的面的表面积大。作为这样的构成，例如考虑图10所示的方式。图10是表示实施方式3的管道支承体52的变形例的图。在该图所示的例子中，从管道支承体52向汽缸盖4侧呈环状地突出的突出部522埋入汽缸盖4的内部。根据这样的构成，能够使管道支承体52与汽缸盖4的接触面积比暴露于燃烧室8的面的表面积大，所以，能防止管道20的过热而提高冷却性能。
管道20的壁面的表面粗糙度优选比暴露于燃烧室8的管道支承体52的表面粗糙度粗。根据这样的管道支承体52的构成，能提高与喷射出的燃料喷雾的传热率并降低与燃烧室内的填充气体的传热率。

Claims (8)

1.一种内燃机，是通过向压缩了的燃烧室喷射燃料来进行燃烧的压缩自着火式的内燃机，其特征在于，具有：
燃料喷射喷嘴，该燃料喷射喷嘴具有喷射燃料的喷孔，设置成所述喷孔从所述内燃机的汽缸盖直接露出到所述燃烧室内；以及
入口和出口露出于所述燃烧室内的中空的管道；
所述汽缸盖构成为，包括合并于顶面的合并部件；
所述管道以从所述燃料喷射喷嘴的所述喷孔喷射出的燃料喷雾从所述入口向所述出口通过的方式贯通所述合并部件地设置；
所述合并部件构成为，与所述汽缸盖接触的面的表面积比暴露于所述燃烧室的面的表面积大；
所述合并部件构成为，所述喷孔的周围呈环状地凸的形状。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
所述管道构成为，从所述入口朝向所述出口的方向与从所述喷孔喷射出的燃料喷雾的方向一致。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，
所述燃料喷射喷嘴具有喷射方向不同的多个所述喷孔；
所述管道与所述多个喷孔的各自对应地设置多个。
4.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，
所述燃料喷射喷嘴构成为，所述喷孔的喷射方向相对于汽缸中心轴在45°至90°的范围。
5.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，
所述合并部件构成为，所述管道的内壁的表面积比与所述汽缸盖接触的面的表面积小。
6.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，
所述合并部件构成为，形成有所述管道的面的表面粗糙度比暴露于所述燃烧室的面的表面粗糙度粗。
7.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，
所述合并部件构成为覆盖所述顶面的整个区域。
8.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，
在所述汽缸盖的内部，形成有供冷却水流通的冷却水流路。
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