CN109983208A - 柴油发动机 - Google Patents

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CN109983208A CN201780071724.7A CN201780071724A CN109983208A CN 109983208 A CN109983208 A CN 109983208A CN 201780071724 A CN201780071724 A CN 201780071724A CN 109983208 A CN109983208 A CN 109983208A
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神崎淳
片冈一司
金尚奎
饭田晋也
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Abstract

柴油发动机包括气缸(12)、气缸盖(14)、燃料喷射阀(17)、活塞(13)。活塞(13)具有：凹设而成的腔室(30)，以便在位于上止点时能够接受从燃料喷射阀(17)喷射出的燃料；通过将腔室(30)的开口部的周缘部的局部向径向外侧凹设而成的切口部(40)。切口部(40)从活塞顶面(13a)朝着内周壁面(30a)以相对于气缸(12a)的中心轴为0°以上且50°以下的角度而向径向内侧倾斜。

Description

柴油发动机
技术领域
本发明涉及柴油发动机，尤其涉及如下的直接喷射式柴油发动机：在活塞的顶面上凹设有腔室，燃料直接地从燃料喷射阀被喷射到所述腔室。
背景技术
在活塞的顶面上形成有腔室的柴油发动机已为公知。该发动机中，从燃料喷射阀被喷射出的燃料在到达腔室的周缘部近傍后，沿着内周壁面而被引导到腔室的中央侧，从而促进其与空气的混合。尤其是在燃料喷射量较多的中负荷区域或高负荷区域中，从燃料喷射阀被喷射出的喷雾的穿透性(贯穿力)强，即使在充分地离开燃料喷射阀的位置处，也能够使喷雾的速度维持高速，使得其与空气的混合得到促进。
另一方面，在燃料喷射量较少的低负荷区域中，喷雾容易滞留在腔室的周缘部近傍，导致其与空气的混合性下降。为了提高其与空气的混合性，有效的做法是增强喷雾的穿透性，然而，若喷雾的穿透性过强，会使从腔室的周缘部近傍的壁面的散热量增大，从而导致冷却损失增大。
对此，专利文献1公开了如下的技术：为了抑制低负荷区域中的冷却损失，对腔室的形状及燃料喷射阀的喷口的形状(长度、口径)以满足指定的关系的方式进行设定，以使喷雾的穿透性不至于过强。
然而，专利文献1的技术虽然能够抑制低负荷区域中的冷却损失增大，但是由于喷雾的流动性低，因而其无法促进在腔室中的与空气的混合。因此，容易在腔室的周缘部近傍产生局部燃烧，有时会因该局部燃烧所引起的高温化和氧不足而导致NOx及煤烟增大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2015-232288号
发明内容
本发明鉴于上述的情况而作，其目的在于提供一种如下的柴油发动机：即使是穿透性较弱的喷雾，该喷雾在腔室中的流动性也能够被提高，能够促进其与空气的混合。
为了实现上述目的，本发明的柴油发动机包括：气缸；气缸盖，覆盖所述气缸的端面；燃料喷射阀，安装于所述气缸盖；以及活塞，能够进行往返运动地设置在所述气缸内，并且具有从顶面向所述气缸盖侧的相反侧凹设而成的腔室，以便在位于上止点时能够接受从所述燃料喷射阀喷射出的燃料；其中，所述活塞还具有切口部，该切口部通过在所述腔室的开口部的周缘部的局部上将从所述腔室的内周壁面至所述顶面的区域向径向外侧凹设而成，所述切口部从所述顶面朝着所述内周壁面以相对于所述气缸的中心轴为0°以上且50°以下的角度而向径向内侧倾斜。
附图说明
图1是简略地表示本发明的一实施方式所涉及的发动机的燃烧室的剖视图。
图2是构成燃烧室的腔室的剖视图。
图3是设有腔室的活塞的俯视图。
图4A是表示燃料喷射阀的结构的侧视图。
图4B是表示燃料喷射阀的结构的剖视图。
图5是从顶面侧观察活塞时的立体图。
图6是从图5的箭头A方向观察时的切口部的主视图。
图7是表示腔室中的喷雾及空气流动的说明图。
图8是表示燃烧前半阶段的燃烧状态的说明图。
图9是表示燃烧后半阶段的燃烧状态的说明图。
图10是说明变形例所涉及的腔室中的喷雾及空气的流动的图。
图11是表示变形例所涉及的活塞的俯视图。
图12是表示图11的活塞中的喷雾及空气流动的说明图。
图13是表示图11的活塞中的喷雾及空气流动的变形例的说明图。
图14是表示变更了周向壁部的倾斜角度时的腔室的剖视图。
图15是表示图14的腔室中的喷雾及空气流动的说明图。
具体实施方式
以下，根据附图来说明本发明所涉及的实施方式。以下的说明只不过是本质性的例示，本发明并没有限制其应用对象或其用途的意图。此外，附图也只是示意性的图，其中的各距离的比率等与实物有所差异。
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的柴油发动机的燃烧室结构的图，该发动机10的燃烧室11由形成在气缸体12中的气缸12a的内周面、在气缸12a内往复移动的活塞13的顶面13a(以下称作活塞顶面13a)、与活塞顶面13a相向的气缸盖14的下表面14c、分别对形成在气缸盖14中的进气道14a及排气道14b进行开闭的进气门15及排气门16的各下表面所划分。
活塞顶面13a中形成有向离开气缸盖14的下表面14c的方向凹陷而成的腔室30，该腔室的内侧空间也构成燃烧室11。腔室30的俯视下的基本形状被构成为大致圆形。气缸盖14中安装有燃料喷射阀17。燃料喷射阀17在俯视下位于气缸12a的中央，并且以远端部面临燃烧室11的方式设置。
图2是燃烧室11在通过气缸12a的中心轴X的剖面上的剖视图，图3是燃烧室11的俯视图。图2及图3中均表示了活塞13位于压缩上止点时的状态，而且以符号F来表示从燃料喷射阀17被喷射出的燃料的喷雾。腔室30的形状及大小被设定为至少在活塞13位于压缩上止点或压缩上止点近傍时能够接受从燃料喷射阀17被喷射出的燃料(喷雾F)的形状及大小。
如图2所示，腔室30采用所谓的凹腔型的结构。即，腔室30由唇部32、周边凹部33、中央部34构成，唇部32位于腔室30上面的开口部31(以下称作腔室开口部31)的周缘部而且直径小于腔室30的内部直径，周边凹部33从唇部32往腔室30的底部延伸，中央部34从周边凹部33往腔室的中央部延伸。周边凹部33以直径大于唇部32的直径的方式而向径向外侧被凹设。中央部34被形成为朝着位于其中心部上方的燃料喷射阀17凸起的山形状。
换言之，腔室30具有构成该腔室30的径向外侧壁部的内周壁面30a和构成该腔室30的底部的底壁部30b。内周壁面30a由唇部32、周边凹部33的径向外侧的局部构成。底壁部30b由中央部34、周边凹部33的底侧的局部构成。
如图3所示，在腔室开口部31的周缘部中，在周向上隔开间隔地排列的多个切口部40呈放射状地形成。各切口部40通过使从腔室30的内周壁面30a至活塞顶面13a的区域向径向外侧凹设而被形成。多个切口部40通过使活塞顶面13a上的空气流导入到腔室30内侧而起到增大腔室30内的喷雾F的流动性的作用。详细的情况后述。
在燃料喷射阀17的远端部的周围形成有多个喷口17a…17a。燃料喷射阀17在活塞13位于压缩上止点或该压缩上止点近傍时，如图3所示那样使燃料从喷口17a呈放射状地被喷射出，并且如图2所示那样使喷雾F射向腔室30的唇部32与周边凹部33的交界部近傍。
本实施方式中，喷口17a在周向上等间隔地设置有10个，并且分别形成为相同的大小。图4A、4B是放大表示燃利.喷射阀17的远端部的图，图4A是侧视图，图4B是沿图4A的B-B线的剖视图。
如图4B所示，喷口17a以具有指定的喷口径D及喷口长L的方式而被形成。喷口17a的喷口径D及喷口长L在与气缸直径C(参照图1)之间的关系上以满足指定的关系的方式而被构成，由此，实现在低负荷区域中的喷雾F的低穿透性从而由此而实现降低冷却损失，并且实现在中高负荷区域中降低煤烟(煤)。
返回到图2，腔室30的周边凹部33由最远离燃料喷射阀17的第一部分33a、相对于第一部分33a而位于唇部32侧的第二部分33b、相对于第一部分33a而位于中央部34侧的第三部分33c构成。第一部分33a、第二部分33以及第三部分33c分别由在腔室30的中心侧具有中心O1、O2、O3的圆弧所构成。
此外，本实施方式中，第二部分33b的圆弧的半径R2和第三部分的圆弧的半径R3被设定为相等，并且第一部分33a的圆弧的半径R1被设定为小于半径R2及R3。由此，周边凹部33的剖面形状成为以连结最远离燃料喷射阀17的喷口17a的第一部分33a的中心位置与喷口17a的直线Y为中心的线对称的形状。即，周边凹部33以相对于直线Y而位于第二部分33b侧的部分和相对于直线Y而位于第三部分33c侧的部分夹着直线Y成对称的方式而被形成。
与周边凹部33的第二部分33b相连续的唇部32由在包含气缸12a的中心轴X的剖面上在腔室30的中心侧的相反侧具有中心O4的圆弧所构成。
如图3中以双点划线所示，两个进气道14a和两个排气道14b向燃烧室11的四个角落开口。两个进气道14a由螺旋气道及或切向气道构成，并且以至少一方的进气道14a(本实施方式中位于图3的右下侧的通道)的向燃烧室11开口的部分的轴线在图3中指向顺时针方向的方式而被构成。
由此，从图3中位于右下侧的进气道14a导入燃烧室11的新鲜空气便容易地朝着燃烧室11而向顺时针方向被导入，以生成沿顺时针方向流到燃烧室11的涡流S。涡流S不仅生成在活塞顶面13a的上方，而且也生成在腔室30的内部。
此外，随着活塞13往压缩上止点移动，在燃烧室11中生成从径向外侧流向内侧的挤压流V，以使位于活塞顶面13a和气缸盖14的下表面14c之间的空气流入到腔室30。即，本实施方式中，在燃烧室11中生成涡流S和挤压流V。
以下，还一并参照图5及图6，对形成在活塞13的腔室开口部31的周缘部上的切口部40进行详述。图5是活塞13的立体图，表示着腔室30。图6是从图5的箭头A方向观察时的切口部40的主视图。如图5所示，多个切口部40在周向上等间隔地设置，分别形成为相同的大小。
参照图3，切口部40被设置在避开从燃料喷射阀17被喷射出的喷雾F的位置上。换言之，燃料喷射阀17的喷口17a与位于相邻的切口部40之间的腔室30的基本形状部分(亦即内周壁面30a)亦即非切口部50相向。此处，本实施方式中，切口部的数量NC在与燃料喷射阀17的喷口17a的数量(以下称作喷口数量NH)的关系上，以满足以下的式(1)的关系的方式而被设定。
NH/2≤NC≤NH (1)
即，切口部40被形成为喷口数量NH的一半以上且喷口数量NH以下的数量。换言之，切口部40相邻地位于到达腔室30的内周壁面30a的喷雾F的至少周向上的一侧。
此外，本实施方式中，切口部40设置有与燃料喷射阀17的喷口数量NH相同的数量。即，切口部40沿着周向等间隔地形成在腔室开口部31的十处，切口部40相邻地位于被喷射到非切口部50的各喷雾F的周向两侧。
切口部40形成为在周向上具有指定宽度的槽形状。即，切口部40具有：槽底壁部41，在周向上具有指定宽度且构成面临腔室30的中心的带状底面；一对侧壁部42，从槽底壁部41的周向两端向径向内侧突出且在周向上相向。
如图2的虚线所示，槽底壁部41从活塞顶面13a往径向内侧倾斜地朝着腔室30的周边凹部33延伸。更具体而言，在图2所示的剖视图上，槽底壁部41沿着与腔室30的周边凹部33外接的切线而形成。由此，槽底壁部41与周边凹部33便能够没有折曲或级差地圆滑地相连续。
本实施方式中，槽底壁部41从活塞顶面13a以相对于气缸12a的中心轴X大约30°的倾斜角度α往径向内侧倾斜地朝着周边凹部33延伸。此外，槽底壁部41只要不是往径向外侧倾斜地朝周边凹部33延伸便可。因此，倾斜角度α在0°(亦即槽底壁部41与中心轴X平行时的角度)以上的范围中，可以大于或可以小于30°。较为理想的是，倾斜角度α为0°以上且50°以下。
在倾斜角度α小于0°的情况下，沿着槽底壁部41从活塞顶面13a至切口部40的路径便在图2所示的剖面中向径向外侧较大地折曲，难以将活塞顶面13a上的空气流圆滑地导入到腔室30。另一方面，倾斜角度α越大则在图2所示的剖面中越能够使从活塞顶面13a至切口部40的路径更圆滑，能够容易使空气流导入到腔室30，能够增大其流量。
然而，在倾斜角度α超过50°的情况下，为了维持燃烧室11的压缩比而会过度地减小腔室30的容积。例如，可考虑如图14中的虚线所示那样将槽底壁部410的倾斜角度α设定为大于50°并且减小腔室30的中央部340的深度的做法。然而，若这样做，如图15所示，由于从燃料喷射阀17喷射出来的喷雾Fa与被内周壁面30a改变了方向而沿着中央部340被引导的喷雾Fb容易发生互相干涉(图中的W表示干涉区域)，因此，喷雾F的流动会受到阻碍，从而导致其与空气的混合性下降。另一方面，也可以考虑减小腔室开口部31的做法，但是，若这样做，由于喷雾F到达内周壁面30a时的穿透性相对较强，因此，会导致冷却损失增大。
本实施方式中，切口部40的槽底壁部41的倾斜角度α被设定为30°，位于活塞顶面13a侧的上端部在活塞顶面13a上开口。在切口部40的倾斜角度α为较小的情况(例如0°)下，切口部40的上端部便在唇部32上开口。
如图3所示，在周向上相向的一对侧壁部42分别相对于气缸12a的中心而呈放射状延伸。因此，切口部40随着往径向外侧伸展而其槽宽增大。此外，如图6所示，一对侧壁部42与气缸12a的中心轴X平行地延伸，并且与活塞顶面13a正交。
返回到图3，各切口部40被形成在绕气缸12a的中心轴X的指定的角度范围β上。考虑到喷雾F的喷雾角θ(图3的俯视下的扩展度)，角度范围β以能够确保接受喷雾F的非切口部50有指定的角度范围(至少为15°)的方式而被设定。详细而言，考虑到所设想的喷口数量(例如至多也只是16个喷口)，切口部40的角度范围β被设定在7.5°以上且30°以下，以使非切口部50具有大于喷雾F的喷雾角θ的角度范围。
即，在考虑到喷雾F的喷雾角θ时，非切口部50需要至少15°的角度范围。此情况下，将多个切口部40的各自的角度范围β设定为7.5°时，便能够形成角度范围15°的非切口部50共计16个，因此，便能够使用最多具有16个喷口的燃料喷射阀17。此外，将多个切口部40的各自的角度范围β设定为30°时，便能够形成角度范围15°的非切口部50共计8个，因此，便能够使用具有最多8个喷口的燃料喷射阀17。
本实施方式中，切口部40的角度范围β被设定为14°，非切口部50的角度范围被设定为22°。非切口部50的角度范围(22°)大于上述的下限的角度范围(15°)。
此外，一对侧壁部42只要相对于气缸12a的中心轴X大致呈放射状延伸便可，其并不一定要位于通过中心轴X的直线上。因此，一对侧壁部42也可以互相平行，也可以相对于从中心轴X呈放射状延伸的线而向彼此相同的方向倾斜或向彼此不同的方向倾斜。此情况下，切口部40的槽宽也可以为规定值，也可以为随着往径向外侧延伸而增大或减小的值。总之，位于相邻的切口部40之间的非切口部50只要以具有大于喷雾F的喷雾角θ的角度范围的方式而被设定便可。
其次，说明该实施方式的作用效果。
图7是示意性地表示在活塞13位于压缩上止点近傍时的燃烧室11中的喷雾F及空气流Z的立体图。本实施方式中，如上所述，在燃烧室11中生成涡流S和挤压流V(参照图3)，基于生成在位于压缩上止点近傍的活塞顶面13a上的这些水平方向的气流S、V，从而生成从切口部40被导入到腔室30内部的空气流Z。
即，基于俯视下绕顺时针方向流动的涡流S与从径向外侧流往径向内侧的挤压流V合成而生成经由多个切口部40从腔室30的内周壁面30a往中央部34侧的空气流Z。因此，如图7所示，被导入到腔室的空气流Z便以沿着涡流S向顺时针方向流动并且沿着挤压流V向径向内侧流动的方式而呈螺旋状往中央部34的中央流动。
此处，图8表示低负荷区域中的燃烧前半阶段的状态。如图8所示，在低负荷区域中，从燃料喷射阀17被喷射出的喷雾F在到达内周壁面30a后，其大部分改变方向而沿着周边凹部33流向腔室30的底侧。然而，由于在低负荷区域中，喷雾F的穿透性弱(亦即流动性低)，因此，喷雾F便滞留在周边凹部33近傍。
对此，在本实施方式中，如图7及图8所示，从切口部40被导入的空气流Z一边将位于涡流方向下游侧的喷雾F卷入一边朝中央部34呈螺旋状流动。由此，如图8所示，促进了滞留在周边凹部33的喷雾F的往中央部34侧的流动，因此，能够提高喷雾F与腔室30内的空气的混合性。
而且，空气流Z朝向与滞留在周边凹部33的喷雾F的方向大致相同的方向，因此，不会阻碍喷雾F的流动，相反还会辅助其往中央部34侧的移动。由此，喷雾F的流动进一步得到促进。此外，由于槽底壁部41沿着剖视下外接周边凹部33的切线而被形成，因此，能够使从切口部40被导入的空气流Z圆滑地导入周边凹部33。由此，喷雾F的流动更进一步被促进。
此外，本实施方式中，构成周边凹部33的第二部分33b的圆弧的半径R2较大(比第一部分33a的半径R1大)，因此，如图8所示，能够将喷雾F所碰撞的部位上的切线T的方向与喷雾F的喷射方向所构成的角度设定得较小。由此，不会导致喷雾F与内周壁面30a剧烈碰撞而散乱到周边，能够顺利地将喷雾F导入到第二部分33b。
此外，基于唇部32的存在，在第二部分33b和唇部32的交界近傍与唇部32碰撞后的喷雾F也不会太过散乱而以主要往第二部分33b侧圆滑地流动的方式被引导。由此，喷雾F的大部分被导入腔室30内。
而且，喷雾F的流动的方向变为从第二部分33b移动到第一部分33a并且从活塞13的径向外侧往内侧移动的方向。此时，由于第一部分33a的半径R1小于第二部分33b的半径R2，因此，喷雾F的扩散受到抑制，并且基于来自切口部40的空气流Z的辅助，往第三部分33c的喷雾F的流动被加速。
此时，部分的燃料的燃烧已经开始，从而产生燃烧气体，喷雾F便成为燃烧气体和未燃烧燃料混合在一起的半燃烧状态，处于该半燃烧状态的喷雾F(以下将此称作半燃烧气体)的流动基于第一部分33a而被加速，从而附着于周边凹部33的壁面的燃料被吹散。由此，能够抑制因在包含附着燃料的局部富油区域中的燃烧而产生的煤烟的量。
此外，由于周边凹部33以连结燃料喷射时最远离燃料喷射阀17的第一部分33a内的位置P与燃料喷射阀17的喷口17a的直线Y为中心而对称地形成，因此，一旦被加速后而被减速的半燃烧气体的流动不发生较大的分散而以第一部分33a的上述位置P为界线而圆滑地变换为从活塞13的径向外侧往内侧的流动。
其次，对方向被改变为往活塞13的径向内侧的半燃烧气体在腔室30的中央部34处与大量的空气混合为止的燃烧后半阶段进行说明。如图9所示，方向被改变为往径向内侧的半燃烧气体沿着周边凹部33的第三部分33c而被引导，并且从该周边凹部33朝着中心部凸起的腔室30的底部的中央部34移动。
此时，由于周边凹部33中的第三部分33c的半径R3大于第一部分33a的半径R1，因此，能够防止导入到第三部分33c的喷雾F急剧地向腔室开口部31侧(向上方)改变方向。由此，能够避免调头后的喷雾F与刚从燃料喷射阀17被喷射出的喷雾F干涉。
其结果，半燃烧气体的流动便能够维持原来的气势而不会发生分散地朝腔室30的中央部34侧流动，与燃烧室11的中央部所存在的大量的空气良好地混合，生成均匀的且稀薄的燃烧气体。而且，基于在此状态下进行的燃烧，能够抑制因在富油区域燃烧而导致的煤烟的发生，而且基于燃烧气体整体相对地稀薄，还能够有效地使在局部产生的煤烟被氧化。
亦即，即使是因穿透性弱而容易滞留在腔室的内周壁面30a的喷雾F，也能够被促进流动，从而能够提高其与腔室30中的空气的混合性。
而且，空气流Z从多个切口部40被导入腔室30，并且基于该空气流Z，能够使从多个喷口17a被喷射出的喷雾F往腔室30的中央部34侧流动。此外，由于喷雾F朝着非切口部50被喷射出，因此，在其被腔室30的内周壁面30a引导而改变了方向后，基于向与该方向相同的方向被导入的来自切口部40的空气流Z，其往中央部34侧的流动便得到更进一步的促进。
此外，多个切口部40分别被形成在俯视下绕气缸12a的中心轴X的7.5°以上且30°以下的角度范围内。由此，能够恰当地确保到非切口部50的角度范围，因此，基于腔室30的内周壁面30a，能够良好地引导喷雾F，并且能够更有效地通过切口部40来产生空气流Z。
例如，将切口部40的角度范围β设为小于7.5°时，由于切口部40的容积相对地变小，因此，通过切口部40而被导入的空气流的动量减少，喷雾流动的促进效果便变少。
相反，即使将切口部40的角度范围β设为大于30°，也不能太期待能够提高基于切口部40的喷雾F流动的促进效果。而且，因切口部40的容积被设定得过大而为了维持燃烧室11的压缩比而会产生将腔室30的容积设定得过小的问题。此情况下，如在前面利用图14及图15所说明的那样，在喷雾的混合性及冷却损失方面存在不利。即，若将燃烧室11设定得较浅，则从燃料喷射阀17被喷射出的喷雾容易发生互相干涉，导致喷雾和空气的混合性下降。另一方面，若将腔室开口部31设定得较小，则喷雾F到达内周壁面30a时的穿透性便变得相对较强，从而导致冷却损失增大。
上述实施方式中，两个进气道14a的至少一方由螺旋气道及或切向气道所构成，由此，在燃烧室11中生成涡流S，但是，本发明并不仅限于此。即，即使在如图10所示那样基于进气道在燃烧室11中几乎不生成涡流S而主要生成挤压流V的情况下，也能够增大喷雾F的流动性。
具体而言，在切口部40及从切口部40被导入腔室30内的空气流Z的路径上，基于流势强的空气流的作用，与周边相比，压力容易下降。基于该压力下降，位于切口部40及空气流Z周围的喷雾F会被空气流Z吸引，从而与空气流Z一起流往中央部34侧。因此，即使在几乎不生成涡流S而主要生成挤压流V的情况下，基于切口部40也能够促进喷雾F往中央部34侧的流动。
图11至图13是燃烧室11的俯视图，表示了将切口部的数量NC设为燃料喷射阀17的喷口数量NH的一半的变形例。图11所示的例子中，喷口数量NH为10，切口部的数量NC为5。从燃料喷射阀17被喷射出的各喷雾F与切口部40在周向上的一侧相邻，而在另一侧与喷雾F相邻。
此情况下，在燃烧室11中生成涡流S时，如图12所示，空气流Z以如下的方式产生作用：基于压力下降而将在涡流方向S的上游侧(图12中逆时针方向侧)相邻的喷雾F1吸引，并且将在涡流方向S的下游侧(图12中顺时针方向侧)相邻的喷雾F2卷入，使之流往腔室30的中央部34侧。
此外，在燃烧室11几乎不生成涡流S而主要生成挤压流V的情况下，如图13所示，空气流Z以如下的方式产生作用：基于压力下降而将在周向上的两侧相邻的喷雾F1、F2吸引，并且使之流往腔室30的中央部34侧。
此外，作为喷口数量NH的函数也可以设定切口部40的角度范围β。此情况下，燃料喷射阀17的喷口数量NH、切口部40的角度范围β以满足以下的式(2)的关系的方式而被设定。
(360°×0.1)/NH≤β≤(360°-NH×15°)/NH (2)
即，在将角度范围β设定为下限值的情况下，所有的切口部40的角度范围β的合计值能够确保到活塞顶面13a的周部中的至少10％，从而能够确保到经由切口部40而被导入腔室30的空气流的流量。此外，在角度范围β设定为上限值的情况下，能够确保非切口部50至少在15°的角度范围内，因此，能够通过非切口部50将喷雾F承接，并且能够将其沿着内周壁面30a引导到腔室30。
上述实施方式中，以具有凹腔型的腔室的活塞为例进行了说明，但是，本发明还可以应用于具有浅底型或深坑型等各种腔室的活塞。
此外，上述实施方式中，将多个切口部40设置于腔室开口部31的周缘部，但是本发明并不仅限于此。即，也可以将其仅设置在一处。即使这样设置，也能够使空气流从切口部40导入到腔室30。
实施例
针对实施例1至4的活塞13，通过CAE(计算机辅助工程)分析来评价腔室30内的空气流Z。如表1所示，实施例1至4中仅切口部40的槽底壁部41的倾斜角度α不同而其它均相同。即，各切口部40中，燃料喷射阀17的喷口数量NH为10，同样地，切口部的数量NC也为10，周向上的角度范围β为14°。
实施例1中，切口部40(槽底壁部41)的倾斜角度α为0°，实施例2至4中，切口部40的倾斜角度α按20°、30°、45°的顺序增大。对具有实施例1至4所涉及的切口部40的活塞13的低速区域中的空气流Z，通过各者的最高流速来进行评价，在表1中，将实施例1的空气流的最高流速设为100，对实施例2至4的最高流速分别以指数进行表示。
表1
从表1可知，随着切口部40的倾斜角度α从0°开始增大，空气流Z的最大流速也增大。尤其是从实施例2及实施例3可知，倾斜角度α大于20°时，空气流Z的最大流速显著地增大。另一方面，从实施例3及实施例4可知，随着倾斜角度α大于30°，最大流速的上升量有所收敛。
因此，通过将切口部40的倾斜角度α设定为0°以上，能够提高空气流Z的最大流速，由此，能够提高腔室30中的喷雾F的流动性。另一方面，通过将切口部40的倾斜角度α设定为50°以下，既能够防止切口部40的范围变得过大又能够有效地提高喷雾F的流动性。
上述实施方式的柴油发动机的特征总结如下。
柴油发动机包括：气缸；气缸盖，覆盖所述气缸的端面；燃料喷射阀，安装于所述气缸盖；以及活塞，能够进行往返运动地设置在所述气缸内，并且具有从顶面向所述气缸盖侧的相反侧凹设而成的腔室，以便在位于上止点时能够接受从所述燃料喷射阀喷射出的燃料；其中，所述活塞还具有切口部，该切口部通过在所述腔室的开口部的周缘部的局部上将从所述腔室的内周壁面至所述顶面的区域向径向外侧凹设而成，所述切口部从所述顶面朝着所述内周壁面以相对于所述气缸的中心轴为0°以上且50°以下的角度而向径向内侧倾斜。
根据该结构，处于上止点近傍的活塞顶面上所产生的水平方向的空气流(例如涡流或挤压流)以通过切口部且从腔室的内周壁面往中央部侧流动的方式被导入。此外，基于通过该切口部而被导入的空气流，促进了腔室的内周壁面近傍的喷雾往中央部侧的流动，因此，喷雾与空气的混合性被提高。即，即使是因穿透性较弱而容易滞留于腔室的内周壁面的喷雾，该喷雾的流动也能够被促进，从而能够提高其与腔室中的空气的混合性。
而且，切口部从活塞的顶面朝着腔室的内周壁面以相对于气缸的中心轴为0°以上且50°以下的角度而向径向内侧倾斜。其结果，能够通过切口部而在径向内侧有效地产生空气流。
即，在切口部的上述倾斜角度为小于0°的情况下，亦即在切口部向径向外侧倾斜的情况下，活塞的顶面上的空气流便以流向径向外侧的方式被导入，因此，喷雾往径向内侧的流动便容易受到阻碍。
此外，在切口部的上述倾斜角度为大于50°的情况下，切口部的容积便变得过大，由此为了维持燃烧室的压缩比而会将腔室的容积设定得过小。为了减小腔室的容积而将燃烧室设定得较浅时，容易发生喷雾的互相干涉，从而降低了喷雾与空气的混合性的提高效果。另一方面，为了减小腔室的容积而减小燃烧室的开口直径时，喷雾的穿透性便会增强，从而导致冷却损失增大。
较为理想的是所述切口部为多个，这些切口部以在周向上彼此隔开间隔的方式而形成。
根据该结构，由于空气流从多个切口部被导入到腔室，因此，能够进一步加强喷雾往腔室中央部侧的流动。
较为理想的是所述燃料喷射阀在沿所述气缸的中心轴方向观察时位于所述气缸的径向中心，所述燃料喷射阀具有能够呈放射状喷射燃料的多个喷口。
根据该结构，基于从切口部导入的空气流，能够使从多个喷口喷射出的喷雾往腔室中央部侧流动。由此，能够使已被促进了与空气的混合的喷雾大致均匀地在腔室中扩散。
较为理想的是所述燃料喷射阀具有能够以指向所述腔室的开口部的周缘部上所述切口部以外的部位亦即非切口部的方式来喷射燃料的喷口。
根据该结构，朝着非切口部被喷射出的喷雾基于腔室的内周壁面而被引导往中央部侧，并且基于从切口部被导入的空气流而能够进一步促进喷雾往中央部侧的流动。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明所涉及的柴油发动机，即使是穿透性弱的喷雾，该喷雾在腔室中的流动性也能够被提高，能够促进其与空气的混合，因此，本发明在这种制造技术领域中具有良好的可利用性。

Claims (4)

1.一种柴油发动机，其特征在于包括：
气缸；
气缸盖，覆盖所述气缸的端面；
燃料喷射阀，安装于所述气缸盖；以及
活塞，能够进行往返运动地设置在所述气缸内，并且具有从顶面向所述气缸盖侧的相反侧凹设而成的腔室，以便在位于上止点时能够接受从所述燃料喷射阀喷射出的燃料；其中，
所述活塞还具有切口部，该切口部通过在所述腔室的开口部的周缘部的局部上将从所述腔室的内周壁面至所述顶面的区域向径向外侧凹设而成，
所述切口部从所述顶面朝着所述内周壁面以相对于所述气缸的中心轴为0°以上且50°以下的角度而向径向内侧倾斜。
2.根据权利要求1所述的柴油发动机，其特征在于：
所述切口部为多个，这些切口部以在周向上彼此隔开间隔的方式而形成。
3.根据权利要求1或2所述的柴油发动机，其特征在于：
所述燃料喷射阀在沿所述气缸的中心轴方向观察时位于所述气缸的径向中心，所述燃料喷射阀具有能够呈放射状喷射燃料的多个喷口。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的柴油发动机，其特征在于：
所述燃料喷射阀具有能够以指向所述腔室的开口部的周缘部上所述切口部以外的部位亦即非切口部的方式来喷射燃料的喷口。
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