CN204663692U - 一种直喷式柴油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直喷式柴油机，包括：多个气缸，每个气缸内活塞的顶部设有混合凹槽，其包括：径向凸缘；下部凹槽，其侧壁由上而下包括上小下大的锥形部和弧部，锥形部自径向凸缘向下延伸，下部凹槽的底部中心处设有凸台，凸台的顶面与锥形部的下端高度相同，弧部夹设在凸台的底部与锥形部的下端之间；以及上部凹槽，其直径自径向凸缘至活塞的顶面逐渐增大；以及气缸盖，其上设有与每个气缸对应的喷油器，其轴线与活塞的中心轴线重合，喷油器的多个喷油孔喷出的燃油射入下部凹槽内；气缸盖上与每个气缸对应的部位设有两个进气端口和一个排气端口。相对于两气门柴油机，本实用新型提高了气缸的充气效率，提高了发动机性能和排放水平。

Description

一种直喷式柴油机

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，特别涉及一种直喷式柴油机。

背景技术

现有的直喷式柴油机通常采用每个工作气缸设置两气门(即一个进气门和一个排气门)或者每个工作气缸设置四气门(即两个进气门和两个排气门)的结构。

两气门的直喷式柴油机的充气效率差，并且柴油机的喷油器相对于气缸和活塞的轴线偏置且倾斜，因此活塞顶内的燃烧室必须偏置以使其大致位于喷油器的下方，燃烧室对于气缸盖涡流比参数较敏感，同时燃烧室内的燃料/空气混合物的旋转运动相对于气缸中心轴线不均匀且来自喷油器中不同喷射孔的燃料的喷射路径的长度通常是不同的，这导致空气与燃油的混合不佳，柴油机的性能和排放水平较差。

四气门直喷式柴油机的活塞燃烧室\喷油器与缸孔同轴定位，并且燃烧室的形状各有不同。但是实际上很多燃烧室的形状参数不理想，导致空气和燃料的混合达不到最佳，燃料无法完全燃烧、燃烧效率低，污染物的排放水平不理想，燃烧室中碳烟颗粒水平很高，因此碳烟颗粒向大气层的排放量只能通过成本昂贵的后处理来过滤到环保法规要求的水平，显著提高了生产成本。并且，四气门柴油机的气缸盖的铸造工艺复杂，鼻梁区部位冷却困难，影响气缸盖的热疲劳寿命(尤其对于小缸径的直喷式柴油机)。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直喷式柴油机，从而克服两气门柴油机的空气和燃油混合不佳，以及四气门柴油机无法完全燃烧以及气缸盖的热疲劳寿命低的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种直喷式柴油机，直喷式柴油机包括:多个气缸,每个气缸内设有活塞,活塞的顶部设有关于活塞的轴线对称的混合凹槽,混合凹槽的横截面呈“ω”形状，混合凹槽包括:径向凸缘，径向凸缘设置在混合凹槽的内壁的中上部；下部凹槽,下部凹槽位于径向凸缘的下方，下部凹槽的侧壁由上而下包括上小下大的锥形部和弧部，锥形部自径向凸缘向下延伸，下部凹槽的底部中心处设有凸台,凸台呈截头圆锥状，凸台的顶面与锥形部的下端处于同一个水平面，弧部夹设在凸台的底部与锥形部的下端之间；以及上部凹槽，上部凹槽位于径向凸缘的上方，上部凸缘的直径自径向凸缘至活塞的顶面逐渐增大；以及气缸盖，气缸盖上设有与每个气缸对应的喷油器，喷油器的轴线与活塞的中心轴线重合，喷油器的端部均布多个喷油孔，多个喷油孔喷出的燃油射入下部凹槽内；气缸盖上与每个气缸对应的部位设有两个进气端口和一个排气端口。

优选地，上述技术方案中，多个喷油孔喷出的喷射方向形成的立体圆锥角为钝角。

优选地，上述技术方案中，上部凹槽的最大直径是活塞的直径的0.61～0.71倍，径向凸缘的直径是活塞的直径的0.5～0.6倍，下部凹槽的最大直径是活塞的直径的0.56～0.60倍。

优选地，上述技术方案中，混合凹槽的最大深度是活塞的直径的0.15～0.18倍，上部凹槽的的深度是活塞的直径的0.02～0.05倍，凸台的顶部与活塞的顶面的距离是活塞的直径的0.05～0.09倍。

优选地，上述技术方案中，凸台的夹角为110°～130°。

优选地，上述技术方案中，相邻的进气端口之间以及相邻的进气端口与排气端口之间的区域形成鼻梁区，鼻梁区的宽度不小于7mm。

优选地，上述技术方案中，气缸盖为单凸轮轴气缸盖。

优选地，上述技术方案中，气缸盖为双凸轮轴气缸盖。

优选地，上述技术方案中，气缸盖面向活塞的表面是平坦的。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

相对于两气门柴油机，本实用新型提高了气缸的充气效率，同时通过混合凹槽的形状尺寸参数来优化燃烧室，从而改善柴油机的燃烧，有效提高发动机性能和排放水平；三气门的设置在一定程度上简化了气缸盖水腔的内部结构，确保热负荷最大的气门鼻梁区有足够的空间布置冷却通道，降低了生产成本的同时减少了制造难度和制造成本，并减少了一定数量的零部件。

附图说明

图1是根据本实用新型的直喷式柴油机的气缸和气缸盖的截面图。

图2是根据本实用新型的气缸盖的底面的局部图。

图3是根据本实用新型的活塞的剖面图。

主要附图标记说明：

1-气缸盖，2-喷油器，3-气缸壁，4-活塞，5-混合凹槽，6-燃烧室，7-气缸盖底面，8-进气端口，9-排气端口，10-中心轴线，11-鼻梁区，12-喷油器端口，13-凸台，14-上部凹槽，15-下部凹槽，16-径向凸缘。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本实用新型具体实施方式的直喷式柴油机包括气缸盖1和多个气缸，每个气缸内设置有活塞4，活塞4在气缸内往复运动。每个气缸的燃烧室由内部带有冷却水套的气缸壁3、气缸盖底面7以及活塞4的顶部形成。

如图1和3所示，活塞4的顶部设有关于活塞4的轴线对称的混合凹槽5。混合凹槽的内壁的中上部设有径向凸缘16，径向凸缘16的直径为混合凹槽5的最小直径。径向凸缘16将混合凹槽5分隔成上部凹槽14和下部凹槽15。

下部凹槽15的侧壁由上而下包括上小下大的锥形部和弧部，锥形部自径向凸缘16向下延伸。下部凹槽15的底部的中心处设有凸台13,凸台13呈截头圆锥状，凸台13的顶面与锥形部的下端处于同一个水平面。弧部夹设在凸台13的底部与锥形部的下端之间。上部凹槽14的直径自径向凸缘16至活塞4的顶面逐渐增大，上部凹槽14的上边缘与活塞4的外圆柱面之间存在一定的距离。

优选地，如图3所示，设定活塞4的直径为D，上部凹槽14的最大直径D1为0.61D～0.71D，下部凹槽15最大直径D2为0.56～0.60D，径向凸缘16的直径D3为0.5D～0.6D。凸台13的夹角α为110°～130°。上部凹槽14的深度H1为0.02D～0.05D。凸台13与活塞4的顶面的距离H2为0.05D～0.09D。混合凹槽5的最大深度H3为0.15D～0.18D。在图3所示的实施例中，混合凹槽5的最大深度位于凸台13的锥形底部。

气缸盖底部与气缸壁3对应的边界为圆形，如图2所示的虚线。气缸盖1面向活塞4的表面称为火力面。如图1中所示，火力面基本上为平坦的。火力面的中心处设有用于安装喷油器2的喷油器端口12，喷油器2的轴线与火力面垂直，喷油器2的轴线与活塞的中心轴线10(如图3所示)重合。喷油器2的端部设有多个喷射孔，燃油从喷油孔射出，多股燃油可形成立体圆锥角，通常该圆锥角为钝角。射流孔的数量通常不少于五个。优选地，多个喷油孔均布在喷油器2的端部。

如图2所示，气缸盖1上与每个气缸对应的部位设有两个进气端口8和一个排气端口9。相邻的进气端口8之间以及相邻的进气端口8与排气端口9之间的区域形成鼻梁区11，鼻梁区11的宽度T不小于7mm。对应气缸工作区域的气缸盖内部可以布置冷却液通道，使得冷却液能对气缸盖的重点区域进行冷却，保证金属温度低于它们的可靠使用温度。

优选地，进气端口8和排气端口9以一定方向设置，以便通过单凸轮轴协助三个气门的运转，三个气门在组装后安装到进气端口8和排气端口9内。可替代地，也可使用双凸轮轴气缸盖。

本实用新型的直喷式柴油机工作时，当活塞4位于或接近其上止点位置时喷油器2通过喷油孔喷射燃油，喷油器2的喷射角度和混合凹槽5的尺寸参数使得燃油的射流偏离凸台13表面，从而将燃油喷射到下部凹槽15中，以延长燃油在燃烧室内的滞留时间。同时两个进气端口8的空气在燃烧室内绕轴线10迅速旋转，与下部凹槽15中的燃油充分混合，使燃油基本上完全燃烧，且非常高效，最大程度上减少了未燃尽碳氢化合物的量，同样最大程度上减少了碳烟颗粒的生成。燃烧后的废气通过排气端口9离开燃烧室。

相对于两气门柴油机，本实用新型提高了气缸的充气效率，同时通过混合凹槽的形状尺寸参数来优化燃烧室，从而改善柴油机的燃烧，有效提高发动机性能和排放水平；三气门的设置在一定程度上简化了气缸盖水腔的内部结构，确保热负荷最大的气门鼻梁区有足够的空间布置冷却通道，降低了生产成本的同时减少了制造难度和制造成本，并减少了一定数量的零部件。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种直喷式柴油机，其特征在于,所述直喷式柴油机包括:

多个气缸,每个所述气缸内设有活塞,所述活塞的顶部设有关于所述活塞的轴线对称的混合凹槽,所述混合凹槽的横截面呈“ω”形状，所述混合凹槽包括:

径向凸缘，所述径向凸缘设置在所述混合凹槽的内壁的中上部；

下部凹槽,所述下部凹槽位于所述径向凸缘的下方，所述下部凹槽的侧壁由上而下包括上小下大的锥形部和弧部，所述锥形部自所述径向凸缘向下延伸，所述下部凹槽的底部中心处设有凸台,所述凸台呈截头圆锥状，所述凸台的顶面与所述锥形部的下端处于同一个水平面，所述弧部夹设在所述凸台的底部与所述锥形部的下端之间；以及

上部凹槽，所述上部凹槽位于所述径向凸缘的上方，所述上部凸缘的直径自所述径向凸缘至所述活塞的顶面逐渐增大；以及

气缸盖，所述气缸盖上设有与每个所述气缸对应的喷油器，所述喷油器的轴线与所述活塞的中心轴线重合，所述喷油器的端部均布多个喷油孔，所述多个喷油孔喷出的燃油射入所述下部凹槽内；所述气缸盖上与每个所述气缸对应的部位设有两个进气端口和一个排气端口。

2.根据权利要求1所述的直喷式柴油机，其特征在于，所述多个喷油孔喷出的喷射方向形成的立体圆锥角为钝角。

3.根据权利要求1所述的直喷式柴油机，其特征在于，所述上部凹槽的最大直径是所述活塞的直径的0.61～0.71倍，所述径向凸缘的直径是所述活塞的直径的0.5～0.6倍，所述下部凹槽的最大直径是所述活塞的直径的0.56～0.60倍。

4.根据权利要求3所述的直喷式柴油机，其特征在于，所述混合凹槽的最大深度是所述活塞的直径的0.15～0.18倍，所述上部凹槽的的深度是所述活塞的直径的0.02～0.05倍，所述凸台的顶部与所述活塞的顶面的距离是所述活塞的直径的0.05～0.09倍。

5.根据权利要求4所述的直喷式柴油机，其特征在于，所述凸台的夹角为110°～130°。

6.根据权利要求1所述的直喷式柴油机，其特征在于，相邻的所述进气端口之间以及相邻的进气端口与所述排气端口之间的区域形成鼻梁区，所述鼻梁区的宽度不小于7mm。

7.根据权利要求1所述的直喷式柴油机，其特征在于，所述气缸盖为单凸轮轴气缸盖。

8.根据权利要求1所述的直喷式柴油机，其特征在于，所述气缸盖为双凸轮轴气缸盖。

9.根据权利要求1所述的直喷式柴油机，其特征在于，所述气缸盖面向所述活塞的表面是平坦的。