本發(fā)明涉及一種直噴式柴油發(fā)動機的燃燒室構(gòu)造，該直噴式柴油發(fā)動機構(gòu)成為在活塞冠頂面具有凹腔(reentrant)型空腔，并且在該空腔的中心線上配置有多噴孔的燃料噴射嘴。

背景技術(shù)：

在直噴式柴油發(fā)動機中，已知下述技術(shù)，即，早于在上止點后的規(guī)定的噴射時機進行噴射的主噴射，作為所謂的引燃噴射而在上止點前噴射少量的燃料，在近幾年，為了低負(fù)載區(qū)域中的噪音(所謂的柴油機爆震)的降低、燃燒穩(wěn)定性改善，嘗試著將引燃噴射進一步多級化。

如上所述，如果在怠速時等的低負(fù)載區(qū)域中將引燃噴射多級地噴射，則最開始的噴射在上止點前的缸內(nèi)壓力比較低的階段進行。而且，每個的噴射量為微小量，因此燃料噴射嘴的針閥在不是全揚程的狀態(tài)下噴射，因此噴射穿透力(滲透力或噴霧到達(dá)距離)變大。因此，在通常的凹腔型空腔中，引燃噴射的初期的噴霧與空腔內(nèi)壁面碰撞。向空腔外飛散或者附著于空腔內(nèi)壁面，從而未燃HC的惡化成為問題。

另一方面，考慮如上述的引燃噴射的噴射穿透力。如果設(shè)為將空腔的入口直徑設(shè)定得較大的大口徑型空腔燃燒室，則空腔必然被扁平化，因此上止點之后的空腔內(nèi)的漩渦速度、擠壓速度降低，在中高負(fù)載區(qū)域中，由于空腔內(nèi)的混合不充分而容易發(fā)生碳煙的惡化。

此外，專利文獻1公開有下述結(jié)構(gòu)，即，在空腔的開口緣設(shè)置“挖出部”，從活塞頂面在下一層的位置形成有入口唇部，但該專利文獻1是積極地使噴霧與在與唇部相比的上方的“挖出部”碰撞而朝向上方的技術(shù)，不是能夠?qū)τ缮鲜錾现裹c前的引燃噴射導(dǎo)致的未燃HC的惡化進行改善的技術(shù)。

專利文獻1：日本專利第4906055號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

作為本發(fā)明涉及的柴油發(fā)動機的燃燒室構(gòu)造，該柴油發(fā)動機構(gòu)成為具有：活塞，其在冠頂面具有凹腔型空腔；以及多噴孔的燃料噴射嘴，其配置在上述空腔的中心線上，其中，

在上述凹腔型空腔的入口部處直徑為最小的唇部與開口緣相比位于下方，

在與上述唇部相比的上方且外周側(cè)形成的型腔部，位于在怠速時在上止點前噴射的最早的噴霧所指向的高度位置，

以使在怠速時上述的最早的噴霧的前端進入上述型腔部內(nèi)且不會與該型腔部的外周的壁面碰撞的方式，設(shè)定型腔部的外周的位置。

根據(jù)如上述的結(jié)構(gòu)，在怠速時作為引燃噴射而在上止點前噴射的燃料不會與型腔部的壁面強烈地碰撞，在型腔部內(nèi)停留。該型腔部內(nèi)的燃料通過與之后的活塞的上升相伴從活塞冠頂面朝向空腔內(nèi)的擠氣流而被移送至空腔內(nèi)。而且，由于通過在規(guī)定的噴射時機向空腔內(nèi)噴射的主噴射而開始的主燃燒，從而進行再燃燒。因而，抑制由引燃噴射引起的未燃HC。

另外，唇部存在于型腔部的下方，與單純地大口徑化的扁平的凹腔型空腔相比較，能夠?qū)⒂煽涨粌?nèi)的漩渦、擠壓引起的氣體流動維持為高等級，因此抑制中高負(fù)載區(qū)域中的碳煙的惡化。

在優(yōu)選的一個方式中，空腔的開口緣處的入口直徑相對于缸孔直徑的比大于或等于58％，型腔部的容積相對于活塞上止點位置處的全燃燒室容積的比大于或等于3％且小于或等于13％。

進一步優(yōu)選的是，從活塞冠頂面至上述唇部為止的活塞軸向的距離相對于從活塞冠頂面至空腔底部為止的高度的比大于或等于10％且小于或等于37％。

附圖說明

圖1是具有一個實施例的燃燒室構(gòu)造的柴油發(fā)動機的結(jié)構(gòu)說明圖。

圖2是表示該實施例的燃燒室構(gòu)造的氣缸及活塞的半剖視圖。

圖3是型腔部的壁面的形狀的說明圖。

圖4是型腔部的各部分的尺寸的說明圖。

圖5是活塞上升過程中的擠氣流的說明圖。

圖6是示出口徑比(de/B)和HC排出量的關(guān)系的特性圖。

圖7是示出容積比例(vs/VC)和碳煙排出量的關(guān)系的特性圖。

圖8是示出高度的比(h2/h1)和碳煙排出量的關(guān)系的特性圖。

圖9是表示具有2個噴孔組的變形例的半剖視圖。

圖10是表示具有2個噴孔組的第2變形例的半剖視圖。

圖11是表示具有2個噴孔組的第3變形例的半剖視圖。

具體實施方式

下面，基于附圖，對本發(fā)明的一個實施例詳細(xì)地進行說明。

圖1是將本發(fā)明涉及的直噴式柴油發(fā)動機1與其進排氣系統(tǒng)一起示出的結(jié)構(gòu)說明圖，在形成于氣缸體2上的氣缸3，以能夠滑動的方式嵌合有活塞4，并且在該氣缸體2的上表面固定的氣缸蓋5將氣缸3的上端開口覆蓋。

在上述活塞4的頂面處凹陷設(shè)置有凹腔型的空腔6。該空腔6呈以活塞4的中心軸線為中心的旋轉(zhuǎn)體形狀。即，在活塞4的俯視觀察時呈正圓形，并且在活塞4的中心形成。另外，在上述氣缸蓋5側(cè)，在與上述空腔6的中心相對應(yīng)的氣缸3的中心位置處配置有多噴孔的燃料噴射嘴7。在本實施例中，上述燃料噴射嘴7沿著氣缸3的中心軸線進行配置，即垂直地進行配置。

在上述氣缸蓋5處配置有一對進氣閥8以及一對進氣閥9，分別對進氣口10以及排氣口11的前端開口部進行開閉。這些進氣閥8以及進氣閥9以各自的閥桿與氣缸3的中心軸線平行的垂直姿態(tài)進行配置。另外，在氣缸蓋5，與燃料噴射嘴7相鄰地配設(shè)有預(yù)熱塞12。

各氣缸的燃料噴射嘴7構(gòu)成為，與示意地表示的共軌13分別連接，如果通過來自未圖示的發(fā)動機控制單元的驅(qū)動信號而燃料噴射嘴7的針閥(未圖示)上升，則通過高壓燃料泵14供給至共軌13內(nèi)的高壓的燃料噴射。共軌13內(nèi)的燃料壓力經(jīng)由調(diào)壓閥15，通過發(fā)動機控制單元而調(diào)壓為與運轉(zhuǎn)條件對應(yīng)的規(guī)定壓力。

該實施例的柴油發(fā)動機1具有渦輪增壓器18，該渦輪增壓器18的渦輪19配置在排氣通路21的通路中，壓縮機20配置在進氣通路22的通路中。在排氣通路21的與渦輪19相比的下游側(cè)，預(yù)催化轉(zhuǎn)換器23以及主催化轉(zhuǎn)換器24串聯(lián)地配置。在進氣通路22的與壓縮機20相比的上游側(cè)，設(shè)置有空氣流量計25以及空氣凈化器26，在壓縮機20和與其相比處于下游側(cè)的集氣部28之間配設(shè)有中冷器27。而且，作為排氣回流裝置，具有：排氣回流通路29，其將排氣通路21的比渦輪19靠上游側(cè)的位置和進氣集氣部28連通；以及排氣回流控制閥30，其為了將排氣回流率控制為與內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)條件對應(yīng)的規(guī)定的排氣回流率而設(shè)置。

圖2示出上述空腔6的更具體的剖面形狀。該空腔6作為凹腔型，在底面中央具有以山型鼓出的中央凸起部41，并且與中間附近的高度位置處的最大直徑相比入口部分的直徑相對較小。特別是，在該入口部處直徑為最小的唇部42位于從以圓環(huán)狀殘留的活塞冠頂面43沿活塞軸向下方的位置，在與唇部42相比的上方，形成有由向活塞4的外周側(cè)擴大或后退的空間構(gòu)成的型腔部44。即，活塞冠頂面43中的型腔部44的開口緣44a的直徑比唇部42的直徑大，通過從該開口緣44至下方的唇部42的外周側(cè)的壁面45形成有型腔部44。詳細(xì)而言，如圖4所示，在將唇部42前端與活塞4中心軸線平行地延長而形成的虛擬的圓筒面46和上述壁面45之間劃分出的空間成為型腔部44。

該型腔部44位于在內(nèi)燃機怠速時作為引燃噴射而在上止點前噴射的噴霧尤其是最早的噴霧所指向的高度位置。圖中的虛擬線F表示該最早的噴霧的噴霧中心軸線。而且，如上所述，在上止點前噴射的引燃噴射的噴霧，如前述所示噴射穿透力比較大，但針對根據(jù)怠速時的對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角處的缸內(nèi)壓力、燃料噴射嘴7的針閥揚程量等確定的噴射穿透力，以最早的噴霧的前端進入上述型腔部44內(nèi)且不會與外周的壁面45碰撞的方式，設(shè)定型腔部44的壁面45的位置。

上述壁面45形成為使從唇部42的上表面向外周側(cè)延伸的傾斜面45a和從開口緣44a向活塞4的下方延伸的傾斜面45b通過中間的過渡部45c而順滑地相連續(xù)的形狀。特別是，如圖3所示，形成為沿著將朝向型腔部44的噴霧中心軸線F作為中心而對稱地擴展的圓弧或橢圓C的彎曲形狀。

在具有上述的型腔部44的柴油發(fā)動機1中，在內(nèi)燃機怠速時作為引燃噴射而在上止點前噴射的噴霧的燃料基本上不會與型腔部44的壁面45強烈地碰撞、擴散，在型腔部44內(nèi)暫時地滯留。然后，如果活塞4朝向上止點上升，則存在于活塞冠頂面43和氣缸蓋5的下表面之間的間隙的空氣成為擠氣流S(參照圖5)而向空腔6內(nèi)流動。在型腔部44內(nèi)滯留的引燃噴射的燃料由于該擠氣流S而向空腔6內(nèi)移動。然后，在空腔6內(nèi)，在引燃噴射后的規(guī)定噴射時機噴射的主噴射引起的燃燒開始，引燃噴射的燃料通過該主燃燒而進行再燃燒。

如上所述，在上述實施例中，噴射穿透力大的引燃噴射的燃料不會過度地擴散或附著于空腔6的壁面，能夠抑制由引燃噴射引起的怠速時未燃HC的增加。另外，型腔部44僅將空腔6的開口緣部分形成為大口徑化的形狀，其容積為所需最小限度，因此無需將空腔6本身的形狀尤其是與唇部42相比靠下方的部分過度地扁平化，能夠?qū)⒂煽涨?內(nèi)部中的漩渦、擠氣流引起的氣體流動維持在高等級。因此，不會伴隨有中高負(fù)載區(qū)域中的碳煙的惡化。

特別是，在上述實施例中，型腔部44的壁面45形成為以沿著將噴霧中心軸線F作為中心的圓弧或橢圓的彎曲形狀凹陷，因此能夠有效地避免與噴霧前端的碰撞，并且將型腔部44的容積設(shè)得較小。并且，即使假設(shè)噴霧碰撞，也不會向外周側(cè)擴散。

如圖4所示，上述型腔部44的開口緣44a的直徑即入口直徑de相對于氣缸3的缸孔直徑B的比(de/B)優(yōu)選大于或等于58％，型腔部44的容積vs在活塞上止點位置處的全燃燒室容積VC之中所占的比例(vs/VC)優(yōu)選大于或等于3％且小于或等于13％。此外，全燃燒室容積VC是活塞4和氣缸蓋5下表面之間的間隙容積與空腔6的容積相加而得到的空間整體的容積。

圖6是匯總了針對各種發(fā)動機對前者的口徑比(de/B)和怠速時的HC排出量的關(guān)系進行了實測的結(jié)果，如果口徑比(de/B)大于或等于58％，則得到HC排出量充分降低的結(jié)果。這意味著，如果口徑比(de/B)大于或等于58％，則引燃噴射的噴霧不會與型腔部44的壁面45強烈地碰撞。

另外，圖7匯總了同樣地針對各種發(fā)動機對后者的容積比例(vs/VC)和中高負(fù)載區(qū)域中的碳煙排出量的關(guān)系進行了實測的結(jié)果。如圖示，如果型腔部44的容積大于13％，則由于恒定的壓縮比的限制，必然空腔6變淺，因此，作為結(jié)果而導(dǎo)致碳煙的惡化。在小于3％的情況下，實質(zhì)上接近于不具有型腔部44的較淺的空腔的形狀，因此還是會發(fā)生碳煙的惡化。

因而，優(yōu)選口徑比(de/B)大于或等于58％、且容積比例(vs/VC)處在從3％至13％的范圍內(nèi)。

而且，作為對型腔部44進行規(guī)定的唇部42的高度位置(活塞軸向的位置)，如圖4所示，優(yōu)選從活塞冠頂面43至唇部42為止的活塞軸向的距離h2相對于從活塞冠頂面43至空腔6底部為止的高度h1的比大于或等于10％且小于或等于37％。

圖8是匯總了同樣地針對各種發(fā)動機對上述的高度的比(h2/h1)和中高負(fù)載區(qū)域中的碳煙排出量關(guān)系進行了實測的結(jié)果。如圖示，如果高度的比(h2/h1)不處于從10％至37％的范圍內(nèi)，則出現(xiàn)碳煙的惡化。

圖9～圖11分別示出本發(fā)明的變形例。即，在上述實施例中，來自燃料噴射嘴7的多個噴孔的噴霧指向同一高度位置(氣缸軸向的位置)，但圖9～圖11的各實施例是燃料噴射嘴7具有噴霧中心軸線F1相對地指向上側(cè)的位置的第1噴孔組和噴霧中心軸線F2相對地指向下側(cè)的位置的第2噴孔組。換言之，第1噴孔組和第2噴孔組相對于氣缸中心軸線的傾斜角(所謂傘角)不同。

圖9的實施例是第1噴孔組的噴孔直徑和第2噴孔組的噴孔直徑彼此相互的情況的例子，在該情況下，兩者成為相同的噴射穿透力，因此構(gòu)成為兩者指向型腔部44。

圖10的實施例是與第1噴孔組的噴孔直徑相比較，第2噴孔組的噴孔直徑大的情況的例子，在噴射量少的條件下，與第2噴孔組的噴射穿透力相比較，第1噴孔組的噴射穿透力變大。因此構(gòu)成為，第1噴孔組指向型腔部44，而且第2噴孔組指向唇部42附近。

圖11的實施例是與第1噴孔組的噴孔直徑相比較，第2噴孔組的噴孔直徑小的情況的例子，在噴射量少的條件下，與第1噴孔組的噴射穿透力相比較，第2噴孔組的噴射穿透力變大。因此與圖9同樣地，構(gòu)成為兩者指向型腔部44。