柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具備在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞、從與活塞的冠面相向的一側(cè)覆蓋汽缸的端面的汽缸蓋、和安裝于汽缸蓋的燃料噴射閥的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其涉及在活塞冠面上形成所謂凹型腔的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、尤其是使用于乘用車等的比較小型的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，在活塞的冠面上大多形成有凹型的腔、即中央部隆起且開口部向上方縮小地變窄的腔(例如參照下述專利文獻(xiàn)I)。
[0003]根據(jù)凹型的腔設(shè)置于活塞的如專利文獻(xiàn)I的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)的中負(fù)荷域或高負(fù)荷域上從燃料噴射閥噴射比較大量的燃料時(shí)，引起到達(dá)腔的周緣部的燃料噴霧沿著腔的壁面反轉(zhuǎn)(向中心側(cè)轉(zhuǎn)換方向)的那樣的流動(dòng)，借助于此促進(jìn)燃料與空氣的混合，因此期望黑煙(soot)的產(chǎn)生量減少。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-121483號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了進(jìn)一步提高如上所述的中.高負(fù)荷域中的混合的促進(jìn)效果，有效的是增強(qiáng)從燃料噴射閥噴射的燃料的穿透性(穿透力)。當(dāng)噴霧的穿透性增強(qiáng)時(shí)，即使在離燃料噴射閥足夠遠(yuǎn)的位置上也能夠確保噴霧的速度達(dá)到高速，因此可以使噴霧在燃燒室內(nèi)遍及更廣的范圍。另外，作為影響噴霧的穿透性的要素之一，具有燃料噴射閥的噴孔的軸方向長度(噴孔長度)。如果該噴孔長度較長，則即便噴射量相同，噴霧的穿透性也較強(qiáng)。因此，如上所述在試圖增強(qiáng)穿透性時(shí)，例如使用噴孔長度較長的燃料噴射閥即可。
[0006]然而，在只考慮中?高負(fù)荷域中的混合促進(jìn)而過度增強(qiáng)噴霧的穿透性時(shí)，低負(fù)荷域中的冷卻損失增大，存在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗性能帶來壞影響的擔(dān)憂。即，在燃料噴射量較少的低負(fù)荷域中，本來就幾乎不引起噴霧沿著腔的壁面向中心側(cè)反轉(zhuǎn)的那樣的流動(dòng)。因此，即使噴霧中的燃料燃燒，火焰(燃燒氣體)也幾乎不從腔的周緣部的周圍移動(dòng)，而燃燒熱的一部分被腔的壁面吸收。此時(shí)，在不必要地增強(qiáng)噴霧的穿透性時(shí)，火焰在腔的壁面的較廣范圍內(nèi)擴(kuò)散，從而被腔的壁面奪走的燃燒熱增大，其結(jié)果是存在冷卻損失增大的擔(dān)憂。
[0007]本發(fā)明是鑒于如上述的情況而形成，其目的是提供能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)在低負(fù)荷域中的冷卻損失的減少和中.高負(fù)荷域中的黑煙的減少的兩者的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0008]作為解決上述問題的本發(fā)明是具備在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞、從與活塞的冠面相向的一側(cè)覆蓋汽缸的端面的汽缸蓋、和安裝于汽缸蓋的燃料噴射閥的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；上述燃料噴射閥具有內(nèi)部被導(dǎo)入燃料的閥體，在作為該閥體的活塞側(cè)端部的梢端部上穿設(shè)有用于向活塞噴射閥體內(nèi)部的燃料的多個(gè)噴孔；在上述活塞的冠面上，以能夠至少在活塞位于上死點(diǎn)時(shí)接收從上述燃料噴射閥噴射的燃料的形式形成有向與汽缸蓋相反的一側(cè)凹入且在俯視時(shí)圓形的腔；形成上述腔的壁面具有以越靠近腔的中心側(cè)而離上述燃料噴射閥越近的形式隆起的中央隆起部、形成于與中央隆起部相比靠近活塞的徑向外側(cè)的位置且在剖視時(shí)向徑向外側(cè)凹入的周邊凹部、和形成于周邊凹部和活塞的冠面之間且在剖視時(shí)向活塞的徑向內(nèi)側(cè)凸出的唇部；在從通過上述燃料噴射閥的梢端部的中心的中心軸至上述唇部中的向徑向內(nèi)側(cè)最突出的部分的連接距離設(shè)為唇部半徑R (mm)、上述噴孔的軸方向長度設(shè)為噴孔長度L (mm)、上述噴孔的直徑設(shè)為噴孔徑D (mm)、上述汽缸的半徑設(shè)為缸孔半徑B (mm)時(shí)，將這些各值以滿足下式(I)的關(guān)系的形式進(jìn)行設(shè)定。
[0009][式I]
99.4DX (1- 3D) X (L + 2.7)彡 R 彡 min {237.1DX (I — 3D) X (0.8L + 1)，2B/3}…(I)。
[0010]另夕卜，在該式(I)中，min{237.1DX (I —3D) X (0.8L + I )，2B/3 }表示為“237.1DX (1- 3D) X (0.8L + I)” 以及“2B/3” 中較小的一方。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，腔的唇部半徑R設(shè)定為根據(jù)使用噴孔長度L以及噴孔徑D的式“99.4DX (1- 3D) X (L + 2.7)”規(guī)定的值以上，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷域中從燃料噴射閥噴射少量的燃料時(shí)，可以將噴霧到達(dá)腔的壁面時(shí)的速度抑制為足夠小。借助于此，在噴霧中的燃料與空氣反應(yīng)而燃燒時(shí)，可以減小因該燃燒而產(chǎn)生的火焰(燃燒氣體)與腔的壁面接觸的面積，可以有效地減少燃燒熱被腔的壁面吸收而產(chǎn)生的損失、即冷卻損失。
[0012]又，腔的唇部半徑R設(shè)定為根據(jù)使用噴孔長度L、噴孔徑D、缸孔半徑B的式“min{237.1DX (1- 3D) X (0.8L + I )，2B/3 }”規(guī)定的值以下，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)的中?高負(fù)荷域中從燃料噴射閥噴射大量的燃料時(shí)，可以將噴霧到達(dá)腔的壁面時(shí)的速度維持在足夠大的值，從而可以增強(qiáng)使噴霧沿著腔的壁面反轉(zhuǎn)的流動(dòng)(縱向渦)。借助于此，噴霧保持高速的同時(shí)向腔的中心側(cè)流動(dòng)，在此過程中促進(jìn)燃料的混合，因此可以使燃料在空氣豐富的環(huán)境下進(jìn)行燃燒，可以有效地減少黑煙的產(chǎn)生量。
[0013]在本發(fā)明中，優(yōu)選的是上述噴孔徑D設(shè)定為0.1±0.015mm，且上述噴孔長度L設(shè)定為0.7mm以下。
[0014]這樣的噴孔徑D以及噴孔長度L的條件對(duì)于排氣量比較小(因此缸孔徑較小)的小型的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)較適合。
[0015]此外，當(dāng)考慮在燃料噴射閥上加工噴孔時(shí)的加工性和閥體的強(qiáng)度等時(shí)，優(yōu)選的是上述噴孔長度L設(shè)定為0.5mm以上。
[0016]如以上所述，根據(jù)本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷域中的冷卻損失的減少和中.高負(fù)荷域中的黑煙的減少這兩者。
【附圖說明】
[0017]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施形態(tài)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的圖；
圖2是放大示出發(fā)動(dòng)機(jī)主體的一部分的剖視圖；
圖3是示出發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的框圖；
圖4是示出燃料噴射閥的結(jié)構(gòu)的圖，其中圖4 (a)是剖視圖，圖4 (b)是側(cè)視圖；
圖5是示出根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)不同地進(jìn)行設(shè)定的燃料噴射形態(tài)的一個(gè)示例的圖； 圖6是活塞的局部放大剖視圖；
圖7是活塞的俯視圖； 圖8是用于說明在發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷域中噴射燃料的情況下得到的噴霧以及燃燒氣體的動(dòng)作的示意圖，其中圖8 (a)示出將到達(dá)壁面時(shí)的噴霧梢端速度設(shè)定為20m/s以下的情況，圖8 (b)示出將上述速度設(shè)定為超過20m/s的情況；
圖9是用于說明在發(fā)動(dòng)機(jī)的中負(fù)荷域中噴射燃料的情況下得到的噴霧以及燃燒氣體的動(dòng)作的示意圖，其中圖9 (a)示出將到達(dá)壁面時(shí)的噴霧梢端速度設(shè)定為50m/s以上的情況，圖9 (b)示出將上述速度設(shè)定為小于50m/s的情況；
圖10是為了通過與噴孔長度之間的關(guān)系確定在發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷域中使到達(dá)壁面時(shí)的噴霧梢端速度達(dá)到20m/s以下的唇部半徑的條件而使用的圖表，其中圖10 (a)示出噴霧梢端到達(dá)距離與噴霧梢端速度之間的關(guān)系，圖10 (b)示出噴孔長度與唇部半徑之間的關(guān)系；圖11是為了通過與噴孔長度之間的關(guān)系確定在發(fā)動(dòng)機(jī)的中負(fù)荷域中使到達(dá)壁面時(shí)的噴霧梢端速度達(dá)到50m/s以上的唇部半徑的條件而使用的圖表，其中圖11 (a)示出噴霧梢端到達(dá)距離與噴霧梢端速度之間的關(guān)系，圖11 (b)示出噴孔長度與唇部半徑之間的關(guān)系；圖12是在噴孔徑為0.1mm、缸孔半徑為38_時(shí)，求出能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)冷卻損失的減少與黑煙的減少的兩者的噴孔長度L以及唇部半徑R的條件的圖表；
圖13是用于說明上述實(shí)施形態(tài)的變形例的圖；
符號(hào)說明:
1發(fā)動(dòng)機(jī)主體；
2汽缸；
4活塞；
5汽缸蓋；
10腔；
11中央隆起部；
12周邊凹部；
13唇部；
20燃料噴射閥；
21閥體；
21a 梢端部；
22噴孔。
【具體實(shí)施方式】
[0018](I)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施形態(tài)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的圖。該圖示出的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是搭載于車輛以作為行駛用動(dòng)力源的四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。具體而言，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具備:接收以輕油作為主成分的燃料的供給而被驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)主體I ;用于向發(fā)動(dòng)機(jī)主體I導(dǎo)入燃燒用空氣的進(jìn)氣通路30 ;用于排出在發(fā)動(dòng)機(jī)主體I中生成的排氣(燃燒氣體)的排氣通路40 ;用于使通過排氣通路40的排氣的一部分回流至進(jìn)氣通路30的EGR裝置50 ;和借助于通過排氣通路40的排氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器60。
[0019]圖2是放大示出發(fā)動(dòng)機(jī)主體I的一部分的剖視圖。如該圖2以及前面的圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)主體I具有:內(nèi)部形成有在上下方向上延伸的汽缸2的汽缸體3 ;在汽缸2內(nèi)可往復(fù)運(yùn)動(dòng)(上下運(yùn)動(dòng))地被容納的活塞4 ;以從與活塞4的冠面4a相向的一側(cè)覆蓋汽缸2的端面(上表面)的形式設(shè)置的汽缸蓋5 ;和為了貯留潤滑油而配設(shè)在汽缸體3的下側(cè)的油底殼6。
[0020]活塞4借助于連桿8與作為發(fā)動(dòng)機(jī)主體1的輸出軸的曲軸7連接。又，在活塞4的上方形成有燃燒室9，在該燃燒室9中，從后述的燃料噴射閥20噴射的燃料與空氣混合且進(jìn)行擴(kuò)散燃燒。