專利名稱：直噴式柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接噴射燃料/燃油的柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)，并且尤其是涉及這樣一種燃燒系統(tǒng)，即其中在一活塞頭部所鉆取的一燃燒室被成形為具有較小開(kāi)度比(openlng ratio)的深盆形，并且一燃油噴嘴上帶有上、下兩排噴孔，從而能夠綜合性地并且同時(shí)達(dá)到降低廢氣中的NOx與黑煙，及減少燃油消耗的目的。
另外，比如日本實(shí)用新型(昭)61-29940中公開(kāi)了一種帶有上下兩排噴孔的燃油噴嘴，所述噴孔圍繞該燃油噴嘴的軸線呈“Z”字形徑向排布。在該技術(shù)中，燃燒室縱向呈臺(tái)階狀，以便從上噴孔中噴出的燃油能夠朝向上燃燒室的側(cè)壁進(jìn)行噴送，而從下噴孔噴出的燃油能夠朝向下燃燒室的側(cè)壁進(jìn)行噴送。
但是，前述技術(shù)僅僅是試圖通過(guò)提高空氣利用系數(shù)來(lái)改善燃油消耗量。對(duì)于一次平穩(wěn)的燃燒而言，從上噴孔至上燃燒室側(cè)壁的燃油噴射行程基本與從下噴孔至下燃燒室側(cè)壁的燃油噴射行程相等。
日本實(shí)用新型(昭)43-20403中公開(kāi)的所述下噴孔的直徑和數(shù)目均被減小。傳統(tǒng)技術(shù)中的這篇文獻(xiàn)并未公開(kāi)活塞中的燃燒室。但是，所述下噴孔與燃油噴嘴的軸線所成的角度(即該文獻(xiàn)中的噴孔角β)比較大。另外，這里還存在這樣一種情況，即燃油的完全燃燒不能僅僅依靠改善空氣流來(lái)補(bǔ)償，還要通過(guò)在壓縮沖程的最后階段考慮燃燒室的形狀、燃油噴射的分布而獲得。從而，可以推測(cè)，至少?gòu)乃鱿聡娍字兴鶉姵龅娜加偷哪康牡厥撬鋈紵业耐獗谶吘墸员慵词乖趬嚎s沖程的最后階段也能夠?qū)⑷加蛧娙牖钊紵抑?。或許，所述燃燒室的未示出底部中心處可以向上凸起，以便不會(huì)進(jìn)行燃燒。但是，如果燃燒室的底部是平整的，那么在該腔室底部中心周圍的空氣將無(wú)法得以充分利用。
深盆形燃燒室的缺點(diǎn)在于在活塞周邊部分處的空氣無(wú)法得以有效利用。即使利用具有上下兩排噴孔的傳統(tǒng)燃油噴嘴，由于所述下噴孔朝向燃燒室的側(cè)壁進(jìn)行燃油噴射，所以該燃燒室中心部周圍的空氣也無(wú)法得以有效利用。如果在這些部分中的空氣能夠被充分利用，那么燃燒的效率將得以提高，從而能夠降低燃油消耗。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一種直噴式柴油機(jī)，其目的是為了同時(shí)獲得兩個(gè)互相矛盾的需求，即，降低燃油消耗和減少?gòu)U氣(排氣)中的NOx、黑煙等，一個(gè)活塞在其頭部形成一個(gè)較小開(kāi)度比的深盆形燃燒室。燃油噴嘴設(shè)有一對(duì)“之”字形的上、下兩排噴孔。在上排中的噴孔的指向這樣設(shè)置，從而使從該噴孔中噴射出的燃油到達(dá)燃燒室的一個(gè)側(cè)壁。在上排中燃油噴射行程與各噴孔的直徑之比設(shè)定為150-250。在下排中噴孔的指向這樣設(shè)置，從而使從該噴孔噴射出的燃油射落到燃燒室的底面上。從下排噴孔噴射出的燃油的噴射行程與下排中各噴孔的直徑之比設(shè)定為100-180。在下排中所有噴孔的總面積與上、下兩排中所有噴孔的總面積之比為0.25-0.35。在上排中噴孔的數(shù)目是下排中噴孔數(shù)目的兩倍。
由于燃油從形成有這種噴孔的燃油噴嘴噴射到上述深盆形燃燒室，從所有噴孔的總面積噴射出的約65-75％的燃油在燃燒室的垂直壁的附近燃燒，并帶有輕微的漩渦、壓擠和反向壓擠。剩余的25-35％的噴射燃油直接射落到所述壁(底部表面)上以擴(kuò)散成細(xì)微的顆粒而燃燒。從上排噴孔噴射出的燃油在擴(kuò)散的同時(shí)向上舐食所述垂直壁以與沿著活塞外周邊的空氣一起燃燒。另一方面，從下排噴孔噴射出的燃油也擴(kuò)散到燃燒室的中心部的附近，因?yàn)槠渖渎溆诘撞勘砻嫔?。因此，在整個(gè)燃燒室中的空氣被有效地使用，從而提高燃燒效率并降低燃油消耗。
因此，根據(jù)本發(fā)明的用于直噴式柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)，在一個(gè)燃燒室中同時(shí)進(jìn)行兩種燃燒，因此，同時(shí)綜合性地獲得了降低廢氣排放和降低燃油消耗的效果。
上述燃油噴嘴進(jìn)一步這樣構(gòu)造，使任何相鄰的兩個(gè)上排噴孔的軸線的延伸線與燃油噴嘴的軸線形成相同的角度，并且在下排中的任何相鄰的兩個(gè)噴孔的軸線的延伸線與燃油噴嘴的軸線形成相同的角度。因此，從俯視方向看，燃油從所有上排中的噴孔和從所有下排中的噴孔分別同等地噴射。通過(guò)從上排和下排中的所有噴孔噴射而進(jìn)行的燃燒相同，從而提高了燃燒效率并降低了燃油消耗。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1是根據(jù)本發(fā)明在噴射期間直噴式柴油機(jī)的一燃燒系統(tǒng)的側(cè)面剖視圖；圖2是沿圖1中線X-X的橫剖視圖；圖3是在噴射期間直噴式柴油機(jī)的一常規(guī)燃燒系統(tǒng)的側(cè)面剖視圖；圖4是沿圖3中線Y-Y的橫剖視圖。
一活塞P在其頭部表面的中心處成形有一圓柱式深盆形燃燒室A，該燃燒室A在側(cè)視圖中為橫向長(zhǎng)而在平面圖中呈圓形。
通常，如圖3中所示，一活塞P’頭部中的燃燒室A’在其底部中心處帶有一向上的凸起5。在本發(fā)明中，這個(gè)中心凸起被去除以使得底部表面4平坦，從而將該燃燒室A成形為一深盆形。
活塞P具有外徑B(近似等于缸孔內(nèi)徑)，而設(shè)置在活塞P中的深盆形燃燒室A具有內(nèi)徑D和深度H。燃燒室A的尺寸按下述公式進(jìn)行設(shè)定H/D＜0.25燃燒室的開(kāi)度比D/B按下述公式進(jìn)行設(shè)定0.6＜D/B＜0.7正如在圖3中所示那樣，傳統(tǒng)燃燒室A’的周邊鄰近于活塞P’的外周緣，這樣該燃燒室A’的開(kāi)度比可以較大。相比來(lái)說(shuō)，本發(fā)明中的深盆形燃燒室A則具有一個(gè)較小的開(kāi)度比。
另一方面，燃油噴嘴N上帶有上下兩排噴孔。形成上排噴孔的上噴孔1的數(shù)目被設(shè)定為是形成下排噴孔的下噴孔2的數(shù)目的兩倍。在本實(shí)施例中，共設(shè)置有八個(gè)上噴孔1，和四個(gè)下噴孔2，后者正好為上噴孔1數(shù)目的一半。
對(duì)于所述上下兩排噴孔的排布方式來(lái)說(shuō)，各個(gè)上噴孔1和各個(gè)下噴孔2均不會(huì)縱向重疊，也就是說(shuō)，它們呈“Z”字形排布。
至于這種“Z”字形排布，正如圖2中所示那樣，當(dāng)從平面圖中進(jìn)行觀看時(shí)，下噴孔2可以不是被恰好設(shè)置在相鄰兩上噴孔1的中間處。它們僅需被設(shè)置在相鄰兩個(gè)上噴孔1之間的區(qū)域內(nèi)即可。
噴孔1和2被設(shè)置成能夠使得從各個(gè)上噴孔1噴出的燃油朝向深盆形燃燒室A的側(cè)壁3進(jìn)行噴送，而從各個(gè)下噴孔2噴出的燃油則能夠被噴射到該深盆形燃燒室A的底部表面4上。
在圖3和4所示傳統(tǒng)燃油噴嘴N’中的噴孔6被設(shè)置成能夠使得從其中噴出的燃油朝向所述燃燒室A’的一側(cè)壁進(jìn)行噴送。燃燒室A’在其底部中心處設(shè)有如前所述的凸起5。噴孔6不會(huì)被設(shè)置成將燃油噴射到該底部中心處。另外，從噴孔6噴出的燃油不會(huì)射落到所述燃燒室A’的側(cè)壁上，而是在到達(dá)該側(cè)壁前完全霧化。
各個(gè)上噴孔1具有一軸線1a，該軸線1a與所述燃油噴嘴N(或者活塞P)的軸線Na成一角度θ1(噴孔軸線角)。各個(gè)下噴孔2具有一軸線2a，該軸線2a與所述軸線Na成一角度θ2(噴孔軸線角)。上排中所有上噴孔1的噴孔軸線角θ1可以并不相等，而是具有-5至+5之間的角度偏差。下噴孔2的噴孔軸線角θ2也與其類似。
上排中所有上噴孔1的噴孔軸線角θ1的平均值“θ1均”與下排中所有下噴孔2的噴孔軸線角θ2的平均值“θ2均”按下述公式進(jìn)行設(shè)定15°＜θ1均-θ2均＜30°如果將上排中噴孔1的所有軸線1a向內(nèi)延伸，那么其將共同相交于所述燃油噴嘴N(或者活塞P)軸線Na上的一點(diǎn)上。該交點(diǎn)被稱為噴孔的一延伸中心。如果將下排中噴孔2的所有軸線2a向內(nèi)延伸也與其類似。在本實(shí)施例中，正如圖1中所示那樣，噴孔1和噴孔2的延伸中心疊合于一共同延伸中心C1上。但是，這兩個(gè)延伸中心也可以在縱向上相互錯(cuò)位。
從上排噴孔1至深盆形燃燒室A側(cè)壁3的噴射行程L1，從下排噴孔2至底部表面4的噴射行程L2，各個(gè)上噴孔1的直徑d1及各個(gè)下噴孔2的直徑d2按下述公式進(jìn)行設(shè)定150≤L1/d1≤250100≤L2/d2≤180所有下噴孔2的總面積與所有噴孔1和2的總面積之比為0.25～0.35。
因此，從占所有噴孔1和2總面積65％～75％的上噴孔1所噴出的燃油在側(cè)壁3的附近燃燒，并且在沿活塞P周緣處的空氣被利用的同時(shí)通過(guò)一小的漩渦、壓擠及反向壓擠作用對(duì)該側(cè)壁3進(jìn)行沖刷。剩余的從下噴孔2所噴出的25％～35％燃油將直接噴射到所述底部表面4上，并且擴(kuò)散成微粒從而進(jìn)行燃燒，與此同時(shí)環(huán)繞所述底部表面4中心部的空氣也可以被利用。
通過(guò)這種方式，由于所述燃燒室A中的有限空氣量被盡可能地有效利用，所以相對(duì)立的減少?gòu)U氣排放和降低燃油消耗的目的可以綜合性地并且同時(shí)達(dá)到。
順便說(shuō)一下，上噴孔1被以規(guī)則的間隔進(jìn)行排布，并且下噴孔2也與其類似。從而，在本實(shí)施例中，正如在圖2中所示那樣，八個(gè)上噴孔1中任何相鄰的兩噴孔軸線1a之間(在延伸中心C上)的角度α被設(shè)定為45°(=360/8)。四個(gè)下噴孔2中任何相鄰的兩噴孔軸線2a之間的角度β被設(shè)定為90°(=360/4)。
利用這種設(shè)置，對(duì)應(yīng)于所述深盆形燃燒室A的整個(gè)周緣，燃油分別從所述上排噴孔和下排噴孔中得以平穩(wěn)地噴出。因此，在該燃燒室A的整個(gè)空腔內(nèi)就可以獲得穩(wěn)定的燃燒，從而提高了燃燒效率并降低了燃油消耗。
工業(yè)應(yīng)用的可行性根據(jù)本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)，由于在其中利用了深盆形燃燒室，所以能夠以較低的成本對(duì)燃油進(jìn)行高壓噴射，即使將該系統(tǒng)應(yīng)用于具有大直徑缸體的較大尺寸直噴式柴油機(jī)，也能夠?qū)崿F(xiàn)相同效果。因此，本系統(tǒng)可以應(yīng)用于希望燃油消耗較低并且所排放的廢氣較少的直噴式柴油機(jī)中，而無(wú)需考慮缸體的直徑大小。
權(quán)利要求
1．一種直噴式柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)，其具有一個(gè)帶有上下兩排噴孔的燃油噴嘴，并且該燃油噴嘴被設(shè)置成與一燃燒室相正對(duì)，其特征在于所述燃燒室是一個(gè)具有較小開(kāi)度比的深盆形燃燒室，所述上噴孔的方向被設(shè)置成能夠使得從該上噴孔所噴出的燃油可以到達(dá)所述燃燒室的側(cè)壁，而所述下噴孔的方向被設(shè)置成能夠使得從該下噴孔所噴出的燃油可以被噴射到所述燃燒室的底部表面上，從所述上噴孔所噴出的燃油噴射行程與各個(gè)上噴孔的直徑之比被設(shè)定為150～250，從所述下噴孔所噴出的燃油噴射行程與各個(gè)下噴孔的直徑之比被設(shè)定為100～180，而所有下排噴孔的總面積與所有所述上下噴孔的總面積之比被設(shè)定為0.25～0.35，并且所述上噴孔的數(shù)目被設(shè)定為是所述下噴孔數(shù)目的兩倍。
2．一種直噴式柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述上噴孔和下噴孔在所述各自的上排和下排中呈規(guī)則間隔排布。
全文摘要
一種直噴式柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng),其具有一個(gè)帶有上下兩排噴孔的燃油噴嘴,并且該燃油噴嘴被設(shè)置成與一具有較小開(kāi)度比的深盆形燃燒室正對(duì)。所述上排中的上噴孔(1)與所述下排中的下噴孔(2)的方向被設(shè)置成能夠使得從上噴孔(1)所噴出的燃油能夠到達(dá)所述燃燒室的側(cè)壁,而從下噴孔(2)所噴出的燃油能夠被噴射到所述燃燒室的底部表面上。從上噴孔(1)所噴出的燃油噴射行程與各個(gè)上噴孔的直徑之比被設(shè)定為150～250。從下噴孔(2)所噴出的燃油噴射行程與各個(gè)下噴孔的直徑之比被設(shè)定為100～180。而所有下噴孔的總面積與所有所述上下噴孔的總面積之比被設(shè)定為0.25～0.35。并且所述上噴孔的數(shù)目被設(shè)定為是所述下噴孔數(shù)目的兩倍。
文檔編號(hào)F02M61/18GK1314971SQ98814265
公開(kāi)日2001年9月26日 申請(qǐng)日期1998年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月11日
發(fā)明者吉川滋, 秋本成太, 濱岡俊次 申請(qǐng)人:洋馬柴油機(jī)株式會(huì)社