[发明专利]直喷式柴油机燃烧室结构

说明书

技术领域

本发明涉及直喷式柴油机的燃烧室结构。

背景技术

历来，一些汽车的柴油发动机中采用了所谓的废气再循环(EGR)装置从排气侧将部分废气抽回到吸气侧，在吸气侧内被抽回的废气使柴油机内燃料燃烧得到抑制而降低燃烧温度，从而减少NOx的产生。

图1表示一例设有废气再循环装置的柴油机，对于图中所示的柴油机1，流过废气2的排气通路3和吸气通路4之间通过EGR管5连接，此EGR管5中途所设的EGR阀6，将部分废气2和吸入空气7一并送入柴油机1的气缸内进行再循环，以通过降低燃烧温度而减少NOx的产生。

并且，在柴油机1各气缸腔顶部(气缸腔顶部23)配备了向气缸内喷射汽油的多孔式喷嘴8，并在活塞9的顶面凹陷地设有凹陷部10而构成燃烧室的大半，燃料从喷嘴8的端部向该凹陷部10的内周面放射状地喷射，在压缩行程末期因气缸内部高温而自燃。

上述凹陷部10的细节如图2所示，其中包括：形成凹陷部10开口的外缘部的入口唇部11；从该入口唇部11沿着平缓的S形曲线下降，自入口唇部11径向地朝外侧扩张的燃烧室壁面部12；从该燃烧室壁面部12径向地朝内侧形成平缓曲面的外侧曲面部13；以及从该外侧曲面部13下端部的整个周边往活塞中心O形成的扁平圆锥状中心锥体部14。

图1所示的柴油机1的喷嘴8的喷射动作，能够由作为柴油机控制计算机(ECU：Electronic Control Unit(电子控制单元))的控制装置15发出的燃料喷射指令8a控制，在压缩上死点附近对上述喷嘴发出燃料喷射指令8a而使燃料喷射。

输入上述控制装置15的信号包括加速器开度信号16a和转速信号17a等，前一信号来自加速器开度信号16a作为柴油机1的负荷检测的加速器传感器16(负荷传感器)，后一信号来自检测柴油机1转速的转速传感器17。为了实施各种发动机控制，对柴油机1的运行状态进行常时监测。

再有，图1中示出了机轴18、排气口19、排气阀20、吸气口21、吸气阀22以及气缸腔顶部23。吸气阀22和排气阀20通过发动机驱动凸轮轴(未作图示)上的凸轮经由推杆和摇臂控制，在对应于各气缸行程的适当的定时执行开阀操作。

关于这种直喷式柴油机的燃烧室结构的现有技术文献资料，见诸于例如下述的专利文献1和文献2等。专利文献1：特开平6-212973号公报专利文献2：特开平7-150944号公报

然而，在图1所示的传统的直喷式柴油机中，通过废气2的再循环来减少NOx产生，与因气缸内燃烧不充分而产生黑烟这二者之间存在某种折衷关系。因此，若为实现NOx的大幅度减少而单纯增加废气2的再循环量会导致黑烟的产生和耗油状态的恶化等问题。

因此，对于图2所示的现有燃烧室结构，发明人针对燃料喷雾的扩散状况作了持续的潜心研究后，发现了如图3(曲柄角8°)、图4(曲柄角12°)、图5(曲柄角16°)、图6(曲柄角20°)、图7(曲柄角24°)依次所示的如下情况：在低速运转时的燃料的喷射期间，由于活塞9下降缓慢，在该活塞9充分下降前燃料就喷射完，如此，燃料喷雾的大部分被喷射进并停留在凹陷部10内。在该处局部形成燃料集中的区域而容易导致黑烟的产生。图中F所指的图线，示意地说明按浓度分布的喷射燃料的扩散状况，并示出了分布区域越处于内侧燃料浓度越高的状态。

另一方面，发现了如图8(曲柄角8°)、图9(曲柄角20°)、图10(曲柄角24°)、图11(曲柄角28°)、图12(曲柄角40°)依次所示的如下情况：在高速运转时的燃料的喷射期间，由于活塞9下降快使得在燃料喷射的前半该活塞9就已过度下行，如此，燃料喷雾的大部分未进入凹陷部10而流向挤气区S(凹陷部10周围活塞9的顶面与气缸腔顶部23之间的区域)，并停留在衬套壁附近(挤气区S的最外侧部分)。在该处局部形成燃料集中的区域而容易导致黑烟的产生。

发明内容

本发明鉴于上述的实际情况构思而成，其目的在于提供一种即使增加废气的再循环量也可避免黑烟的产生和耗油状态的恶化的直喷式柴油机的燃烧室结构。

本发明的特征在于：具有在活塞的顶面设有构成燃烧室大半的凹陷部，从气缸腔顶部的中心向该凹陷部内放射状喷射燃料而自燃的直喷式柴油机燃烧室结构，其中，凹陷部开口外周部设有相对于活塞顶面以所要深度凹下而形成阶状的抠出部；该抠出部底面的外周部沿平缓曲面径向地向外侧上升而形成直至活塞的顶面，并在活塞顶面的下一台阶处形成入口唇部，该入口唇部由上述抠出部的内周部和从凹陷部底面上升的燃烧室壁面部构成。