专利名称：燃料直喷柴油发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料直喷柴油发动机，该燃料直喷柴油发动机具有: 活塞，其顶面高度沿圆周方向变化；和燃油喷射器，其从活塞中心轴上 沿着在圆周方向上隔开的多个燃料喷射轴向凹设于所述活塞的中央部的 腔体内喷射燃料。
背景技术：
一般的燃料直喷柴油发动机的活塞的顶面形成为平坦的顶面，然而 通过下述专利文献1公知有活塞顶面呈屋脊状突出的燃料直喷柴油发动 机。
在屋脊型的活塞顶面凹设腔体的话，腔体的开口高度在圆周方向上 变化。因此，使腔体的底壁部的髙度在圆周方向上恒定的话，腔体的周 壁部的深度就会在圆周方向上变化，从燃油喷射器喷射出的燃料与空气 的混合状态在圆周方向上也变得不均匀，会产生发动机的输出降低、有 害物质排放增加的问题。
为了解决该问题，专利文献1中所记载的燃料直喷柴油发动机通过 使腔体的底壁部的高度随着腔体开口高度的变化而变化，从而使腔体的 周壁部的深度在圆周方向上恒定，由此使腔体中的燃料和空气的混合状 态在圆周方向上变得均匀。
专利文献l:日本特开昭62-255520号公报
然而，对于上述现有的燃料直喷柴油发动机，虽然腔体的周壁部的 深度在圆周方向上恒定，但是通过各燃料喷射轴的腔体的剖面形状与腔 体的开口高度相对应地变化，因此不一定能够使燃料和空气的混合状态 在腔体的圆周方向上均匀化。
发明内容
本发明就是鉴于所述情况而作出的，其目的在于提供一种具有屋脊 型活塞的燃料直喷柴油发动机，以能够在腔体的圆周方向的所有方向上 使燃料和空气均匀地混合。
为了达成上述目的，本发明的第一特征的燃料直喷柴油发动机具有 活塞，其顶面高度沿圆周方向变化；和燃油喷射器，其从活塞中心轴上 沿着在圆周方向上隔开的多个燃料喷射轴向凹设于所述活塞的中央部的 腔体内喷射燃料，该燃料直喷柴油发动机的特征在于，设所述腔体的通 过第n个燃料喷射轴的剖面为燃料喷射剖面Sn，设所述燃料喷射剖面Sn 和所述腔体的开口周缘的交点为第一特定点An，在通过所述第一特定点 An且位于所述燃料喷射剖面Sn中的与气缸盖的下表面平行的线上，存 在第二特定点Bn，在所述燃料喷射剖面Sn的所述腔体的底壁部上存在 第三特定点Cn，所述第二特定点Bn位于比所述第一特定点An更靠近活 塞中心轴的位置，所述第三特定点Cn位于比所述腔体的底壁部的最大外 径位置更靠近活塞中心轴的位置，
在各燃料喷射剖面Sn中由下述路径所围成的剖面形状大致相同，这 些路径是以所述燃料喷射剖面Sn中的沿着所述气缸盖下表面的线来连 结所述第一特定点An和第二特定点Bn而成的路径AnBn，沿着所述燃 料喷射剖面Sn中的所述腔体的壁面连结所述第一定点An和第三定点Cn 而成的路径AnCn，以最短直线连结所述第二特定点Bn和第三特定点Cn 而成的路径BnCn。
此外，在第一特征的基础上，本发明的第二特征的燃料直喷柴油发 动机的特征在于，所述燃料喷射剖面Sn与所述活塞的顶面大致正交。
此外，在第一或者第二特征的基础上，本发明的第三特征的燃料直 喷柴油发动机的特征在于，所述腔体的壁面中央形成有向该腔体的开口 隆起的顶部，所述第三特定点Cn位于所述顶部和与其径向外侧相连的所 述底壁部的交界。
此外，在第一至第三特征的任一项的基础上，本发明的第四特征的 燃料直喷柴油发动机的特征在于，通过所述腔体的圆周方向的任意一点
5和存在于活塞中心轴上的所述燃油喷射器的燃料喷射点、且与所述活塞
的顶面正交的所述腔体的剖面形状，与各燃料喷射剖面Sn中的所述剖面 形状大致相同。
此外，在第一至第四特征的任一项的基础上，本发明的第五特征的 燃料直喷柴油发动机的特征在于，所述多个燃料喷射轴与所述腔体的壁 面交叉的燃料碰撞角相等。
此外，在第一至第五特征的任一项的基础上，本发明的第六特征的 燃料直喷柴油发动机的特征在于，从所述燃油喷射器的燃料喷射点到所 述多个燃料喷射轴与所述腔体的壁面交叉的燃料碰撞点的距离相等。
根据本发明的第一特征，腔体凹设于顶面高度在圆周方向上变化的 活塞中央部，在从配置于活塞中心轴上的燃油喷射器沿多个燃料喷射轴 向腔体内喷射燃料时，设通过第n个燃料喷射轴的腔体的剖面为燃料喷 射剖面Sn，并将由该燃料喷射剖面Sn上的第一 第三特定点An、 Bn、 Cn限定的腔体的剖面形状设定为在各燃料喷射剖面Sn中都大致相同， 因此，能够使各燃料喷射剖面Sn中的燃料和空气的混合状态均匀化，实 现发动机的输出的提高和有害物质排放的减少。此外，由于在活塞顶面 倾斜的部分中的、腔体的开口边缘没有被锐角化，因此在耐热应力方面 也很优秀。
此外，根据本发明的第二特征，通过使燃料喷射剖面Sn与活塞的顶 面大致正交，能够使沿活塞的顶面在圆周方向上扩散的燃料微粒与空气 的混合最优化。
此外，根据本发明的第三特征，由于第三特定点Cn位于在腔体壁面 的中央形成的顶部和与其径向外侧相连的底壁部的交界，因此能够使第 三特定点Cn尽量接近活塞中心轴，使由第一 第三特定点An、 Bn、 Cn 所限定的剖面形状在各燃料喷射剖面Sn中所占的比率提高，从而将腔体 的圆周方向的各剖面中的燃料与空气的混合状态的偏差抑制到最小限度。
此外，根据本发明的第四特征，不仅将通过存在于活塞中心轴上的 燃油喷射器的燃料喷射点并与活塞的顶面正交的腔体剖面形状设定为在 各燃料喷射剖面Sn中大致相同，而且将通过燃料喷射剖面Sn以外的腔体圆周方向上的任意一点的腔体剖面形状也设定为与各燃料喷射剖面Sn
的剖面形状大致相同，因此能够使腔体的圆周方向的各个位置处的空气 与燃料的混合状态进一步均匀化。
此外，根据本发明的第五特征，由于将各燃料喷射轴与腔体壁面交 叉的燃料碰撞角设为相等，因此能够使腔体的圆周方向的各个位置处的 空气与燃料的混合状态进一步均匀化。
此外，根据本发明的第六特征，由于对于多个燃料喷射轴来说，从 燃油喷射器的燃料喷射点到腔体的壁面的燃料碰撞点的距离设为相等， 因此能够使腔体的圆周方向的各个位置处的空气与燃料的混合状态进一 步均匀化。
图1是柴油发动机的主要部分的纵剖视图。(第一实施例)
图2是图1的2-2线的箭头方向的视图。(第一实施例) 图3是图1的3-3线的箭头方向的视图。(第一实施例) 图4是活塞的上部立体图。(第一实施例) 图5是沿图3的5-5线的剖视图。(第一实施例) 图6是沿图3的6-6线的剖视图。(第一实施例) 图7是沿图3的7-7线的剖视图。(第一实施例) 图8是表示使燃料喷射轴的方向沿圆周方向变化时燃料喷射轴在左 右各30。的范围内的腔体容积变化率的图表。(第一实施例) 标号说明 13:活塞； 16:气缸盖； 23:燃油喷射器； 25:腔体； 25c:底壁部； 25d:顶部； Lil:燃料喷射轴；Li2:燃料喷射轴； Lp:活塞中心轴； Oinj:燃料喷射点； Pl:燃料碰撞点； P2:燃料碰撞点； al:燃料碰撞角； (X2:燃料碰撞角。
具体实施例方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。 实施例1
图1 图8表示本发明的实施方式。
如图1 图3所示，燃料直喷柴油发动机具有与形成于气缸体11中 的气缸12滑动自如地嵌合的活塞13，活塞13经由活塞销14和连杆15 与未图示的曲轴连接。在结合于气缸体11上表面的气缸盖16的下表面 上，开设有与活塞13的顶面对置的两个进气门孔17、 17和两个排气门 孔18、 18，进气口 19与进气门孔17、 17连通，排气口 20与排气门孔 18、 18连通。通过进气门21、 21对进气门孔17、 17进行开闭，通过排 气门22、 22对排气门孔18、 18进行开闭。将燃油喷射器23设置成位于 活塞中心轴Lp上，并且将电热塞24设置为与燃油喷射器23相邻。
由图1和图4可以明确，活塞13的顶面和与其对置的气缸盖16的 下表面并不平坦，而是呈剖面为三角形的屋脊状倾斜，通过该形状，能 够减小进气口 19和排气口 20的弯曲度，并且能够确保进气门孔17、 17 和排气门孔18、 18的直径，提高迸气效率和排气效率。
在活塞13的顶面上凹设有以活塞中心轴Lp为中心的腔体25。腔体 25的径向外侧形成有:从与活塞销14平行且呈直线状地延伸的顶部13a、 13a朝向吸气侧和排气侧向下倾斜的一对倾斜面13b、 13b;形成于倾斜 面13b、 13b的下端附近并与活塞中心轴Lp正交的一对平坦面13c、 13c; 以及将顶部13a、 13a的两端切成平坦状的一对切口部13d、 13d。沿活塞中心轴Lp配置的燃油喷射器23以活塞中心轴Lp上的虚拟点 即燃料喷射点Oinj为中心，向沿圆周方向隔开60。间隔的六个方向喷射 燃料。沿活塞中心轴Lp方向观察，六根燃料喷射轴中的两根第一燃料喷 射轴Lil与活塞销14重合，其他四根第二燃料喷射轴Li2与活塞销14 的方向以60。的角度交叉。此外，沿与活塞中心轴Lp正交的方向观察， 六根第一、第二燃料喷射轴Lil、 Li2向斜下方倾斜，并且第一燃料喷射 轴Lil的下倾程度较小，第二燃料喷射轴Lil的下倾程度较大(参照图6 和图7)。
另外，燃油喷射器23实际喷射燃料的喷射点从活塞中心轴Lp稍稍 偏向径向外侧，然而将所述燃料喷射点Oinj定义为所述第一、第二燃料 喷射轴Lil、 Li2与活塞中心轴Lp交叉的点。
接着，参照图5 图7详细叙述腔体25的剖面形状。图5是与活塞 销14正交的方向的剖面，图6是与活塞销14以60。交叉的方向的剖面(包 含第二燃料喷射轴Li2的剖面)，图7是沿着活塞销14的方向的剖面(包 含第一燃料喷射轴Lil的剖面)。
此处，重要的是，图5 图7的剖面均为通过燃料喷射点Oinj并与 活塞13的顶面正交的方向的剖面。图5的活塞销14正交方向剖面与图7 的活塞销14方向剖面的剖开面均与活塞13的顶面正交，且包含活塞中 心轴Lp。与此相对地，图6的与活塞销14以60。交叉的方向的剖面是通 过第二燃料喷射轴Li2并与活塞13的顶面(即倾斜面13b、 13b)正交， 且不包含活塞中心轴Lp的剖面。亦即，在图3中，沿5-5线的剖开面和 沿7-7线的剖开面与纸面正交，而沿6-6线的剖开面不与纸面正交，与活 塞13的倾斜面13b、 13b正交。
本实施方式的特征在于，在通过燃料喷射点Oinj并与活塞13的顶 面正交的任意剖面中，腔体25的形状大致一致。腔体25的剖面形状隔 着燃料喷射点Oinj分成左右两部分，这两部分在图7的活塞销14方向的 剖面中呈大致直线状地相连，而在图5的与活塞销14正交的方向的剖面 和图6的与活塞销14以60。交叉的方向的剖面中，以与活塞13的屋脊形 状对应的人字形相连。然而，腔体25的剖面形状的主要部分，即图5
9图7中画有网格的部分的形状完全一致。
由图5 图7可以明确，以活塞中心轴Lp为中心而形成的腔体25 由以下部分构成从活塞13的顶面向下以直线状延伸的周壁部25a;从 周壁部25a的下端向活塞中心轴Lp呈凹状弯曲的曲壁部25b;从曲壁部 25b的径向内端朝活塞中心轴Lp向斜上方以直线状延伸的底壁部25c; 以及在活塞中心轴Lp上与底壁部25c的径向内端相连的顶部25d。
设从表示与腔体25对置的气缸盖16的下表面的线L-R1、L-R2向下 方隔开距离Ha并平行地延伸的线，为活塞顶面基本线L-al、 L-a2。同样 地，设从表示气缸盖16的下表面的线L-R1、 L-R2向下方隔开距离Hbc 并平行地延伸的线，为腔体底面基本线L-bcl、 L-bc2;设从表示气缸盖 16的下表面的线L-R1、 L-R2向下方隔开距离Hd并平行地延伸的线为腔 体顶部基本线L-dl、 L-d2。
设以燃料喷射点Oinj为中心、半径为Ra的圆弧与所述活塞顶面基 本线L-al、 L-a2的交点为al、 a2。同样地，设以燃料喷射点Oinj为中心、 半径为Rb的圆弧与所述腔体底面基本线L-bcl、 L-bc2的交点为bl、 b2， 设以燃料喷射点Oinj为中心、半径为Rc的圆弧与所述腔体底面基本线 L-bcl、 L-bc2的交点为cl、 c2，设以燃料喷射点Oinj为中心、半径为Rd 的圆弧与所述腔体顶部基本线L-dl、 L-d2的交点为dl、 d2。交点el、 e2 为从所述交点dl、 d2垂向活塞顶面基本线L-al、 L-a2的垂线与该活塞顶 面基本线L-al、 L-a2交叉的点。
腔体25的周壁部25a在直线albl、 a2、 b2上，腔体25的底壁部25c 与直线cldl、 c2、 d2—致，腔体25的曲壁部25b将直线albl、 a2b2和 直线cldl、 c2d2圆滑地连接起来。
而且，将腔体25的形状设定为由交点al、 cl、 dl、 el或者交点 a2、 c2、 d2、 e2所确定的画有网格的剖面形状，在通过燃料喷射点Oinj 并与活塞13的顶面正交的任意剖面中都相同。
所述交点al、 a2对应于本发明的第一特定点An，所述交点el、 e2 对应于本发明的第二特定点Bn，所述交点dl、 d2对应于本发明的第三 特定点Cn。对于如图6和图7所示的通过第一、第二燃料喷射轴Lil、 Li2的剖 面，图7所示的活塞销14方向的剖面(燃料喷射剖面S1)中的画有网格 部分的形状，与图6所示的与活塞销14以60。交叉的方向的剖面(燃料 喷射剖面S2)中的画有网格部分的形状相同。
在图7所示的活塞销14方向的剖面中，设第一燃料喷射轴Lil与腔 体25交叉的点为燃料碰撞点Pl，在图6所示的与活塞销14以60°交叉 的方向的剖面中，设第二燃料喷射轴Li2与腔体25交叉的点为燃料碰撞 点P2。两个燃料碰撞点Pl、 P2存在于画有网格的相同形状的剖面上的 相同位置。因而，燃料碰撞点P2的位置比燃料碰撞点P1的位置低，从 燃料喷射点Oinj延伸出的第二燃料喷射轴Li2比第一燃料喷射轴Lil进 一步朝下喷射燃料。
从燃料喷射点Oinj到燃料碰撞点Pl的距离Dl与从燃料喷射点Ohij 到燃料碰撞点P2的距离D2 —致。此外，腔体25的燃料碰撞点Pl处的 切线与第一燃料喷射轴Lil所成的燃料碰撞角al和腔体25的燃料碰撞 点P2处的切线与第二燃料喷射轴Li2所成的燃料碰撞角a2 —致。
根据如上所述的本实施方式，在通过燃料喷射点Oinj并与活塞13 的顶面正交的任意剖面中，除去燃料喷射点Oinj附近的极小一部分(交 点el、 dl、 d2、 e2所围成的区域)，腔体25的剖面形状都相同。特别是 在包含第一、第二燃料喷射轴Li12、 Li2的两个剖面(参照图6和图7) 中，腔体25的剖面形状也相同，而且在所述两个剖面中，从燃料喷射点 Oinj到燃料碰撞点Pl、 P2的距离Dl、 D2设定为相等，且燃料碰撞点 Pl、 P2处的燃料碰撞角al、 cc2设定为相等，因此能够使腔体25的各部 分中的空气和燃料的混合状态在圆周方向上均匀化，能够改善混合气的 燃烧状态，增加发动机的输出，并减少有害物质的排放。
此外，在图5和图6所示的活塞13的顶面倾斜的剖面中，由于腔体 25的开口边缘(交点a2的部分)所成的角度与图7所示的活塞13的顶 面平坦的情况相比没有被锐角化，因此能够减轻该部分的热负荷，提高 耐热性。
此外，在腔体25的通过燃料喷射点Oinj的剖面中，对燃料与空气的混合有较大影响的剖面不是包含活塞中心轴Lp的剖面，而是与活塞13
的顶面正交的剖面。其原因是，腔体25中的燃烧微粒在圆周方向的扩散 是沿活塞13的顶面方向发生的，与该扩散方向正交的剖面为与活塞13 的顶面正交的剖面。在本实施方式中，使腔体25在通过燃料喷射点Oinj 并与活塞13的顶面正交的任意剖面中形状大致一致，从而能够使腔体25 的各部分中的燃料和空气的混合状态进一步均匀化。
此外，交点dl、 d2位于腔体25的底壁部25c和顶部25d的交界， 因此通过使交点dl、 d2和交点el、 e2尽量靠近活塞中心轴Lp，使画有 网格的剖面形状在各燃料喷射剖面Sn中所占的比例提高，从而能够将腔 体25的圆周方向各剖面中的燃料和空气的混合状态的偏差抑制到最小限 度。
图8表示使燃料喷射轴的方向以活塞销14的方向为基准(0°)、绕 活塞中心轴Lp在左右各60。的范围内移动时，所述燃料喷射轴在左右各 30。范围内的腔体25的容积变化率。实线与本实施方式对应，使通过燃 料喷射点Oinj并与活塞13的顶面正交的任意剖面中的腔体25的剖面形 状一致；虚线与现有例(所述专利文献1公开的发明)对应。由该图可 以明确，相对于现有例中的超过20%的容积变化率，本实施方式中的容 积变化率被抑制在不足10%。
本申请发明是使通过燃料喷射点Oinj并与活塞13的顶面正交的任 意剖面中的腔体25的形状大致一致，所谓腔体25的形状大致一致被定 义为容许上述的容积变化率不足10V。这样的微小的形状变化，例如允 许燃烧喷射剖面Sn通过活塞中心轴Lp的情况，或者允许燃烧喷射剖面 Sn从与活塞13的顶面正交的状态稍微倾斜的情况。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，然而本发明在不脱离其主 旨的范围内可以进行各种设计变更。
例如，在实施方式中，第一燃料喷射轴Lil指向活塞13的顶面高度 最高的方向，然而未必需要指向所述最高的方向。
此外，在实施方式中，燃油喷射器23向隔开60。间隔的六个方向喷 射燃料，然而燃料的喷射方向并不限定于六个方向。
权利要求
1. 一种燃料直喷柴油发动机，该燃料直喷柴油发动机具有活塞(13)，其顶面高度沿圆周方向变化；和燃油喷射器(23)，其从活塞中心轴(Lp)沿着在圆周方向隔开的多个燃料喷射轴(Li1、Li2)向凹设于所述活塞(13)的中央部的腔体(25)内喷射燃料，其特征在于，设所述腔体(25)的通过第n个燃料喷射轴(Li1、Li2)的剖面为燃料喷射剖面Sn，设所述燃料喷射剖面Sn和所述腔体(25)的开口周缘的交点为第一特定点An，在通过所述第一特定点An且位于所述燃料喷射剖面Sn中的与气缸盖(16)的下表面平行的线上，存在第二特定点Bn，在所述燃料喷射剖面Sn中的所述腔体(25)的底壁部(25c)上存在第三特定点Cn，所述第二特定点Bn位于比所述第一特定点An更靠近活塞中心轴(Lp)的位置，所述第三特定点Cn位于比所述腔体(25)的底壁部(25c)的最大外径位置更靠近活塞中心轴(Lp)的位置，在各燃料喷射剖面Sn中由下述路径所围成的剖面形状大致相同，这些路径是以所述燃料喷射剖面Sn中的沿着所述气缸盖(16)下表面的线来连结所述第一特定点An和第二特定点Bn而成的路径AnBn，沿着所述燃料喷射剖面Sn中的所述腔体(25)的壁面连结所述第一定点An和第三定点Cn而成的路径AnCn，以最短直线连结所述第二特定点Bn和第三特定点Cn而成的路径BnCn。
2. 如权利要求1所述的燃料直喷柴油发动机，其特征在于， 所述燃料喷射剖面Sn与所述活塞(13)的顶面大致正交。
3. 如权利要求1或2所述的燃料直喷柴油发动机，其特征在于， 所述腔体(25)的壁面中央形成有向该腔体(25)的开口隆起的顶部(25d)，所述第三特定点Cn位于所述顶部(25d)和与其径向外侧相连的所述底壁部(25c)的交界。
4. 如权利要求1至3中的任一项所述的燃料直喷柴油发动机，其特 征在于，通过所述腔体(25)的圆周方向的任意一点和存在于活塞中心轴(Lp) 上的所述燃油喷嘴(23)的燃料喷射点(Oinj)，且与所述活塞(13)的 顶面正交的所述腔体(25)的剖面形状，与各燃料喷射剖面Sn中的所述 剖面形状大致相同。
5. 如权利要求1至4中的任一项所述的燃料直喷柴油发动机，其特征在于，所述多个燃料喷射轴(Lil、 Li2)与所述腔体(25)的壁面交叉的 燃料碰撞角(al、 a2)相等。
6. 如权利要求1至5中的任一项所述的燃料直喷柴油发动机，其特 征在于，从所述燃油喷射器(23)的燃料喷射点(Oinj)到所述多个燃料喷 射轴(Lil、 Li2)与所述腔体(25)的壁面交叉的燃料碰撞点(Pl、 P2) 为止的距离相等。
全文摘要
本发明提供一种具有屋脊型活塞的燃料直喷柴油发动机，从配置于活塞中心轴上的燃油喷射器的燃料喷射点(Oinj)，沿多个燃料喷射轴(Li2)，向凹设于顶面高度沿圆周方向变化的活塞(13)的中央部的腔体(25)内喷射燃料时，设腔体(25)的通过燃料喷射轴(Li2)的剖面为燃料喷射剖面(S2)，将由该燃料喷射剖面(S2)上的第一～第三特定点(An、Bn、Cn)所限定的腔体(25)的剖面形状(参照网格部分)设定为在各燃料喷射剖面(S2)中大致相同。由此，能够使各燃料喷射剖面(S2)中的燃料和空气的混合状态均匀化，并提高发动机的输出、减少有害物质的排放。
文档编号F02B23/06GK101473121SQ20078002242
公开日2009年7月1日 申请日期2007年4月11日 优先权日2006年6月26日
发明者但马宽, 佐佐木信彦, 内本达也, 园比吕志, 山谷幸久, 柴田光弘, 池谷健一郎 申请人:本田技研工业株式会社