专利名称：直喷式柴油机的燃烧系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直接喷射燃料/燃油的柴油机的燃烧系统，并且尤其是涉及这样一种燃烧系统，即其中在一活塞头部所钻取的一燃烧室被成形为具有较小开度比(openlng ratio)的深盆形，并且一燃油喷嘴上带有上、下两排喷孔，从而能够综合性地并且同时达到降低废气中的NOx与黑烟，及减少燃油消耗的目的。
另外，比如日本实用新型(昭)61-29940中公开了一种带有上下两排喷孔的燃油喷嘴，所述喷孔围绕该燃油喷嘴的轴线呈“Z”字形径向排布。在该技术中，燃烧室纵向呈台阶状，以便从上喷孔中喷出的燃油能够朝向上燃烧室的侧壁进行喷送，而从下喷孔喷出的燃油能够朝向下燃烧室的侧壁进行喷送。
但是，前述技术仅仅是试图通过提高空气利用系数来改善燃油消耗量。对于一次平稳的燃烧而言，从上喷孔至上燃烧室侧壁的燃油喷射行程基本与从下喷孔至下燃烧室侧壁的燃油喷射行程相等。
日本实用新型(昭)43-20403中公开的所述下喷孔的直径和数目均被减小。传统技术中的这篇文献并未公开活塞中的燃烧室。但是，所述下喷孔与燃油喷嘴的轴线所成的角度(即该文献中的喷孔角β)比较大。另外，这里还存在这样一种情况，即燃油的完全燃烧不能仅仅依靠改善空气流来补偿，还要通过在压缩冲程的最后阶段考虑燃烧室的形状、燃油喷射的分布而获得。从而，可以推测，至少从所述下喷孔中所喷出的燃油的目的地是所述燃烧室的外壁边缘，以便即使在压缩冲程的最后阶段也能够将燃油喷入活塞燃烧室中。或许，所述燃烧室的未示出底部中心处可以向上凸起，以便不会进行燃烧。但是，如果燃烧室的底部是平整的，那么在该腔室底部中心周围的空气将无法得以充分利用。
深盆形燃烧室的缺点在于在活塞周边部分处的空气无法得以有效利用。即使利用具有上下两排喷孔的传统燃油喷嘴，由于所述下喷孔朝向燃烧室的侧壁进行燃油喷射，所以该燃烧室中心部周围的空气也无法得以有效利用。如果在这些部分中的空气能够被充分利用，那么燃烧的效率将得以提高，从而能够降低燃油消耗。
本发明的技术内容根据本发明的一种直喷式柴油机，其目的是为了同时获得两个互相矛盾的需求，即，降低燃油消耗和减少废气(排气)中的NOx、黑烟等，一个活塞在其头部形成一个较小开度比的深盆形燃烧室。燃油喷嘴设有一对“之”字形的上、下两排喷孔。在上排中的喷孔的指向这样设置，从而使从该喷孔中喷射出的燃油到达燃烧室的一个侧壁。在上排中燃油喷射行程与各喷孔的直径之比设定为150-250。在下排中喷孔的指向这样设置，从而使从该喷孔喷射出的燃油射落到燃烧室的底面上。从下排喷孔喷射出的燃油的喷射行程与下排中各喷孔的直径之比设定为100-180。在下排中所有喷孔的总面积与上、下两排中所有喷孔的总面积之比为0.25-0.35。在上排中喷孔的数目是下排中喷孔数目的两倍。
由于燃油从形成有这种喷孔的燃油喷嘴喷射到上述深盆形燃烧室，从所有喷孔的总面积喷射出的约65-75％的燃油在燃烧室的垂直壁的附近燃烧，并带有轻微的漩涡、压挤和反向压挤。剩余的25-35％的喷射燃油直接射落到所述壁(底部表面)上以扩散成细微的颗粒而燃烧。从上排喷孔喷射出的燃油在扩散的同时向上舐食所述垂直壁以与沿着活塞外周边的空气一起燃烧。另一方面，从下排喷孔喷射出的燃油也扩散到燃烧室的中心部的附近，因为其射落于底部表面上。因此，在整个燃烧室中的空气被有效地使用，从而提高燃烧效率并降低燃油消耗。
因此，根据本发明的用于直喷式柴油机的燃烧系统，在一个燃烧室中同时进行两种燃烧，因此，同时综合性地获得了降低废气排放和降低燃油消耗的效果。
上述燃油喷嘴进一步这样构造，使任何相邻的两个上排喷孔的轴线的延伸线与燃油喷嘴的轴线形成相同的角度，并且在下排中的任何相邻的两个喷孔的轴线的延伸线与燃油喷嘴的轴线形成相同的角度。因此，从俯视方向看，燃油从所有上排中的喷孔和从所有下排中的喷孔分别同等地喷射。通过从上排和下排中的所有喷孔喷射而进行的燃烧相同，从而提高了燃烧效率并降低了燃油消耗。
对附图的简要描述
图1是根据本发明在喷射期间直喷式柴油机的一燃烧系统的侧面剖视图；图2是沿图1中线X-X的横剖视图；图3是在喷射期间直喷式柴油机的一常规燃烧系统的侧面剖视图；图4是沿图3中线Y-Y的横剖视图。
一活塞P在其头部表面的中心处成形有一圆柱式深盆形燃烧室A，该燃烧室A在侧视图中为横向长而在平面图中呈圆形。
通常，如图3中所示，一活塞P’头部中的燃烧室A’在其底部中心处带有一向上的凸起5。在本发明中，这个中心凸起被去除以使得底部表面4平坦，从而将该燃烧室A成形为一深盆形。
活塞P具有外径B(近似等于缸孔内径)，而设置在活塞P中的深盆形燃烧室A具有内径D和深度H。燃烧室A的尺寸按下述公式进行设定H/D＜0.25燃烧室的开度比D/B按下述公式进行设定0.6＜D/B＜0.7正如在图3中所示那样，传统燃烧室A’的周边邻近于活塞P’的外周缘，这样该燃烧室A’的开度比可以较大。相比来说，本发明中的深盆形燃烧室A则具有一个较小的开度比。
另一方面，燃油喷嘴N上带有上下两排喷孔。形成上排喷孔的上喷孔1的数目被设定为是形成下排喷孔的下喷孔2的数目的两倍。在本实施例中，共设置有八个上喷孔1，和四个下喷孔2，后者正好为上喷孔1数目的一半。
对于所述上下两排喷孔的排布方式来说，各个上喷孔1和各个下喷孔2均不会纵向重叠，也就是说，它们呈“Z”字形排布。
至于这种“Z”字形排布，正如图2中所示那样，当从平面图中进行观看时，下喷孔2可以不是被恰好设置在相邻两上喷孔1的中间处。它们仅需被设置在相邻两个上喷孔1之间的区域内即可。
喷孔1和2被设置成能够使得从各个上喷孔1喷出的燃油朝向深盆形燃烧室A的侧壁3进行喷送，而从各个下喷孔2喷出的燃油则能够被喷射到该深盆形燃烧室A的底部表面4上。
在图3和4所示传统燃油喷嘴N’中的喷孔6被设置成能够使得从其中喷出的燃油朝向所述燃烧室A’的一侧壁进行喷送。燃烧室A’在其底部中心处设有如前所述的凸起5。喷孔6不会被设置成将燃油喷射到该底部中心处。另外，从喷孔6喷出的燃油不会射落到所述燃烧室A’的侧壁上，而是在到达该侧壁前完全雾化。
各个上喷孔1具有一轴线1a，该轴线1a与所述燃油喷嘴N(或者活塞P)的轴线Na成一角度θ1(喷孔轴线角)。各个下喷孔2具有一轴线2a，该轴线2a与所述轴线Na成一角度θ2(喷孔轴线角)。上排中所有上喷孔1的喷孔轴线角θ1可以并不相等，而是具有-5至+5之间的角度偏差。下喷孔2的喷孔轴线角θ2也与其类似。
上排中所有上喷孔1的喷孔轴线角θ1的平均值“θ1均”与下排中所有下喷孔2的喷孔轴线角θ2的平均值“θ2均”按下述公式进行设定15°＜θ1均-θ2均＜30°如果将上排中喷孔1的所有轴线1a向内延伸，那么其将共同相交于所述燃油喷嘴N(或者活塞P)轴线Na上的一点上。该交点被称为喷孔的一延伸中心。如果将下排中喷孔2的所有轴线2a向内延伸也与其类似。在本实施例中，正如图1中所示那样，喷孔1和喷孔2的延伸中心叠合于一共同延伸中心C1上。但是，这两个延伸中心也可以在纵向上相互错位。
从上排喷孔1至深盆形燃烧室A侧壁3的喷射行程L1，从下排喷孔2至底部表面4的喷射行程L2，各个上喷孔1的直径d1及各个下喷孔2的直径d2按下述公式进行设定150≤L1/d1≤250100≤L2/d2≤180所有下喷孔2的总面积与所有喷孔1和2的总面积之比为0.25～0.35。
因此，从占所有喷孔1和2总面积65％～75％的上喷孔1所喷出的燃油在侧壁3的附近燃烧，并且在沿活塞P周缘处的空气被利用的同时通过一小的漩涡、压挤及反向压挤作用对该侧壁3进行冲刷。剩余的从下喷孔2所喷出的25％～35％燃油将直接喷射到所述底部表面4上，并且扩散成微粒从而进行燃烧，与此同时环绕所述底部表面4中心部的空气也可以被利用。
通过这种方式，由于所述燃烧室A中的有限空气量被尽可能地有效利用，所以相对立的减少废气排放和降低燃油消耗的目的可以综合性地并且同时达到。
顺便说一下，上喷孔1被以规则的间隔进行排布，并且下喷孔2也与其类似。从而，在本实施例中，正如在图2中所示那样，八个上喷孔1中任何相邻的两喷孔轴线1a之间(在延伸中心C上)的角度α被设定为45°(=360/8)。四个下喷孔2中任何相邻的两喷孔轴线2a之间的角度β被设定为90°(=360/4)。
利用这种设置，对应于所述深盆形燃烧室A的整个周缘，燃油分别从所述上排喷孔和下排喷孔中得以平稳地喷出。因此，在该燃烧室A的整个空腔内就可以获得稳定的燃烧，从而提高了燃烧效率并降低了燃油消耗。
工业应用的可行性根据本发明的燃烧系统，由于在其中利用了深盆形燃烧室，所以能够以较低的成本对燃油进行高压喷射，即使将该系统应用于具有大直径缸体的较大尺寸直喷式柴油机，也能够实现相同效果。因此，本系统可以应用于希望燃油消耗较低并且所排放的废气较少的直喷式柴油机中，而无需考虑缸体的直径大小。
权利要求
1．一种直喷式柴油机的燃烧系统，其具有一个带有上下两排喷孔的燃油喷嘴，并且该燃油喷嘴被设置成与一燃烧室相正对，其特征在于所述燃烧室是一个具有较小开度比的深盆形燃烧室，所述上喷孔的方向被设置成能够使得从该上喷孔所喷出的燃油可以到达所述燃烧室的侧壁，而所述下喷孔的方向被设置成能够使得从该下喷孔所喷出的燃油可以被喷射到所述燃烧室的底部表面上，从所述上喷孔所喷出的燃油喷射行程与各个上喷孔的直径之比被设定为150～250，从所述下喷孔所喷出的燃油喷射行程与各个下喷孔的直径之比被设定为100～180，而所有下排喷孔的总面积与所有所述上下喷孔的总面积之比被设定为0.25～0.35，并且所述上喷孔的数目被设定为是所述下喷孔数目的两倍。
2．一种直喷式柴油机的燃烧系统，其特征在于所述上喷孔和下喷孔在所述各自的上排和下排中呈规则间隔排布。
全文摘要
一种直喷式柴油机的燃烧系统,其具有一个带有上下两排喷孔的燃油喷嘴,并且该燃油喷嘴被设置成与一具有较小开度比的深盆形燃烧室正对。所述上排中的上喷孔(1)与所述下排中的下喷孔(2)的方向被设置成能够使得从上喷孔(1)所喷出的燃油能够到达所述燃烧室的侧壁,而从下喷孔(2)所喷出的燃油能够被喷射到所述燃烧室的底部表面上。从上喷孔(1)所喷出的燃油喷射行程与各个上喷孔的直径之比被设定为150～250。从下喷孔(2)所喷出的燃油喷射行程与各个下喷孔的直径之比被设定为100～180。而所有下喷孔的总面积与所有所述上下喷孔的总面积之比被设定为0.25～0.35。并且所述上喷孔的数目被设定为是所述下喷孔数目的两倍。
文档编号F02M61/18GK1314971SQ98814265
公开日2001年9月26日 申请日期1998年10月5日 优先权日1997年4月11日
发明者吉川滋, 秋本成太, 滨冈俊次 申请人:洋马柴油机株式会社