專利名稱：直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的。
在活塞頂部上形成的凹槽的中心部形成碰撞面，使從燃料噴射閥噴射來的燃料在碰撞面碰撞，碰撞后的燃料從碰撞面向凹槽的周邊方向飛散，繼而使飛散的燃料由火花塞或熱線點(diǎn)火塞點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)，已經(jīng)由本申請(qǐng)人提出申請(qǐng)(參照特開昭63-120815號(hào)公報(bào))。這個(gè)內(nèi)燃機(jī)是用火花塞或熱線點(diǎn)火塞給燃料點(diǎn)火的，其后經(jīng)過研究，把利用這種碰撞作用的燃料噴霧的形成方法，運(yùn)用到壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，則點(diǎn)火延遲時(shí)間極短，從而可得到壓力緩和上升的燃燒。對(duì)于這樣的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)也已由本申請(qǐng)人提出申請(qǐng)(參照PCT/JP90/00718)。這種壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)與一般的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)同樣，其實(shí)質(zhì)是使全部的噴射燃料在活塞頂部上形成的凹槽內(nèi)燃燒。
然而在活塞頂部上形成的凹槽，為使全部噴射燃料能夠燃燒，本來就具有能收容足夠量空氣的容積。所以如能夠?qū)疾蹆?nèi)的空氣全部利用于燃燒，則如上所述，將全部噴射燃料在活塞的凹槽內(nèi)燃燒，也能夠得到良好的燃燒。然而為使凹槽內(nèi)的全部空氣利用于燃燒，必須使噴射燃料在凹槽內(nèi)全部均勻地分布著，可是像這樣使噴射燃料均勻地分布在凹槽內(nèi)，不用說一般的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，即使是使噴射燃料在碰撞面碰撞的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)也比較困難。所以實(shí)際上，使噴射燃料在活塞的凹槽內(nèi)全部燃燒，會(huì)造成空氣利用率不充分，有發(fā)生大量未燃HC(碳?xì)浠衔?和煙霧的問題。
本發(fā)明的目的是在于提供使用新的燃燒方法，大幅度地抑制有害成分和煙霧的發(fā)生，同時(shí)并能大幅度地提高熱效率的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)。
按照本發(fā)明，在活塞頂部上形成凹槽的同時(shí)，在凹槽中心部上方汽缸蓋內(nèi)壁面上配置燃料噴射閥，在燃料噴射閥的下方設(shè)置具有碰撞面的碰撞部，使從燃料噴射閥噴射來的燃料與碰撞面相碰撞，碰撞后的噴射燃料從碰撞面向凹槽的半徑方向飛散的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)上，提供一種將燃料噴射開始時(shí)間設(shè)定在壓縮上死點(diǎn)附近，使初期燃燒在凹槽內(nèi)進(jìn)行的同時(shí)，使繼續(xù)初期燃燒的剩余的大部分燃燒在凹槽周圍的活塞頂部與汽缸蓋內(nèi)壁面之間進(jìn)行的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)。
下面參照附圖，通過對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述來進(jìn)一步說明本發(fā)明。


圖1是直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的側(cè)面斷面圖，圖2是活塞的平面圖，圖3是汽缸蓋的底面圖，圖4是燃料噴射閥端部的放大側(cè)面斷面圖，圖5是圖4沿著Ⅴ-Ⅴ線看的斷面圖，圖6是表示燃料噴射時(shí)間的圖，圖7是表示燃料噴射開始后不久的內(nèi)燃機(jī)的側(cè)面斷面圖，圖8是表示燃料噴射完了前不久的內(nèi)燃機(jī)的側(cè)面斷面圖，圖9是表示噴霧模態(tài)的活塞凹槽平面圖，圖10是表示直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例的側(cè)面斷面圖，圖11是一般的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的側(cè)面斷面圖，圖12是圖11所示活塞的平面圖。
圖中2-活塞3-汽缸蓋4-燃燒室7-凹槽
13-碰撞面14-第二凹槽15-燃料噴射閥23-擠氣區(qū)參照?qǐng)D1到圖3，1是汽缸體、2是在汽缸體1內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞、3是在汽缸體1上安裝的汽缸蓋、4是在活塞2和汽缸蓋3之間形成的燃燒室、5是一對(duì)吸氣閥、6是一對(duì)排氣閥。在活塞2的平坦的頂部2a的中央形成凹槽7、在凹槽7的周壁上方部形成向內(nèi)側(cè)突出的唇部8。由于這個(gè)唇部8，形成了具有斷面積比凹槽7中間部的斷面積小的凹槽上部開口9。在這個(gè)凹槽上部開口9的周緣部，形成具有成等角度間隔的圓弧狀的凹部10。
在凹槽7的底壁面中央部成整體地形成向上方突出的支撐部件11，在這個(gè)支撐部件11的頂部，成整體地形成碰撞部件12，在這個(gè)碰撞部件12的頂部形成有略呈平坦的碰撞面13。在汽缸蓋3的平坦內(nèi)壁面3a的中央部形成有覆蓋著全部凹槽7的上部開口9的第2凹槽14，在碰撞面13上方的第2凹槽14的中央部配置有燃料噴射閥15。
在從圖1到圖3所示的實(shí)施例中，如圖4及圖5所示，燃料噴射閥15具備有成圓筒狀的噴咀16和控制噴咀16開閉的針閥17。針閥17與噴咀16同軸，且具有比噴咀16略小些的小徑的端部18，在這個(gè)端部18的外周面上有由成等角度間隔的四個(gè)平坦面形成的缺口19。其次，在針閥17的受壓面20周圍形成的燃料貯槽21上，連結(jié)有與針閥17的軸線相對(duì)的點(diǎn)對(duì)稱地配置著的幾個(gè)燃料供給通路22。從燃料泵(圖未示出)吐出的高壓燃料通過各燃料供給通路22供給燃料槽21，燃料槽21內(nèi)的燃料壓力超過一定壓力時(shí)，針閥17則上升，燃料從噴咀16噴出。
從燃料噴射閥15向著碰撞面13的中央部進(jìn)行燃料噴射，這個(gè)燃料噴射的實(shí)際噴射時(shí)間表示在圖6。在圖6中，θS是表示噴射開始時(shí)間，θE表示噴射終了時(shí)間。此外，在圖6中，橫軸是表示內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷。從圖6可以知道，在內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，是在壓縮上死點(diǎn)TDC后燃料開始噴射，從而在這時(shí)全部噴射燃料是在壓縮上死點(diǎn)TDC后被噴射出來。另一方面噴射開始時(shí)間θS隨著內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷增高而被提前，內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷增高后，燃料噴射則在比壓縮上死點(diǎn)TDC稍前的時(shí)間開始。像這樣，噴射開始時(shí)間θS雖被提前，但壓縮上死點(diǎn)TDC后的噴射期間仍比壓縮上死點(diǎn)TDC前的噴射期間長(zhǎng)很多，所以可以看出大部分的噴射燃料是在壓縮上死點(diǎn)TDC后被燃燒的。
圖7是表示燃料噴射開始后不久的情況，圖8是表示燃料噴射終了之前不久的情況。圖9是表示燃料與碰撞面13碰撞時(shí)擴(kuò)散的情況。
如圖7所示，活塞2靠近上死點(diǎn)TDC時(shí)，在活塞頂部2a的周邊部和汽缸蓋內(nèi)壁面3a的周邊部之間形成擠氣區(qū)23，從這個(gè)擠氣區(qū)23出來的擠氣流如箭頭S所示，向凹槽7內(nèi)噴出。
活塞2到達(dá)上死點(diǎn)附近時(shí)，如在圖7中以下所示的那樣從燃料噴射閥15，燃料以連續(xù)液體流的形態(tài)，向著碰撞面13的中央部噴射，這個(gè)噴射燃料F是在碰撞面13的中央部以連續(xù)液體流的形態(tài)碰撞。此時(shí)，一部分噴射燃料由于碰撞能量作用立刻霧化，殘余的燃料則以液膜流的形態(tài)向碰撞面13的周緣部四方流散。緊接著這個(gè)液膜流在碰撞面13的周緣部分裂成燃料微粒，這個(gè)燃料微粒從碰撞面13向四方飛散。這樣，如圖9所示，在凹槽7內(nèi)從碰撞面13向凹槽7的周邊部形成燃料噴霧。由于與碰撞部13的碰撞立刻霧化的燃料沒有貫穿力，所以這個(gè)霧化的燃料就集合于碰撞面13的周圍。因?yàn)槿剂蠂娚涫窃趬嚎s上死點(diǎn)TDC的附近進(jìn)行，所以進(jìn)行燃料噴射時(shí)，燃燒室4內(nèi)的壓力和溫度都變得相當(dāng)高。從而與碰撞面13碰撞的燃料，不論霧化與否都被點(diǎn)火，所以點(diǎn)火延遲時(shí)間可以很短。其次，最先被點(diǎn)火的燃料是集中于碰撞面13周圍的霧化了的燃料，所以燃料點(diǎn)火就是從凹槽7的中心部開始的。接著，點(diǎn)火的火焰從碰撞面13的周圍向凹槽7的周邊部四方傳播，在凹槽7內(nèi)進(jìn)行初期燃燒。從圖6上可以看出，在內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)這個(gè)初期燃燒是在壓縮上死點(diǎn)TDC后進(jìn)行，在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)這個(gè)初期燃燒是在壓縮上死點(diǎn)TDC附近進(jìn)行。
接著，活塞2開始下降時(shí)，如圖8上用R表示的那樣，產(chǎn)生了將凹槽7內(nèi)的可燃?xì)庖霐D氣區(qū)23內(nèi)的逆擠氣流。還有，凹槽7內(nèi)的燃料噴霧G進(jìn)行初期燃燒時(shí)，凹槽7內(nèi)的可燃?xì)馀蛎?，其結(jié)果是凹槽7內(nèi)的燃?xì)饧翱諝?，通過凹槽7的上部開口9從凹槽7內(nèi)流出。從而凹槽7內(nèi)的燃?xì)饧翱諝?，由于逆擠氣流R及凹槽7內(nèi)的燃?xì)獾呐蛎涀饔茫凰腿霐D氣區(qū)23內(nèi)。此時(shí)與碰撞面13碰撞向四方飛散的燃料噴霧G及點(diǎn)火火焰，由于從凹槽7內(nèi)流向擠氣區(qū)23內(nèi)的燃?xì)饧翱諝獾淖饔茫槾蔚乇粚?dǎo)入擠氣區(qū)23內(nèi)，被送入擠氣區(qū)23內(nèi)的燃料噴霧G則在擠氣區(qū)23內(nèi)順次地被燃燒。
所以，本發(fā)明中，是在凹槽7內(nèi)進(jìn)行初期燃燒后的壓縮上死點(diǎn)TDC后，在擠氣區(qū)23內(nèi)進(jìn)行后期燃燒。從圖6可以看出，即使內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，大部分的燃料也在壓縮上死點(diǎn)TDC后噴射，所以大部分的噴射燃料就是在壓縮上死點(diǎn)TDC后，在擠氣區(qū)23內(nèi)被燃燒的。這樣，在壓縮上死點(diǎn)TDC后進(jìn)行大部分的燃燒時(shí)，燃燒能量的大部分可有效地轉(zhuǎn)換為輸出力矩，于是就可以提高熱效率。
然而，在本發(fā)明中，像這樣能使大部分的噴射燃料在壓縮上死點(diǎn)TDC后良好地燃燒，是因?yàn)槭箛娚淙剂吓c碰撞面13碰撞成為微?；剂?，并從碰撞面13向四方飛散，并使之在擠氣區(qū)23內(nèi)燃燒而做到的。即，將這樣微粒化的燃料從碰撞面13向四方飛散使之霧化，在發(fā)生逆擠氣流R時(shí)，被順次噴射的燃料大部分被吸入擠氣區(qū)23內(nèi)，并且此時(shí)被順次噴射的燃料在擠氣區(qū)23內(nèi)的全區(qū)域內(nèi)比較均勻地分散著。還有，在凹槽7內(nèi)雖然進(jìn)行了初期燃燒，在凹槽7仍存在大量未參與燃燒的空氣，所以由于初期燃燒在凹槽7內(nèi)的可燃?xì)馀蛎涀饔靡约坝赡鏀D氣流R將凹槽7內(nèi)的可燃?xì)馑腿霐D氣區(qū)23內(nèi)時(shí)，在這個(gè)可燃?xì)庵泻械拇罅靠諝饪梢院腿剂蠂婌FG充分地混合。其結(jié)果是即使在壓縮上死點(diǎn)TDC后也能夠得到良好的燃燒。
此外，如上所述，為了在壓縮上死點(diǎn)TDC后能夠得到良好的燃燒，就有必要將與碰撞面13碰撞的燃料從碰撞面13使之向四方飛散。為此，必須從燃料噴射閥15將燃料以連續(xù)液體流的形態(tài)噴射，使這個(gè)噴射燃料以未被霧化的液體形態(tài)在碰撞面13上碰撞。在這種情況下，不用說，阻止從燃料噴射閥15噴射出來的全部燃料霧化是不可能的，所以實(shí)際上從燃料噴射閥15噴射出來的燃料中的一部分是以未被霧化的液體形態(tài)在碰撞面13上碰撞的，此時(shí)，燃料有以連續(xù)液體流的形態(tài)在碰撞面13上與之碰撞的情況，也有以噴射后分裂的液體塊狀形態(tài)在碰撞面13上與之碰撞的情況。無論哪種情況在本發(fā)明中，因?yàn)槭峭ㄟ^將噴射燃料與碰撞面13碰撞而將其霧化，所以將噴射燃料以盡可能的高速度與碰撞面13碰撞是有必要的，為此燃料從燃料噴射閥15以連續(xù)液體流的形態(tài)噴射。即，因?yàn)橐赃B續(xù)液體流的形態(tài)噴射出來的燃料具有很大的貫穿力，所以在與碰撞面碰撞之前幾乎不減速。所以以燃料噴射閥15噴射出來的燃料，即使燃料噴射壓為100-150kg/Cm2左右的低壓，也能將噴射燃料以高速度與碰撞面13碰撞。其結(jié)果是碰撞的燃料從碰撞面13向四方飛散，這樣，在壓縮上死點(diǎn)TDC后大部分燃料就能在擠氣區(qū)23內(nèi)得到良好地燃燒。
其次，如前所述，將噴射燃料在碰撞面13碰撞，點(diǎn)火延遲時(shí)間就會(huì)縮短，并且最初的點(diǎn)火是在碰撞面13周圍凹槽7的中心部進(jìn)行。緊接著凹槽7內(nèi)的可燃?xì)馀蛎洝l(fā)生逆擠氣流R時(shí)，燃料噴霧G一面向四方擴(kuò)布，一面向擠氣區(qū)23內(nèi)擴(kuò)散。換句話說，燃料噴霧G是一面在空氣中分散一面擴(kuò)展出去。此時(shí)因?yàn)榛鹧嫦褡汾s著在空氣中分散并擴(kuò)展著的燃料噴霧G似的傳播開去，所以擠氣區(qū)23內(nèi)的燃料噴霧G是在各燃料微粒子的周圍有充足的空氣存在的狀態(tài)下燃燒的，于是能得到不產(chǎn)生未燃燒的HC、也不產(chǎn)生煤煙的良好燃燒。另外，從凹槽7內(nèi)向擠氣區(qū)23內(nèi)擴(kuò)散的可燃?xì)庵泻腥細(xì)?，這個(gè)燃?xì)鈱?duì)在擠氣區(qū)23內(nèi)的后期燃燒可完成內(nèi)部EGR(排氣循環(huán))作用。所以，由于適度地抑制了燃燒速度，最高燃燒溫度就變低，于是就可以抑制發(fā)生NOX。這就是本發(fā)明的基本的燃燒方法。
如前所述，如果在壓縮上死點(diǎn)TDC后進(jìn)行大部分的燃燒，則大部分的燃燒能量可有效地轉(zhuǎn)換為輸出力矩，所以能夠提高熱效率。這是周知的。但是，這種熱效率的提高是在壓縮上死點(diǎn)TDC后能夠進(jìn)行良好的燃燒的情況下得到的。然而在一般的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)中，當(dāng)大部分燃燒在壓縮上死點(diǎn)TDC后進(jìn)行時(shí)，燃燒會(huì)惡化，提高熱效率是不可能的。以下參照?qǐng)D11及圖12對(duì)這個(gè)問題加以說明。
圖11及圖12表示的是有4個(gè)孔的噴咀的燃料噴射閥a，從各噴咀孔將燃料F向著活塞b的凹槽C的內(nèi)周壁面噴射的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)。在這種壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)上，如圖12上箭頭S所示的渦流，使之在凹槽C內(nèi)發(fā)生，由這個(gè)渦流S將噴射燃料F在凹槽C內(nèi)擴(kuò)散。然而在這種壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)上，例如也將噴射開始時(shí)間定在上死點(diǎn)附近，從燃料噴射閥a將燃料F噴射出來時(shí)，從凹槽C向著擠氣區(qū)d發(fā)生逆擠氣流。但是，像這樣在從各噴咀孔向凹槽C的內(nèi)周壁面噴射燃料時(shí)，各噴射燃料F的貫穿力很強(qiáng)，從而被渦流S擴(kuò)散的極少一部分燃料，被逆擠氣流導(dǎo)入擠氣區(qū)d內(nèi)，但各噴射燃料F的主流并未被導(dǎo)入擠氣區(qū)d而流向凹槽C的內(nèi)周壁面。即，在這樣的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)上，即使將燃料在壓縮上死點(diǎn)TDC后噴射，大部分的噴射燃料也是被供給到凹槽C內(nèi)，就在凹槽C內(nèi)被燃燒。
然而像這樣大部分的噴射燃料在凹槽C內(nèi)燃燒的情況下，因?yàn)椴荒艹浞掷冒疾跜內(nèi)的空氣，所以不能得到良好的燃燒，于是就像前邊開始時(shí)所說的會(huì)發(fā)生大量的未燃HC(碳?xì)浠衔?和煙霧。這種情況，即使使用具有4個(gè)以上的多孔噴咀的燃料噴射閥也是同樣。從而只要是從各噴咀孔向凹槽C的內(nèi)周壁面噴射燃料，并在壓縮上死點(diǎn)TDC后噴射燃料，燃燒就惡化，這樣不用說提高熱效率，相反是要降低熱效率的。所以像這種壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其熱效率是存在著不能逾越的上限的。本發(fā)明是使用在凹槽7內(nèi)進(jìn)行初期燃燒，在壓縮上死點(diǎn)TDC后大部分燃燒在擠氣區(qū)23內(nèi)進(jìn)行的新的燃燒方法，逾越了在一般的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)不能逾越的熱效率壁壘，同時(shí)能夠大幅度地減低在一般的壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)不能低減到一定限度以下的未燃HC、NOX、煙霧等的發(fā)生量，因此可以說該新的燃燒方法帶來的效果是很大的。
從圖6可以知道，按照本發(fā)明的實(shí)施例，在內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，于壓縮上死點(diǎn)TDC后開始噴射燃料，在凹槽7內(nèi)的初期燃燒及在擠氣區(qū)23內(nèi)的后期燃燒，雙方都在壓縮上死點(diǎn)TDC后進(jìn)行。對(duì)此，在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相比，燃料噴射開始時(shí)間θS被提前，這樣就使在凹槽7內(nèi)燃燒的燃料量被增大。在凹槽7燃燒的燃料量被增大后，在凹槽7內(nèi)由初期燃燒造成的可燃?xì)獾呐蛎涀饔眉訌?qiáng)，從而在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)即使噴射時(shí)間延長(zhǎng)，由于凹槽7內(nèi)的可燃?xì)獾膹?qiáng)大膨脹作用，也能夠?qū)疾?內(nèi)的空氣良好地送給擠氣區(qū)23內(nèi)。
其次，在凹槽7內(nèi)被燃燒的燃料量被增大后，由初期燃燒在凹槽內(nèi)生成的燃?xì)饬吭龃螅瑥亩腿霐D氣區(qū)23內(nèi)的燃?xì)饬恳苍龃?。因此，在?nèi)燃機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，即使燃料噴射量增大、發(fā)熱量增大，但由于燃?xì)獾淖饔茫箖?nèi)部EGR(排氣循環(huán))作用被強(qiáng)化，也抑制了NOX的發(fā)生。
此外，如前所述，燃料噴射開始時(shí)間θS如被提前，在凹槽7內(nèi)被燃燒的燃料量增大，從而在凹槽7內(nèi)的初期燃燒和在擠氣區(qū)23內(nèi)的后期燃燒的比例，通過改變?nèi)剂蠂娚鋾r(shí)間θS可以自由地進(jìn)行調(diào)整。在這種情況下，燃料噴射開始時(shí)間θS可考慮熱效率及有害成分的發(fā)生量予以設(shè)定，根據(jù)情況。即使在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有時(shí)也希望在壓縮上死點(diǎn)TDC后開始燃料噴射。不論哪種情況，大部分的燃料都是在擠氣區(qū)23內(nèi)燃燒的。
可是，如在本發(fā)明的前面所述，凹槽7內(nèi)的空氣被導(dǎo)入擠氣區(qū)23內(nèi)，用這個(gè)空氣使導(dǎo)入擠氣區(qū)域23內(nèi)的燃料燃燒。此時(shí)，為使在擠氣區(qū)23內(nèi)的燃燒進(jìn)行得更好，就要求向擠氣區(qū)23內(nèi)導(dǎo)入更多的空氣，為此，如圖1所示，最好在汽缸蓋內(nèi)壁面3a的中央部形成第2凹槽14。設(shè)置這樣的第2凹槽14，在發(fā)生逆擠氣流R時(shí)，如在圖8的箭頭X所示，第2凹槽14內(nèi)的空氣被引入擠氣區(qū)23內(nèi)，于是在擠氣區(qū)23內(nèi)就被供給多量的空氣。其結(jié)果是在擠氣區(qū)23內(nèi)能得到更加良好的后期燃燒。
其次，本發(fā)明的另一重要內(nèi)容，是在于將與碰撞面13碰撞的燃料分散在全部凹槽7內(nèi)的同時(shí)，最初的點(diǎn)火是在凹槽7的中心部進(jìn)行。為此，最好采用如圖4和圖5所示的燃料噴射閥15。即，使用如圖4和圖5所示的能夠看到缺口19的針閥17，從噴咀孔16噴出的燃料分為4個(gè)主噴流，其結(jié)果如圖9所示，與碰撞面13碰撞的燃料分別以同樣的噴霧模態(tài)向四方對(duì)稱地?cái)U(kuò)散。在這種情況下，在各噴霧模態(tài)的中心部因?yàn)榇嬖诰哂泻艽筘灤┝Φ拇值娜剂狭Ｗ?，這些粗的燃料粒子飛散到凹槽7的內(nèi)周壁面近處，所以就能將噴射燃料分配到凹槽7內(nèi)的角角落落。與此相反，在碰撞面13的周圍集中有幾乎沒有貫穿力的燃料微粒子，這個(gè)燃料微粒子最先被點(diǎn)火。從而，使用如圖4和圖5所示的針閥17時(shí)，能使與碰撞面13碰撞的燃料在全凹槽7內(nèi)分散的同時(shí)，也使最先的點(diǎn)火在凹槽7的中心部進(jìn)行。
其次，按照本發(fā)明的實(shí)施例，在唇部8形成有很多的凹部10。由于這些凹部10的作用，使得通過收縮部9的可燃?xì)獗粡?qiáng)力地紊流。其結(jié)果是促進(jìn)了在擠氣區(qū)23內(nèi)的燃料噴霧G和空氣的混合，所以就能得到更加良好的燃燒。另外，在本發(fā)明實(shí)施例中，如圖1所示，為了使從收縮部9流出的可燃?xì)獾牧魉俦M可能不被減速，在碰撞部件12的外周壁面形成有向上方擴(kuò)開的圓錐面。
圖10表示另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，汽缸蓋3內(nèi)嵌著燃料噴射閥座24，燃料噴射閥15被支撐在該燃料噴射閥座24內(nèi)。此外，在這個(gè)實(shí)施例中，具有碰撞面13的碰撞部件12通過支撐部件25被燃料噴射閥座24支撐著。在這個(gè)實(shí)施例中，如圖10所示，當(dāng)活塞2到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，碰撞面13位于凹槽7內(nèi)。
在圖1及圖10所示的任何一個(gè)實(shí)施例中，不用說柴油，諸如甲醇、煤油、重油、多種合成燃料、植物油等液態(tài)燃料都可以使用。還有，在任何一個(gè)實(shí)施例中，因?yàn)樵谌紵?內(nèi)沒有使之發(fā)生渦流的必要，所以給氣阻力小，于是就能夠得到高的給氣效率。并且在任何一個(gè)實(shí)施例中，如前所述點(diǎn)火延遲時(shí)間縮短很多，壓力上升率及最高燃燒溫度都被抑制，所以燃燒噪音降低，NOX的發(fā)生量也大幅度地減少。因?yàn)樘岣吡丝諝饫寐?，煙霧的發(fā)生也受抑制。并且在燃燒室4的內(nèi)壁面不會(huì)附著噴射燃料，所以未燃HC(碳?xì)浠衔?的發(fā)生量也大幅度地減少。還有，從整體上因?yàn)樘岣吡藷嵝?，CO2的發(fā)生量也減少了。更有不必提高燃料噴射壓這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明可以大幅度減少未燃HC(碳?xì)浠衔?NOX等有害成分和煙霧的發(fā)生，并能夠大幅度地提高熱效率。
權(quán)利要求
1.一種直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，在活塞頂部上形成有凹槽，在凹槽中心部上方的汽缸蓋內(nèi)壁面上配置燃料噴射閥，在燃料噴射閥的下方設(shè)置具有碰撞面的碰撞部，從燃料噴射閥噴射出來的燃料與該碰撞面碰撞，碰撞后的噴射燃料從碰撞面向凹槽的半徑方向飛散；其特征在于將燃料噴射開始時(shí)間設(shè)定在壓縮上死點(diǎn)附近，使初期燃燒在凹槽內(nèi)進(jìn)行的同時(shí)，使繼續(xù)該初期燃燒剩余的大部分燃燒在凹槽周圍的活塞頂部與汽缸蓋內(nèi)壁面間進(jìn)行。
2.按照權(quán)利要求1記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于該碰撞部由活塞支撐著，該碰撞面位于凹槽內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于該碰撞部由汽缸蓋支撐著，活塞到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，該碰撞面位于凹槽內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求1記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于該碰撞面是略呈平坦形。
5.按照權(quán)利要求1記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于從燃料噴射閥的噴咀口向該碰撞面以連續(xù)液體流的形態(tài)噴射燃料的同時(shí)，該燃料以未形成霧化的液體形態(tài)與該碰撞面碰撞。
6.按照權(quán)利要求1記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于凹槽周圍的活塞頂部由平坦面形成，活塞到達(dá)壓縮上死點(diǎn)時(shí)，在凹槽周圍的平坦的活塞頂部與汽缸蓋內(nèi)壁面間形成擠氣區(qū)，活塞從壓縮上死點(diǎn)開始下降時(shí)發(fā)生的逆擠氣流將從碰撞面飛散的燃料導(dǎo)入該擠氣區(qū)內(nèi)，使繼續(xù)初期燃燒的剩余的大部分燃燒在擠氣區(qū)內(nèi)進(jìn)行。
7.按照權(quán)利要求6記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于與該碰撞面碰撞的燃料向擠氣區(qū)的方向飛散。
8.按照權(quán)利要求6記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于在其凹槽上方的汽缸蓋內(nèi)壁面上，形成有覆蓋該凹槽的第2凹槽。
9.按照權(quán)利要求1記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于在內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃料噴射是在壓縮上死點(diǎn)后開始。
10.按照權(quán)利要求9記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于隨著內(nèi)燃低負(fù)荷的增高，燃料噴射開始時(shí)間提前。
11.按照權(quán)利要求10記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃料噴射是在壓縮上死點(diǎn)前開始。
12.按照權(quán)利要求11記載的直接噴射式壓縮內(nèi)燃機(jī)，其特征在于在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮上死點(diǎn)后的噴射時(shí)間比壓縮上死點(diǎn)前的噴射時(shí)間長(zhǎng)。
13.按照權(quán)利要求1記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于通過與碰撞面碰撞而在碰撞面周圍的凹槽中心部形成的燃料微粒子最先被點(diǎn)火。
14.按照權(quán)利要求13記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于其燃料噴射閥具備有噴咀孔和針閥，該針閥在噴咀孔內(nèi)與噴咀孔同軸配置，且有比噴咀孔徑小的端部，在該端部的外周面上形成有等角度間隔的缺口。
15.按照權(quán)利要求1記載的直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于在其凹槽的內(nèi)周壁面上方部，形成有向內(nèi)方突出的唇部，在該唇部上等角度間隔地形成幾個(gè)凹部。
全文摘要
一種直接噴射式壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，在其活塞(2)的頂部形成的凹槽(7)內(nèi)形成有碰撞面(13)，從燃料噴射閥(15)向碰撞面(13)以連續(xù)液體流的形態(tài)噴射燃料。從燃料噴射閥(15)的燃料噴射開始時(shí)間設(shè)定在壓縮上死點(diǎn)附近，使初期燃燒在凹槽(7)內(nèi)進(jìn)行。由在壓縮上死點(diǎn)后活塞(2)下降時(shí)發(fā)生的逆擠氣流將在碰撞面(13)碰撞后的燃料引入擠氣區(qū)(23)，繼續(xù)初期燃燒的大部分燃燒在壓縮上死點(diǎn)后在擠氣區(qū)(23)內(nèi)進(jìn)行。
文檔編號(hào)F02B3/06GK1068170SQ9210487
公開日1993年1月20日 申請(qǐng)日期1992年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月21日
發(fā)明者大西繁 申請(qǐng)人:日本潔凈引擎研究所股份有限公司