CN110118120B - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以不在燃烧室内具备悬空的突起物的方式抑制烟的产生的可靠性高的内燃机。压缩自着火式的内燃机具备：燃料喷射嘴，设置成喷孔从燃烧室的顶面的中心向燃烧室内露出；和活塞，配置于汽缸的内部。并且，在活塞的顶面形成从在汽缸的缸孔壁面侧露出的入口朝向在缸孔中心侧露出的出口连通的整流通路。优选的是，整流通路构成为包括圆环状的整流板、和支柱，该支柱用于以从整流板的外缘端朝向内缘端使整流板与活塞的顶面之间的间隙连通的方式将整流板固定于活塞的顶面。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及内燃机，详细而言，涉及通过向被压缩了的燃烧室直接喷射燃料而进行燃烧的压缩自着火式的内燃机。
背景技术
以往，例如在日本特表2017-530298号公报中公开了一种在压缩自着火式的内燃机中用于促进燃料与填充空气在燃烧室中的预混合的技术。在该技术中，与在燃烧室露出的燃料喷射装置的顶端部的开口部接近地设置有由中空管构成的通道。从开口部喷射出的燃料通过该中空管向燃烧室喷射。在中空管的内部，在喷射出的燃料通过的过程中促进与填充空气的预混合。由此，在燃烧室中过浓的燃料的分布被降低，因此减少烟(英文：smoke)的产生。
另外，例如在日本特开2013-92103号公报中，公开了一种在燃烧室露出的燃料喷射嘴的顶端部固定有整流通路的压缩自着火式的内燃机。从燃料喷射嘴喷射出的喷雾燃料在该整流通路内通过。由此，喷射出的燃料的分散被抑制，因此排气中所含的NOx及煤烟子(日文：煤)的量减少。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2017-530298号公报
专利文献2：日本特开2013-92103号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述的现有技术中，通道和/或整流通路这样的突起物以悬空的状态配置于燃烧室。燃烧室内暴露于高温高压的环境。因此，在燃烧室内具备悬空的突起物的构造中，存在突起物的脱落等的可能性，留下可靠性方面的课题。
本发明是鉴于上述那样的课题而完成的，其目的在于，提供一种在压缩自着火式的内燃机中能够以不在燃烧室内具备悬空的突起物的方式抑制烟的产生的可靠性高的内燃机。
用于解决课题的技术方案
为了实现上述的目的，第1发明适用于通过向被压缩了的燃烧室喷射燃料而进行燃烧的压缩自着火式的内燃机。内燃机具备：燃料喷射嘴，具有喷射燃料的喷孔，并设置成喷孔从燃烧室的顶面的中心向燃烧室内露出；活塞，配置于汽缸的内部；以及整流通路，形成于活塞的顶面，并从在汽缸的缸孔壁面侧露出的入口朝向在缸孔中心侧露出的出口连通。
第2发明在第1发明中还具有以下的特征。
整流通路构成为包括环状的整流板、和支柱，该支柱用于以从整流板的外缘端朝向内缘端使整流板与活塞的顶面之间的间隙连通的方式将整流板固定于活塞的顶面。
第3发明在第2发明中还具有以下的特征。
整流板构成为，与活塞的顶面之间的间隙随着从外缘端朝向内缘端而变宽。
第4发明在第2发明或第3发明中还具有以下的特征。
燃料喷射嘴构成为，从喷孔喷射出的燃料喷雾沿着整流板的上表面流动。并且，整流板具备沿着从喷孔喷射出的燃料喷雾的喷孔轴线向活塞侧凹陷的谷部。
第5发明在第1发明中还具有以下的特征。
整流通路构成为包括从在汽缸的缸孔壁面侧露出的入口朝向在缸孔中心侧露出的出口贯通活塞的内部的贯通孔。
第6发明在第1至第5发明中的任一发明中还具有以下的特征。
燃料喷射嘴具有喷射方向不同的多个所述喷孔。并且，整流通路与多个喷孔中的各喷孔对应地设置有多个。
发明的效果
根据第1发明，在活塞的顶面形成有如下的整流通路，该整流通路从在汽缸的缸孔壁面侧露出的入口朝向在缸孔中心侧露出的出口连通。根据这样的构成，能够抑制温度比较低的新气与高温的已燃气体混合，能够在温度比较低的状态下向喷雾根部侧输送。由此，从燃料喷射嘴喷射出的燃料喷雾一边进行与温度比较低的新气的预混合一边扩散，因此能够抑制在进行与填充空气的预混合之前过浓的燃料喷雾发生自着火。由此，能够实现烟的减少以及由后燃期间的缩短所带来的热效率的提高。
根据第2发明，在活塞的顶面隔开间隙地固定有环状的整流板。根据这样的构成，活塞的顶面与整流板之间的间隙作为整流通路发挥功能。由此，能够以简易的构成在活塞的顶面形成整流通路。
若假定环状的整流板与活塞的顶面之间的间隙均等，则入口的开口面积比出口的开口面积大。在该情况下，由于整流通路从入口朝向出口缩窄，因此会妨碍新气的流通。根据第3发明，整流板构成为，与活塞的顶面之间的间隙随着从缸孔壁面侧朝向缸孔中心侧而变宽。根据这样的构成，由于整流通路的缩窄程度得以缓和，因此能够顺畅地进行新气向整流通路内的流通。
根据第4发明，燃料喷射嘴构成为，从喷孔喷射出的燃料喷雾沿着整流板的上表面流动。并且，整流板具备沿着从喷孔喷射出的燃料喷雾的喷孔轴线向活塞侧凹陷的谷部。根据这样的构成，从喷孔喷射出的燃料喷雾沿着形成于整流板的上表面的谷部流动，因此燃料喷雾向整流板的附着被抑制。
根据第5发明，整流通路以贯通活塞的内部的方式设置。根据这样的构成，能够通过简易的加工来形成整流通路。另外，由于不需要在活塞固定其他部件，因此也能够有助于可靠性的提高。
根据第6发明，燃料喷射嘴具有喷射方向不同的多个喷孔，整流通路与多个喷孔中的各喷孔对应地设置有多个。根据这样的构成，即使在具有多个喷孔的情况下，也能够促进从各个喷孔喷射的燃料的预混合。
附图说明
图1是示意性地示出实施方式1的内燃机的剖面的图。
图2是固定有整流板的实施方式1的活塞的俯视图。
图3是固定有整流板的实施方式1的活塞的立体图。
图4是示出以包含汽缸中心轴线的面切断固定有整流板的实施方式1的活塞而得到的剖面的立体剖视图。
图5是以包含汽缸中心轴线的面切断固定有整流板的实施方式1的活塞并将其剖面的一部分放大而示出的侧面剖视图。
图6是用于说明使用了不具备整流板的比较例的活塞的发动机的燃烧室内的空气的流动的示意图。
图7是用于说明使用了固定有整流板的实施方式1的活塞的发动机的燃烧室内的空气的流动的示意图。
图8是用于说明实施方式1的发动机的变形例的图。
图9是以包含汽缸中心轴线的面切断实施方式2的发动机所具备的活塞并将其剖面的一部分放大而示出的侧面剖视图。
图10是固定有整流板的实施方式3的活塞的立体图。
图11是实施方式3的活塞单体的立体图。
图12是示出以包含汽缸中心轴线的面切断固定有整流板的实施方式3的活塞而得到的剖面的立体剖视图。
图13是以与喷孔轴线垂直的面切断固定有整流板的实施方式3的活塞并将其剖面的一部分放大而示出的剖视图。
图14是实施方式4的发动机所具备的活塞的立体图。
图15是示出以包含汽缸中心轴线的面切断实施方式4的发动机所具备的活塞而得到的剖面的立体剖视图。
图16是实施方式4的发动机所具备的活塞的俯视图。
图17是以包含喷孔轴线的铅垂面切断实施方式4的发动机所具备的活塞并将其剖面的一部分放大而示出的剖视图。
附图标记说明
2：内燃机(发动机)；
4：汽缸盖；
5：顶面部；
6：汽缸体；
8：燃烧室；
10：活塞；
12：腔；
13：整流通路形成部；
14：燃料喷射嘴；
18：喷孔；
20、30、40：整流板；
22、24：支柱；
42：谷部；
62：汽缸；
122：圆锥面；
124：谷部；
202、302、132：入口；
204、304、134：出口；
206、306、406：整流通路；
136：贯通孔。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。不过，在以下所示的实施方式中提及到各要素的个数、数量、量、范围等的数值的情况下，除了特别明示了的情况和/或原理上明显特定为该数值的情况之外，本发明不限定于所提及到的数值。另外，关于在以下所示的实施方式中说明的构造，除了特别明示了的情况和/或原理上明显特定为该构造的情况之外，上述的构造对于本发明而言不一定是必须的。
实施方式1.
参照附图对实施方式1进行说明。
[实施方式1的构成]
图1是示意性地示出实施方式1的内燃机的剖面的图。实施方式1的内燃机是搭载于车辆等移动体的压缩自着火式的内燃机(以下，也仅称为“发动机”)。此外，在图1中，示出了发动机2所具备的多个汽缸中的一个汽缸的内部构造。
如图1所示，发动机2具备汽缸盖4和汽缸体6。在汽缸体6形成有汽缸62。在汽缸62的内部配置有活塞10。在由汽缸盖4、汽缸62以及活塞10的顶面围成的空间形成有燃烧室8。在活塞10的中央部形成有腔12。腔12也构成燃烧室8的一部分。
在形成燃烧室8的汽缸盖4的顶面部5，分别配置有未图示的进气门及排气门。在顶面部5的中央配置有燃料喷射嘴14。更详细而言，燃料喷射嘴14以设置于顶端的喷孔18向燃烧室8内露出的方式以汽缸中心轴线L1为中心轴固定于汽缸盖4。此外，在以下的说明中，沿着汽缸中心轴线L1将活塞10接近汽缸盖4的方向定义为上方向，将活塞10离开汽缸盖4的方向定义为下方向。
实施方式1的燃料喷射嘴14设置有朝向汽缸62的缸孔壁面侧均等地呈放射状喷射的8个喷孔18。另外，各个喷孔18构成为，表示燃料喷雾F的喷射方向的喷孔轴线L2与汽缸中心轴线L1所成的角θ1处于45°～90°的范围。
实施方式1的发动机2具备整流板20作为其特征构成。整流板20与形成于活塞10的顶面的腔12之间隔开预定的间隙地固定于活塞10。以下，也参照图2至图5，对固定有整流板20的活塞10的构成更详细地进行说明。
图2是固定有整流板的实施方式1的活塞的俯视图。图3是固定有整流板的实施方式1的活塞的立体图。图4是示出以包含汽缸中心轴线的面切断固定有整流板的实施方式1的活塞而得到的剖面的立体剖视图。并且，图5是以包含汽缸中心轴线的面切断固定有整流板的实施方式1的活塞并将其剖面的一部分放大而示出的侧面剖视图。
如这些图所示，整流板20具有以覆盖构成腔12的面中的朝向活塞10的外径方向而向下方倾斜的圆锥面122的方式由圆锥面形成的圆环形状。整流板20构成为与圆锥面122的间隙恒定，经由支柱22固定于活塞10。
支柱22在相邻的燃料喷雾F之间的位置处从圆环形状的整流板20的内缘端朝向外缘端呈放射状延伸。根据这样的构成，在各个燃料喷雾F的下方，在整流板20与圆锥面122的间隙形成有从外缘端侧(也就是汽缸62的缸孔壁面侧)的入口202向内缘端侧(也就是汽缸62的缸孔中心侧)的出口204连通的整流通路206。
[实施方式1的特征]
接着，参照图6及图7，对作为实施方式1的特征的整流板20的作用效果进行说明。图6是用于说明使用了不具备整流板的比较例的活塞的发动机的燃烧室内的空气的流动的示意图。另外，图7是用于说明使用了固定有整流板的实施方式1的活塞的发动机的燃烧室内的空气的流动的示意图。
首先，作为比较例，对使用了不具备整流板20的活塞10的发动机2的燃烧室内的空气的流动进行说明。如图6所示，在不具备整流板20的发动机2中，燃烧室8内的新气一边与高温的已燃气体混合一边被向燃料喷雾F的根部部分取入。根据这样的构成，着火后的高温的已燃气体与燃料喷雾F混合，因此有可能导致喷射出的燃料迅速地自着火。在该情况下，由于过浓燃料燃烧而导致的烟的产生、和/或由后燃期间长期化而导致的热效率的下降会成为问题。
与此相对，在实施方式1的发动机2中，作为解决上述的问题的方案，在活塞10设置整流板20。如图7所示，在活塞10的圆锥面122与整流板20之间的间隙形成有整流通路206。从燃料喷射嘴14喷射出的燃料喷雾F沿着整流板20的上表面向腔12内扩散。此时，燃烧室8内的新气从入口202向整流通路206的内部导入。整流通路206通过整流板20与燃料喷雾F隔绝。因此，从入口202向整流通路206的内部导入了的新气一边被抑制与高温的已燃气体混合一边从出口204导出。由此，维持着低温的新气被向燃料喷雾F的根部部分取入，因此到喷射出的燃料着火为止的时间得以确保。由此，能够防止过浓燃料燃烧，因此能够抑制烟的产生、和/或由后燃期间长期化而导致的热效率的下降。
另外，在实施方式1的发动机2中，由于在燃料喷雾F的下侧分别设置有整流通路206，因此能够使从出口204导出的低温的新气效率良好地向燃料喷雾F的根部部分取入。
另外，在实施方式1的发动机2中，喷孔轴线L2与汽缸中心轴线L1所成的角θ1设定于45°～90°的范围。根据这样的构成，能够抑制喷雾穿透性的下降。
[实施方式1的变形例]
实施方式1的发动机2也可以采用如以下那样变形了的形态。
固定整流板20的支柱22不限于图5所示的形状。图8是用于说明实施方式1的发动机的变形例的图。在图8所示的变形例中，利用设置于整流板20的内缘端侧的一部分和外缘端侧的一部分的支柱24将整流板20固定于活塞10。根据这样的构成，相邻的整流通路206在中间区域相互连通，因此能够抑制在腔12内产生的涡流受到妨碍。这对于后述的其他实施方式也是同样的。
整流板20不限于圆环形状。即，整流板20只要是在外缘端形成有入口202且在内缘端形成有出口204的环状的形状，则也可以为多边形(例如八边形)的环状形状。这对于后述的其他实施方式也是同样的。
实施方式2.
参照附图对实施方式2进行说明。
[实施方式2的特征]
图9是以包含汽缸中心轴线L1的面切断实施方式2的发动机所具备的活塞并将其剖面的一部分放大而示出的侧面剖视图。此外，在图9中，对与图1至图8共有的要素标注相同的附图标记并省略其详细的说明。
在上述实施方式1的发动机2中，整流板20构成为与圆锥面122的间隙为恒定的间隙。根据这样的构成，入口202的开口面积比出口204的开口面积大，因此，整流通路206随着从入口202朝向出口204而通路缩窄，导致新气的流通受到妨碍。
与此相对，实施方式2的整流板30构成为与圆锥面122的间隙从入口302朝向出口304逐渐变大。根据这样的构成，由于整流通路306的缩窄得以缓和，因此能够将从入口302流入了的新气从出口304顺畅地导出。
实施方式3.
参照附图对实施方式3进行说明。
[实施方式3的特征]
图10是固定有整流板的实施方式3的活塞的立体图。图11是实施方式3的活塞单体的立体图。图12是示出以包含汽缸中心轴线的面切断固定有整流板的实施方式3的活塞而得到的剖面的立体剖视图。并且，图13是以与喷孔轴线垂直的面切断固定有整流板的实施方式3的活塞并将其剖面的一部分放大而示出的剖视图。此外，在图10至图13中，对与图1至图8共有的要素标注相同的附图标记并省略其详细的说明。
如这些图所示，整流板40具备沿着沿整流板的上表面侧流动的燃料喷雾F向下方凹陷的谷部42。谷部42例如构成为，与喷孔轴线L2垂直的剖面成为以该喷孔轴线L2为中心的同心圆弧。另外，在活塞10的圆锥面122具备沿着谷部42向下方凹陷的谷部124。关于谷部124，例如也构成为与喷孔轴线L2垂直的剖面成为以该喷孔轴线L2为中心的同心圆弧。
根据如上述那样构成的实施方式3的活塞10及整流板40，利用整流板40的谷部42来抑制燃料喷雾F附着于整流板40。另外，由于在活塞10的圆锥面122形成有谷部124，因此能够在整流板40的谷部42与圆锥面122的谷部124之间确保作为整流通路406的间隙。
[实施方式3的变形例]
实施方式3的发动机2也可以采用如以下那样变形了的形态。
设置于整流板40的谷部42的形状不限于上述形状。即，只要是以与燃料喷雾F的接触程度被减轻的方式向下方凹陷的形状，则也可以采用其他形状。另外，设置于活塞10的圆锥面122的谷部124只要是能够在整流板40的谷部42与圆锥面122的谷部124之间确保作为整流通路406的间隙的形状即可。另外，只要能够在整流板40的谷部42与圆锥面122之间确保作为整流通路406的间隙，则也可以没有圆锥面122的谷部124。
实施方式4.
参照附图对实施方式4进行说明。
[实施方式4的特征]
图14是实施方式4的发动机所具备的活塞的立体图。图15是示出以包含汽缸中心轴线的面切断实施方式4的发动机所具备的活塞而得到的剖面的立体剖视图。图16是实施方式4的发动机所具备的活塞的俯视图。并且，图17是以包含喷孔轴线的铅垂面切断实施方式4的发动机所具备的活塞并将其剖面的一部分放大而示出的剖视图。此外，在图14至图17中，对与图1至图8共有的要素标注相同的附图标记并省略其详细的说明。
实施方式4的发动机2的特征在于构成为，作为整流通路的贯通孔136直接形成于活塞10的腔12。即，如这些图所示，实施方式4的活塞10具备在腔12的内部呈圆环形状突出的整流通路形成部13。整流通路形成部13与活塞10一体地形成，在整流通路形成部13的上表面形成有圆锥面122。
通过机械加工而在整流通路形成部13形成有从设置于外缘端的入口132朝向设置于内缘端的出口134而贯通其内部的贯通孔136。更详细而言，贯通孔136以在活塞10的俯视时与燃料喷雾F重叠的方式呈放射状地设置有多个。贯通孔136可以是圆孔，也可以是长孔等其他形状。
如上述那样构成的贯通孔136作为将低温的新气向燃料喷雾F的根部部分输送的整流通路而发挥功能。因此，根据实施方式4的活塞10，能够使从出口134导出的低温的新气效率良好地向燃料喷雾F的根部部分取入。另外，贯通孔136能够通过对活塞10实施机械加工而形成，因此能够提高制造的容易性。

Claims (7)

1.一种内燃机，是通过向被压缩了的燃烧室喷射燃料而进行燃烧的压缩自着火式的内燃机，其特征在于，具备：
燃料喷射嘴，具有喷射燃料的喷孔，并设置成所述喷孔从所述燃烧室的顶面的中心向所述燃烧室内露出；
活塞，配置于汽缸的内部；以及
整流通路，形成于所述活塞的顶面，并从在所述汽缸的缸孔壁面侧露出的入口朝向在缸孔中心侧露出的出口连通。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
所述整流通路构成为包括：
环状的整流板；和
支柱，该支柱用于以从所述整流板的外缘端朝向内缘端使所述整流板与所述活塞的顶面之间的间隙连通的方式将所述整流板固定于所述活塞的顶面。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，
所述整流板构成为，与所述活塞的顶面之间的间隙随着从所述外缘端朝向所述内缘端而变宽。
4.根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，
所述燃料喷射嘴构成为，从所述喷孔喷射出的燃料喷雾沿着所述整流板的上表面流动，
所述整流板具备沿着从所述喷孔喷射出的燃料喷雾的喷孔轴线向所述活塞侧凹陷的谷部。
5.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，
所述燃料喷射嘴构成为，从所述喷孔喷射出的燃料喷雾沿着所述整流板的上表面流动，
所述整流板具备沿着从所述喷孔喷射出的燃料喷雾的喷孔轴线向所述活塞侧凹陷的谷部。
6.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
所述整流通路构成为包括从在所述汽缸的缸孔壁面侧露出的入口朝向在缸孔中心侧露出的出口贯通所述活塞的内部的贯通孔。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的内燃机，其特征在于，
所述燃料喷射嘴具有喷射方向不同的多个所述喷孔，
所述整流通路与所述多个喷孔中的各喷孔对应地设置有多个。
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