比的變更順序的圖；
圖13是示出階梯部容積比與傳熱量的變化率之間的關系的圖表；
符號說明:
9 燃燒室；
5 汽缸蓋；
4a 活塞冠面； 70腔；
72外周部；
73階梯部；
74第一部分；
75第二部分。
【具體實施方式】
[0023]以下，基于【附圖說明】根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的柴油發(fā)動機的燃燒室結構。
[0024]( 1)整體結構
首先，說明應用根據(jù)本實施形態(tài)的柴油發(fā)動機燃燒室結構的柴油發(fā)動機系統(tǒng)100的概要。
[0025]圖1是柴油發(fā)動機系統(tǒng)100的概略圖。該圖示出的柴油發(fā)動機是搭載于車輛以作為行駛用動力源的四沖程柴油發(fā)動機。具體而言，該柴油發(fā)動機系統(tǒng)100具備:接收以輕油作為主成分的燃料的供給而被驅動的柴油發(fā)動機主體(以下簡稱為發(fā)動機主體)1 ;用于向發(fā)動機主體1導入燃燒用空氣的進氣通路30 ;用于排出在發(fā)動機主體1中生成的排氣(燃燒氣體)的排氣通路40 ;用于使通過排氣通路40的排氣的一部分回流至進氣通路30的EGR裝置50 ;和借助于通過排氣通路40的排氣進行驅動的渦輪增壓器60。
[0026]圖2是放大示出發(fā)動機主體1的一部分的剖視圖。如該圖2以及前面的圖1所示，發(fā)動機主體1具有:內部形成有圓筒狀的汽缸2的汽缸體3 ;在汽缸2內沿著汽缸2的中心軸XI可滑動地被容納的活塞4 ;與汽缸體3通過墊片連接的汽缸蓋5 ;和為了貯留潤滑油而配設在汽缸體3的下側的油底殼6。以下，將與汽缸2的中心軸XI平行的方向稱為上下方向，將汽缸蓋5側稱為上側，將汽缸體3側稱為下側。
[0027]活塞4借助于連桿8與作為發(fā)動機主體1的輸出軸的曲軸7連接。又，在活塞4的上方形成有燃燒室9，在該燃燒室9中，從后述的噴射器20噴射的燃料與空氣混合且進行擴散燃燒。而且，借助于隨著該燃燒而產生的膨脹能量使活塞4進行往復運動且使曲軸7繞著中心軸旋轉。關于燃燒室9后文詳述。
[0028]在這里，發(fā)動機主體1的幾何壓縮比、S卩、活塞4位于下死點時的燃燒室容積與活塞4位于上死點時的燃燒室容積的比值設定為12以上15以下(例如14)。該12以上15以下的幾何壓縮比是作為柴油發(fā)動機來說相當?shù)偷闹?。其目的是通過燃燒溫度的抑制來改善排放性能和改善熱效率等。
[0029]在汽缸蓋5中設置有:用于向燃燒室9內導入從進氣通路30供給的空氣的進氣道16 ;用于使在燃燒室9中生成的排氣導出至排氣通路40的排氣道17 ;將進氣道16的燃燒室9側的開口進行開閉的進氣門18 ;和將排氣道17的燃燒室9側的開口進行開閉的排氣門19。又，在汽缸蓋5中安裝有向燃燒室9噴射燃料的噴射器20。將該噴射器20以其梢端部21a面向燃燒室9內部的姿勢進行安裝。
[0030]EGR裝置50具有將排氣通路40與進氣通路30進行相互連接的EGR通路51、和設置于EGR通路51的EGR冷卻器52以及EGR閥53。EGR閥53是為了調節(jié)通過EGR通路51從排氣通路40回流至進氣通路30的排氣、S卩、EGR氣體的流量而進行開閉的閥，EGR冷卻器52是用于冷卻EGR氣體的熱交換器。EGR閥53例如在發(fā)動機的負荷較低的條件下較大地開閥，從而將足夠的量的EGR氣體導入至發(fā)動機主體1。借助于此，抑制燃燒溫度而改善排放性能。
[0031]渦輪增壓器60具有配設于進氣通路30的壓縮機61 ;在同一軸上與壓縮機61連接，且配設在排氣通路40的渦輪62 ;為了繞過渦輪而設置于排氣通路40的旁通通路64 ;和可開閉地設置于旁通通路64的排氣旁通閥(waste-gate valve) 65。禍輪62接收排氣通路40中流動的排氣的能量而旋轉，壓縮機61與渦輪62聯(lián)動地旋轉，以此將在進氣通路30中流通的空氣進行壓縮(增壓)。排氣旁通閥65在由渦輪增壓器60實現(xiàn)的增壓壓力超過上限值時開閥，從而防止增壓壓力的過度上升。
[0032]在進氣通路30中的與壓縮機61相比靠近下游側(吸入空氣的流動方向下游側)的位置上設置有:用于冷卻通過壓縮機61進行壓縮的空氣的中間冷卻器35 ;和可開閉的節(jié)氣門36。另外，節(jié)氣門36在發(fā)動機運行時維持基本上全開或者接近全開的高開度，并且僅在發(fā)動機停止時等的必要時閉閥而切斷進氣通路30。
[0033]在排氣通路40中的與渦輪62相比靠近下游側(排氣的流動方向下游側)的位置上設置有用于凈化排氣中的有害成分的排氣凈化裝置41。該排氣凈化裝置41包括:使排氣中的C0以及HC (hydrocarbon ;碳氫化合物)氧化的氧化催化器41a ;和捕集排氣中的黑煙的 DPF (Diesel Particulate Filter ;柴油微粒過濾器)41b。
[0034](2)燃燒室結構
接著說明燃燒室9的詳細結構。
[0035](2-1)整體結構
圖3是活塞4位于上死點的狀態(tài)下的燃燒室9的剖視圖。圖4是燃燒室9的概略俯視圖。
[0036]如圖2所示，燃燒室9由汽缸蓋5的底面5a、活塞4的冠面4a、和汽缸2的內側面2a劃定ο
[0037]上述噴射器20以如下形式配置:其中心軸與汽缸2的中心軸XI —致，其梢端部21a位于在燃燒室9的頂部部分、即汽缸蓋5的底面5a中與活塞冠面4a相向的部分的中央。噴射器20是多噴口式，并且形成為從形成于梢端部21a的多個噴射口 21b向燃燒室9內以輻射狀噴射燃料的結構。在本實施形態(tài)中，如圖4所示，噴射器20具有10個噴射口 21b。
[0038](2-2)腔的結構
在活塞4的冠面4a的中央(徑向中央)形成有向下方凹入的腔70。腔70具有在包括活塞4的中心軸XI的各截面上以中心軸XI為中心軸對稱的形狀。
[0039]腔70是所謂的凹型，并且具有中央隆起部71b隆起且開口部向上變窄地縮小的形狀。
[0040]具體而言，腔70的內側面70a、即形成腔70的壁面70a由如下結構構成:以越靠近腔70的中心側、即汽缸2的中心軸XI側，離汽缸蓋底面5a越近的形式隆起的中央隆起部71b ;形成在與中央隆起部71b相比靠近徑向外側的位置且在剖視時向徑向外側凹入的周邊凹部71c ;和形成于周邊凹部71c和腔70的開口緣71a之間且在剖視時向徑向內側凸出的唇部71d。在本實施形態(tài)中，唇部71d以及周邊凹部71c形成為分別彎曲且隨著從唇部71d向周邊凹部71c行進而其曲率連續(xù)變化的結構。
[0041]如上所述，噴射器20配置為向燃燒室9內以輻射狀噴射燃料，而在本實施形態(tài)中，噴射器20特別地配置為如圖3的Q1所示在活塞4位于壓縮上死點附近時，燃料向唇部71d與周邊凹部71c之間的邊界附近噴射。而且，該邊界部分與活塞4的中心軸XI之間的距離設定為噴射的燃料不直接(以液滴的狀態(tài))到達該邊界部分的長度。
[0042]另外，作為這樣的腔70，例如可以應用日本特開2010-121483號公報中公開的結構。
[0043](2-3)活塞冠面的外周部的結構
在活塞的冠面4a中的位于與腔70開口緣71a相比靠近徑向外側的位置的外周部72上形成有階梯部73。具體而言，從腔70的開口緣71a向徑向外側延伸的第一部分74位于與該第一部分74相比靠近徑向外側的第二部分75的下方，以此在活塞冠面4a的外周部72上形成階梯部73，所述第一部分74是活塞冠面4a的外周部72的徑向內側部分，所述第二部分75是活塞冠面4a的外周部72的徑向外側部分。
[0044]上述階梯部73以如下形式設置:在將圖6所示的階梯部容積作為V_STEP，將圖5所示的在活塞4位于上死點的狀態(tài)下的燃燒室9容積、即上死點容積作為V_TDC時，使由V_STEP/V_TDC規(guī)定的階梯部容積比VR達到0.07左右。具體而言，階梯部容積V_STEP是在燃燒室9中由以下各面劃定的部分的容積:橫跨唇部71d、第一部分74以及階梯部73的活塞4的壁面S1 ;通過唇部71d的徑向內側緣且與汽缸3的中心軸XI平行地延伸的面S2 ;和通過階梯部73和第二部分75的連接部且在與汽缸3中心軸XI正交的方向上延伸的面S3。以下，將該部分稱為階梯部容積部74a。又，上死點容積V_TDC是在活塞4位于上死點的狀態(tài)下形成于活塞冠面4a與汽缸蓋底面5a之間的容積。在本實施形態(tài)中，階梯部容積比VR設定為0.07。
[0045]又，階梯部73的高度h、即第一部分74與第二部分75在上下方向上的間隔距離h(參照圖6)設定為0.5mm以上。在本實施形態(tài)中，該階梯部73的高度h設定為1.0mm。另夕卜，活塞冠面4a的上端面、即第二部分75的上表面與汽缸蓋底面5a向下方相隔開，在它們之間確保規(guī)定的間隙。在壓縮上死點處的該間隔量例如為0.8mm左右。
[0046](3)燃燒室內的氣體的流動和作用效果 (3-1)概要
將在如上述構成的燃燒室9內的氣體流動使用圖7 (a)?圖7 (c)進行說明。圖7 (a)示出在活塞4