在由Z2表示的部分中，伴隨著設(shè)置階梯部73、即階梯部容積部74a而腔70的容積減小的本實(shí)施形態(tài)(圖8 (b))與未設(shè)置有階梯部73、SP階梯部容積部74a而將腔70的容積確保為較大的情況(圖8 (a))相比，氣體的流速(箭頭的長(zhǎng)度)較小，縱向渦的強(qiáng)度較弱。
[0070](4)容積的比率與性能之間的關(guān)系
根據(jù)上述結(jié)果，本發(fā)明人等考慮階梯部容積部74a的大小是否有合適的范圍，而對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)階梯部容積比VR=V_STEP/V_TDC與黑煙以及冷卻損失之間的關(guān)系滿足如圖11所示的關(guān)系，其中所述階梯部容積比VR=V_STEP/V_TDC是階梯部容積部74a的容積即階梯部容積V_STEP與活塞4位于上死點(diǎn)的狀態(tài)下的燃燒室9的容積V_TDC之比。而且，查明了在設(shè)置階梯部73、即階梯部容積部74a且使該階梯部容積比VR位于規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，能夠減少冷卻損失、改善燃料消耗性能，且能夠?qū)⒑跓煹漠a(chǎn)生量抑制為合適的范圍內(nèi)。
[0071]圖11是示出相對(duì)于階梯部容積比VR的黑煙產(chǎn)生量以及冷卻損失的變化的圖表，實(shí)線表示冷卻損失、虛線表示黑煙的產(chǎn)生量。在該圖11中，越靠近上側(cè)，冷卻損失越大，黑煙的產(chǎn)生量增大。
[0072]在這里，圖11是如圖12所示在將從汽缸中心軸XI至唇部71d和周邊凹部71c之間的邊界部分為止的距離設(shè)為相同、且通過(guò)改變階梯部73的高度h和腔70的深度以此改變階梯部容積比VR時(shí)的結(jié)果。即，如上所述，為了抑制燃料在腔70壁面上的附著乃至黑煙的增加，而需要一定程度地確保從該汽缸中心軸XI至唇部71d和周邊凹部71c之間的邊界部分為止的距離，因此在這里將該距離固定為能夠避免燃料的附著的最小限度距離，并且使階梯部73的高度h和腔70的深度變化。另外，圖12示出在壓縮比設(shè)定為14.8左右的1500cc四汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，使階梯部73的高度h從0 (無(wú)階梯部容積部)變化為0.5,1.0、
1.3mm時(shí)的燃燒室形狀。又，圖13示出在使階梯部容積比VR如圖12所示變化時(shí)每1曲軸角的向燃燒室9壁面的傳熱量的變化。圖13中，橫軸為曲軸角、縱軸為每1曲軸角的傳熱量，傳熱量在進(jìn)行燃燒的TDC (top dead center，上死點(diǎn))以后增大。
[0073]如圖13所示，在使階梯部容積比VR增大時(shí)，從燃燒氣體向燃燒室9的壁面的傳熱量減小。而且，如圖11所示，在使階梯部容積比VR增大時(shí)冷卻損失降低。另一方面，如圖11所示，如果使階梯部容積比VR增大，則導(dǎo)致黑煙惡化。
[0074]然而，冷卻損失與階梯部容積比VR大致成比例地變化，相對(duì)于此，黑煙在階梯部容積比VR超過(guò)0.1時(shí)急劇惡化。因此，即使在設(shè)置階梯部73以及階梯部容積部74a而降低冷卻損失的情況下，也需要將階梯部容積比VR抑制為0.1以下。換而言之，如果設(shè)置階梯部73以及階梯部容積部74a且使階梯部容積比VR達(dá)到0.1以下，則可以降低冷卻損失且避免黑煙的急增。
[0075]然而，如圖11所示，在使階梯部容積比VR小于0.04時(shí)，即使改變階梯部容積比VR，黑煙的產(chǎn)生量也大致不變，相對(duì)于此，冷卻損失隨著階梯部容積比VR的降低而增大。因此，為了將黑煙的產(chǎn)生抑制為較小且有效地減少冷卻損失，而優(yōu)選的是使階梯部容積比VR達(dá)到0.04以上。
[0076]又，如圖11所示，黑煙的線在階梯部容積比VR=0.08處彎曲，黑煙的增加率(黑煙的線的斜率)在階梯部容積比VR超過(guò)0.08而增大時(shí)急增。因此，在將階梯部容積比VR設(shè)定為0.08附近的情況下，例如因制造公差和汽缸蓋的熱膨脹偏差等、或在階梯部容積部74a上堆積煙塵等而階梯部容積部74a的容積產(chǎn)生偏差(向增大側(cè)的偏差)時(shí)，黑煙的偏差(增大量)增大，存在無(wú)法將黑煙抑制在預(yù)想的范圍內(nèi)的擔(dān)憂。又，冷卻損失的線在階梯部容積比VR=0.06處彎曲，并且冷卻損失的增加率(冷卻損失的線的斜率)在階梯部容積比VR超過(guò)0.06而減小時(shí)稍微增加。因此，在將階梯部容積比VR設(shè)定為0.06附近的情況下，例如因上述偏差而冷卻損失的偏差(增大量)增大，存在無(wú)法將冷卻損失乃至燃料消耗性能抑制在預(yù)想的范圍內(nèi)的擔(dān)憂。因此，為了確保穩(wěn)定的黑煙減少效果以及燃料消耗性能，而優(yōu)選的是將階梯部容積比VR抑制為0.06以上0.08以下。
[0077](5)本實(shí)施形態(tài)的作用效果
相對(duì)于上述，在本實(shí)施形態(tài)中，將階梯部容積比VR設(shè)定為0.07。因此，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的黑煙減少效果以及較高的燃料消耗性能的兩者，且可以穩(wěn)定地確保這些性能效果。
[0078]又，階梯部73的高度h、即第一部分74與第二部分75之間的上下方向的間隔距離h設(shè)定為1.0_。因此，即使在該第一部分74上堆積煙塵等的情況下，也可以確保階梯部容積部74a的容積，可以較高地維持燃料消耗性能。S卩，已知在活塞冠面4a中位于與腔70相比靠近徑向外側(cè)的位置上堆積煙塵等，并且其堆積高度最高達(dá)到0.4mm左右。因此，假設(shè)在第一部分74上堆積有煙塵等的情況下，為了確保階梯部容積部74a的容積，而優(yōu)選的是將階梯部73的高度h設(shè)定為0.5mm以上，在本實(shí)施形態(tài)中，該階梯部73的高度h設(shè)定為1.0mm，因此假設(shè)在堆積有黑煙等的情況下，也可以確保階梯部容積部74a的容積，可以減少冷卻損失。另外，該階梯部73的高度h只要達(dá)到0.5mm以上即可，對(duì)于其上限只要根據(jù)階梯部容積比VR決定即可。
[0079](6)變形例
在本實(shí)施形態(tài)中，說(shuō)明了將階梯部容積比VR設(shè)定為0.07的情況，如上所述，如果將階梯部容積比VR至少抑制為0.1以下，則可以減少冷卻損失且抑制黑煙的過(guò)度惡化。因此，階梯部容積比VR可以在0.1以下的范圍內(nèi)適當(dāng)變更。然而，如果階梯部容積比VR設(shè)定為
0.04以上，則可以有效地減少冷卻損失。又，如果將階梯部容積比VR設(shè)定為0.06以上0.08以下，則可以得到穩(wěn)定且較高的燃料消耗性能和排氣性能(黑煙減少效果)。
[0080]又，在煙塵等的堆積量被抑制為更少等情況下，也可以將階梯部容積比VR設(shè)定為上述范圍，且使階梯部73的高度h小于0.5mm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于， 是設(shè)置于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，且由圓筒狀的汽缸的內(nèi)側(cè)面、在該汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞的冠面、和與該活塞的冠面相向的汽缸蓋底面劃定，且內(nèi)側(cè)被噴射燃料的燃燒室的結(jié)構(gòu)， 在所述活塞的冠面的中央形成有向遠(yuǎn)離所述汽缸蓋底面的方向凹入的腔； 形成所述腔的壁面具有以越靠近腔的中心側(cè)而離所述汽缸蓋底面越近的形式隆起的中央隆起部、形成在與該中央隆起部相比靠近活塞徑向外側(cè)的位置且在剖視時(shí)向徑向外側(cè)凹入的周邊凹部、和形成于該周邊凹部和所述腔的開(kāi)口緣之間且在剖視時(shí)向活塞徑向內(nèi)側(cè)凸出的唇部； 所述活塞的冠面中的與所述腔的唇部相比靠近活塞徑向外側(cè)的部分、即外周部具有與該唇部連續(xù)形成的第一部分、和位于與該第一部分相比靠近活塞徑向外側(cè)的位置的第二部分; 所述第一部分位于與所述第二部分相比遠(yuǎn)離所述汽缸蓋底面的位置，以此在所述第一部分與所述第二部分之間設(shè)有階梯部； 將由如下各面劃定的容積設(shè)為階梯部容積V_STEP:橫跨所述唇部、第一部分以及階梯部的活塞的壁面、通過(guò)所述唇部的徑向內(nèi)側(cè)緣且與所述汽缸的中心軸平行地延伸的面、和通過(guò)所述階梯部和第二部分的連接部且在與所述汽缸的中心軸正交的方向上延伸的面，并且將在上死點(diǎn)處的所述燃燒室的容積設(shè)為上死點(diǎn)容積V_TDC，此時(shí)，將由V_STEP/V_TDC規(guī)定的階梯部容積比VR設(shè)定為0.1以下。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述階梯部的高度設(shè)定為0.5mm以上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于， 將所述階梯部容積比VR設(shè)定為0.04以上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于， 將所述階梯部容積比VR設(shè)定為0.06以上0.08以下。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)。在活塞冠面（4a）的中央形成有向遠(yuǎn)離汽缸蓋底面（5a）的方向凹入的腔（70），活塞冠面（4a）中的與腔（70）相比靠近徑向外側(cè)的外周部（72）上設(shè)置有階梯部（73），該階梯部（73）是位于徑向內(nèi)側(cè)的第一部分（74）與位于徑向外側(cè)的第二部分（75）相比遠(yuǎn)離汽缸蓋底面（5a）的位置而形成，將唇部（71d）和第一部分（74）上方的容積即階梯部容積V_STEP、與在上死點(diǎn)處的燃燒室（9）的容積V_TDC的比值V_STEP/V_TDC設(shè)定為0.1以下。根據(jù)本發(fā)明，可以在抑制黑煙的產(chǎn)生的同時(shí)進(jìn)一步改善燃料消耗性能。
【IPC分類(lèi)】F02B23/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105275584
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510302496
【發(fā)明人】志茂大輔, 金尚奎, 難波真, 宮崎正浩, 加藤雄大, 詫間修治, 田所正
【申請(qǐng)人】馬自達(dá)汽車(chē)株式會(huì)社
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年6月4日
【公告號(hào)】DE102015007212A1, US20150354439