CN100381682C - 缸内燃料喷射式内燃机 - Google Patents

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Abstract

燃料喷射阀直接向燃烧室喷射燃料，从气缸边缘朝着气缸中心线以倾斜角度、朝着燃烧室的下部喷射，火花塞大致放置在气缸的中心，喷射孔喷射喷束，其形状在垂直于喷射方向的截面形成，从燃烧室中心附近的部分到燃烧室侧壁朝着末端加宽。

Description

缸内燃料喷射式内燃机
技术领域
本发明涉及一种缸内燃料喷射式内燃机，它包括能够将燃料直接喷射到燃烧室的燃料喷射阀。
背景技术
通常，在缸内燃料喷射式内燃机中使用分层燃烧或均质燃烧。
在分层燃烧中，燃料在压缩行程喷射到燃烧室，在火花塞(6)附近不均匀分布具有高浓度燃料的空气-燃料混合物，因而，在分层燃烧中，即便空气-燃料混合物的燃料浓度比基于对燃烧室整个体积的理论空燃比的浓度更低，也可以产生燃烧。另一方面，在均质燃烧中，燃料在进气行程喷射到燃烧室，通过使燃烧室内的空气-燃料混合物均匀来产生燃烧。
当需要高燃烧效率时使用分层燃烧。相反，需要高输出时使用均质燃烧。而且，由于分层燃烧能够在早期通过加热排放物而提升催化剂的温度到活化温度，如果在内燃机刚起动时，在冷起动使用分层燃烧，也可能提高用于排放的催化剂的清洁效率。
通常在缸内燃料喷射式内燃机中，两种燃烧方式在压缩行程和进气行程选择性的使用。因此，在缸内燃料喷射式内燃机中提供燃料喷射阀或类似物，后者能够依赖燃烧方式适当改变燃料喷射方式。
传统的燃料喷射阀在例如日本专利申请公开2000-220460中说明。传统的燃料喷射阀包括在喷嘴顶部放置的多个喷射孔和多个延伸到喷射孔的燃料流动通道，和相应每个燃料流动通道的开关单元。在传统的燃料喷射阀中，通过控制单元控制开关单元而开关燃料流动路径，来选择喷射燃料的燃料喷射孔。
特别地，为产生分层燃烧，在压缩行程中燃料以较宽角度从一个中心位置的燃料喷射孔垂直喷出，因此，具有高浓度的燃料的空气-燃料混合物在火花塞附近散布。另一方面，为产生均布燃烧，在进气行程中燃料以宽角度从中心位置喷射孔两侧放置的两个喷射孔(或在中心的喷射孔和与中心喷射孔相邻的一个喷射孔)喷出。因此，燃料遍布整个燃烧室。
因而，在传统技术中，每个压缩行程和进气行程使用不同形式的喷射方式，可以实现根据操作状态的最佳燃烧方式。
一种相关技术在日本专利2650298中说明。
然而，传统燃料喷射阀需要提供多于一个的喷射孔，多于一个的燃料流动路径，开关单元和控制开关单元的控制单元。因此，燃料喷射阀的整体结构和功能变得复杂。因此，可能发生高的故障率，而且增加制造成本。
发明内容
本发明的一个目的是提供低成本的、简单的燃料喷射阀。
根据本发明的一个方面，缸内燃料喷射式内燃机包括一个有气缸的燃烧室；一个从气缸的中心线成一定角度的方向朝气缸中心线方向直接喷射燃料的燃料喷射阀；和一个在气缸顶点放置的火花塞。燃料喷射阀包括一个放置在燃料喷射阀顶端的喷射孔，从中喷射出大致V-型喷束，从靠近火花塞的部分到靠近燃烧室侧壁表面的方向朝着末端逐渐加宽，该形状成型于和喷射方向垂直的截面。
在缸内燃料喷射式内燃机中，该形状的宽度在靠近火花塞的部分窄，在靠近侧壁表面的部分宽，喷射孔的形状关于包括燃料喷射阀中心轴的平面基本上对称，具有大致V-型，在垂直于喷射方向的截面上，朝末端逐渐加宽，喷射孔的形状宽度在靠近火花塞的部分窄，在靠近侧壁表面的部分宽。
在缸内燃料喷射式内燃机中，形状的宽度在靠近火花塞的部分窄，在靠近侧壁表面的部分宽，喷射孔的形状关于包括燃料喷射阀中心轴的平面基本上对称，具有大致楔形形状，在垂直于喷射方向的截面上从末端逐渐变窄，喷射孔的形状宽度在靠近火花塞的部分窄，在靠近侧壁表面的部分宽。
在缸内燃料喷射式内燃机中，燃料喷射阀还包括一个孔，它是一个狭缝，在燃料喷射阀的顶端沿包括燃料喷射阀中心轴的平面部分上形成，此部分在喷射孔形状的内部。
在缸内燃料喷射式内燃机中，狭缝的长度基本上与喷射孔一侧的长度相等。
在缸内燃料喷射式内燃机中，狭缝的长度小于喷射孔一侧的长度。
在缸内燃料喷射式内燃机中，燃料喷射阀还包括一个圆孔，在燃料喷射阀的顶端、在包括燃料喷射阀中心轴的平面部分上形成，此部分在喷射孔的内部。
在缸内燃料喷射式内燃机中，燃料喷射阀还包括一个椭圆孔，在燃料喷射阀的顶端、在包括燃料喷射阀中心轴的平面部分上形成，此部分在喷射孔的内部。
在缸内燃料喷射式内燃机中，燃料喷射阀还包括一个椭圆孔，在燃料喷射阀的顶端、在包括燃料喷射阀中心轴的平面部分上形成，此部分在喷射孔的内部。
在缸内燃料喷射式内燃机中，燃料喷射阀还包括一个四边形孔，在燃料喷射阀的顶端、在包括燃料喷射阀中心轴的平面部分上形成，此部分在喷射孔的内部。
在缸内燃料喷射式内燃机中，燃料喷射阀还包括一个三角形孔，在燃料喷射阀的顶端、在包括燃料喷射阀中心轴的平面部分上形成，此部分在喷射孔的内部。
在缸内燃料喷射式内燃机中，孔位于喷射孔内部较窄部分。
本发明的其它目的、特征和优点将通过下面的结合附图关于本发明详细描述来阐述和凸显。
附图说明
图1表示根据本发明的一个实施例的缸内燃料喷射式内燃机的燃烧室的截面图；
图2表示根据本发明的第一实施例的缸内燃料喷射式内燃机的喷射孔的示意图；
图3表示根据本发明第一实施例的燃料喷射阀沿图2所示的Y-Y线的截面图；
图4表示从图3所示的燃料喷射阀喷射的示意图；
图5表示从活塞顶面的一侧观察燃料喷射阀喷射的示意图；
图6表示根据本发明的第二实施例的缸内燃料喷射式内燃机的喷射孔的示意图；
图7表示从活塞顶面的一侧观察燃料从根据本发明的第二实施例的喷射阀喷射的示意图；
图8表示根据本发明的第三实施例的缸内燃料喷射式内燃机的喷射孔的示意图；
图9表示从缸内燃料喷射式内燃机的一侧观察从根据本发明的第三实施例的燃料喷射阀喷射的示意图。
具体实施方式
结合附图详细说明根据本发明的缸内燃料喷射式内燃机的典型实施例。然而本发明并不限于下面的实施例。
图1表示根据本发明的第一个实施例的缸内燃料喷射式内燃机的截面图。图1特别说明了燃烧室和燃烧室周围的结构。尽管图1中只显示了一个气缸，本发明可用于直列式或V型的多缸内燃机。
燃烧室是与气缸体1的气缸膛孔11、气缸盖2的凹入部分21和活塞3的表面一起形成的空间。活塞3的上表面具有碟形的、大致椭圆形的空腔31。
气缸盖2包括两个进气口22(方便起见，图1只给出了一个进气口)和至少一个排气口23。进气口22和排气23包括一个进气阀4和排气阀5，分别打开和关闭孔。
气缸盖2包括用于安装火花塞6和燃料喷射阀7的布置。火花塞6放置在凹入部分21的顶部。燃料喷射阀7放置在凹入部分21的边缘，使得燃料喷射阀7的顶端与气缸的中心线倾斜成一定的角度。
燃料喷射阀7包括一个主体71(如图1所示)，一个中空的喷嘴72(如图2所示)，一个可滑动的针阀73(如图3所示)，和一个可沿喷嘴72的轴向滑动针阀73的针阀滑动单元(未显示)。如图3所示，喷嘴72在其中空结构的尖端包括两个喷射孔72a和72b。
在喷嘴72中，空腔结构为燃料形成一个流动通道72A。喷嘴72从与流动通道72A连接的喷射孔72a和72b中喷射燃料。喷嘴72，例如通过填隙，固定在主体72的尖端。所示例子的喷嘴72尖端基本上是圆锥形的。
针阀73通过例如弹簧压紧，面向喷嘴72的尖端。当针阀73处于被压紧的状态，针阀73通过闭合每个喷射孔72a和72b或通过关闭流动通道72A来停止从喷射孔72a和72b中喷射燃料。当需要喷射燃料时，根据控制单元(未显示)的指令，通过针阀滑动单元使针阀73与喷嘴72的尖端分离，控制单元为电子控制单元(ECU)。因此，每个喷射孔72a和72b和流动通道72A相互联系，燃料被喷射出来。
每个喷射孔72a和72b是在喷嘴72尖端形成的狭缝。如图3所示，喷射孔72a和72b朝向远离平面(此后称为“喷嘴虚拟平面”)P1而形成，此平面与包括喷嘴72的中心轴的平面平行。换言之，喷射孔72a和72b可以使喷射的燃料形成一个朝着末端加宽的形状。在第一实施例中的喷嘴虚拟平面P1包括喷嘴72的中心轴。
通过放置如前所述狭缝的喷射孔72a和72b，平面扇形的喷束Ja和Jb沿一定方向喷射出来，从而形成朝着末端加宽的形状。
如图2所示，以一定方式放置喷射孔72a和72b，使得当从喷嘴72的尖端一侧观察，喷射孔72a和72b关于喷嘴虚拟平面P1基本对称，关于喷嘴虚拟平面P1基本对称的喷射孔72a一个末端和喷射孔72b一个末端的距离比喷射孔72a另一末端和喷射孔72b另一端之间的距离短。因而，截面垂直于喷射方向的喷束Ja和Jb具有如图4所示的朝着末端逐渐加宽的形状。
燃料喷射阀7放置在气缸盖2的凹入部分21的边缘，从而如前所述燃料喷射阀7的末端指向气缸的中心线，且指向燃烧室的下部，倾斜一定角度。而且，燃烧喷射阀7被这样固定，使得喷嘴虚拟平面P1，平行于包括活塞3中心轴的平面(此后称为“活塞虚拟平面”)P2，和平行于包括火花塞6中心轴的平面(此后称为“火花塞虚拟平面”)P3在同一平面上。特别地，这样放置燃料喷射阀7，使得当活塞3位于上止点附近时喷束Ja和Jb碰撞活塞的腔31。
此外，这样安置燃料喷射阀7，使得从喷射孔72a和72b相互距离较短的末端指向燃烧室的上部(中间部分)。
因此，燃料喷射阀7喷射喷束Ja和Jb，在与喷射方向垂直的截面上形成这样的形状，该形状与燃烧室上部靠近的部分窄，与燃烧室下部靠近的部分宽。
在冷起动过程中，例如，当发动机刚刚起动，通常先进行预热。控制单元控制燃料的喷射正时，以在压缩行程的后期喷射燃料，特别是在压缩行程中活塞3到达上止点附近时。
在压缩行程中活塞3到达上止点附近时，针阀滑动单元根据控制单元发出的命令滑动针阀73远离喷嘴72的顶端。然后，燃料喷射阀7喷射喷束Ja和Jb。
如图5所示，喷束Ja和Jb以一种形状碰撞活塞3的腔31，其中，在活塞3中心附近的末端之间的距离较短，在活塞3边缘附近的末端之间的距离较长。在腔31中形成的具有高浓度的燃料空气-燃料混合物传送到火花塞6的附近以产生分层燃烧。
在第一实施例中，由于喷束Ja和Jb的窄部碰撞活塞3的中心部分附近(火花塞6下面在腔31的一部分周围)，具有高浓度的燃料空气-燃料混合物可能被分配到火花塞6的附近。
控制单元控制燃料的喷射正时，以便在进气行程喷射燃料，例如，当内燃机的功率增加时。针阀73滑动远离喷嘴72的尖端，燃料喷射阀7喷射具有如前所述形状的喷束Ja和Jb。
如果当活塞3位于下止点时喷射喷束Ja和Jb，由于喷束Ja和Jb朝向下部和气缸壁的表面传输，喷束Ja和Jb散布在燃烧室。因而，喷束Ja和Jb散布在整个燃烧室。因此，燃料喷射阀7在进气行程中通过喷射燃料而产生均质燃烧。
如前所述，根据第一实施例，燃料喷射阀7包括具有如前所述形状的喷射孔72a和72b，放置在燃料喷射阀的尖端。而且，这样放置气缸盖2，使得喷束Ja和Jb的窄部分位于燃烧室上部附近，喷束Ja和Jb的宽部分位于燃烧室下部附近。因此，在压缩行程中，当执行喷射时，在火花塞6附近集中了具有高浓度燃料的空气-燃料混合物；在进气行程中执行喷射时，且空气-燃料混合物中的燃料散布在燃烧室内的整个区域。
换言之，无需像传统技术那样通过复杂的机构改变喷束的形状，可通过放置简单的狭缝结构，像在燃料喷射阀7中形成朝着末端逐渐变宽的形状的喷射孔72a和72b，选择产生特殊燃烧和均质燃烧。而且由于结构简单，可以消除故障发生的可能性，可抑止燃料喷射阀制造成本的增加。
虽然在第一实施例中，喷射孔72a和72b关于包括喷嘴72中心轴的喷嘴虚拟平面P1基本对称，但喷射孔72a和72b还可以关于不包括中心轴但平行于该中心轴的平面对称。在这种情况下，优选的这样放置燃料喷射阀7和火花塞6，使得至少喷嘴虚拟平面P1和火花塞虚拟平面P3基本在同一平面上。
而且，虽然在第一实施例中，解释了喷射孔72a和72b放置在尖端为圆锥形的喷嘴72上的情况，但喷射孔72a和72b也可以放置在这样尖端上，例如，该尖端是一个垂直于喷嘴72中心轴的平面。
而且，在第一实施例中，解释了喷射孔72a和72b放置的情况，关于喷嘴虚拟平面P1基本对称的喷射孔72a和72b的末端之间的距离比关于喷嘴虚拟平面P1基本对称的喷射孔72a和72b的另一端之间的距离短。然而，喷射孔可以是单一的V-型喷射孔，连接喷射孔72a和72b具有较短的距离的末端。具有这种V-型的喷射孔可以得到如在燃料喷射阀7内形成喷射孔72a和2b的相同效果。
换言之，喷射孔并不受限制，只要当燃料喷射阀固定在气缸盖2上时，喷射孔形成从燃烧室上部到下部朝着末端加宽的形状。因此，形成这种形状的至少一个喷射孔单元应该形成在喷嘴72的尖端，这种形状为朝着末端加宽。从此喷射孔中喷射出喷束，其垂直于喷射方向的截面，从燃烧室的中心附近的部分到燃烧室壁附近的部分逐渐朝着末端加宽。
根据本发明第二实施例的缸内燃料喷射式内燃机，具有与第一实施例中在燃料喷射阀7中不同的形状的喷射孔，其它部分与第一实施例相同。
除喷射孔72a和72b之外，根据第二实施例的燃料喷射阀7还包括一个喷射孔72c，它形成一个狭缝，与第一实施例相似，形成由宽到窄的形状。喷射孔72c放置在喷射孔72a和2b之间，在喷嘴虚拟平面P1与喷嘴72的尖端交叉的位置，如图6所示。
由于喷射阀7包括三个喷射孔72a，72b和72c，在压缩行程中执行喷射时，在火花塞6附近集中了具有高浓度燃料的空气-燃料混合物，比第一实施例中的情况效率更高。
和第一实施例相似，从喷射孔72a和72b中喷射出来的喷束Ja和Jb，能够使在压缩行程中在火花塞6附近集中具有高浓度燃料的空气-燃料混合物。而且在第二实施例中，喷射孔72c能够在图7所示的喷束Jc中传送空气-燃料混合物到更接近火花塞6的位置。因此，能够更有效地传送高浓度空气-燃料混合物到火花塞6附近。
而且，对进气行程中的喷射，由于除喷束Ja和Jb之外，还朝气缸壁喷射喷束Jc，可以更有效地将燃料散布到燃烧室内的整个区域。
因而，使用第二实施例的燃料喷射阀7，与第一实施例相似，可以通过简单结构可选择地产生分层燃烧和均质燃烧。而且，由于结构简单，可以减少故障发生的可能性，抑止燃料喷射阀制造成本的增加。
如图6所示，喷射孔72c的长度与喷射孔72a和72b的长度相同。如果考虑压缩行程中喷射时空气-燃料混合物散布的效率，喷射孔72c可以形成为一个狭缝，该狭缝从喷射孔72a和72b的距离较短的末端之间的部分开始，到大致喷嘴72的中心部分。
根据本发明第三实施例的缸内燃料喷射式内燃机，在燃料喷射阀7中喷射孔具有与第一实施例不同的形状，其它部分与第一实施例相同。
除喷射孔72a和72b之外，根据第三实施例的燃料喷射阀7包括一个圆形喷射孔72d。喷射孔72d位于喷射孔72a和72b之间，在喷嘴虚拟平面P1与喷嘴72尖端相交的位置，如图8所示。
喷射孔72d在喷射孔72a和72b的其之间距离较短的末端之间的位置附近形成。在图8中，虽然，喷射孔72d为圆形，但喷射孔72d不限于这种形状，喷射孔72d还可以是其它形状，如椭圆、多边形和三角形。
由于喷射阀7包括三个喷射孔72a、72b和72d，在压缩行程中，当执行喷射时，除了从喷射孔72a和72b中喷射出来的喷束Ja和Jb之外，在喷射孔72d中局部喷射出喷束Jd，如图9所示。由于喷束Jd，能够传送空气-燃料混合物更接近火花塞6。因此，在第三实施例中可以得到与第二实施例相同的效果。在图9中，方便起见省略喷束Ja和Jb。
而且，在进气行程喷射时，可以得到与第一实施例相同的效果，在第一实施例中从喷射孔72a和72b喷射喷束Ja和Jb。
因此，使用根据第三实施例的燃料喷射阀7，可以通过与第一实施例和第二实施例相似的简单结构选择性地产生分层燃烧和均质燃烧。而且，由于结构简单，可以减少故障发生的可能性，抑止燃料喷射阀加工成本的增加。
根据本发明，使用简单结构可以进行适于压缩行程和进气行程的燃烧的喷射。而且，可以改善燃料喷射阀和缸内燃料喷射式内燃机的可靠性，并抑制制造成本的增加。
尽管已经结合具体实施例完整而清晰地说明本发明，但所附权利要求书不受此限制，而是可以理解为对于本领域的技术人员可以想到的作为所有修正和可选结构的体现。

Claims (11)

1.一种缸内燃料喷射式内燃机，包括：
带有气缸的燃烧室；
直接朝气缸中心线并与气缸中心线成一定角度朝着所述燃烧室的下部喷射燃料的燃料喷射阀(7)；和
放置在气缸顶部的火花塞(6)，其中
燃料喷射阀(7)包括放置在燃料喷射阀(7)尖端的喷射孔(72a，72b)，从中喷射出这样的喷束，该喷束具有在垂直于喷射方向的截面上形成的基本V-型的形状，该V-型形状从靠近火花塞(6)的部分到靠近燃烧室侧壁表面的部分逐渐加宽。
2.根据权利要求1所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中
所述形状的宽度在靠近火花塞(6)的部分窄，在靠近侧壁表面的部分宽，并且
喷射孔(72a，72b)的形状关于包括燃料喷射阀(7)中心轴的平面基本上对称，该喷射孔(72a，72b)的形状基本上为V-型，在垂直于喷射方向的截面上逐渐加宽，从而喷射孔(72a，72b)的形状的宽度在靠近火花塞(6)的部分窄，并在靠近侧壁表面的部分宽。
3.根据权利要求1所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中
所述形状的宽度在靠近火花塞(6)的部分窄，在靠近侧壁表面的部分宽，并且
喷射孔(72a，72b)的形状关于包括燃料喷射阀(7)中心轴的平面基本上对称，该喷射孔(72a，72b)的形状基本上为楔形形状，在垂直于喷射方向的截面上逐渐加宽，从而喷射孔(72a，72b)的形状的宽度在靠近火花塞(6)的部分窄，并在靠近侧壁表面的部分宽。
4.根据权利要求2所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中燃料喷射阀(7)还包括一个狭缝孔(72c)，它在燃料喷射阀(7)的尖端沿包括燃料喷射阀(7)大致中心轴的平面的部分形成，此部分在喷射孔(72a，72b)的所述形状内部的空间。
5.根据权利要求4所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中狭缝的长度基本上与喷射孔(72a，72b)的长度相同。
6.根据权利要求4所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中狭缝的长度比喷射孔(72a，72b)的长度短。
7.根据权利要求2所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中燃料喷射阀(7)还包括圆形孔(72d)，其在燃料喷射阀(7)的尖端在包括燃料喷射阀(7)大致中心轴的平面上的部分形成，此部分在喷射孔(72a，72b)之间的空间。
8.根据权利要求2所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中燃料喷射阀(7)还包括椭圆形孔(72d)，其在燃料喷射阀(7)的尖端、在包括燃料喷射阀(7)大致中心轴的平面上的部分形成，此部分在喷射孔(72a，72b)之内的空间。
9.根据权利要求2所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中燃料喷射阀(7)还包括四边形孔(72d)，其在燃料喷射阀(7)的尖端、在包括燃料喷射阀(7)大致中心轴的平面上的部分形成，此部分在喷射孔(72a，72b)之内的空间。
10.根据权利要求2所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中燃料喷射阀(7)还包括三角形孔(72d)，其在燃料喷射阀(7)的尖端、在包括燃料喷射阀(7)大致中心轴的平面上的部分形成，此部分在喷射孔(72a，72b)之内的空间。
11.根据权利要求7所述的缸内燃料喷射式内燃机，其中孔(72d)位于喷射孔之内空间中较窄的部分。
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