CN100532791C

CN100532791C - 具有火花塞的内燃机和设置有该内燃机的车辆

Info

Publication number: CN100532791C
Application number: CNB2006101089319A
Authority: CN
Inventors: 大久保明彦; 二口顺夫; 河部秀明
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: US7137380B1; CN1916375A

Abstract

本发明公开了一种内燃机，包括：具有气缸内表面的气缸；气缸盖，该气缸盖与气缸内表面配合界定了燃烧室，并具有包括进气口的气缸盖内表面，通过该进气口将进气引入到燃烧室中；打开和关闭进气口的进气门；设置在气缸盖上的火花塞；和进气漂移机构，该进气漂移机构使得进气在进气口中向着气缸的轴线漂移并在燃烧室中产生涡流。当进气门打开时，进气门与气缸盖内表面之间的最小间隙等于或大于进气门与气缸内表面之间在气缸的径向上的间隙。

Description

具有火花塞的内燃机和设置有该内燃机的车辆

技术领域

本发明涉及具有火花塞的内燃机和设置有该内燃机的车辆。

背景技术

在具有用于吸入空气燃料混合物的进气口和用于排放燃烧气体的排气口的火花点火型内燃机中，常规认为优选将火花塞布置在燃烧室中心周围，即在气缸轴线附近以提高抗爆性。但是，实际上有除火花塞之外的部件设置在内燃机中，而仅通过简单地将火花塞布置在气缸轴线附近而忽视这些其它部件的布局，不一定能获得合适的抗爆性。已经提出了将火花塞从气缸轴线向着进气口偏移布置(例如，见美国专利No.5,027,761的图7)。

当如美国专利No.5,027,761中那样，火花塞向着进气口偏移布置时，在气缸盖上，进气口侧的空间变得比火花塞小。结果，当火花塞向着进气口的偏移量较大时，进气口的开口面积量必须减小。但是，当进气口的开口面积减小时，引起进气量的减小，因此发生发动机输出的减小。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的优选实施例提供了一种内燃机，该内燃机实现防爆性的显著提高，同时防止发动机输出的降低。

根据本发明的优选实施例，一种内燃机包括：具有气缸内表面的气缸；气缸盖，该气缸盖与气缸内表面配合以界定燃烧室，并具有包括进气口的气缸盖内表面，进气通过该进气口引入到燃烧室中；打开和关闭进气口的进气门；设置在气缸盖上的火花塞；和进气漂移机构，该进气漂移机构使得进气在进气口中向着气缸的轴线漂移并在燃烧室中产生涡流；其中当进气门打开时，进气门与气缸盖内表面之间的最小间隙等于或大于进气门与气缸内表面之间在气缸的径向上的间隙。

根据本发明的另一个优选实施例，一种内燃机包括：具有气缸内表面的气缸；气缸盖，该气缸盖与气缸内表面配合以界定燃烧室，并具有包括进气口的气缸盖内表面，进气通过该进气口引入到燃烧室中；打开和关闭进气口的进气门；设置在气缸盖上的火花塞；和进气漂移机构，该进气漂移机构使得进气在进气口中向着气缸的轴线漂移并在燃烧室中产生涡流；其中所述火花塞布置在距气缸的轴线在气缸的孔径的约5％的距离内的位置处。

对于根据本发明优选实施例的内燃机，进气漂移机构使得进气能够从气缸轴线侧主动地引入到燃烧室中。因此，即使在火花塞偏移较小时，也可以可靠地确保足够的进气量。由于火花塞可以偏移较小，所以在气缸轴线附近发生点火。因此，进气的漂移、燃烧室中的涡流、以及气缸轴线附近的点火的综合效应使得可以提高防爆性同时防止发动机输出的降低。

从参考附图对优选实施例的以下详细说明中，本发明的其它特征、要素、特性和优点将变得清楚。

附图说明

图1是示出摩托车的侧视图；

图2是示出发动机构造的视图；

图3是示出发动机主要部件的剖视图；

图4是示出气缸盖的仰视图；

图5是沿着图4的线V-V所取的剖视图；

图6是示出用于发动机的控制设备构造的视图；

图7是示出根据修改方案的发动机的局部剖视图；

图8是沿着图7的线VIII-VIII所取的剖视图；且

图9是沿着图7的线IX-IX所取的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，根据优选实施例的车辆是摩托车1。但是，根据本发明优选实施例的车辆不限于摩托车1。根据本发明的车辆可以是其它的跨乘式车辆或其它非跨乘式车辆的车辆。此外，“摩托车”包括除所谓机动自行车之外的小型摩托车等。

摩托车1包括车体2、安装到车体2上的前轮3和后轮4、以及通过驱动链条(未示出)驱动后轮4的发动机5。在本优选实施例中，发动机5优选地包括单缸四冲程内燃机。但是，发动机5在气缸的数量等上不受限制。

如图2所示，发动机5包括发动机主体10、进气通道11和排气通道12。发动机主体10包括容纳曲轴42(见图3)等的曲轴箱21、与曲轴箱21结合的气缸22、以及安装到气缸22上的气缸盖23。此外，根据本优选实施例，曲轴箱21和气缸22结合在一起形成气缸体。但是，曲轴箱21和气缸22可以分离地形成并互相组装在一起。

进气通道11包括连接到空气滤清器(未示出)的进气管15、节气门体16和形成在气缸盖23中的进气孔54。进气管15的下游端连接到节气门体16的上游端，且节气门体16的下游端连接到气缸盖23。节气门13设置在节气门体16内。喷射器14安装到气缸盖23。即，喷射器14布置在进气通道11中节气门13的下游。因此，喷射器14在节气门13与如下所述的进气口52(见图3)之间喷射燃料。

排气通道12包括位于气缸盖23上的排气孔55、连接到气缸盖23的排气管17、设置在排气管17上的催化剂箱18、和设置在排气管17的末端处的消音器19。三元催化剂7容纳在催化剂箱18中。

如图3所示，气缸内表面31在气缸22内界定了柱状气缸室32，而活塞40容纳在气缸室32中。活塞40连接到连杆41，连杆41连接到曲轴42。水套34形成在气缸22的上表面上，即形成在与气缸盖23相对的相对表面33上。水套34布置为从气缸22的纵向(图3的竖直方向)观察时围绕气缸室32的周界。

覆盖气缸室32上方区域的单坡屋顶式凹部51布置在气缸盖23的下表面上，即布置在气缸盖内表面60上。但是，凹部51在形状上不受限制，而可以是例如半球形或多球形。由凹部51、气缸内表面31和活塞40的上表面界定了燃烧室44。

如图4所示，凹部51优选地包括两个进气口52和两个排气口53。进气口52优选地形成在车体2的后侧(图4中的左侧)上以布置在车体2的左右方向(图4中的竖直方向)上。排气口53优选地形成在车体2的前侧(图4中的右侧)上以布置在车体2的左右方向上。进气口52和排气口53布置为从气缸轴线CL偏移，并布置为围绕气缸轴线CL。此外，进气口52优选地具有比排气口53更大的开口面积。

如图3所示，气缸盖23形成有通过各个进气口52与燃烧室44连通的进气孔54、以及通过各个排气口53与燃烧室44连通的排气孔55。如图4所示，进气孔54接合在一起而与节气门体16连通。而且，两个排气孔55接合在一起而与排气管17连通。

如图3所示，气缸盖23设置有打开和关闭进气口52的进气门56、以及打开和关闭排气口53的排气门57。进气门56和排气门57分别在其中关闭进气口52和排气口53的方向上被偏压。而且，气缸盖23设置有周期性地打开和关闭进气门56和排气门57的摇臂58、59。但是，打开和关闭进气门56和排气门57的门操作机构不受限制。

水套61形成在气缸盖23的内表面60上。水套61位于与气缸22中的水套34对应的位置处。垫圈62插入在气缸盖23与气缸22之间。垫圈62优选地包括多个孔(未示出)，这些孔在气缸盖23中的水套61与气缸22中的水套34之间提供连通。

如图5所示，进气孔54优选地包括所谓滚流孔(tumble port)。更具体地，进气孔54产生的流动通道使得通过进气口52引入到燃烧室44中的空气燃料混合物在燃烧室44中产生纵向涡流(滚流)。而且，进气孔54形成为使得空气燃料混合物在进气口52中向着气缸轴线CL漂移。这里，与排气孔55相比，进气孔54形成为在远离燃烧室44的区域(上游区域)中相对比较直，而在靠近燃烧室44的区域(下游区域)中相对比较弯曲。

但是，本优选实施例中的进气孔54具有的流动通道使得空气燃料混合物朝向气缸轴线CL漂移并易于在燃烧室44中产生涡流，而进气孔54不限于该具体构造。进气孔54可以具有在燃烧室44内形成横向涡流即漩涡流的流动通道。

此外，此处“气缸轴线CL”表示除了气缸内表面31附近之外的区域，并表示相对较宽的区域。因此，例如对于图4中左上方的进气口52，此处提及的“向着气缸轴线CL漂移”不仅包括使得空气燃料混合物在图4中向右并斜向下漂移，而且还包括使得空气燃料混合物向下(向着另一个进气口52)漂移。

如图5所示，进气门56包括轴56a和设置在轴56a的末端处的伞状部分56b。排气门57优选地具有与进气门56基本相同的构造。

如图5所示，当进气门56打开时，在气缸盖23的凹部51与进气门56(更具体地，进气门56的伞状部分56b)之间形成间隙。空气燃料混合物从进气孔54通过这些间隙流动到燃烧室44中。在间隙优选地设置在进气门56的伞状部分56b周围的情况下，间隙在气缸内表面31的附近变得最小。

在本优选实施例中，当进气门56打开时，进气门56与凹部51之间的最小间隙A变得等于或大于进气门56与气缸内表面31之间在燃烧室44的径向(即，气缸22的径向)上的间隙B(换言之，当从气缸的轴向观察时进气门56与气缸内表面31之间的间隙)。这样，根据本优选实施例，当从气缸的轴向观察时，进气门56设置在靠近气缸内表面31的位置上，并且进气口52形成在靠近气缸内表面31的位置上。在气缸盖23的凹部51的中央区域中产生了与进气门56和进气口52靠近气缸内表面31的量对应的多余空间。此外，虽然间隙A和间隙B的值不受具体限制，但是这些间隙可以是例如约2mm至约5mm。间隙A和间隙B还可以是例如约3mm至约4mm。

气缸盖23设置有火花塞63。火花塞63包括塞体66、设置在塞体66的末端处的中央电极64、和侧向电极65。中央电极64和侧向电极65从气缸盖23的凹部51向着燃烧室44突出。火花塞63优选地位于从气缸轴线CL向着排气口53偏移的位置处。更具体地，火花塞63的中央电极64从气缸轴线CL向着排气口53偏移。

如上所述，进气口52形成在靠近气缸内表面31的位置上。因此，与常规发动机相比，可以在发动机5中使得火花塞63的位置向着进气口52偏移一定的量，该量为进气口52向着气缸内表面31偏移的量。因此，可以使得火花塞63的位置接近气缸轴线CL。

火花塞从气缸轴线CL的偏移Δd优选地在气缸22的孔径D的约5％内，并尤其优选地在约3％内。孔径D可以是例如约50mm至约60mm。偏移Δd小于例如约3mm，并可以等于或小于约1.5mm。而且，偏移Δd可以是约1mm至约2mm。通过使偏移Δd较小，可以甚至在例如理论空燃比或稀气区域中的燃烧下有效地防止爆燃。此外，偏移Δd可以是0。即，火花塞63可以布置在气缸轴线CL上。

如图6所示，检测进气通道11中温度的温度传感器72、检测进气通道11中压力的压力传感器73、和检测节气门13开度的节气门位置传感器76设置在发动机5的进气通道11中。此外，压力传感器73设置在节气门13的下游。O₂传感器74设置在排气通道12中。曲轴箱21设置有检测曲轴角度的曲轴角度传感器75。传感器72至76连接到发动机控制单元(ECU)70。此外，ECU 70通过点火线圈71连接到火花塞63以控制火花塞63的点火正时。而且，ECU 70还连接到喷射器14以控制喷射器14的燃料喷射正时。

ECU 70控制节气门13或喷射器14，使得不仅在平稳驱动期间而且在低速旋转的区域例如怠速等中运行期间，空燃比都达到约14.7(理论空燃比)。例如，ECU 70调节进气量或燃料喷射量以由此在怠速运行时将空燃比控制为约14.2到约15.2。这样，通过使空燃比基本等于理论空燃比，可以在怠速运行时也有效地利用排气通道12中的三元催化剂7。

如上所述，对于发动机5，进气口52靠近气缸内表面31，并且当从气缸轴向观察时，进气门56与气缸内表面31之间的间隙B等于或小于进气门56与气缸盖23的凹部51之间的最小间隙A。因此，与向着气缸轴线CL的一侧相比，空气燃料混合物变得难以在进气口52的向着气缸内表面31的这侧上流动。但是，进气孔54形成为使空气燃料混合物向着气缸轴线CL漂移。因此，在进气口52的向着气缸内表面31的这侧上的吸入量的减小可以由向着气缸轴线CL这侧上的吸入量的增大来进行补偿。因此，可以将足够量的空气燃料混合物供应到燃烧室44。

而且，由于空气燃料混合物在燃烧室44中形成涡流，所以即使从进气口52的向着气缸轴线CL这侧流动的空气燃料混合物在流动到燃烧室44中之后也易于流动到气缸内表面31附近。因此，空气燃料混合物被相对均匀地填充在燃烧室44中。这样，对于发动机5，会担心伴随着空气燃料混合物的漂移而在进气口52中产生流动分布的分散，但这种分散可以在燃烧室44中消除。

另一方面，可以在发动机5中将火花塞63布置在气缸轴线CL的附近一定量处，该量是进气口52靠近气缸内表面31的量。因此，可以防止燃烧室44中燃烧火焰的传播距离的分散，因此可以实现防爆性的提高。

这样，对于发动机5，使得流动到燃烧室44中的空气燃料混合物在进气口52中向着气缸轴线CL漂移，在燃烧室44中形成涡流，并且使得火花塞63在气缸轴线CL附近产生点火，因此其综合效应使得可以实现防爆性的提高同时防止发动机输出的降低。

对于发动机5，即使在低速旋转区域中也可以在理论空燃比下稳定地进行运行。当然，也可以在理论空燃比下稳定地进行怠速运行。而且，在稀气区域中的怠速运行也是可以的。

而且，对于发动机5，实现了防爆性的提高，因此可以提高压缩比。

对于发动机5，进气孔54包括滚流孔。因此，相对简单的构造使得其可以在燃烧室44中形成滚流而不引起任何部件数量的增多。

如上所述，对于发动机5，火花塞63的位置从气缸轴线CL偏移，并具体地向着排气口53偏移。因此，与火花塞63向着进气口52偏移的情况相比，可以增大进气口52的开口面积。但是，根据进气口52和排气口53的数量和布置，即使当火花塞63向着进气口52偏移时，也可以充分确保进气口52的开口面积。在这种情况下，火花塞63可以向着进气口52偏移。

如上所述，在本优选实施例中，进气孔54优选地包括滚流孔。但是，进气孔54可以是这样的类型，它使得空气燃料混合物向着气缸轴线CL漂移并在燃烧室44中产生涡流。进气孔54可以包括漩涡孔以在燃烧室44内产生横向涡流。进气孔54可以使得空气燃料混合物在与燃烧室44的气缸内表面31相切的方向上引入。

而且，不需要进气漂移机构仅由进气孔54来构成。进气漂移机构不限于具体构造。例如，进气漂移机构可以包括在进气孔54中部分地堵塞流动通道的闭合构件(例如，突起)。而且，进气漂移机构可以包括与进气孔54分离的流动通道，来自该流动通道的射流使得进气孔54中的空气燃料混合物漂移等。

而且，进气漂移机构可以包括阀门以使空气燃料混合物漂移，该阀门例如是在进气孔54中部分地堵塞流动通道的阀门。进气漂移机构可以包括在例如美国专利No.5,359,972的说明书和附图中描述的控制阀或节气门。美国专利No.5,359,972的说明书和附图在此引用作为参考。

此后，将参考图7至9描述包括使得空气燃料混合物漂移的阀门的另一个优选实施例。如图7所示，根据此优选实施例，另一个节气门体101设置在气缸盖23与节气门体16之间。气缸盖23形成有在垂直于或基本垂直于进气孔54的方向上延伸的孔102。控制阀103可转动地布置在孔102中以改变进气孔54的流动通道面积。在控制阀103的末端设置连接件105，驱动线缆等连接到该控制阀。控制阀103从驱动线缆等接收驱动力以转动，从而改变进气孔64的流动通道面积。

如图8所示，凹部104形成在控制阀103的布置在进气孔54中的那些部分上。当控制阀103转动时，凹部104改变位置，因此进气孔54的流动通道面积改变。例如，当控制阀103转动到部分地关闭进气孔54的下流动通道部分时，仅进气孔的上部打开，导致流动通道面积的减小。从而，空气燃料混合物向着气缸轴线漂移，使得在燃烧室44中易于形成滚流。

如图7所示，节气门体101设置有节气门110。节气门110包括延伸通过节气门体101的门轴112、螺栓紧固到门轴112的门片113、和设置在门轴112的末端处的连接件114。驱动线缆等连接到连接件114，并且节气门体101从驱动线缆等接收驱动力以转动。

如图9所示，门片113的与进气孔54之一对应的一部分形成有凹口115。因此，当节气门110转动时，在两个进气孔54都打开的打开状态和一个进气孔54打开而另一个关闭的关闭状态(图9所示的状态)之间进行切换。在关闭状态下，空气燃料混合物仅通过进气口52之一流动到燃烧室44中，因此在燃烧室44中形成漩涡流。

此外，根据本优选实施例，控制阀103和节气门110可以在燃烧室44中单独产生滚流或漩涡流，并还可以产生其中滚流和漩涡流互相混合的涡流。

根据本优选实施例，进气口52和排气口53分别优选地布置为2乘2。但是，进气口52和排气口53在数量或布置上不受限制。而且，进气口52和排气口53可以在数量上互相不同。类似地，进气门56和排气门57在数量或布置上也不受限制。

本发明不限于上述优选实施例，而可以进行各种变化和修改而不偏离本发明的范围。现在公开的优选实施例因此在所有方面都应该被认为是解释性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而非前述说明来表示，且落在权利要求的等同方案的含义和范围内的所有改变都将包括在内。

Claims

1.一种内燃机，包括：

具有气缸内表面的气缸；

气缸盖，所述气缸盖与所述气缸内表面配合以界定燃烧室，并具有包括进气口的气缸盖内表面，进气通过所述进气口引入到所述燃烧室中；

打开和关闭所述进气口的进气门；

设置在所述气缸盖上的火花塞；和

进气漂移机构，所述进气漂移机构使得所述进气在所述进气口中向着所述气缸的轴线漂移并在所述燃烧室中产生涡流；其中

当所述进气门打开时，所述进气门与所述气缸盖内表面之间的最小间隙等于或大于所述进气门与所述气缸内表面之间在所述气缸的径向上的间隙，并且所述最小间隙在所述气缸内表面附近形成在所述进气门与所述气缸盖内表面之间。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述火花塞布置在距所述气缸的轴线在所述气缸的孔径的约5％的距离内的位置处。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述火花塞布置在距所述气缸的轴线在所述气缸的孔径的约3％的距离内的位置处。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述气缸盖内表面包括排气口，所述燃烧室中的气体通过所述排气口排放，且所述火花塞从所述气缸的轴线向着所述排气口偏移。

5.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述进气漂移机构包括滚流孔，所述滚流孔在所述燃烧室中产生纵涡流。

6.一种车辆，包括：

车体；

安装到所述车体的车轮；和

驱动所述车轮的内燃机，其中所述内燃机包括：

具有气缸内表面的气缸；

打开和关闭所述进气口的进气门；

设置在所述气缸盖上的火花塞；和

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述火花塞布置在距所述气缸的轴线在所述气缸的孔径的约5％的距离内的位置处。

8.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述火花塞布置在距所述气缸的轴线在所述气缸的孔径的约3％的距离内的位置处。

9.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述气缸盖内表面包括排气口，所述燃烧室中的气体通过所述排气口排放，且所述火花塞从所述气缸的轴线向着所述排气口偏移。

10.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述进气漂移机构包括滚流孔，所述滚流孔在所述燃烧室中产生纵涡流。