CN103016134B - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机。在朝向低负荷范围和高负荷范围延伸的中间负荷范围提供一种有效的压缩自动点火燃烧。内燃机能够通过确保由负气门重叠产生的所谓的密封期间使压缩自动点火的燃烧成为可能。内燃机包括汽缸盖、汽缸、位于汽缸内的具有与汽缸盖接合的顶部的活塞、位于汽缸盖内表面和活塞的顶部之间的燃烧室以及进气门和排气门。每个燃烧室配置两个进气门，并且使得所述两个进气门的气门升程不同。

Description

内燃机
相关申请
本申请要求2011年9月27日提交的日本专利申请NO.2011-210898的优先权，通过引用而将该日本专利申请的全部内容包含于此。
技术领域
本发明涉及内燃机，更特别地涉及能够提供通过燃料喷射直接进入燃烧室的燃料的高质量压缩点火燃烧的内燃机。
背景技术
已知使用火花点火以在各燃烧室内引起燃料/空气混合物的燃烧的内燃机。已知或提出了在对各燃烧室内的燃料/空气混合物充入气进行压缩之后实现压缩自动点火的内燃机（见专利文献1至3）。在压缩自动点火类型的内燃机中，产生了各种想法，这些想法包括对各燃烧室的形状的改变或变型（见专利文献4）以及对进气系统和排气系统的改变和变型（见专利文献5）。
通过使进气正时和排气正时重叠，压缩自动点火内燃机可以利用在通过排气再循环（EGR）稀释新的充入气之后的燃烧。在该情况下，与火花点火燃烧相比减少了CO2的排放。
由压缩自动点火引起的燃烧温度低。因此，压缩自动点火燃烧很少产生氧化氮（NOx）排放。因此，期望压缩自动点火燃烧对于降低氧化氮排放做出有益的贡献，燃烧稀释了的少量充入气的目的在于降低该氧化氮排放。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-144711号公报(P2006-144711A)
专利文献2：日本特开2006-144714号公报(P2006-144714A)
专利文献3：日本特开2006-233839号公报(P2006-233839A)
专利文献4：日本特开2005-16347号公报(P2005-16347A)
专利文献5：日本专利NO.4122630(P4122630)
发明内容
特别地根据专利文献5的说明，压缩自动点火燃烧发动机在活塞的排气上止点附近同时关闭各汽缸的进气门和排气门两者，以增加剩余气体（除气）的量。在该情况下，燃烧室中的充入气的温度可以增加至自动点火的点，以使得能够通过在随后的压缩冲程中压缩充入气而实现高温高压之后进行自动点火燃烧。
然而，当压缩自动点火内燃机在低负荷范围动作时并不期望温度充分增加，充分的温度增加可能由于没能达到自动点火而导致火焰熄灭。当发动机在高负荷范围内动作时，因为燃烧室内的汽缸压力（汽缸压力峰值）由于在多个位置同时自动点火而引起的蔓延（denotation）而过度增加，发动机可能被损坏。总之，因为压缩自动点火燃烧的可动作范围有限并且狭窄，所以并不期望压缩自动点火燃烧能显著降低CO2和氧化氮排放。
因此，本发明的目的是提供在朝低负荷范围和高负荷范围显著地拓展中间负荷范围的同时、能够提供有效的压缩自动点火燃烧的内燃机。
根据本发明的第一方面，提供一种内燃机，其具有在汽缸内作往复运动的活塞和在所述活塞的顶部和所述汽缸的汽缸盖部的内表面之间形成的燃烧室。所述内燃机能够在动作范围的至少一部分区域进行压缩自动点火燃烧。所述内燃机包括：用于向所述燃烧室喷射燃料的燃料喷射器；用于开关进气管路的第一进气门和第二进气门，该进气管路与所述燃烧室连通；用于开关排气管路的排气门，该排气管路与所述燃烧室连通；以及用于调节所述第一进气门和/或所述第二进气门的气门升程，使所述第一进气门的气门升程大于所述第二进气门的气门升程的调节机构。
根据本发明的第二方面，除了第一方面所述的特征以外，所述活塞具有从所述顶部向内形成的凹部，所述凹部形成为在所述第一进气门侧的凹部容积大于所述第二进气门侧的凹部容积，以及所述燃料喷射器将燃料喷射到所述凹部中。
根据本发明的第三方面，除了第一方面所述的特征以外，所述燃料喷射器的喷射量设定为使得所述燃料朝向所述第一进气门侧的喷射量大于朝向所述第二进气门侧的喷射量。
根据本发明的第四方面，除了第一方面所述的特征以外，所述燃料喷射器的喷射孔的数量设定为对应于所述第一进气门侧的所述喷射孔的数量大于对应于所述第二进气门侧的所述喷射孔的数量。
根据本发明的第五方面，除了第一方面所述的特征以外，所述第一进气门侧的喷射孔角度大于所述第二进气门侧的喷射孔角度。
根据本发明的第六方面，除了第一方面所述的特征以外，所述燃料喷射器在吸气冲程时进行常规喷射，然后所述燃料喷射器在压缩冲程的后半程时进行追加喷射。
根据本发明的第七方面，除了第一方面所述的特征以外，通过确保密封期间来使所述压缩自动点火的燃烧发生，所述密封期间通过在排气期间和进气期间之间同时地关闭所述进气门和所述排气门来提供。
根据上述的本发明的第一方面，使各燃烧室的至少两个进气门的气门升程不同，使得存在吸入空气的流入的不均衡。这种不均衡产生了燃烧室内部的吸入空气流动（涡流），从而在燃烧室中不是提供均匀的充入气而是提供分层的充入气，以在稀薄的气氛中提供富含云。即使当发动机在靠近低负荷的区域内操作时，这也确保用于随后的火焰传播的对富含云的自动点火而没有任何火焰熄灭。当发动机在靠近高负荷的区域内动作时，通过起自富含云处的自动点火的在所有方向上的受控制的火焰传播，这还确保了避免高温高压爆燃的缓慢燃烧。因此，通过确保在宽的或拓展的动作范围的稳定的高质量的自动点火燃烧，这拓展了自动点火燃烧适用的动作范围。
根据本发明的上述第二方面，凹部在第一进气门侧提供较大的凹部容积并且在第二进气门侧提供较小的凹部容积。结果，肯定能够捕获（trap）在压缩冲程时从燃料喷射器喷射的燃料。这导致更有效的充入气分层，以提供高质量的压缩自动点火燃烧。
根据本发明的上述第三方面至第五方面，例如通过喷射孔数量分布的不均衡或者通过喷射孔角度分布的不均衡以在燃烧室内产生燃料的喷射质量分布的不均衡的方式提供喷射的不对称性，根据进气门的气门升程（气门开口）将燃料以适当的方式喷射到吸入空气流的部分。这导致更有效的充入气分层，以提供高质量的压缩自动点火燃烧。
根据本发明的上述第六方面，燃料喷射器在吸气冲程时进行常规喷射，然后燃料喷射器在压缩冲程的后半程时进行追加喷射。这确保了对分层的充入气中的燃料浓度的差值增加的供应。这导致更有效的充入气分层，以提供高质量的压缩自动点火燃烧。
根据本发明的上述第七方面，能够利用源自除气的燃烧过的气体来稀释充入气，即所谓的内部EGR。这使得能够实现对CO2和氧化氮（NOx）排放的控制。
附图说明
图1是根据本发明的内燃机的一个实施方式的示意图，特别地是示出发动机的基本结构的整个构造的轮廓的、透视发动机的正视图。
图2是示出发动机的进气门和排气门的组成部件的布局的正视图。
图3是示出包括发动机进气侧的喷射器的组成部件的布局的立体图。
图4是说明气门升程与曲轴转角的关系的曲线图。
图5是说明进气正时和排气正时与曲轴转角的关系的曲线图。
图6是说明可取决于动作范围选择的燃烧类型（自动点火燃烧或火花点火燃烧）的曲线图。
图7是说明进气门的在用于自动点火燃烧的进气正时的气门升程的曲线图。
图8是说明源自图7中示出的气门升程控制的效果的曲线图。
图9是说明用于自动点火燃烧的燃料的喷射质量分布的不均衡的平面图。
图10是示出用于自动点火燃烧的活塞的顶部的适当构造的平面图。
图11是说明源自图10中示出的活塞的顶部的构造的效果的平面图。
图12是透视发动机的不完全剖视图，其示出源自图10中示出的活塞的顶部的构造的效果。
图13是示出源自自动点火燃烧的效果的曲线图。
图14是示出用于自动点火燃烧的燃料喷射的正时的曲线图。
图15是示出达到用于自动点火燃烧的燃料的喷射质量分布的不均衡性的另一途径的平面图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1至图14是示出根据本发明的内燃机的一个实施方式的图。
参照图1，内燃机10是作为使车辆运动所需的驱动源而安装于机动车辆的发动机。内燃机10通过连杆13将在汽缸11中作往复运动的活塞12连接到未示出的曲轴，以在将往复运动转换成转动之后将活塞12的往复运动传递至曲轴。
内燃机10包括汽缸11、汽缸11的汽缸盖以及活塞12。汽缸11中的活塞12具有顶部12a，该顶部与汽缸11的汽缸盖的内表面11a一起形成燃烧室14。内燃机10的燃烧室14可与进气侧、也就是图1的左侧的进气侧配管（进气通道，进气口）15以及排气侧、也就是图1的右侧的排气侧配管（排气通道，排气口）17连通。进气门16和排气门18安装于汽缸盖并且靠近进气侧配管15和排气侧配管17配置。
燃料或汽油F通过从燃料喷射系统的燃料喷射器19（见图9）到燃烧室14的直接燃料喷射而被提供至内燃机10。燃料喷射与活塞12的往复运动以及进气门16和排气门18的打开/关闭动作同步。内燃机10通过由火花塞20产生的火花引起的燃烧或由压缩自动点火引起的燃烧来燃烧燃料，以产生动力。由燃烧所产生的动力使活塞12作往复运动，因为该动力向下推动活塞12至汽缸11的底部并且活塞12通过来自与同一曲轴连接的其他活塞的动力返回至汽缸顶部。内燃机10的燃烧室14经历快速接连重复的如下过程：空气的进气、燃料/空气混合物的压缩和燃烧、由于该燃烧引起的膨胀以及燃烧之后产生的残余气体的排出。
此外，内燃机10包括进气侧配管（进气口）15和排气侧配管（排气口）17，进气侧配管15具有两个开口15a、15b（未示出），排气侧配管17具有两个开口17a、17b（未示出）。
与此相对应，如图2和图3所示，进气门16包括打开和关闭开口15a的第一进气门16A和打开和关闭开口15b的第二进气门16B，排气门18包括打开和关闭开口17a的第一进气门18A和打开和关闭开口17b的第二进气门18B（在图3中仅示出进气门16）。进气门16和排气门18允许吸入空气或废气通过当进气门16的气门头16a和排气门18的气门头18a从汽缸盖的内表面11a被提升至气门头的提升状态时所形成的间隙。
进气门16和排气门18包括气门杆21、弹簧22、枢轴23、摇臂24、控制轴25、辊26、限位器27、摆动辊（或凸轮随动件）28、凸轮轴29以及驱动凸轮30。
气门杆21在其一端或前端具有气门头16a、18a。弹簧22被配置成使得各弹簧沿将与其关联的气门杆21从燃烧室14拉起的方向（减小气门升程的方向）对该气门杆21施力。枢轴23被配置成使得各枢轴23在靠近与其关联的摇臂24的一端的位置抵接该摇臂24，从而以允许摇臂24的枢转运动的方式来支撑该摇臂24。
在相反端或后端，气门杆21分别在靠近相关联的摇臂24的另一端的位置与该摇臂24抵接。在摇臂24的一端和另一端之间的中间位置，摇臂24具有与其关联的支承销26a以承载绕与其关联的支承销26a转动的与其关联的辊26。利用摇臂24的辊26压靠相关联的限位器27，允许摇臂24在与其关联的枢轴23上枢转。
控制轴25被固定地安装以用于进气门16。控制轴25以允许摆动辊28及与摆动辊28关联的限位器27进行一致的运动的方式来支撑各摆动辊28及与各摆动辊28关联的限位器27。控制轴25包括具有转动轴线的轴部和具有偏心轴线的偏心部。要获取更多信息，可参照美国专利申请公开NO.US2011/0107989A1，通过引用而将该申请公开包含于此。摆动辊28（见US2011/0107989A1中的辊36）由偏心部（见US2011/0107989A1中的偏心部22）支撑以绕偏心轴线（见US2011/0107989A1中的偏心轴线02）转动。相关联的限位器27（见US2011/0107989A1中的摇摆凸轮构件23A、23B）由轴部（见US2011/0107989A1中的轴部20和21）支撑以绕控制轴25（见US2011/0107989A1中的控制轴17）的转动轴线（见US2011/0107989A1中的轴线01）转动。当控制轴25被保持固定时，通过与偏心齿轮（见US2011/0107989A1中的外齿轮37A、37B和内齿轮27A、27B）的接合来确保摆动辊28与相关联的限位器27的一致的运动。然而，由于偏心齿轮的接合位置的改变，使控制轴25绕转动轴线运动至新的角度位置将导致限位器27相对于摆动辊28处于新的角度位置（见US2011/0107989A1中的图4A和图4B所示出的位置）。可以理解的是，进气门16A和进气门16B的气门升程通过调节各限位器27相对于摆动辊28的角度位置而改变。限位器27通过使各限位器27与摇臂24上的辊26之一的压接位置移动来限制相关联的气门头16a或气门头18a的气门升程。
摆动辊（或凸轮随动件）28由远离控制轴25的轴线的支撑轴28a可转动地支撑，并且由未示出的施力元件在绕控制轴25朝凸轮轴29转动的方向上施力。
凸轮轴29以使得凸轮轴29的转动与活塞12在汽缸11内的往复运动同步的方式被驱动。驱动凸轮30被固定到凸轮轴29。驱动凸轮30具有凸轮面30a，摆动辊28的周面在迫使摆动辊28沿绕控制轴25朝凸轮轴29转动的方向转动的施力作用下保持与该凸轮面30a的压接触。
因为驱动凸轮30由于驱动凸轮30和凸轮轴29与活塞12的往复运动（曲轴的转动）同步转动而按压摆动辊28，这确保了进气门16和排气门18的正常动作。在进气门16和排气门18中，保持辊26与限位器27压接触确保了摇臂24的枢转运动，其中，该限位器27同相关联的摆动辊28一起运动。
这使得进气门16和排气门18能够随着摇臂24的运动逆着弹簧22而按压气门杆21（或使气门杆21在其轴向上运动），其中，气门杆21的后端与摇臂24抵接。
因此，进气门16和排气门18将位于气门杆21的前端的气门头16a、18a从配管15、17的开口15a、17a提升并使气门头16a、18a与开口15a、17a分离。进气门16和排气门18允许气门杆21在弹簧22的施力作用下沿气门杆的轴向运动，直到位于气门杆21的前端的气门头16a、18a紧密地封堵配管15、17的开口15a、17a。
进气门16和排气门18的限位器27（沿各控制轴25的轴向观察）分别邻近各摆动辊28的右侧和左侧。各限位器27均包括压接面27a，摇臂24之一的辊26被按压而与该压接面27a接触。限位器27的压接面27a的轮廓使得与控制轴25的轴线的径向距离随着对限位器27角度定位之后限位器27所处的不同位置而改变，并且该径向距离随着摆动辊28所处的不同的角度位置而改变。
通过使压接面27a与摇臂24的辊26的压接位置移动（相对于摆动辊28对限位器27进行角度定位），限位器27可以调节相关联的摇臂24的枢转运动的量以提供如图4所示的气门升程。例如根据对用于加速或减速的油门踏板（节流阀的位置）的操作，该限位器27可以根据从低负荷到高负荷的不同水平来改变位于气门杆21的前端的气门头16a、18a的气门升程16L、18L，反之亦然。
在安装于各汽缸或燃烧室14的两个进气门16之间设有喷射器19。使喷射正时与活塞12的往复运动（曲轴转角）同步，在进气门16打开和关闭进气侧配管15的开口15a的提升动作过程中的任意正时，喷射器19向燃烧室14内部喷射燃料F。
内燃机10被构造成，沿着朝向或远离当排气门18打开排气侧配管17的开口17a时的打开或关闭排气门的正时的方向来调节当进气门16打开进气侧配管15的开口15a时的打开和关闭进气门（期间）的正时。
对于喷射到燃烧室14内部的燃料F通过火花塞20火花点火引起的燃烧，调节凸轮轴29（驱动凸轮30）与其驱动的转动关系，使得在短时间段内打开和关闭进气门的正时与打开和关闭排气门的正时同时发生（所谓的“气门重叠”）。
同时，对于喷射到燃烧室14内部的燃料F通过压缩自动点火（下文中称为“自动点火”）引起的燃烧，调节凸轮轴29（驱动凸轮30）与其驱动的转动关系，使得打开和关闭进气门的正时与打开和关闭排气门的正时不同时发生，以提供如图5中的双头箭头所表示的密封期间（sealed duration）（所谓的“负气门重叠”）。
这意味着，在打开和关闭排气门的正时与打开和关闭进气门的正时彼此分开的情况下，自动点火燃烧使用内部排气再循环（EGR）来引起燃烧，在该内部排气再循环中，来自燃烧室14的壁面的燃烧过的内部气体归因于密封期间封闭空间内的除气而与新的充入气混合。
随着具有不同的发动机转速的行驶条件的变化，当发动机负荷落入图6中所示的低的负荷范围和高的负荷范围之一时，使用由火花塞20产生的火花的火花点火燃烧控制确保了内燃机10内的稳定的燃烧。
同时，当发动机负荷落入在行驶过程中最常使用的中间负荷范围时，自动点火燃烧控制省掉了火花塞20的使用以节约能量。当发动机负荷落入中间负荷范围时，为了使燃料F在燃烧室14内以最适当的方式流动以进行自动点火燃烧，产生了各种想法。
具体地，在火花塞20位于图3中示出的两个进气门16A、16B之间的情况下，该两个进气门16A、16B分别与排气门18相对地配置并且位于与配置排气门18的直线平行的直线上，其中，该火花塞20在燃烧室14的上表面11a（汽缸11的盖的内表面）的杯形部分暴露于燃烧室14。这些进气门16A、16B是可操作的，使得它们在各气门头16a距燃烧室14的上表面11a的气门升程量方面有所不同。
根据图7中示出的本实施方式，当人从进气侧面对活塞12的顶部12a时，位于右边的进气门16A（第一进气门）提供与排气门18的气门升程18L一样高的气门升程16LA。相反，当人从进气侧面对活塞12的顶部12a时，位于左边的进气门16B（第二进气门）提供可调节至进气门16A的气门升程16LA的大约一半的气门升程16LB。
因此，为了按压进气门16A、16B，邻近相关联的摆动辊28的右侧的限位器27A和邻近相关联的摆动辊28的左侧的限位器27B按照按压摆动辊28以使得摆动辊28枢转的速度进行枢转。限位器27A和27B具有的各压接面27a包括向周围延伸的表面部，该表面部到控制轴25的转动轴线的径向距离相同，即使如下所述地改变限位器27A或27B与辊26的接触位置以使得进气门16A或16B的气门升程在如图4所示的最大升程量与最小升程量之间移位。
限位器27A和27B的压接面27a具有如下轮廓：在限位器27A和27B沿围绕控制轴25的转动方向转向之后被保持于角度位置的情形下，将使得进气门16B提供等于进气门16A的气门升程量16LA的一半的气门升程16LB。
如图8所示，在进气门16A和进气门16B之间提供气门升程的差别使得能够可调节地控制进入燃烧室14的吸入空气的空气运动强度。
如果进气门16A和进气门16B的气门升程之间不存在差异，那么进气门16A和进气门16B两者在从当气门升程小使得气门头16a和进气侧配管15的相应的开口15a提供小的间隙时的正时到当气门升程为最大值时的正时的期间范围内允许相等量的吸入空气进入。如图8中的点划线所示，这导致燃烧室14内部的吸入空气运动由于燃烧用空气的量的增加而随着吸入空气（气门开口）的量逐渐增加，仅有少许增加。
然而，当进气门16A的气门升程16LA与进气门16B的气门升程16LB不同时，从当气门升程小使得气门头16a和进气侧配管15的相应的开口15a提供小的间隙时的正时起，一个气门头16a和进气侧配管15的相关联的一个开口15a之间的间隙与另一气门头16a和进气侧配管15的另一开口15a之间的间隙在气门开口方面不同。如图8中的实线所示，这导致进气门16A从吸气期间一开始就使得吸入燃烧室14的空气的量比另一进气门16B所吸入的空气量大，并且导致进气门16A和进气门16B在通过小的间隙进入燃烧室14的空气的引入流度（流动速率）方面从引入期间一开始就不同。
总之，因为各汽缸的进气门16A的气门升程16LA和进气门16B的气门升程16LB不同，从引入期间一开始就在燃烧室14内部产生强烈的空气流动和吸入空气的在从进气门16A朝进气门16B的方向上的被称作涡流S（见图11）的转动。
喷射器19是具有至少三个喷射孔的多孔喷射器。该喷射器19以如下方式提供喷射不对称性：使得在燃烧室14内部产生与进气门16A的气门升程16LA和进气门16B的气门升程16LB（吸入空气的量）相适应的燃料F的喷射质量分布的不均衡（喷射图样中的区域之间的差别）。如图9所示，将喷射器19设置成使得面向燃烧室14的进气门16A侧的一个区域的喷射孔的数量比面向燃烧室14的进气门16B侧的另一区域的喷射孔的数量多。
这使得从设置在喷射器19顶部的喷射孔射出的燃料F能够被吸入空气的涡流S携带，以使得燃料F在燃烧室14内部流动和扩散。可以根据扩散状态来决定喷射器19顶部的喷射孔的数量。
如图10所示，活塞12的与汽缸11的缸盖的内表面11a一起形成燃烧室14的顶部12a形成有凹部（或凹陷）31。凹部31具有与如图10中的箭头AA和AB的尺寸所表示的由进气门16A的气门升程16LA和进气门16B的气门升程16LB所导致的吸入空气的量以及从喷射器19射出的燃料F的喷射量相适应的不均衡的凹部深度（凹部容积）分布。具体地，凹部31在第一进气门16A侧提供较大凹部容积的凹部部分31A，在第二进气门16B侧提供较小凹部容积的凹部部分31B。因此，通过较大的凹部容积可以接收相对地大量的喷射到进气门16A侧的燃料。
因为这个原因，通过混合喷射的燃料和吸入空气而形成的全部燃料/空气混合物可以根据凹部31的形状流动。因此，全部的燃料/空气混合物可以形成反向翻滚。
详细地，如上所述，根据进气门16A的气门升程16LA的进入燃烧室14的吸入空气AA的量和流动速度大于根据进气门16B的气门升程16LB的进入燃烧室14的吸入空气AB的量和流动速度。容积大于进气门16B侧的凹部部分31B的容积的进气门16A侧的凹部部分31A的明显弯曲的周面形成于活塞12的顶部12a的内侧。这产生了在沿着围绕汽缸轴线的汽缸内周面的方向上转动的水平汽缸涡流、即如图11所示的燃烧室14内的所谓的涡流S。该涡流S也携带从喷射器19射出的燃料以使燃料流动和扩散。
在活塞12的顶部12a的内侧形成的凹部31具有容积大于进气门16B侧的凹部部分31B的容积的进气门16A侧的凹部部分31A的明显弯曲的底部。这产生了在朝向汽缸盖的内表面11a的方向上沿着底部的竖直方向上的汽缸涡流、即如图12所示的燃烧室14内的所谓的反向翻滚T。该反向翻滚T也携带从喷射器19射出的燃料以使燃料流动和扩散。
这在燃烧室14内形成了涡流S与反向翻滚T结合的吸入空气的流动形式。换句话说，这在燃烧室14内产生了进入燃烧室14时自活塞12的顶部12a附近射出、沿着汽缸内周面的方向转动并朝向燃烧室14的顶部（汽缸11的缸盖的内表面11a）上火花塞20的电极所在的位置卷起的流动。这导致通过混合喷射的燃料和吸入空气而形成的燃料/空气混合物的流动朝向燃烧室14的顶部11a上火花塞20的位置（燃烧室14的中央）行进。结果，火花塞20附近的燃料F的浓度可以变大。混合物的浓度从燃烧室14的中央到燃烧室14的外部可以逐渐变得稀薄。然后，混合物的浓度被分层。
因此，当内燃机10使火花塞20产生火花以引起燃烧的发生从而在燃烧室14内使喷射燃料F燃烧时，在火花塞20的附近增加燃料F浓度来引起和传播燃烧也是有效的。另外，控制内燃机10，使得当燃烧室14内的充入气在如图6中所示的在行驶过程中最常使用的中间负荷范围运行的过程中被压缩达到自动点火的高的温度点和高的压力点以点燃喷射燃料F时，燃烧发生在燃料F的浓度增加的燃烧室14上部的中央并且在所有方向上广泛传播。
如图13中所示，传统的自动点火燃烧增加汽缸压力峰值P2以达到最大值，因为自动点火同时发生于多个位置以使得火焰从多个位置传播从而使燃烧室内的喷射燃料非常快地燃烧。
同时，根据本实施方式，燃烧室14内的喷射燃料F和空气的混合物被分层以获得以火花塞20的附近为中心的燃料浓度分布。这使得自动点火发生在火焰分布和传播的中心，火焰沿远离该中心的所有方向传播从而在火焰前端未发生于多个位置的情况下使喷射燃料F缓慢地燃烧。这减弱了汽缸压力峰值P1的增加。这使汽缸压力峰值P1保持低于汽缸压力峰值P2。
在从使用火花塞20的火花点火燃烧的低的负荷范围或高的负荷范围向自动点火燃烧的中间负荷范围的邻近的低负荷侧或高负荷侧转变时或转变之后，发动机中燃烧的不稳定性可能发生。根据本实施方式，除了在进气门16的同一循环的前一吸气期间时由常规喷射器f1提供的常规数量的燃料以外，通过在压缩的后半程和燃烧冲程时由追加喷射器f2提供少量燃料来增加燃烧室14内的燃料F的浓度从而使得自动点火容易发生，而改善该燃烧不稳定性。
上述追加喷射器f2并非必需，而是可以在考虑到发动机燃烧特性而需要时作为可选择的设置进行安装。自不待言，通过追加喷射器f2提供用于发动机的燃料F不仅可以在中间负荷范围的靠近低负荷范围和高负荷范围其中之一的低负荷侧或高负荷侧实施，而且可以在整个中间负荷范围实施。
根据本实施方式，由于使得各汽缸的两个进气门16A和16B的气门升程不同，进入的吸入空气在燃烧室14内产生（位于两个进气门16的轴线所在的平面内的）水平涡流S。此外，活塞12的顶部12a内形成有与进入的吸入空气的量相适应的凹部容积不均衡的凹部部分31A和31B，这在燃烧室14内产生竖直方向上的反向翻滚T。为了喷射燃料F的质量流动和扩散，通过使燃料喷射器19以产生燃料喷射质量分布上的不均衡的方式提供喷射的不对称性，而使喷射燃料F能够由结合了涡流S和翻滚T的流动携带，并未在燃烧室内提供均匀的充入气，而是在燃烧室14内提供包括中心附近的富含云的分层充入气以使得自动点火容易发生。即使在发动机在靠近低负荷的区域内动作时，这也确保了用于随后的火焰传播的在富含云处的自动点火而没有任何火焰熄灭。当发动机在靠近高负荷区域内动作时，这还通过从富含云处的自动点火向所有方向的受控制的火焰传播确保了避免高温高压爆燃的缓慢燃烧。因此，通过确保在宽的或拓展的动作范围的稳定的、高质量的自动点火，这拓展了自动点火燃烧可应用的动作范围。
根据本实施方式的另一个方面，可以提供如下布置：喷射器19以产生与进气门16A的气门升程16LA以及进气门16B的气门升程16LB（吸入空气的量）相适应的喷射孔角度α分布的不均衡的方式提供如图15中所示的喷射不对称性。具体地，假设由图15中的点划线所示出的中心线在进气门16A侧的一个区域和进气门16B侧的另一个区域之间，则可以设置进气门16A侧的喷射孔角度αA以及进气门16B侧的不同的喷射孔角度αB。如果是这样的话，可以设置燃烧室14内的通过燃料喷射器19而进入的燃料F的喷射质量分布的不均衡。这使得喷射燃料F能够通过使朝向进气门16A的燃料的量大于朝向进气门16B的燃料的量以及通过使用与不同的喷射质量对应地形成于活塞的顶部的凹部的方式由燃烧室14内的吸入空气的涡流S和反向翻滚T携带。
本发明被视为包括提供源自本发明的目的的等同效果的所有实施方式，而不限于所说明的实施方式。本发明的范围由源自本公开的教示的特征的各种组合和变型来限定，而不限于权利要求中所述的特征的组合。
工业上的可应用性
虽然说明了实施方式，但是本发明不限于所说明的实施方式。相反，要明白的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改变。
附图标记说明
10 内燃机
11 汽缸
12 活塞
12a 顶部
14 燃烧室
15 进气侧配管
16，16A，16B 进气门
16L，16LA，16LB，18L 气门升程
17 排气侧配管
18 排气门
19 燃料喷射器
20 火花塞
24 摇臂
25 控制轴
26 辊
27，27A，27B 限位器
27a 压接面
28 摆动辊
29 凸轮轴
30 凸轮
31，31A，31B 凹部
AA，AB 吸入空气
F 燃料
f1 常规喷射器
f2 追加喷射器
S 涡流
T 反向翻滚
α，αA,αB 喷射孔角度

Claims (5)

1.一种内燃机，其具有在汽缸内作往复运动的活塞和在所述活塞的顶部和所述汽缸的汽缸盖部的内表面之间形成的燃烧室，所述内燃机能够在动作范围的至少一部分区域进行压缩自动点火燃烧，所述内燃机包括：
用于向所述燃烧室喷射燃料的燃料喷射器；
用于开关进气管路的第一进气门和第二进气门，该进气管路与所述燃烧室连通；
用于开关排气管路的排气门，该排气管路与所述燃烧室连通；以及
用于调节所述第一进气门和/或所述第二进气门的气门升程，使所述第一进气门的气门升程大于所述第二进气门的气门升程的调节机构，
所述活塞具有从所述顶部向内形成的凹部，
所述凹部形成为在所述第一进气门侧的凹部容积大于所述第二进气门侧的凹部容积，
所述燃料喷射器将燃料喷射到所述凹部中，以及
所述燃料喷射器的喷射量设定为使所述燃料朝向所述第一进气门侧的喷射量大于朝向所述第二进气门侧的喷射量。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器的喷射孔的数量设定为对应于所述第一进气门侧的所述喷射孔的数量大于对应于所述第二进气门侧的所述喷射孔的数量。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述第一进气门侧的喷射孔角度大于所述第二进气门侧的喷射孔角度。
4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器被构造成在吸气冲程时进行常规喷射，然后在压缩冲程的后半程时进行追加喷射。
5.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，通过确保密封期间来使所述压缩自动点火燃烧发生，所述密封期间通过在排气期间和进气期间之间同时地关闭所述进气门和所述排气门来提供。
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