CN103154462A - 吸气端口燃料喷射发动机 - Google Patents

Abstract

一种半直接喷射式发动机，用于在吸气阀打开时从位于吸气端口内的燃料喷射阀朝着燃烧室喷射燃料，其中：活塞（30）具有第一腔体（32）和第二腔体（33），第一腔体和第二腔体位于活塞顶部表面中并且分别位于排气阀侧和吸气阀侧；并且突出部分（34）从顶部表面朝上突出，从而将所述第一腔体（32）和所述第二腔体（33）彼此分离。所述突出部分（34）这样定位，从而所述第一腔体（32）小于所述第二腔体（33），并且位于所述燃烧室内的火花塞（6）的电极（6a）面朝所述第二腔体（33）。

Description

吸气端口燃料喷射发动机

技术领域

本发明涉及被配置成将燃料注入吸气端口内的发动机，更具体而言，涉及在吸气阀打开时喷射燃料的发动机。

背景技术

作为被配置成从设置在吸气端口内的燃料喷射阀中喷射燃料的吸气端口燃料喷射发动机，已经研制出一种发动机，这种发动机在进气冲程喷射模式中可操作，以便在吸气阀打开时喷射燃料。

在具有进气冲程喷射模式的这种发动机内，在关闭排气阀的同时打开吸气阀时，注射燃料，据此，可抑制将燃料排入排气（exhuast）通道内。而且，即使燃料喷射阀设置在吸气端口内，也可在恰当的时间精确地将燃料提供给燃烧室的内部，这能够提高发动机输出和燃料效率，与汽缸式燃料喷射发动机一样。

同样，在冷状态中启动发动机时，需要早期提高设置在排气通道内的排气净化催化转化器的温度，用于进行激活，以便确保所需要的排气净化性能。为了提高排气净化催化转化器的温度，一种延迟点火时间并且从而提高排气温度的方法有效，但是这种方法具有燃烧不稳定的问题。因此，必须增大燃料喷射的量，以便稳定燃烧，然而，在这种情况下，降低了燃料效率，并且排气净化性能可能依然较低，直到激活排气净化催化转化器。

作为稳定燃烧的方法，已知一种技术，其中，在活塞的顶部表面内形成腔体，以便在燃烧室内产生滚流（tumble flow）（见专利文件1）。在燃烧室内产生的滚流使得火焰更容易在燃烧室内蔓延，从而促进燃烧。

现有技术文件

专利文件

专利文件1：日本公开专利公开号：S63-48922

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在具有进气冲程注射模式的发动机内，即使试图在燃烧室内产生滚流（与专利文件1中一样），来自吸气阀的开口的上部区域中的进气流和来自开口的下区域中的进气流在燃烧室内彼此冲突，结果，搅拌空气燃料混合物。因此，与汽缸式燃料喷射发动机不同，难以实现分层燃烧，从而在冷启动时，难以实现燃烧的稳定性并且提高燃料效率。

本发明用于解决以上问题，并且其目标在于，提供一种吸气端口燃料注射发动机，这种发动机能够在燃烧室内部进行分层燃烧，从而提高燃料效率并且确保燃烧稳定性。

用于解决这些问题的方法

为了实现以上目标，根据权利要求1所述的本发明提供了一种吸气端口燃料喷射发动机，其中，吸气阀打开时，沿着进气的流动方向，从设置在吸气端口内的燃料喷射阀中朝着燃烧室的吸气侧和排出侧中的任一个喷射燃料，其中，活塞具有形成在其顶部表面上的突出部分，所述突出部分朝着活塞的外边缘延伸并且向上突出，以便将燃烧室的内部分成相对于进气的流动方向靠前定位的第一空间以及相对于进气的流动方向靠后定位的第二空间，并且将突出部分设置为，使得第一空间小于第二空间并且火花塞的电极面朝第二空间。

在根据权利要求2所述的本发明中，将燃料喷射阀设置为，使得朝着吸气阀和吸气端口之间限定的环形开口的那些区域中的一个喷射燃料，吸气阀和吸气端口分别面朝燃烧室的吸气侧和排出侧。

在根据权利要求3所述的本发明中，突出部分具有相对端，所述相对端的高度比其中心部分更低，以便形成引导部分，所述引导部分允许将进气从第一空间引入第二空间内。

在根据权利要求4所述的本发明中，在突出部分的相对端中的每一端和燃烧室的周缘壁面之间形成允许将进气从第一空间引入第二空间内的间隙。

在根据权利要求5所述的本发明中，在突出部分的两侧上的活塞的顶部表面内，形成腔体，分别作为第一空间和第二空间。

在根据权利要求6所述的本发明中，发动机进一步包括：排气净化催化转化器，其设置在发动机的排气通道内；以及点火时间控制单元，其被配置成在冷启动的过程中延迟所述火花塞的点火时间。

本发明的有利效应

根据权利要求1的本发明，在吸气阀打开时从燃料喷射阀中注射燃料，因此进气流入相对于进气的流动方向向前定位的燃烧室内的第一空间内，同时形成燃料充足的空气燃料混合物。由于第一空间小于第二空间，所以在燃料喷射之后，由从吸气端口引入的进气而从第一空间中推出燃料浓度较高的空气燃料混合物，并且所述混合物朝着第二空间流动并且停留在第二空间内。

通过在混合物停留在第二空间内时利用火花塞点燃空气燃料混合物，能够确保令人满意的可燃性，同时抑制燃烧室内的总燃料消耗量，这是因为，燃料浓度在火花塞的电极所面对的第二空间内较高，并且在第一空间内较低。因此，发生分层燃烧，从而能够提高燃料效率并且确保令人满意的燃烧稳定性。

根据权利要求2的本发明，朝着吸气阀和吸气端口之间限定的环形开口的那些区域中的一个喷射燃料，吸气阀和吸气端口分别面朝燃烧室的吸气侧和排出侧。可促使燃料浓度较高的空气燃料混合物流入燃烧室的吸气侧和排气侧的任一个内。

根据权利要求3的本发明，突出部分的相对端的高度比突出部分的中心部分更低，从而可形成引导部分，以便允许将进气从第一空间引入第二空间内。因此，从第一空间中推出时，燃料浓度较高的空气燃料混合物可轻易地流入第二空间内，据此，可轻易地促使燃料浓度较高的空气燃料混合物停留在第二空间内。

根据权利要求4的本发明，在突出部分的相对端中的每一端和燃烧室的内部周缘壁面之间形成允许将进气从第一空间引入第二空间内的间隙。因此，从第一空间中推出时，燃料浓度较高的空气燃料混合物轻易地流入第二空间内，从而可轻易地促使燃料浓度较高的空气燃料混合物停留在第二空间内。

根据权利要求5的本发明，在活塞的顶部表面内，形成腔体，从而使空气燃料混合物更容易地停留在腔体内。由于第二空间具体地也由腔体构成，所以可轻易地促使燃料浓度较高的空气燃料混合物更可靠地停留在第二空间内。

根据权利要求6的本发明，即使在冷启动时延迟火花塞的点火时间，也通过根据权利要求1所述的活塞的形状，确保令人满意的燃烧稳定性。因此，能够通过延迟点火时间，提高排气温度，从而快速提高排气净化催化转化器的温度，据此，可在冷启动时提高排气净化性能。

附图说明

图1为示意性示出根据本发明的发动机的内部结构的剖视图；

图2A为示出活塞的形状的正视图；

图2B为示出活塞的形状的顶视图；

图2C为示出活塞的形状的右视图；

图2D为示出活塞的形状的剖视图；

图3示出了空气燃料混合物在燃烧室内流动的方式。

具体实施方式

下面参看附图，描述本发明的一个实施例。

图1为示意性示出根据本发明的吸气端口燃料喷射发动机（后文中称为发动机1）的内部结构的剖视图。

如图1中所示，根据本发明的实施例的发动机1为具有进气冲程喷射模式的发动机，用于从设置在吸气通道2内的燃料喷射阀3朝着燃烧室4喷射燃料。

火花塞6设置在发动机1的汽缸盖5的大致中心部分内，从而面朝燃烧室4。汽缸盖5的下表面在大致中心脊状线路的两侧向下倾斜，从而限定燃烧室4的单斜（pent）屋顶形状。吸气端口7在形成汽缸盖5的下表面的一个倾斜表面内开口，并且排气口8在另一个倾斜表面开口。吸气阀9设置在每个吸气端口7内，并且排气阀10设置在每个排气口8内。吸气和排气阀9和10由未显示的气门致动机构驱动，该机构设置在汽缸盖5之上，以便在旋转曲轴的同时，进行打开和关闭。

安装燃料喷射阀3的安装角度使得，沿着吸气端口7内进气流的方向，朝着吸气阀9周围的环形开口的上部区域11a（朝着第一腔体32），从喷嘴3a中喷射燃料。因此，从燃料喷射阀3中喷射燃料时，燃料浓度较高的空气燃料混合物从吸气阀9的开口的上部区域11a中流入燃烧室4内，并且燃料浓度较低的进气从吸气阀9的开口的下部区域11b中流入燃烧室4内。

燃料喷射阀3与ECU（电子控制单元）20电连接。而且，火花塞6通过点火线圈与ECU 20电连接。而且，ECU 20与各种传感器电连接，例如，用于检测发动机1的曲柄角的曲柄角传感器21、用于检测节流阀的开口的油门传感器22、用于检测抑制加速踏板的量的加速器位置传感器23、以及用于检测冷却水的温度的水温传感器24，并且也与按键开关25电连接。根据从这些传感器中输入的信息，ECU 20控制从喷射阀3中喷射的燃料量、燃料喷射时间、火花塞6的点火时间等等。

发动机1的排气通道26装有排气净化催化转化器27，例如，三路催化转化器。当其内的催化剂的温度增大时，激活排气净化催化转化器27，以便显示其排气净化性能。

图2A到2D显示了活塞30的形状，其中，图2A为活塞的正视图，图2B为活塞的顶视图，图2C为活塞的右侧视图，并且图2D为活塞的剖视图。

如图2A到2D中所示，发动机1的活塞30具有顶部表面31。第一腔体32（第一空间）形成在顶部表面31的靠近排气阀10的一侧上，并且第二腔体33（第二空间）形成在顶部表面31的靠近吸气阀9的另一侧上。第一和第二腔体32和33均为椭圆形凹槽，并且从活塞30的顶部表面31向上突出的突出部分34位于第一和第二腔体32和33之间。突出部分34设置在从活塞30的中心朝着排气阀10偏离的位置内，并且延伸穿过顶部表面31，以便将第一和第二腔体32和33彼此分开。第一腔体32的面积小于第二腔体33，并且火花塞6设置成使得其电极6a面朝第二腔体33。

而且，如图2C中所示，倾斜地切断突出部分34的相对端34b，以便形成与内衬35配合的左间隙和右间隙36（引导部分），从而空气燃料混合物可穿过间隙36。

现在参看图3，解释空气燃料混合物在发动机1的燃烧室4内流动的方式，该发动机装有如上所述进行配置的活塞30。

图3示出了空气燃料混合物在燃烧室4内流动的方式，其中，上面一行内的视图为顶视图，并且下面一行内的视图为正视图。时间按照以下顺序流逝：（A）→（B）→（C）→（D）→（E），其中，（A）表示在启动进气冲程之后，已经从上死点略微向下移动活塞30时的混合物流动的状态，即，紧接在终止燃料喷射之后的混合物的状态，（B）表示下死点处的混合物的状态，（C）和（D）表示压缩冲程的过程中混合物的状态，以及（E）表示在压缩冲程的上死点处的混合物的状态。而且，在图3中，每个实线箭头表示，已经从吸气阀9的开口的上部区域11a中引入的燃料浓度高的空气燃料混合物的移动方向，并且每个虚线箭头表示，已经从吸气阀9的开口的下部区域11b中引入的燃料浓度低的进气的移动方向。而且，在图中，阴影线部分表示燃料浓度高的空气燃料混合物的位置。

在根据实施例的发动机1内，紧接在启动进气冲程之后，开始从燃料喷射阀3中喷射燃料，并且在活塞30已经略微向下移动时，停止燃料喷射。因此，如图3（A）中所示，燃料浓度高的空气燃料混合物沿着汽缸盖5的下表面从每个吸气阀的开口的上部区域11a流入腔室4的上部区域内，并且朝着排气阀10移动。

由于活塞30下降的同时吸气阀9打开，由随后从吸气端口7中引入的进气推动燃料浓度高的空气燃料混合物，从而燃料浓度高的空气燃料混合物沿着内衬35向下移动。

在活塞30的下死点，燃料浓度高的空气燃料混合物到达第一腔体32，如图3（B）中所示。

然后，通过到达下死点之前引入的进气，并且由于进气的流动惯性，从第一腔体32中推出燃料浓度高的空气燃料混合物。结果，由突出部分34将燃料浓度高的空气燃料混合物分割成左右两部分，如图3（C）中所示，并且所分割的空气燃料混合物的流穿过突出部分34和内衬35之间的相应间隙36，到达吸气阀侧。

随后，沿着内衬35从左右两边绕过的所分割的空气燃料混合物的流在吸气阀侧上彼此冲突，如图3（D）中所示，并且进入第二腔体33内。由于突出部分34阻止这种移动，所以阻止这样引入第二腔体33内的空气燃料混合物朝着排气阀10移动并越过燃烧室4的中心区域，据此，再次防止空气燃料混合物流入第一腔体32内。

如图3（E）中所示，活塞30处于上死点附近时，燃料浓度高的空气燃料混合物大致位于第二腔体33内。燃料浓度高的空气燃料混合物位于第二腔体33内时，促使火花塞6产生火花，从而由于燃料浓度高的空气燃料混合物位于电极6a附近，所以可轻易地点燃空气燃料混合物，从而确保高的燃烧稳定性。而且，点燃时，在第二腔体33以外的燃烧室4的其他区域内（例如，在第一腔体32内），燃烧浓度较低，据此，可减少所使用的燃料总量，从而能够提高燃料效率。

因此，根据实施例，这样配置活塞30，以便包括具有上述形状的顶部表面31，因此，在用于将燃料从吸气阀9的开口11a喷射到燃烧室4内的具有进气冲程喷射模式的发动机内，突出部分34可限制引入燃烧室4内的空气燃料混合物扩散。

而且，由于第一腔体32形成为具有小于第二腔体33的面积，所以在燃料喷射之后，停留在第一腔体32内的燃料浓度高的空气燃料混合物可由从吸气端口引入的进气可靠地推出，进入第二腔体33内。而且，由于第二腔体33的面积大于第一腔体32，所以燃料浓度相对高的空气燃料混合物易于停留在第二腔体33内。因此，点火时，可促使燃料浓度在第二腔体33内相对较高，并且在第一腔体32内相对较低，并且可促使发生分层燃烧，同时燃料浓度高的空气燃料混合物位于火花塞6的电极6a的附近。因此，能够提高燃料效率，同时确保具有令人满意的燃烧稳定性。

ECU 20（点火时间控制单元）可被配置成，在根据按键开关25、水温传感器24等等所检测的信息判断在冷态中启动发动机1时，延迟点火时间。通常，如果延迟点火时间，那么燃烧稳定性降低。虽然根据实施例的发动机1为端口喷射发动机，但是由于进气冲程喷射和活塞30的顶部表面31的上述形状所实现的分层燃烧，所以该发动机可确保具有令人满意的燃烧稳定性，并且因此，可将延迟量设置为足够大的值。由于在冷启动时可设置充足的延迟量，所以可快速提高排气温度，以便加快激活排气净化催化转化器27，据此，可提高在冷启动时的排气净化性能。

而且，在该实施例中，第二腔体33可形成为具有比第一腔体32更大的深度。这样配置活塞30时，燃料浓度高的空气燃料混合物更容易围绕突出部分34从第一腔体32中绕到第二腔体33中，并且也更容易保持在第二腔体33内，结果，更可靠地进行分层燃烧。

而且，在以上实施例中，突出部分34可倾斜，从而朝着吸气阀9引导其顶部（crested portion）。通过这样倾斜突出部分34，进气能够更容易地从第一腔体32移动到第二腔体33中，并且进气也可更难以从第二腔体33移动到第一腔体32中。因此，可在第二腔体33内收集燃料浓度高的空气燃料混合物，从而能够更可靠地进行分层燃烧。

在以上实施例中，设置燃料喷射阀3的安装角度，从而可将从喷嘴3a中喷射的燃料引入吸气阀9的开口的上部区域11a中。安装燃料喷射阀3的方式不限于此，并且可通过其他方式安装燃料喷射阀3。具体而言，可这样设置燃料喷射阀3的安装角度，从而将从喷嘴3a中喷射的燃料引至吸气阀9的开口的下部区域11b。在这种情况下，可形成第一腔体（第一空间）和第二腔体（第二空间），以便分别位于与吸气阀9和排气阀10相同的侧部上。

根据本发明，至少需要形成突出部分34，并且可省略第一和第二腔体32和33。具体而言，可形成突出部分34，以便将燃烧室4的内部分成位于排气阀10附近（即，相对于进气的流动方向靠前定位）的空间以及位于吸气阀9附近（即，相对于进气的流动方向靠后定位）的空间，并且可设置该突出部分，从而相对于进气的流动方向靠前定位的空间小于另一空间。而且，在这种情况下，在压缩冲程中，燃料浓度高的空气燃料混合物从相对于进气的流动方向靠前定位的空间中推出，并且移动到相对的空间中。然后，燃料浓度高的空气燃料混合物停留在相对的空间内，火花塞6的电极6a面朝该空间，从而能够进行分层燃烧。

参考符号说明

1：发动机

3：燃料喷射阀

4：燃烧室

6：火花塞

20：ECU

27：排气净化催化转化器

30：活塞

32：第一腔体

33：第二腔体

34：突出部分

36：间隙。

Claims (6)

1.一种吸气端口燃料喷射发动机，其中，在吸气阀打开的同时，沿着进气的流动方向，从设置在吸气端口内的燃料喷射阀朝着燃烧室的吸气侧和排气侧中的任一个喷射燃料，

其特征在于：

活塞具有形成在其顶部表面上的突出部分，所述突出部分朝着所述活塞的外边缘延伸并且向上突出，以将所述燃烧室的内部分成相对于燃料喷射方向靠前定位的第一空间以及相对于所述燃料喷射方向靠后定位的第二空间，并且

将所述突出部分设置为，使得所述第一空间小于所述第二空间并且使得火花塞的电极面朝所述第二空间。

2.根据权利要求1所述的吸气端口燃料喷射发动机，其特征在于，所述燃料喷射阀设置为，使得朝着所述吸气阀与所述吸气端口之间限定的环形开口的那些区域中的任一个区域喷射燃料，所述吸气阀和所述吸气端口分别面朝所述燃烧室的所述吸气侧和所述排气侧。

3.根据权利要求2所述的吸气端口燃料喷射发动机，其特征在于，所述突出部分具有相对端，所述相对端的高度比所述突出部分的中心部分更低，以形成引导部分，所述引导部分允许将所述进气从所述第一空间引入所述第二空间内。

4.根据权利要求3所述的吸气端口燃料喷射发动机，其特征在于，在所述突出部分的所述相对端中的每一端与所述燃烧室的周缘壁面之间形成有间隙，所述间隙使得所述进气从所述第一空间被引导入所述第二空间内。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的吸气端口燃料喷射发动机，其特征在于，在所述突出部分的两侧上的所述活塞的顶部表面内，形成分别作为所述第一空间和所述第二空间的腔体。

6.根据权利要求5所述的吸气端口燃料喷射发动机，其特征在于，进一步包括：

排气净化催化转化器，其设置在所述发动机的排气通道内；以及

点火时间控制单元，其配置成在冷启动的过程中延迟所述火花塞的点火时间。

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