CN103180566A - 吸气端口燃料喷射发动机 - Google Patents

Abstract

一种具有进气冲程喷射模式的发动机用于在吸气阀打开时从位于吸气通道内的燃料喷射阀朝着燃烧室喷射燃料。活塞（30）具有位于其顶部表面上的突出部分（34）。突出部分向上突出，在与进气流动方向横切的横向方向延伸，并且定位在相对于进气流动方向向前偏置的位置中。在突出部分（34）中形成腔体（32）以相当于进气的流动方向靠前定位；并且火花塞（6）定位成，使得其电极（6a）面朝所述腔体（32）。

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喷射到吸气端口内的发动机，更具体而言，涉及在吸气阀（intake valve）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喷射燃料的吸气端口（intake port）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（进气阀）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（exhaustvalve）的同时打开吸气阀时，喷射燃料，据此，可抑制将燃料排入废气通道内。而且，即使燃料喷射阀设置在吸气端口内，也可通过恰当的定时和精确度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废气通道内的废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。为了提高废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废气温度的方法有效，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，并且废气净化性能可能依然较低，直到激活废气净化催化转化器。

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（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的进气流和来自该开口的下部区域中的流动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式

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朝着燃烧室的吸气侧和排气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燃料喷射方向靠前定位的第一空间以及相对于燃料喷射方向靠后定位的第二空间，并且将突出部分设置为，使得第一空间大于第二空间并且火花塞的电极面朝第一空间。

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任一个区域喷射燃料，吸气阀和吸气端口分别面朝燃烧室的吸气侧和排气侧。

在根据权利要求3所述的本发明中，活塞的顶部表面设置有迂回流限制器，其配置成限制该进气围绕突出部分的相对端而从第一空间流动到第二空间。

在根据权利要求4所述的本发明中，腔体作为第一空间形成在活塞的顶部表面内，并且定位成相对于燃料喷射方向比突出部分更靠前。

在根据权利要求5所述的本发明中，突出部分构成相对于燃料喷射方向靠后定位的腔体的边缘部分。

在根据权利要求6所述的本发明中，发动机进一步包括：废气净化催化转化器，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。

本发明的有利效果

根据权利要求1的本发明，由于在吸气阀打开时从燃料喷射阀注射燃料，所以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。由于第一空间大于第二空间，所以燃料浓度高的空气燃料混合物停留在第一空间内。

通过混合物停留在第一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一空间内较高，并且第二空间内较低。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任一个喷射燃料，吸气阀和吸气端口分别朝着燃烧室的吸气侧和排气侧。可促使燃料浓度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，迂回流限制器限制进气围绕突出部分的相对端从第一空间流动到第二空间。因此，即使在燃料喷射之后从吸气端口引入进气，引入第一空间内的燃料浓度高的空气燃料混合物也可停留在第一空间内，而不被推出进入第二空间内。

根据权利要求4的本发明，腔体作为第一空间形成在活塞的顶部表面内，据此，可促使燃料浓度高的空气燃料混合物更可靠地停留在火花塞的电极所面对的第一空间内。

根据权利要求5的本发明，突出部分构成相对于燃料喷射方向靠后定位的腔体的边缘部分。引入第一空间内的空气燃料混合物由突出部分阻挡并且返回在腔体内，从而可促使燃料浓度高的空气燃料混合物更可靠地停留在火花塞的电极所面对的第一空间内。

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，提高废气温度，从而快速提高废气净化催化转化器的温度，据此，可在冷启动时提高废气净化性能。

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侧视图；

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，并且排气端口8在另一个倾斜表面开口。吸气阀9设置在吸气端口7内，并且排气阀10设置在排气端口8内。吸气阀和排气阀9和10由未显示的阀致动机构驱动，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内进气的流动方向，朝着吸气阀9周围的环形开口的上部区域11a，从喷嘴3a喷射燃料。因此，当从燃料喷射阀3中喷射燃料时，燃料浓度高的空气燃料混合物从吸气阀9的开口的上部区域11a流入燃烧室4内，并且燃料浓度低的进气从吸气阀9的开口的下部区域11b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ECU20电连接。而且，ECU20与各种传感器电连接，诸如，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，ECU20控制从喷射阀3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装有废气净化催化转化器27，诸如，三路催化转化器。当其内的催化剂的温度增高时，激活废气净化催化转化器27，以便显示其废气净化性能。

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中所示，活塞30具有形成在其顶部表面31上的突出部分34，并且从活塞30的正面观看时，突出部分34（上部，gentry）的中心部分逐渐地向上突出。发动机1的活塞30的顶部表面31限定了位于排气阀10附近的第一空间以及位于吸气阀9附近的第二空间，突出部分34用作边界。半圆形腔体32形成在第一空间内。如图2B中所示，腔体32形成在朝着排气阀10偏移的位置内，并且与突出部分34相邻。而且，如图2D中所示，腔体32定位成，使得火花塞6的电极位于腔体32之上。由于突出部分34，腔体32的靠近吸气阀9的边缘部分35的高度高于靠近排气阀10定位的边缘部分36，如图2D中所示。而且，腔体32具有左边缘部分和右边缘部分37（迂回流限制器），该部分是吸气阀侧边缘部分35的连续并且其高度几乎等于吸气阀侧边缘部分35的高度，从而进气难以从腔体32的内部流出到左右两边。

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。在图3中，实线箭头表示已经从吸气阀9的开口的上部区域11a引入的燃料浓度高的空气燃料混合物的移动方向，并且图3中的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3中，阴影部分表示，点火时燃料浓度高的空气燃料混合物到达的位置（相对于活塞30）。

如图3所述，从燃料喷射阀3中喷射的燃料形成燃料浓度高的空气燃料混合物，并且从吸气阀9的开口的上部区域11a流入燃烧室4内。燃料浓度高的空气燃料混合物沿着汽缸盖5的下表面朝着排气阀10在燃烧室4的上部区域内移动。随后，燃料浓度高的空气燃料混合物沿着内衬38向下移动，然后沿着活塞30的顶部表面31朝着吸气阀9转回，并且到达腔体32。

另一方面，已经从吸气阀9的开口的下部区域11b引入燃烧室4的燃料浓度低的进气在吸气阀侧沿着内衬38向下流动，然后沿着活塞30的顶部表面31朝着排气阀10移动。燃料浓度低的进气沿着朝着排气阀10向上倾斜的活塞30的上表面移动，然后朝着排气阀10穿过腔体32。

到达腔体32之后，燃料浓度高的空气燃料混合物依然具有前进动量，但是被阻止朝着吸气阀9移动，这是因为，由位于与吸气阀9相同的侧上的腔体32的高边缘部分35阻止这种运动。而且，腔体32的左右较高的边缘部分37使得空气燃料混合物难以在突出部分34周围从腔体32的内部朝着吸气阀侧流出到左右两边。

因此，燃料浓度高的空气燃料混合物朝着吸气阀侧的运动已经被边缘部分35阻止，该混合物在其下返回，这也是因为，燃料浓度低的进气穿过腔体32，结果，燃料浓度高的空气燃料混合物保留在腔体32内（在图中，在由影线表示的位置内），同时保持其滚流。

活塞30处于上死点（其中，火花塞6的电极6a位于腔体32附近）附近时，促使火花塞6点燃空气燃料混合物。在这种情况下，由于燃料浓度高的空气燃料混合物保留在腔体32内，所以可容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，在腔体32以外的燃烧室4的其他区域内，燃烧浓度低于腔体32的内部的燃烧浓度，据此，可总体上减少燃烧室4内所需要的燃料量，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，可促使已经引入燃烧室4内的燃料浓度高的空气燃料混合物停留在腔体32内，从而能够在燃烧室4内轻易地发生分层燃烧。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。

ECU20（点火时间控制单元）可被配置成，在根据按键开关25的状态以及水温传感器24所检测的信息等等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以及活塞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，所以可快速提高废气温度，以便加快激活废气净化催化转化器27，据此，在冷启动时可提高废气净化性能。

而且，在该实施例中，腔体32具有与排气阀10位于相同侧的边缘部分36。这个边缘部分36用于再次将已经从吸气阀侧返回的燃料浓度高的空气燃料混合物返回在腔体32内，从而能够允许空气燃料混合物在腔体32内保持较强的滚流。

而且，在以上实施例中，腔体32的吸气阀侧边缘部分35可朝着排气阀10倾斜。通过这样倾斜边缘部分35，燃料浓度高的空气燃料混合物可更难以从腔体32的内部朝着吸气阀9流过边缘部分35，据此，可促使燃料浓度高的空气燃料混合物更可靠地保持在腔体32内。

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喷射的燃料引导至吸气阀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中喷射的燃料引入吸气阀9的开口的下部区域11b中。在这种情况下，可形成第一空间和腔体，以便位于与吸气阀9相同的侧部上。

虽然在以上实施例中，在活塞30的顶部表面31内形成腔体32，但是至少需要形成突出部分34，并且可省略腔体32。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）的空间以及与上述第一空间相对的空间，并且可设置该突出部分，从而火花塞6的电极6a所面对的上述第一空间大于该相对的空间。而且，在这种情况下，燃料浓度高的空气燃料混合物停留在相对于进气的流动方向靠前定位的空间内，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

26：废气净化催化转化器

30：活塞

32：腔体

34：突出部分

37：边缘部分。

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

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

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，所述活塞的所述顶部表面设置有迂回流限制器，所述迂回流限制器配置成，限制所述进气围绕所述突出部分的相对端而从所述第一空间流到所述第二空间。

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，腔体形成在所述活塞的所述顶部表面内，作为所述第一空间，并且所述腔体定位成相对于所述燃料喷射方向比所述突出部分更靠前。

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，所述突出部分构成所述腔体的相对于所述燃料喷射方向靠后定位的边缘部分。

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：

废气净化催化转化器，设置在所述发动机的排气通道内；以及

点火时间控制单元，配置成在冷启动过程中延迟所述火花塞的点火时间。

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