CN103967639B - 预混合压缩自点火式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预混合压缩自点火式发动机，其紧凑且能够发挥高输出。三方连接件（12）的中间部转动自如地支承于曲柄销（10a），该三方连接件（12）的一端部与连杆（16）的大端部连结，摆动自如地支承于支点轴（20）的摆动连接件（21）与三方连接件（12）的另一端部连结，该发动机具备：在曲轴室（2a）开口的进气口（23）；安装于进气口（23）的簧片阀（24）；在活塞（15）的下降行程中将新气从曲轴室（2a）引导至缸孔（3a）内的扫气口（30）；以在缸孔（3a）的顶部开口的方式设置于气缸盖（4）的排气口（32）；以及在活塞（15）的下降行程中，在活塞（15）开放扫气口（30）之前打开的排气阀（33）。

Description

预混合压缩自点火式发动机

技术领域

本发明涉及预混合压缩自点火式发动机的改良。

背景技术

以往，像专利文献1公开的那样，预混合压缩自点火式发动机应用于4循环发动机。

专利文献1：日本特开2003－269232号公报

以往的预混合压缩自点火式的4循环发动机以“高压缩比”、“A/F稀薄燃烧”为特征，实现了高热效率和低NOx。但是，可以知道：预混合压缩自点火式4循环发动机由于在实际使用条件下的燃烧控制困难，因此运转区域受限制，并且当载荷较高时会发生响动，因此能够使用的载荷受限制，难以确保输出。作为提高热效率的方法，存在使燃烧室紧凑化来降低热损失的方法，但为此需要使活塞冲程相对于缸孔直径极力变长的长冲程化。

作为扩大预混合压缩自点火燃烧的运转区域并在不增大发动机尺寸的情况下确保输出的方法，增压器或EGR装置等辅机类的增加在面向实用化上存在课题。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供预混合压缩自点火式发动机，其结构紧凑，并且确保了实际使用的输出，能够实现高热效率和低NOx。

为了达成上述目的，本发明为一种发动机，其中，曲轴和支点轴以彼此的轴线平行的方式支承于曲轴箱，三方连接件的中间部以转动自如的方式支承于曲轴的曲柄销，连杆的大端部以相对转动自如的方式与该三方连接件的一端部连结，该连杆的小径部与在缸孔内升降的活塞连结，摆动连接件的摆动端部以相对转动自如的方式与所述三方连接件的另一端部连结，该摆动连接件的基端部以转动自如的方式支承于所述支点轴，所述发动机的第1特征在于具备：进气口，其以在曲轴箱内的曲轴室开口的方式设置于曲轴箱；簧片阀，其以由于与活塞的上升行程相伴随的曲轴室的减压而打开的方式安装于所述进气口；节流构件，其在该簧片阀打开时对通过所述进气口供给到所述曲轴室的新气流量进行控制；扫气口，其在活塞的下降行程中通过活塞而开放，从而将新气从曲轴室引导至缸孔内；排气口，其以在缸孔的顶部开口的方式设置于气缸盖；以及排气阀，在活塞的下降行程中，在活塞使所述扫气口开放之前，所述排气阀打开而将缸孔内的废气向排气口排出。

此外，本发明的第2特征是：在第1特征的基础上，活塞冲程/缸孔直径≧1。

根据本发明的第1特征，通过采用三方连接件和摆动连接件，极力抑制了曲轴箱的肥大化，并且带来了活塞冲程的大幅增加，由此能够实现缸孔的小径化和燃烧室的紧凑化，其结果是，能够降低热损失，实现热效率的提高。

而且，由于具备：扫气口，其在活塞的下降行程中通过活塞而开放，从而将新气从曲轴室引导至缸孔内；排气口，其以在缸孔的顶部开口的方式设置于气缸盖；以及排气阀，在活塞的下降行程中，在活塞开放扫气口之前，该排气阀打开而将缸孔内的废气向排气口排出，因此，能够进行可实现单向流动的扫气和排气的2循环动作，因此，通过恰当设定相对于扫气口的排气口直径和排气阀的开闭时机，能够实现对于以往的4循环发动机来说是困难的、向燃烧室导入大量的内部EGR，能够实现广泛的燃烧控制。由此，通过与4循环的发动机动作相比比功率较高的2循环的发动机动作，能够以不增加辅机类的方式确保实际使用的输出，并能够进行低NOx且高热效率的预混合压缩自点火燃烧。

根据本发明的第2特征，通过使活塞冲程/缸孔直径≧1，缸孔变长，能够使从扫气口到排气口的距离变长。由此，能够期待作为以往的2循环发动机的课题的“混合气体的通风（未燃烧气体的通风）”的降低效果。此外，能够容易地实现在高压缩比时成为课题的、缸孔的扫气口的流路面积的确保。即，如果缸孔较短则无法确保扫气所需要的扫气口面积。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的预混合压缩自点火式发动机的纵剖主视图（沿着图2的1－1线的剖视图）。

图2是沿着图1的2－2线的剖视图。

图3是沿着图1的3－3线的剖视图。

图4是上述发动机的作用说明图。

图5是示出本发明的第2实施方式的、与图2对应的图。

图6是示出本发明的第3实施方式的、与图2对应的图。

标号说明

D：缸孔直径；

E：发动机；

L：活塞冲程；

Y：缸孔的轴线；

2：曲轴箱；

2a：曲轴室；

3a：缸孔；

10：曲轴；

10a：曲柄销；

12：三方连接件；

12a：三方连接件的一端部（左端部）；

12b：三方连接件的另一端部（右端部）；

15：活塞；

16：连杆；

16a：小端部；

16b：大端部；

20：支点轴；

21：摆动连接件；

21a：摆动连接件的一端部（下端部）；

21b：摆动连接件的另一端部（上端部）；

23：进气口；

24：簧片阀；

25、26：节流构件（节流阀体、节流阀）；

30：扫气口；

32：排气口；

33：排气阀。

具体实施方式

根据附图在下面对本发明的实施方式进行说明。

首先，从第1实施方式开始进行说明。在图1和图2中，预混合压缩自点火式发动机E的发动机主体1由以下部分构成：曲轴箱2，其内部作为曲轴室2a；气缸体3，其与该曲轴箱2的上表面接合而立起，内部作为缸孔3a；气缸盖4，其与该气缸体3的上端接合；以及气缸盖罩5，其与该气缸盖4的上端接合，在其与气缸盖4之间划分出气门传动室6，曲轴箱2、气缸体3和气缸盖4借助植设在曲轴箱2上的多根双头螺栓7、7…而相互紧固，气缸盖罩5被多个螺栓8、8紧固于气缸盖4。

在曲轴箱2的左右的侧壁（参照图1）上经由一对第1轴承11、11支承有曲轴10，该曲轴10的曲柄部收纳在曲轴室2a中。此时，如图2所示，曲轴10配置为：其曲柄销10a的中心的旋转轨迹A在缸孔3a的轴线Y的一侧（在图2中为左侧）。三方连接件（トリゴナルリンク）12的中间部经由第2轴承13以转动自如的方式支承于上述曲柄销10a，在该三方连接件12的靠所述轴线Y侧的右端部12a（图2），经由第1连结销17以相对转动自如的方式连结有连杆16的大端部16b，在缸孔3a内升降的活塞15经由活塞销14与该连杆16的小端部16a连结。

在曲轴10的、与所述轴线Y成相反侧的左侧（图2）和下方，轴线与曲轴10相互平行的支点轴20支承于曲轴箱2，摆动连接件21的基端21a经由第3轴承22以转动自如的方式支承在该支点轴20。该摆动连接件21的上端部即摆动端部21b经由第2连结销18以相对转动自如的方式与所述三方连接件12的左端部12b相连结。

在曲轴箱2的一侧壁设置有在曲轴室2a开口的进气口23，在该进气口23安装有簧片阀24，经由该簧片阀24向进气口23供给新气的节流阀体25安装于曲轴箱2。簧片阀24通常关闭，由于与活塞15的上升相伴随的曲轴室2a的减压而打开。节流阀体25具有与进气口23相连的进气道25a，并且对用于开闭该进气道25a的节流阀26进行轴支承，从比该节流阀26靠下游的进气道25a向进气口23喷射燃料的燃料喷射阀27附设于节流阀体25。

在气缸体3，设置有使曲轴室2a与缸孔3a连通的一对扫气口30，这些扫气口30通过活塞15而开闭，在活塞15的下降行程的末期开放。

此外，如图2和图3所示，在气缸盖4，形成有活塞15的顶面所面临的燃烧室31、和在该燃烧室31开口的排气口32，并且，设置有用于开闭该排气口32的提升阀型的排气阀33，用于驱动该排气阀33开闭的气门传动机构34的一部分配设在所述气门传动室6。气门传动机构34具备：阀簧35，其安装于排气阀33并对排气阀33向闭阀方向施力；以及上部摇臂38，其经由上部摇臂轴37被气缸盖4上的支柱36支承，该上部摇臂38的一端部与排气阀33的头部连接。

上部摇臂38的另一端部与配设在气缸体3的一侧的推杆40的上端部相连接，推杆40的下端部经由下部摇臂42与固定设置于所述曲轴10的凸轮41相连接。下部摇臂42经由下部摇臂轴43支承在曲轴箱2，其一端部与推杆40的下端部相连接，轴支承在其另一端部的辊44与凸轮41的外周面以转动自如的方式接合。推杆40被收纳在连接于曲轴箱2和气缸盖4之间的、中空的杆壳体45中。

该发动机E的压缩比被设定为：在活塞15的上升行程的末期，被燃烧室31压缩的混合气体进行自点火。在气缸盖4螺合有火花塞46，火花塞46仅在发动机起动时用于对燃烧室31内的混合气体进行火花点火。

接着，对该实施方式的作用进行说明。

发动机E在起动后进行以下动作。首先，在活塞15的上升行程时，由于与此相伴的曲轴室2a的减压而使簧片阀24打开，被节流阀26控制流量的新气和被燃料喷射阀27喷射出的燃料形成混合气体，并通过簧片阀24和进气口23而被吸入到曲轴室2a。

接着，当活塞15移至下降行程时，曲轴室2a内的混合气体被压缩，并且活塞15使扫气口30开放，因此，上述混合气体经过扫气口30而送入到缸孔3a内。此时，由于曲轴室2a的压力上升而使簧片阀24立刻关闭，阻止了混合气体向节流阀26侧的逆流。

并且，当活塞15再次移至上升行程时，活塞15在关闭扫气口30后，压缩缸孔3a内的混合气体。

在活塞15到达上死点附近时，混合气体进行自点火，燃烧并膨胀而使活塞15下降，在其下降途中，在活塞15开放扫气口30之前，与曲轴10的旋转同步的凸轮41经由下部摇臂42将推杆40顶起，经由上部摇臂38使排气阀33打开，使缸孔3a内的废气排出到气缸盖4的排气口32。因此，发动机E进行2循环动作，从扫气口30经过缸孔3a流至排气口32的扫气和排气的流动成为弯折较少的单向流动。

活塞15的上升和下降动作经由连杆16和三方连接件12传递至曲柄销10a，从而驱动曲轴10旋转。在这期间，通过摆动连接件21绕支点轴20的左右摆动，三方连接件12绕曲柄销10a在上下方向摆动，因此如图4的（A）所示，在活塞15的上死点，连杆16的大端部16b被三方连接件12的右端部12a向曲柄销10a的上方顶起距离S1，并且如图4的（B）所示，在活塞15的下死点，连杆16的大端部16b被三方连接件12的右端部12a向曲柄销10a的下方压低距离S2。其结果是，与使连杆16的大端部16b和曲柄销10a直接连结且具有相同曲轴半径R的通常发动机相比，活塞15的冲程L伸长了相当于上述距离S1与S2之和。因此，在本发明的发动机E中，能够极力地抑制曲轴箱的肥大化，并且带来活塞冲程L的大幅增加。该活塞冲程L被设定为与缸孔3a的直径D相同或者更大。此外，由于采用了上述三方连接件12和摆动连接件21，连杆16的摆动角度与通常形式的发动机相比减少，因此能够实现缸孔3a的小径化，并能够避免气缸套下端部与连杆16之间的干涉，能够实现连杆16的长度的缩短，进而能够缩短发动机E的整体高度。

而且，由于具备：扫气口30，其在活塞15的下降行程中通过活塞15而开放，从而将新气从曲轴室2a引导至缸孔3a内；排气口32，其以在缸孔3a的顶部开口的方式设置于气缸盖4；以及排气阀33，在活塞15的下降行程中，在活塞15开放扫气口30之前，该排气阀33打开而将缸孔3a内的废气向排气口32排出，通过对该排气阀33的开闭时机的设定来控制EGR量，从而控制缸孔3a内的混合气体的自点火燃烧，因此，发动机E进行能够实现单向流动的扫气和排气的2循环动作，并能够以不增加辅机类的方式来确保预混合压缩自点火燃烧所要求的EGR量。此外，通过与4循环的发动机动作相比比功率较高的2循环的发动机动作，确保了实际使用的输出，并能够进行低NOx且高热效率的预混合压缩自点火燃烧。

这样，能够提供热效率良好、低油耗性优异、而且高输出且结构紧凑的预混合压缩自点火式的发动机E。

图5是示出本发明的第2实施方式的图，将燃料喷射阀27安装于气缸体3，在活塞15的上升行程中，在活塞15关闭扫气口30之后，将燃料喷射到缸孔3a内来形成混合气体，其其它结构和作用与前面的实施方式相同，因此，在图5中，对与前面的实施方式对应的部分标注相同的参照标号，并省略重复说明。

图6是示出本发明的第3实施方式的图，将燃料喷射阀27安装于曲轴箱2，将燃料喷射到扫气口30，其其它结构和作用与所述第1实施方式相同，因此，在图6中，对与前面的实施方式对应的部分标注相同的参照标号，并省略重复说明。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，而能够在不脱离其主旨的范围内进行各种设计变更。

Claims (2)

1.一种预混合压缩自点火式发动机，其中，曲轴(10)和支点轴(20)以彼此的轴线平行的方式支承于曲轴箱(2)，三方连接件(12)的中间部以转动自如的方式支承于曲轴(10)的曲柄销(10a)，连杆(16)的大端部(16b)以相对转动自如的方式与该三方连接件(12)的一端部(12a)连结，该连杆(16)的小端部(16a)与在缸孔(3a)内升降的活塞(15)连结，摆动连接件(21)的摆动端部(21b)以相对转动自如的方式与所述三方连接件(12)的另一端部(12b)连结，该摆动连接件(21)的基端部(21a)以转动自如的方式支承于所述支点轴(20)，

所述预混合压缩自点火式发动机的特征在于具备：

进气口(23)，其以在曲轴箱(2)内的曲轴室(2a)开口的方式设置于曲轴箱(2)；

簧片阀(24)，其以由于与活塞(15)的上升行程相伴随的曲轴室(2a)的减压而打开的方式安装于所述进气口(23)；

节流构件(25、26)，其在该簧片阀(24)打开时对通过所述进气口(23)供给到所述曲轴室(2a)的新气流量进行控制；

扫气口(30)，其在活塞(15)的下降行程中通过活塞(15)而开放，从而将新气从曲轴室(2a)引导至缸孔(3a)内；

排气口(32)，其以在缸孔(3a)的顶部开口的方式设置于气缸盖(4)；以及

排气阀(33)，在活塞(15)的下降行程中，在活塞(15)使所述扫气口(30)开放之前，所述排气阀(33)打开而将缸孔(3a)内的废气向排气口(32)排出，

所述支点轴(20)是固定的。

2.根据权利要求1所述的预混合压缩自点火式发动机，其特征在于，

活塞冲程(L)/缸孔直径(D)≧1。