CN107575298A - 具有布置在汽缸筒中的喷射装置的内燃发动机和用于操作所述类型的内燃发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有布置在汽缸筒中的喷射装置的内燃发动机和用于操作所述类型的内燃发动机的方法。示例涉及一种定位在汽缸套中的燃料喷射装置。在一个示例中，汽缸包括由活塞的活塞顶、由横向界定燃烧室的汽缸筒并由汽缸盖共同形成的燃烧室。汽缸包括定位在汽缸筒中以用于燃料到燃烧室中的直接引入的喷射装置，所述喷射装置具有至少一个开口，在喷射过程期间，所述至少一个开口经配置被激活以将燃料引入燃烧室中，所述喷射装置与汽缸筒齐平地终止在燃烧室侧面处。

Description

具有布置在汽缸筒中的喷射装置的内燃发动机和用于操作所 述类型的内燃发动机的方法

相关申请

本申请要求2016年7月4日提交的德国专利申请No.102016212084.0的优先权。上述申请的全部内容出于所有目的通过引用全部并入本文。

技术领域

本公开涉及一种直接喷射的内燃发动机。

背景技术

内燃发动机具有汽缸体和至少一个汽缸盖，所述汽缸体和至少一个汽缸盖彼此连接以形成汽缸及其燃烧室。汽缸体作为上曲轴箱半部通常用于曲轴的安装并用于容纳活塞和每个汽缸的汽缸套筒。该活塞还可以在省略作为中间元件的汽缸套筒的情况下直接安装并引导在汽缸体的钻孔中。在本公开的背景下，汽缸套筒和孔口两者均归入表述“汽缸筒”下。

汽缸盖通常用于容纳充气交换要求的阀门驱动装置。在充气交换的过程期间，燃烧气体经由排气排放系统的排放经由至少一个出口开口发生，并且燃烧空气经由进气系统的进给经由汽缸的至少一个入口开口发生。在四冲程发动机的情况下，通常几乎唯一地使用提升阀以用于充气交换的控制。包括相关联的激活机构的阀门被称为阀门驱动装置。

安装在曲轴箱中的曲轴吸收连接杆力并将活塞的摆动冲程运动转换为曲轴的旋转运动。由汽缸体形成的上曲轴箱半部由油盘有规律地补充，所述油盘可以安装在汽缸体上并用作下曲轴箱半部。

在内燃发动机的发展中，不断地寻求最小化燃料消耗并减少污染物排放。

燃料消耗特别地在奥托循环发动机的情况下，也就是说，在火花点火内燃发动机的情况下提出了问题。此原因在于传统的奥托循环发动机的操作过程的原理。传统的奥托循环发动机以外部混合物形成和均质燃料-空气混合物操作，其中期望的动力通过改变燃烧室的充气而被设置，也就是说，通过数量调节进行设置。通过调整设置在进气系统中的节气门挡板，在节气门挡板的下游的引入空气的压力可以减小至更大或更小的程度。对于恒定的燃烧室容积，对于空气质量，也就是说数量以这种方式由引入的空气的压力进行设置是可能的。这也解释了为什么数量调节已经证明特别地在部分负荷操作中是不利的，这是因为低负荷要求进气系统中的高程度节流和大压力减小，由此导致充气交换损失随着减小的负荷和增加的节流而增加。

用于去节流奥托循环工作过程的一种方法是利用直接燃料喷射。燃料直接到汽缸的燃烧室中的喷射被视为是显著减少甚至在奥托循环发动机中的燃料消耗的合适措施。内燃发动机的去节流通过在某些限制内使用的质量调节实现。

借助于燃料到燃烧室中的直接喷射，实现分层的燃烧室充气是特别可行的，这可以显著地有助于奥托循环工作过程的去节流，因为内燃发动机可以通过分层的充气操作倾斜到很大程度，这在要喷射仅少量的燃料时特别地在部分负荷操作中，也就是说在下和中负荷范围内提供热动力优点。

直接喷射的特征在于不同类/非均匀燃烧室充气，所述不同类燃烧室充气的特征不在于均一空气比，而是通常具有稀(λ>1)混合物部分和富(λ<1)混合物部分。燃料-空气混合物的不同类性也是从柴油发动机处理中已知的微粒排放为何在直接喷射奥托循环发动机的情况下同样相关的原因，然而所述排放在传统奥托循环发动机的情况下几乎不显著。

对于在燃烧室中的混合物制备，具体地空气和燃料的混合以及燃料在包括蒸发的初级反应的范围内的制备，并且对于所制备的混合物的点火，有相对极小的时间可用于燃料的喷射。

所产生的置于混合物形成上的需求不仅涉及直接喷射奥托循环发动机，而且基本上涉及任何直接喷射内燃发动机，并且因此也涉及直接喷射柴油发动机。

由于在直接喷射的情况下，仅有极少时间可用于混合物形成，因此需要措施，借助该措施，至少只要不需要分层的充气操作，就帮助并加速混合物形成，以便在点火之前基本上均质化燃料-空气混合物。在此背景下，燃料在燃烧室中的分布并且因此燃料的喷射是特别重要的。

在直接喷射奥托循环发动机的情况下，可以在基本上三种用于混合物形成的方法之间做出区别。

在空气受控方法的情况下，随着空气引入燃烧室中，寻求通过由入口流强制地给予的运动来影响混合物形成。寻求以这种方式实现引入的空气与喷射的燃料的良好混合，其中目的是通过所产生的充气运动或流动阻止所喷射的燃料在燃烧室的内壁上的直接冲击。

例如，所谓的翻转流或回旋流的产生可以加速并协助混合物形成。翻转是围绕虚轴的空气涡流，通过与回旋相比较，翻转平行于曲轴的纵向轴线(也就是说曲轴的旋转轴线)行进，回旋构成其轴线平行于活塞纵向轴线(也就是说汽缸纵向轴线)行进的空气涡流。

进气系统，也就是进气管线的布置和几何形状对充气运动具有显著影响，并且因此对混合物形成具有显著影响，其中在汽缸中的充气运动由燃烧室几何形状，特别地由活塞顶(crown)的几何形状或任选地设置在活塞顶中的活塞凹陷的几何形状伴随地影响。在直接喷射内燃发动机的情况下，使用可以与活塞纵向轴线旋转对称的凹陷，特别是Ω形凹陷组成。由于在汽缸盖中的受限空间条件，进气管线相对于混合物形成和充气交换的优化是不可能的，或者不会是完全可能的，或者仅在缺点在任何地方被接受的情况下才会是可能的。

在壁受控方法的情况下，燃料以喷射射流有目的地朝向界定燃烧室的壁引导，优选地引导到设置在活塞顶上的凹陷中的方式喷射到燃烧室中。在这里，目的是由于冲击，燃料射流散开为多个射流部分并转移使得尽可能大的燃烧室面积由燃料射流围绕。特别地，喷射的燃料中的一些必须被转移到点火装置附近，以便与引入的空气在那里形成可点火的燃料-空气混合物。

然而，在空气受控方法中的情况是应该阻止喷射的燃料在燃烧室内壁上的直接冲击，这在壁受控方法的情况下是期望的。通过燃料对燃烧室内壁的浸湿促进油变薄，并且不利地增加了未燃烧的烃的未处理的排放和微粒排放。

在射流受控方法的情况下，燃料以目标方式在点火装置的方向上喷射，这由喷射射流的对应取向与喷射装置和点火装置的对应协调布置实现，例如通过点火装置和同样喷射装置中心地在面向活塞顶的侧面上的汽缸盖中的布置实现。

由于喷射射流的动力，燃料被充分运输并分布，使得混合物形成相对地独立于燃烧室几何形状，这构成了相对于两个其他方法的显著优点。射流受控方法特别地适合于内燃发动机的分层充气操作，因为第一，可点火混合物可以在围绕点火装置的密闭区域中形成，并且第二，低燃料浓度可以在燃烧室的大面积中形成。

用于混合物形成的大多数方法表现出空气受控组分和射流受控组分。

在一些示例中，喷射装置布置在面向活塞顶的侧面上的汽缸盖中。根据喷射射流的穿透深度、喷射的燃料量和喷射时间，也就是说，根据活塞的位置，较大或较小部分的燃料在喷射期间冲击在燃烧室内壁上，特别地冲击在活塞顶和汽缸筒上，并且与粘附到其上的油膜混合。燃料与油一起进入到曲轴箱中并因此显著地有助于油变稀。此外，通过燃料对燃烧室内壁的浸湿对未燃烧烃的未处理的排放以及微粒排放具有不利影响。

使用可以因此还由喷射装置组成，所述喷射装置的喷射射流表现出到燃烧室中的减小的或小的穿透深度。然而，实践中，已经发现尽管具有减小的穿透深度，但燃烧室内壁被燃料浸湿，具体地即使喷射射流不直接撞击燃烧室内壁，燃烧室内壁也被燃料浸湿。这种情况的原因是具有燃料液滴形式的未蒸发液体燃料被运输到燃烧室内壁并且由于在燃烧室中的充气运动而浸湿这些内壁。

在一些示例中，内燃发动机的汽缸每个均配备有在汽缸筒的区域中的喷射喷嘴。汽缸的喷射喷嘴在这种情况下朝向汽缸盖取向；在一些情况下朝向汽缸的出口阀取向。这种措施意在协助并加速燃料微粒或燃料液滴的蒸发并且因此协助并加速混合物形成。同时，汽缸盖和关闭的出口阀通过燃料被冷却。还寻求在污染物排放方面实现优点。还可以提供可能相互作用的两个喷射喷嘴，从而寻求进一步改进混合物形成。US 5,421,301描述了此类内燃发动机。

如US 5,421,301中所述，朝向汽缸盖取向的喷射喷嘴在喷射过程期间仅提供燃料至燃烧室的汽缸盖侧区域，然而，在喷射装置和下止点之间的燃烧室的区域，也就是燃烧室的活塞侧区域，在喷射期间仍被忽视。

喷射装置在汽缸筒的区域中的布置产生另外缺点。例如，设置在汽缸筒的区域中的喷射装置由汽缸筒中的凹槽或孔口接收，其中喷射装置通常布置在凹入位置中，使得其中喷射的燃料可以并确实收集的死区容积在喷射装置的燃烧室侧尖端和汽缸筒的实质上的内包络表面(其也大体构成活塞的行进表面)之间形成。由在缺氧的情况下燃料的不完全燃烧导致的燃料和焦化残留物沉积在喷射装置上。

液体燃料在喷射装置上的沉积导致增加的未燃烧烃的未处理的排放。喷射装置上的沉积还导致内燃发动机的增加的微粒排放。这是因为喷射的燃料累积在多孔焦化残留物中，这种燃料(通常在为燃烧提供的氧已经几乎完全消耗时指向燃烧结束)经历不完全燃烧并形成碳烟，这有助于内燃发动机的未处理的微粒排放的增加。

焦化残留物还可以例如由于由在燃烧室中传播的压力波或喷射射流的动作引起的机械负荷而与喷射装置分离。以这种方式分离的残留物不仅增加内燃发动机的未处理的微粒排放，而且还可以导致损坏，并且例如损害排气排放系统中设置的排气后处理系统的功能性能力。

此外，焦化残留物可以改变喷射装置的几何形状，特别地可以不利地影响通流特性和/或阻碍喷射射流的形成，并且从而扰乱混合物制备。

额外的概念可以意在阻碍焦化残留物的积累和/或用于耗尽焦化残留物的沉积，也就是说，从燃烧室移除所述焦化残留物并清洁燃烧室。德国公开说明书DE 10 199 45813 A1描述了所述类型的概念。为清洁燃烧室提出的措施包括爆震燃烧的靶向启动和/或清洗流体到进气燃烧空气中的引入。两个措施可以被视为与燃料消耗和污染物排放相关。欧洲专利EP 1 404 955 B1描述了一种内燃发动机，其至少一个燃烧室至少在若干区域中具有用于氧化焦化残留物的目的的在表面上的催化剂涂层。

本发明人在本文中已经认识到关于上述方法的问题。例如，上面描述的概念通常涉及布置在汽缸盖中并伸出到燃烧室中的喷射喷嘴，并且不适合于以凹入方式布置在汽缸筒的区域中也就是说用于位于凹陷中，也就是位于死区容积中的燃料或焦化残留物的移除或减少的喷射装置。

发明内容

因此，示例方法在本文提供以至少部分地解决上述问题。在一个示例中，直接喷射内燃发动机包括具有汽缸的汽缸盖，所述汽缸具有至少一个入口开口以经由进气系统提供燃烧空气和至少一个出口开口以经由排气排放系统排放排气，所述汽缸还包括由活塞的活塞顶、由横向界定燃烧室的汽缸筒并由汽缸盖共同形成的燃烧室，所述活塞沿活塞纵向轴线在下止点和上止点之间可移动。发动机包括定位在汽缸筒中用于燃料到燃烧室中的直接引入的喷射装置，所述喷射装置具有在喷射过程期间经配置激活以将燃料引入燃烧室中的至少一个开口，所述喷射装置与汽缸筒齐平地(flush)终止在燃烧室侧面。

以这种方式，燃料喷射装置安装在汽缸筒(例如，汽缸套)中并具有燃烧室侧前面(front face)，该燃烧室侧前面与汽缸套的内表面齐平，并且不形成死区容积。以这种方式，消除或减少了在喷射装置上的燃料沉积和焦化残留物的风险。

在根据本公开的内燃发动机中，汽缸的喷射装置与汽缸专用的汽缸筒齐平地终止在燃烧室侧面。在本公开的背景下，这首先意味着至少喷射装置的燃烧室侧尖端接触汽缸筒的实质上的(virtual)内包络表面，这大致形成活塞的行进表面。以这种方式，在喷射装置的燃烧室侧端和汽缸筒的包络表面之间形成的死区容积减小，并在一些情况下被完全消除。

除了死区容积，在喷射装置上或在其尖端上的燃料沉积的风险和焦化残留物形成的风险也被降低。

应该理解的是，上述发明内容经提供以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。其不意在确立所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示意性地示出包括汽缸的示例性发动机。

图2示意性地以横截面示出图1的汽缸。

图3示意性地示出燃料喷射装置的正视图。

图4是在汽缸循环的一部分期间的相对于燃料喷射器的示例活塞位置的时间线。

图5是示出用于操作燃料喷射器的方法的流程图。

具体实施方式

因为由任何壁浸湿引起的负面影响，在直接喷射发动机中的混合物制备提出了挑战。如果燃料喷雾撞击汽缸套，则油潜在地被稀释(例如，燃料可以收集且然后排出到油盘，在油盘中可以稀释油)。如果燃料喷雾撞击活塞，则过量的碳烟形成可以发生。在汽缸盖中的中心地安装的燃料喷射器的一个困难是燃料和空气的流动方向的对准。在燃料和空气两者之间的相对运动的缺少引起蒸发的长时间持续、喷雾的高穿透长度和因此壁浸湿的高可能性。

在汽缸盖的侧面的喷射器，即所谓的侧面安装的直接喷射器，由于喷射器靠近进气门因此不可以充分利用侧喷射，并且由于在汽缸盖中的收缩导致在定位中的有限自由度。

根据本文公开的实施例，燃料喷射器可以经定位在优化高度以及与汽缸轴线成优化角度而齐平地安装在与进气门相对的汽缸套中。与进气门相对的位置确保穿过进气门的增压空气和来自喷射器的燃料的相反布置的流动方向。燃料和空气的混合的高相对速度允许快速蒸发和具有最小壁浸湿风险的低穿透。由于自由空间的可用性，优化在套中的定位高度和与套轴线的角度并另外在一定程度上优化在与汽缸轴线垂直的平面中的角位置是可行的。与具有圆柱形地面前板的套表面齐平安装的喷射器允许活塞环在无固定的情况下工作且保持喷射器表面干净。此外，燃料喷射器的齐平位置消除了死区容积，如果喷射器在汽缸套中是凹陷的，则可以存在死区容积。死区容积的缺失可以减少通常与死区容积相关联的烃排放。

提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中喷射装置与汽缸筒齐平地终止，以便最小化死区容积。提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中喷射装置与汽缸筒齐平地终止，而不形成死区容积。在本情况下，在喷射装置的燃烧室侧端和汽缸筒的包络表面之间形成的死区容积被完全地或基本地消除，也就是说在技术可行的程度上消除。

在此背景下，提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中喷射装置在燃烧室侧面处是圆柱形式，使得喷射装置的布置在燃烧室侧面处的圆柱形尖端与圆柱形汽缸筒共同形成实质上的圆柱形包络表面，从而死区容积被完全地消除。

提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中喷射装置相对于活塞纵向轴线倾斜。

在此背景下，提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中喷射装置在至少一个汽缸盖的方向上相对于活塞纵向轴线倾斜。以这种方式，抵消了活塞被燃料不期望的浸湿的风险。

提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中喷射装置以从喷射装置排出的燃料与经由入口开口进入燃烧室的燃烧空气相反引导的方式朝向至少一个汽缸专用入口开口取向。

在上述实施例中，布置在汽缸筒区域中的喷射装置被引导朝向汽缸专用汽缸盖，不是朝向出口，而是朝向汽缸的入口，具体地朝向至少一个汽缸专用入口开口，使得引入燃烧室中的燃料可以与流入燃烧室中的相反引导的燃烧空气相互作用。

进入燃烧室的空气流减小了喷射装置的喷射射流的穿透深度，从而抵消了燃烧室内壁被燃料的浸湿。由于喷射装置朝向汽缸盖的取向，因此情况特别是阻止活塞的浸湿。除了燃烧室内壁的浸湿，还消除了导致增加的未燃烧烃的排放和增加的微粒排放的另一种原因。

喷射射流与进入空气流相反的取向意在协助并加速燃料微粒或燃料液滴的蒸发和燃料在燃烧室中的广泛分布，并且推进和从而改进燃料-空气混合物的均质化。

与具有被引导朝向汽缸盖的喷射装置的内燃发动机不同，现在是根据本公开，利用入口流的流动动态，燃烧室的汽缸盖侧区域和燃烧室的活塞侧区域均被提供有燃料。

如果当入口开口打开时燃料流入进气系统中，则所述燃料可以用于清洁并从相关联的入口阀的后侧移除沉积物。

燃料-空气混合物的均质化具有相对于氮氧化物排放减少的提高的显著性，因为氮氧化物的形成不仅要求过剩空气，而且要求高温，并且因此日益增多地使用具有相对低的燃烧温度的燃烧方法，诸如，例如HCCI方法(均质充量压缩点火)，所述HCCI方法也称为空间点火方法或CAI方法(受控自动点火)并基于提供给汽缸的燃料的受控自动点火。由于低燃烧温度，在HCCI模式下操作的内燃发动机表现出相对低的氮氧化物排放和同样低或实际上不存在的碳烟排放。

由于相对低的燃烧温度和在内燃发动机中的相关联的相对低的温差，热损耗低于在常规操作的内燃发动机的情况下的热损耗。这引起较高的热效率。

提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中至少一个汽缸专用入口开口布置在汽缸专用汽缸盖中。

提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中每个汽缸具有至少两个入口开口以用于提供燃烧空气。

阀门驱动装置的目的是在正确的时间打开和关闭汽缸的入口开口和出口开口，其中在充气交换期间寻求最大可能的流横截面的快速打开，以便保持在流入和流出气体流中的节流损耗低并且以便确保汽缸的最优可行的充气，以及效果，也就是燃烧气体的完全排放。内燃发动机的汽缸因此优选地分别配备有两个或更多个入口开口和出口开口。

因此，针对上面的原因，还提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中每个汽缸具有至少两个出口开口以用于排放排气。

在其中汽缸在汽缸专用汽缸盖中无喷射装置的内燃发动机的实施例中，由于汽缸盖中的喷射装置的省略而释放结构空间，并且该结构空间因此再次变得可用或变得另外可用，并且该结构空间可以用于提供另外的入口或出口开口或者用于增加所提供的开口的尺寸。在两种情况下，在充气交换期间的节流损耗均显著减少。

然而，还可以提供直接喷射内燃发动机的实施例，其中每个汽缸配备有布置在汽缸专用汽缸盖中的附加的喷射装置。

然后，每个汽缸具有两个喷射装置，其彼此相互作用或者共同实现燃料在燃烧室中的广泛分布，从而进一步改善混合物形成，并特别地加速燃料-空气混合物的均质化。第二喷射装置可以证明在其中大燃料量可以引入汽缸中的工作点处是特别有利的。然而，单独地利用两个喷射装置中的每个，使得在可预先限定的工作点中，为了引入燃料的目的仅使用两个喷射装置中的一个也是可行的。

还可以提供直接喷射内燃发动机的实施例，其中每个汽缸配备有布置在汽缸专用进气系统中的另外的喷射装置。通过进气管喷射，例如在内燃发动机的部分负荷操作中燃料在到汽缸的入口的上游被引入进气系统中将是可行的。

提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中每个汽缸配备有点火装置以用于启动所施加的点火的目的。上述实施例涉及所施加的点火的内燃发动机，也就是说，至少不断地利用所施加的点火的内燃发动机。

在这里，可以提供直接喷射内燃发动机的实施例，其中每个汽缸配备有附加点火装置以用于启动所施加的点火的目的。

在其中汽缸在汽缸专用汽缸盖中无喷射装置的内燃发动机的实施例中，由于汽缸盖中喷射装置的省略而释放并因此再次变得可用或另外地变得可用的结构空间也可以用于提供点火装置或附加点火装置。如果点火然后在两个点火装置的两个间隔开的位置处启动，则火焰在燃烧室中从所述两个位置传播，其中所制备的位于燃烧室中的燃料-空气混合物将比观察到的，或者比如果仅使用一个点火装置这一情况更快速地被火焰完全包围。燃料-空气混合物更快速地烧尽，这可以引起热动力优点。

提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中至少一个汽缸盖具有至少一个冷却套，以便形成液体类型的冷却布置。

在燃烧期间由燃料的放热化学转换释放的热经由界定燃烧室的壁部分地消散到汽缸盖和汽缸体并经由排气流部分地消散到相邻组件和环境。为了保持汽缸盖的热负荷在限制内，引入汽缸盖中的热流的一部分必须再次从汽缸盖提取。

冷却布置采取空气类型的冷却布置或液体类型的冷却布置的形式从根本上是可行的。考虑到液体相对于空气的显著较高的热容量，使用液体类型的冷却布置消散显著大量的热是可行的，因此内燃发动机通常配备有液体类型的冷却布置。在此背景下，必须考虑到汽缸盖的热负荷正在增加，其中一个原因是内燃发动机的增加比例由排气涡轮增压器或机械增压器机械增压。考虑到在发动机舱中的更紧密包装和到汽缸盖中的部件和组件的增加的整合度，例如，排气歧管的整合，汽缸盖的热负荷增加，使得增加的需求被置于冷却系统上并且采取措施以可靠地阻止内燃发动机的热超负荷。使用较少抵抗热负荷的用于生产汽缸盖的较轻材料的努力进一步增加了对冷却布置的需求。

如果内燃发动机具有液体冷却布置，则多个冷却剂管或至少一个冷却套通常在汽缸盖中形成，所述冷却剂管或冷却套引导冷却剂穿过汽缸盖，这要求高度复杂的汽缸盖结构。

在其中汽缸在汽缸专用汽缸盖中无喷射装置的内燃发动机的实施例中，由于汽缸盖中喷射装置的省略而释放并因此再次变得可用或者另外地变得可用的结构空间可以用于汽缸盖中的冷却套靠近燃烧室并因此直接接近汽缸盖的最高热负荷区域的定位。

提供了实施例，其中冷却套在汽缸盖中整合，所述冷却套具有布置在排气管线和汽缸盖的装配区域之间的下冷却套，以及布置在排气管线的与下冷却套相对定位的一侧上的上冷却套。

提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中可连接到至少一个汽缸盖的汽缸体配备有至少一个冷却套，以便形成液体类型的冷却布置，所述至少一个冷却套覆盖至少在区域中的至少一个汽缸的汽缸筒。

提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中为了封闭燃烧室的目的，汽缸专用活塞配备有布置在横向界定活塞的活塞裙区域中的至少一个活塞环。

在此背景下，提供了直接喷射内燃发动机的实施例，其中当活塞位于上止点时，至少一个活塞环被定位在喷射装置和上止点之间。

位于上止点的活塞然后覆盖布置在汽缸筒区域中的喷射装置，使得仅当朝向下止点移动的活塞在燃烧室侧面处未覆盖喷射装置时，喷射装置以未被保护的方式暴露于汽缸压力。喷射装置因此受到较低压力。这促进了喷射装置的密封。由于汽缸筒的区域比例如汽缸盖更少的高度热负荷这一事实，简单地促进了密封的设计。

原则上，仅当汽缸专用活塞在其朝向下止点的路径上已经经过喷射装置并使燃烧室可接近喷射装置的开口时，才可以执行喷射。

移动的活塞，也就是说在上止点和下止点之间摆动的活塞可以在一些情况下也在燃烧室侧面处清洁，特别是机械地清洁喷射装置。

在示例中，用于操作上面描述的类型的内燃发动机的方法包括在喷射过程期间至少不断地打开至少一个汽缸专用入口开口。

已经关于根据本公开的内燃发动机陈述的内容也应用于根据本公开的方法，因此通常在此交界处对关于内燃发动机在上面作出的陈述作出参考。

提供了方法的实施例，其中在燃料通过喷射装置被引入之前，打开至少一个汽缸专用入口开口。

通常地，喷射装置的开口通过所述开口被连接到燃料供给系统而被激活，并且因此为了将燃料引入汽缸中的目的而打开。喷射过程然后通过与燃料供给系统分离的开口而结束，也就是说被停用。开口的激活和/或停用还可以通过时间偏移执行。

现在参照图1，其包括示出多汽缸内燃发动机10的一个汽缸1的示意图。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统并由经由输入装置130的来自车辆操作员132的输入而控制。在此示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。

发动机10的燃烧汽缸1可以包括具有置于其中的活塞5的燃烧汽缸壁(在本文还称为汽缸筒4)。活塞5可以耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动系统耦接到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮耦接到曲轴40以启用发动机10的起动操作。

燃烧汽缸1可以经由进气道42从进气歧管44接收进气并且可以经由排气道48排放燃烧气体。进气歧管44和排气道48可以经由相应的进气门52和排气门54与燃烧汽缸1选择性地连通。在一些实施例中，燃烧汽缸1可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在此示例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动而被控制。凸轮致动系统51和53可以各自包括一个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在可替代的实施例中，进气门52和/或排气门54可以由电动气门致动进行控制。例如，汽缸1可以可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。

燃料喷射器6被示出为直接耦接到燃烧汽缸1以用于与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧汽缸中。以这种方式，燃料喷射器6提供所谓的燃料到燃烧汽缸1中的直接喷射。如图所示，燃料喷射器安装在燃烧汽缸的一侧上。在一些示例中，更多的燃料喷射器可以存在，例如存在于燃烧汽缸的另一侧上或者存在于例如燃料汽缸的顶部中。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料输送系统(未示出)输送到燃料喷射器6。在一些实施例中，燃烧汽缸1可以可替代地或另外地包括以提供所谓的燃料到在燃烧汽缸1上游的进气端口中的进气道喷射的配置布置在进气道42中的燃料喷射器。应当理解的是，图1中的燃料喷射器的位置是示意性的，并且燃料喷射器可以定位在其他位置中。如将相对于图2在下面更详细地解释的，燃料喷射器可定位在汽缸的与进气门相对的一侧上。

进气道42可以包括充气运动控制阀(CMCV)74和CMCV板72，并且还可以包括具有节流板64的节气门62。在此特定示例中，节流板64的位置可以由控制器12经由提供给包括节气门62的电动马达或致动器的信号而改变，即一种可以称为电子节气门控制(ETC)的配置。以这种方式，节气门62可以被操作以改变提供给发动机燃烧汽缸中的燃烧汽缸1的进气。进气道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122以用于提供相应的信号MAF和MAP给控制器12。

点火系统88可以在选择的工作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92提供点火火花给燃烧汽缸1。尽管示出了火花点火组件，但是在一些实施例中，燃烧汽缸1或发动机10的一个或多个其他燃烧室可以用点火火花或者不用点火火花在压缩点火模式下操作。

排气传感器126被示出为在排气后处理装置70的上游耦接到排气道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器或EGO传感器、HEGO(加热的EGO)传感器、NO_X传感器、HC传感器或CO传感器。排气后处理装置70可以包括汽油微粒过滤器(GPF)和一个或多个排放控制装置，诸如一起或单独地耦接的三元催化剂(TWC)。在其他实施例中，一个或多个排放控制装置可以是NO_X捕集器、各种其他排放控制装置或它们的组合。

控制器12在图1中作为微型计算机示出，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在此特定示例中作为只读存储器芯片106示出的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。控制器12可以从耦接到发动机10的传感器接收各种信号和信息，除了前面论述的那些信号以外，还包括来自于质量空气流量传感器120的引入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接到冷却套筒7a的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；和来自压力传感器122的绝对歧管压力信号MAP。存储介质只读存储器106可以用表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据编程，该指令用于执行下面所述的方法以及它们的变型。控制器12从图1的各种传感器接收信号并采用图1的各种致动器，以基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令而调整发动机操作。

图2示意性地以横截面示出图1的发动机10的汽缸1的片段。

所述类型的内燃发动机用作马达车辆驱动单元。在本发明的背景内，表述“内燃发动机”包括奥托循环发动机和柴油发动机，但是还包括混合动力内燃发动机，也就是说使用混合动力燃烧过程操作的内燃发动机，以及不仅包括内燃发动机而且包括电动机器的混合动力驱动装置，该电动机器可以依据驱动被连接到内燃发动机并从内燃发动机接收动力或者作为可切换的辅助驱动另外地输出动力。

汽缸1具有两个出口开口以用于排气经由排气排放系统的排放，每个出口开口通过排气管线毗连并且每个出口开口配备有出口阀(还称为排气门54)以用于在充气交换的过程期间打开出口开口的目的。此外，汽缸1具有两个入口开口以用于燃烧空气经由进气系统的供给，每个入口开口通过进气管线毗连并且每个入口开口配备有入口阀(还称为进气门52)以用于在充气交换(未示出)的过程期间打开入口开口的目的。

内燃发动机的每个汽缸1包括由汽缸专用活塞5的活塞顶5a、由横向界定燃烧室2的汽缸筒4并由汽缸盖9共同形成的燃烧室2。当内燃发动机在操作中时，活塞5沿活塞纵向轴线5b在下止点和上止点之间摆动。在图2中所示的实施例中，活塞5可移位地直接安装在汽缸体3的孔口中，而无套筒作为中间元件，其中孔口形成汽缸筒4。为了燃烧室2相对于曲轴箱的密封，活塞5配备有由横向界定活塞5的活塞裙8接收的至少一个活塞环8a。

汽缸体3配备有多个冷却套7a，以便形成液体类型的冷却布置7，其中液体套/冷却套筒7a覆盖或者包围区域中的热负荷汽缸筒4。

内燃发动机的每个汽缸1在汽缸筒4的区域中配备有喷射装置6以用于燃料到燃烧室2中的直接引入。在本情况下，喷射喷嘴6a用作喷射装置6，所述喷射喷嘴在汽缸盖的方向上相对于活塞纵向轴线5b以其纵向轴线6c倾斜，并且具有多个开口，在喷射过程期间为了将燃料引入燃烧室2中的目的而激活也就是说打开所述多个开口。为了结束喷射过程，喷射喷嘴6a的开口与燃料供给系统分离。

喷射喷嘴6a被引导朝向汽缸专用入口开口，具体地使得从喷射喷嘴6a排出的燃料射流6b与经由入口开口进入燃烧室2的燃烧气体相反地引导。

图2中所示的喷射装置6与汽缸筒4齐平地终止，而不形成死区容积。可以在喷射装置6的燃烧室侧端6d和汽缸筒4的包络表面之间形成的死区容积因此被完全地消除。

为此目的，喷射装置6在燃烧室侧面处是圆柱形式的，使得喷射装置6的尖端6d与圆柱形汽缸筒4一起形成实质上圆柱形的包络表面。所述实质上圆柱形的包络表面还在汽缸筒4中近似形成活塞5或活塞环8a的行进表面。如本文所用，“实质上圆柱形的包络表面”表示包括汽缸筒的内壁/表面(例如，面向燃烧室内的)、喷射装置的前面和任何附加喷射装置组件(诸如密封件)的复合表面。这些表面一起形成有效地连续的“实质上”的表面，使得虽然汽缸筒的内表面由容纳喷射装置的开口中断，但是喷射装置适配在开口中并具有与所述内表面齐平的前面。换句话说，如果汽缸筒的内表面延伸穿过喷射装置，则内表面将形成不会在喷射装置的区域中膨胀或凹陷的连续的圆柱形包络。

汽缸1包括垂直于汽缸轴线(该汽缸轴线在图2中是虚线)的横轴11。喷射装置的燃烧端侧6d(例如，前面)与汽缸筒4的内表面齐平并且类似地弯曲到汽缸筒4的内表面。如果汽缸的横截面在与喷射装置相交的点处(如在图2中所示的点处)沿横轴截取，则从汽缸轴线到沿横轴的在喷射装置上的给定点的横截面半径r1等于从汽缸轴线到沿横轴的在汽缸筒上的给定点的横截面半径r2。以这种方式，喷射装置的前面既不伸入到燃烧室中，也不远离燃烧室凹陷，而是相反与汽缸筒的内表面形成有效地连续的表面。

图3示出汽缸筒的区域的剖视图300。具体地，包围喷射装置6的汽缸筒4的内表面在正面方向(例如，观察到的到喷射装置的前面的正面)上示出。如图所示，喷射装置6包括由汽缸筒4的内表面包围并与该内表面齐平的燃烧室侧端6d(还称为喷射装置的前面)。喷射装置包括通过其喷射燃料的多个喷嘴孔，诸如孔302。在一些示例中，密封件304可以存在于喷射装置6和汽缸筒4之间。如通过图3理解的，喷射装置的前面是圆柱形的。此外，前面的形状可以匹配汽缸筒的曲率(例如，前面可以是凹形的并且曲率半径与汽缸筒的曲率半径匹配)。

图4示出在图1至图2的汽缸1中的燃料喷射事件期间活塞相对于喷射装置的运动的时间线图400。在汽缸的进气冲程的开始时(当活塞处于上止点时，在0°曲柄角(CA)处)，活塞正在阻塞喷射装置的喷射喷嘴孔，如在402处所示。因此，喷射装置不能够喷射燃料。随着活塞向下行进，喷射装置的喷嘴孔如在404处所示例如以90°CA暴露于燃烧室。当喷嘴孔暴露于燃烧室时，燃料喷射可以在由发动机操作参数指定的正时处开始。喷嘴孔贯穿进气冲程的剩余部分并到压缩冲程中保持暴露于燃烧室。如在406处所示，喷嘴孔在进气冲程结束的180°CA(下止点)处被暴露，直到压缩冲程的大约270°CA，如在408处所示。在270°CA之后，活塞向上移动并再次阻塞喷嘴孔。因此，基于喷射装置的位置和活塞运动，喷射装置具有“喷射窗口”，在该“喷射窗口”期间，可以喷射燃料。在所示的示例中，喷射窗口可以包括进气冲程的部分(例如，一旦活塞向下移动经过喷射装置)和压缩冲程的部分(例如，直到活塞向上移动经过喷射装置)。例如，喷射窗口可以包括90°CA至270°CA。

此外，当活塞移动经过喷射装置时，活塞的一部分可以接触喷射装置，从而清洁喷射装置。如在410处所示，随着活塞在压缩冲程期间例如在大约315°CA向上移动经过喷射装置，活塞环可以直接地接触喷射装置的前面。在压缩冲程(例如，360°CA)结束时，活塞可以正在阻塞喷嘴孔，但是活塞可能不会直接接触喷射装置。

应当理解的是，图4中所示的曲柄角正时是示例性的，并且用于喷射窗口的其他正时在本公开的范围内。此外，在动力冲程和排气冲程期间，喷嘴孔可以再次暴露于燃烧室。因此，第二次后喷射事件可以在此时间期间执行，例如以在再生事件期间提供燃料给下游排气处理装置。

图5是示出用于从定位在汽缸筒中的燃料喷射器(诸如图1-4的喷射装置6)喷射燃料的方法500的流程图。用于实施方法500和本文包括的其余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并与从发动机系统的传感器诸如参照图1在上面描述的传感器结合执行。控制器可以采用发动机系统的发动机致动器(例如，喷射装置6)以根据下面描述的方法调整发动机操作。

在502处，方法500包括确定操作参数。所确定的操作参数可以包括发动机转速、发动机负荷、发动机温度、进气质量空气流量和其他操作参数。在504处，方法500基于确定的操作参数获得目标燃料喷射量和目标燃料喷射正时。例如，目标空燃比可以根据发动机转速和负荷从查找表、逻辑规则或其他机制确定，并且燃料喷射量可以从目标空燃比和进气质量流量确定。燃料喷射正时可以基于发动机转速和负荷和/或其他参数诸如发动机温度根据查找表确定。

在506处，方法500包括在目标燃料喷射正时激活燃料喷射器，以喷射目标量的燃料。激活燃料喷射器可以包括在进气冲程的结束和/或压缩冲程的开始期间喷射燃料，如在508处所示。如相对于图4在上面解释的，燃料喷射器可以配置有喷射窗口，在该喷射窗口期间，燃料能够离开喷射器(由于喷射器的喷嘴孔暴露于燃烧室)。燃料可以在由工况指定的具体时间(至少在一些示例中)在喷射窗口期间被喷射。例如，当(一个或多个)进气门打开时，燃料可以在进气冲程期间喷射。进气门可以在燃料喷射开始之前打开，并且在进气门仍然打开时可以执行燃料喷射。以这种方式，可以发生燃料和进气的增加的雾化和混合。

在510处，方法500包括在压缩冲程期间在燃料喷射器前面上方清扫活塞环。随着活塞在喷射事件之后的压缩冲程期间向后朝向上止点行进，活塞环可以直接接触喷射器的面。这样做，喷射器面可以被清理掉过量燃料、碳烟或其他碎屑，这可以阻止燃料喷射器喷嘴孔堵塞。方法500然后返回。

图1-3示出具有各种组件的相对定位的示例配置。在至少一个示例中，如果显示为直接彼此接触或直接耦接，则此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，在至少一个示例中，示出为彼此连续或邻近的元件可以分别彼此连续或邻近。作为示例，彼此共面接触放置的组件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，在其间仅具有空间且无其他组件的彼此分开定位的元件可以被这样称呼。作为另一示例，经示出在彼此的上面/下面、在彼此的相对侧面处或在彼此的左边/右边的元件可以相对于彼此这样称呼。此外，如图中所示，在至少一个示例中，最顶元件或元件的点可以称为组件的“顶部”，并且最底元件或元件的点可以称为组件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的垂直轴线并且用于描述附图的各元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，经示出在其他元件上方的元件被垂直地定位在其他元件上方。作为另一示例，在附图内描绘的元件的形状可以称为具有那些形状(例如，诸如是环形的、直线形的、平面的、弯曲的、圆形的、倒角的、成角度的等)。此外，在至少一个示例中，经示出彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，在另一元件内示出的或在另一元件外部示出的元件可以这样称呼。

注意本文包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件而实施。本文所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的，等等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行执行或在一些情况下省略。同样，所述处理顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是被提供以便于说明和描述。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据正在使用的特定策略而重复执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括与电子控制器组合的各种发动机硬件组件的系统中执行指令而实施。

将理解的是，本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应该视为具有限制意义，因为许多变化是可能的。例如，上述术语可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置、以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

附随权利要求特别地指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”要素或“第一”要素或它们的等价物。此类权利要求应该被理解为包括一个或多个此类要素的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开的特征、功能、要素和/或属性的其他组合和子组合可以通过目前权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。此类权利要求，无论在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，均被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种直接喷射内燃发动机，包括：

具有汽缸的汽缸盖，所述汽缸具有至少一个入口开口以用于经由进气系统提供燃烧空气和至少一个出口开口以用于经由排气排放系统排放排气，所述汽缸还包括由活塞的活塞顶、由横向界定所述燃烧室的汽缸筒并由所述汽缸盖共同形成的燃烧室，所述活塞沿活塞纵向轴线在下止点和上止点之间可移动；以及

定位在所述汽缸筒中以用于燃料到所述燃烧室中的直接引入的喷射装置，所述喷射装置具有至少一个开口，所述至少一个开口在喷射过程期间经配置被激活以将燃料引入到所述燃烧室中，所述喷射装置与所述汽缸筒齐平地终止在燃烧室侧面处。

2.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中所述喷射装置与所述汽缸筒齐平地终止，而不形成死区容积。

3.根据权利要求2所述的直接喷射内燃发动机，其中所述喷射装置在所述燃烧室侧面处是圆柱形式的，使得布置在所述燃烧室侧面处的所述喷射装置的圆柱形尖端与所述圆柱形汽缸筒一起共同形成实质上圆柱形的包络表面。

4.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中所述喷射装置相对于所述活塞纵向轴线倾斜。

5.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中所述喷射装置朝向所述至少一个入口开口取向，使得从所述喷射装置排出的燃料与经由所述至少一个入口开口进入所述燃烧室的燃烧空气相反地引导。

6.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中所述至少一个入口开口被布置在所述汽缸盖中。

7.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中所述汽缸具有至少两个入口开口以用于提供燃烧空气。

8.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中所述汽缸具有至少两个出口开口以用于排放所述排气。

9.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中所述汽缸配备有布置在所述汽缸盖中的附加喷射装置。

10.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中所述汽缸配备有布置在所述进气系统中的另一个喷射装置。

11.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中所述汽缸盖具有至少一个冷却套以便形成液体类型的冷却布置。

12.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中可连接到所述汽缸盖的汽缸体配备有至少一个冷却套，以便形成液体类型的冷却布置，所述至少一个冷却套覆盖至少在区域中的至少一个汽缸的所述汽缸筒。

13.根据权利要求1所述的直接喷射内燃发动机，其中为了密封所述燃烧室的目的，所述活塞配备有布置在横向界定所述活塞的活塞裙区域中的至少一个活塞环，并且其中当所述活塞位于上止点时，所述至少一个活塞环被定位在所述喷射装置和上止点之间。

14.一种系统，包括：

由汽缸筒限定的汽缸，所述汽缸筒定位在汽缸盖和汽缸体中；以及

定位在所述汽缸筒内的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括与所述汽缸筒的内表面齐平的前面。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述汽缸包括汽缸轴线和垂直于所述汽缸轴线的横轴，并且其中从所述汽缸轴线到沿所述横轴的所述内表面的给定点延伸的所述汽缸的第一横截面半径等于从所述汽缸轴线延伸到沿所述横轴的所述燃料喷射器的所述前面的给定点的所述汽缸的第二横截面半径。

16.根据权利要求15所述的系统，还包括经配置控制进气到所述汽缸中的流动的进气门，其中所述燃料喷射器在所述汽缸的与所述进气门相对的一侧处定位在所述汽缸筒中。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述燃料喷射器前面包括多个喷嘴孔，并且其中所述燃料喷射器的所述前面具有与所述汽缸筒的所述内表面的曲率半径匹配的曲率半径。

18.一种方法，包括：

激活容纳在限定汽缸的燃烧室的汽缸筒中的燃料喷射器，以经由定位在所述燃料喷射器的前面上的多个喷嘴孔将燃料喷射到所述燃烧室中，所述前面与所述汽缸筒的内表面齐平。

19.根据权利要求18所述的方法，其中激活所述燃料喷射器包括在所述汽缸的进气冲程期间激活所述燃料喷射器。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括在所述进气冲程之后的压缩冲程期间，将所述燃料喷射器的所述前面与所述汽缸的活塞的一部分接触。