CN114072573B - 副室式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种副室式内燃机，其具有主室、副室、连通主室和副室的多个连通通道以及点燃导入至副室内的混合气的火花塞。多个连通通道包括第一连通通道和第二连通通道，第一连通通道具有向主室喷射通过点火在副室内产生的火花的第一喷射口，第二连通通道具有向主室喷射在副室内产生的火花的第二喷射口。第一喷射口沿着汽缸盖的多个斜面交叉的脊线传递火花。从与汽缸轴向垂直的方向观察，第二连通通道比第一连通通道向朝向所述活塞的方向延伸。

Description

副室式内燃机

技术领域

本公开涉及一种副室式内燃机。

背景技术

以往，提出了一种副室式内燃机，其具有主室(主燃烧室)和经由连通通道与该主室连接的副室(副燃烧室)(例如，参考日本专利文献特许第4561522号公报)。在这种副室式内燃机中，由喷射至主室的燃油形成混合气。所形成的混合气在压缩时经由连通通道供给至副室内，在副室内通过火花塞点燃，从而形成火花。在副室内形成的火花经由连通通道喷射至主室，点燃主室的混合气。这样一来，通过向主室喷射副室内形成的火花，提高了主室的燃烧速度。从而能够以更稀薄的空燃比运行并提高燃油效率。

在日本专利文献特许第4561522号公报中公开了一种技术，其通过根据燃烧室形状优化连接主室和副室的多个连通通道(喷射口)的指向性，缩短主室的火花传递距离并进一步提高热效率。此外，在活塞顶面为碗状的燃烧室形状中，通过设置第一喷射口和第二喷射口，即使对于复杂的燃烧室结构也能够缩短整个燃烧室中火花的传递距离，其中，第一喷射口的喷射口中心轴线指向汽缸内壁面；第二喷射口在活塞配置于压缩上死点附近的情况下，其喷射口中心轴线指向活塞顶面的碗底面外周部。

然而，在日本专利文献特许第4561522号公报中提出第一喷射口和第二喷射口围绕副室中心轴等间隔配置，并且彼此在圆周方向上交替排列。在这种情况下，主室曲轴方向的区域(图2所示的空间区域S)中混合气的燃烧比其他区域慢。如果因主室中燃烧的延迟而残留未燃气体，可能会增加HC(HydroCarbon)和烟气的产生量，且可能导致主室的燃烧状态不均。特别是在燃烧室顶棚上形成有脊线的燃烧室中较为明显，例如所谓的屋脊形状的燃烧室。

发明内容

发明所要解决的技术问题

本公开的实施方式涉及一种主室的燃烧状态均匀的副室式内燃机。

解决问题的技术手段

根据本公开的实施方式，副室式内燃机具有主室、副室、多个连通通道以及点火部。主室通过汽缸、具有相对于汽缸轴向倾斜的多个斜面的汽缸盖以及活塞划分。副室从汽缸盖向主室突出，与主室间隔设置。多个连通通道连通主室和副室。点火部点燃经由多个连通通道从主室导入至副室内的混合气。多个连通通道包括第一连通通道和第二连通通道。第一连通通道具有向主室喷射通过点火在副室内产生的火花的第一喷射口。从与汽缸轴向垂直的方向观察，第二连通通道比第一连通通道向朝向活塞的方向延伸，并且具有向主室喷射通过点火在副室内产生的火花的第二喷射口。第一喷射口沿着汽缸盖的多个斜面交叉的脊线传递火花。

在该副室式内燃机中，第一连通通道的第一喷射口沿着汽缸盖的多个斜面交叉的脊线传递火花。由此，火花能够到达主室中脊线方向的空间区域，促进该空间区域的燃烧。另外，从与汽缸轴向垂直的方向观察，第二连通通道比第一连通通道向朝向活塞的方向延伸。由此，第一连通通道向汽缸轴向的距离比其他区域大的空间区域的上方送出火花，另一方面，第二连通通道向其他区域送出火花。因此，整个主室的燃烧状态变得均匀。

汽缸盖的多个斜面可以具有形成屋脊形状的两个斜面，第一喷射口可以朝向沿着两个斜面交叉的脊线的方向。

根据该结构，即使在主室为屋脊式燃烧室的情况下，第一连通通道也能够可靠地向由汽缸盖和活塞形成的空间最大的区域送出火花。另外，由于避免了刚刚从第一连通通道送出的火花直接与汽缸盖接触，因此防止产生热损失。其结果，提高了主室中曲轴方向的空间区域的燃烧效率。

从脊线的延伸方向观察，第二喷射口也可以朝向沿着斜面的方向。

根据该结构，在第二连通通道中也同样可以避免刚刚从第二连通通道送出的火花直接与汽缸盖接触，因此防止产生热损失。其结果，提高了主室中其他空间区域的燃烧效率，主室的燃烧状态变得非常均匀。

从汽缸轴向观察，副室中心可以配置为偏离主室中心，第一喷射口可以朝向远离副室中心的偏移方向的方向。

根据该结构，即使副室的配置偏离主室中心，从第一连通通道向主室送出的火花也能够到达主室中曲轴方向的空间区域。其结果，能够促进该空间区域的燃烧。

附图说明

图1是显示本公开的一实施方式的副室式内燃机大致结构的纵截面图。

图2是显示图1的副室式内燃机的连通通道的形成部的横截面图。

图3A是显示图1的副室式内燃机的连通通道的形成部和火花喷射状态的横截面图。

图3B是显示图1的副室式内燃机的连通通道的形成部和火花喷射状态的、与曲轴方向垂直的纵截面图。

图3C是显示图1的副室式内燃机的连通通道的形成部和火花喷射状态的、与左右方向垂直的纵截面图。

图4A是显示本公开其他实施方式的副室式内燃机的、副室向排气口侧偏移情况下连通通道的形成部的横截面图。

图4B是显示本公开其他实施方式的副室式内燃机的、副室向进气口侧偏移情况下连通通道的形成部的横截面图。

图5A是显示本公开其他实施方式的副室式内燃机的第二连通通道的横截面图。

图5B是显示本公开其他实施方式的副室式内燃机的第二连通通道的横截面图。

【符号说明】

1： 副室式内燃机

4： 主室

6： 副室

8： 连通通道

81： 第一连通通道

81a： 喷射口

82： 第二连通通道

82a： 喷射口

10： 火花塞(点火部)

61： 副室壁

101a： 汽缸

102： 汽缸盖

103： 活塞

C1： 中心轴线

C2： 中心轴线

X1： 主室中心

X2： 副室中心

L： 脊线

Q： 汽缸轴向

具体实施方式

以下，参考附图对本公开的实施方式进行说明。此外，在以下说明书中，汽缸轴向Q表示活塞沿着汽缸滑动的方向。当标记为上下方向时，以汽缸轴向Q表示，以汽缸盖侧为“上”、以活塞侧为“下”。另外，左右方向R表示与汽缸轴向Q正交并且配置有进气口和排气口的方向。另外，曲轴方向P表示与汽缸轴向Q正交并且配置有汽缸的方向。

如图1所示，副室式内燃机1具有主室4、与主室4相邻的副室6、连通主室4和副室6的多个连通通道8、火花塞(点火部的一个示例)10以及燃油喷射阀12。在本实施方式中，副室式内燃机1是一种直列式内燃机，其中直列排列有多个包括主室4和副室6的汽缸N。即，各汽缸N具有主室4、副室6、多个连通通道8、火花塞10以及燃油喷射阀12。然而，汽缸N的排列不限于此，可以为V型，还可以为水平对置型。

主室4是通过汽缸体101的汽缸101a、汽缸盖102以及活塞103划分的空间。在本实施方式中，主室4为屋脊形状，面向汽缸盖102的进气口105侧和排气口110侧具有两个斜面。主室4通过由进气凸轮(未图示)驱动的进气阀104与进气口105连接。进气口105与未图示的进气通道、节流阀以及空气净化器连接。另外，主室4通过由排气凸轮(未图示)驱动的排气阀109与排气口110、排气通道(未图示)以及排气净化催化剂(未图示)连接。活塞103通过未图示的连杆驱动曲轴。

副室6设置于主室4的屋脊形状的顶部，与主室4相邻。副室6是由副室壁61划分的空间。副室6从汽缸盖102向主室4突出，并且通过副室壁61与主室4分隔开。在本实施方式中，副室6设置于主室4的屋脊形状的两个斜面的交线(脊线L)的大致中央。在本实施方式中，副室6具有与主室4相同的中心X1。副室壁61的截面形成为圆形，底部61a形成为半球状。副室6的容积比主室4小，通过火花塞10点燃的混合气的火花迅速向副室6内传递。

多个连通通道8设置于副室壁61的底部61a。连通通道8将主室4的混合气导入至副室6。另外，如果导入至副室6的混合气通过火花塞10点燃，则连通通道8将副室6内的混合气的火花送出至主室4。如图2所示，连通通道8在副室壁61的外圆周面上具有面向主室4的喷射口8a，在副室壁61的内圆周面上具有面向副室6的导入口8b。本实施方式的连通通道8具有两个设置于曲轴方向P的第一连通通道81和四个设置于两个第一连通通道81之间的第二连通通道82。

如图3A所示，第一连通通道81配置为，从上下方向(汽缸轴向Q的活塞103侧)观察时，从喷射口(第一喷射口)81a喷射的火花G1与形成在汽缸盖102的下表面(与活塞103相对的面)上的脊线L(主室4的屋脊形状的两个斜面的交线)重合，即、使火花G1沿着脊线L传递。另外，如图3B和图3C所示，第一连通通道81配置为，从左右方向R或曲轴方向P观察时，使火花G1朝向在上下方向上比从第二连通通道82的喷射口(第二喷射口)82a喷射的火花G2高的位置送出。

在这种副室式内燃机1的主室4中，如果从例如副室6向主室4均等地送出火花，则曲轴方向P的空间区域S(参考图2)中混合气的燃烧比其他区域慢。即，如果汽缸盖102的下表面为屋脊形状，则主室4的左右方向R从中心X1向外周具有下降梯度。另一方面，主室4的曲轴方向P没有这种梯度。因此，由汽缸盖102和活塞103形成的上下方向的空间容积有较大的差别。即，在上下方向上具有高度的空间区域S比其他区域的空间容积大。因此，在空间区域S中混合气燃尽的时间相对较长。如果因这种燃烧的延迟残留未燃气体，可能会增加HC(HydroCarbon)和烟气的产生量。如果HC和烟气的产生量增加，则可能会使主室4的燃烧状态不均并且可能会导致热效率降低。

如图2所示，本实施方式的第一连通通道81具有喷射口81a和导入口81b。喷射口81a和导入口81b在从主室4和副室6的中心X1放射状延伸的线上相对设置。另外，从喷射口81a至导入口81b的开口面积是恒定的。另外，喷射口81a和导入口81b设置于相同的高度上。由此，第一连通通道81的中心轴线C1在通过中心X1的曲轴方向P上向与上下方向正交的方向延伸。此外，中心轴线C1优选为在上下方向上在主室4内与脊线L分离(不交叉)。在本实施方式中，从上下方向(汽缸轴向Q的活塞103侧)观察时，脊线L与中心轴线C1重合，喷射口81a朝向沿着脊线L的方向。如图3A和图3C所示，第一连通通道81向沿着中心轴线C1的方向喷射火花G1。因此，火花G1向主室4的曲轴方向P即空间容积较大的空间区域S喷射。此外，火花G1在上下方向上向空间区域S的上方(其他区域不具有的空间)喷射。第一连通通道81设置有两个，两个第一连通通道81配置为沿着曲轴方向P夹持位于主室4的大致中央的副室6。

如图3A所示，第二连通通道82配置为，从上下方向(汽缸轴向Q的活塞103侧)观察时，使从喷射口82a喷射的火花G2至少向与第一连通通道81不同的方向送出。另外，如图3B和图3C所示，第二连通通道82配置为，从左右方向R或曲轴方向P观察时，使火花G2朝向在上下方向上比从第一连通通道81的喷射口81a喷射的火花G1低的位置送出，即比第一连通通道81朝向活塞103的方向延伸。

如图2所示，本实施方式的第二连通通道82具有喷射口82a和导入口82b。喷射口82a和导入口82b在从主室4和副室6的中心X1放射状延伸的线上相对设置。另外，如图3B和图3C所示，从喷射口82a至导入口82b的开口面积是恒定的。另外，在上下方向上喷射口82a设置于比导入口82b低的位置。由此，第二连通通道82的中心轴线C2通过中心X1，相对于与上下方向正交的方向，向倾斜规定角度的方向延伸。此外，中心轴线C2优选为在上下方向上在主室4内与汽缸盖102的下表面(即屋脊形状的斜面)分离(不交叉)。换而言之，如图3B所示，从脊线L的延伸方向观察，喷射口82a优选为朝向沿着屋脊形状的斜面的方向。如图2所示，第二连通通道82设置有四个，四个第二连通通道82位于将位于主室4的大致中央的副室6为中心的同一圆周进行6等分的位置，配置于配置有两个第一连通通道81的曲轴方向P以外的位置。如图3A至图3C所示，第二连通通道82向沿着中心轴线C2的方向喷射火花G2。因此，火花G2朝向主室4的左右方向R即与空间区域S不同的区域均等地喷射。此外，第二连通通道82还可以配置于第一连通通道81的下方。此时，相对于空间容积较大的空间区域S，火花G1促进上方区域的燃烧，与此相对火花G2促进下方区域的燃烧。

火花塞10配置于副室6的中心X1。火花塞10点燃副室6的混合气。

如图1所示，燃油喷射阀12朝向主室4设置。另外，燃油喷射阀12设置于副室6的外部。在本实施方式中，燃油喷射阀12向主室4直接喷射燃油。即，副室式内燃机1是直喷式内燃机。燃油喷射阀12通过未图示的控制部控制喷射量和喷射时间。另外，燃油喷射阀12与未图示的燃油喷射泵以及油箱连接。燃油喷射阀12配置于汽缸盖102的进气阀104侧。在本实施方式中，目标空燃比设为比理论空燃比更精益的值。即，副室式内燃机1以稀薄燃烧状态运行。由此提高燃油性能。

在这种结构的副室式内燃机1中，在进气冲程中，进气阀104打开的同时，活塞103下降，进气流入主室4和副室6。在本实施方式中，进气压力通过未图示的增压器增加。由此，主室4和副室6的压力与进气压力变得相同。在进气冲程中，控制燃油喷射阀12以进行主要用于向主室4供给燃油的燃油喷射。所喷射的燃油在主室4内与进气混合形成混合气。在活塞103下降的同时混合气向整个主室4供给。

在压缩冲程中，进气阀104关闭的同时，活塞103上升，压缩主室4的混合气。此时，主室4的压力上升。在压缩冲程中，如果活塞103上升，则混合气从主室4经由连通通道8导入至副室6。此时，混合气通过连通通道8导入至副室6。

如果活塞103上升并进一步压缩，则副室6的混合气通过火花塞10点燃。随着副室6内的燃烧，火花G(火花G1和火花G2)经由连通通道8(第一连通通道81和第二连通通道82)向主室4内喷射。并且，主室4的混合气燃烧，在通过燃烧产生的燃烧气体中压力上升。由此，活塞103被按下，进入膨胀冲程。

在本实施方式中，第一连通通道81朝向上下方向的空间容积最大且燃烧容易变得不均衡的空间区域S可靠地送出火花G1。另外，第一连通通道81以避免刚刚喷射的火花G1与汽缸盖102接触而产生热损失的方式设置，并朝向空间区域S的上方喷射火花G1。此外，第二连通通道82以避免与第一连通通道81同样刚刚喷射的火花G2与汽缸盖102接触而产生热损失的方式设置，并朝向其他区域喷射火花G2。其结果，主室4均匀地燃烧。

在排气冲程中，排气阀109打开的同时，活塞103从下死点上升，汽缸内的燃烧气体(排气)向排气口110排出。此外，如果活塞103到达上死点，进气冲程重新开始。如果活塞103如此进行两个循环，则四个冲程结束。

如上所述，在本实施方式的副室式内燃机1中，第一连通通道81以使从第一连通通道81向主室4喷射的火花G1沿着形成在汽缸盖102的下表面(与活塞103相对的面)上的脊线L传递的方式配置。由此，火花G1到达主室4中汽缸101a的曲轴方向P的空间区域S，促进该空间区域S的燃烧。另外，第二连通通道82在汽缸轴向Q上朝向比第一连通通道81下方(面向活塞103的方向)即朝向从汽缸轴向Q观察与第一连通通道81不同的方向延伸。由此，第一连通通道81向汽缸轴向Q的距离比其他区域大的空间区域S送出火花G1，另一方面，第二连通通道82向其他区域送出火花G2。因此，主室4的燃烧状态均匀。

＜其他实施方式＞

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开不限于上述实施方式，在不脱离发明宗旨的范围内可以进行各种变更。特别是，根据需要可以将本说明书中描述的多个变形例任意组合。

在上述实施方式中，副室式内燃机1是直喷式内燃机，但本公开不限于此。例如，副室式内燃机还可以具有设置于进气口105的进气口喷射器。

在上述实施方式中，副室6设置于与主室4相同的中心X1，但本公开并不限于此。例如，如图4A和图4B放大所示，副室6可以设置于向从主室4的中心X1朝向汽缸101a的内壁面与脊线L交叉的方向偏移的中心X2。如图4A和图4B所示，在这种情况下，从上下方向观察时，喷射口81a和导入口81b以使从中心X2延伸的第一连通通道81的中心轴线C1靠近通过中心X1的脊线L的方式配置。具体地说，从上下方向观察时，第一连通通道81的中心轴线C1相对于通过向从中心X1与脊线L交叉的方向偏移的中心X2与脊线L平行延伸的直线LL，向脊线L侧倾斜。中心轴线C1的倾斜角度根据偏移量而变化。如图4A所示，在副室6向排气口110侧偏移的情况下(参考图4A放大图)，第一连通通道81的中心轴线C1相对于通过中心X2的直线LL向进气口105侧倾斜。此时，喷射口81a设置于比导入口81b靠近进气侧。

如图4B所示，在副室6向进气口105侧偏移的情况下(参考图4B放大图)，第一连通通道81的中心轴线C1相对于通过中心X2的直线LL向排气口110侧倾斜。此时，喷射口81a设置于比导入口81b靠近排气口110侧。根据该结构，即使副室6的配置偏离主室4的中心，从第一连通通道81向主室4送出的火花G1也能够到达主室4中曲轴方向P的空间区域S的中心。其结果，促进该空间区域S的燃烧。

在上述实施方式中，设置四个第二连通通道82，但本公开不限于此。例如，第二连通通道82可以如图5A和图5B所示设置六个。如图5A所示，第二连通通道82位于将位于主室4的大致中央的副室6为中心的同一圆周进行8等分的位置，可以配置于配置有两个第一连通通道81的曲轴方向P以外的位置。另外，如图5B所示，在上述实施方式中，在左侧并列的两个第二连通通道82之间以及在右侧并列的两个第二连通通道82之间还可以分别增加一个第二连通通道82。根据该结构，进一步促进主室4的燃烧。

在上述实施方式中，副室的形状以垂直于汽缸轴向的面的截面呈圆形的形状(半球或圆柱形等)为例。但副室的形状不限于此。截面还可以为椭圆形或正多边形。从火花传递的观点出发，优选为具有对称性的形状，但不限于此。此外，本公开中的“直径方向”“径向”“切线”等几何学的表达即使在截面为圆形以外的情况下，本领域的普通技术人员也应当可以适当理解。即，即使在副室的截面为圆形以外的实施方式中，本领域的普通技术人员也能够适当地应用本公开的特征，以实现与本公开同样的效果。

根据本公开的实施方式，副室式内燃机(1)具有主室(4)、副室(6)、多个连通通道(8)以及点火部(10)，其中，

主室(4)由汽缸(101a)、具有相对于汽缸轴向(Q)倾斜的多个斜面的汽缸盖(102)以及活塞(103)划分；

副室(6)从所述汽缸盖(102)向所述主室(4)突出，与所述主室(4)间隔设置；

多个连通通道(8)连通所述主室(4)和所述副室(6)；

点火部(10)点燃通过所述多个连通通道(8)从所述主室(4)导入至所述副室(6)的混合气，

所述多个连通通道(8)包括第一连通通道(81)和第二连通通道(82)，其中，

第一连通通道(81)具有向所述主室(4)喷射通过点火在所述副室(6)内产生的火花的第一喷射口(81a)；

第二连通通道(82)在从与所述汽缸轴向(Q)垂直的方向观察时，比所述第一连通通道(81)向朝向所述活塞(103)的方向延伸，并且具有向所述主室(4)喷射所述火花的第二喷射口(82a)，

所述第一喷射口(81a)沿着所述汽缸盖(102)的所述多个斜面交叉的脊线(L)传递所述火花。

所述汽缸盖(102)的所述多个斜面可以具有形成屋脊形状的两个斜面，

所述第一喷射口(81a)可以朝向沿着所述两个斜面交叉的所述脊线(L)的方向。

从所述脊线(L)的延伸方向观察，所述第二喷射口(82a)可以朝向沿着所述斜面的方向。

从所述汽缸轴向(Q)观察，所述副室中心(X2)可以配置为偏离所述主室中心(X1)，

所述第一喷射口(81a)可以朝向远离所述副室中心(X2)的偏移方向的方向。

本申请基于2019年3月27日申请的日本专利申请特愿2019-061132，其内容作为参考纳入本文。

Claims (3)

1.一种副室式内燃机，其特征在于，具备：

主室，通过汽缸、具有相对于汽缸轴向倾斜的多个斜面的汽缸盖以及活塞划分；

副室，从所述汽缸盖向所述主室突出，与所述主室间隔设置；

多个连通通道，连通所述主室和所述副室；以及

点火部，点燃经由所述多个连通通道从所述主室导入至所述副室内的混合气，

从所述汽缸轴向观察，所述副室中心配置为偏离所述主室中心，

所述多个连通通道包括第一连通通道和第二连通通道，

第一连通通道具有向所述主室喷射通过点火在所述副室内产生的火花的第一喷射口，

第二连通通道从与所述汽缸轴向垂直的方向观察，与所述第一连通通道相比向朝向所述活塞的方向延伸，并且具有向所述主室喷射所述火花的第二喷射口，

所述第一喷射口和所述第二喷射口设置于放射状延伸的线上，

具有所述第一喷射口的所述第一连通通道的中心轴线朝向远离所述副室中心的偏移方向的方向设置，

被喷射的火花沿着所述汽缸盖的所述多个斜面交叉的脊线延伸的方向传递到所述主室的曲轴方向的空间区域。

2.根据权利要求1所述的副室式内燃机，其特征在于，

所述汽缸盖的所述多个斜面具有形成屋脊形状的两个斜面，

从所述汽缸轴向观察，所述第一连通通道的中心轴线与所述多个斜面交叉的脊线重合，

所述第一喷射口朝向沿着所述两个斜面交叉的所述脊线的方向。

3.根据权利要求1或2所述副室式内燃机，其特征在于，

从所述脊线的延伸方向观察，所述第二喷射口朝向沿着所述斜面的方向。