CN114856798A - 发动机系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机系统，抑制发动机的爆震音。发动机系统(1)具备：燃烧室(34)，形成在气缸(30)内；以及供气部(14)，向燃烧室(34)中的气缸(30)的内周面(36)周边的周边区域供应空气，供气部(14)通过在点火前向周边区域供应空气，使在燃烧室(34)内所存在的富燃混合气体聚集到燃烧室(34)中的中央区域，形成由中央区域的混合气体层和周边区域的空气层构成的分层构造。

Description

发动机系统

技术领域

本发明涉及具有发动机的发动机系统。

背景技术

例如，在专利文献1中公开了以防止发动机的爆震音为目的的发动机系统的一个例子。此外，爆震音也称为爆震(Knocking)。

专利文献1：日本特开2004-3428号公报

发明内容

在专利文献1的技术中，与混合气体的点火时期连动地使高压空气向燃烧室喷射，在燃烧室内产生湍流。由此，在专利文献1的技术中，提高燃烧后期的燃烧速度，实现爆震音的抑制。但是，即使应用专利文献1的技术，也无法充分抑制爆震音。因此，希望更适当地抑制爆震音。

因此，本发明的目的在于提供能够抑制发动机的爆震音的发动机系统。

为了解决上述课题，本发明的发动机系统具备：燃烧室，形成在气缸内；以及供气部，向燃烧室中的气缸的内周面周边的周边区域供应空气，供气部通过在点火前向周边区域供应空气，使燃烧室内所存在的富燃混合气体聚集到燃烧室中的中央区域，形成由中央区域的混合气体层和周边区域的空气层构成的分层构造

另外，可以是，发动机系统具有间隙部，间隙部形成于形成气缸的气缸体与以堵塞气缸的方式配置在气缸体上的气缸盖之间，间隙部与燃烧室连通，供气部与间隙部连通，并通过间隙部向周边区域供应空气。

根据本发明，能够抑制发动机的爆震音。

附图说明

图1是示出本实施方式的发动机系统的结构的概略图。

图2是从气缸盖的上方观察气缸盖及燃烧室的透视俯视图。

图3是说明高压空气的供应定时的图。

图4A～图4E是说明燃烧室内的情况的图。

(附图标记说明)

1 发动机系统

14 供气部

20 气缸体

24 气缸盖

30 气缸

34 燃烧室

36 内周面

40 间隙部

具体实施方式

下面一边参照附图，一边详细说明本发明的实施方式。在该实施方式中示出的尺寸、材料、其他的具体数值等只不过是用于容易理解发明的例示，除了特别排出的情况以外，并不对本发明进行限定。此外，在本说明书及附图中，针对实质上具有相同的功能、结构的要素，标注相同的标号，由此省略重复说明，另外与本发明没有直接关系的要素省略图示。

图1是示出本实施方式的发动机系统1的结构的概略图。发动机系统1例如应用于混合动力车辆或发动机车辆。发动机系统1包括发动机10、发动机控制部12及供气部14。发动机10包括气缸体20、活塞22、气缸盖24、吸气阀26及排气阀28。

在气缸体20中形成有多个气缸30。活塞22以能够滑动的方式容置于气缸30内。活塞22通过连杆32与未图示的曲轴连结。曲轴随着活塞22的往复运动而旋转。

气缸盖24设置于气缸体20中的与曲轴相反一侧。气缸盖24以堵塞气缸30的方式配置于气缸30上，与气缸体20连结。在气缸30内形成有燃烧室34。具体地，燃烧室34由气缸30的内周面36、活塞22的顶面及气缸盖24的内表面包围而形成。

在气缸体20与气缸盖24之间形成有间隙部40。间隙部40成为圆环板状的空间，设置成围绕燃烧室34的周围的位置，与燃烧室34连通。在气缸体20与气缸盖24之间的间隙部40的外侧配置有垫圈42。垫圈42被气缸体20及气缸盖24夹持。间隙部40被垫圈42堵塞。

在气缸盖24中形成有吸气口50及排气口52。吸气口50及排气口52与燃烧室34连通。

吸气阀26设置于吸气口50。吸气阀26的阀芯位于吸气口50中的燃烧室34侧的开口部。吸气阀26的基端侧与吸气凸轮54抵接。吸气凸轮54与吸气凸轮轴56连结。吸气凸轮轴56与曲轴连动而旋转。吸气凸轮54与吸气凸轮轴56连动而旋转。吸气阀26随着吸气凸轮54的旋转而将吸气口50开关。当通过吸气阀26打开吸气口50时，通过吸气口50向燃烧室34送入空气。

排气阀28设置于排气口52。排气阀28的阀芯位于排气口52中的燃烧室34侧的开口部。排气阀28的基端侧与排气凸轮58抵接。排气凸轮58与排气凸轮轴60连结。排气凸轮轴60与曲轴连动而旋转。排气凸轮58与排气凸轮轴60连动而旋转。排气阀28随着排气凸轮58的旋转而将排气口52开关。当通过排气阀28打开排气口52时，燃烧室34内的气体通过排气口52被送出。

在气缸盖24中设置有喷射器62及火花塞64。喷射器62及火花塞64位于气缸30的中心轴附近。喷射器62将喷射口朝向燃烧室34配置。喷射器62在预定的定时向燃烧室34喷射汽油等燃料。火花塞64将电极朝向燃烧室34配置。火花塞64在预定的定时对空气和燃料的混合气体进行点火使其燃烧。通过该燃烧，活塞22在气缸30内往复运动。

发动机控制部12由包括中央处理装置、存储有程序等的ROM(Read Only Memory：只读存储器)、作为工作区域的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等的半导体集成电路构成。发动机控制部12通过执行程序，控制发动机10的各部分。例如，发动机控制部12控制喷射器62的燃料喷射定时，并且控制火花塞64的点火定时。另外，虽后述，发动机控制部12还进行与供气部14有关的控制。

供气部14包括空气加压泵70、空气共轨72、空气配管74、空气口76、空气腔78、连通孔80及动阀机构82。

空气加压泵70包括泵主体部90及加压机构92。在泵主体部90的入口94连接有入口配管96。入口配管96例如连接于未图示的空气过滤器与节流阀之间的吸气配管。通过了空气过滤器的空气通过入口配管96送入泵主体部90。此外，入口配管96可以连接于与吸气配管的空气过滤器不同的过滤器。在该情况下，与通过了吸气配管的吸气分开获取的空气通过入口配管送入泵主体部90。

加压机构92对通过入口配管96导入泵主体部90内的加压室中的空气进行加压，将加压后的空气从泵主体部90的出口98送出。下面，有时将加压后的空气称为高压空气或仅称为空气。

具体地，加压机构92包括泵凸轮100及柱塞102。泵凸轮100与吸气凸轮轴56连结，与吸气凸轮轴56连动而旋转。柱塞102的基端侧抵接于泵凸轮100。柱塞102的前端侧插入于泵主体部90内的加压室。柱塞102与泵凸轮100的旋转连动而滑动，对加压室内的空气进行加压。

可以在加压机构92中设置形状或尺寸不同的多个泵凸轮100。在该情况下，发动机控制部12根据节气门开度等运转状态使与柱塞102抵接的泵凸轮100进行切换。由此，能够变更空气的加压程度或加压定时。另外，发动机控制部12可以使吸气凸轮轴56提前或延迟。泵凸轮100与吸气凸轮轴56连结，所以相位根据吸气凸轮轴56的提前或延迟而变更。由此，能够变更空气的加压定时。

此外，泵凸轮100不限于与吸气凸轮轴56连动的方式。例如，泵凸轮100可以与排气凸轮轴60连结。在该情况下，空气的加压定时可以根据排气凸轮轴60的提前或延迟而变更。另外，泵凸轮100可以连结于与吸气凸轮轴56及排气凸轮轴60不同的独立的凸轮轴。在该情况下，空气的加压定时可以根据独立的凸轮轴的提前或延迟而变更。

空气共轨72例如形成为管状，与泵主体部90的出口98连接。空气共轨72配置在气缸盖24上，延伸到多个气缸30。空气共轨72能够将从泵主体部90的出口98送出的高压空气保持着压力来积蓄。

在空气共轨72的侧面形成有开口部110。在开口部110中连接有空气配管74。空气配管74与形成于气缸盖24的空气口76连接。空气口76与吸气口50及排气口52分开形成。空气口76与形成在气缸盖24内的空气腔78连通。空气腔78位于间隙部40的上方。连通孔80从空气腔78向下方延伸，将空气腔78和间隙部40连通。如此，供气部14与间隙部40连通。

图2是从气缸盖24的上方观察气缸盖24及燃烧室34的透视俯视图。如图2所示，空气腔78以围绕燃烧室34的外侧的方式形成为圆环状。空气口76贯通空气腔78的外周面的任意位置。连通孔80在空气腔78的圆周方向上分散形成有多个。例如，连通孔80在空气腔78的圆周方向上以等间隔形成有八个。此外，连通孔80的数量及位置不限于图2所示的例子，能够适当设计。

返回图1，动阀机构82包括空气阀120及空气凸轮122。空气阀120的阀芯位于开口部110，在该开口部110连接有空气共轨72中的空气配管74。空气阀120的基端侧抵接于空气凸轮122。空气凸轮122与吸气凸轮轴56连结，与吸气凸轮轴56连动而旋转。空气阀120与空气凸轮122的旋转连动而使空气共轨72的开口部110开关。

在通过空气阀120关闭开口部110时，不向空气配管74送出高压空气，另一方面，当通过空气阀120打开开口部110时，空气共轨72内的高压空气的一部分通过开口部110送出到空气配管74。送出到空气配管74的高压空气通过空气配管74、空气口76、空气腔78及连通孔80供应到间隙部40。然后，间隙部40的高压空气供应到位于间隙部40的径方向内侧的燃烧室34。

即，供气部14通过间隙部40向燃烧室34中的气缸30的内周面36周边的周边区域供应空气。

可以在动阀机构82中设置形状或尺寸不同的多个空气凸轮122。在该情况下，发动机控制部12根据节气门开度等运转状态使与空气阀120抵接的空气凸轮122进行切换。由此，能够变更空气的供应量或供应定时。另外，发动机控制部12可以使吸气凸轮轴56提前或延迟。空气凸轮122与吸气凸轮轴56连结，所以相位根据吸气凸轮轴56的提前或延迟而变更。由此，能够变更空气的供应定时。

此外，空气凸轮122不限于与吸气凸轮轴56连动的方式。例如，空气凸轮122可以与排气凸轮轴60连结。在该情况下，空气的供应定时可以根据排气凸轮轴60的提前或延迟而变更。另外，空气凸轮122可以连结于与吸气凸轮轴56及排气凸轮轴60不同的独立的凸轮轴。在该情况下，空气的供应定时可以根据独立的凸轮轴的提前或延迟而变更。

如上所述，由空气加压泵70生成的高压空气供应到燃烧室34。据此，将向燃烧室34供应高压空气时的燃烧室34内的压力设为基准压力。空气加压泵70生成压力比该基准压力高且与该基准压力的压力差为预定范围内的压力的高压空气。也就是说，高压空气的压力设为稍高于燃烧室34内的基准压力的压力。

高压空气的压力高于燃烧室34内的基准压力，所以供气部14能够将高压空气供应到燃烧室34。另外，由于与燃烧室34内的基准压力的压力差在预定范围内，所以从间隙部40向燃烧室34供应的高压空气的流速比较低，燃烧室34内的混合气体不会产生湍流。此处的压力差的预定范围设定为视为不产生湍流的小的范围，可以考虑燃烧室34内的基准压力适当设定。

并且，通过使得不产生湍流，供气部14能够将供应到燃烧室34内的高压空气留存于燃烧室34中的气缸30的内周面36周边的周边区域。关于高压空气的作用，后面详述。

图3是说明高压空气的供应定时的图。发动机10以吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、排气冲程的顺序反复进行各冲程。吸气冲程在活塞22从上死点向下死点移动的期间进行。压缩冲程在吸气冲程之后，在活塞22从下死点向上死点移动的期间进行。膨胀冲程在压缩冲程之后，在活塞22从上死点向下死点移动的期间进行。虽省略图示，排气冲程在膨胀冲程之后，在活塞22从下死点向上死点移动的期间进行。

发动机10在吸气冲程中通过吸气口50吸气。发动机控制部12如图3的交叉剖面线区域A10所示那样在吸气冲程中，从喷射器62喷射燃料。由此，在燃烧室34内，生成吸气冲程的吸气与由喷射器62喷射的燃料混合而成的混合气体。图3的定时TA表示从吸气冲程向压缩冲程切换的定时。

当转移为压缩冲程时，随着活塞22的上升，燃烧室34内的混合气体被压缩，表示燃烧室34内的压力的筒内压上升。然后，当成为压缩冲程后期的预定定时TC时，发动机控制部12使火花塞64对混合气体进行点火。

在此，如图3的交叉剖面线区域A12所示，供气部14在通过火花塞64对混合气体进行点火前，通过间隙部40向燃烧室34供应空气(即，高压空气)。

具体地，供气部14的空气的供应开始定时为燃料喷射结束定时与点火定时(即，定时TC)之间。供气部14在点火定时的预定时间前，开始由空气阀120打开开口部110，开始高压空气的供应。发动机控制部12可以进行动阀机构82的空气凸轮122的切换等，以使供气部14的空气的供应开始定时成为适当的定时。

图3的定时TB表示供气部14的空气的供应结束定时。供气部14的空气的供应结束定时为点火定时(即，定时TC)之前。此外，只要至少供气部14的空气的供应开始定时为点火定时之前即可，供气部14的空气的供应结束定时可以为点火定时之后。

如此，在燃烧室34内容置有吸气冲程的吸气与燃料的混合气体和由供气部14供应的高压空气。因此，在发动机10中，调整吸气量、燃料喷射量及高压空气的供应量，使得吸气与燃料的混合气体、高压空气合在一起的全部气体成为理想配比(Stoichiometric)。也就是说，考虑高压空气，使吸气与燃料的混合气体成为燃料的比例以理想配比为基准大的富燃混合气体。

更具体地，关于吸气与燃料的富燃混合气体，表示燃料与空气的比例的等量比为约1.1。换言之，若将成为理想配比的空气量设为100％，则将成为理想配比的空气量的90％设为通过吸气产生的空气，将成为理想配比的空气量的10％设为由供气部14供应的空气。

发动机控制部12根据节气门开度等运转状态决定成为理想配比的空气量及燃料喷射量。发动机控制部12基于成为理想配比的空气量导出由供气部14供应的高压空气的空气量。发动机控制部12基于高压空气的空气量决定高压空气的供应开始定时。发动机控制部12进行空气凸轮122的切换等调整，以使得在所决定的供应开始定时开始高压空气的供应。

如图3所示，当混合气体被点火时，火焰传播开，燃烧室34内的发热率上升。并且，发热率在达到峰值后下降。图3的定时TD表示发热率成为峰值的定时。图3的定时TE表示燃烧扩散到整个混合气体的定时。

图4～图4E是说明燃烧室34内的情况的图。图4A示出图3的定时TA时的燃烧室34内的情况。图4B示出图3的定时TB时的燃烧室34内的情况。图4C示出图3的定时TC时的燃烧室34内的情况。图4D示出图3的定时TD时的燃烧室34内的情况。图4E示出图3的定时TE时的燃烧室34内的情况。

如图4A的剖面线区域A20所示，在定时TA，燃烧室34内被吸气与燃料的富燃混合气体充满。在该状态下，之后，由供气部14向燃烧室34内供应高压空气。

高压空气供应到燃烧室34中的气缸30的内周面36周边的周边区域，在燃烧室34内不产生湍流。因此，高压空气将燃烧室34内之前存在的富燃混合气体向朝向气缸30的中心轴的方向推入。由此，燃烧室34内之前存在的富燃混合气体聚集到燃烧室34中的中央区域。

这样，如图4B的剖面线区域A20所示，在中央区域形成由富燃混合气体构成的混合气体层，如图4B的交叉剖面线区域A22所示，在周边区域形成由高压空气构成的空气层。也就是说，供气部14向燃烧室34中的周边区域供应空气，从而使燃烧室34内所存在的富燃混合气体聚集到燃烧室34中的中央区域，形成由中央区域的混合气体层和周边区域的空气层构成的分层构造。关于空气层，由于之前存在的混合气体被高压空气替换，所以几乎不存在燃料。

当在形成这样的分层构造后使混合气体点火时，在燃烧室34的中央附近产生火焰，如图4C的空白区域A24所示，开始混合气体的燃烧。并且，产生的火焰在混合气体中传播开，如图4D的空白区域A24所示，混合气体的燃烧范围扩大。并且，如图4E的空白区域A24所示，聚集在中央区域的混合气体全部被燃烧。

在此，由于在燃烧室34中的周边区域形成有空气层，所以火焰不传播到该周边区域，燃烧不会扩大到空气层。因此，在发动机系统1中，能够使火焰传播距离或混合气体的燃烧距离实质上比空气层的径方向的层厚短。其结果，在发动机系统1中，能够使全部的混合气体在未燃的混合气体发生自燃之前提前燃烧，从而能够抑制爆震音。

另外，富燃混合气体聚集到燃烧室34中的中央区域的混合气体层。因此，在发动机系统1中，能够使中央区域的混合气体的燃烧速度比理想配比的混合气体快。其结果，在发动机系统1中，能够更提前地使全部的混合气体燃烧，从而能够进一步抑制爆震音。

另外，在发动机系统1中，由于混合气体聚集到中央区域，所以能够使混合气体更可靠地燃烧。因此，在发动机系统1中，能够降低混合气体未燃烧的未燃烧损失。

另外，在燃烧室34中的周边区域形成的空气层也可以作为隔热层发挥功能，抑制因混合气体的燃烧产生的热向气缸30的内周面36传递。因此，在发动机系统1中，不仅能够抑制爆震音，还能够降低热损失。

另外，在发动机系统1中，供气部14与间隙部40连通，通过间隙部40供应高压空气。换言之，供气部14不是在径方向上从气缸盖24直接朝向燃烧室34的中心轴供应高压空气。并且，供气部14向从气缸盖24朝向气缸体20的方向，即朝向与径方向不同的下方向，向间隙部40供应高压空气。因此，在发动机系统1中，高压空气导入燃烧室34之前经过间隙部40，由此能够改变高压空气流动的方向，从而能够抑制高压空气的流速。其结果，在发动机系统1中，能够适当地抑制在供应高压空气时产生湍流，从而能够适当地形成由混合气体层和空气层构成的分层构造。

此外，若在供应高压空气时在燃烧室34内产生湍流，则不能缩短实质性的火焰传播距离，不能充分地抑制爆震音。相对于此，在实施方式的发动机系统1中，形成由混合气体层和空气层构成的分层构造，以使得不产生湍流，所以能够适当地变短实质性的火焰传播距离，从而能够更适当地抑制发动机10的爆震音。

以上，一边参照附图一边说明了本发明的实施方式，但是不言而喻，本发明不限于该实施方式。显然，只要是本领域技术人员就能够在权利要求书记载的范畴内想到各种变更例或修改例，并且了解这些变更例或修改例当然也属于本发明的技术范围。

例如，在上述实施方式中，从空气腔78通过连通孔80向间隙部40供应高压空气。但是，连通孔80可以不经由间隙部40而将空气腔78和燃烧室34直接连通。在该情况下，应用使高压空气的流速为在燃烧室34内不产生湍流程度的流速，并能够形成由混合气体层和空气层构成的分层构造的结构。例如，应用将连通孔80的朝向燃烧室34的开口形成为微孔的结构。其中，连通孔80与间隙部40的连通能够更适当地形成由混合气体层和空气层构成的分层构造。

Claims (2)

1.一种发动机系统，具备：

燃烧室，形成在气缸内；以及

供气部，向所述燃烧室中的所述气缸的内周面周边的周边区域供应空气，

所述供气部通过在点火前向所述周边区域供应空气，使所述燃烧室内所存在的富燃混合气体聚集到所述燃烧室中的中央区域，形成由所述中央区域的混合气体层和所述周边区域的空气层构成的分层构造。

2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，

所述发动机系统具有间隙部，所述间隙部形成于形成所述气缸的气缸体与以堵塞所述气缸的方式配置在所述气缸体上的气缸盖之间，所述间隙部与所述燃烧室连通，

所述供气部与所述间隙部连通，并通过所述间隙部向所述周边区域供应空气。

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