CN1908409B - 排气通道含三元催化剂的单缸发动机和设此发动机的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单缸发动机，包括：发动机主体，该发动机主体具有燃烧室、面向燃烧室的进气口和排气口、通过进气口与燃烧室连通的进气通道、以及通过排气口与燃烧室连通的排气通道；打开和关闭进气口的进气门；打开和关闭排气口的排气门；向进气口喷射燃料并将燃料喷射到进气通道中的喷射器；设置在排气通道中的三元催化剂；和发动机控制单元(ECU)，该发动机控制单元进行减速运行以有选择地执行用于从喷射器喷射燃料的循环和用于禁止从喷射器喷射燃料的循环，从喷射器喷射的燃料的量使得燃烧室中的空燃比基本等于理论空燃比。

Description

排气通道含三元催化剂的单缸发动机和设此发动机的车辆

技术领域

本发明涉及排气通道中具有三元催化剂的单缸发动机和设置有该发动机的车辆。

背景技术

常规地，能够同时净化CO、HC和NO_x的催化剂即三元催化剂被用于净化来自发动机的排气(例如，见JP-A-2004-150310，0040段)。为了实现高效的三元催化剂，需要以理论空燃比在发动机中进行燃烧。

近年来，需要对发动机燃料消耗的经济性做出进一步改善。作为改善燃料经济性的手段之一，可以构思通过使空燃比在减速运行时比在稳速时更大，来减小减速运行时的燃料消耗。例如，在稳速时以理论空燃比进行燃烧的发动机中，可以构思使得空燃比在减速运行时大于理论空燃比。但是，当空燃比偏离理论空燃比时，不可能实现高效的三元催化剂，从而使排气的良好净化变得困难。因此，难以得到与由三元催化剂对排气进行净化的情况相兼容的对燃料消耗经济性的进一步改善。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的优选实施例提供了与由三元催化剂对排气的净化相兼容的对燃料消耗经济性的进一步改善。

根据本发明优选实施例的一种单缸发动机包括：发动机主体；燃烧室；面向所述燃烧室的进气口和排气口；通过所述进气口与所述燃烧室连通的进气通道；通过所述排气口与所述燃烧室连通的排气通道；打开和关闭所述进气口的进气门；打开和关闭所述排气口的排气门；向所述进气口喷射燃料并将燃料喷射到所述进气通道中的喷射器；设置在所述排气通道中的三元催化剂；以及控制装置，所述控制装置进行减速运行以有选择地执行用于从所述喷射器喷射燃料的循环和用于禁止从所述喷射器喷射燃料的循环，从所速喷射器喷射的燃料的量使得所速燃烧室中的空燃比基本等于理论空燃比。

该发动机包括用于在减速运行时禁止燃料喷射的循环，因而减少了燃料消耗。因此，改善了燃料消耗经济性。

并没有简单地减少一个循环中的燃料喷射，而是有选择地执行喷射燃料的循环和不喷射燃料的循环，使得整体上减少了燃料喷射量。在喷射燃料的循环时，空燃比基本成为等于理论空燃比。因此，在喷射燃料的循环时，可以使得三元催化剂有效地起作用。另一方面，在不喷射燃料的循环时，基本不产生排气使得无需用三元催化剂进行净化。因此，可以从排气通道连续地排放清洁的排气。

此外，由于喷射器优选地向进气口喷射燃料，所以抑制燃料粘附到进气通道的壁表面。因此，抑制所粘附的燃料沿着壁表面流动到燃烧室中，而仅从喷射器喷射的燃料基本流动到燃烧室中。因此，可以在喷射燃料的循环时容易正确控制供应到燃烧室中的燃料量并使得空燃比接近理论空燃比，并还防止在不喷射燃料的循环时产生排气。

利用发动机的优选实施例，通过组合上述效果获得的综合效应还在与由三元催化剂对排气的净化相兼容的情况下得到了对燃料消耗经济性的进一步改善。

从参考附图对优选实施例的以下详细说明中，本发明的其它特征、要素、特性和优点将变得清楚。

附图说明

图1是示出根据本发明优选实施例的摩托车的侧视图；

图2是示出根据本发明优选实施例的发动机构造的视图；

图3是示出根据本发明优选实施例的发动机主要部件的剖视图；

图4是示出根据本发明优选实施例的发动机主要部件的剖视图；

图5是示出控制根据本发明优选实施例的发动机的装置的构造的视图；

图6A、6B和6C是示出喷射器的燃料喷射正时的正时图；

图7A、7B和7C是示意性地示出排气通道中气体流动的概念性视图；

图8是示出根据本发明另一优选实施例的发动机构造的视图；

图9是示出根据本发明另一优选实施例的发动机主要部件的剖视图；

图10是示出控制根据本发明另一优选实施例的发动机的装置的构造的视图；

图11是示出根据本发明另一优选实施例的发动机构造的俯视图；且

图12是沿着图9中的线XII-XII所取的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，根据本优选实施例的车辆优选是摩托车1。但是，根据本发明优选实施例的车辆不限于摩托车1。根据本发明优选实施例的车辆可以是其它的跨乘式车辆或其它非跨乘式车辆的车辆。此外，除所谓机动自行车之外，“摩托车”还包括小型摩托车等。

摩托车1包括车体2、安装到车体2上的前轮3和后轮4、以及通过驱动链条等(未示出)驱动后轮4的发动机5。在本优选实施例中，发动机5优选地包括例如单缸四冲程内燃机。

如图2所示，发动机5包括发动机主体10、进气通道11和排气通道12。发动机主体10包括容纳曲轴42(见图3)的曲轴箱21、与曲轴箱21结合的气缸22、以及安装到气缸22上的气缸盖23。根据本优选实施例，曲轴箱21和气缸22互相结合以形成气缸体。但是，曲轴箱21和气缸22可以分离地形成并互相组装。

进气通道11包括连接到空气滤清器(未示出)的进气管15、节气门体16和形成在气缸盖23中的进气孔54。进气管15的下游端连接到节气门体16的上游端，且节气门体16的下游端连接到气缸盖23。节气门13设置在节气门体16内。

喷射器14安装到气缸盖23。喷射器14设置在进气通道11中节气门13的下游，并布置在进气口52的附近。喷射器14布置为在节气门13与进气口52之间并向着进气口52喷射燃料。在图3和4中，省略了对喷射器14的描述。

排气通道12包括形成在气缸盖23中的排气孔55、连接到气缸盖23的排气管17、设置在排气管17上的催化剂箱18、和设置在排气管17的末端上的消音器19。三元催化剂7容纳在催化剂箱18中。在催化剂箱18上游的排气管17——即从排气孔55的出口延伸到催化剂箱18的入口的部分——中并不存在流通通道面积上的突然增大部分和收缩部分。因此，排气管17在流动通道面积上基本不变。

如图3所示，由气缸22的气缸内表面31和容纳在气缸室32中的活塞40界定了柱状气缸室32。活塞40连接到与曲轴42连接的连杆41。水套34形成在气缸22的上表面上。水套34布置为从气缸32的纵向(图3中的竖直方向)观察时围绕气缸室32的周界。

单坡屋顶式凹部51优选地形成在气缸盖23的下表面上以覆盖气缸室32的上部。但是，凹部51在形状上不受限制，而可以是例如半球形、多球形或其它合适形状。由凹部51、气缸内表面31和活塞40的上表面界定了燃烧室44。凹部51优选地形成有例如两个进气口52和两个排气口53。图3中仅示出了一个进气口52和一个排气口53。

气缸盖23形成有通过进气口52与燃烧室44连通的进气孔54、以及通过排气口53与燃烧室44连通的排气孔55。如图2所示，进气孔54与节气门体16中的进气通道连通。排气孔55与排气管17中的排气通道连通。

如图3所示，气缸盖23设置有打开和关闭进气口52的进气门56、以及打开和关闭排气口53的排气门57。如图4所示，进气门56包括柄56a和形成在柄56a的末端处的伞状部分56b。排气门57优选地具有与进气门56相同的结构。进气门56和排气门57分别在其中进气口52和排气口53被关闭的方向上被偏压。如图3所示，摇臂58、59设置在气缸盖23中并分别周期性地打开和关闭进气门56和排气门57。但是，打开和关闭进气门56和排气门57的阀门操作机构不受限制。

水套61设置在气缸盖23的下表面上。水套61布置在与气缸22的水套34对应的位置处。垫圈62插入在气缸盖23与气缸22之间。垫圈62形成有多个孔(未示出)，这些孔在气缸盖23的水套61与气缸22的水套34之间提供连通。

如图4所示，气缸盖23设置有火花塞63。火花塞63包括塞体66、设置在塞体66的末端处的中央电极64、以及侧向电极65。中央电极64和侧向电极65从气缸盖23的凹部51向着燃烧室44突出。

如图5所示，检测进气通道11中温度的温度传感器72、检测进气通道11中压力的压力传感器73、和检测节气门13开度的节气门位置传感器76全部都优选地设置在发动机5的进气通道11中。压力传感器73设置在节气门13的下游。O₂传感器74设置在排气通道12中。检测曲轴转角的曲轴转角传感器75设置在曲轴箱21中。传感器72至76连接到发动机控制单元(ECU)70。ECU 70通过点火线圈71连接到火花塞63以控制火花塞63的点火正时。ECU 70还连接到喷射器14以控制喷射器14的燃料喷射正时。

在稳速行驶、怠速运行等状态时，ECU 70控制节气门13或喷射器14，使得空燃比基本成为14.7(理论空燃比)。例如，ECU 70控制进气量或燃料喷射量，从而在怠速运行时将空燃比控制为约14.2至约15.2。这样，通过使空燃比基本等于理论空燃比，可以通过排气通道12中的三元催化剂7有效地净化排气中包含的CO、HC和NO_x，从而使得三元催化剂7能够有效地运作。

在节气门13打开的状态下进行减速运行时，ECU 70有选择地执行从喷射器14喷射燃料的循环(以下称作喷射循环)和禁止燃料喷射的循环(以下称作非喷射循环)。四冲程发动机5的循环周期由进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程构成。

在喷射循环时，在进气冲程期间——更具体地，在进气门56打开时——从喷射器14喷射燃料。此时，ECU 70控制喷射器14的燃料喷射量，使得空燃比基本成为理论空燃比。结果，在燃烧室44中以理论空燃比进行燃烧，并且由排气管17中的三元催化剂7有效地净化燃烧之后的排气。即，三元催化剂7有效地净化排气中包含的CO、HC和NO_x。结果，从排气管17排放清洁的气体。

另一方面，在非喷射循环时，在进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程的任何一个中都不从喷射器14喷射燃料。因此，只有空气被吸入到燃烧室44中并在排气冲程中从燃烧室44排放空气。排放的空气通过排气孔55流动到排气管17中并在经过三元催化剂7之后排放到外部。因此，在非喷射循环时也从排气管17排放清洁的气体。

用于选择喷射循环和非喷射循环的模式不受具体限制。例如，喷射循环A和非喷射循环B可以如图6B所示交替重复。换言之，可以只要执行一次喷射循环A就执行一次非喷射循环B。如图6C所示，可以只要执行两次喷射循环A就执行一次非喷射循环B。此外，例如可以只要执行三次或更多次喷射循环A就执行一次非喷射循环B。可以基于规则模式或不规则模式来选择喷射循环A和非喷射循环B。图6A示出了稳速行驶时的燃料喷射模式。在稳速行驶时，连续执行喷射循环A以使得喷射器14在每个循环都是打开的。

图7A到7C是概念性地示出排气管17中气体流动的模式的视图，并对应于图6A至6C所示的喷射模式。如图7A所示，在稳速运行时，处于理论空燃比的排气GA连续地流动到三元催化剂7中。另一方面，如图7B所示，在减速运行时交替地执行喷射循环A和非喷射循环B的情况下，处于理论空燃比的排气GA和空气GB交替地流动到三元催化剂7中。如图7C所示，在减速运行时执行两次喷射循环A之后执行一次非喷射循环B的情况下，在两个循环的处于理论空燃比的排气GA流动到三元催化剂7中之后空气GB流动到三元催化剂7中。

如上所述，由于发动机5在减速运行时执行非喷射循环B(见图6B或6C)，所以与不执行非喷射循环B的情况(见图6A)相比可以减少燃料的消耗。因此，可以改善燃料消耗经济性。

在喷射循环A时，控制喷射器14等使得空燃比基本成为理论空燃比。因此，可以通过三元催化剂7有效地净化燃烧后的排气。另一方面，在非喷射循环B时不产生排气。因此，无需利用三元催化剂7进行净化。因此，在喷射循环A和非喷射循环B两者时都可以从排气管17排放清洁的气体。

对于发动机5，喷射器14优选地布置在进气口52附近。喷射器14向进气口52喷射燃料。因此，可以抑制燃料粘附到进气孔54的壁表面。因而可以抑制所粘附的燃料在喷射循环A时沿着壁表面流动到燃烧室44中，从而可靠地以理论空燃比进行燃烧。由于还可以抑制所粘附的燃料在喷射循环B时流动到燃烧室44中，所以可以防止不期望的燃烧。

对于发动机5，上述效果的合适燃烧使得可以获得不能常规产生的综合效果，并在与由三元催化剂对排气进行的净化相兼容的情况下得到了燃料消耗经济性的进一步改善。

对于发动机5，排气管17中从排气孔55的出口延伸到催化剂箱18的入口的区域在流动通道面积上基本不变。由于在催化剂箱18的上游没有任何增大部分或收缩部分，所以可以抑制喷射循环A中排放的排气和非喷射循环B中排放的空气的混合。因此，可以更可靠地实现上述效果。

将参考图8至12描述另一个优选实施例。如图8所示，根据本优选实施例的发动机5包括将空气引导到喷射器14的喷射口的空气供应通道80。为简明起见，将省略图8至10中与先前参考图2至5所标识和说明的元件相同的元件的标识和说明。

如图9所示，第一节气门13A和定位在第一节气门13A下游的第二节气门13B布置在发动机5的节气门体16中。如图10所示，第一节气门13A和第二节气门13B连接到ECU 70并由ECU 70控制。第一节气门13A的打开和关闭在从预定的低负载区到预定的高负载区的较宽操作范围上受控制。另一方面，第二节气门13B在低负载区中被置于完全关闭状态，且它的打开和关闭在高负载区中受控制。

如图9和11所示，空气供应通道80的上游侧开口80a位于节气门体16的第一节气门13A和第二节气门13B之间。空气供应通道80的下游端布置在喷射器14的喷射口14a附近。而且在本优选实施例中，喷射器14优选地布置在进气口52附近以向进气口52喷射燃料。

如图11和12所示，环形构件82绕喷射器14的喷射口14a设置。布置在环形构件82的外周侧上的环形连通通道14d与空气供应通道80连通。空气供应通道80的下游侧开口80b面对环形连通通道14d。环形构件82形成有在环形连通通道14d与喷射口14a之间提供连通的多个连通通道14e。连通通道14e布置在环形构件82的周向间隔处并相对于环形构件82径向延伸。

利用这种构造，空气供应通道80中的空气一次流动到环形连通通道14d中并接着通过连通通道14e供应到喷射口14a。供应到喷射口14a的空气撞上在与空气供应的方向垂直或基本垂直的方向上喷射的燃料。结果，所喷射的燃料通过空气形成微粒。空气供应的方向不一定要垂直于燃料喷射的方向，而例如可以在相对燃料喷射的方向倾斜的方向上供应空气。

在本优选实施例中，ECU 70在预定的减速运行时有选择地执行喷射循环和非喷射循环。在减速运行时，仅第一节气门13A打开而第二节气门13B关闭。但是，还可以在第一节气门13A和第二节气门13B两者都打开的状态下进行减速运行。

由于减速运行时有选择地进行喷射循环和非喷射循环，所以在本优选实施例中也可以产生上述效果。此外，由于空气供应通道80布置为将空气引导到喷射器14的喷射口14a，所以在本优选实施例中也可以使所喷射的燃料成为微粒。虽然喷射器14布置在进气口52附近且在减速运行时进气量较小，但是在燃烧室44中燃料和空气可以被良好地互相混合。因此，可以使燃烧稳定。而且，可以以理论空燃比实现燃烧，从而能够有效地利用三元催化剂7。

本发明不限于上述优选实施例，而可以进行各种变化和修改而不偏离本发明的范围。现在公开的优选实施例因此在所有方面都应该被认为是解释性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而非前述说明来表示，且落在权利要求的等同方案的含义和范围内的所有改变都将包括在内。

Claims (7)

1.一种单缸发动机，包括：

发动机主体，所述发动机主体包括燃烧室、面向所述燃烧室的进气口和排气口、通过所述进气口与所述燃烧室连通的进气通道、以及通过所述排气口与所述燃烧室连通的排气通道；

打开和关闭所述进气口的进气门；

打开和关闭所述排气口的排气门；

向所述进气口喷射燃料并将燃料喷射到所述进气通道中的喷射器；

设置在所述排气通道中的三元催化剂；和

控制装置，所述控制装置进行减速运行以有选择地执行用于从所述喷射器喷射燃料的循环和用于禁止从所述喷射器喷射燃料的循环，从所述喷射器喷射的燃料的量使得所述燃烧室中的空燃比基本等于理论空燃比。

2.根据权利要求1所述的单缸发动机，其特征在于，所述喷射器包括喷射口，燃料通过所述喷射口喷射，且所述发动机主体包括空气供应通道，空气通过所述空气供应通道被引导到所述喷射口。

3.根据权利要求1所述的单缸发动机，其特征在于，所述排气通道包括容纳箱和导管，所述容纳箱容纳所述三元催化剂，来自所述燃烧室的气体通过所述导管被引导到所述容纳箱，且所述导管的流动通道面积基本不变。

4.根据权利要求1所述的单缸发动机，其特征在于，所述单缸发动机还包括设置在所述进气通道中的节气门，其中在所述节气门打开的状态下进行所述减速运行。

5.根据权利要求1所述的单缸发动机，其特征在于，所述喷射器布置在所述进气口附近。

6.一种单缸发动机，包括：

气缸体，燃烧室位于所述气缸体中；

气缸盖，所述气缸盖包括面向所述燃烧室的进气口和排气口，所述气缸盖接合到所述气缸体；

通过所述进气口与所述燃烧室连通的进气孔、以及通过所述排气口与所述燃烧室连通的排气孔；

连接到所述气缸盖并与所述排气口连通的排气管；

打开和关闭所述进气口的进气门；

打开和关闭所述排气口的排气门；

安装到所述气缸盖以向所述进气口喷射燃料的喷射器；

设置在所述排气管中的三元催化剂；和

控制装置，所述控制装置进行减速运行以有选择地执行用于从所述喷射器喷射燃料的循环和用于禁止从所述喷射器喷射燃料的循环，从所述喷射器喷射的燃料的量使得所述燃烧室中的空燃比基本等于理论空燃比。

7.一种车辆，包括：

车体；

安装到所述车体的车轮；和

驱动所述车轮的单缸发动机，所述单缸发动机包括：

发动机主体，所述发动机主体包括燃烧室、面向所述燃烧室的进气口和排气口、通过所述进气口与所述燃烧室连通的进气通道、以及通过所述排气口与所述燃烧室连通的排气通道；

打开和关闭所述进气口的进气门；

打开和关闭所述排气口的排气门；

向所述进气口喷射燃料并将燃料喷射到所述进气通道中的喷射器；

设置在所述排气通道中的三元催化剂；和

控制装置，所述控制装置进行减速运行以有选择地执行用于从所述喷射器喷射燃料的循环和用于禁止从所述喷射器喷射燃料的循环，从所述喷射器喷射的燃料的量使得所述燃烧室中的空燃比基本等于理论空燃比。

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