CN1924317A - 缸内喷射式火花点火内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缸内喷射式火花点火内燃机，其使用火花塞(2)来点火燃烧由从燃料喷射阀喷射出并在气缸内飞行的同时与空气相混合的燃料所形成的空气燃料混合气流，所述火花塞具有第一电极(2a)和第二电极(2c)，第一电极(2a)形成于所述火花塞的中心轴线上，而第二电极(2c)具有基本上为L形的横截面，在第一电极和第二电极之间形成的火花隙在三个方向上开口，并且所述火花塞设置成使得所述空气燃料混合气流以流经所述开口中位于彼此相对的两个方向上的开口(22b、23b)的方式直接流过所述火花隙。

Description

缸内喷射式火花点火内燃机

技术领域

本发明涉及一种缸内喷射式火花点火内燃机。

背景技术

众所周知，分层燃烧通过使用压缩行程中喷射的燃料在气缸的仅仅部分区域中形成可燃的空气燃料混合气，并使用火花塞点火燃烧所述可燃的空气燃料混合气，从而能够进行整个气缸内的空燃比高于理论空燃比的燃烧。然而，在分层燃烧中在点火时火花塞的火花隙必须位于可燃的空气燃料混合气中。为此，有人提出利用在活塞顶部形成的腔而使喷射的燃料成角度以形成朝着火花塞的可燃的空气燃料混合气。然而，如果这样做，那么燃料喷射时间会受到活塞位置的限制。

为了可以不受该限制地设定燃料喷射时间，例如，日本实用新型公报HEI 4-107485公开了一种缸内喷射式火花点火内燃机，该内燃机从设置在气缸顶部大致中心位置处的燃料喷射阀喷射燃料，以将气缸内飞行的燃料与空气混合形成空气燃料混合气流，并使用火花塞点火燃烧该空气燃料混合气。

在此缸内喷射式火花点火内燃机中，火花塞的接地电极位于中心电极的燃料喷射阀侧。结果，空气燃料混合气流冲击接地电极但不直接冲击位于接地电极后的中心电极。以此方式，中心电极不会被空气燃料混合气流中的液态燃料弄湿，从而可避免点火不良。

在前述的缸内喷射式火花点火内燃机中，能够防止中心电极被液态燃料弄湿。然而，另一方面，不能确保空气燃料混合气流会接触接地电极和中心电极之间的火花隙，所以可能在对空气燃料混合气流的点火中存在问题。

发明内容

因此本发明提供一种缸内喷射式火花点火内燃机，其能够通过使用火花塞更可靠地点火燃烧由燃料喷射阀喷射至气缸内的燃料在气缸内飞行的同时与空气混合而形成的空气燃料混合气流，从而实现优良的分层燃烧。

根据本发明一方面的缸内喷射式火花点火内燃机设有：将燃料直接喷射到气缸内的燃料喷射阀、以及火花塞。所述缸内喷射式火花点火内燃机使用所述火花塞来点火燃烧由从所述燃料喷射阀喷射出并在气缸内飞行的同时与空气相混合的燃料所形成的空气燃料混合气流。所述火花塞具有第一电极和第二电极。第二电极具有基本上为L形的横截面。第一电极和第二电极之间形成的火花隙在三个方向上具有开口，并且所述火花塞设置成使得：所述空气燃料混合气流以流经所述开口中彼此相对的两个方向上的开口的方式通过所述火花隙。

根据前述的缸内喷射式火花点火内燃机，火花塞的火花隙形成于第一电极和第二电极之间且在三个方向上具有开口，并且所述火花塞设置成使得：由从所述燃料喷射阀喷射出、并在气缸内飞行的同时与空气相混合的燃料所形成的所述空气燃料混合气流，以流经所述开口中彼此相对的两个方向上的开口的方式流过所述火花隙。结果，可以实现良好的分层燃烧，因为流过火花隙的空气燃料混合气流可由火花塞可靠地点火燃烧，而不是垂直地撞击火花塞的第二电极且被阻碍而不能通过所述火花隙。

因为燃料已经与吸入的空气混合，所以通过火花隙的空气燃料混合气流中的液态燃料的比率低，所以第一电极不会被弄湿到足以导致点火不良。另外，火花隙上产生的电弧与所述空气燃料混合气流一起延伸到下游，所以已经通过火花隙的空气燃料混合气流也能够同时被点燃。以此方式在宽的范围内点燃所述空气燃料混合气流进一步提高了所述空气燃料混合气流的可燃性。如果火花塞设置成使得空气燃料混合气流通过另一开口而不是所述两个相对的开口进入火花隙，那么在火花隙内产生的电弧将被第二电极阻挡而不能延伸到下游。结果，空气燃料混合气流的可燃性将不能象上述方式那样得以提高。

所述燃料喷射阀可以设置在所述气缸顶部的大致中心处，并基本上以放射状沿向下的角度向多个方向喷射燃料，并且所述火花塞可以设置成使得由以所述多个方向中的一个方向喷射出并在气缸内飞行的同时与空气混合的燃料所形成的空气燃料混合气流以流经所述开口中的彼此相对的两个方向上的开口的方式流过所述火花隙。

相应地，由在喷射时间前半段内在所述多个方向上喷射的燃料形成的所述空气燃料混合气流在活塞顶部附近以环形的形式连接成为几乎不含有液态燃料的空气燃料混合气，因为所述燃料在点火时间逐渐与吸入的空气混合。由喷射时间后半段内在一个方向上喷射的燃料所形成的空气燃料混合气流流过火花隙并且在点火时使电弧向下游延伸。结果，空气燃料混合气流在大的范围内被可靠地点火燃烧。所述以环形连接的空气燃料混合气也由该火焰可靠地燃烧，所以能够实现良好的分层燃烧。

另外，所述火花塞可以设置成使得所述空气燃料混合气流的外周部直接通过所述火花隙。

根据本发明另一方面的一种缸内喷射式火花点火内燃机设有：将燃料直接喷射到气缸内的燃料喷射阀、以及火花塞。所述内燃机使用所述火花塞来点火燃烧由从所述燃料喷射阀喷射出、并在气缸内飞行的同时与空气混合的燃料所形成的空气燃料混合气流。所述火花塞具有第一电极和第二电极。第二电极具有基本上为L形的横截面。在第一电极和第二电极之间形成有火花隙，并且所述火花塞设置成使得所述空气燃料混合气流直接流过所述火花隙。

附图说明

通过参照附图对优选实施方式进行的下述描述，本发明的前述和其它目的、特征和优点将变得明晰，在所述附图中以类似的标号表示类似的元件，并且在所述附图中：

图1是示出根据本发明示例实施例的缸内喷射式火花点火内燃机的结构形式的纵向截面图；

图2是从图1中的缸内喷射式火花点火内燃机的活塞侧观察到的气缸盖的仰视图；

图3是图1中火花塞附近区域的放大视图；

图4是图3中火花塞的侧视图；

图5是图2中火花塞附近区域的放大视图；

图6是现有技术中火花塞附近区域的放大视图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明一示例实施例的缸内喷射式火花点火内燃机的结构形式的纵向截面图。图2是从图1中缸内喷射式火花点火内燃机的活塞侧观察到的气缸盖的仰视图。现在将参照图1和图2描述根据此示例实施例的缸内喷射式火花点火内燃机的结构。该内燃机带有燃料喷射阀1、火花塞2、一对进气门3、一对排气门4、以及活塞5。燃料喷射阀1大致设置在气缸顶部的中心，用于将燃料直接喷射至气缸内。火花塞2设置在燃料喷射阀1附近。在此示例实施例中，排气门4小于进气门3，且火花塞2设置在所述两个排气门4之间。

当从活塞5上方观察时，燃料喷射阀1大致以放射状沿向下的角度向多个方向喷射燃料。在此示例实施例中，燃料喷射阀1向六个方向喷射燃料。图3是图1中靠近火花塞区域的放大视图，而图4是图3中火花塞的侧视图。如图3和图4中所示，在火花塞2的末端设置有位于中心轴线上的中心电极2a和另一电极2c，在电极2a和电极2c之间形成火花隙2b。典型地，所述另一电极是接地电极，但是所述中心电极也可以是接地电极。如图4所示，所述另一电极具有基本上为L形的横截面，具有与火花塞2的中心轴线基本上平行的平行部分21c和与火花塞2的中心轴线基本上垂直的垂直部分22c。

以此方式，火花塞2的火花隙2b在两个方向上由所述另一电极2c的平行部分21c和垂直部分22c封闭，而在三个方向上开口。在这三个开口中，一个是前开口21b，该前开口21b垂直于另一电极2c的平行部分21c。剩余的两个开口是侧面开口22b和23b，该侧面开口22b和23b平行于另一电极2c的平行部分21c且彼此反向。

燃料喷射阀1具有多个带圆形截面的孔，从而向多个方向喷射柱形的燃料流。从燃料喷射阀1以柱形流的状态喷射出的燃料在与在气缸内飞行的空气混合的同时由于与空气之间的摩擦而汽化，从而形成如图1和图2所示以锥形膨胀的空气燃料混合气流。在分层燃烧的过程中，燃料在压缩行程的后半段喷射。在燃料喷射时间的前半段喷射的燃料与空气充分混合并汽化而在点火时形成空气燃料混合气。如图1和图2所示，该空气燃料混合气与以类似方式形成并与该空气燃料混合气邻近的其它喷射燃料的空气燃料混合气相连接，从而在所述活塞的顶表面附近形成环形的空气燃料混合气。

同时，在各个喷射方向上，在喷射时间后半段喷射的燃料与所述环形的空气燃料混合气连接成为空气燃料混合气流，该空气燃料混合气流在紧接着燃料喷射完成之后的点火时以锥形膨胀。从而，如果其中一个以锥形膨胀的所述空气燃料混合气流由火花塞2点燃并燃烧，那么火焰将传播到所述环形空气燃料混合气。另外，其它以锥形膨胀的空气燃料混合气流沿燃烧着的环形空气燃料混合气的内部方向而逐渐燃烧，所以所有的喷射燃料能够可靠地燃烧。结果，在整个气缸内可以良好地实现高于理论空燃比的分层燃烧。

在此示例实施例中，用于可靠地点火燃烧与空气混合的同时以锥形膨胀的空气燃料混合气流之一的火花塞的结构在图3和图5中示出，其中图5是图2中靠近火花塞区域的放大视图。火花塞2设置成使得：由在气缸内飞行时与空气混合的燃料所形成的空气燃料混合气流以流经火花塞2的火花隙2b的三个开口中的两个相对的侧面开口22b和23b的方式流过火花隙2b。也就是说，火花塞2设置成使得：火花塞2的另一电极2c的平行部分21c和垂直部分22c都基本上平行于流过火花隙2b的部分空气燃料混合气流。在此示例实施例中，因为空气燃料混合气流是锥形的，所以火花塞2的另一电极2c的平行部分21c和垂直部分22c不与箭头所示的燃料喷射方向平行，而是稍微成一角度。

如果火花塞2设置成使得火花塞2的另一电极2c的平行部分21c朝向所述空气燃料混合气流，如图6所示，那么所述空气燃料混合气流将垂直地冲击火花塞2的另一电极2c的平行部分21c并被分开。其结果是，如图6所示，所述空气燃料混合气流将不可通过位于平行部分21c之后的火花隙2b。在此情况下，即使在点火隙内产生电弧，所述空气燃料混合气流也可能难以点燃。

另一方面，在此示例实施例中，因为如图3和图5所示，所述空气燃料混合气可靠地通过所述火花塞的火花隙2b，所以，所述空气燃料混合气流能够由所述火花隙内产生的电弧可靠地点燃并燃烧。因为流过火花隙2b的所述空气燃料混合气由在气缸内飞行时已经与空气混合的燃料形成，所以其不含有足够的液态燃料来使中心电极2a湿得足以导致点火不良。

另外，如图3所示，在火花隙2b中产生的电弧III与空气燃料混合气流一起朝下游侧延伸。结果，已经流过火花隙2b的空气燃料混合气流也能够同时被点燃。以此方式在宽的范围内对空气燃料气流进行点火进一步改善了空气燃料混合气流的可燃性。如果火花塞2设置成使得所述空气燃料混合气流通过前开口21b进入火花隙2b(即设置成面向与图6中示出的方向相反的方向(即与该位置对称))，那么在火花隙2b中产生的电弧将被另一电极2c阻挡，使得电弧难以延伸到下游侧。结果，所述空气燃料混合气流的可燃性将不能象上述示例实施例一样得以改善。

以此方式，所述示例实施例使得：在喷射时间的前半段内沿多个方向喷射的燃料在压缩行程最后阶段的点火时在活塞顶部表面的附近连接成环形的空气燃料混合气。在此示例实施例中，在喷射时间的后半段沿多个方向喷射的燃料所形成的空气燃料混合气流中的其中一个通过火花隙2b。此空气燃料混合气流导致电弧III延伸至下游侧。通过可靠地点火燃烧此空气燃料混合气流，所述连接为环形的空气燃料混合气也由该火焰可靠地燃烧，从而得以实现良好的分层燃烧。

在此示例实施例中，火花塞2设置成使得以锥形膨胀的空气燃料混合气流的外周部流过火花塞2的火花隙2b。锥形空气燃料混合气流的外周部由在汽化的同时已从中心部分向外侧扩散的燃料形成。火花塞2的前述设置方式降低了当所述空气燃料混合气流流过火花隙2b时中心电极2a被液态燃料弄湿的可能性。当然，在一定程度上增大燃料喷射阀1至火花塞2的距离会使所述空气燃料混合气流具有较低的液态燃料比率，其原因在于，锥形空气燃料混合气流的中心部分有机会与空气充分地混合。在此情况下，所述锥形空气燃料混合气流的中心部分也会通过火花塞2的火花隙2b。在此情况下，火花塞2的另一电极2c的平行部分21c和垂直部分22c基本上平行于燃料喷射方向。

在此示例实施例中，燃料喷射阀1在六个方向上喷射燃料，但是本发明当然不限于此。也就是说，从燃料喷射阀1喷射燃料的方向的个数是任意的并且能够适当地设定。例如，本发明还可以应用于燃料仅仅以一个方向从燃料喷射阀1喷射的情况。另外，尽管在所述示例实施例中燃料喷射阀1以柱形流的形式喷射燃料，但是，也可以平面扇形流或锥形流喷射燃料。在任一情况下，火花塞2仅仅需要这样设置：使得由从所述燃料喷射阀喷射并在气缸内飞行的同时与空气混合的燃料形成的空气燃料混合气流以流经相对的侧面开口22b和23b的方式而流过火花塞2的火花隙2b。此时，通过流经侧面开口22b和23b而流过火花隙2b的空气燃料混合气流不是必须与火花塞2的另一电极2c的平行部分21c和垂直部分22c平行地通过火花隙2b。因为由在喷射时间后半段喷射的燃料所形成的空气燃料混合气流被由于空气燃料混合气流流过火花隙2b而延伸至下游侧的电弧可靠地点火，所以所有的喷射燃料，包括在喷射时间前半段喷射的燃料所形成的空气燃料混合气，可以良好地燃烧。

尽管参考示例实施例对本发明进行了说明，但是可以理解本发明不限于所述示例实施例或构造。与之相反，本发明意在覆盖各种改进和等同结构。另外，尽管以各种组合和构造示出了示例实施例的各种元件，但是所述组合和构造是示例性的，包含更多、更少或仅仅单个元件的其它的组合和构造也落在本发明的主旨和范围之内。

Claims (5)

1.一种缸内喷射式火花点火内燃机，其设有燃料喷射阀(1)和火花塞(2)，该燃料喷射阀(1)将燃料直接喷射到气缸内，所述缸内喷射式火花点火内燃机使用所述火花塞来点火燃烧空气燃料混合气流，该空气燃料混合气流由从所述燃料喷射阀喷射出、并在气缸内飞行的同时与空气相混合的燃料所形成，其特征在于，

所述火花塞具有第一电极(2a)和第二电极(2c)，第二电极(2c)具有基本上为L形的横截面；

位于所述第一电极和所述第二电极之间的火花隙(2b)在三个方向上具有开口(21b、22b、23b)；以及

所述火花塞设置成使得所述空气燃料混合气流以流经所述开口中的彼此相对的两个方向上的开口(22b、23b)的方式而流过所述火花隙。

2.如权利要求1所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特征在于，所述燃料喷射阀设置在所述气缸顶部的大致中心处，并基本上以放射状沿向下的角度向多个方向喷射燃料，并且所述火花塞设置成使得由沿所述多个方向中的一个方向喷射出并在所述气缸内飞行的同时与空气相混合的燃料所形成的空气燃料混合气流以流经所述开口中的彼此相对的两个方向上的所述开口的方式流过所述火花隙。

3.一种缸内喷射式火花点火内燃机，其设有燃料喷射阀(1)和火花塞(2)，该燃料喷射阀(1)将燃料直接喷射到气缸内，所述缸内喷射式火花点火内燃机使用所述火花塞来点火燃烧空气燃料混合气流，该空气燃料混合气流由从所述燃料喷射阀喷射出、并在气缸内飞行的同时与空气相混合的燃料所形成，其特征在于，

所述火花塞具有第一电极(2a)和第二电极(2c)，该第二电极(2c)具有基本上为L形的横截面；

在该第一电极和该第二电极之间形成有火花隙(2b)；以及

所述火花塞设置成使得所述空气燃料混合气流直接流经所述火花隙。

4.如权利要求3所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特征在于，所述燃料喷射阀设置在所述气缸顶部的大致中心处，并基本上以放射状沿向下的角度向多个方向喷射燃料，并且所述火花塞设置成使得由沿所述多个方向中的一个方向喷射出、并在所述气缸内飞行的同时与空气相混合的燃料所形成的空气燃料混合气流直接流过所述火花隙。

5.如权利要求1-4中任一项所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特征在于，所述火花塞设置成使得所述空气燃料混合气流的外周部直接流过所述火花隙。

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