CN1985084B - 用于内燃机的燃烧室 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的燃烧室包括封闭端气缸，该气缸具有轴线。活塞在气缸中往复运行并且包括通常平的边缘，该边缘具有围绕凹槽碗状物的内缘，燃料主要喷射入其中，该碗状物具有平台和环绕侧，该环绕侧由与平台成切线连接和延伸到边缘的内缘上的弧形表面形成。火花塞具有通过火花塞间隙的中心线并且偏移到气缸轴线的一侧，其中火花塞间隙延伸入朝向轴线的燃烧室中。燃料喷射器偏移到轴线的相对侧，其中喷嘴目的在于引导通常圆锥形的燃料喷雾到活塞碗状物中，其中燃料喷雾的一部分邻近火花塞间隙通过。不同的尺寸特征被公开。

Description

用于内燃机的燃烧室
技术领域
本发明涉及汽油直喷控制自动点火发动机的燃烧室以及运行方法。
背景技术
为了提高汽油内燃机的热效率，利用空气或者再循环排气的稀释燃烧已知可用来产生增加的热效率和低的NOx排放。然而，发动机采用稀释的混合物运行会存在限制，因为由缓慢燃烧会导致失火和燃烧不稳定。延长稀释限制的已知方法包括1)通过提高点火和燃料准备来改善混合物的可燃性，2)通过引入进气运动和涡流来增加火焰速度，和3)在可控的自动点火燃烧的情况下运行发动机。
该可控的自动点火过程有时称为均质的进气压燃(HCCI)过程。在此过程中，已燃烧的气体，空气和燃料的混合物产生，并且在压缩期间，自动点火会通常在混合物之中的许多点火位置同时开始，导致非常稳定的功率输出和高的热效率。燃烧在整个充气中得到高度稀释并且均匀分布，从而使得燃烧后气体的温度以及由此产生的NOx排放大体上低于基于传播火焰的点燃式发动机和基于附加扩散火焰的柴油机中的温度和NOx排放。在火花塞点火发动机和柴油机两者中，在混合物中燃烧后的气体温度非常不均匀，其中具有非常高的局部温度，从而产生高的NOx排放。
在可控自动点火燃烧情况下运行的发动机已经成功地在采用传统压缩比的两冲程汽油机中示出。相信在二冲程发动机燃烧室内从先前循环中剩余了大部分的燃烧后气体，也就是，该剩余量会造成高的混合气温度，而高的混合气温度是在高度稀释的混合物中促进自动点火所必需的。
在具有传统的阀装置的四冲程发动机中，剩余量较低并且在部分负荷时可控的自动点火难以实现。在低的或者部分负荷时引起可控的自动点火方法包括：1)进气加热，2)可变压缩比，和3)混合汽油与点火促进剂以产生比汽油更容易点燃的混合物。在所有的上述方法中，能够实现可控的自动点火燃烧的发动机转速和负荷的范围相对较窄。
在可控的自动点火燃烧情况下运行的发动机已经在采用具有非常规阀装置的可变阀促动的四冲程汽油机中示出。下面的两个说明包括阀策略，其中从先前燃烧循环中留下了大部分的剩余燃烧产物，从而在高稀释混合物中提供用于自动点火的所需的条件。采用传统的压缩比并且能够实现可控的自动点火燃烧的发动机转速和负荷的范围很大程度地扩大。
在一种情况下，描述一种四冲程内燃机以通过控制燃烧室的进气和排气阀的运动来提供自动点火，从而确保燃料/气体充气与燃烧后的气体混合来产生适于自动点火的条件。所述的发动机具有机械凸轮致动的排气阀，其在排气冲程中比正常的四冲程发动机关闭更早，以捕获用于随后与燃料和空气混合物进气混合的燃烧后的气体。
描述了运行四冲程内燃机的另一个方法，其中燃烧至少部分通过自动点火过程来实现。燃料/空气充气和燃烧后的气体的流量通过液压控制阀进行调整，以便在燃烧室中产生适合于自动点火操作的情况。
使用的阀装置包括控制入口通道进入到燃烧室中的燃料/空气混合物流量和控制从燃烧室到排气通道排出的燃烧后气体的排气阀。排气阀在膨胀冲程中的下止点之前的大约10至15度处开口(EVO)，并且在上止点前的90度到45度范围内的排气冲程期间关闭(EVC)。进气阀在四冲程循环中的打开时刻(IVO)比在进气冲程期间，上止点之后45至90度范围内常规四冲程发动机的常规打开时刻更迟。
提前的排气阀关闭和迟的进气阀打开提供了负压阀重叠时间(EVC-IVO)，其中排气和进气阀两者都关闭用于捕获燃烧后的气体，该燃烧后的气体随后在进气冲程期间与引入的燃料/充气混合，并且因此促进自动点火过程。然后进气阀在压缩冲程中的下止点之后大致30度被关闭(IVC)。这通常被称为排气再压缩阀策略。
在另一个情况下，描述了运行四冲程内燃机的方法，至少部分通过自动点火过程来实现燃烧。燃料/空气充气流和燃烧后的气体通过液压控制阀装置进行调整，以便于在燃烧室中产生适合于自动点火运行的条件。使用的阀装置包括控制燃料空气混合物从入口通道流入燃烧室的进气阀，和控制从燃烧室流入排气通道的排出的燃烧后气体的排气阀。
在同一个四冲程循环期间，用于两个单独的周期打开排气阀。第一周期允许燃烧后的气体从燃烧室中排出。第二周期允许先前从燃烧室中排出的燃烧后的气体返回到燃烧室中。在每个四冲程循环期间，两次打开排气阀产生了用于在燃烧室中自动点火的必要条件。这通常被称为排气通气阀策略。
在又一个所述运行直喷汽油四冲程内燃机的方法中，通过自动点火过程至少部分实现燃烧。空气和燃烧气体的流动通过液压控制阀装置进行调整。燃料通过汽油喷射器直接输入到燃烧室中。在单个发动机循环中，在进气冲程或者随后的压缩冲程期间，汽油喷射器用于喷射燃料。
在单个发动机循环期间，采用或者排气再压缩或者再通气阀策略与具有多个喷射能力的汽油直接喷射器相结合，我们或者其他人已经证明采用传统的压缩比并且能够实现可控的自动点火燃烧的发动机速度和负荷范围得到了很大程度的扩大。
通过多个测试来比较性能和排放，具有混合阀策略的进一步燃料经济性改善的可能性变得清楚，该混合阀策略在通过发动机负荷范围内与排气再通气和再压缩策略一起相结合。在一种情况下，在此描述了一个策略，其假定或者充分柔性阀致动(FFVA)或者具有凸轮相位系统的更简单的机械三级的使用。特别是，在约200kPa的净平均有效压力(NMEP)的发动机负荷下，推荐采用排气再压缩策略的可控自动点火燃烧。在200kPa NMEP之上和450kPa NMEP之下，推荐采用排气再通气策略的可控自动点火燃烧。在450kPa的NMEP之上和600kPa的NMEP之下，推荐凭借可变气门正时系统并采用非节气门负荷控制的火花点火燃烧。在600kPa的NMEP之上，推荐具有传统的节气门运行的火花点火燃烧。
具有或者单个或者混合阀策略，可控自动点火内燃机的稳态特性相对于喷射器类型，喷射器顶端位置和在某种程度上的火花塞点火相当不敏感。然而，证明在具有可控自动点火燃烧情况下，即使具有FFVA和火花塞点火情况下，难以冷起动发动机，而不特别注意包括活塞的燃烧室设计的详细结构。
而且，在实验上确认自动点火燃烧相位的控制是困难的，特别在轻负荷和怠速下，由于自动点火过程受到燃料空气混合物的温度时间关系和化学动力学的强有力影响.进气或者气缸壁温度的小型破坏能够导致在低发动机负荷下发动机失火.为了在轻负荷和怠速下确保发动机运行而不会失火，过度主动的阀策略已经被使用.这导致在具有可控自动点火内燃机的情况下增加泵送损失和降低燃料经济性.因此，需要在轻负荷和怠速情况下的一种方法，以用于防止失火，增强的燃烧相位控制和同时减少泵送损失.
发明内容
本发明提供了包括活塞的燃烧室，用于汽油直喷控制自动点火内燃机。本发明的优点包括：1)在轻负荷和怠速时以及在过渡运行期间增强的燃烧相位控制，和2)通过采用更少的主动阀策略，在轻负荷和怠速和不失火的情况下更好的发动机性能，由此导致更低的泵送损失。
该结构采用中央设置的燃料喷射器，策略性地设置火花塞间隙和活塞碗状物。在单个发动机循环与混合阀策略结合使用具有多个喷射性能的汽油直接喷射器。在进气行程的早期部分，第一喷射过程输送总喷射燃料的10-30％到燃烧室中，同时在压缩行程的后期部分期间，第二喷射过程输送剩余的燃料。每个喷射过程的喷射正时和燃料分开的比例被电子控制。朝向火花塞的喷射被设定目标，火花塞被电子控制以用于最佳的点火正时。本发明已经示出了在轻负荷和怠速时有效控制燃烧相位，并且允许采用传统压缩比的可控自动点火汽油直接喷射发动机的冷起动。
由于排气再压缩阀策略是优选的阀策略，选择用于在轻负荷和怠速时的发动机运行，本发明集中在采用排气再压缩阀策略的应用，从而使得从冷起动到低负荷或者怠速负荷的过渡在具有简单凸轮相位器的情况下直接向前，并且在喷射策略中发生改变。
在示例的实施例中；燃烧室包括具有形成在其中的进气口和排气口的封闭端的气缸。阀部件设置在端口中，用于控制空气和燃烧产物流入和流出燃烧室。具有喷嘴的汽油燃料喷射器和具有火花间隙的火花塞点火源与燃烧室连通。气缸具有轴线并且被设置以接收从燃料喷射器直接喷射的空气和燃料。
活塞被安装以用于在气缸中往复运动。活塞包括具有内缘的通常平坦的边缘，该内缘围绕凹槽碗状物，燃料主要喷射到该凹槽碗状物中。该碗状物具有平台和环绕侧面，该侧面通过成切线连接平台和延伸到边缘的内缘上的弯曲表面形成。火花塞具有通过火花间隙的中心线并且偏移到气缸轴线的一侧上，其中火花间隙朝向该轴线延伸入燃烧室中。喷射器偏移至轴线的相对侧上，其中喷嘴的目的在于向活塞碗状物中喷射通常圆锥形的燃料喷雾，其中燃料喷雾的一部分接近火花间隙通过。火花塞中心线与碗状物侧面弯曲表面向内间隔的最短距离在6到10毫米的范围内。
本发明的这些和其它的特征和优点将结合附图从本发明特定具体实施例的以下描述中得到更加充分的理解。
附图说明
图1是根据本发明的具有燃烧系统的单缸直喷汽油四冲程内燃机示例的实施例简图；
图2类似于图1并且示出了燃烧室关系的放大视图；
图2A类似于图2，除了改变空间的选择；
图3和4是分别配合90和60度喷雾锥角的活塞碗状物/喷射器的示意图；
图5是使用来获得报告的试验结果的曲柄转角函数的进气及排气阀升程曲线的简图；
图6是曲柄转角关系的曲线图，其中燃料充量被10％燃烧(点火正时)和50％燃烧(燃烧阶段)，用于没有火花塞点火的可控的自动点火燃烧，采用90度喷射角的多控喷射器；
图7是类似于图6的曲线图，但是用于具有火花塞点火的可控的自动点火燃烧；
图8示出了具有80度旋流式喷嘴的最高压力的位置(LPP)对点火和喷射正时的二维等值线图(顶视图)和三维图(透视图)；
图9示出了具有60和90度多孔喷射器的最高压力的位置(LPP)对点火和喷射正时的二维等值线图(顶视图)；和
图10示出了在具有火花塞点火的冷起动期间测量的净平均有效压力(NMEP)相对于循环数量。
具体实施方式
现在详细参见附图，附图标记10同时表示根据本发明的单缸直喷射汽油四冲程内燃机的第一实施例，不过应该理解本发明同样可应用于多缸直喷式汽油四冲程内燃机。
参见图1，活塞12在封闭端气缸14中是可移动的，并且与气缸14一起定义了可变容量的燃烧室16。进气通道或者端口18供给空气到燃烧室16中。流入燃烧室16的空气流由进气阀20控制。燃烧后(燃烧过)的气体能够从燃烧室16通过排气通道或者端口22流动，并且通过排气通道22的燃烧后气体的流动通过排气阀24进行控制。
发动机10具有电子液压可控气门组25，该气门组25包括阀20，24和电子控制器26，该电子控制器26是可编程序的并且液压的控制进气阀20和排气阀24两者的打开和关闭。电子控制器26控制进气阀20和排气阀24的移动，通过参考(反馈)由两个位置传感器28和30测量的进气和排气阀20和24的位置。控制器26还注意在气缸中活塞12的位置，其可由转动传感器32控制，其连接内燃机10的曲轴34上。
曲轴34通过连杆36连接到活塞12上，其在气缸14中往复运动。由电子控制器26控制的汽油直喷式喷射器38可操作地用于直接喷射到燃烧室16中。火花塞点火源，例如火花塞40，还通过电子控制器26进行控制并且根据本发明用来增强发动机的点火正时控制。
现在参见图2，与发动机燃烧室相关的一些附加特征在确定在此公开的示例的实施例设计中具有重要性。气缸14具有延伸通过燃烧室16的轴56。
而且，燃料喷射器38具有设置在燃烧室16中气缸14封闭端处的喷嘴58，并且稍微偏向气缸轴56的一侧60。喷嘴58形成以喷射器中心线63为中心的通常圆锥形燃料喷雾62，燃料喷雾62可通过旋涡喷嘴，或者通过在顶端的多个喷口形成，所述喷口能够喷射以圆锥形型式设置的分离燃料流。火花塞40具有沿着中心电极延伸的中心线64。在中心线64上的火花间隙66从封闭气缸端突出入燃烧室中并且从与喷射器喷头相反的侧68上的气缸轴线稍微偏移。
活塞12包括通常平的边缘70，其具有围绕凹槽碗状物74的内缘72，燃料主要喷射入该凹槽碗状物74中.该碗状物具有平台76和环绕侧面78，该侧面78主要通过成切线连接平台76和延伸到边缘的内缘72上的弧形或者弯曲表面80形成.
继续参见图2，燃烧室结构修改成能够用以容纳发动机组件，因为喷射器和火花塞两者的中心线63，64可如图所示为倾斜的。由于规定喷射器和火花塞倾斜角，在火花塞间隙66的突出部42和喷射雾锥62角度44之间的唯一关系能够确定。例如，90度的喷雾锥角将与火花隙66交叉，如果使用具有9毫米突出部42的火花塞40(图3)。然后，在喷射器喷头58和火花间隙66之间的距离46(图2)被确定。60度的喷雾锥角会在低侧如所期望的那样错过相同的火花塞间隙66(图4)。该类型的火花塞点火过程有时称为喷射导向点火。
另一个点火类型过程，称为壁控点火，其使用在多个产物的汽油直喷式发动机中，该发动机的燃烧室类似于在美国专利6,494,178中所描述的，该专利转让给本发明的受让人。这些组件包括设计用于汽油直喷式发动机的活塞碗状物，该发动机具有输送表面，其从碗状物体积中引导燃料空气充量朝向火花塞间隙。在美国专利6,494,178中描述的多个结构特征结合入本发明中。这些包括活塞碗状物角半径48和在火花塞接地电极和活塞碗状物表面之间的距离50。然后，活塞碗状物直径52和它的深度54基于压缩比的需求进行确定。
图2A稍微修改了在图2中所示的相同装置的外观。对应于图2A的特征的图2的附图标记如下：
58-喷射器顶端；
40-火花塞；
42-火花塞突出部；
44-喷雾锥角；
46-喷射器顶端到火花塞间隙的距离；
48-碗状物角半径(弧形的表面)；
50-从接地电极到碗状物的距离(图2)；
51-从火花塞的中心线到碗状物侧面的距离(弯曲表面-图2A)；
52-碗状物直径；
54-碗状物深度。
测验结果已经表明可控的自动点火燃烧的运行范围由碗状物直径52和喷雾锥角44所影响。特别地，用实验方法已经证明允许的喷射正时最提前端对于90度喷雾锥角喷射器为大约40度BTDC，对于60度喷雾锥角喷射器为大约60度BTDC。这是因为在指示曲柄转角位置喷雾开始排出活塞碗状物(图3和4)。进一步的喷射正时的提前能够导致增加的尾气排放和减少的燃料经济性。
图5示出了根据本发明，用于在冷起动和低负荷运行期间具有充分柔性阀门致动(FFVA)系统的可控的自动点火内燃机，进气阀20和排气阀24的升程曲线。如测试的，进气阀20和排气阀24是电子液压致动，但是它们能够机械致动，或者利用电磁力电力致动。
在图5中，排气阀24打开在膨胀冲程中下止点之前的大约30度处(在简图中是150度ATDC)，并且在排气冲程中上止点前大约90度处关闭(在简图中是270度ATDC).进气阀20在发动机循环中比正常点燃式发动机更迟打开，在进气冲程中上止点后大约90度(在简图中是450度ATDC)并且在压缩冲程中下止点后大约30度处关闭(在简图中是570度ATDC).
较早的排气阀关闭和较晚的进气阀打开提供大约180度的负压阀重叠时间(在排气冲程的后半部分和进气冲程的上半部分期间)，其中排气阀和进气阀两者都关闭。这样在气缸中捕捉了大部分排气，这些大部分排气在进气阀打开时与在进气冲程期间引入的燃料/空气充量相混合。与新鲜充气混合的热气大大增加了充气的温度，并且从而促进自动点火过程。
图6和7示出了在发动机中火花塞点火在燃烧上的影响。发动机运行情况对应于135kPa的NMEP的发动机负荷和1000转/分的速度，利用分开燃料喷射，具有在进气冲程之前的(喷射末端(EOI)1＝380度BTDC燃烧)1毫克和在迟压缩冲程(EOI 2＝50度BTDC)期间的5毫克。
图6是燃烧燃料的50％质量部分(CA50)相关于燃烧燃料的10％质量部分(CA10)的图表，其根据单独的循环放热分析进行确定。对于在图6中示出的数据，发动机运行在没有引火辅助并且是完全的HCCI。在CA50和CA10燃烧位置之间存在一对一的关系。在该图中的线是配合穿过该数据的多项式曲线。在此运行情况下，存在点火正时中的7度的曲柄转角伸展，其导致在CA50中相同的扩展。所有在燃烧阶段的变化能够返回相关于在点火正时的变化。
对于在图7中显示的数据，发动机运行在相同的情况，但是点火被开启。这些数据被分层两个不同的群：一个由具有完全的HCCI燃烧的这些循环组成和另一个具有火花辅助自动点火。对于这些火花具有影响的循环，CA10正时从完全的HCCI循环提前平均10度。对于火花辅助组，在CA10和CA50设置之间没有清楚的关系。相反的，燃烧阶段随机的分布在曲柄转角的狭窄窗口中。
另一个有益的特征在于对于火花辅助HCCI的CA50设置如果相对于循环已经是完全的HCCI循环已经存在的设置延迟。由于火花能够相对于完全HCCI能够将点火相位提前，这意味着更少攻击性的再压缩阀正时能够用来获得相同的燃烧阶段。在再压缩中的减少导致泵送功的减少，泵送功导致改善的燃料效率。因此，引火辅助HCCI导致具有有效燃烧相位控制的能力，尤其在低负荷，同样由于在再压缩泵送工作中的减少导致燃料效率的改善。
图8示出了在采用80度的旋涡喷嘴情况下最高压力的地点(LPP)相对于点火和喷射正时的三维图(透视图)和二维图(顶视图)。发动机运行情况对应于135kPa的NMEP的发动机负荷和1000转/分的速度，利用分开燃料喷射，具有在较早的进气冲程期间(EOI_1＝359度BTDC)1毫克和在延迟压缩冲程(EOII_2)期间的5毫克。该测试通过记录最高压力的地点进行实施，其中在EOI_2喷油正时的固定值处的点火正时(提前)(SA)中的变化。具有完全的HCCI操作的LPP还采用在SA轴线上的无火花进行表示。
该结果清楚的示出其中LPP受到火花塞点火影响的两个清楚地区的存在。标记为喷射引导点火区域的区域示出了在SA和EOI_2之间的紧密关系，其类似于用于汽油直喷式发动机的喷射引导燃烧系统中的。标记为壁控点火区域的区域示出了在SA和EOI_2之间大约25-30的曲柄转角度数，其类似于用于汽油直接喷射式发动机的的壁控制燃烧系统中的。
类似的测试在图9所示的多孔喷射器中完成。发动机运行情况对应于135kPa的NMEP的发动机负荷和1000转/分的速度，利用分开燃料喷射，具有在进气冲程之前的(EOI 1＝380度BTDC燃烧)的1毫克和在迟压缩冲程(EOI 2)的期间的5毫克。该图示出了最高压力的地点(LPP)对点火和喷射正时的二维(顶视图)等值线图，其中具有60和90度的多孔喷射器。从附图中示出的数据清楚的知道60度的多孔喷射器产生喷雾引导和壁控点火区域两者，类似于80度旋流式喷嘴(图8)的那些。
喷雾引导点火地区比80度旋流式喷嘴不清楚，因为在燃料喷雾和在图4中所示的火花间隙之间轻微的不匹配。但是，对于90度的多孔喷射器而言，仅仅喷雾引导点火区域是可见的，因为当喷射正时的末端提前超过40度BTDC，由于喷雾脱离活塞碗状物(图3)可控自动点火燃烧显著地恶化。使用在该测试中的多孔喷射器所有具有8个孔，孔间距相等。实验证明发动机燃烧对喷射器旋转相当不敏感，并且因此根据本发明的喷雾到火花塞目标。
基于在图8和9中存在的记过，用于本发明的燃烧系统的最佳的喷雾锥角是在用于旋流式喷嘴的大约70-80度和用于多孔喷射器的60-70度。具有本发明，可控自动点火内燃机的冷起动在采用排气再压缩阀策略中进行显示。燃料喷射策略，具有包括在迟的排气冲程期间的2毫克燃料喷射和在迟的压缩冲程期间的9毫克的燃油喷射的分开燃料喷射，能够采用传统的压缩比在室温下起动发动机。发动机运行具有未受热的冷却剂和油。
图10示出了在发动机起动期间测量的NMEP(净的平均有效压力)相对于循环数的图。发动机运行情况对应于270kPa的NMEP的发动机负荷和1000转/分的速度，利用分开燃料喷射，其具有在进气冲程之前(EOI1＝400度BTDC)的2毫克和在延迟压缩冲程(EOI-2＝67度BTDC)期间的9毫克。从附图中可以清楚，一旦发动机起动，在一些发动机循环内可实现恒定的发动机负荷。而且，起动过程还在图10中显示的相当的重复，其中结果可呈现不同的时期。
作为一个旁注，在火花塞点火发动机和柴油机两者中，在混合物中燃烧后的气体温度非常不均匀，其中具有产生高NOx排放的非常高的局部温度。采用本发明，利用在延迟的压缩冲程期间具有第二喷射的分开喷射能够潜在的增加进气非均匀性和增加NOx排放。但是，采用本发明，我们具有足够宽的点火和喷射权力(见图8和9)，从而使得NOx排放能够通过点火正时，第二燃料喷射正时和燃料质量的简单的再优化进行控制。
当发明已经参见某些最优的实施例进行了描述，应当理解的是在所述的发明构思的精神和范围之内可以产生许多的变化。因此，本发明的意图不限于公开的实施例，通过下面权利要求的语言可允许具有充分的范围。

Claims (7)

1.一种用于内燃机的燃烧室，其包括：
在其中形成有进气口和排气口的封闭端的气缸，其中阀部件设置在所述进气口和排气口中，以用于控制空气和燃烧产物流入和流出燃烧室，具有喷嘴的汽油燃料喷射器和具有火花间隙的火花点火源，气缸具有轴线并且被设置以接收从燃料喷射器直接喷射的空气和燃料；和
活塞，其被安装以用于在气缸中的往复运动，活塞包括具有内缘的平坦的边缘，该内缘围绕凹槽碗状物，燃料主要喷射到该凹槽碗状物中，该碗状物具有平台和环绕侧面，该侧面通过成切线连接平台和延伸到边缘的内缘上的弯曲表面形成；
火花塞，其具有通过火花间隙的中心线并且偏移到气缸轴线的一侧上，其中火花间隙朝向该轴线延伸入燃烧室中；和
喷射器，其被偏移到轴线的相对侧上，其中喷嘴目的在于引导圆锥形的燃料喷雾到活塞碗状物中，其中燃料喷雾的一部分接近火花间隙通过；
其中火花塞中心线与碗状物侧面弯曲表面向内间隔的最短距离在6到10毫米的范围内。
2.如权利要求1所述的燃烧室，其包括：
所述弯曲表面具有在3到12毫米范围的半径。
3.如权利要求1所述的燃烧室，其包括：
所述活塞碗状物是环形并且碗状物的体积由燃烧室的预定的压缩比所确定。
4.如权利要求1所述的燃烧室，其包括：
所述喷嘴形成在50到90度范围内的喷雾锥形角。
5.如权利要求1所述的燃烧室，其包括：
所述火花间隙设置在距离喷射器顶端10到20毫米的范围。
6.如权利要求1所述的燃烧室，其包括：
所述火花间隙以3至9毫米的范围的尺寸延伸到燃烧室中。
7.如权利要求1所述的燃烧室，其包括：
阀部件是可控的，用于在从阀重叠正常量到负重叠的大量的范围内的可变正时。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7748481B2 (en) * 2006-04-12 2010-07-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Hybrid powertrain for homogeneous charge compression ignition engine operation
US7779679B2 (en) * 2008-04-14 2010-08-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel system diagnostics by analyzing cylinder pressure signal
GB2489484B (en) 2011-03-30 2015-12-16 Ilmor Engineering Ltd Cylinder head configuration for internal combustion engine
CN104595053A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 北汽福田汽车股份有限公司 发动机及具有该发动机的车辆
CN104131879B (zh) * 2014-08-01 2016-05-04 周华祥 一种燃烧室传热表面结构
CN105443189A (zh) * 2015-12-10 2016-03-30 闫宇明 一种新型节能环保汽油发动机
DE102017216995B4 (de) 2017-09-26 2023-04-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kolben für einen Verbrennungsmotor, Verfahren zur Herstellung eines Kolbens und Verbrennungsmotor
AT520847B1 (de) * 2018-01-23 2019-11-15 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer otto-brennkraftmaschine
JP7020227B2 (ja) 2018-03-23 2022-02-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
CN112648099B (zh) * 2019-10-11 2022-07-22 广州汽车集团股份有限公司 一种气缸盖总成及包括其的发动机
CN111486019B (zh) * 2020-06-28 2020-11-20 潍柴动力股份有限公司 一种燃烧室与一种燃气发动机
CN113294245A (zh) * 2021-07-07 2021-08-24 中科航星科技有限公司 小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统
CN116988868B (zh) * 2023-09-26 2024-02-06 中国船舶集团有限公司第七一一研究所 燃烧结构、组织燃烧的方法、计算机可读介质、内燃机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6386177B2 (en) * 2000-01-25 2002-05-14 Nissan Motor Co., Ltd. System and method for auto-ignition of gasoline internal combustion engine
US6494178B1 (en) * 2001-08-13 2002-12-17 General Motors Corporation Combustion chamber including piston for a spark-ignition, direct-injection combustion system
US6588396B1 (en) * 2002-02-01 2003-07-08 General Motors Corporation Spark ignition direct injection engine with oval fuel spray into oblong piston bowl

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3943816C2 (de) * 1988-02-10 2001-01-25 Toyota Motor Co Ltd Otto-Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung
DE19713028C2 (de) * 1996-04-01 2000-02-24 Avl List Gmbh Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung
JP3823607B2 (ja) * 1999-05-25 2006-09-20 日産自動車株式会社 直噴火花点火式内燃機関
DE10012969B4 (de) * 2000-03-16 2008-06-19 Daimler Ag Einspritzdüse und ein Verfahren zur Bildung eines Kraftstoff-Luftgemischs
DE10026324A1 (de) * 2000-05-26 2001-11-29 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzsystem

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6386177B2 (en) * 2000-01-25 2002-05-14 Nissan Motor Co., Ltd. System and method for auto-ignition of gasoline internal combustion engine
US6494178B1 (en) * 2001-08-13 2002-12-17 General Motors Corporation Combustion chamber including piston for a spark-ignition, direct-injection combustion system
US6588396B1 (en) * 2002-02-01 2003-07-08 General Motors Corporation Spark ignition direct injection engine with oval fuel spray into oblong piston bowl

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Publication number Publication date
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