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缸内喷射式火花点火内燃机

阅读：1020发布：2021-01-27

IPRDB可以提供缸内喷射式火花点火内燃机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种缸内喷射式火花点火内燃机，其具有：燃料喷射阀，其直接向气缸内喷射燃料；火花塞，其使点火间隙位于从上述燃料喷射阀喷射的燃料的飞行路径内；气室，其形成于活塞顶面，在分层燃烧时，燃料喷射阀，在向压缩行程中沿气室向纵方向旋转的滚转气流中，沿滚转气流的旋转方向合流的方向上，喷射几乎全部的燃料，在喷射末期的燃料通过点火间隙的期间，利用火花塞实施点火。，下面是缸内喷射式火花点火内燃机专利的具体信息内容。

1.一种缸内喷射式火花点火内燃机，其特征在于，具有：燃料喷射阀， 其直接向气缸内喷射燃料；火花塞，其使点火间隙位于从上述燃料喷射阀 喷射的燃料的飞行路径内；气室，其形成于活塞顶面，在分层燃烧时，上述燃料喷射阀，在向压缩行程中沿上述气室向纵方 向旋转的滚转气流中，沿上述滚转气流的旋转方向合流的方向上，喷射几 乎全部的燃料，在喷射末期的燃料通过上述点火间隙的期间，利用上述火 花塞实施点火。

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，上 述气室在上述滚转气流的流入侧具有倒角或圆角。

3.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，上 述气室在活塞顶面处偏靠排气阀侧，上述滚转气流从上述气室的排气阀侧 向吸气阀侧沿上述气室的内壁旋转。

4.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，上 述火花塞具备L字形截面形状的接地电极，其具有与火花塞主体轴线大致 平行的平行部和与上述火花塞主体轴线大致垂直的垂直部，而且该火花塞 被配置成上述接地电极的上述平行部位于上述滚转气流的下游侧而不与 上述滚转气流相对置。

5.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，上 述燃料喷射阀，将几乎全部的燃料朝向上述气室内喷射。

6.如权利要求5所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特征在于，上 述燃料喷射阀，将几乎全部的燃料朝向上述气室的上述滚转气流的流入侧 侧壁喷射。

7.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，从 上述燃料喷射阀喷射的燃料的与喷射方向中心轴线垂直的截面形状是上 侧凸出的折线或曲线形状。

8.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，以 形成于上述气室内的混合气体的空燃比不比设定空燃比浓的方式，选择上 述气室的容量。

说明书全文

技术领域

本发明涉及缸内喷射式火花点火内燃机。

背景技术

公知有如下分层燃烧，即：利用在压缩行程中喷射的燃料，只在气 缸内的一部分形成可燃混合气体，且利用火花塞使该可燃混合气体着火 燃烧，由此，可进行使气缸内整体的空燃比比理论空燃比还稀薄的燃烧。 在分层燃烧时，必须在点火时期使火花塞的点火间隙位于可燃混合气体 内，因此提出有，将用于形成可燃混合气体的喷射燃料通过形成于活塞 顶面的气室而偏向火花塞方向的技术，但是，因此燃料喷射时期就受到 活塞位置的限制。
为了能够不受这种限制地设定燃料喷射时期，而提出有如下的缸内 喷射式火花点火内燃机(例如，参照日本专利特开2005-105877，特开 平9-209762，特开平11-182247，特开2004-340040)，即：从配置 于气缸上部大致中心的燃料喷射阀喷射的燃料在气缸内飞行当中成为 可燃混合气体，利用配置于喷射燃料的飞行路径内火花塞使该可燃混合 气体着火燃烧，而力求实现良好的分层燃烧。
在上述的背景技术中，燃料喷射阀呈中空圆锥状地喷射燃料，但是， 即使这样只是喷射燃料，喷射燃料在直到到达活塞顶面或气缸内径的飞 行中不会成为充分地与吸入气体混合的良好的可燃混合气体，而不能如 设想那样实现良好的分层燃烧。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种缸内喷射式火花点火内燃机，其 使从燃料喷射阀向气缸内喷射的燃料在飞行中可靠地成为良好的可燃 混合气体，利用火花塞使该可燃混合气体着火燃烧，由此可实现良好的 分层燃烧。
基于本发明的技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特 征在于，具有：燃料喷射阀，其直接向气缸内喷射燃料；火花塞，其使 点火间隙位于从上述燃料喷射阀喷射的燃料的飞行路径内；气室，其形 成于活塞顶面，在分层燃烧时，上述燃料喷射阀，在向压缩行程中沿上 述气室向纵方向旋转的滚转气流中，沿上述滚转气流的旋转方向合流的 方向上，喷射几乎全部的燃料，在喷射末期的燃料通过上述点火间隙的 期间，利用上述火花塞实施点火。
基于本发明的技术方案2所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特 征在于，在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，上述气室 在上述滚转气流的流入侧具有倒角或圆角。
基于本发明的技术方案3所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特 征在于，在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，上述气室 在活塞顶面处偏靠排气阀侧，上述滚转气流从上述气室的排气阀侧向吸 气阀侧沿上述气室的内壁旋转。
基于本发明的技术方案4所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特 征在于，在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，上述火花 塞具备L字形截面形状的接地电极，其具有与火花塞主体轴线大致平行 的平行部和与上述火花塞主体轴线大致垂直的垂直部，该点火花塞被配 置成上述接地电极的上述平行部位于上述滚转气流的下游侧而不与上 述滚转气流相对置。
基于本发明的技术方案5所述的缸内喷射式火花点火内燃机，在技 术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，其特征在于，上述燃料 喷射阀，将几乎全部的燃料朝向上述气室喷射。
基于本发明的技术方案6所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特 征在于，在技术方案5所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，上述燃料 喷射阀，将几乎全部的燃料朝向上述气室的上述滚转气流的流入侧侧壁 喷射。
基于本发明的技术方案7所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特 征在于，在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，从上述燃 料喷射阀喷射的燃料的与喷射方向中心轴线垂直的截面形状是上侧凸 出的折线或曲线形状。
基于本发明的技术方案8所述的缸内喷射式火花点火内燃机，其特 征在于，在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，以形成于 上述气室内的混合气体的空燃比不比设定空燃比浓的方式，选择上述气 室的容量。
根据基于本发明的技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机， 由于在分层燃烧时，燃料喷射阀，在向压缩行程中沿气室向纵方向旋转 的滚转气流中，沿上述滚转气流的旋转方向合流的方向上，喷射几乎全 部的燃料，特别是在喷射末期之前喷射的燃料，与滚转气流充分地混合， 在气室内形成良好的可燃混合气体。由此，利用使点火间隙位于喷射燃 料的飞行路径内的火花塞，能够在喷射末期的燃料通过点火间隙的期间 实施点火，这样可以使与喷射末期的燃料连续的气室内的可燃混合气体 可靠地着火燃烧，实现良好的分层燃烧。
根据基于本发明的技术方案2所述的缸内喷射式火花点火内燃机， 在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，由于气室在滚转气 流的流入侧具有倒角或圆角，所以可以抑制在吸气行程时形成的滚转气 流的衰减，即使在分层燃烧时的燃料喷射时期即压缩行程中，也可以维 持比较强的滚转气流，促进了喷射燃料和滚转气流的混合，因此，有利 于在气室内形成良好的可燃混合气体。
根据基于本发明的技术方案3所述的缸内喷射式火花点火内燃机， 在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，由于气室在活塞顶 面处偏靠排气阀侧，滚转气流成为沿从气室的排气阀侧沿吸气阀侧旋转 的滚转气流，所以与旋转方向相反的逆滚转气流相比，容易形成较强的 滚转气流。
根据基于本发明的技术方案4所述的缸内喷射式火花点火内燃机， 在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，火花塞具备L字形 截面形状的接地电极，其具有与火花塞主体轴线大致平行的平行部和与 火花塞轴线大致垂直的垂直部，且该火花塞被配置成接地电极的平行部 位于上述滚转气流的下游侧而不与滚转气流相对置，所以在点火间隙产 生的电弧不会被接地电极的平行部妨碍而能够与滚转气流一同向下游 侧延伸，并且刚通过点火间隙的燃料的着火也成为可能，能够提高着火 性。
根据基于本发明的技术方案5所述的缸内喷射式火花点火内燃机， 在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，燃料喷射阀将几乎 全部的燃料朝向气室内喷射。由此，能够抑制喷射燃料的一部分位于活 塞顶面的气室外而无助于燃烧，作为未燃燃料被排出的情况。
根据基于本发明的技术方案6所述的缸内喷射式火花点火内燃机， 在技术方案5所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，燃料喷射阀将几乎 全部的燃料朝向气室的滚转气流的流入侧侧壁喷射。由此，如低旋转时 的那样在吸气行程中形成的滚转气流比较弱，而在压缩行程中只维持较 弱的滚转气流的情况下，如果喷射燃料和滚转气流之间的混合变得不充 分，则喷射燃料的一部分与气室的流入侧侧壁碰撞，但是，该碰撞燃料 通过沿气室的内壁行进时的受热而气化，而且与一同沿气室的内壁行进 的较弱的滚转气流也充分地混合并在气室内形成良好的可燃混合气体。
基于本发明的技术方案7所述的缸内喷射式火花点火内燃机，在技 术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，从燃料喷射阀喷射的燃 料的与喷射方向中心轴线垂直的截面形状是上侧凸出的折线或曲线形 状，因此，喷射燃料和滚转气流之间的接触面积变大，喷射燃料和滚转 气流之间的混合变得良好，并且，火花塞的长度即使没有那么长，火花 塞附近的混合气体也不会变得稀薄，可靠地实现点火。
根据基于本发明的技术方案8所述的缸内喷射式火花点火内燃机， 在技术方案1所述的缸内喷射式火花点火内燃机中，由于以形成于气室 内的混合气体的空燃比不比设定空燃比浓的方式设定气室的容量，所以 可以抑制由混合气体过浓而引起的未燃燃料的产生。

附图说明

图1是表示基于本发明的缸内喷射式火花点火内燃机的实施方式的 概略纵向剖视图。
图2是图1的缸内喷射式火花点火内燃机的火花塞附近的放大图。
图3是表示燃料喷射阀的喷孔配置的图。
图4是与喷射燃料的喷射方向中心轴线垂直的截面图。
图5是另一个与喷射燃料的喷射方向中心轴线垂直的截面图。

具体实施方式

图1是表示基于本发明的缸内喷射式火花点火内燃机的实施方式的 概略纵向剖视图。在该图中，1是配置于气缸上部大致中心并用于直接 喷射燃料的燃料喷射阀，2是配置于燃料喷射阀5的附近的排气阀侧的 火花塞。本缸内喷射式火花点火内燃机具有二个吸气阀和二个排气阀， 图1是通过二个吸气阀之间和二个排气阀之间的截面图，所以没有图示 吸气阀和排气阀。在图1中，左侧是吸气阀侧，右侧是排气阀侧。
3是活塞，在其顶面偏靠排气阀侧形成有气室3a。气室3a，具有适 于使滚转气流顺着流的光滑的内壁，且用于通过使在吸气行程中在气缸 内形成的滚转气流顺着内壁流而使其不会幅度地衰减直到压缩行程末 期为止。从吸气口(未图示)吸入的吸入气体，一般地，为了在气缸内 形成在排气阀侧下降并在吸气阀侧上升地旋转的滚转气流，而使气室3a 向活塞顶面的排气阀侧偏靠，由此滚转气流容易顺着气室3a的内壁旋 转，对抑制滚转气流的衰减有利。另外，为了使滚转气流容易流入气室 3a内，在气室3a中，在滚转气流的流入侧即排气阀侧设置有圆角3b 或倒角。
本缸内喷射式火花点火内燃机，当发动机负荷是设定值以上时，利 用燃料喷射阀1在吸气行程中喷射燃料，实施在气缸内整体形成均质混 合气体的均质燃烧，或者在压缩行程中将燃料分成多次喷射以实施分层 燃烧。另一方面，在发动机负荷不到设定值时，实施利用燃料喷射阀1 在压缩行程后半过程中喷射燃料的分层燃烧。分层燃烧，是只在气缸内 的一部分形成可燃混合气体，使该可燃混合气体着火燃烧的技术，作为 气缸内整体，可以实现比理论空燃比还稀薄的燃烧，另外，由于使节气 门开度设定比较大，或使再循环排气气体量较多，而使泵送损失降低， 所以对燃料消耗的降低有利。
本缸内喷射式火花点火内燃机的燃料喷射阀，在压缩行程后半过程 中，向沿着气室3a向纵方向旋转的滚转气流中，沿着滚转气流T的旋 转方向合流的方向上，喷射几乎全部的燃料F。另外，以点火间隙2a 位于这样从燃料喷射阀喷射的燃料F的飞行路径内的方式配置火花塞 2。
在根据发动机负荷而决定的燃料量刚刚全部喷射后，如果利用火花 塞2实施点火，则在该点火时刻，喷射末期的燃料是通过位于喷射燃料 F的飞行路径内的火花塞2的点火间隙2a的途中，能够使喷射末期的 燃料可靠地着火。另一方面，与喷射末期的燃料连续的在喷射末期之前 喷射的燃料，沿滚转气流的旋转方向向滚转气流中合流而经过了不久时 间，所以，与滚转气流充分混合而变成良好的可燃混合气体，并存在于 气室3a内，喷射末期的燃料的火焰传播并良好地进行燃烧。这样，可 实现良好的分层燃烧。为了使喷射末期的燃料的火焰可靠地传播至喷射 初期的燃料，最好从燃料喷射阀连续地喷射燃料。但是，如果是不阻碍 使喷射末期的燃料的火焰传播至喷射初期的燃料的程度，也可以在燃料 喷射中设置一次或多次程度的间隔而间歇地喷射燃料。如果这样在燃料 喷射中设置间隔，则即使喷射同量的燃料，燃料喷射开始时期也变早， 从燃料喷射开始时期直到点火的时间变长，因此，进一步促进喷射初期 的燃料和滚转气流之间的混合，可以实现更良好的分层燃烧。
在本实施方式中，在喷射末期之前喷射的燃料，与滚转气流一同作 为可燃混合气体而向活塞顶面的气室3a汇集，因此不会在气缸内广泛 地分散形成难于燃烧的稀薄混合气体，对于实现良好的分层燃烧有利。 另外，如果气室3a的容量过小，则形成在气室3a内的混合气体比设定 空燃比浓，因混合气过浓而不能实现良好的分层燃烧，产生比较多的未 燃烧燃料。由此，将气室3a的容量设定成：相对分层燃料时的最大燃 料喷射量，由在喷射末期之前喷射的燃料而形成在气室3a内的混合气 体的空燃比不比设定空燃比浓。
另外，火花塞2的接地电极，一般是L字截面形状，其具有与火花 塞主体轴线大致平行的平行部2b和与火花塞主体轴线大致垂直的垂直 部2c，且最好将火花塞2配置成：在使火花塞2的点火间隙2a位于喷 射燃料F的飞行路径内时，接地电极的平行部2b位于滚转气流的下游 侧而不与滚转气流相对置。
图2是火花塞2附近的放大图，在图2中，将火花塞2配置成：接 地电极的平行部2b位于滚转气流的上游侧。由此，在点火间隙2a产生 的电弧A，由于点火间隙2a中的滚转气流的下游侧不被接地电极的平 行部2b封闭，所以能够与滚转气流一同向下游侧延伸，且刚通过点火 间隙2a的燃料F的着火也成为可能，能够提高着火性。
在图1中，以使接地电极的平行部2b与滚转气流平行，而且使接 地电极的垂直部2c与滚转气流垂直的方式配置火花塞2。即使是这样的 配置，也由于点火间隙2a中的滚转气流的下游侧不被接地电极的平行 部2b封闭，所以在点火间隙2a中产生的电弧A能够与滚转气流一同向 下游侧延伸，也能够使刚通过点火间隙2a的燃料F着火。另外，为了 使喷射燃料F，从滚转气流T的上游侧通过火花塞2的点火间隙2a，而 如图2所示那样配置火花塞2的接地电极时，位于滚转气流的上游侧的 接地电极的平行部2b，使通过火花塞2的点火间隙2a的燃料量减少。 由此，图1中的火花塞2的接地电极配置、和与此相对绕火花塞主体轴 线旋转180度的接地电极配置，对电弧A向滚转气流下游侧的延伸、和 喷射燃料通过点火间隙2a这两方面而言是优选的。
另外，将燃料喷射阀1的燃料喷射方向设为：向在压缩行程后半过 程中沿气室3a向纵方向旋转的滚转气流中，沿着滚转气流T的旋转方 向合流的方向，但是，该燃料喷射方向的延长方向最好是气室3a内。 由此，当如低旋转时那样在吸气行程中形成的滚转气流比较弱，而在压 缩行程中只维持较弱的滚转气流时，即使在不能使喷射燃料充分向气室 3a偏向的情况下，也能抑制因使几乎全部的燃料向气室3a内喷射，而 使喷射燃料的一部分位于活塞顶面的气室3a外，成为无助于燃烧的未 燃燃料被排出的情况。
另外，燃料喷射阀1的燃料喷射方向的延长方向，被设为气室3a 内中的滚转气流的流入侧侧壁，本实施方式的情况下更优选被设为气室 3a的排气阀侧侧壁3c。通过这样做，在压缩行程中只维持较弱的滚转 气流时，喷射燃料的一部分，与滚转气流的混合变得不充分，根据自身 的贯彻力而与气室3a的排气阀侧侧壁碰撞，且沿气室3a的内壁与滚转 气流相同方向行进。这样，该碰撞燃料，利用气室3a的热量而气化， 且与较弱的滚转气流也充分地混合而在气室3a内能够形成可燃混合气 体，与上述相同，通过使喷射末期的燃料着火，可实现良好的分层燃烧。
另外，在本实施方式中构成为：燃料喷射阀1，具有如图3所示那 样的上侧凸出的圆弧配置的多个(六个)圆喷孔1a，且从各喷孔1a呈 柱状地喷射燃料。柱状的各燃料喷雾，贯彻力比较强，在飞行中与吸入 气体(滚转气流)之间产生较强的摩擦力，且借助该摩擦力而被微粒化， 并在整体上被一体化。这样被一体化的燃料喷雾，如图4所示，与喷射 方向中心轴线垂直的截面形状成为上侧凸出的曲线圆弧形状。
具有这样的曲线形状或图5所示那样的折线形状的截面的燃料喷雾 F，因与滚转气流之间的接触面积较大，而容易与滚转气流混合。进而， 如果使上侧凸出的曲线形状或折线形状的燃料喷雾的上部通过火花塞2 的点火间隙2a，则由于燃料喷雾的除此以外的部分，位于比上部靠下侧 的位置，所以不与气缸盖底面碰撞，使点火间隙2a位于喷射燃料F的 飞行路径内时，能够使火花塞2的距气缸盖底面的突出长度比较小。
代替多个圆喷孔1a，而设为上侧凸出的折线或曲线的缝隙状喷孔， 也能够实现同样的燃料喷雾。在多个圆喷孔1a的情况下，使各喷孔1a 稍稍朝向外侧，并将燃料喷雾F的整体宽度W和整体高度H设成前部 较宽，由此可进一步增大与滚转气流的接触面积，实现与滚转气流的良 好的混合。当然，即使在前部较宽的燃料喷雾F中，将几乎全部的燃料 朝向气室3a内喷射，更优选为朝向气室3a的滚转气流的流入侧侧壁3c 喷射。
在本实施方式中，构成为将全部的喷射燃料F朝向气室3a内喷射， 优选为朝向气室3a的排气阀侧壁3c喷射，但是，由于如使向气室内喷 射的燃料作为可燃混合气体向火花塞方向偏向的分层燃烧方式的情况 那样，不发生产生失火等重大的问题，所以并不是绝对的。另外，如上 述那样，在需要将全部的燃料喷雾F朝向气室3a内或气室3a的排气阀 侧侧壁3c喷射的情况下，由于是在气缸内只形成较弱的滚转气流的发 动机低转速时，所以也可以设为只在此时根据活塞位置范围来控制燃料 喷射时期。
在本实施方式中，将在气缸内形成的滚转气流，设为在排气阀侧下 降并在吸气阀侧上升的正滚转气流，但是也可以在吸气口气缸内开口部 的排气阀侧设置屏蔽等，以便在气缸内形成在吸气阀侧下降并在排气阀 侧上升的逆滚转气流。
在这种情况下，活塞顶面的气室偏靠吸气阀侧，气室的滚转气流的 流入侧变成吸气阀侧。另外，火花塞被配置在燃料喷射阀附近的吸气阀 侧。
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火花隙-专利编号CN104364875B 2020-05-12 678
充气火花隙-专利编号CN105981242B 2020-05-13 887
充气火花隙-专利编号CN105981242A 2020-05-13 72
火花隙-专利编号CN102934303A 2020-05-11 565
火花隙-专利编号CN102934303B 2020-05-11 639
火花隙-专利编号CN104364875A 2020-05-13 596
火花隙-专利编号CN1450696A 2020-05-12 99
火花间隙-专利编号CN101233659B 2020-05-11 845
火花间隙-专利编号CN101233659A 2020-05-11 731
火花隙-专利编号CN100379107C 2020-05-12 810
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