專利名稱：氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機通過產(chǎn)生均勻混合氣并在每個壓縮行程結(jié)束時使其燃燒來 執(zhí)行均勻燃燒。這種均勻燃燒的條件可以通過增加燃燒速度來得到改 善。例如，通過從被吸入氣缸的進氣來產(chǎn)生進氣翻轉(zhuǎn)流并且維持所產(chǎn) 生的翻轉(zhuǎn)流直到點火時間而維持氣缸內(nèi)的進氣的運動直到每個壓縮行 程結(jié)束時的點火時間，可以增加燃燒速度。
例如，公開號為JP-A-2005-180247的日本專利申請描述了 一種氣 缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，為了維持翻轉(zhuǎn)流直到每個壓縮行程結(jié)束 時的點火時間，所述氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機在進氣口中具有進 氣流控制閥并且通過進氣流控制閥來引導(dǎo)進氣沿著進氣口的上壁流動 并進入每個氣缸而在氣缸內(nèi)產(chǎn)生強烈的翻轉(zhuǎn)流。
在上述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機內(nèi)，當(dāng)通過進氣流控制閥 引導(dǎo)進氣沿著進氣口的上壁流動并進入每個氣缸時，通過進氣流控制 閥進氣口向下變窄。在該發(fā)動機中，當(dāng)所需的進氣量相對小時，可以 毫無問題地產(chǎn)生強烈的翻轉(zhuǎn)流。然而，當(dāng)所需的進氣量相對大時，因 為如果通過進氣流控制閥進氣口向下變窄則存在可能引起進氣不足的 可能性，所以不能通過進氣流控制閥在氣缸內(nèi)產(chǎn)生強烈的翻轉(zhuǎn)流。與此相反，不需要上述的進氣流控制閥，而是可以通過在進氣行 程結(jié)束時從大體布置在氣缸內(nèi)上部區(qū)域中心處的燃料噴射閥向缸內(nèi)徑
的排氣閥側(cè)噴射的燃料的推力來加強翻轉(zhuǎn)流，所述翻轉(zhuǎn)流通過向下經(jīng) 由缸內(nèi)徑的排氣閥側(cè)以及向上經(jīng)由進氣閥側(cè)的流動而在氣缸內(nèi)旋動。
然而，當(dāng)吸入到氣缸中的進氣的動能根據(jù)內(nèi)燃機的工作條件改變 時，氣缸中產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流的強度也變化。因此，在設(shè)定了大推力的噴 射燃料的情況下，當(dāng)在氣缸內(nèi)產(chǎn)生相對低強度的翻轉(zhuǎn)流時，噴出的燃 料可以穿透翻轉(zhuǎn)流并粘附到缸內(nèi)徑的壁上，這可能引起機油的稀釋。 另一方面，在設(shè)定了小推力的噴射燃料的情況下，當(dāng)在氣缸內(nèi)產(chǎn)生相 對高強度的翻轉(zhuǎn)流時，加強翻轉(zhuǎn)流變得不可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其能夠利用與 所需的進氣量無關(guān)的翻轉(zhuǎn)流來維持進氣的運動直到點火時間。
本發(fā)明的第 一方案涉及一種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其具 有布置在氣缸上部區(qū)域內(nèi)的燃料噴射閥和火花塞。在所述內(nèi)燃機內(nèi)， 燃料噴射閥基本在翻轉(zhuǎn)流的流向上噴射燃料以便加強翻轉(zhuǎn)流，所述翻 轉(zhuǎn)流通過向下經(jīng)由氣缸的缸內(nèi)徑的排氣閥側(cè)以及向上經(jīng)由缸內(nèi)徑的進 氣閥側(cè)的流動而在氣缸內(nèi)旋動。
上述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機可以為燃料噴射閥布置在
向方向上向下噴射燃料。
根據(jù)上述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，布置在氣缸的上部區(qū)料，以便加強翻轉(zhuǎn)流。同樣地，與所需進氣量無關(guān)，翻轉(zhuǎn)流可以被保 持直到點火時間，因此進氣流的運動被維持直到點火時間而且燃燒速 度相應(yīng)增加。
上述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機可以為內(nèi)燃機包括兩個排 氣閥并且燃料噴射閥布置在所述兩個排氣閥之間。
根據(jù)這種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，因為燃料噴射閥布置在 兩個排氣閥之間，所以燃料噴射閥可被容易地定位于氣缸上部區(qū)域的 排氣閥側(cè)內(nèi)的適當(dāng)位置。
上述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機可以為內(nèi)燃機包括單個排 氣閥，燃料噴射閥設(shè)置為多個，并且燃料噴射閥被分別設(shè)置在單個排 氣閥的兩側(cè)。
根據(jù)這種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，因為兩個燃料噴射岡被 分別設(shè)置在單個排氣閥的兩側(cè)，所以這兩個燃料噴射閥可被容易地定 位于氣缸上部區(qū)域的排氣閥側(cè)內(nèi)的適當(dāng)位置，并且翻轉(zhuǎn)流可以通過分 別從兩個燃料噴射閥噴射出的燃料而被進一步加強。
上述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機可以為燃料噴射閥基本布 置在所述氣缸的上部區(qū)域的中心處以便在進氣行程結(jié)束時向缸內(nèi)徑的 排氣閥側(cè)噴射燃料，并且燃料噴射閥適于在吸入到氣缸中的進氣的動 能小時以比動能大時低的噴射率來噴射燃料。
根據(jù)這種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，燃料噴射閥在進氣行程 結(jié)束時向缸內(nèi)徑的排氣閥側(cè)噴射燃料以便加強翻轉(zhuǎn)流，并且待從燃料
噴射閥噴出的燃料的噴射率在吸入到氣缸中的進氣的動能小時比動能 大時更小。因此，當(dāng)吸入到氣缸中的進氣的動能小并且翻轉(zhuǎn)流的強度也因此相對低時，從燃料噴射閥噴出的燃料的噴射率降低，所以噴出 的燃料的推力也相應(yīng)減小。這降低了噴出的燃料穿透翻轉(zhuǎn)流并粘附到 缸內(nèi)徑的壁上的可能性。此外，在這種情況下，因為翻轉(zhuǎn)流的強度相 對低，翻轉(zhuǎn)流甚至可以被噴出的燃料的小推力而可靠地加強。另一方 面，當(dāng)吸入到氣缸中的進氣的動能大并且翻轉(zhuǎn)流的強度也因此相對高 時，燃料的噴射率增加，所以噴出的燃料的推力也相應(yīng)增加。此外， 在這種情況下，因為翻轉(zhuǎn)流的強度相對高，因此即使噴出燃料的推力 增加，噴出的燃料也難以穿透翻轉(zhuǎn)流。因此，噴出燃料粘附到缸內(nèi)徑 的壁上的可能性被降低。
上述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機可以為噴射率隨著動能降 低而減小。
根據(jù)這種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，因為噴射率隨著動能降 低而減小，所以當(dāng)翻轉(zhuǎn)流的強度減小時噴出燃料的推力也減小。因此， 翻轉(zhuǎn)流通過噴出燃料被更可靠地加強，并且噴出燃料粘附到缸內(nèi)徑的 壁上的可能性被充分降低。
上述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機可以為燃料噴射閥的閥體 的升程被控制為大升程和小升程兩步，并且燃料噴射閥適于通過將閥 體提升大升程而以最大噴射率來噴射燃料，通過將閥體提升小升程而 以最小噴射率來噴射燃料，以及通過將閥體首先提升大升程和小升程 中的一個然后接著提升二者中的另一個，而以最大噴射率和最小噴射 率之間的噴射率來噴射燃料。
根據(jù)這種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，燃料噴射閥的閥體的升 程可以被控制為兩步大升程和小升程，并且燃料噴射閥適于通過將閥體提升大升程而以最大噴射率來噴射燃料，通過將閥體提升小升程 而以最小噴射率來噴射燃料，以及通過將閥體首先提升大升程和小升 程中的一個然后接著提升二者中的另 一個，而以最大噴射率和最小噴 射率之間的噴射率來噴射燃料。因此，同樣通過在兩步中控制閥體的 升程，噴射率可以依照翻轉(zhuǎn)流的強度以多步被改變。


從下面參照附圖的示例性實施例的說明，本發(fā)明的前述的和進一 步的目的、特征和優(yōu)點將變得更清楚。其中附圖中的相同附圖標(biāo)記用
于表示相同的部件，并且其中
圖1為顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的氣缸內(nèi)噴射型火 花點火內(nèi)燃機的垂直剖視圖2為顯示了圖1所示的內(nèi)燃機的氣缸蓋的底面的視圖3為顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的氣缸內(nèi)噴射型火 花點火內(nèi)燃機的氣缸蓋的底面的視圖4為顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的氣缸內(nèi)噴射型火 花點火內(nèi)燃機的氣缸蓋的底面的視圖5為顯示了圖4所示的內(nèi)燃機的垂直橫截面視圖6為表現(xiàn)燃料噴射閥的閥體的升程圖形的時間圖7為表現(xiàn)燃料噴射閥的閥體的另 一升程圖形的時間圖。
具體實施方式
圖1為顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的氣缸內(nèi)噴射型火 花點火內(nèi)燃機的垂直剖視圖。圖2為顯示了圖1所示的內(nèi)燃機的氣缸 蓋的底面的視圖。第 一 示例性實施例的內(nèi)燃機在每個氣缸內(nèi)具有布置 在氣缸上部區(qū)域的排氣閥側(cè)內(nèi)并且用于將燃料直接噴射到氣缸內(nèi)的燃
料噴射閥1和基本布置在氣缸上部區(qū)域的中心處的火花塞2，活塞3、 兩個進氣閥4 (雙進氣閥)以及兩個排氣閥5 (雙排氣閥)。
燃料噴射閥1 #:布置在氣缸上部區(qū)域內(nèi)的兩個排氣閥5之間，即， 在被兩個排氣閥5以及氣缸上部區(qū)域的外圍包圍并且具有特定面積的 區(qū)域內(nèi)。即，燃料噴射閥1可以被容易地定位于氣缸上部區(qū)域的排氣 閥側(cè)內(nèi)的適當(dāng)位置而不增加缸內(nèi)徑的直徑。
第 一示例性實施例的內(nèi)燃機通過產(chǎn)生均勻混合氣并且由火花塞2 點燃混合氣來執(zhí)行均勻燃燒，所述均勻混合氣具有比理論空燃比稀的 空燃比。當(dāng)內(nèi)燃機以高速并在大載荷下運轉(zhuǎn)時，內(nèi)燃機需要產(chǎn)生大輸 出。在這種狀態(tài)下，內(nèi)燃機可以以濃空燃比或理論空燃比來^L行均勻 燃燒。特別地，當(dāng)以稀空燃比執(zhí)行均勻燃燒時，除非通過維持氣缸內(nèi) 的進氣的運動直到點火時間而增加燃燒速度，否則無法獲得期望的發(fā) 動機輸出。鑒于此，希望通過從在進氣行程上吸入氣缸中的進氣來產(chǎn) 生翻轉(zhuǎn)流T并維持所產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)流直到點火時間來維持氣缸內(nèi)的進氣的 運動直到壓縮行程結(jié)束時的點火時間，所述翻轉(zhuǎn)流向下經(jīng)由所述缸內(nèi) 徑的排氣閥側(cè)以及向上經(jīng)由進氣閥側(cè)進行流動。
然而， 一般而言，沒有諸如增加氣缸蓋的壁厚以及適當(dāng)改變進氣 口的形狀和位置或者在進氣口內(nèi)設(shè)置進氣流控制閥的這些更改，就不 能產(chǎn)生強烈的翻轉(zhuǎn)流。因此，如在所述示例性實施例中，即使部分為 弧形的腔體3a形成在活塞3的頂面中以抑制翻轉(zhuǎn)流強度的降低，翻轉(zhuǎn)流也容易在壓縮行程減弱并在點火時間前消失，因此，不可能通過利 用翻轉(zhuǎn)流來維持進氣的運動直到點火時間。
同時，在該示例性實施例中，當(dāng)在進氣行程上在氣缸中產(chǎn)生的中 等翻轉(zhuǎn)流T向下經(jīng)由缸內(nèi)徑的排氣閥側(cè)流動時，燃料F基本在氣缸軸 向上從燃料噴射閥1向下噴射，即在進氣行程結(jié)束時從燃料噴射閥1
幾乎垂直向下噴射，以便翻轉(zhuǎn)流T通過噴射出的燃料F的推力被加強。 由此加強了的翻轉(zhuǎn)流保持在氣缸內(nèi)直到壓縮行程結(jié)束時的點火時間。 因而，可將氣缸內(nèi)的進氣的運動維持到點火時間。
可將從燃料噴射閥1噴射出的燃料噴霧的形狀設(shè)定為任意形狀， 諸如實心或空心圓錐形或?qū)嵭膱A柱形?？蛇x地，通過提供一個弧狹縫 形(arc-slit-shaped)噴射孔和多個直狹縫形噴射孔的組合，燃料可以 噴射成圓錐形并且具有相對小的橫截面厚度的形狀或噴射成看起來像 Z字形線并且具有相對小的橫截面厚度的形狀。也就是，只要燃料噴霧 的推力大到足以使氣缸內(nèi)的翻轉(zhuǎn)流加速，則燃料可以被噴射成任何形 狀。同時，在燃料被噴射使得隨著噴出燃料在氣缸內(nèi)前進，噴出燃料 散布的越來越寬的情況下，燃料在氣缸內(nèi)散布的方向優(yōu)選為使燃料不 朝向圖1中缸內(nèi)徑的壁散布(即，燃料不在圖1中的缸內(nèi)徑的徑向上 向外散布)。通過這樣做，可以降低噴射出的燃料粘附到缸內(nèi)徑的壁上 的可能性，這種可能性可能導(dǎo)致機油的稀釋。
在氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機中的燃料噴射閥基本布置在氣缸 上部區(qū)域的中心處的情況下，燃料需要從燃料噴射閥向缸內(nèi)徑的壁上 (即，從燃料噴射閥傾斜向下)噴射以通過燃料噴霧加強翻轉(zhuǎn)流，因 此燃料會容易地粘附到缸內(nèi)徑的壁上。此外，在示例性實施例的內(nèi)燃 機中，因為僅有火花塞2位于氣缸上部區(qū)域的中心處，所以相對大的進氣和排氣閥可以用作進氣閥4和排氣閥5，因此進氣和排氣效率相應(yīng) 提兩。
在示例性實施例中，燃料噴射閥1具有狹縫形噴射孔并將燃料噴
射成具有相對小的厚度的扇形，以使扇形燃料噴霧F的厚度方向匹配 圖1中的缸內(nèi)徑的徑向并且使燃料噴霧F橫向延伸的方向不匹配圖1 中的缸內(nèi)徑的任何徑向。這降低了燃料噴霧F粘附到缸內(nèi)徑的壁上的 可能性。
火花塞2具有中心電極2a和形成為字母"L"的形狀的板電極2b。 在在該示例性實施例中，火花塞2被布置為使得圖1中的板電極2b的 橫向方向基本平行于翻轉(zhuǎn)流的流向。例如，與火花塞2被布置為使得 板電極2b的橫向方向與翻轉(zhuǎn)流的流向交叉的情況相比，這種布置降低 了翻轉(zhuǎn)流通過與板電極2b的沖突而被減弱的可能性。
換句話說，在該示例性實施例中，火花塞2被布置為使得圖1中 的板電極2b的縱向方向與翻轉(zhuǎn)流T的流向交叉。然而，因為板電極2b 的厚度小，因此由于板電極2b的存在，翻轉(zhuǎn)流T很難被減弱。注意到 的是如果板電極2b圍繞其軸從如圖1所示的位置倒轉(zhuǎn)180度，則當(dāng)在 上述情況下時，板電極2b很難使翻轉(zhuǎn)流T減弱。在火花塞2為具有兩 個互相面對的板電極的火花塞時，同樣地，火花塞2優(yōu)選地被布置為 使板電極的縱向方向與翻轉(zhuǎn)流T的流向交叉，并且使板電極的橫向方 向基本平行于翻轉(zhuǎn)流T的流向。利用火花塞2的這種布置，在點火處 在電極2a和2b之間產(chǎn)生的電弧容易被翻轉(zhuǎn)流T朝向其下游側(cè)延伸， 這使得更容易點燃氣缸內(nèi)的均勻混合氣。為了以期望的空燃比執(zhí)行均勻燃燒，控制燃料噴射閥1在每個進 氣行程結(jié)束時噴射所需的燃料量(例如，根據(jù)燃料噴射量來設(shè)置開始 燃料噴射的曲柄角度，以使結(jié)束燃料噴射的曲柄角在接近進氣行程的 下死點的點處，或者將燃料噴射開始曲柄角設(shè)置在每個進氣行程結(jié)束 時的點處而不考慮燃料噴射量)。因此，當(dāng)所需燃料量增加時，翻轉(zhuǎn)流 T被進一步加強。
當(dāng)所需燃料量大時， 一部分所需燃料可以在每個進氣行程的開始 或中間階段中(或在每個進氣行程的兩個以上步驟中)預(yù)先噴射。通 過這樣做，可以降低在每個進氣行程結(jié)束時將要噴射的燃料量，因此
可以控制翻轉(zhuǎn)流T被加強的程度。
同時，如上所述，根據(jù)這個示例性實施例的內(nèi)燃機是通過直接將 燃料噴射到各個氣缸內(nèi)而執(zhí)行均勻燃燒的 一種氣缸內(nèi)噴射型火花點火 內(nèi)燃機。因此，可以以可靠的方式將所需燃料量供給到每個氣缸內(nèi)， 因此不需要為了補償粘附到進氣口的壁上的燃料而噴射多于所需的燃 料，這與在將燃料噴入進氣口的內(nèi)燃機中不同。此外，當(dāng)內(nèi)燃機上的 負載小時，可以通過在每個壓縮行程的下半時噴射燃料而產(chǎn)生僅圍繞
著火花塞2的混合氣來執(zhí)行分層燃燒。在這種情況下，腔體3a形成于 活塞3的頂面中以便使其容量在靠近排氣閥4的一側(cè)中更大。因此， 燃料噴霧可以由腔體3a引導(dǎo)以環(huán)繞火花塞2。
圖3為顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的氣缸內(nèi)噴射型火 花點火內(nèi)燃機的氣缸蓋的底面的視圖。在下文中，僅說明與第一示例 性實施例的不同之處。第二示例性實施例的內(nèi)燃機為單個排氣閥型發(fā) 動機，其中，兩個燃料噴射閥1，分別設(shè)置在每個氣缸的上部區(qū)域中的 單個排氣閥5'的兩側(cè)上的各自具有特定面積的區(qū)域內(nèi)。即，在這種結(jié)構(gòu)中，可以容易地將兩個燃料噴射閥r設(shè)置在每個氣缸的上部區(qū)域的 排氣閥側(cè)中而不增加缸內(nèi)徑的直徑。
在第二示例性實施例的內(nèi)燃機中，當(dāng)在進氣行程上產(chǎn)生的中等翻
轉(zhuǎn)流T經(jīng)由缸內(nèi)徑的排氣閥側(cè)向下流動時，通過從所述兩個燃料噴射
閥r中的每一個起基本在氣缸的軸向上向下噴射的燃料的推力加強翻 轉(zhuǎn)流，即，從每個燃料噴射閥r幾乎豎直向下。也就是，在第二示例 性實施例中，翻轉(zhuǎn)流通過兩個燃料噴霧被加強，以便使翻轉(zhuǎn)流能夠保 持直到每個壓縮結(jié)束時的點火時間，從而可以將氣缸內(nèi)的進氣的運動 維持到所述點火時間。
盡管前述兩個示例性實施例被應(yīng)用于以比理論空燃比稀的空燃比 執(zhí)行均勻燃燒的內(nèi)燃機中，但本發(fā)明不限于這種應(yīng)用，而是也可以有 效地應(yīng)用于例如以理論空燃比或濃空燃比執(zhí)行均勻燃燒的氣缸內(nèi)噴射 型火花點火內(nèi)燃機中。在這種內(nèi)燃機中，通過加強翻轉(zhuǎn)流而維持進氣 的運動直到點火時間來增加燃燒速度也是有效的。
圖4為顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的氣缸內(nèi)噴射型火 花點火內(nèi)燃機的氣缸蓋的底面的視圖。圖5為顯示了圖4所示的內(nèi)燃 機的垂直橫截面視圖。第三示例性實施例的內(nèi)燃機在每個氣缸內(nèi)都具 有基本布置在氣缸的上部區(qū)域的中心處以便將燃料直接噴射到氣缸內(nèi)
的燃料噴射閥1、靠近燃料噴射閥1布置的火花塞2、活塞3、 一對進 氣閥4和一對排氣閥5。
第三示例性實施例的內(nèi)燃機通過在氣缸內(nèi)產(chǎn)生具有比理論空燃比 稀的空燃比的混合氣且由火花塞2點燃混合氣來執(zhí)行均勻燃燒。設(shè)置 用于這種均勻燃燒的稀空燃比以便使由燃燒產(chǎn)生的NOx的量相對小(例如20)。當(dāng)內(nèi)燃機以高速并在大載荷下運轉(zhuǎn)時，內(nèi)燃才幾需要產(chǎn)生大
的輸出。在這種狀態(tài)下，內(nèi)燃機可以以濃空燃比或理論空燃比來執(zhí)行
均勻燃燒。同樣，在處于貧燃料(fUel-lean)氣氛下吸收NOx的NOx 吸收催化劑單元設(shè)置在內(nèi)燃機中的情況下，當(dāng)吸收到NOx吸收催化劑 中的NOx需要通過還原被釋放出來并除去時，以規(guī)定的濃空燃比執(zhí)行 均勻燃燒。特別地，在稀空燃比下的均勻燃燒過程中，除非通過維持 氣缸中的進氣運動直到點火時間來增加燃燒速度，否則無法獲得期望 的發(fā)動機輸出。鑒于此，期望通過自從進氣在進氣行程上被吸入到氣 缸內(nèi)并且將產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流維持到點火時間來維持氣缸中的進氣運動直 到壓縮行程結(jié)束時的點火時間，所述翻轉(zhuǎn)流通過向下經(jīng)由所述缸內(nèi)徑 的排氣閥側(cè)以及向上經(jīng)由所述進氣閥側(cè)而流動。
然而， 一般而言，沒有諸如增加氣缸蓋的壁厚以及適當(dāng)改變進氣 口的形狀和位置或者在進氣口內(nèi)設(shè)置進氣流控制閥這些更改，就不能 產(chǎn)生強烈的翻轉(zhuǎn)流。因此，如在該示例性實施例中，即使部分為弧形 的腔體3a形成在活塞3的頂面中以抑制翻轉(zhuǎn)流強度的降4氐，翻轉(zhuǎn)流也 容易在壓縮行程減弱并在點火時間前消失，因此，不可能通過利用翻 轉(zhuǎn)流來維持進氣的運動直到點火時間。因此，在該示例性實施例中， 通過在每個進氣行程結(jié)束時從燃料噴射閥1向缸內(nèi)徑的排氣閥側(cè)噴射 出的燃料F的推力使翻轉(zhuǎn)流T被加強。這樣穩(wěn)定地保持產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流 直到點火時間，因此可將氣缸內(nèi)的進氣的運動維持直到點火時間。
在第三示例性實施例中，例如，燃料噴射閥1具有狹縫形噴射孔 并且將燃料噴射為具有相對小的厚度的扇形，以便使燃料噴霧F的中 心側(cè)平面平4亍于翻轉(zhuǎn)流T的流向向下延伸并且基本匹配延伸穿過氣缸 軸的垂直平面。圖5中的該橫截面代表了延伸穿過氣缸軸的垂直平面并且圖5中的燃料噴霧F的橫截面代表了燃料噴霧F的中心側(cè)平面。
此外，燃料噴射閥1可以為具有圓形的燃料噴射孔并且將燃料噴射為 柱形或圓錐形的燃料噴射閥。
同時，依照內(nèi)燃機的工作條件，在每個進氣行程上在氣缸中產(chǎn)生
的翻轉(zhuǎn)流T的強度隨著吸入氣缸內(nèi)的進氣的動能的改變而變化。進氣 的動能表示為1/2mv2,其中"m"是每單位時間吸入的進氣的質(zhì)量而 "v"是進氣的流速。進氣的動能隨著發(fā)動機速度的增加和載荷的增加 而增加。即，當(dāng)內(nèi)燃機以高速并在大載荷下運轉(zhuǎn)時，吸入到氣缸內(nèi)的 進氣的動能大，并且當(dāng)內(nèi)燃機以低速并在小載荷下運轉(zhuǎn)時，吸入到氣 缸內(nèi)的進氣的動能小。同樣，當(dāng)作為內(nèi)燃機的工作條件之一的燃燒的 混合氣的空燃比稀時，進氣的動能也增加。同樣，當(dāng)燃燒的混合氣的 空燃比在規(guī)定的稀空燃比、理論空燃比和規(guī)定的濃空燃比之間轉(zhuǎn)換的 情況下，進氣動能在規(guī)定的稀空燃比下最小，當(dāng)空燃比從規(guī)定的稀空 燃比轉(zhuǎn)換到理論空燃比時，進氣動能增加，當(dāng)空燃比從理論空燃比轉(zhuǎn) 換到規(guī)定的濃空燃比時，進氣動能進一步增加。吸入到氣缸內(nèi)的進氣 的動能越大，將要產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流T的強度越高。因此，在將從燃料噴 射閥1噴射出的燃料噴霧F的噴射率保持在相對低的速率的情況下， 當(dāng)產(chǎn)生相對強的翻轉(zhuǎn)流T時，翻轉(zhuǎn)流T不能通過燃料噴霧F而被加強。 另一方面，在將所述噴射率保持在相對高的速率的情況下，當(dāng)產(chǎn)生相 對弱的翻轉(zhuǎn)流T時，燃料噴霧F可以穿透翻轉(zhuǎn)流T并粘附到缸內(nèi)徑的 壁上，稀釋了機油。
同時，在示例性實施例中，燃料噴射閥1的閥體的升程能夠可變 地控制為至少兩步大升程和小升程。因此，當(dāng)吸入到氣缸內(nèi)的進氣 的動能等于或大于參考值時，閥體被提升由圖6中的實線指示的大升程L1。即，當(dāng)進氣的動能等于或大于參考值時，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生相對強 的翻轉(zhuǎn)流。在這種情況下，通過將燃料噴射閥1的閥體提升大升程Ll,
噴射率增加因而燃料噴霧F的推力相應(yīng)增加。結(jié)果，翻轉(zhuǎn)流可以通過 燃料噴霧F被充分加強。
另一方向，當(dāng)吸入到氣缸內(nèi)的進氣的動能小于參考值時，燃料噴 射閥1的閥體被提升由圖6中的虛線指示的小升程L2。即，當(dāng)吸入到 氣缸內(nèi)的進氣的動能小于參考值時，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生相對弱的翻轉(zhuǎn)流。 在這種情況下，通過將燃料噴射閥1的閥體提升小升程L2，噴射率減 小因而燃料噴霧F的推力相應(yīng)減小。這降低了燃料噴霧F穿透翻轉(zhuǎn)流 并與缸內(nèi)徑的壁發(fā)生碰撞然后粘附于其上的可能性。此外，即使燃料 噴霧F的推力低，這種相對弱的翻轉(zhuǎn)流也可以通過燃料噴霧F被可靠 地加強。
在第三示例性實施例中，結(jié)束燃料噴射的時間固定在每個進氣行 程的下死點(BDC)。因此，計算燃料噴射閥開啟的持續(xù)時間(圖6中 的tl或t2 )考慮了噴射率以便使反映了內(nèi)燃機工作條件的所需燃料量 被噴射入氣缸內(nèi)，然后設(shè)置開始燃料噴射的時間以便獲得計算出的閥 門開啟持續(xù)時間。注意，假設(shè)噴射出的燃料量相同，則閥門開啟持續(xù) 時間隨著燃料噴射率的增加而增加。
當(dāng)燃料噴射率降低且燃料噴射持續(xù)時間(閥門開啟持續(xù)時間)增 加時，噴射出的燃料更容易被翻轉(zhuǎn)流散布在氣缸內(nèi)整個面積上，這樣 可以理想地在氣缸內(nèi)獲得良好均勻混合氣。因此，也可能以多步來改 變噴射率以便噴射率隨著翻轉(zhuǎn)流的強度的減弱而降低。為達到這個目 的，可以利用壓電致動器等以多步來控制燃料噴射閥1的閥體的升程。在此，假設(shè)可以僅在大升程Ll和小升程L2的兩步內(nèi)控制燃料噴 射閥1的閥體的升程。在這種情況下，通過如圖7中指示的首先將燃 料噴射閥1開啟大升程L1然后接著開啟小升程L2，在該噴射中達到 的整個噴射率是介于當(dāng)燃料噴射閥1的閥體僅被提升大升程L1時所達 到的最大噴射率和當(dāng)燃料噴射閥1的閥體僅被提升小升程L2時所達到 的最小噴射率之間的噴射率。不必說，當(dāng)連續(xù)利用兩個閥升程Ll和 L2時，燃料噴射閥1的閥體可以首先提升大升程L1然后提升小升程 L2或者反之亦然。
圖7顯示了通過將燃料噴射閥1開啟大升程L1來噴射一半所需燃 料量然后通過將燃料噴射閥1開啟小升程L2來噴射另一半的所需燃料 量的狀態(tài)，所需燃料量反映了內(nèi)燃機的工作條件。在這種情況下，該 燃料噴射的整個噴射率在最大噴射率和最小噴射率的中間，并且閥門 開啟持續(xù)時間tl，比閥門開啟持續(xù)時間t2，短，其中，在閥門開啟持續(xù) 時間tl，期間內(nèi)燃料噴射閥1被開啟大升程L1以噴射前一半燃料，在 閥門開啟持續(xù)時間t2，期間內(nèi)燃料噴射閥1被開啟小升程L2以噴射后 一半燃料。設(shè)置開始該燃料噴射的時間以使在閥門持續(xù)時間tl，和閥門 持續(xù)時間t2，時段內(nèi)連續(xù)執(zhí)行的燃料噴射結(jié)束時，活塞到達進氣行程上 的下死點。
在上述情況下，通過使以大升程噴射的大于一半所需燃料量的燃 料量相應(yīng)于以大升程噴射的燃料量所增加的量，以及使以小升程噴射 的小于一半所需燃料量的燃料量相應(yīng)于以大升程噴射的燃料量所增加 的量，可以使整個噴射率高于最大噴射率和最小噴射率之間的中間值。 相反，通過使以大升程噴射的小于一半所需燃料量的燃料量相應(yīng)于以 大升程噴射的燃料量所減少的量，以及使以小升程噴射的大于一半所需燃料量的燃料量相應(yīng)于以大升程噴射的燃料量所減少的量，可以使 整個噴射率低于最大噴射率和最小噴射率之間的中間值。
這樣，通過將以大閥門升程噴射的燃料量的比率增加到所需燃料 量(同時相應(yīng)地降^f氐了以小的岡升程噴射的燃料量的比率)，整個噴射 率可以被增加，并且通過將以大的閥升程噴射的燃料量的比率降低到 所需燃料量(同時相應(yīng)地增加了以小的閥升程噴射的燃料量的比率)， 整個噴射率可以被降低。因此，可以調(diào)整用于每個燃料噴射的整個燃 料噴射以便當(dāng)翻轉(zhuǎn)流的強度較小時，整個燃料噴射降低。因此，能夠 以可靠的方式加強每個翻轉(zhuǎn)流同時防止燃料噴霧F穿透翻轉(zhuǎn)流。同樣， 燃料噴霧的推力不會不必要地增加，這使得噴射出的燃料更容易由翻 轉(zhuǎn)流進行散布，這是理想的以便產(chǎn)生良好的均勻混合氣。
盡管在前面的示例性實施例中，結(jié)束燃料噴射的時間被設(shè)置到每 個進氣行程上的下死點，但本發(fā)明不限于此。即，只要燃料噴射主要 在每個進氣行程結(jié)束時執(zhí)行，則結(jié)束燃料噴射的時間就可以被設(shè)置為 在每個進氣行程上接近于下死點中心的其它點。
權(quán)利要求
1、一種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其具有布置在氣缸上部區(qū)域內(nèi)的燃料噴射閥(1)和火花塞(2)，其特征在于所述燃料噴射閥(1)適于基本在翻轉(zhuǎn)流的流向上來噴射燃料，以便加強所述翻轉(zhuǎn)流，所述翻轉(zhuǎn)流通過向下經(jīng)由所述氣缸的缸內(nèi)徑的排氣閥側(cè)以及向上經(jīng)由所述缸內(nèi)徑的進氣閥側(cè)的流動而在所述氣缸內(nèi)旋動。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中所 述燃料噴射閥(1)布置在所述氣缸的上部區(qū)域的排氣閥側(cè)內(nèi)并且適于 基本在所述氣缸的軸向方向上向下噴射燃料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中 所述內(nèi)燃機包括兩個排氣閥；以及所述燃料噴射閥(1 )布置在所述兩個排氣閥之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中 所述內(nèi)燃機包括單個排氣閥；所述燃料噴射閥(1 )設(shè)置為多個；以及所述燃料噴射閥(1)被分別設(shè)置在所述單個排氣閥的兩側(cè)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中所 述燃料噴射閥(1 )基本布置在所述氣缸的上部區(qū)域的中心以便在進氣 行程結(jié)束時向所述缸內(nèi)徑的所述排氣閥側(cè)噴射燃料，并且適于在吸入 到所述氣缸中的進氣的動能小時以比所述動能大時低的噴射率來噴射 燃料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中當(dāng) 所述動能降低時所述噴射率減小。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中 所述燃料噴射閥(1 )的閥體的升程被控制為大升程和小升程兩步；以及所述燃料噴射閥(1)適于通過將所述閥體提升所述大升程而以最 大噴射率來噴射燃料，通過將所述閥體提升所述小升程而以最小噴射 率來噴射燃料，并且通過將所述閥體首先提升所述大升程和所述小升 程中的一個然后接著提升所述二者中的另一個，而以所述最大噴射率 和所述最小噴射率之間的噴射率來噴射燃料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中所 述燃料結(jié)束噴射的時間被設(shè)置為接近于所述內(nèi)燃機的進氣行程的下死 點的點。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中所 述燃料開始噴射的時間基于依照所述內(nèi)燃機的工作條件和所述噴射率 而確定的所需燃料量來被確定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中 當(dāng)所述內(nèi)燃^/L上的負載增加時所述動能增加。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中 當(dāng)所述內(nèi)燃機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加時所述動能增加。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中 通過將所述閥體提升所述大升程和所述小升程中的一個來噴射所需燃料量的一部分，然后通過將所述閥體提升所述大升程和所述小升程中 的另一個來噴射所述所需燃料量的其余部分，所述燃料噴射閥(l)適 于以所述最大噴射率和所述最小噴射率之間的噴射率來噴射依照所述 內(nèi)燃機的工作條件來確定的所述所需燃料量。
13、根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其中 所述燃料噴射閥(1 )在所述動能大于參考值時通過將所述閥體提升所 述大升程來噴射燃料，而在所述動能等于或小于所述參考值時通過將 所述閥體提升所述小升程來噴射燃料。
全文摘要
一種氣缸內(nèi)噴射型火花點火內(nèi)燃機，其具有基本布置在氣缸上部區(qū)域內(nèi)的燃料噴射閥(1)和火花塞(2)。燃料在翻轉(zhuǎn)流的流向上從燃料噴射閥(1)噴射出來，以便加強所述翻轉(zhuǎn)流，所述翻轉(zhuǎn)流通過向下經(jīng)由所述缸內(nèi)徑的排氣閥側(cè)以及向上經(jīng)由所述缸內(nèi)徑的進氣閥側(cè)的流動而在所述氣缸內(nèi)旋動。
文檔編號F02F1/24GK101427017SQ200780014322
公開日2009年5月6日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月1日
發(fā)明者冨野修, 蘆澤剛, 野村啟 申請人:豐田自動車株式會社