專利名稱：缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機及其燃料噴射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種所設(shè)置的多噴口型燃料噴射閥將燃料直噴到燃燒室內(nèi)的缸內(nèi)直噴火 花點火式內(nèi)燃機及其燃料噴射方法，特別涉及一種使混合氣的均勻性提高的技術(shù)。
背景技術(shù)：
到目前為止，將燃料直噴到燃燒室內(nèi)的火花點火式內(nèi)燃機(也稱為直噴式發(fā)動機)中 有一種內(nèi)燃機包括具有多個噴口的多噴口型燃料噴射閥(多孔噴油器)。
例如，在專利文獻l中公開了一種直噴式發(fā)動機。該直噴式發(fā)動機，為實現(xiàn)層狀燃燒， 在燃燒室的進氣一側(cè)上部設(shè)置有多孔噴油器，從該多孔噴油器朝著形成在活塞頂面的凹陷 部噴射一部分燃料，該一部分燃料由凹陷部引導(dǎo)到火花塞附近。
專利文獻l中的凹陷部形成在活塞的頂面，且從中央部位到進氣一側(cè)，形成得很大。 上述一部分燃料朝著該凹陷部的進氣一側(cè)的部位噴去。在這樣的層狀燃燒中，為實現(xiàn)穩(wěn)定 的層狀化，通常是在壓縮行程中噴射燃料。
有時候，要進行與層狀燃燒不同的均勻燃燒，即讓大致均勻的混合氣分散在整個燃燒 室內(nèi)之后，再使其進行燃燒。
在進行均勻燃燒的情況下， 一般是在將進氣引進燃燒室的進氣行程中噴射燃料，利用 此時所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)的進氣的流動，形成均勻地分散在整個燃燒室內(nèi)的混合氣。在該'瞎 況下，尤其是有效地活用了從進氣一側(cè)朝著排氣一側(cè)縱向打旋兒的較強的進氣的流動(也 稱為翻滾氣流)。
《專利文獻1》日本公開特許公報特開2007 — 170206號公報
一本發(fā)明要解決的技術(shù)問題一
因為使用上述專利文獻l中的多孔噴油器時，是朝著活塞的凹陷部噴射燃料，所以以 下各方面很有利。g卩，能夠使附著在氣缸壁面上的燃料減少，從而能夠更好地防止燃燒不 良等。
但是，卻有可能出現(xiàn)以下不良現(xiàn)象。即，因為該燃料的噴射方向接近正下方，所以， 若為進行均勻燃燒而在進氣行程中噴射燃料，則該已噴射的燃料就會與翻滾氣流發(fā)生石並撞，翻滾氣流的翻滾強度就被減弱，這樣使混合氣均勻分散的效率就會下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為解決上述技術(shù)問題而研究開發(fā)出來的，其目的在于能夠借助于燃料的 噴射增大翻滾氣流的強度，從而進一步促進混合氣在燃燒室內(nèi)均勻地分散。 一為解決技術(shù)問題的技術(shù)方案一
為達成上述目的，在本發(fā)明中，設(shè)定了燃料的噴射方向，以便借助于燃料的噴射增大 翻滾氣流的強度。
具體而言，是一種缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機，在頂端部具有多個噴口的燃料噴射閥 被設(shè)置成將燃料直噴到氣缸內(nèi)的燃燒室中。所述燃燒室的上面由形成在氣缸蓋中的頂部構(gòu) 成，所述燃燒室的下面由活塞的頂面構(gòu)成；所述頂部設(shè)置有分別借助進氣閥開啟、關(guān)閉的
兩個進氣口，進氣被從所述進氣口引進燃燒室內(nèi)，以便進氣在燃燒室內(nèi)的上方從進氣一側(cè)
朝著排氣一側(cè)流動；所述燃料噴射閥的頂端部從在所述頂部的周緣部位相鄰的兩個進氣口 之間面向燃燒室內(nèi)；在所述活塞的頂面凹設(shè)有凹陷部，且在火花塞的下方。該凹陷部從所 述活塞的大致中央部位偏向排氣一側(cè)；來自多個噴口中朝著最下方噴射燃料的下方噴射噴 口的下方霧流，在進氣行程中曲軸轉(zhuǎn)角成為上止點過后ioo度時在從排氣一側(cè)的端部算起 靠進氣一側(cè)的任一位置撞向所述凹陷部。
在該結(jié)構(gòu)下，在燃燒室的頂部設(shè)置有分別借助進氣閥打開、關(guān)閉的兩個進氣口，從這 些進氣口引進到燃燒室內(nèi)的進氣的流動情況如下。首先，在燃燒室內(nèi)的上方從進氣一側(cè)朝 著排氣一側(cè)流動。接著，在排氣一側(cè)朝著下方流動后，再沿著活塞的頂面朝著進氣一側(cè)流 動。之后，在進氣一側(cè)朝上方流動。進氣就這樣在整個燃燒室內(nèi)在縱向上做很大的盤旋。
也就是說，在進氣行程的燃燒室內(nèi)，在排氣一側(cè)朝著下方，在進氣一側(cè)朝著上方流動 即在縱向上打旋兒的所謂的翻滾氣流。
設(shè)置有多個噴口的燃料噴射閥的頂端部從在頂部的周緣部的進氣一側(cè)面向燃燒室內(nèi)， 在活塞的頂面凹設(shè)有偏向排氣一側(cè)的凹陷部。
因此，在朝著所述凹陷部噴射燃料的情況下，形成的就不是朝著正下方的霧流，而是 在燃燒室內(nèi)從進氣一側(cè)朝著排氣一側(cè)向斜下方延伸的霧流，燃料液滴在燃燒室內(nèi)做較大的 移動，所以到與凹陷部碰撞以前容易分散。
在是進氣行程中的上止點過后100度的所述曲軸轉(zhuǎn)角的時候，來自下方噴射噴口的下 方霧流在從排氣一側(cè)的端部算起靠進氣一側(cè)的任一位置與凹陷部碰撞。100度的所述曲軸轉(zhuǎn)角下，活塞處于下降過程中，其頂面 位于氣缸內(nèi)較下方的位置。在該位置關(guān)系下，多個霧流中朝著最下方的下方霧流在從排氣 一側(cè)的端部算起靠進氣一側(cè)的任一位置撞向凹陷部。
于是，因為從下方噴射噴口噴射的燃料與包括凹陷部的活塞的頂面碰撞而反彈回來， 所以就能夠減輕燃料附著在氣缸周壁的現(xiàn)象，從而能夠良好地防止燃燒不良。
而且，因為在進氣一側(cè)，下方霧流不會正向碰撞朝向上方的翻滾氣流，所以翻滾氣流 就不會被燃料噴射的猛勢所削弱。而且，從進氣一側(cè)朝向排氣一側(cè)的霧流的流動將在燃燒 室的進氣一側(cè)朝向上方流動的進氣的流動巻入，從而增強了翻滾氣流的循環(huán)。因此促進了 混合氣的均勻分散。
優(yōu)選，在是進氣行程中的所述曲軸轉(zhuǎn)角的時候，所述下方霧流在從排氣一側(cè)的端部算 起靠進氣一側(cè)的任一位置撞向所述凹陷部。這樣一來，就能夠進一步減輕燃料附著在氣缸 周壁上這一不良現(xiàn)象，從而能夠進一步促進混合氣均勻分散。
凹陷部從活塞的頂面大致中央部位偏向位于排氣一側(cè)，該凹陷部的一周的側(cè)面中至少 一部分具有傾斜面。這樣一來，與傾斜面碰撞的燃料液滴便由該傾斜面的作用反彈回燃'燒 室的中央部位。因此，能夠進一步可靠地減輕燃料附著在周壁上這一不良現(xiàn)象，從而能夠 減輕濃度大的混合氣偏向分布在排氣一側(cè)這一不良現(xiàn)象。
優(yōu)選，下方霧流的中心線與氣缸的軸線交叉，與該下方霧流的上方相鄰的其它霧流的 中心線通過氣缸的軸線的兩側(cè)。這樣一來，即使是較窄的燃燒室，多個燃料的霧流也不會 相互干涉，也就能夠?qū)⑦@些噴口設(shè)置得靠近一些。
特別是，在所述火花塞設(shè)置在所述燃燒室的頂部的大致中央部位的情況下，使所述多 個噴口中朝著最上方噴射的上方噴射噴口的霧流不與所述火花塞接觸即可。這樣一來，就: 能夠良好地防止燃料液滴附著到火花塞的電極上，從而避免火不旺，只有煙冒出這一不良 現(xiàn)象。
具體而言，使所述上方噴射噴口的霧流的中心線從該上方噴射噴口開始朝著下方延l申 即可。這樣一來，就能夠借助上方噴射噴口的霧^1的流動增強翻滾氣流的強度，促進混合 氣均勻分散。而且，與下方噴射噴口的霧流的巻入作用相加，翻滾氣流就能夠進一步順禾U 地循環(huán)。
優(yōu)選，所設(shè)置的所述多個噴口使得噴射出的霧流不互相碰撞。這樣一來，就能夠防止 從不同噴口噴射的燃料液滴相互碰撞而一體化，燃料液滴變大而難以氣化這一不良現(xiàn)象發(fā) 生。從另一個角度來看，本申請所涉及的發(fā)明是以下那樣的燃料噴射方法。
也就是說，是一種在火花點火式內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)朝著多個方向直噴燃料的燃料噴射方法。包括燃料噴射步驟，在為了使進氣在燃燒室內(nèi)的上方從進氣一側(cè)朝著排氣一側(cè)流動而將進氣從設(shè)置在所述燃燒室的頂部的兩個進氣口引進燃燒室的進氣行程中，從在所述頂部的周緣部位的相鄰的兩個進氣口之間的部位將燃料噴射到燃燒室內(nèi)；在所述燃料噴射步驟中，在活塞的下降過程中燃料噴射終了，在該燃料噴射終了時，朝向最下方的下方霧流在從排氣一側(cè)的端部算起靠進氣一側(cè)的任一位置與從所述活塞的頂面的大致中央部位偏向排氣一側(cè)且凹設(shè)的凹陷部碰撞。
根據(jù)該方法，首先，在進氣行程形成所謂的翻滾氣流。在該進氣行程中噴射燃料的燃料噴射步驟中，在活塞下降的燃料噴射終了時，朝向最下方的下方霧流在從排氣一側(cè)的端部算起靠進氣一側(cè)的任一位置與從活塞的凹陷部碰撞。
這樣一來，因為含在下方霧流中的燃料，在噴射期間一直與包括凹陷部的活塞的頂面碰撞，所以能夠減輕燃料附著在氣缸的周壁上這一不良現(xiàn)象。
而且，下方霧流不會正向碰撞翻滾氣流，所以翻滾氣流就不會被燃料噴射的猛勢所削弱。而且，因為噴射所帶來的燃料的流動將翻滾氣流巻入來引導(dǎo)該循環(huán)，所以混合氣的均勻分散得到促進。
另外，用曲軸轉(zhuǎn)角來表示的話，這里所說的燃料噴射終了時就不是單一的一個值，而包括在活塞的下降過程中活塞即將到達下止點以前的時刻。
優(yōu)選，在所述燃料噴射步驟中，所述下方霧流在燃料噴射終了時在從排氣一側(cè)的端部奪起靠進氣一側(cè)的任一位置撞向所述凹陷部。這樣一來，下方霧流的大部分便與凹陷部石並撞，而進一步促進了混合氣均勻分散。
一發(fā)明的效果一
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，因為能夠借助燃料的噴射進一步強化翻滾氣流，所以能夠進一步促進混合氣在燃燒室內(nèi)均勻分散，從而能夠收到以下效果，提高燃料消耗比、輸出，改善燃燒不良等。


圖1是本發(fā)明的缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機的概略圖。圖2是顯示燃燒室5的概略結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。圖3是用以說明燃料噴射時刻的圖。圖4是表示多孔噴油器的頂端部的圖。
圖5 (a)是用以說明從側(cè)向觀察到的燃料的噴射狀態(tài)的圖，圖5 (b)是用以說明從上方觀察到的燃料的噴射狀態(tài)的圖。
圖6是用以說明從排氣一側(cè)看到的燃料的噴射狀態(tài)的圖。圖7是表示下方霧流狀態(tài)的立體圖。
圖8是用以說明燃料噴射時刻與下方霧流之間的關(guān)系的圖。
具體實施例方式
下面，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細的說明。此外，以下各個優(yōu)選實施方式只不過是從本質(zhì)上敘述的示例而已，本發(fā)明并非要對它的應(yīng)用物或用途進行限制。一整體結(jié)構(gòu)一
圖1是表示本發(fā)明中的直噴式發(fā)動機1的概略圖。該直噴式發(fā)動機1包括氣缸體la和設(shè)置在氣缸體la上的氣缸蓋lb。在這些氣缸體la和氣缸蓋lb內(nèi)部形成有四個氣缸2、2、 2、 2，活塞3嵌插在各個氣缸2內(nèi)，且能夠在各個氣缸2內(nèi)沿著上下方向做往復(fù)運動。這些活塞3、 3、...通過連桿與被支撐在氣缸體la下方且自由旋轉(zhuǎn)的曲軸4聯(lián)接，在曲軸4延伸的方向上排成一列(圖1中僅示出了一個氣缸2的結(jié)構(gòu))。
詳情如圖2所示，在各個氣缸2內(nèi)上部形成有燃燒室5。該燃燒室5由設(shè)置在氣缸蓋lb上的頂部5a、設(shè)置在從氣缸蓋lb到氣缸體la的周壁5b以及活塞3上部的頂面3a所:形成的空間構(gòu)成。燃燒室5的頂部5a呈由兩個傾斜面構(gòu)成的三角屋脊形狀，該燃燒室5是所謂的屋脊形燃燒室。 .
氣缸蓋lb上形成有將進氣引進燃燒室5內(nèi)的兩個進氣孔6、 6和從燃燒室5內(nèi)將既燃氣體排出的兩個排氣孔7、 7。
這兩個進氣孔6、 6的在燃燒室5 —側(cè)的進氣口 6a排列在各個氣缸2頂部5a的一個傾斜面上，這兩個進氣孔6、 6分別從燃燒室5朝著斜上方延伸到氣缸蓋lb的一個側(cè)面(圖l中的右側(cè)面)。在各個進氣孔6、 6的進氣口 6a上分別設(shè)置有在規(guī)定的時刻開啟、關(guān)閉的進氣閥8。
這兩個排氣孔7、 7的在燃燒室5 —側(cè)的各個排氣口 7a排列在各個氣缸2頂部5a的另一個傾斜面上，這兩個排氣孔7、 7在中途合流后，近似于水平地延伸，并延伸到氣缸蓋lb的另一側(cè)面(圖l中的左側(cè)面)。各個排氣孔7、 7的排氣口7a上分別設(shè)置有在規(guī)定的時刻開啟、關(guān)閉的排氣閥9。此外，該直噴式發(fā)動機l包括公知的使進氣閥8—側(cè)的凸輪相對于曲軸4的相位在
規(guī)定的角度范圍內(nèi)連續(xù)地變化的可變動閥機構(gòu)10 (也稱為VVTIO)。該進氣閥8的開啟、關(guān)閉時刻由該VVT10控制(僅示于圖l中)。
在氣缸蓋lb的進氣一側(cè)的側(cè)面上連接有分別與各個氣缸2的進氣孔6相連通的進氣道ll，經(jīng)由該進氣道11將進氣供給燃燒室5。另一方面，在氣缸蓋lb的排氣一側(cè)的側(cè)面上連接有在各個氣缸2分支與排氣孔7連通的排氣歧管12，既燃氣體(廢氣)從燃燒室5排出去。
如圖2中的箭頭假想線所示，在一個燃燒循環(huán)的進氣行程中，各個進氣口 6a的進氣閥8突出到燃燒室5內(nèi)，進氣口6a就被打開，進氣就被從各個進氣孔6引進燃燒室5內(nèi)。此時，在燃燒室5內(nèi)，產(chǎn)生在燃燒室5的上方從進氣一側(cè)朝向排氣一側(cè)的較強的進氣的流動，而產(chǎn)生如該圖中的箭頭所示的在燃燒室5內(nèi)沿著縱向打旋兒的進氣流動(翻滾氣流)。
詳細而言，被引進燃燒室5內(nèi)的進氣，主要是從進氣口 6a的靠近頂部5a中央的部位進入燃燒室5內(nèi)，在燃燒室5內(nèi)的上方從進氣一側(cè)朝著排氣一側(cè)流動。然后，該進氣沿著排氣一側(cè)的周壁5b朝下方流動，再沿著活塞3的頂面3a在燃燒室5內(nèi)的下方從排氣一側(cè)朝著進氣一側(cè)流動。之后，再沿著進氣一側(cè)的周壁5b朝上方流動。就這樣在整個燃燒室5內(nèi)在縱向上做很大的盤旋。
為利用該翻滾氣流使燃料均勻地分散，在整個燃燒室5內(nèi)形成均勻的混合氣，就在氣缸的進氣行程中噴射燃料。燃料噴射的詳情后述。
在氣缸蓋lb的燃燒室5的上部設(shè)置有沿著氣缸2的軸線P延伸的火花塞13。設(shè)置有電極的火花塞13的頂端部13a從被四個進排氣口 6a、 7a、...包圍起來的頂部5a的大致中心開始朝著下方突出到燃燒室5內(nèi)，且突出一規(guī)定距離。另一方面，火花塞13的基》瑞部上連接有點火電路14 (僅示于圖1中)。對各個氣缸2而言都是在規(guī)定的時刻給火花塞13通電。
氣缸蓋lb的進氣一側(cè)的側(cè)部設(shè)置有多孔噴油器15，該多孔噴油器15在兩個相鄰的進氣孔6、 6的下方沿著該兩個進氣孔6、 6延伸的方向延伸。多孔噴油器15的頂端部15a從設(shè)在氣缸蓋lb上的頂部5a的周緣部相鄰的兩個進氣口 6a、 6a之間面向燃燒室5內(nèi)，多孔噴油器15的基端部連接在各個氣缸2共用的燃料分配管16 (僅示于圖l)上。
該燃料分配管16連接在具有未示的高壓燃料泵、高壓調(diào)節(jié)器的燃料供給系統(tǒng)上。/人燃料箱內(nèi)吸上來并被調(diào)節(jié)到適當?shù)膲毫顟B(tài)的高壓燃料，從該燃料供給系統(tǒng)分配、供向各個氣缸2中，且在進氣行程從各個氣缸2的多孔噴油器15中噴射出來(燃料噴射步驟)。這些多孔噴油器15的燃料噴射時刻、噴射壓力、火花塞13的點火時刻、進氣閥8及排氣閥9的開啟、關(guān)閉時刻等由發(fā)動機控制單元(ECU) 17控制。
圖3示出了燃料的噴射時刻與活塞3在氣缸2內(nèi)的位置之間的關(guān)系。在該圖中，橫軸表示曲軸轉(zhuǎn)角，右端是壓縮行程的上止點(TDC)，中央是進氣行程的下止點(BDC)，左端是進氣行程的上止點(TDC)。這里，以進氣行程中的上止點為基準(0度)定義曲軸轉(zhuǎn)角(ATDC)。例如，壓縮行程的上止點就是進氣行程的上止點過后360度。
下方的曲線表示活塞3在氣缸2內(nèi)的位置，上方的帶狀區(qū)域表示在發(fā)動機的每一個轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)燃料的噴射期間。
如圖3所示，以曲軸轉(zhuǎn)角表示的燃料噴射期間，在低速的低轉(zhuǎn)速區(qū)域(例如1500rpm)較短，在中轉(zhuǎn)速區(qū)域(例如4000rpm)較長，在高轉(zhuǎn)速區(qū)域(例如6000rpm)最長。也就是說，速度提高轉(zhuǎn)速越高，以曲軸轉(zhuǎn)角表示的燃料噴射期間就越長。而且，噴射時刻也由ECU17控制，噴射開始時刻和噴射終了時刻也相互不同。順便說一下，在該實施方式中的低轉(zhuǎn)速區(qū)域，燃料噴射終了時的曲軸轉(zhuǎn)角是進氣行程中的上止點過后100度。
一主要部分的結(jié)構(gòu)一
接下來，對由多孔噴油器15噴射燃料的詳細情況進行說明。
如圖4所示，在多孔噴油器15的頂端部15a設(shè)有多個圓錐狀地噴射燃料的噴口 21、22、... 23 (該實施方式中6個)。如圖5 (a)所示，將這些噴口 21、 22、... 23的燃料噴射方向設(shè)定成大致指向燃燒室5內(nèi)的排氣一側(cè)的空間。
具體而言，位于多孔噴油器15的頂端部15a的上側(cè)的一個噴口 (上方噴射噴口) 21被設(shè)定成在這些噴口 21、 22、... 23中朝著最上方噴射。在該上方噴射噴口 21的下側(cè)沿著近似水平方向排列的一組(該實施方式中4個)噴口 (側(cè)向噴射噴口) 22、 22、...分別被設(shè)置成比上方噴射噴口 21朝下規(guī)定角度的方向噴射。詳細而言，這些噴口 (側(cè)向噴射噴口) 22、 22、...被設(shè)置成指向周壁5b的排氣一側(cè)。
位于該一組側(cè)向噴射噴口 22、 22、...下側(cè)的一個噴口 (下方噴射噴口) 23在所有的噴口21、 22、... 23中朝著最下方噴射燃料。
上方噴射噴口 21和下方噴射噴口 23布置在通過多孔噴油器15的頂端部15a的中心的縱軸T上，側(cè)向噴射噴口22、 22、...相對于該縱軸T左右對稱布置。
如圖5 (b)所示，從上方噴射噴口 21噴射形成的霧流21f (也稱為上方霧流21f)及從下方噴射噴口 23噴射形成的霧流23f (也稱為下方霧流23f)，其中心線21s與氣缸2的軸線P相交叉。另一方面，從側(cè)向噴射噴口 22噴射形成的霧流22f (也稱為側(cè)向霧、流22f)的各條中心線22s位于上方霧流21f與下方霧流23f的上下之間且通過軸線P的左右兩側(cè)。
如圖5 (a)所示，設(shè)定上方霧流21f的噴射方向，使得上方霧流21f不與火花塞13的頂端部13a接觸。詳細而言，設(shè)定上方霧流21f的噴射方向，使得上方霧流21f的中心線21s朝著包括上方噴射噴口 21且與氣缸2的軸線P垂直的面M的下側(cè)延伸。換句話說，設(shè)定上方霧流21f的噴射方向，使得上方霧流21f的中心線21s從上方噴射噴口 21開始朝下延伸。更詳細地講，從中心線21s與氣缸2的軸線P正交的方向看去，通過上方噴射噴口 21的氣缸2的軸線P的垂線L與上方霧流21f的中心線21s所成的角度9 1在10°一14°的范圍內(nèi)。
因此，從該多孔噴油器15噴射出的燃料液滴難以附著在火花塞13的電極上，從而能夠良好地避免火不旺，只有煙冒出這一不良現(xiàn)象。而且，因為上方霧流21f順著進氣的翻滾氣流的流動方向流動，所以翻滾氣流的強度增大，從而促進了混合氣均勻分散。
接下來，對各個側(cè)向噴射噴口 22進行說明。這些側(cè)向噴射噴口 22也是為增強翻滾氣
流的強度而被有效地分散布置著。
首先，如圖6所示，位于上方噴射噴口 21下側(cè)的側(cè)向噴射噴口 22、 22 (也稱為內(nèi)側(cè)噴口22a)的霧流22f、 22f (也稱為內(nèi)側(cè)霧流22af)離得很近，且在燃燒室5內(nèi)部的空間內(nèi)不與靠近這些側(cè)向噴射噴口 22、 22上、下的上方霧流21f、下方霧流23f碰撞。此外，圖6中，符號Zl所指的虛線區(qū)域是火花塞13的頂端部13a存在的火花塞區(qū)域。
在這些內(nèi)側(cè)霧流22af 、 22af與分別位于其兩側(cè)中之任一側(cè)的側(cè)向噴射噴口 22、 22 (也稱為外側(cè)噴口22b)的各個霧流22f, 22f(也稱為外側(cè)向霧流22bf)所通過的區(qū)域的上側(cè)，存在進氣闊8升降的兩個升降區(qū)域Z2、 Z2。因此，在進氣閥8下降得最大的最大下降位置各個霧流22f、 22f不與進氣閥8接觸。
詳情如圖5 (a)所示。從上方霧流21f的中心線21s與氣缸2的軸線P正交的方向看去，通過各側(cè)向噴射噴口 22的氣缸2的軸線P的垂線L與各個中心線22s所成的角度e 2、6 2'在25° —40°的范圍內(nèi)。
除此以外，各個側(cè)向噴射噴口 22被布置成相離很近，以便各個側(cè)向霧流22f在燃燒室5內(nèi)的空間不互相碰撞。詳情如圖5 (b)所示。當從正上方順著氣缸2的軸線P的方向看去時，側(cè)向霧流22f的中心線22s分別在規(guī)定的側(cè)向霧流角度6 3內(nèi)與周壁5b的壁面交叉。詳細而言，側(cè)向霧流22f的中心線22s以氣缸2的軸線P為中心135度的范圍內(nèi)，左右對稱地與周壁5b的壁面交叉。順便提一下，在該實施方式中，位于圓周方向最外頂U的兩側(cè)的外側(cè)霧流22bf、 22bf的中心線22bs、 22bs相互間所成的所述側(cè)向霧流角度9 3是132度。
這樣一來，因為這一組側(cè)向霧流22f、 22f、... 一邊將燃料液滴分散在整個燃燒室5內(nèi)， 一邊使燃料液滴噴射在進氣的翻滾氣流的流動方向上，所以翻滾氣流的強度增加，從而促進了混合氣均勻分散。
因為這些上方霧流21f和側(cè)向霧流22f在到達周壁5b的壁面以前被翻滾氣流所形成的進氣的流動層遮住，所以也具有燃料液滴難以附著在周壁5b的壁面上的優(yōu)點。
進一步對下方噴射噴口 23進行說明的話，為有效地活用翻滾氣流，而將下方噴射噴口 23布置成指向活塞3的頂面3a，尤其是指向凹陷在頂面3a中的凹陷部3d。
具體而言，如圖7所示，與燃燒室頂部5a的三角屋脊形狀相對應(yīng)，活塞3的頂面3a的形狀是這樣的，在與該頂部5a的進氣口 6a、 6a和排氣口 7a、 7a之間相對應(yīng)的部位形成有帶狀地高出一部分的隆起面3b,在隆起面3b的兩側(cè)分別形成有緩慢地朝下方傾斜的兩個傾斜面3c、 3c。朝下陷成球面狀的凹陷部3d位于該隆起面3b的長邊方向的近似中央部位且偏向排氣一側(cè)。
詳細而言，凹陷部3d是這樣的。使其底部和外周緣部之間的圓周側(cè)面3e是一個既朝下傾斜且彎曲的傾斜面，以便已發(fā)生碰撞的燃料液滴反彈到燃燒室5的中央部位。而且，凹陷部3d的中心從活塞3的頂面3a的中心偏向排氣一側(cè)。
由實驗結(jié)果可知，相對于這樣的凹陷部3d，下方霧流23f的中心線23s以規(guī)定以上的角度與氣缸2的軸線P相交叉，不會正向碰撞在燃燒室5的進氣一側(cè)朝上方流動的翻滾氣流。也就是說，如圖7所示，若假定通過下方噴射噴口 23且與氣缸2的軸線P平行的線為基準線H,所構(gòu)成的下方噴射噴口 23則使得下方霧流23f的中心線23s相對于該基準線H成35度以上的規(guī)定角度9 4 (也稱為下方霧流角度6 4)。
因為下方霧流23f不會正向碰撞在燃燒室5的進氣一側(cè)朝上方流動的翻滾氣流，所以翻滾氣流就不會被燃料噴射的猛勢削弱。而且，燃料霧流將在進氣一側(cè)朝著上方流動的翻滾氣流巻入，并將該翻滾氣流引導(dǎo)到在燃燒室5的上方從進氣一側(cè)朝向排氣一側(cè)的翻滾氣流的方向上。該下方霧流23f對翻滾氣流的引導(dǎo)效果與上方噴射噴口 21、側(cè)向噴射噴口22進行的燃料噴射對翻滾氣流的強化作用相加，就增強了翻滾氣流的循環(huán)，而進一步促進混合氣均勻分散。
另一方面，若使下方霧流角度9 4增大，下方霧流23f便容易碰撞到氣缸體la的祠一氣一側(cè)的周壁5b。若如此，燃料便直接附著在周壁5b上，就有可能導(dǎo)致燃燒不良。如圖3所示，因為在燃料的噴射期間中活塞3的頂面3a也會在氣缸2內(nèi)變位，所以下方霧流23f相對活塞3的頂面3a的碰撞位置不斷地變化。
于是，是考慮著該活塞3的變位、燃料的噴射時刻設(shè)置下方噴射噴口23，以便在進氣行程中燃料噴射終了時，下方霧流23f會在凹陷部3d的比排氣一側(cè)的端部還靠進氣一側(cè)的任一位置碰撞到凹陷部3d。
具體而言，在該例子中，在活塞3的下降過程中，亦即進氣行程中曲軸轉(zhuǎn)角是上止點過后IOO度的時候，下方霧流23f會在比排氣一側(cè)的端部還靠進氣一側(cè)的任一位置碰撞到凹陷部3d。因此，在翻滾氣流的作用減小、混合氣容易不均勻的低轉(zhuǎn)速區(qū)域，也能夠進一步有效地促進混合氣均勻分散。
此外，燃料噴射終了時刻并不限于所述曲軸轉(zhuǎn)角，只要能夠獲得與此相同的作用效果，是可以根據(jù)需要改變曲軸轉(zhuǎn)角的。
若對這一點進行詳細的說明，則如圖8中實線所示，在活塞3位于上止點一側(cè)且開始噴射燃料時，下方霧流23f會碰撞到活塞3的頂面3a的進氣一側(cè)。因為在活塞3的頂面3a上形成有傾斜面3c,所以燃料液滴的大部分會在該傾斜面3c的作用下反彈到燃燒室5的中央部位，該反彈與進氣行程初期較強的翻滾氣流帶來的分散作用相結(jié)合，使得燃料液滴不附著在周壁5b上就氣化或霧化。
如圖8中的假想線所示，當活塞3下降，下降到燃料噴射終了時，頂面3a與下方霧流23f的碰撞部位就從進氣一側(cè)移動到排氣一側(cè)，而成為活塞3的頂面3a的排氣一側(cè)的部位。因為在活塞3的頂面3a形成有偏向排氣一側(cè)的凹陷部3d，所以，如圖7所示，下方霧流23f由該凹陷部3d接收。 -
也就是說，是這樣設(shè)定下方霧流23f的，S卩，在燃料噴射終了時，下方霧流23f在凹陷部3d的從排氣一側(cè)的端部算起靠進氣一側(cè)的任一位置到凹陷部3d的從進氣一側(cè)的端部算起靠排氣一側(cè)的任一位置碰撞到凹陷部3d，幾乎所有的下方霧流23f都與凹陷部3d石並撞。
于是，碰撞到朝下陷成球面狀的凹陷部3d的燃料液滴大部分朝著燃燒室5的中央部位反彈。這樣就能夠有效地防止燃料液滴附著在周壁5b上。而且，即使翻滾氣流的作用稍微變小，也能夠通過該翻滾氣流的作用與該反彈效果的組合促進混合氣均勻分散。順便提一下，該實施方式中，下方霧流角度9 4約設(shè)定在40度上。
所述下方霧流角度8 4等從各個噴射噴口 21、 22、 23噴射的燃料的霧流狀態(tài)都是在假定燃燒室5內(nèi)沒有進氣的流動的情況下設(shè)定出來的。燃燒室5的內(nèi)壓、噴射壓等根據(jù)f吏用狀態(tài)決定。順便提一下，從各個噴射噴口 21、 22、 23噴射的霧流21f、 22f、 23f的霧流角都被設(shè)定在10° _15°的范圍內(nèi)(該實施方式中大約是12° )，噴射燃料的至少90%在該范圍以內(nèi)。此外，例如利用激光進行的測量方法就是一種測量霧流角等的測量方法。綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，燃料的噴射強化了翻滾氣流，從而促進了混合氣在燃燒室5內(nèi)均勻分散。結(jié)果是，能夠收到以下效果，提高燃料消耗比、輸出，改善燃燒不良、爆燃等。
此外，本發(fā)明并不限于上述實施方式，除此以外的各種各樣的結(jié)構(gòu)都包括在該發(fā)明中。例如，凹陷部3d的形狀并不限于球面狀，還可以是矩形形狀等。也就是說，凹陷部3d所具有的形狀只要保證發(fā)生碰撞的燃料反彈到燃燒室5的中央部位，不附著到周壁5b上即可。因此，并非一定要在圓周側(cè)面一周形成凹陷部3d的傾斜面，至少在排氣一側(cè)的部位形成凹陷部3d的傾斜面即可。
權(quán)利要求
1. 一種缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機，在頂端部具有多個噴口的燃料噴射閥被設(shè)置成將燃料直噴到氣缸內(nèi)的燃燒室中，其特征在于所述燃燒室的頂面由形成在氣缸蓋中的頂部構(gòu)成，所述燃燒室的底面由活塞的頂面構(gòu)成；所述頂部設(shè)置有分別借助進氣閥開啟、關(guān)閉的兩個進氣口，為進氣在燃燒室內(nèi)的上方從進氣一側(cè)朝著排氣一側(cè)流動，進氣被從所述進氣口引進燃燒室內(nèi)；所述燃料噴射閥的頂端部從在所述頂部的周緣部位相鄰的兩個進氣口之間面向燃燒室內(nèi)；凹陷部凹設(shè)在所述活塞的頂面，且在火花塞的下方；來自多個噴口中朝著最下方噴射燃料的下方噴射噴口的下方霧流，在進氣行程中曲軸轉(zhuǎn)角是上止點過后100度時，在從排氣一側(cè)的端部算起靠進氣一側(cè)的任一位置撞向所述凹陷部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機，其特征在于 在進氣行程中達到所述曲軸轉(zhuǎn)角時，所述下方霧流在從排氣一側(cè)的端部算起靠進氣一側(cè)的任一位置撞向所述凹陷部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機，其特征在于 所述凹陷部從活塞的頂面大致中央部位偏向位于排氣一側(cè)，且一周的側(cè)面中至少一部分具有傾斜面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機，其特征在于-所述下方霧流的中心線與氣缸的軸線交叉，與該下方霧流的上方相鄰的其它霧流的中心線通過所述氣缸的軸線的兩側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機，其特征在于 所述火花塞設(shè)置在所述燃燒室的頂部的大致中央部位，所述多個噴口中朝著最上方噴射的上方噴射噴口的霧流不與所述火花塞接觸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機，其特征在于-所述上方噴射噴口的霧流的中心線從該上方噴射噴口開始朝著下方延伸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機，其特征在于所設(shè)置的所述多個噴口保證噴射出的霧流不互相碰撞。
8. —種燃料噴射方法，在火花點火式內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)朝著多個方向直噴燃料，其特征在于包括燃料噴射步驟，在為了使進氣在燃燒室內(nèi)的上方從進氣一側(cè)朝著排氣一側(cè)流動而將進氣從設(shè)置在所述燃燒室的頂部的兩個進氣口引進燃燒室的進氣行程中，從在所述頂部的周緣部位的相鄰的兩個進氣口之間的部位將燃料噴射到燃燒室內(nèi)；在所述燃料噴射步驟中，在活塞的下降過程中燃料噴射終了，在該燃料噴射終了時， 朝向最下方的下方霧流在從排氣一側(cè)的端部算起靠進氣一側(cè)的任一位置與從所述活塞的 頂面的大致中央部位偏向排氣一側(cè)且凹設(shè)的凹陷部碰撞。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料噴射方法，其特征在于-在所述燃料噴射步驟中，所述下方霧流在燃料噴射終了時在從排氣一側(cè)的端部算起靠 進氣一側(cè)的任一位置撞向所述凹陷部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種缸內(nèi)直噴火花點火式內(nèi)燃機及其燃料噴射方法。多孔噴油器(15)被設(shè)置成將燃料直噴到燃燒室(5)中。為在燃燒室(5)內(nèi)產(chǎn)生翻滾氣流，進氣被從進氣口(6)引進燃燒室(5)內(nèi)。在活塞(3)的頂面(3a)凹設(shè)有偏向于排氣一側(cè)的凹陷部(3d)。在進氣行程活塞(3)下降的過程中燃料噴射終了，在該燃料噴射終了時即進氣行程中曲軸轉(zhuǎn)角成為上止點過后100度時，朝最下方噴射的下方霧流(23f)在比排氣一側(cè)的端部還靠進氣一側(cè)的任一位置與凹陷部(3d)碰撞；朝最上方噴射的霧流(21f)不與火花塞(13)接觸。在該結(jié)構(gòu)下，翻滾氣流的強度被燃料的噴射增強，從而能夠促進混合氣在燃燒室(5)內(nèi)均勻分散。
文檔編號F02M61/14GK101545437SQ20091013018
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者佐藤圭峰, 山川正尚, 志志目宏二, 藤川龍也, 西本敏朗 申請人:馬自達汽車株式會社