專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)通過向燃燒室供給燃料以及空氣，并使燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，從而輸出驅(qū)動力。當(dāng)在燃燒室中燃燒燃料時(shí)，使空氣和燃料的混合氣體處于壓縮狀態(tài)。已知內(nèi)燃機(jī)的壓縮比會對輸出功率以及燃料消耗量造成影響。通過提高壓縮比，從而能夠增大輸出轉(zhuǎn)矩、或減少燃料消耗量。然而，已知在將壓縮比設(shè)定得非常高時(shí)，燃燒室中會出現(xiàn)異常燃燒。在日本特開2000-230439號公報(bào)中公開了一種如下的自點(diǎn)火式的內(nèi)燃機(jī),其設(shè)置 有經(jīng)由壓力調(diào)節(jié)閥而與燃燒室相通的副室，壓力調(diào)節(jié)閥具有閥體和與閥體連接并向燃燒室側(cè)施力的閥桿。在該公報(bào)中公開了如下內(nèi)容，即，該自點(diǎn)火式的內(nèi)燃機(jī)在由于過早點(diǎn)火等而導(dǎo)致燃燒壓超過了預(yù)定的容許壓值時(shí)，將克服彈性體的壓力而提升壓力調(diào)節(jié)閥，從而使壓力向副室逸出。在該公報(bào)中公開了壓力調(diào)節(jié)閥在大于因過早點(diǎn)火等而產(chǎn)生的壓力的壓力下動作的情況。此外，在該公報(bào)中公開了一種如下的內(nèi)燃機(jī)，其形成有與燃燒室相通的副室，且在副室內(nèi)插入有能夠向上下移動的副活塞。副活塞被機(jī)械彈簧按壓。并且公開了如下內(nèi)容，即，當(dāng)燃料燃燒時(shí)，通過燃燒室的壓力而使機(jī)械彈簧壓縮從而使副活塞上升，由此使得與燃燒室相通的副室的容積增大。此外，在W02011/030471號手冊中公開了一種如下的燃燒壓力控制裝置，其具有容積可變裝置，所述容積可變裝置具有與燃燒室連通的副室，且在燃燒室的壓力達(dá)到控制壓力時(shí)使副室的容積發(fā)生變化。還公開了如下內(nèi)容，即，在該容積可變裝置中，通過氣體而對用于形成副室的副室用活塞進(jìn)行按壓。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2000-230439號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :國際公開第2011/030471號手冊

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在上述的日本特開2000-230439號公報(bào)中所公開的用于調(diào)節(jié)燃燒室的壓力的裝置中，當(dāng)燃料在燃燒室內(nèi)燃燒時(shí)，副活塞將朝向遠(yuǎn)離燃燒室的方向移動。此時(shí)，與燃燒室相通的副室將增大。之后，由于氣缸內(nèi)的活塞下降，使得燃燒室的壓力下降，從而副活塞將朝向燃燒室移動，并返回到初始位置。通過對燃燒室的壓力進(jìn)行控制的裝置的工作，從而使高溫的燃燒氣體流入到與燃燒室連通的副室的內(nèi)部。在上述公報(bào)中所公開的內(nèi)燃機(jī)中，副室被形成在氣缸蓋的內(nèi)部。因此，燃燒氣體的熱量會經(jīng)由副室的壁面而向氣缸蓋散熱。通過對燃燒室的壓力進(jìn)行控制的裝置進(jìn)行工作，從而使燃燒氣體的熱量所散熱到的面積擴(kuò)大。因此，由于對燃燒室的壓力進(jìn)行控制的裝置將進(jìn)行工作從而導(dǎo)致冷卻損失增大。其結(jié)果為，抑制了所輸出的轉(zhuǎn)矩、或者抑制了燃料消耗量的下降量。本發(fā)明的目的在于，提供一種具備對燃燒室的壓力進(jìn)行控制的裝置，且抑制冷卻損失的內(nèi)燃機(jī)。用于解決課題的方法本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)具備容積可變裝置，所述容積可變裝置包括具有彈性的彈簧裝置，且所述容積可變裝置在燃燒室的壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的控制壓力時(shí)，通過以燃燒室的壓力變化作為驅(qū)動源而使彈簧裝置收縮，從而使與燃燒室連通的空間的容積發(fā)生變化。彈簧裝置包括筒狀部，其與燃燒室連通；移動部件，其以可移動的方式被配置在筒狀部的內(nèi) 部，通過由移動部件對筒狀部的內(nèi)部的空間進(jìn)行劃分，從而形成了與燃燒室連通的空間。容積可變裝置包括被配置在筒狀部的周圍的加熱裝置。加熱裝置被形成為，能夠?qū)ν矤畈康谋诿嬷械?、在移動部件移動時(shí)成為與燃燒室連通的空間的區(qū)域進(jìn)行加熱。在上述發(fā)明中，優(yōu)選為，加熱裝置被配置于，在移動部件移動時(shí)成為與燃燒室連通的空間的、區(qū)域的周圍。在上述發(fā)明中，優(yōu)選為，彈簧裝置具有氣室，上述氣室通過由移動部件對筒狀部的內(nèi)部的空間進(jìn)行劃分，從而被形成在朝向燃燒室一側(cè)的相反一側(cè)，移動部件通過在氣室內(nèi)封入被加壓的氣體從而被按壓，加熱裝置以避開在移動部件進(jìn)行移動的期間內(nèi)連續(xù)成為氣室的區(qū)域的周圍的方式而形成。在上述發(fā)明中，優(yōu)選為，容積可變裝置具有絕熱結(jié)構(gòu)，所述絕熱結(jié)構(gòu)被配置在加熱裝置和燃燒室之間，并對從加熱裝置向燃燒室的內(nèi)部的熱量移動進(jìn)行抑制。在上述發(fā)明中可以采用如下方式，S卩，容積可變裝置被配置在包括燃燒室的頂面在內(nèi)的氣缸蓋的內(nèi)部，筒狀部被固定在氣缸蓋中，絕熱結(jié)構(gòu)包括，與氣缸蓋相比導(dǎo)熱率較小的絕熱部件、或者內(nèi)部成為空洞的密封空間。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種具備對燃燒室的壓力進(jìn)行控制的裝置，并抑制冷卻損失的內(nèi)燃機(jī)。


圖I為實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)的概要圖。圖2為實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)的容積可變裝置以及壓力改變裝置的概要圖。圖3為表示實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)角和燃燒室的壓力之間的關(guān)系的曲線圖。圖4為具有實(shí)施方式中的第一加熱裝置的容積可變裝置的放大概要剖視圖。圖5為具有實(shí)施方式中的第二加熱裝置的容積可變裝置的另一放大概要剖視圖。圖6為具有實(shí)施方式中的第三加熱裝置的容積可變裝置的放大概要剖視圖。圖7為具有實(shí)施方式中的第四加熱裝置的容積可變裝置的放大概要剖視圖。圖8為具有實(shí)施方式中的第五加熱裝置的容積可變裝置的放大概要剖視圖。圖9為具有實(shí)施方式中的第六加熱裝置的容積可變裝置的放大概要剖視圖。圖10為具有實(shí)施方式中的第六加熱裝置的容積可變裝置的另一放大概要剖視圖。圖11為具有實(shí)施方式中的第七加熱裝置的容積可變裝置的放大概要剖視圖。符號說明I…內(nèi)燃機(jī)主體；4…氣缸蓋；5…燃燒室；31···電子控制單元；50…氣體彈簧；5L···筒狀部件；51a…卡止部；55…副室用活塞；60…副室；61…氣室；62…排氣通道；63…絕熱部件;64…空洞部;65…電加熱器。
具體實(shí)施例方式參照圖I至圖11，對實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，以配置在車輛上的內(nèi)燃機(jī)為例進(jìn)行說明。圖I為本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)的概要圖。本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)為火花點(diǎn)火式內(nèi) 燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)具備內(nèi)燃機(jī)主體I。內(nèi)燃機(jī)主體I包括氣缸體2和氣缸蓋4。在氣缸體2的內(nèi)部配置有活塞3。在本發(fā)明中，在當(dāng)活塞達(dá)到了壓縮上止點(diǎn)時(shí)被活塞的上端面和氣缸蓋所包圍的、氣缸內(nèi)的空間之外，還將被處于任意位置的活塞的上端面和氣缸蓋所包圍的、氣缸內(nèi)的空間稱為燃燒室。燃燒室5的頂面由氣缸蓋4構(gòu)成，燃燒室5的底面由活塞3的上端面構(gòu)成。燃燒室5形成在各個(gè)氣缸的每一個(gè)內(nèi)。在燃燒室5上連接有內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣通道以及內(nèi)燃機(jī)排氣通道。氣缸蓋4上形成有進(jìn)氣口 7以及排氣口 9。進(jìn)氣閥6被配置在進(jìn)氣口 7的端部，并以能夠?qū)εc燃燒室5連通的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣通道進(jìn)行開閉的方式而形成。排氣閥8被配置在排氣口 9的端部，并以能夠?qū)εc燃燒室5連通的內(nèi)燃機(jī)排氣通道進(jìn)行開閉的方式而形成。在氣缸蓋4上固定有火花塞10。火花塞10被形成為，在燃燒室5內(nèi)對燃料進(jìn)行點(diǎn)火。本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)具備，用于向燃燒室5供給燃料的燃料噴射閥11。本實(shí)施方式中的燃料噴射閥11被配置為，向進(jìn)氣口 7噴射燃料。燃料噴射閥11并不限定于此方式。只需被配置成能夠向燃燒室5供給燃料即可。例如，燃料噴射閥也可以被配置成，直接向燃燒室噴射燃料。燃料噴射閥11經(jīng)由電子控制式的噴出量可變的燃料泵29而與燃料罐28連接。被存儲在燃料罐28內(nèi)的燃料通過燃料泵29而被供給至燃料噴射閥11。各個(gè)氣缸的進(jìn)氣口 7經(jīng)由所對應(yīng)的進(jìn)氣歧管13而與浪涌調(diào)整槽14連接。浪涌調(diào)整槽14經(jīng)由進(jìn)氣導(dǎo)管15而與空氣濾清器(未圖示)連接。在進(jìn)氣導(dǎo)管15的內(nèi)部，配置有對進(jìn)入空氣量進(jìn)行檢測的空氣流量計(jì)16。此外，在進(jìn)氣導(dǎo)管15的內(nèi)部，配置有由步進(jìn)電機(jī)17驅(qū)動的節(jié)流閥18。另一方面，各個(gè)氣缸的排氣口 9與所對應(yīng)的排氣歧管19連接。排氣歧管19與催化轉(zhuǎn)化器21連接。本實(shí)施方式中的催化轉(zhuǎn)化器21含有三元催化劑20。催化轉(zhuǎn)化器21與排氣管22連接。本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)具備電子控制單元31。本實(shí)施方式中的電子控制單元31包括數(shù)字計(jì)算機(jī)。電子控制單元31包括經(jīng)由雙向母線32而被相互連接的RAM(隨機(jī)存取存儲器)33、ROM(只讀存儲器)34、CPU(微處理器)35、輸入端口 36以及輸出端口 37?？諝饬髁坑?jì)16產(chǎn)生與被吸入至燃燒室5內(nèi)的吸入空氣量成比例的輸出電壓。該輸出電壓經(jīng)由所對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器38而被輸入至輸入端口 36。加速踏板40上連接有負(fù)載傳感器41。負(fù)載傳感器41產(chǎn)生與加速踏板40的踏入量成比例的輸出電壓。該輸出電壓經(jīng)由所對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器38而被輸入至輸入端口 36。曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42在例如曲軸每轉(zhuǎn)動預(yù)定的角度時(shí)產(chǎn)生輸出脈沖，該輸出脈沖被輸入至輸入端口 36。通過曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42的輸出，能夠檢測出內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。此外，通過曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42的輸出，能夠檢測出曲軸轉(zhuǎn)角。電子控制單元31的輸出端口 37經(jīng)由各自所對應(yīng)的驅(qū)動電路39而與燃料噴射閥11以及火花塞10連接。本實(shí)施方式中的電子控制單元31被形成為，執(zhí)行燃料噴射控制以及點(diǎn)火控制。即，噴射燃料的正時(shí)以及燃料的噴射量被電子控制單元31控制。而且，火花塞10的點(diǎn)火正時(shí)被電子控制單元31控制。此外，輸出端口 37經(jīng)由所對應(yīng)的驅(qū)動電路39而與步進(jìn)電機(jī)17以及燃料泵29連接，且步進(jìn)電機(jī)17對節(jié)流閥18進(jìn)行驅(qū)動。這些儀器被電子控制單元31控制。
在圖2中，圖示了本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)的容積可變裝置以及壓力改變裝置的概要剖視圖。本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)具備，對燃料燃燒時(shí)的燃燒室的壓力進(jìn)行控制的燃燒壓力控制裝置。本實(shí)施方式中的燃燒壓力控制裝置具備，使與燃燒室連通的空間的容積發(fā)生變化的容積可變裝置。容積可變裝置包括氣體彈簧50。氣體彈簧50與各自的氣缸內(nèi)的燃燒室5連接。本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)具有，作為與燃燒室5連通的空間的副室60。本實(shí)施方式中的容積可變裝置在燃燒室5的壓力達(dá)到控制壓力時(shí)，以燃燒室5的壓力變化作為驅(qū)動源而使副室60的容積發(fā)生變化。即，容積可變裝置通過燃燒室5的壓力的變化從而動作。本發(fā)明中的控制壓力為，容積可變裝置開始工作時(shí)的燃燒室的壓力。即，副室用活塞55開始移動時(shí)的燃燒室的壓力。容積可變裝置對燃燒室5的壓力成為發(fā)生異常燃燒的壓力以上的情況進(jìn)行抑制。本發(fā)明中的異常燃燒包括，例如通過點(diǎn)火裝置使混合氣體點(diǎn)火，并從點(diǎn)火的點(diǎn)起依次傳遞燃燒的狀態(tài)以外的燃燒。異常燃燒包括，例如，爆燃現(xiàn)象、爆轟現(xiàn)象以及早燃現(xiàn)象。爆燃現(xiàn)象包括火花爆燃現(xiàn)象?；鸹ū棘F(xiàn)象為，當(dāng)在點(diǎn)火裝置處點(diǎn)火，并且火焰以點(diǎn)火裝置為中心而擴(kuò)散時(shí)，位于距點(diǎn)火裝置較遠(yuǎn)的位置的、包含未燃燒燃料的混合氣體發(fā)生自燃的現(xiàn)象。位于距點(diǎn)火裝置較遠(yuǎn)的位置的混合氣體被點(diǎn)火裝置附近的燃燒氣體壓縮而達(dá)到高溫高壓，從而發(fā)生自燃。在混合氣體發(fā)生自燃時(shí)，將產(chǎn)生沖擊波。爆轟現(xiàn)象為，由于沖擊波在高溫高壓的混合氣體中通過，從而導(dǎo)致混合氣體點(diǎn)火的現(xiàn)象。該沖擊波例如由于火花爆燃現(xiàn)象而產(chǎn)生。早燃現(xiàn)象又被稱為提前點(diǎn)火現(xiàn)象。早燃現(xiàn)象為，火花塞的頂端的金屬或者燃燒室內(nèi)堆積的積碳等被加熱，從而成為維持了預(yù)定溫度以上的狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致以該部分作為火種而在點(diǎn)火正時(shí)之前使燃料點(diǎn)火而燃燒的現(xiàn)象。本實(shí)施方式中的容積可變裝置具備，構(gòu)成筒狀部的筒狀部件51。本實(shí)施方式中的筒狀部件51被形成為圓筒狀。在筒狀部件51的內(nèi)部，配置有作為移動部件的副室用活塞55。筒狀部件51的內(nèi)部的空間通過副室用活塞55而被劃分。在筒狀部件51的內(nèi)部，于朝向燃燒室5的一側(cè)形成有副室60。此外，在筒狀部件51的內(nèi)部，于朝向燃燒室5 —側(cè)的相反一側(cè)形成有氣室61。副室用活塞55并未固定在筒狀部件51上，而是以在筒狀部件51的軸向上移動的方式被形成。如箭頭標(biāo)記100所示，副室用活塞55在筒狀部件51的內(nèi)部進(jìn)行移動。副室用活塞55經(jīng)由作為密封部件的活塞環(huán)而與筒狀部件51接觸。通過副室用活塞55的移動，從而使副室60的容積發(fā)生變化。燃燒氣體流入到副室60內(nèi)。本實(shí)施方式中的容積可變裝置包括，具有彈性的彈簧裝置。本實(shí)施方式中的彈簧裝置具有氣體彈簧50。氣體彈簧50被形成為，通過將氣體密封在其內(nèi)部從而具有彈性。在氣體彈簧50的氣室61中填充有被加壓的氣體，以使得在燃燒室5的壓力達(dá)到所需的控制壓力時(shí)，副室用活塞55開始進(jìn)行移動。在本實(shí)施方式中，在氣室61中填充有空氣。作為被填充在氣室61中的氣體，并不限定于空氣，可以采用任意的氣體。在本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)中，在副室用活塞55移動的期間內(nèi)、即在氣體彈簧50收縮的期間內(nèi)，壓力調(diào)節(jié)閥85被關(guān)閉。氣體彈簧50由于壓力調(diào)節(jié)閥85被關(guān)閉而具有彈性。副室用活塞55通過被密封的氣室61的壓力而被按壓。本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)具備壓力改變裝置，該壓力改變裝置對氣體彈簧的氣室61的壓力進(jìn)行變更。本實(shí)施方式中的壓力改變裝置包括電機(jī)71和被電機(jī)71驅(qū)動的壓縮機(jī)72。在壓縮機(jī)72的出口處配置有單向閥82。單向閥82防止氣室61中的氣體反向流動而流出的現(xiàn)象。壓縮機(jī)72上連接有單向閥81以及過濾器73。過濾器73從被吸入至壓縮機(jī)·72內(nèi)的空氣中去除異物。單向閥81防止空氣從壓縮機(jī)72中反向流動。本實(shí)施方式中的壓力改變裝置包括壓力傳感器74，該壓力傳感器74作為對氣體彈簧50的氣室61的壓力進(jìn)行檢測的壓力檢測器。本實(shí)施方式中的壓力傳感器74被配置在，對氣室61和壓力調(diào)節(jié)閥85進(jìn)行連接的流道上。壓力改變裝置被電子控制單元31控制。在本實(shí)施方式中，電機(jī)71被電子控制單元31控制。本實(shí)施方式中的空氣排出閥84以及壓力調(diào)節(jié)閥85被電子控制單元31控制。壓力傳感器74的輸出被輸入到電子控制單元31中。本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)即使在運(yùn)行期間或者停止期間內(nèi)從氣體彈簧50的氣室61中泄露了空氣的情況下，也能夠補(bǔ)充空氣。例如，通過用電機(jī)71對壓縮機(jī)72進(jìn)行驅(qū)動，進(jìn)而打開壓力調(diào)節(jié)閥85，從而能夠向氣室61供給空氣。本實(shí)施方式中的壓力改變裝置能夠使氣體彈簧50的氣室61的壓力上升。并且，本實(shí)施方式中的壓力改變裝置能夠從氣體彈簧50的氣室61中排出氣體。通過打開壓力調(diào)節(jié)閥85以及空氣排出閥84，從而能夠使氣室61的壓力下降。通過改變氣室61的壓力，從而能夠改變控制壓力。壓力改變裝置并不限定于此方式，也可以采用能夠改變氣體彈簧的氣室的壓力的任意裝置。在圖3中，圖示了本實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)中的燃燒室的壓力的曲線圖。橫軸為曲軸轉(zhuǎn)角，縱軸為燃燒室的壓力以及副室用活塞的位移。在圖3中，圖示了燃燒循環(huán)中壓縮沖程以及膨脹沖程的曲線圖。在副室用活塞55到達(dá)了筒狀部件51的底部時(shí)的位移為零。本實(shí)施方式中的容積可變裝置為，當(dāng)從燃燒循環(huán)的壓縮沖程到膨脹沖程的期間內(nèi)，燃燒室的壓力達(dá)到了控制壓力時(shí)，副室用活塞55將移動。其結(jié)果為，氣體彈簧50的副室60的容積將變大。參照圖2及圖3，在壓縮沖程的開始時(shí)，副室用活塞55到達(dá)筒狀部件51的底部。在壓縮沖程中活塞3上升，從而使燃燒室5的壓力上升。在此，由于在氣體彈簧50的氣室61內(nèi)封入有與控制壓力相對應(yīng)的壓力的氣體，因此副室用活塞55將被維持在處于底部的狀態(tài)直至燃燒室5的壓力達(dá)到控制壓力為止。在圖3所示的實(shí)施例中，比曲軸轉(zhuǎn)角為0° (TDC)時(shí)稍微滯后而進(jìn)行點(diǎn)火。通過點(diǎn)火從而燃燒室5的壓力急劇上升。當(dāng)燃燒室5的壓力達(dá)到控制壓力時(shí)，副室用活塞55開始移動。當(dāng)混合氣體的燃燒繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，氣體彈簧50將收縮從而副室60的容積變大。由此，抑制了燃燒室5以及副室60的壓力的上升。在圖3所示的實(shí)施例中，燃燒室5的壓力被保持為大致固定。在燃燒室內(nèi)，當(dāng)燃料的燃燒進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)，副室用活塞55的位移將在達(dá)到最大之后減小。氣室61的壓力減小，從而副室用活塞55的位移恢復(fù)為零。即，副室用活塞55返回至到達(dá)底部的位置。當(dāng)燃燒室5的壓力變?yōu)樾∮诳刂茐毫r(shí)，隨著曲軸轉(zhuǎn)角的行進(jìn)從而燃燒室5的壓力減小。
如此，本實(shí)施方式中的燃燒壓力控制裝置能夠?qū)嵤┛刂?，從而在燃燒?的壓力達(dá)到了控制壓力時(shí)抑制燃燒室的壓力上升，以使燃燒室的壓力不會成為發(fā)生異常燃燒的壓力以上。在圖3中，圖示了比較例I以及比較例2的燃燒室的壓力的曲線圖。比較例I以及比較例2為，不具有本實(shí)施方式中的容積可變裝置的內(nèi)燃機(jī)。在內(nèi)燃機(jī)中，燃燒室的壓力依賴于點(diǎn)火正時(shí)而發(fā)生變化。內(nèi)燃機(jī)具有輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大的點(diǎn)火正時(shí)9max。比較例I為，在點(diǎn)火正時(shí)Θ max時(shí)進(jìn)行點(diǎn)火的曲線。通過在輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大的點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行點(diǎn)火,從而燃燒室的壓力將提高，熱效率成為最佳。然而，如果如比較例I這樣點(diǎn)火正時(shí)較早，則燃燒室的壓力會變得高于發(fā)生異常燃燒的壓力。假定比較例I的曲線圖中未發(fā)生異常燃燒。另一方面，在實(shí)際的內(nèi)燃機(jī)中，使點(diǎn)火正時(shí)角度滯后，以使燃燒室的最大壓力小于發(fā)生異常燃燒的壓力。在比較例2的內(nèi)燃機(jī)中，為了避免異常燃燒的發(fā)生，以滯后于輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大的點(diǎn)火正時(shí)的方式而進(jìn)行點(diǎn)火。在使點(diǎn)火正時(shí)角度滯后的情況下，與在輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大的點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行點(diǎn)火的情況相比，燃燒室的最大壓力將變小。本實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)能夠在燃燒室的壓力小于發(fā)生異常燃燒的壓力下實(shí)施燃燒。即使將點(diǎn)火正時(shí)提前，也能夠抑制異常燃燒的發(fā)生。尤其是，在壓縮比較高的發(fā)動機(jī)中，也能夠抑制異常燃燒。進(jìn)而，能夠延長燃燒室的壓力較高的時(shí)間。因此，與比較例2的、使點(diǎn)火正時(shí)滯后的內(nèi)燃機(jī)相比，能夠改善熱效率，并增大輸出轉(zhuǎn)矩。而且，能夠減少燃料消耗量。在圖4中，圖示了包括本實(shí)施方式中的第一加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置的放大概要剖視圖。本實(shí)施方式中的容積可變裝置包括加熱裝置，該加熱裝置被配置在筒狀部的周圍，并對在移動部件進(jìn)行移動時(shí)成為與燃燒室連通的空間的區(qū)域的、筒狀部的壁面進(jìn)行加熱。本實(shí)施方式中的第一加熱裝置包括被形成在氣缸蓋4的內(nèi)部的排氣通道62。排氣通道62中被供給高溫的廢氣。本實(shí)施方式中的排氣通道62在氣缸蓋4的內(nèi)部形成有空間。排氣通道62在筒狀部件51的周圍以沿著筒狀部件51的形狀的方式而形成。本實(shí)施方式中的排氣通道62以圍繞筒狀部件51的方式而形成。排氣通道62具有入口部62a和出口部62b。第一加熱裝置被形成為，使從燃燒室5向內(nèi)燃機(jī)排氣通道流出的廢氣的一部分，如箭頭標(biāo)記101所示向入口部62a供給。入口部62a例如被連接于氣缸蓋4中所形成的排氣口 9上。流通于排氣通道62中的廢氣，如箭頭102所示從出口部62b流出。從出口部62b流出的廢氣將再次被返回到內(nèi)燃機(jī)排氣通道。出口部62b例如與排氣歧管19連接。副室用活塞55在燃燒室5的壓力達(dá)到控制壓力以上時(shí)，將在預(yù)定的范圍內(nèi)移動。箭頭標(biāo)記103所示的區(qū)域?yàn)椋诟笔矣没钊?5進(jìn)行移動時(shí)，至少于部分期間內(nèi)成為副室60的區(qū)域。本實(shí)施方式中的排氣通道62被配置在，如箭頭標(biāo)記103所示的、成為副室60的區(qū)域的周圍。第一加熱裝置被形成為，對至少在部分期間內(nèi)成為副室60的區(qū)域的壁面進(jìn)行加熱。通過本實(shí)施方式中的容積可變裝置的工作，從而抑制了燃燒室的最大壓力。由于抑制了燃燒室的最大壓力，從而燃燒溫度的最大值被抑制得較低。因此，能夠抑制從燃燒氣體向氣缸體和氣缸蓋的熱量移動。通過降低燃燒溫度，從而能夠減少冷卻損失。然而，通過容積可變裝置的工作，從而副室用活塞55將向朝向燃燒室5 —側(cè)的相反一側(cè)移動。燃燒氣體將流入到容積增大了的副室60的內(nèi)部。形成副室60的壁面的、筒狀部件51的圓周方向上的部分將與燃燒氣體接觸，從而散熱面積增大。由于副室60的增 大，從而經(jīng)由筒狀部件51而向氣缸蓋4散熱的面積增大。通過從副室60向氣缸蓋4進(jìn)行散熱，從而使冷卻損失增大了。在本實(shí)施方式的容積可變裝置中，當(dāng)廢氣被供給到排氣通道62中時(shí)，能夠通過廢氣的熱量而對筒狀部件51的壁面進(jìn)行加熱。尤其是，在副室用活塞55進(jìn)行移動的期間內(nèi)，能夠?qū)Τ蔀楦笔?0的區(qū)域的、筒狀部件51的壁面進(jìn)行加熱。由于能夠減小流入副室60中的燃燒氣體和筒狀部件51之間的溫度差，因此即使在副室60的容積增大的期間內(nèi)，也能夠抑制從副室60經(jīng)由筒狀部件51而向氣缸蓋4散熱的現(xiàn)象。其結(jié)果為，能夠抑制內(nèi)燃機(jī)的冷卻損失，從而能夠抑制所輸出的轉(zhuǎn)矩的降低。此外，能夠抑制燃料的消耗量的惡化。此外，第一加熱裝置的排氣通道62被配置于，在副室用活塞55移動時(shí)成為與燃燒室5連通的空間的區(qū)域的周圍。S卩，以圍繞箭頭標(biāo)記103所示的成為副室60的區(qū)域的方式而形成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠更有效地對成為副室60的區(qū)域的、筒狀部件51的壁面進(jìn)行加熱。由此能夠更有效地抑制流入到副室60內(nèi)的燃燒氣體的熱量向筒狀部件51傳遞的現(xiàn)象。在圖5中，圖示了包括本實(shí)施方式中的第二加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置的放大概要剖視圖。本實(shí)施方式中的第一加熱裝置中，以從筒狀部件51隔開間隔的方式而形成有排氣通道62。相對于此，第二加熱裝置中的排氣通道62與筒狀部件51相接觸。S卩，流通于排氣通道62中的廢氣不經(jīng)由氣缸蓋4而直接對筒狀部件51進(jìn)行加熱。如此，通過采用加熱裝置與筒狀部件相接觸的結(jié)構(gòu)，從而能夠提高對筒狀部件進(jìn)行加熱時(shí)的加熱效率。在圖6中，圖示了包括本實(shí)施方式中的第三加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置的放大概要剖視圖。本實(shí)施方式中的第三加熱裝置具有，被形成在筒狀部件51的周圍的排氣通道
62。第三加熱裝置的排氣通道62以避開在副室用活塞55的移動期間內(nèi)連續(xù)成為氣室61的區(qū)域的周圍的方式而形成。箭頭標(biāo)記104為，在副室用活塞55上升到上端時(shí)成為氣室61的區(qū)域。第三加熱裝置具有在箭頭標(biāo)記104所示的區(qū)域的周圍未形成排氣通道62的結(jié)構(gòu)。即，以避開在副室用活塞55進(jìn)行移動的期間內(nèi)常時(shí)成為氣室61的區(qū)域的周圍區(qū)域的方式，而形成了排氣通道62。在本實(shí)施方式的容積可變裝置中，在副室用活塞55進(jìn)行移動的期間內(nèi)，氣室61被密封。然而，在通過加熱裝置而對密封在氣室61內(nèi)的氣體進(jìn)行加熱時(shí)，氣室61的壓力將上升。即，控制壓力將會上升。
通過以避開在副室用活塞55進(jìn)行移動的期間內(nèi)連續(xù)成為氣室61的區(qū)域的周圍的方式而配置加熱裝置，從而能夠抑制成為氣室61的壁面的部分被加熱的情況。由此能夠促進(jìn)從氣室61的散熱。尤其是，能夠?qū)訜嵫b置所產(chǎn)生的熱量經(jīng)由氣缸蓋4而對氣室61內(nèi)部的氣體進(jìn)行加熱的情況進(jìn)行抑制。并能夠?qū)馐?1被密封時(shí)，氣室61內(nèi)部的氣體的溫度上升從而使控制壓力上升的情況進(jìn)行抑制。此外，當(dāng)通過壓力改變裝置而對氣室61的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，能夠容易地進(jìn)行壓力的調(diào)節(jié)。另外，雖然在本實(shí)施方式中的容積可變裝置上連接有壓力改變裝置，但是并不限定于此方式，對于未連接有壓力改變裝置的容積可變裝置也可以適用本發(fā)明。此外，本實(shí)施方式中的第三加熱裝置以避開到達(dá)底部的副室用活塞55的周圍的區(qū)域的方式而形成。在圖6中，圖示了副室用活塞55卡止于卡止部51a處，且到達(dá)了筒狀部件51的底部的狀態(tài)。副室用活塞55在卡止于卡止部51a時(shí)構(gòu)成燃燒室5的壁面。副室用活塞55與在進(jìn)氣沖程中被吸入的空氣或者混合氣體接觸。因此，如果副室用活塞55的溫度被維持得較高，則吸入空氣或者混合氣體的溫度將會上升。由于如果被吸入的空氣或者混合氣體的溫度升高，則填充效率將會下降，因此會產(chǎn)生易于發(fā)生爆燃等異常燃燒等的問題。通過以避開副室用活塞55到達(dá)底部的區(qū)域的周圍區(qū)域的方式而形成加熱裝置，從而能夠?qū)ψ璧K從副室用活塞55的散熱的情況進(jìn)行抑制，進(jìn)而能夠抑制吸入空氣或者混合氣體的溫度上升。如此，能夠在抑制填充效率的下降的同時(shí)，抑制冷卻損失的下降。在圖7中，圖示了包括本實(shí)施方式中的第四加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置的放大概要剖視圖。第四加熱裝置具有，被形成在排氣通道62和燃燒室5之間的絕熱結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式中的絕熱結(jié)構(gòu)具有，抑制從加熱裝置朝向燃燒室5的內(nèi)部的熱量移動的功能。 在本實(shí)施方式的第四加熱裝置中，在排氣通道62和燃燒室5之間配置有絕熱部件
63。絕熱部件63在筒狀部件51的周圍以沿筒狀部件51的形狀的方式而形成。本實(shí)施方式中的絕熱部件63被形成為圓環(huán)狀。作為絕熱部件63，例如可以通過與氣缸蓋4相比導(dǎo)熱率較小的材質(zhì)而形成。氣缸蓋4例如可以通過鑄鐵、鋁合金等金屬而形成。因此，氣缸蓋4的導(dǎo)熱率較高。作為絕熱部件63，例如可以通過樹脂而形成。并且，尤其優(yōu)選為，在樹脂中導(dǎo)熱率也較小的發(fā)泡樹脂等。如上文所述，優(yōu)選在進(jìn)氣沖程中燃燒室的壁面的溫度較低。通過在加熱裝置和燃燒室之間形成絕熱結(jié)構(gòu)，從而能夠抑制由加熱裝置對燃燒室的壁面進(jìn)行加熱的現(xiàn)象。在第四加熱裝置中，能夠抑制從排氣通道62向燃燒室5的壁面的傳熱。其結(jié)果為，能夠抑制對進(jìn)氣沖程中流入到燃燒室內(nèi)的混合氣體或空氣進(jìn)行加熱的情況，從而能夠抑制填充效率的下降。雖然在包括本實(shí)施方式的第四加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置的絕熱結(jié)構(gòu)中包括絕熱部件，但是并不限定于此，作為絕熱結(jié)構(gòu)，可以采用抑制從加熱裝置朝向燃燒室的熱量移動的任意結(jié)構(gòu)。例如，作為絕熱結(jié)構(gòu)，也可以形成內(nèi)部被減壓且被密封的空洞部來代替絕熱部件。此外，也可以形成內(nèi)部被填充了氣體的空洞部。通過形成這種密封空間，也能夠配置與氣缸體相比導(dǎo)熱率較小的部分，從而構(gòu)成絕熱結(jié)構(gòu)。在圖8中，圖示了包括本實(shí)施方式中的第五加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置的放大概要剖視圖。在第五加熱裝置中，作為加熱裝置而發(fā)揮功能的排氣通道62，被形成在筒狀部件51的頂面上。排氣通道62被形成在，朝向燃燒室5 —側(cè)的相反一側(cè)的、筒狀部件51的端面上。在筒狀部件51的圓周方向的側(cè)面上形成有絕熱結(jié)構(gòu)。包括第五加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置中，形成有空洞部64以作為絕熱結(jié)構(gòu)?？斩床?4為，在筒狀部件51的周圍以沿著筒狀部件51的側(cè)面的方式而形成的密封空間?？斩床?4與筒狀部件51相接觸。此外，空洞部44的內(nèi)部被減壓。作為空洞部并不限定于此方式，例如，也可以被形成為填充了任意氣體的密封空間。在第五加熱裝置中，通過使廢氣流通于排氣通道62內(nèi)，從而能夠?qū)ν矤畈考?1進(jìn)行加熱。由于在筒狀部件51的周圍形成有作為絕熱結(jié)構(gòu)的空洞部64，因此能夠抑制從筒狀部件51向氣缸蓋4的散熱。其結(jié)果為，能夠使從排氣通道62通過的廢氣的熱量沿筒狀部件51的側(cè)壁而移動。從而能夠?qū)⑼矤畈考?1維持在較高的溫度。并能夠?qū)υ诟笔矣没钊?5移動時(shí)成為副室60的區(qū)域的、筒狀部件51的壁面進(jìn)行加熱。其結(jié)果為，能夠抑制燃燒氣體的熱量經(jīng)由筒狀部件51而向氣缸蓋4的移動。
第五加熱裝置的排氣通道62被形成在筒狀部件51的頂面上。即，加熱裝置被配置在遠(yuǎn)離燃燒室5的位置處。因此，在燃燒室5的附近的區(qū)域內(nèi)，無需形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置，從而能夠容易地形成包括加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置。此外，制造容積可變裝置時(shí)的生廣性提聞。雖然在包括第五加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置中，構(gòu)成絕熱結(jié)構(gòu)的空洞部64是與筒狀部件51相接觸的，但并不限定于此方式，也可以采用空洞部64以與筒狀部件51分離的方式而被形成于氣缸蓋4的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。此外，在包括第五加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置中，以避開副室用活塞55到達(dá)底部時(shí)的周圍區(qū)域的方式而形成了空洞部64。通過采用這種結(jié)構(gòu)，從而能夠提高副室用活塞55到達(dá)底部時(shí)的副室用活塞55的散熱性。由此能夠抑制副室用活塞55被維持在高溫從而填充效率下降的情況。雖然本實(shí)施方式中的加熱裝置的排氣通道是在氣缸蓋內(nèi)形成有一個(gè)，但并不限定于此方式，也可以采用在筒狀部的周圍形成多個(gè)排氣通道的結(jié)構(gòu)。所述的加熱裝置利用從燃燒室流出的排出氣體的熱量而對筒狀部件進(jìn)行加熱。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠利用廢棄到外部空氣中的熱量而對副室的壁面進(jìn)行加熱。作為加熱裝置，并不限定于此方式，可以采用對筒狀部件進(jìn)行加熱的任意裝置。例如，加熱裝置可以包括電加熱器。在圖9中，圖示了包括本實(shí)施方式中的第六加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置的放大概要剖視圖。本實(shí)施方式中的第六加熱裝置包括電加熱器65。各個(gè)電加熱器65與電源相連接。電加熱器65的電源被電子控制單元31控制。電加熱器65被形成為，在副室用活塞55的移動方向上延伸。電加熱器65被配置為,對在副室用活塞55移動時(shí)成為副室60的區(qū)域的、筒狀部件的壁面進(jìn)行加熱。在圖10中，圖示了包括本實(shí)施方式中的第六加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置的另一概要剖視圖。圖10為與圖9中的A-A線相關(guān)的、沿箭頭標(biāo)記觀察時(shí)的剖視圖。在本實(shí)施方式中，多個(gè)電加熱器65被配置在筒狀部件51的周圍。本實(shí)施方式中的電加熱器65被形成為棒狀。電加熱器65以圍繞筒狀部件51的方式而等間隔地配置。雖然本實(shí)施方式中的第六加熱裝置的電加熱器被形成為棒狀，但并不限定于此方式，可以采用對筒狀部件進(jìn)行加熱的任意的電加熱器。例如，也可以配置圍繞筒狀部件的一個(gè)板狀的加熱器。在圖11中，圖示了包括本實(shí)施方式中的第七加熱裝置在內(nèi)的容積可變裝置的放大概要剖視圖。本實(shí)施方式中的第七加熱裝置包括多個(gè)電加熱器65,各個(gè)電加熱器65與筒狀部件51相接觸。通過采用該結(jié)構(gòu)，能夠提高對筒狀部件進(jìn)行加熱時(shí)的加熱效率。上述的多個(gè)實(shí)施方式可以進(jìn)行相互組合。例如，可以在筒狀部的周圍不僅配置排氣通道還配置電加熱器。雖然本實(shí)施方式中的容積可變裝置的彈簧裝置包括氣體彈簧，但是作為彈簧裝置并不限定于此方式，也可以包括對移動部件進(jìn)行按壓的任意部件。例如，彈簧裝置也可以包括螺旋彈簧這種機(jī)械彈簧。雖然在本實(shí)施方式中，以被安裝在汽車上的內(nèi)燃機(jī)為例進(jìn)行了說明，但并不限定 于此方式，本發(fā)明能夠適用于任意的內(nèi)燃機(jī)中。在上述的各個(gè)附圖中，對相同或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注了相同的符號。另外，上述的實(shí)施方式僅為示例而并不對發(fā)明進(jìn)行限定。此外，在實(shí)施方式中，包含權(quán)利要求中所示的改變。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 具備容積可變裝置，所述容積可變裝置包括具有彈性的彈簧裝置，并且所述容積可變裝置在燃燒室的壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的控制壓力時(shí)，通過以燃燒室的壓力變化作為驅(qū)動源而使彈簧裝置收縮，從而使與燃燒室連通的空間的容積發(fā)生變化， 彈簧裝置包括筒狀部，其與燃燒室連通；移動部件，其以可移動的方式被配置在筒狀部的內(nèi)部，并且，通過由移動部件對筒狀部的內(nèi)部的空間進(jìn)行劃分，從而形成了與燃燒室連通的空間， 容積可變裝置包括被配置在筒狀部的周圍的加熱裝置， 加熱裝置被形成為，能夠?qū)ν矤畈康谋诿嬷械摹⒃谝苿硬考苿訒r(shí)成為與燃燒室連通的空間的區(qū)域進(jìn)行加熱。
2.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 加熱裝置被配置于，在移動部件移動時(shí)成為與燃燒室連通的空間的、區(qū)域的周圍。
3.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 彈簧裝置具有氣室，所述氣室通過由移動部件對筒狀部的內(nèi)部的空間進(jìn)行劃分，從而被形成在朝向燃燒室一側(cè)的相反一側(cè)， 移動部件通過在氣室內(nèi)封入被加壓的氣體從而被按壓， 加熱裝置以避開在移動部件進(jìn)行移動的期間內(nèi)連續(xù)成為氣室的區(qū)域的周圍的方式而形成。
4.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 容積可變裝置具有絕熱結(jié)構(gòu)，所述絕熱結(jié)構(gòu)被配置在加熱裝置和燃燒室之間，并對從加熱裝置向燃燒室的內(nèi)部的熱量移動進(jìn)行抑制。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)，其中， 容積可變裝置被配置在，包括燃燒室的頂面在內(nèi)的氣缸蓋的內(nèi)部， 筒狀部被固定在氣缸蓋中， 絕熱結(jié)構(gòu)包括，與氣缸蓋相比導(dǎo)熱率較小的絕熱部件、或者內(nèi)部成為空洞的密封空間。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)，其具備容積可變裝置，所述容積可變裝置為，在燃燒室的壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的控制壓力時(shí)，通過以燃燒室的壓力變化作為驅(qū)動源而使彈簧裝置收縮，從而使與燃燒室連通的空間的容積發(fā)生變化。彈簧裝置包括筒狀部，其與燃燒室連通；移動部件，其以可移動的方式被配置在筒狀部的內(nèi)部。容積可變裝置包括加熱裝置，所述加熱裝置能夠?qū)ν矤畈康谋诿嬷械?、在移動部件移動時(shí)成為與燃燒室連通的空間的區(qū)域進(jìn)行加熱。
文檔編號F02D15/04GK102933821SQ201180002360
公開日2013年2月13日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者蘆澤剛 申請人:豐田自動車株式會社