專利名稱：內(nèi)燃機(jī)用空氣－燃料混合氣形成裝置及發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)用空氣-燃料混合氣形成裝置，具體涉及這樣一種內(nèi)燃機(jī)用混合物形成裝置，其用于以許多方向朝多個(gè)內(nèi)燃機(jī)氣缸噴射燃料的單個(gè)燃料噴射器被裝設(shè)在一節(jié)流閥的上游。
為了實(shí)現(xiàn)一種價(jià)格不貴的、內(nèi)燃機(jī)用燃料噴射裝置，在此以前已提出一種系統(tǒng)，其中一能以分路方式向許多方向噴射燃料的燃料噴射器被裝設(shè)在與位于一節(jié)流閥上游的氣缸相應(yīng)的一進(jìn)氣歧管的收集部，而燃料則通過一單個(gè)燃料噴射器被供應(yīng)到多個(gè)氣缸。例如，日本專利未審查公開號63-223364就揭示了這樣一個(gè)系統(tǒng)。
另一方面，在一采用傳統(tǒng)化油器的系統(tǒng)中，燃料被充分霧化到約30μm的顆粒大小。在一燃料噴射器被裝設(shè)在節(jié)流閥上游的所謂單點(diǎn)式的傳統(tǒng)燃料噴射系統(tǒng)中，燃料霧化程度不如采用化油器的上述系統(tǒng)，但可將從燃料噴射點(diǎn)到氣缸的距離制作得較長。因此在這兩種系統(tǒng)中均能將空氣和燃料均勻地混合在一起，即使進(jìn)氣通道中的氣流存在偏移，也不會引起相應(yīng)氣缸空氣-燃料比的離散，故分配到氣缸中的空氣量是均勻的。
在上述日本專利未審查公開號63-223364公報(bào)中指出了粘附在進(jìn)氣歧管內(nèi)表面的燃料對各氣缸燃料分配的影響，但如該專利公報(bào)所述，這受到延伸到相應(yīng)氣缸的進(jìn)氣歧管分路部結(jié)構(gòu)的很大影響，并可主要?dú)w因于進(jìn)氣歧管內(nèi)表面的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。因此該問題與上述進(jìn)氣管道中的氣流偏移無關(guān)。
在該系統(tǒng)中，其中以分路方式向許多方向噴射燃料的燃料噴射器被裝設(shè)在節(jié)流閥上游并通過單個(gè)燃料噴射器將燃料供應(yīng)到多個(gè)氣缸，從燃料分路-噴射點(diǎn)到內(nèi)燃機(jī)的距離較短，故不易將空氣和燃料均勻混合，而燃料分配到各氣缸則主要取決于以分路方式向各個(gè)方向分配燃料的多方向燃料分配器的性能，而且如果分配到各氣缸的氣量均勻，則可將各氣缸間的空氣-燃料比的離散度保持在一低水準(zhǔn)上。
上述日本專利未審查公開號63-223364公報(bào)中并指出，供應(yīng)給各進(jìn)氣管道的燃料量分別取決于從燃料噴射器的各個(gè)燃料噴射口噴射的燃料量，各氣缸之間的燃料分配只受到孔徑離散度的影響。
然而，對于現(xiàn)有多方向燃料噴射器配置在節(jié)流閥下游并通過單個(gè)燃料噴射器將燃料供應(yīng)到多個(gè)氣缸的上述現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，各氣缸間的空氣-燃料比的離散度已通過試驗(yàn)加以確認(rèn)，并已發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不總是如以上所理解的，并且盡管被分配到各相應(yīng)氣缸中的氣量事實(shí)上是均勻的，各氣缸間的空氣-燃料比的離散度變大而引起內(nèi)燃機(jī)輸出功率降低以及排放物成分的劣化。根據(jù)對燃料分配性能劣化原因的研究，已發(fā)現(xiàn)該原因可歸諸于在節(jié)流閥下游區(qū)域處的氣流偏移引起的被噴射燃料方向紊亂，因此可見其中存在著未解決的問題。
另一方面，并通過試驗(yàn)證實(shí)，為了降低各氣缸之間的空氣-燃料比的離散度，重要的是通過一輔助進(jìn)氣通道吹入進(jìn)氣通道的空氣射流應(yīng)匯合到霧化燃料中而無偏移。上述日本專利未審查公開號63-223364公報(bào)中未揭示過一輔助進(jìn)氣通道的任何結(jié)構(gòu)，尤其是未提到與霧化燃料的關(guān)系。因而發(fā)現(xiàn)其中也存在問題。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)用空氣-燃料混合氣形成裝置及發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，其中考慮到霧化燃料方向與氣流偏移之間的關(guān)系而將燃料均勻地分配到各氣缸中，從而保證良好的運(yùn)行能力。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的空氣-燃料混合氣形成裝置，包括一在其下游部上具有多個(gè)分支進(jìn)氣管道并與內(nèi)燃機(jī)相連接的進(jìn)氣歧管；一設(shè)置在所述進(jìn)氣歧管上游部上用于控制在所述進(jìn)氣歧管中流動的氣流流速的節(jié)流閥；以及一個(gè)設(shè)置在所述分支進(jìn)氣管道與所述節(jié)流閥之間用于從排成一直線的噴射口朝所述分支進(jìn)氣管道沿多個(gè)方向噴射燃料的燃料噴射器；其特征在于，所述燃料噴射器的布置方式是含有由所述燃料噴射器各自噴射方向的軸線與位于噴射口上的頂點(diǎn)構(gòu)成的大致等腰三角形的角平分中垂線的一個(gè)平面包括從所述節(jié)流閥朝所述分支進(jìn)氣管道流動的所述氣流的主流線。
另一特點(diǎn)在于，燃料噴射器的配置方式為從所述噴射口噴射的燃料的相應(yīng)噴射方向軸線與分別通過所述分路進(jìn)氣管道向所述內(nèi)燃機(jī)流動的氣流的主流線基本一致。
本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)混合形成裝置和一種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，其中氣流偏移被消除了，也不對噴射燃料的方向產(chǎn)生不利影響，而且改善對于氣缸的燃料分配性能，從而保證良好的運(yùn)行能力。
附圖簡單說明圖1表示本發(fā)明一實(shí)施例用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射裝置的結(jié)構(gòu)；圖2為表示本發(fā)明一實(shí)施例中燃料噴射器的噴嘴附近的垂向剖視圖；圖3為表示本發(fā)明一實(shí)施例中燃料噴射器附近的俯視圖；圖4表示圖2的燃料噴射器中的霧化狀態(tài)；圖5表示本發(fā)明一實(shí)施例中控制裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖6表示由圖5的控制裝置控制的圖2的燃料噴射器的流速特性；圖7表示圖2的燃料噴射器脈沖寬度的修正系數(shù)；
圖8(a)至(c)表示氣流施加在內(nèi)燃機(jī)中燃料噴射中燃料液滴方向上的影響；圖9表示對進(jìn)氣歧管中氣流的計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果；圖10是表示一對比實(shí)例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的水平剖視圖；圖11是表示一對比實(shí)例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的垂向剖視圖；圖12是表示一對比實(shí)例中根據(jù)節(jié)流閥氣門桿方向及其對燃料噴射方向引起氣流偏移的方案示意圖；圖13是表示本發(fā)明實(shí)施例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的水平剖視圖；圖14是表示本發(fā)明實(shí)施例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的垂向剖視圖；圖15表示節(jié)流閥氣門桿方向與ΔA/F之間關(guān)系測試結(jié)果的比較；圖16是表示另一實(shí)施例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的方案示意圖；圖17是表示另一實(shí)施例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的方案示意圖；圖18是表示一對比實(shí)例中一輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與燃料噴射方向之間關(guān)系的水平剖視圖；圖19是表示一對比實(shí)例中一輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與燃料噴射方向之間關(guān)系的垂向剖視圖；圖20是表示本發(fā)明實(shí)施例中一輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與燃料噴射方向之間關(guān)系的水平剖視圖；圖21是表示本發(fā)明實(shí)施例中一輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與燃料噴射方向之間關(guān)系的垂向剖視圖；圖22表示輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與ΔA/F之間關(guān)系測試結(jié)果的比較；圖23是表示本發(fā)明另一實(shí)施例中一輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與燃料噴射方向之間關(guān)系的垂向剖視圖。
以下結(jié)合


本發(fā)明的一實(shí)施例。
圖1為按照本發(fā)明一較佳實(shí)施例用于內(nèi)燃機(jī)的空氣-燃料混合氣形成裝置及一發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖中示出該發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中本實(shí)施例用于內(nèi)燃機(jī)的空氣-燃料混合氣形成裝置系安裝在一內(nèi)燃機(jī)上。
圖中，本實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)混合物形成裝置包括一用作一進(jìn)氣通道的一進(jìn)氣歧管2、一節(jié)流閥4和一用作一輔助進(jìn)氣通道的一輔助進(jìn)氣管道8。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括一內(nèi)燃機(jī)1、內(nèi)燃機(jī)混合物形成裝置、一用于控制燃料噴射器3等的控制裝置10、一用于向燃料噴射器3供應(yīng)燃料的燃料供應(yīng)系統(tǒng)(未示)、以及各種為控制目的檢測信號用的傳感器。
具體地說，內(nèi)燃機(jī)1為一直線排列式3氣缸發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣歧管2與內(nèi)燃機(jī)1的進(jìn)氣口1a連接。進(jìn)氣歧管2在其下游部處具有三個(gè)(多個(gè))分路進(jìn)氣管道2b、2d和2c，這些管道繞一分路點(diǎn)2m在徑向相互分開。用于噴射從包括一燃料箱(未示)和一壓力泵(未示)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)來的燃料的燃料噴射器3被裝設(shè)在進(jìn)氣歧管2上。燃料噴射器3從多個(gè)噴射口(噴射點(diǎn)o)噴射燃料。節(jié)流閥4被裝設(shè)在設(shè)于進(jìn)氣歧管2中的燃料噴射器3的上游。
在一些情況下，進(jìn)氣歧管2具有輔助進(jìn)氣管道8，該進(jìn)氣管道在這種情況下為一對節(jié)流閥4進(jìn)行旁路的空氣通道并具有一用于通過和關(guān)閉進(jìn)氣流動的通道閥8a以及一打開節(jié)流閥4的開口8b。
同時(shí)，在圖1所示的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，在進(jìn)氣歧管2上裝有一用于檢測內(nèi)燃機(jī)1負(fù)荷狀態(tài)的進(jìn)氣歧管負(fù)壓傳感器7。而且，為了檢測內(nèi)燃機(jī)1的工作狀態(tài)，還裝設(shè)有各種傳感器，包括一用于檢測內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速和曲柄角度的曲柄角度傳感器(未示)，一節(jié)流開放度傳感器6和一冷卻水溫度傳感器9。
圖2和圖3分別為表示本發(fā)明一實(shí)施例中燃料噴射器的噴嘴附近的垂向剖視圖和俯視圖(從底面看)。
燃料噴射器3的本體結(jié)構(gòu)為燃料從其上部引入并從一在其末端處的噴嘴部30加以噴射。燃料通過一適于用一電磁力上下移動的可移動閥31加以控制并從形成在噴嘴部30的三個(gè)分別用作噴射口的小孔加以噴射，即用于第一氣缸的小孔32a，用于第二氣缸的小孔32b和用于第三氣缸的小孔32c。如圖3所示，三個(gè)小孔32a、32b和32c相互直線排列，即在一直線上。
圖4為表示圖2的燃料噴射器中的霧化狀態(tài)的圖。燃料噴射器3具有集中在一個(gè)地方的多個(gè)小孔(即噴射口)，以使它能從這一個(gè)地方(即噴射點(diǎn)0)向許多方向(多個(gè)方向)噴射燃料，并由于采用單個(gè)燃料噴射器3，將燃料經(jīng)進(jìn)氣歧管2和進(jìn)氣口1a向內(nèi)燃機(jī)1的各氣缸徑向噴射。具體地說，在圖3中，三個(gè)小孔為相互直線排列，以使燃料從噴嘴部30上的噴射點(diǎn)0沿包含在一如圖4所示的扇形徑向平面中的一ob軸線、一od軸線和一oc軸線的噴射方向軸線噴射。換句話說，是在一包含一限定一具有配置在噴嘴部30的噴射點(diǎn)o上的頂點(diǎn)的大致等腰三角形(ob軸線，底邊(b-c)，oc軸線)的角平分中垂線的od軸線的平面中進(jìn)行噴射。大致等腰三角形可以為一般三角形。
圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中控制裝置10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，控制裝置10包括一輸入線路191，一A/D轉(zhuǎn)換裝置192，一中央處理器193，一ROM194，一RAM195和一輸出線路196。輸入線路191接收一輸入信號190(例如從冷卻水溫度傳感器9、節(jié)流開放度傳感器6等來的信號)以從中去除噪音成分，然后將信號輸出到A/D轉(zhuǎn)換裝置192。A/D轉(zhuǎn)換裝置192對信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將其輸出到中央處理器193。中央處理器193具有接收A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的功能以執(zhí)行存儲在ROM194中的預(yù)定程序以進(jìn)行各種控制和判斷。計(jì)算結(jié)果和A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果被暫時(shí)存儲在RAM195中，計(jì)算結(jié)果并作為控制輸出信號197經(jīng)輸出線路196用來對燃料噴射器3等進(jìn)行控制。然而，控制裝置10并不限于這種結(jié)構(gòu)。
同時(shí)，控制裝置10接收從用于檢測內(nèi)燃機(jī)1負(fù)荷狀態(tài)的進(jìn)氣歧管負(fù)壓傳感器7、用于檢測內(nèi)燃機(jī)1的工作狀態(tài)的節(jié)流開放度傳感器10、冷卻水溫度傳感器9和曲柄角度傳感器來的檢測信號，并按照這些檢測結(jié)果產(chǎn)生一用來控制燃料噴射器3的燃料噴射器驅(qū)動信號3s。該控制裝置并控制一點(diǎn)火線圈(未示)，一點(diǎn)火插頭(未示)等。即，控制裝置10對發(fā)動機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行燃燒控制。
由控制裝置10產(chǎn)生的燃料噴射器驅(qū)動信號3s的脈沖寬度(Ti)通過下式(1)計(jì)算Ti＝KM×PM+Tb (1)式中，PM表示由進(jìn)氣歧管負(fù)壓傳感器7測得的進(jìn)氣歧管負(fù)壓，Tb表示圖6所示燃料噴射器的流動特性(Qf)的一無效脈沖寬度修正量。KM表示一修正系數(shù)，在此基礎(chǔ)上可對發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的整個(gè)工作范圍進(jìn)行修正，以使空氣-燃料比接近于目標(biāo)值。圖7示出其中一個(gè)例子。
仍參見圖1，燃料噴射器3的噴嘴部30(即噴射點(diǎn)o)位于被配置在進(jìn)氣歧管2的中央部附近的分路點(diǎn)2m處，并在該點(diǎn)處將進(jìn)氣歧管2分成分別朝向相應(yīng)氣缸的分路進(jìn)氣管道2b、2d和2c，含有一由燃料噴射器3的相應(yīng)的噴射方向軸線(圖4中的ob，od和oc軸線)與配置在噴射點(diǎn)o上的頂點(diǎn)(即噴射口)限定的一大致等腰三角形(圖4中的ob軸線，底邊(b-c)，oc軸線)的一角平分中垂線(od軸線)的平面，也包含從節(jié)流閥4向內(nèi)燃機(jī)1流入分路進(jìn)氣管道2b、2d和2c的氣流的主流線(2bj、2dj和2cj軸線)。即，燃料噴射器以這樣一種方式來加以配置含有一由燃料噴射器的相應(yīng)的噴射方向軸線與配置在噴射口上的頂點(diǎn)限定的一大致等腰三角形的角平分中垂線的平面，也包含了從節(jié)流閥向分路進(jìn)氣管道的氣流的主流線。
換句話說，含有分別在相應(yīng)的從分路點(diǎn)2m徑向分路的分路進(jìn)氣管道(2b、2d和2c)中流動的氣流的主流線(2bj、2dj和2cj軸線)的該平面與含有燃料噴射器3的相應(yīng)的噴射方向軸線(ob，od和oc軸線)的平面基本重疊。即，本發(fā)明燃料噴射器的特點(diǎn)在于，燃料噴射器以這樣一種方式配置從節(jié)流閥向相應(yīng)分路進(jìn)氣管道流動的氣流的主流線被包含在帶有配置在噴射口上的頂點(diǎn)的由燃料噴射器形成的扇形徑向平面中。
具體地說，如圖1所示，最好將相應(yīng)的分路進(jìn)氣管道(2b、2d和2c)與內(nèi)燃機(jī)1連接以使氣流的主流線被包含在扇形徑向平面中。換句話說，燃料噴射器3配置成使分別限定從噴射口噴射燃料的主流線的相應(yīng)的噴射方向軸線(ob，od和oc軸線)與通過相應(yīng)的分路進(jìn)氣管道(2b、2d和2c)向內(nèi)燃機(jī)1流動的氣流的主流線(2bj、2dj和2cj軸線)基本一致。采用這種結(jié)構(gòu)，霧化燃料的主流動通過氣流的主流線被直接(或直線地)引導(dǎo)到內(nèi)燃機(jī)1，因此防止了象現(xiàn)有技術(shù)中存在的霧化燃料粘附在進(jìn)氣歧管壁面的情況。換句話說，霧化燃料的方向與氣流偏移之間的關(guān)系較為適當(dāng)，從而允許將燃料(霧化燃料)均勻分配到氣缸中去。這一點(diǎn)已由以下將予以說明的試驗(yàn)加以證實(shí)了。
即，按照本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)混合物形成裝置包括裝設(shè)在進(jìn)氣歧管2中用于控制在進(jìn)氣歧管2中流動的空氣的流速的節(jié)流閥，以及裝設(shè)在節(jié)流閥下游用于以許多方向朝直線排列的內(nèi)燃機(jī)各氣缸噴射燃料的燃料噴射器，其特點(diǎn)在于，燃料噴射器以這樣一種方式配置，以使含有由燃料噴射器的相應(yīng)的噴射方向軸線與配置在噴射口上的頂點(diǎn)限定的的一大致等腰三角形的角平分中垂線的平面，也包含從節(jié)流閥向內(nèi)燃機(jī)流動的空氣的主流線。
現(xiàn)具體說明本發(fā)明的以上特點(diǎn)。
首先說明氣流偏移對于各氣缸間空氣-燃料比的離散度產(chǎn)生不利影響的機(jī)理。并非所有從燃料噴射器噴射的燃料均以所需方向飛行的，具有細(xì)小顆粒尺寸的燃料，質(zhì)量小、穿透力低，故在燃料噴射器附近浮動，從而受到噴射口附近弱氣流偏移的影響以一不穩(wěn)定形式運(yùn)動。其結(jié)果是這種具有細(xì)小顆粒尺寸的燃料被吸入各氣缸，從而引起各氣缸間空氣-燃料比的離散。同時(shí)，具有大顆粒尺寸的燃料，質(zhì)量大、穿透力高，故以所需方向噴射，但在遇到具有大偏移的強(qiáng)氣流時(shí)也在方向上受到干擾，從而引起各氣缸間空氣-燃料比的離散。
圖8為表示氣流對內(nèi)燃機(jī)中燃料噴射中燃料液滴飛行方向之影響的說明圖。圖8(a)為表示在大氣壓下氣流速度為20m/s狀態(tài)的曲線圖，圖8(b)為表示在大氣壓下氣流速度為10m/s狀態(tài)的曲線圖，而圖8(c)則為表示在-200mmHg負(fù)壓下氣流速度為10m/s狀態(tài)的曲線圖。這些曲線圖表示氣流對燃料顆粒(液滴)飛行方向的影響，這種影響通過一計(jì)算機(jī)模擬加以檢驗(yàn)。
圖中，左下端表示一燃料噴射位置，縱坐標(biāo)表示燃料噴射方向，橫坐標(biāo)表示氣流方向。如將從這些模擬結(jié)果可看到的，空氣流速越高以及空氣密度(這種情況下為環(huán)境壓力)越高，受氣流影響的燃料顆粒尺寸越大。
因此，為了抑制氣缸間空氣-燃料比的離散，盡可能地防止氣流產(chǎn)生偏移是很重要的。
下面將說明氣流為什么產(chǎn)生偏移的原因。
圖9為表示對進(jìn)氣歧管中氣流的計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果的圖。通過計(jì)算機(jī)模擬對在節(jié)流閥4開放程度較小時(shí)進(jìn)氣歧管2中的氣流進(jìn)行分析。從這些結(jié)果可以看到，從節(jié)流閥4的上游到下游的氣流不在節(jié)流閥4整個(gè)周面均勻地流動，而是以一種偏離方式流過閥的相對外周端。此外還可看到由于節(jié)流閥下游的氣壓幾乎接近于真空，流過節(jié)流閥4的空氣流速變?yōu)榻咏谝羲佟?br> 因此將看到，氣流以高速沿進(jìn)氣歧管2的相對側(cè)壁流動且其流向明顯地偏離了。
如采用回轉(zhuǎn)式節(jié)流閥，這種情況下的偏離就不明顯。因此將看到，為了不引起從燃料噴射器噴射的燃料在方向上受到干擾，抑制各氣缸間空氣-燃料比離散的一個(gè)重要問題是轉(zhuǎn)動節(jié)流閥方向以與燃料霧化的方向?qū)?yīng)，而使氣流能以最小的偏移匯合于燃料中。
發(fā)明人經(jīng)大范圍的研究發(fā)現(xiàn)，最好以這樣一種方式來配置一具有直線排列噴嘴的燃料噴射器，以使含有一由燃料噴射器的相應(yīng)的噴射方向軸線與配置在噴射口上的頂點(diǎn)限定的的一大致等腰三角形的角平分中垂線的平面，包含從節(jié)流閥向內(nèi)燃機(jī)流動的空氣的主流線。
然而也已發(fā)現(xiàn)按照節(jié)流閥的轉(zhuǎn)動方向與燃料霧化方向之間的關(guān)系可能有所不同。因此節(jié)流閥的轉(zhuǎn)動方向和燃料霧化方向系通過實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)并以各氣缸間空氣-燃料比的離散作為一評價(jià)準(zhǔn)則加以考評。其結(jié)果將通過對比實(shí)例與本發(fā)明實(shí)施例相互比較進(jìn)行說明。首先參照圖10至12說明對比實(shí)例。
圖10和11分別為表示一對比實(shí)例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的水平剖視圖和垂向剖視圖。圖12是表示一對比實(shí)例中節(jié)流閥氣門桿方向引起氣流偏移及其對霧化燃料噴射方向的影響的方案示意圖。
如圖10和11所示，燃料噴射器3(即噴射點(diǎn)o)以這樣一種方式來加以配置含有一由燃料噴射器3的噴射方向軸線(ob，od和oc軸線)與配置在噴射點(diǎn)上的頂點(diǎn)限定的的一大致等腰三角形并垂直于大致等腰三角形底邊(b-c)的角平分線的平面(即一包括od軸線的平面)，也包含從節(jié)流閥4引向內(nèi)燃機(jī)2的進(jìn)氣歧管2的一軸線2aj。
在這種結(jié)構(gòu)中，雖然燃料被均勻地向進(jìn)氣歧管2的中央噴射，但還存在如圖12所示的偏移流動分量，其中，由于底邊(b-c)的方向與節(jié)流閥氣門桿4a的軸線方向配置成相互垂直，分別沿通過節(jié)流閥4打開的進(jìn)氣歧管2的兩外側(cè)(壁表側(cè))流動的氣流5a和5b增加。其結(jié)果是發(fā)現(xiàn)霧化燃料被從外向內(nèi)收攏，如箭頭X和Y所示，而使各氣缸的空氣-燃料比的離散大大增加。即，已發(fā)現(xiàn)對比實(shí)例中各氣缸的空氣-燃料比的離散度(ΔA/F)取決于內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)顯示為比容許值大3倍，如后面所描述的圖15的“對比實(shí)例”所示。
本發(fā)明的另一實(shí)施例將參照圖13至15加以說明。
圖13和14分別為表示本發(fā)明實(shí)施例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的水平剖視圖和垂向剖視圖。圖15為表示節(jié)流閥氣門桿方向與ΔA/F之間關(guān)系檢查結(jié)果的比較圖。
如圖13和14所示，當(dāng)通過節(jié)流閥氣門桿4a轉(zhuǎn)過90度將節(jié)流閥4配置成使節(jié)流閥氣門桿4a的方向與底邊(b-c)的方向平行時(shí)，空氣-燃料比的離散度(ΔA/F)可在內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)的一很寬的范圍上保持在一允許值范圍內(nèi)，如圖15中“實(shí)施例”所述。
因此，已通過試驗(yàn)證實(shí)，為抑制氣缸間空氣-燃料比的離散，將空氣無偏移地匯合到霧化燃料中是很重要的。
換句話說，在現(xiàn)有技術(shù)(日本專利未審查公開號63-223364公報(bào))中談到了“各氣缸之間的燃料分配只受到孔徑離散度的影響”，而該公報(bào)并未揭示任何形成本發(fā)明特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。
如上所述，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可將空氣-燃料比的離散度(ΔA/F)保持在一低水準(zhǔn)上，其中，燃料噴射器3的噴射方向與節(jié)流閥4的氣門桿4a的方向之間的關(guān)系為最佳，即節(jié)流閥4的氣門桿4a的方向通常配置為與由以一平面方式從燃料所噴射器3噴射霧化燃料所形成的、具有配置在噴射口(噴射點(diǎn)o)上的頂點(diǎn)的大致等腰三角形的底邊(b-c)平行。
即，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)混合物形成裝置的另一特點(diǎn)在于，節(jié)流閥的氣門桿的方向被配置為與上述假想的大致等腰三角形的底邊方向平行，因此在節(jié)流角開放度較小區(qū)域的氣流相對于由燃料噴射器的相應(yīng)噴射方向軸線形成的一扇形平面將不偏移。因此，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)混合物形成裝置用于提供一種如圖15所示的能在一很寬范圍內(nèi)保證良好運(yùn)行的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。
另外，如下所述，節(jié)流閥氣門桿4a與底邊(b-c)并非總是限于圖13和14所示。
圖16是表示另一實(shí)施例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的方案示意圖。圖17是表示另一實(shí)施例中節(jié)流閥氣門桿方向與燃料噴射方向之間關(guān)系的方案示意圖。
如圖16所示，已確認(rèn)節(jié)流閥氣門桿4a的一側(cè)邊(p-q)一般可以這樣一種方式配置成與底邊(b-c)平行，即兩條側(cè)邊構(gòu)成一長方形或一梯形的對邊。
并且，如圖17所示，可容易地看到噴射點(diǎn)o系包含在一由節(jié)流閥氣門桿4a和底邊(b-c)形成的平面(p-q-c-b)內(nèi)，或者一種配置可具有一偏置平面(p′-q′-n-m)和一平面(m-n-c-b)，以及另一種配置可具有一平面(p-q-n-m)(其中節(jié)流閥氣門桿4a被配置在一角度間隔位置)和一平面(m-n-c-b)。
以下將說明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)(輔助空氣噴射結(jié)構(gòu))，其中進(jìn)入空氣的一部分從節(jié)流閥旁路并通過輔助進(jìn)氣通道被吹入進(jìn)氣通道。
當(dāng)節(jié)流閥4幾乎完全關(guān)閉時(shí)，穿過用作輔助進(jìn)氣通道的輔助進(jìn)氣管8的空氣量在該通道的一開口面積增加時(shí)增加。輔助進(jìn)氣管8通常與用作對進(jìn)氣歧管2的壁打開的一放氣口的開口8b連通，并將通道閥8a打開以允許穿過輔助進(jìn)氣管8的氣流從開口8b噴射以進(jìn)行沖撞并與流過進(jìn)氣歧管2的氣流混合。這里，如果輔助進(jìn)氣管8的開口面積大于節(jié)流閥的開口面積，輔助空氣即更強(qiáng)烈地噴射，故輔助空氣的流動在進(jìn)氣歧管2的氣流中是占主導(dǎo)地位的。因此，如果開口8b在位置或方向上偏移，則進(jìn)氣歧管中的氣流相應(yīng)偏移。
因此，在改變通過輔助進(jìn)氣管8吹入進(jìn)氣歧管2的空氣的噴射方向時(shí)，輔助空氣系統(tǒng)通道8的開口8b的位置已采用氣缸間空氣-燃料比的離散度(ΔA/F)作為評價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和研究。以下將對此進(jìn)行說明。
圖18和19分別是表示一對比實(shí)例中一輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與燃料噴射方向之間關(guān)系的水平剖視圖和垂向剖視圖。在這種情況下，輔助進(jìn)氣管8下游的開口8b的位置放在使吹入進(jìn)氣歧管2的空氣與燃料方向相交。
在該對比實(shí)例中，如圖18和19所示，將輔助進(jìn)氣管8下游的開口8b偏移到靠近一側(cè)(至分路進(jìn)氣管道2b)。因此，已發(fā)現(xiàn)大量空氣被分配到靠近第一氣缸，使一定量的燃料變稀，同時(shí)大量被推到旁邊的霧化燃料則被分配到靠近其他氣缸，使ΔA/F惡化，如下所述。
換句話說，節(jié)流閥4的開口方向和節(jié)流閥氣門桿4a的朝向如上所述制作得很適當(dāng)，能將ΔA/F抑制在一允許值內(nèi)，但已發(fā)現(xiàn)，如象圖18和19所示那樣裝設(shè)輔助進(jìn)氣管8，則ΔA/F惡化。
圖20和21分別是表示本發(fā)明實(shí)施例中一輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與燃料噴射方向之間關(guān)系的水平剖視圖和垂向剖視圖。圖22是表示輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與ΔA/F之間關(guān)系測試結(jié)果的比較曲線圖。
如圖20和21所示，提供這樣一種結(jié)構(gòu)，即，將輔助進(jìn)氣管8下游的開口8b裝設(shè)在在進(jìn)氣歧管2的一總的中央部，并已發(fā)現(xiàn)，采用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，可將ΔA/F保持在一允許值內(nèi)，如圖22所示。
即，如圖20和21所示，將輔助進(jìn)氣管8移過90度，并使輔助進(jìn)氣管8下游的開口8b向進(jìn)氣歧管2打開，以使從該開口8b進(jìn)入進(jìn)氣歧管2的氣流的空氣噴射方向總的來說與上述角平分中垂線(od軸線)的方向重疊。換句話說，當(dāng)將開口8b裝設(shè)在在進(jìn)氣歧管2的一總的中央部時(shí)，可將各氣缸間空氣-燃料比的離散度(ΔA/F)保持在一允許值內(nèi)。
因此，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)混合物形成裝置的另一特點(diǎn)在于，進(jìn)氣歧管具有用于將空氣引入進(jìn)氣歧管而同時(shí)對節(jié)流閥進(jìn)行旁路的輔助進(jìn)氣管道，而且輔助進(jìn)氣管道以這樣一種方式向輔助進(jìn)氣管道打開，即從該輔助進(jìn)氣管道吹入進(jìn)氣歧管空氣的噴射方向與燃料噴射的方向平行并通常與大致等腰三角形的角平分中垂線的方向重疊。
另外，如下所述，開口8b不必總是設(shè)置在圖20和21所示的位置上。
圖23是表示本發(fā)明另一實(shí)施例中一輔助空氣系統(tǒng)的通道出口位置與燃料噴射方向之間關(guān)系的垂向剖視圖。
如圖23所示，可容易地看到輔助進(jìn)氣管8下游的開口8b可以是將開口8b的中心配置在線(l，m，n)中任何一條的附近，在該處一含有一從節(jié)流閥4向內(nèi)燃機(jī)1和一噴射點(diǎn)o(噴射口)延伸的一進(jìn)氣歧管2的一軸線2aj的平面(2aj-o)，與進(jìn)氣歧管2的一壁面相交。
如上所述，按照本發(fā)明，可提供一種能考慮燃料噴射和空氣偏移將燃料均勻地分配到各氣缸上的內(nèi)燃機(jī)混合物形成裝置，以及使用這種內(nèi)燃機(jī)混合物形成裝置、在一很寬的范圍確保良好的運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。
按照本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)這樣一種內(nèi)燃機(jī)混合物形成裝置，它具有用于在內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動的同時(shí)在許多方向向內(nèi)燃機(jī)的多個(gè)氣缸噴射燃料的單個(gè)燃料噴射器，其中消除了氣流偏移，對噴射燃料的方向也無不利影響，故可令人滿意地向各氣缸分配燃料，還能得到具有良好運(yùn)轉(zhuǎn)性的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的空氣-燃料混合氣形成裝置，包括一在其下游部上具有多個(gè)分支進(jìn)氣管道并與內(nèi)燃機(jī)相連接的進(jìn)氣歧管；一設(shè)置在所述進(jìn)氣歧管上游部上用于控制在所述進(jìn)氣歧管中流動的氣流流速的節(jié)流閥；以及一個(gè)設(shè)置在所述分支進(jìn)氣管道與所述節(jié)流閥之間用于從排成一直線的噴射口朝所述分支進(jìn)氣管道沿多個(gè)方向噴射燃料的燃料噴射器；其特征在于，所述燃料噴射器的布置方式是含有由所述燃料噴射器各自噴射方向的軸線與位于噴射口上的頂點(diǎn)構(gòu)成的大致等腰三角形的角平分中垂線的一個(gè)平面包括從所述節(jié)流閥朝所述分支進(jìn)氣管道流動的所述氣流的主流線。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述節(jié)流閥的一氣門桿的方向總的來說與所述大致等腰三角形的一底邊平行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣歧管具有一用于將空氣引入并同時(shí)使空氣對所述節(jié)流閥進(jìn)行旁路的輔助進(jìn)氣管道，所述輔助進(jìn)氣管道下游的開口以這樣一種方式向所述進(jìn)氣歧管打開，即從所述開口進(jìn)入所述進(jìn)氣歧管的所述空氣的噴射方向與所述角平分中垂線的方向基本重疊。
4.一種內(nèi)燃機(jī)用空氣-燃料混合氣形成裝置，包括一在其下游部具有多個(gè)分路進(jìn)氣管道并被連接到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管；一裝設(shè)在所述進(jìn)氣歧管上游部用于控制在所述進(jìn)氣歧管中流動的氣流流速的節(jié)流閥；以及一裝設(shè)在所述多個(gè)分路進(jìn)氣管道與所述節(jié)流閥之間用于從排成一直線的噴射口沿許多方向朝所述多個(gè)分路進(jìn)氣管道噴射燃料的燃料噴射器；其特征在于，所述燃料噴射器的配置方式為從所述噴射口噴射的燃料的相應(yīng)噴射方向軸線與分別通過所述分路進(jìn)氣管道向所述內(nèi)燃機(jī)流動的氣流的主流線基本一致。
5.一種使用如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的內(nèi)燃機(jī)用空氣-燃料混合氣形成裝置的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)用空氣－燃料混合氣形成裝置,包括:一在其下游部具有多個(gè)分路進(jìn)氣管道并被連接到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管;一裝設(shè)在進(jìn)氣歧管上游部用于控制在進(jìn)氣歧管中流動的氣流流速的節(jié)流閥;以及一裝設(shè)在多個(gè)分路進(jìn)氣管道與節(jié)流閥之間并具有排成一直線的噴射口的燃料噴射器;燃料噴射器用來從噴射口向分路進(jìn)氣管道沿多個(gè)方向噴射燃料;并配置成使從噴射口噴射的燃料的相應(yīng)噴射軸線與通過相應(yīng)的分路進(jìn)氣管道向內(nèi)燃機(jī)流動的氣流的主流線基本一致。
文檔編號F02M69/04GK1174286SQ97117720
公開日1998年2月25日 申請日期1997年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月20日
發(fā)明者大谷朝彥, 永野正美, 田村誠, 根本守 申請人:株式會社日立制作所, 株式會社日立汽車工程