專利名稱：直噴式二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接噴射液體燃料的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
具體說，本發(fā)明涉及直噴式二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有由下列各項(xiàng)所限定的燃燒室一汽缸，其具有一縱軸，至少一個(gè)進(jìn)氣口和至少一個(gè)排氣口；一活塞，其具有一基本上平的活塞頂，并通過和一曲軸相連的連桿沿縱軸運(yùn)動(dòng)；以及一汽缸蓋，其具有一火花塞和一噴油嘴，該噴油嘴適于在壓力下，沿射流噴射軸將液體燃料射流射入燃燒室；其中，燃燒室具有第一直徑面，其包括汽缸的縱軸，并以排氣口為中心，和垂直于所述第一直徑面的第二直徑面，火花塞位于汽缸蓋的第一部分，從第二直徑面對(duì)著進(jìn)氣口伸出，噴油嘴位于汽缸蓋的與第一部分互補(bǔ)的第二部分中，射流噴射軸和汽缸橫平面之間的第一角度α為30°到70°，和第一直徑面之間的第二角度β為+45°到-45°。
曲軸的每一次轉(zhuǎn)動(dòng)，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的操作循環(huán)包含了一進(jìn)氣/壓縮沖程，繼之以一燃燒/排氣沖程。
在進(jìn)氣/壓縮沖程過程中，活塞從下死點(diǎn)中心位置移動(dòng)到上死點(diǎn)中心位置，依次關(guān)閉汽缸的進(jìn)氣口和排氣口。然后，在曲軸箱里被壓縮的冷氣體經(jīng)一傳輸通道通過進(jìn)氣口進(jìn)入燃燒室中，直到這些口被活塞關(guān)閉。然后，進(jìn)入燃燒室的冷氣體被壓縮，直到活塞到達(dá)上死點(diǎn)中心位置，同時(shí)冷氣體被吸入曲軸箱中。
在燃燒/排氣沖程過程中，活塞從上死點(diǎn)中心位置移動(dòng)到下死點(diǎn)中心位置，依次打開排氣口和進(jìn)氣口。當(dāng)活塞大約處于它的上死點(diǎn)中心位置時(shí)，火花塞點(diǎn)火。它點(diǎn)燃?xì)怏w混合物，在燃燒室的壓力下，活塞向下死點(diǎn)位置推進(jìn)。當(dāng)活塞移動(dòng)到下死點(diǎn)中心位置時(shí)，曲軸箱中的冷氣體被壓縮，一旦所述的口被活塞打開，燃燒室中的廢氣就通過排氣口排出。
背景技術(shù)：
這種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)和相似重量的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有相對(duì)高功率的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榍S的每次轉(zhuǎn)動(dòng)都有一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期。還有，由于它的組件比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)少，因此它的制造成本特別低。
然而，和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，由于伴隨的進(jìn)氣和壓縮相以及排氣相，這種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有高燃料消耗和高排放污染物質(zhì)的缺點(diǎn)。當(dāng)冷氣體吹洗燃燒室，裝載燃料的氣體可以從排氣口排出。
為了減輕這些缺點(diǎn)，例如專利申請(qǐng)WO-A-02/086310所描述的，可以直接將燃料射入燃燒室。
人們做了很多嘗試，通過輔助射入壓縮空氣來改善一些直噴式二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射。然而，這會(huì)降低射入射流的動(dòng)量，并增加噴射系統(tǒng)的復(fù)雜性和制造成本。
為減少燃料消耗，一些直噴式二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)被設(shè)計(jì)成能使混合物中的富氣分層而利用貧氣混合物工作。然而，這必須通過主要改良活塞和氣缸蓋的形狀來實(shí)現(xiàn)，因此這種解決辦法在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)更難以適用于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，貧氣混合物助長(zhǎng)了某些污染物質(zhì)的形成，例如NOx，這意味著不能遵照那些可應(yīng)用的防污染規(guī)則，除非使用一種復(fù)雜的防止污染體系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是以燃燒室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)的最小改良來改進(jìn)直噴式二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是使它們符合可應(yīng)用的和未來的防污染規(guī)則，因此本發(fā)明可以應(yīng)用于現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)。
為此目的，本發(fā)明提供一種以上所述特定類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，燃料射流的擴(kuò)散角γ為15°到75°，當(dāng)曲軸的角度位置為排氣口關(guān)閉的角度位置前的45°到20°時(shí)，燃油噴射開始，以及燃油噴射壓力和射流噴射軸的定位作為燃燒室中的氣體流量的函數(shù)來確定，以在點(diǎn)火時(shí)的火花塞區(qū)域內(nèi)獲得一種基本上理想配比的空氣/燃料混合物。
限制射流的擴(kuò)散角γ意味著燃料微滴在燃燒室的有限區(qū)域里形成，其中的氣體具有特殊的速度分布圖，更重要的是，阻止了微滴濺到燃燒室的壁上，這將有助于污染物質(zhì)的排出。
開始燃油噴射至少在排氣口關(guān)閉前的20°處，換句話說，預(yù)先和現(xiàn)有技術(shù)的直噴式系統(tǒng)比較，其中噴射通常在排氣口關(guān)閉時(shí)開始，為阻止燃料微滴進(jìn)入排氣口，增加燃料微滴與冷氣體混合和汽化燃料的時(shí)間，以便在點(diǎn)火時(shí)得到更均勻的空氣/燃料混合物。
根據(jù)上述第一角度α和第二角度β的值定位噴射軸，降低了壓縮相過程中燃料通過排氣口，不管提早的燃油噴射。
最后，通過確定燃油噴射壓力和通過在所示的角度范圍中確定燃油噴射軸，可以在點(diǎn)火時(shí)在火花塞附近得到一理想配比的空氣/燃料混合物。這種確定必須作為燃燒室中氣體流量的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，其可以通過數(shù)字模擬來確定。假設(shè)燃燒室中氣流管線的輪廓在點(diǎn)火/壓縮相過程中是基本上不變的，則可以確定射流噴射軸的定位，以便通過噴油嘴噴射的燃料微滴遇到氣體逆流。
而且，通過確定燃油噴射壓力，噴射燃料的動(dòng)量可以改變，以使基本上以反方向循環(huán)的冷氣體的動(dòng)量停止，或甚至推動(dòng)燃料微滴和蒸汽，從而在點(diǎn)火時(shí)，在火花塞附近得到一理想配比的混合物。
利用所有上述特征進(jìn)行測(cè)試，顯示污染物質(zhì)的排放明顯減少，因此以這種方法制造的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)符合現(xiàn)行的防污染標(biāo)準(zhǔn)，以及現(xiàn)在已經(jīng)知道的未來的標(biāo)準(zhǔn)，而無需任何復(fù)雜的和昂貴的防污染系統(tǒng)。
另外，還注意到燃料(fuel)消耗的極大減少，和同樣的以供給滲碳?xì)鉃槿剂系陌l(fā)動(dòng)機(jī)相比，減少了大約30％，這大大高于燃料消耗所預(yù)期的減少，假設(shè)這不是分層進(jìn)料發(fā)動(dòng)機(jī)利用貧氣混合物工作的問題。
注意到上述特征可以應(yīng)用于大多數(shù)現(xiàn)有的以供給滲碳?xì)鉃槿剂系亩_程發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)?，?shí)現(xiàn)它們所需要做的，是為氣缸蓋里的噴油嘴鉆一個(gè)孔，而活塞，汽缸和氣缸蓋的幾何結(jié)構(gòu)未做修改。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具有以下一個(gè)或多個(gè)特征-為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)作業(yè)范疇的污染物質(zhì)排放的減少，燃油(fuel)噴射壓力作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的函數(shù)而變化；
-燃油噴射壓力為50巴到150巴；-燃油噴射壓力根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷圖(map)調(diào)整到不同的值；-利用相對(duì)簡(jiǎn)單的噴射系統(tǒng)減少污染物質(zhì)的排放，燃油噴射壓力是覆蓋整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)范疇的常數(shù)，優(yōu)選具有最多等于125立方厘米(CC)的體積；-噴油嘴位于氣缸蓋沿著一假定軸的孔中，射流噴射軸與所述孔軸之間的角度為非零角δ；-噴油嘴在第一直徑面通過氣缸蓋，使它能夠適合于發(fā)動(dòng)機(jī)的小體積；-當(dāng)曲軸位于排氣口的關(guān)閉角度位置前的40°到30°時(shí)，燃油噴射開始。


下面將通過以下非限制性實(shí)施例并參考

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)，其中圖1是本發(fā)明直噴式二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸的直徑面剖面的簡(jiǎn)化視圖；圖2是圖1沿II-II線剖面的簡(jiǎn)化視圖；圖3是由數(shù)字模擬得到的示意圖，表示二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣流管線；和圖4到6代表燃料射流的延伸(propagation)，和在區(qū)域中的變化，其中，在噴射開始和點(diǎn)火瞬間之間，本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)得到了基本上理想配比的混合物。
不同附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示同樣的或類似的組件。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示配備直噴式系統(tǒng)的單汽缸二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的截面。
除了噴射系統(tǒng)以外，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域，以及類似于現(xiàn)有大量生產(chǎn)的使用滲碳?xì)獾亩_程發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的各領(lǐng)域中是已知的。
發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)包括一曲軸箱2，一曲軸3可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于其內(nèi)。曲軸3通過連桿5和活塞4相連?；钊?具有一活塞頂4a，一配備有密封環(huán)的活塞蓋4b，和一活塞裙4c?；钊幕钊?a可以是平面，如本實(shí)施例所示，或略微半球形。注意，該活塞完全是標(biāo)準(zhǔn)形狀，而不是在其活塞頂具有明顯的凸紋或凹紋的活塞，如某些試驗(yàn)性的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成能利用貧氣混合物工作。
活塞4在汽缸6里沿著汽缸的縱軸X移動(dòng)。
汽缸壁6a具有進(jìn)氣口7，8和排氣口9。更精確的，進(jìn)氣口包含面對(duì)排氣口9的主進(jìn)氣口7和四個(gè)輔助的進(jìn)氣口8，稱為掃氣口，分別位于主進(jìn)氣口的相對(duì)兩側(cè)。然而，進(jìn)氣口和排氣口可以具有其他本領(lǐng)域已知的構(gòu)造，例如單進(jìn)氣口，掃氣口8非對(duì)稱地排列于主進(jìn)氣口，或多管排氣口9。
汽缸6對(duì)著活塞4的一端被氣缸蓋10關(guān)閉，在該實(shí)施例中，氣缸蓋基本上是半球形的，并用本領(lǐng)域已知方法配備有一火花塞11。
活塞的活塞頂4a，汽缸的內(nèi)壁6，和氣缸蓋10的內(nèi)表面限定了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室12。
當(dāng)活塞4朝氣缸蓋10上升時(shí)，即在進(jìn)氣/壓縮期過程中，尤其是因?yàn)榍S箱里產(chǎn)生的減壓，使得冷氣體通過進(jìn)氣管15被吸入曲軸箱2。當(dāng)活塞4朝曲軸3下降時(shí)，即在燃燒/排氣相過程中，曲軸箱2中的冷氣體通過一傳輸通道16傳輸?shù)竭M(jìn)氣口7，8中。進(jìn)氣管15可以配備有檢驗(yàn)閥和/或被曲軸的法蘭遮蓋，以阻止冷氣流在燃燒/排氣沖程過程中回流到進(jìn)氣管中。這在本領(lǐng)域是已知的。
進(jìn)氣口7，8與氣缸蓋10的縱距明顯大于與排氣口的縱距，因此在進(jìn)氣/壓縮相過程中，進(jìn)氣口7，8在排氣口9之前被活塞4關(guān)閉。
進(jìn)氣/壓縮相過程中，排氣口9被活塞4從曲軸的某一角位置關(guān)閉，其被稱為排氣口關(guān)閉角位置或排氣口關(guān)閉角度。這個(gè)角位置通過發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)精確限定。
具有上述類型結(jié)構(gòu)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在本領(lǐng)域是被熟知的，可以尤其以競(jìng)爭(zhēng)性價(jià)格大批量生產(chǎn)。它們的體積因它們的應(yīng)用而顯著改變。例如，給一手提式工具如鏈鋸(chainsaw)或strimmer提供動(dòng)力，通常的體積是約15CC到約40CC，而給機(jī)動(dòng)腳踏兩用車，摩托車，或游覽車輛類的二車輪車輛提供動(dòng)力，通常體積在50CC到400CC。就多氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)來說，發(fā)動(dòng)機(jī)的總體積甚至更大。
燃燒室的第一直徑面包括汽缸的縱軸X，并位于排氣口9的中心。如果汽缸6具有一個(gè)以上的排氣口，第一直徑面必須位于一虛構(gòu)的、具有的幾何面積相當(dāng)于所有排氣口總面積的孔口的中心。該第一直徑面相當(dāng)于圖1所示的剖面，它的位置(P1-P1)如圖2所示。
第二直徑面垂直于第一直徑面(P1-P1)，它的位置(P2-P2)如圖1和2所示。
第二直徑面(P2-P2)限定了氣缸蓋10的內(nèi)表面的第一部分，包括第二直徑面，其朝主進(jìn)氣口7延伸。
火花塞11位于該氣缸蓋第一部分，即，火花塞井進(jìn)入該區(qū)域，或者以某一角度與縱軸X相交，如本實(shí)施例所示，或與縱軸X匹配或重合。
發(fā)動(dòng)機(jī)1具有一噴射系統(tǒng)，包括一噴油嘴20，該噴油嘴適于在壓力下，沿著射流噴射軸P將液體燃料噴入燃燒室12中。
噴油嘴20位于氣缸蓋的第二部分，該部分與氣缸蓋的第一部分互補(bǔ)，即，噴油嘴20的注入端排到氣缸蓋內(nèi)表面的第二部分上。
更精確地，如圖1和2清楚顯示，噴油嘴20位于氣缸蓋里，位于排氣口中心的第一直徑面上，使它能夠適合于低體積的發(fā)動(dòng)機(jī)。
由噴油嘴產(chǎn)生的對(duì)稱的燃料射流軸限定的射流噴射軸P限定了與汽缸的橫平面(T-T)相交的第一角度α，即，垂直于縱軸X?；谌紵业膸缀谓Y(jié)構(gòu)確定該第一角度α的精確的途徑將在下文說明，但是對(duì)于大多數(shù)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來說，這個(gè)角度是從30°到70°。
射流噴射軸P還限定了與位于排氣口9中心的第一直徑面相交的第二角度β。從圖2可看出，這個(gè)角度必須從+45°到-45°，確定它的精確的途徑將由下文說明。這些值的范圍之內(nèi)的具有第一角度和第二角度α，β的射流噴射軸P指向背對(duì)排氣口的汽缸部分。
在這個(gè)實(shí)施例里，燃料射流是圓錐形狀，圍繞軸P呈現(xiàn)圓對(duì)稱，但是可以使用更多復(fù)雜形狀的燃料射流，例如，具有橢圓形截面的射流。然而，由兩個(gè)相對(duì)邊緣的微滴射流限定的燃料射流的擴(kuò)散角γ必須為15°到75°，以使它可以向著燃燒室的相對(duì)局限的區(qū)域噴射，更重要的，以使微滴不會(huì)直接撞擊在燃燒室的壁上，那將對(duì)污染物質(zhì)的排放高度不利。
噴射系統(tǒng)通常具有一控制系統(tǒng)(圖未示)，用于控制噴射開始和其持續(xù)的時(shí)間?？刂葡到y(tǒng)與用于確定曲軸的角位置的裝置相連，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間發(fā)射一個(gè)信號(hào)來打開噴油嘴20，控制系統(tǒng)還與用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的操作參數(shù)的裝置相連，例如一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)和/或一發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷傳感器，來決定噴射的持續(xù)時(shí)間和因此所需的噴射燃料的數(shù)量。
控制系統(tǒng)操作噴油嘴20，這樣，至少對(duì)某些作業(yè)范疇，當(dāng)曲軸位于排氣口關(guān)閉位置前45°到20°的角位置，優(yōu)選在排氣口關(guān)閉角度前40°到30°的角位置時(shí)，燃料開始噴射。這種噴射是提早的，因?yàn)楫?dāng)它開始時(shí)，廢氣仍朝著排氣口排出。特別是，這種噴射比大多數(shù)的現(xiàn)有技術(shù)中的直接噴射系統(tǒng)更早，其設(shè)法延遲噴射的開始，以阻止氣體和未燃燒燃料的一部分混合物通過排氣口。
然而，未燃燒氣體的通過排氣口是通過確定燃油噴射壓力和確定射流噴射軸P的定位來阻止的，射流噴射軸P的角度范圍由上述所示和由下文所述方法所示。
提前噴射的意思是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在滿負(fù)荷和高速度運(yùn)行時(shí)，大量燃料在循環(huán)過程中被噴射，因此特別有利。然而，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的某些作業(yè)范疇，本發(fā)明不排除稍后開始噴射的可能性，即在排氣口關(guān)閉之后。
為采用正確的燃油噴射壓力和射流噴射軸P的定位，它們必須作為燃燒室中的氣體流量的函數(shù)來確定，以在點(diǎn)火時(shí)，在火花塞11附近得到一理想配比的氣體混合物。當(dāng)曲軸位于活塞上死點(diǎn)中心位置前幾個(gè)等級(jí)的角位置時(shí)，按慣例地，點(diǎn)火由在火花塞的電極11之間通過的火花所引起，這個(gè)提前點(diǎn)火或大或小是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的函數(shù)。
噴射壓力和射流噴射軸P的定位優(yōu)選通過進(jìn)氣/壓縮相過程中燃燒室中氣流的數(shù)字模擬來確定。數(shù)字模擬確定了燃燒室中氣流的精確的通路，如圖3所示，其代表當(dāng)活塞仍處于相對(duì)低位置時(shí)的氣流管線。然而，請(qǐng)注意，因?yàn)闅怏w的高動(dòng)能進(jìn)入燃燒室，在進(jìn)氣/壓縮相中，氣流管線的形狀不會(huì)顯著地變化。
可以從圖3中看出，氣體基本上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，即，繞與曲軸軸線平行的軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)由主進(jìn)氣口7和排氣口9和對(duì)稱排列的主進(jìn)氣口兩邊的掃氣口8的徑向相對(duì)位置所引起。然而，由于相對(duì)于第一直徑面(P1-P1)不對(duì)稱排列的孔口，引入了一種漩渦運(yùn)動(dòng)，即，繞汽缸的縱軸X做部分旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
射流噴射軸P的角度α調(diào)整在30°到70°的范圍內(nèi)，以便燃料射流噴入來自進(jìn)氣口7，8的冷氣體逆流中。注意，燃料射流底部在緊鄰氣缸蓋10的里表面的噴油嘴20的出口處通過氣流。然而，基于擴(kuò)散角γ和噴射壓力(噴流動(dòng)量)之間的綜合考慮，氣缸蓋附近的燃料顆粒并不是精細(xì)霧化的，它們的動(dòng)能比較高，因此在噴油嘴20附近的氣流對(duì)燃燒室12中射流的延伸具有些許影響。
在這個(gè)實(shí)施例里沒有繞燃燒室X軸的漩渦現(xiàn)象，因此射流噴射軸p的第二角度β必須基本上為零。相反，在有漩渦運(yùn)動(dòng)參與情況下，角度β必須或大或小基于這樣的漩渦運(yùn)動(dòng)數(shù)值，以便射流的延伸盡可能靠近冷氣體流的逆流延伸。當(dāng)然，第二角度β的加號(hào)或減號(hào)基于氣體漩渦運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)方向來確定。
而且，噴射壓力也必須是燃燒室中氣體流量的函數(shù)。為阻止燃料微滴直接濺到汽缸壁6a或活塞頂4a上，噴射壓力不可以太高。然而，噴射壓力必須要足夠高，以使燃料微滴到達(dá)它們遇到逆流氣流的區(qū)域，而不被沿著氣缸蓋10的壁的氣流帶向排氣口9。
適當(dāng)?shù)膰娚鋲毫梢詮臍怏w速度圖確定，也可以由數(shù)字模擬得到。該圖(未示意)由沿著氣流管線定向的矢量和或多或少基于有關(guān)氣體速度的長(zhǎng)度組成。一旦射流噴射軸P的定位被確定，就可以確定噴射壓力，以根據(jù)所需的混合物類型，使在射流擴(kuò)散區(qū)域的燃料微滴的動(dòng)量基本上等于，小于或略大于逆流氣體的動(dòng)量。
盡管發(fā)明人使用數(shù)字模擬確定使射流噴射軸P和噴射壓力，這些參數(shù)范圍的值依靠所屬本領(lǐng)域的技術(shù)人員的測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來確定，以使氣流基于所設(shè)想的燃燒室的幾何結(jié)構(gòu)。然而，提早開始噴射是重要的，即，在排氣關(guān)閉角度前45°到20°，優(yōu)選40°到30°。
圖4到6所示的燃料射流的延伸和區(qū)域(其中，在壓縮相過程中，空氣/燃料混合物基本上為理想配比)中的變化是通過相應(yīng)地確定射流噴射軸P和噴射壓力來實(shí)現(xiàn)的。這里，術(shù)語“空氣”不僅指在進(jìn)氣相過程中冷氣體的吸入，也指在前述的循環(huán)過程中燃燒后的殘余氣體或通過EGR系統(tǒng)返回燃燒室的廢氣。
圖4顯示該實(shí)施方式中，噴射開始后，于排氣關(guān)閉角度40°前，燃料射流的延伸。該射流具有截頭圓錐體形狀，其顯示為繞軸p對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)體。射流的擴(kuò)散角γ是約50°。
曲線23顯示燃燒室區(qū)域的外貌，其中有λ(lambda)的各個(gè)值，λ被定義為得到一理想配比混合物所必需的空氣和燃料的比例。當(dāng)碳-氫鏈被完全氧化時(shí)，空氣和燃料混合物是理想配比的。因此空氣/燃料混合物在燃燒室的一個(gè)區(qū)域里是理想配比的，其中λ值等于1。
注意到，雖然輪廓線23所限定的區(qū)域略微地偏移噴射軸p的排氣口，混合物的這部分不被帶到排氣口9。事實(shí)上，噴射燃料的大動(dòng)量將它帶到位于進(jìn)氣口7，8相同側(cè)的汽缸部分，如圖5所示。
圖5所示的位置或多或少地符合排氣口關(guān)閉的時(shí)候，即，圖4位置后約40°的位置。在這種情況下，燃料的動(dòng)量通過冷氣體的動(dòng)量消除，冷氣體繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，盡管進(jìn)氣口已經(jīng)關(guān)閉。注意，在排氣口9關(guān)閉之后，燃料可以繼續(xù)噴射。
當(dāng)活塞到達(dá)上死點(diǎn)中心位置附近時(shí)，存在理論配比混合物的燃燒室部分就占據(jù)了包圍火花塞的區(qū)域，如圖6所示，其中火花塞的電極11a以符號(hào)顯示。該位置是作為燃料朝噴油嘴20的返回運(yùn)動(dòng)(由導(dǎo)入氣體的動(dòng)能所引起)的結(jié)果而得到的。在這個(gè)位置，燃料是汽化了的，與冷氣體一起形成了一理論配比的混合物。
然后，通過在火花塞的電極11之間產(chǎn)生火花來點(diǎn)火，點(diǎn)燃理想配比的混合物。
注意，理想配比的混合物占據(jù)了燃燒室的主要部分。僅僅與排氣口同一端的燃燒室的一小部分包含貧氣混合物，其保證常規(guī)的燃燒。
由此產(chǎn)生的直接噴油相當(dāng)大地降低了現(xiàn)有型式的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的污染物質(zhì)的排放，尤其符合防污染標(biāo)準(zhǔn)。
而且，對(duì)本發(fā)明的使用直噴式的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，表明了燃料消耗的驚人減少。事實(shí)上，對(duì)于某些發(fā)動(dòng)機(jī)，從通過滲碳?xì)夤?yīng)燃料到根據(jù)本發(fā)明通過直接噴油供應(yīng)燃料的變化，整個(gè)調(diào)整的防污染周期的燃料消耗減少了30％。這種減少超過了通常由現(xiàn)有技術(shù)中用于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的直噴式系統(tǒng)所得到的減少，可以部分地由提早開始噴射來解釋，這增加了燃料汽化的時(shí)間，并在大部分燃燒室中產(chǎn)生一理想配比混合物。
燃燒室中的氣流，主要是氣體速度圖，基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷可以有顯著差異。在某些實(shí)施例里，特別是在具有相對(duì)高體積的發(fā)動(dòng)機(jī)里，更優(yōu)選的，噴射壓力基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)荷而變化。噴射壓力可以以本領(lǐng)域已知的方式通過噴射系統(tǒng)改變。例如，噴射系統(tǒng)可以和一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)和一氣體入口閥開口傳感器相連，并包括用于調(diào)節(jié)密封燃料儲(chǔ)存器中壓力的裝置。通過將燃料的噴射壓力值調(diào)整到50到150巴，可以得到覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)的作業(yè)范疇的最優(yōu)燃燒。當(dāng)然，噴射控制系統(tǒng)也適于監(jiān)控噴射持續(xù)時(shí)間，以保證僅僅射入必要量的燃料。
噴射壓力可以在覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)作業(yè)范疇內(nèi)相當(dāng)大地改變，或根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷圖的不同的離散值而改變。
然而，在低體積發(fā)動(dòng)機(jī)里，即，發(fā)動(dòng)機(jī)的體積為125CC或更小，可以同時(shí)采用恒定的射入壓力覆蓋馬達(dá)的整個(gè)作業(yè)范疇，以在污染劑排放和燃料消耗方面均達(dá)到明顯減少。以恒壓射入燃料，例如，對(duì)于50CC的發(fā)動(dòng)機(jī)為80巴的壓力，就可以使用相對(duì)簡(jiǎn)單的噴射系統(tǒng)，這樣就不會(huì)過多的增加發(fā)動(dòng)機(jī)的成本。
而且，如圖1所示，可以將噴油嘴20置于氣缸蓋10沿著軸I的孔中，該軸I不與射流噴射軸P在同一直線上，即，和射流噴射軸P相交非零角δ。這在將噴油嘴20安裝到氣缸蓋10里以沿著一特殊的軸P噴射燃料時(shí)提供了大的柔韌性。當(dāng)將噴射系統(tǒng)安裝到一現(xiàn)有的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，其氣缸蓋的幾何結(jié)構(gòu)限制了形成用于安裝噴油嘴20的孔時(shí)，這種情況尤其有利。
雖然實(shí)施例顯示的各圖都是關(guān)于具有相對(duì)于第一直徑面(P1-P1)對(duì)稱排列的一個(gè)主進(jìn)氣口，四個(gè)掃氣口和一個(gè)排氣口的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚，本發(fā)明的噴射系統(tǒng)適于具有不同數(shù)量孔口或其孔口非對(duì)稱排列的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和所有多汽缸二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種直噴式二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，具有由下列各項(xiàng)所限定的燃燒室(12)一汽缸(6)，其具有一縱軸(X)，至少一個(gè)進(jìn)氣口(7，8)和至少一個(gè)排氣口(9)，一活塞(4)，其具有一平坦的活塞頂(4a)，并通過和曲軸(3)相連的連桿(5)沿縱軸運(yùn)動(dòng)；以及一汽缸蓋(10)，其具有一火花塞(11)和一噴油嘴(20)，該噴油嘴適于在壓力下，沿射流噴射軸(P)將液體燃料射流射入燃燒室，其中，燃燒室(12)具有第一直徑面(P1-P1)，其包括汽缸的縱軸(X)并位于排氣口的中心，和具有垂直于所述第一直徑面(P1-P1)的第二直徑面(P2-P2)，火花塞(11)位于汽缸蓋的第一部分，該部分從第二直徑面(P2-P2)對(duì)著進(jìn)氣口(7)伸出，噴油嘴(20)位于汽缸蓋的與第一部分互補(bǔ)的第二部分中，以及射流噴射軸(P)和汽缸橫平面(T-T)之間的角度為30°到70°的第一角度α，和第一直徑面(P1-P1)之間的角度為+45°到-45°的第二角度β，該發(fā)動(dòng)機(jī)的特征在于，燃料射流擴(kuò)散角γ為15°到75°，當(dāng)曲軸(3)的角度位置為排氣口(9)的關(guān)閉角度位置前的45°到20°時(shí)，燃油噴射開始，以及燃油噴射壓力和射流噴射軸(P)的方位由燃燒室(12)中的氣體流量的函數(shù)來確定，以在點(diǎn)火時(shí)在火花塞(11)附近獲得一種理想配比的空氣/燃料混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的函數(shù)的燃油噴射壓力是可變化的。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中燃油噴射壓力為50巴到150巴。
4.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中燃油噴射壓力根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷圖調(diào)整到不同的值。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中燃油噴射壓力是覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)作業(yè)范疇的常數(shù)，優(yōu)選具有最多等于125CC的體積。
6.如前任一權(quán)利要求所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中噴油嘴(20)位于氣缸蓋(10)沿著軸(I)的孔中，射流噴射軸(P)與所述的孔軸(I)之間的角度δ為非零角。
7.如前任一權(quán)利要求所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中噴油嘴(20)在第一直徑面(P1-P1)穿過氣缸蓋(10)。
8.如前任一權(quán)利要求所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中曲軸(3)位于排氣口(9)的關(guān)閉角度位置前的40°到30°的角度位置時(shí)，燃油噴射開始。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括一燃燒室(12)，一配備有排氣口(9)的汽缸(6)，汽缸的第一直徑面以排氣口(9)為中心，一活塞(4)，一氣缸蓋(10)，該氣缸蓋配備有一火花塞(11)，該火花塞位于垂直于第一直徑面的第二直徑面(P2－P2)上的排氣口側(cè)，和一噴油嘴(20)，該噴油嘴適于將燃料射流噴射入燃燒室中，其位于第二直徑面的另一側(cè)，射流噴射軸(P)與汽缸的橫平面(T－T)之間的角度α為30°到70°，與第一直徑面之間的角度β為+45°到－45°。射流的擴(kuò)散角γ為15°到75°，當(dāng)曲軸(3)位于排氣口(9)的關(guān)閉位置前的45°到20°時(shí)，燃油噴射開始，燃油噴射壓力和射流噴射軸的定位確定為燃燒室中的氣體流量的函數(shù)，以在點(diǎn)火時(shí)在火花塞附近獲得一種理想配比的空氣/燃料混合物。
文檔編號(hào)F02B25/14GK1902387SQ200480039405
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者邁克爾·蓬托皮丹 申請(qǐng)人:法國(guó)馬涅蒂·馬雷利公司