專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，更特別地涉及能夠提供通過燃料噴射直接進(jìn)入燃燒室的燃料的高質(zhì)量壓縮點火燃燒的內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
已知使用火花點火以在各燃燒室內(nèi)引起燃料/空氣混合物的燃燒的內(nèi)燃機(jī)。已知或提出了在對各燃燒室內(nèi)的燃料/空氣混合物充入氣進(jìn)行壓縮之后實現(xiàn)壓縮自動點火的內(nèi)燃機(jī)(見專利文獻(xiàn)I至3)。在壓縮自動點火類型的內(nèi)燃機(jī)中，產(chǎn)生了各種想法，這些想法包括對各燃燒室的形狀的改變或變型(見專利文獻(xiàn)4)以及對進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的改變和變型(見專利文獻(xiàn)5)。通過使進(jìn)氣正時和排氣正時重疊，壓縮自動點火內(nèi)燃機(jī)可以利用在通過排氣再循環(huán)(EGR)稀釋新的充入氣之后的燃燒。在該情況下，與火花點火燃燒相比減少了 CO2的排放。由壓縮自動點火引起的燃燒溫度低。因此，壓縮自動點火燃燒很少產(chǎn)生氧化氮(NOx)排放。因此，期望壓縮自動點火燃燒對于降低氧化氮排放做出有益的貢獻(xiàn)，燃燒稀釋了的少量充入氣的目的在于降低該氧化氮排放?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開 2006-144711 號公報(P2006-144711A)專利文獻(xiàn)2 :日本特開 2006-144714 號公報(P2006-144714A)專利文獻(xiàn) 3 日本特開 2006-233839 號公報(P2006-233839A)專利文獻(xiàn)4 日本特開2005-16347號公報(P2005-16347A)專利文獻(xiàn)5 :日本專利 NO. 4122630 (P4122630)

發(fā)明內(nèi)容
特別地根據(jù)專利文獻(xiàn)5的說明，壓縮自動點火燃燒發(fā)動機(jī)在活塞的排氣上止點附近同時關(guān)閉各汽缸的進(jìn)氣門和排氣門兩者，以增加剩余氣體(除氣)的量。在該情況下，燃燒室中的充入氣的溫度可以增加至自動點火的點，以使得能夠通過在隨后的壓縮沖程中壓縮充入氣而實現(xiàn)高溫高壓之后進(jìn)行自動點火燃燒。然而，當(dāng)壓縮自動點火內(nèi)燃機(jī)在低負(fù)荷范圍動作時并不期望溫度充分增加，充分的溫度增加可能由于沒能達(dá)到自動點火而導(dǎo)致火焰熄滅。當(dāng)發(fā)動機(jī)在高負(fù)荷范圍內(nèi)動作時，因為燃燒室內(nèi)的汽缸壓力(汽缸壓力峰值)由于在多個位置同時自動點火而引起的蔓延(denotation)而過度增加，發(fā)動機(jī)可能被損壞?？傊?，因為壓縮自動點火燃燒的可動作范圍有限并且狹窄，所以并不期望壓縮自動點火燃燒能顯著降低CO2和氧化氮排放。因此，本發(fā)明的目的是提供在朝低負(fù)荷范圍和高負(fù)荷范圍顯著地拓展中間負(fù)荷范圍的同時、能夠提供有效的壓縮自動點火燃燒的內(nèi)燃機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種內(nèi)燃機(jī)，其具有在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞和在所述活塞的頂部和所述汽缸的汽缸蓋部的內(nèi)表面之間形成的燃燒室。所述內(nèi)燃機(jī)能夠在動作范圍的至少一部分區(qū)域進(jìn)行壓縮自動點火燃燒。所述內(nèi)燃機(jī)包括用于向所述燃燒室噴射燃料的燃料噴射器；用于開關(guān)進(jìn)氣管路的第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門，該進(jìn)氣管路與所述燃燒室連通；用于開關(guān)排氣管路的排氣門，該排氣管路與所述燃燒室連通；以及用于調(diào)節(jié)所述第一進(jìn)氣門和/或所述第二進(jìn)氣門的氣門升程，使所述第一進(jìn)氣門的氣門升程大于所述第二進(jìn)氣門的氣門升程的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，除了第一方面所述的特征以外，所述活塞具有從所述頂部向內(nèi)形成的凹部，所述凹部形成為在所述第一進(jìn)氣門側(cè)的凹部容積大于所述第二進(jìn)氣門側(cè)的凹部容積，以及所述燃料噴射器將燃料噴射到所述凹部中。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，除了第一方面所述的特征以外，所述燃料噴射器的噴射量設(shè)定為使得所述燃料朝向所述第一進(jìn)氣門側(cè)的噴射量大于朝向所述第二進(jìn)氣門側(cè)的噴射量。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，除了第一方面所述的特征以外，所述燃料噴射器的噴射孔的數(shù)量設(shè)定為對應(yīng)于所述第一進(jìn)氣門側(cè)的所述噴射孔的數(shù)量大于對應(yīng)于所述第二進(jìn)氣門側(cè)的所述噴射孔的數(shù)量。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，除了第一方面所述的特征以外，所述第一進(jìn)氣門側(cè)的噴射孔角度大于所述第二進(jìn)氣門側(cè)的噴射孔角度。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，除了第一方面所述的特征以外，所述燃料噴射器在吸氣沖程時進(jìn)行常規(guī)噴射，然后所述燃料噴射器在壓縮沖程的后半程時進(jìn)行追加噴射。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，除了第一方面所述的特征以外，通過確保密封期間來使所述壓縮自動點火的燃燒發(fā)生，所述密封期間通過在排氣期間和進(jìn)氣期間之間同時地關(guān)閉所述進(jìn)氣門和所述排氣門來提供。根據(jù)上述的本發(fā)明的第一方面，使各燃燒室的至少兩個進(jìn)氣門的氣門升程不同，使得存在吸入空氣的流入的不均衡。這種不均衡產(chǎn)生了燃燒室內(nèi)部的吸入空氣流動(渦流)，從而在燃燒室中不是提供均勻的充入氣而是提供分層的充入氣，以在稀薄的氣氛中提供富含云。即使當(dāng)發(fā)動機(jī)在靠近低負(fù)荷的區(qū)域內(nèi)操作時，這也確保用于隨后的火焰?zhèn)鞑サ膶Ω缓频淖詣狱c火而沒有任何火焰熄滅。當(dāng)發(fā)動機(jī)在靠近高負(fù)荷的區(qū)域內(nèi)動作時，通過起自富含云處的自動點火的在所有方向上的受控制的火焰?zhèn)鞑?，這還確保了避免高溫高壓爆燃的緩慢燃燒。因此，通過確保在寬的或拓展的動作范圍的穩(wěn)定的高質(zhì)量的自動點火燃燒，這拓展了自動點火燃燒適用的動作范圍。根據(jù)本發(fā)明的上述第二方面，凹部在第一進(jìn)氣門側(cè)提供較大的凹部容積并且在第二進(jìn)氣門側(cè)提供較小的凹部容積。結(jié)果，肯定能夠捕獲(trap )在壓縮沖程時從燃料噴射器噴射的燃料。這導(dǎo)致更有效的充入氣分層，以提供高質(zhì)量的壓縮自動點火燃燒。根據(jù)本發(fā)明的上述第三方面至第五方面，例如通過噴射孔數(shù)量分布的不均衡或者通過噴射孔角度分布的不均衡以在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生燃料的噴射質(zhì)量分布的不均衡的方式提供噴射的不對稱性，根據(jù)進(jìn)氣門的氣門升程(氣門開口)將燃料以適當(dāng)?shù)姆绞絿娚涞轿肟諝饬鞯牟糠帧＿@導(dǎo)致更有效的充入氣分層，以提供高質(zhì)量的壓縮自動點火燃燒。根據(jù)本發(fā)明的上述第六方面，燃料噴射器在吸氣沖程時進(jìn)行常規(guī)噴射，然后燃料噴射器在壓縮沖程的后半程時進(jìn)行追加噴射。這確保了對分層的充入氣中的燃料濃度的差值增加的供應(yīng)。這導(dǎo)致更有效的充入氣分層，以提供高質(zhì)量的壓縮自動點火燃燒。根據(jù)本發(fā)明的上述第七方面，能夠利用源自除氣的燃燒過的氣體來稀釋充入氣，即所謂的內(nèi)部EGR。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)對CO2和氧化氮(NOx)排放的控制。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的一個實施方式的示意圖，特別地是示出發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)的整個構(gòu)造的輪廓的、透視發(fā)動機(jī)的正視圖。圖2是示出發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣門和排氣門的組成部件的布局的正視圖。圖3是示出包括發(fā)動機(jī)進(jìn)氣側(cè)的噴射器的組成部件的布局的立體圖。圖4是說明氣門升程與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系的曲線圖。圖5是說明進(jìn)氣正時和排氣正時與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系的曲線圖。圖6是說明可取決于動作范圍選擇的燃燒類型(自動點火燃燒或火花點火燃燒)的曲線圖。圖7是說明進(jìn)氣門的在用于自動點火燃燒的進(jìn)氣正時的氣門升程的曲線圖。圖8是說明源自圖7中示出的氣門升程控制的效果的曲線圖。圖9是說明用于自動點火燃燒的燃料的噴射質(zhì)量分布的不均衡的平面圖。圖10是示出用于自動點火燃燒的活塞的頂部的適當(dāng)構(gòu)造的平面圖。圖11是說明源自圖10中示出的活塞的頂部的構(gòu)造的效果的平面圖。圖12是透視發(fā)動機(jī)的不完全剖視圖，其示出源自圖10中示出的活塞的頂部的構(gòu)造的效果。圖13是示出源自自動點火燃燒的效果的曲線圖。圖14是示出用于自動點火燃燒的燃料噴射的正時的曲線圖。圖15是示出達(dá)到用于自動點火燃燒的燃料的噴射質(zhì)量分布的不均衡性的另一途徑的平面圖。
具體實施例方式參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1至圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的一個實施方式的圖。參照圖1，內(nèi)燃機(jī)10是作為使車輛運動所需的驅(qū)動源而安裝于機(jī)動車輛的發(fā)動機(jī)。內(nèi)燃機(jī)10通過連桿13將在汽缸11中作往復(fù)運動的活塞12連接到未示出的曲軸，以在將往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動之后將活塞12的往復(fù)運動傳遞至曲軸。內(nèi)燃機(jī)10包括汽缸11、汽缸11的汽缸蓋以及活塞12。汽缸11中的活塞12具有頂部12a，該頂部與汽缸11的汽缸蓋的內(nèi)表面Ila —起形成燃燒室14。內(nèi)燃機(jī)10的燃燒室14可與進(jìn)氣側(cè)、也就是圖1的左側(cè)的進(jìn)氣側(cè)配管(進(jìn)氣通道，進(jìn)氣口)15以及排氣側(cè)、也就是圖1的右側(cè)的排氣側(cè)配管(排氣通道，排氣口)17連通。進(jìn)氣門16和排氣門18安裝于汽缸蓋并且靠近進(jìn)氣側(cè)配管15和排氣側(cè)配管17配置。燃料或汽油F通過從燃料噴射系統(tǒng)的燃料噴射器19 (見圖9)到燃燒室14的直接燃料噴射而被提供至內(nèi)燃機(jī)10。燃料噴射與活塞12的往復(fù)運動以及進(jìn)氣門16和排氣門18的打開/關(guān)閉動作同步。內(nèi)燃機(jī)10通過由火花塞20產(chǎn)生的火花引起的燃燒或由壓縮自動點火引起的燃燒來燃燒燃料，以產(chǎn)生動力。由燃燒所產(chǎn)生的動力使活塞12作往復(fù)運動，因為該動力向下推動活塞12至汽缸11的底部并且活塞12通過來自與同一曲軸連接的其他活塞的動力返回至汽缸頂部。內(nèi)燃機(jī)10的燃燒室14經(jīng)歷快速接連重復(fù)的如下過程空氣的進(jìn)氣、燃料/空氣混合物的壓縮和燃燒、由于該燃燒引起的膨脹以及燃燒之后產(chǎn)生的殘余氣體的排出。此外，內(nèi)燃機(jī)10包括進(jìn)氣側(cè)配管(進(jìn)氣口)15和排氣側(cè)配管(排氣口)17，進(jìn)氣側(cè)配管15具有兩個開口 15a、15b (未示出)，排氣側(cè)配管17具有兩個開口 17a、17b (未示出)。與此相對應(yīng)，如圖2和圖3所示，進(jìn)氣門16包括打開和關(guān)閉開口 15a的第一進(jìn)氣門16A和打開和關(guān)閉開口 15b的第二進(jìn)氣門16B，排氣門18包括打開和關(guān)閉開口 17a的第一進(jìn)氣門18A和打開和關(guān)閉開口 17b的第二進(jìn)氣門18B (在圖3中僅示出進(jìn)氣門16)。進(jìn)氣門16和排氣門18允許吸入空氣或廢氣通過當(dāng)進(jìn)氣門16的氣門頭16a和排氣門18的氣門頭18a從汽缸蓋的內(nèi)表面Ila被提升至氣門頭的提升狀態(tài)時所形成的間隙。進(jìn)氣門16和排氣門18包括氣門桿21、彈簧22、樞軸23、搖臂24、控制軸25、輥26、限位器27、擺動輥(或凸輪隨動件)28、凸輪軸29以及驅(qū)動凸輪30。氣門桿21在其一端或前端具有氣門頭16a、18a。彈簧22被配置成使得各彈簧沿將與其關(guān)聯(lián)的氣門桿21從燃燒室14拉起的方向(減小氣門升程的方向)對該氣門桿21施力。樞軸23被配置成使得各樞軸23在靠近與其關(guān)聯(lián)的搖臂24的一端的位置抵接該搖臂24，從而以允許搖臂24的樞轉(zhuǎn)運動的方式來支撐該搖臂24。在相反端或后端，氣門桿21分別在靠近相關(guān)聯(lián)的搖臂24的另一端的位置與該搖臂24抵接。在搖臂24的一端和另一端之間的中間位置，搖臂24具有與其關(guān)聯(lián)的支承銷26a以承載繞與其關(guān)聯(lián)的支承銷26a轉(zhuǎn)動的與其關(guān)聯(lián)的輥26。利用搖臂24的輥26壓靠相關(guān)聯(lián)的限位器27，允許搖臂24在與其關(guān)聯(lián)的樞軸23上樞轉(zhuǎn)。控制軸25被固定地安裝以用于進(jìn)氣門16?？刂戚S25以允許擺動輥28及與擺動輥28關(guān)聯(lián)的限位器27進(jìn)行一致的運動的方式來支撐各擺動輥28及與各擺動輥28關(guān)聯(lián)的限位器27?？刂戚S25包括具有轉(zhuǎn)動軸線的軸部和具有偏心軸線的偏心部。要獲取更多信息，可參照美國專利申請公開NO. US2011/0107989A1，通過引用而將該申請公開包含于此。擺動輥28 (見US2011/0107989A1中的輥36)由偏心部(見US2011/0107989A1中的偏心部22)支撐以繞偏心軸線(見US2011/0107989A1中的偏心軸線02)轉(zhuǎn)動。相關(guān)聯(lián)的限位器27 (見US2011/0107989A1中的搖擺凸輪構(gòu)件23A、23B)由軸部(見US2011/0107989A1中的軸部20和21)支撐以繞控制軸25 (見US2011/0107989A1中的控制軸17)的轉(zhuǎn)動軸線(見US2011/0107989A1中的軸線01)轉(zhuǎn)動。當(dāng)控制軸25被保持固定時，通過與偏心齒輪(見US2011/0107989A1中的外齒輪37A、37B和內(nèi)齒輪27A、27B)的接合來確保擺動輥28與相關(guān)聯(lián)的限位器27的一致的運動。然而，由于偏心齒輪的接合位置的改變，使控制軸25繞轉(zhuǎn)動軸線運動至新的角度位置將導(dǎo)致限位器27相對于擺動輥28處于新的角度位置(見US2011/0107989A1中的圖4A和圖4B所示出的位置)。可以理解的是，進(jìn)氣門16A和進(jìn)氣門16B的氣門升程通過調(diào)節(jié)各限位器27相對于擺動輥28的角度位置而改變。限位器27通過使各限位器27與搖臂24上的輥26之一的壓接位置移動來限制相關(guān)聯(lián)的氣門頭16a或氣門頭18a的氣門升程。擺動輥(或凸輪隨動件)28由遠(yuǎn)離控制軸25的軸線的支撐軸28a可轉(zhuǎn)動地支撐，并且由未示出的施力元件在繞控制軸25朝凸輪軸29轉(zhuǎn)動的方向上施力。凸輪軸29以使得凸輪軸29的轉(zhuǎn)動與活塞12在汽缸11內(nèi)的往復(fù)運動同步的方式被驅(qū)動。驅(qū)動凸輪30被固定到凸輪軸29。驅(qū)動凸輪30具有凸輪面30a，擺動輥28的周面在迫使擺動輥28沿繞控制軸25朝凸輪軸29轉(zhuǎn)動的方向轉(zhuǎn)動的施力作用下保持與該凸輪面30a的壓接觸。因為驅(qū)動凸輪30由于驅(qū)動凸輪30和凸輪軸29與活塞12的往復(fù)運動(曲軸的轉(zhuǎn)動)同步轉(zhuǎn)動而按壓擺動輥28，這確保了進(jìn)氣門16和排氣門18的正常動作。在進(jìn)氣門16和排氣門18中，保持輥26與限位器27壓接觸確保了搖臂24的樞轉(zhuǎn)運動，其中，該限位器27同相關(guān)聯(lián)的擺動輥28 —起運動。這使得進(jìn)氣門16和排氣門18能夠隨著搖臂24的運動逆著彈簧22而按壓氣門桿21 (或使氣門桿21在其軸向上運動)，其中，氣門桿21的后端與搖臂24抵接。因此，進(jìn)氣門16和排氣門18將位于氣門桿21的前端的氣門頭16a、18a從配管15、17的開口 15a、17a提升并使氣門頭16a、18a與開口 15a、17a分離。進(jìn)氣門16和排氣門18允許氣門桿21在彈簧22的施力作用下沿氣門桿的軸向運動，直到位于氣門桿21的前端的氣門頭16a、18a緊密地封堵配管15、17的開口 15a、17a。進(jìn)氣門16和排氣門18的限位器27 (沿各控制軸25的軸向觀察)分別鄰近各擺動輥28的右側(cè)和左側(cè)。各限位器27均包括壓接面27a，搖臂24之一的輥26被按壓而與該壓接面27a接觸。限位器27的壓接面27a的輪廓使得與控制軸25的軸線的徑向距離隨著對限位器27角度定位之后限位器27所處的不同位置而改變，并且該徑向距離隨著擺動輥28所處的不同的角度位置而改變。通過使壓接面27a與搖臂24的輥26的壓接位置移動(相對于擺動輥28對限位器27進(jìn)行角度定位)，限位器27可以調(diào)節(jié)相關(guān)聯(lián)的搖臂24的樞轉(zhuǎn)運動的量以提供如圖4所示的氣門升程。例如根據(jù)對用于加速或減速的油門踏板(節(jié)流閥的位置)的操作，該限位器27可以根據(jù)從低負(fù)荷到高負(fù)荷的不同水平來改變位于氣門桿21的前端的氣門頭16a、18a的氣門升程16L、18L，反之亦然。在安裝于各汽缸或燃燒室14的兩個進(jìn)氣門16之間設(shè)有噴射器19。使噴射正時與活塞12的往復(fù)運動(曲軸轉(zhuǎn)角)同步，在進(jìn)氣門16打開和關(guān)閉進(jìn)氣側(cè)配管15的開口 15a的提升動作過程中的任意正時，噴射器19向燃燒室14內(nèi)部噴射燃料F。內(nèi)燃機(jī)10被構(gòu)造成，沿著朝向或遠(yuǎn)離當(dāng)排氣門18打開排氣側(cè)配管17的開口 17a時的打開或關(guān)閉排氣門的正時的方向來調(diào)節(jié)當(dāng)進(jìn)氣門16打開進(jìn)氣側(cè)配管15的開口 15a時的打開和關(guān)閉進(jìn)氣門(期間)的正時。對于噴射到燃燒室14內(nèi)部的燃料F通過火花塞20火花點火引起的燃燒，調(diào)節(jié)凸輪軸29 (驅(qū)動凸輪30)與其驅(qū)動的轉(zhuǎn)動關(guān)系，使得在短時間段內(nèi)打開和關(guān)閉進(jìn)氣門的正時與打開和關(guān)閉排氣門的正時同時發(fā)生(所謂的“氣門重疊”)。
同時，對于噴射到燃燒室14內(nèi)部的燃料F通過壓縮自動點火(下文中稱為“自動點火”)引起的燃燒，調(diào)節(jié)凸輪軸29 (驅(qū)動凸輪30)與其驅(qū)動的轉(zhuǎn)動關(guān)系，使得打開和關(guān)閉進(jìn)氣門的正時與打開和關(guān)閉排氣門的正時不同時發(fā)生，以提供如圖5中的雙頭箭頭所表示的密封期間(sealed duration)(所謂的“負(fù)氣門重疊”)。這意味著，在打開和關(guān)閉排氣門的正時與打開和關(guān)閉進(jìn)氣門的正時彼此分開的情況下，自動點火燃燒使用內(nèi)部排氣再循環(huán)(EGR)來引起燃燒，在該內(nèi)部排氣再循環(huán)中，來自燃燒室14的壁面的燃燒過的內(nèi)部氣體歸因于密封期間封閉空間內(nèi)的除氣而與新的充入氣混合。隨著具有不同的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的行駛條件的變化，當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)荷落入圖6中所示的低的負(fù)荷范圍和高的負(fù)荷范圍之一時，使用由火花塞20產(chǎn)生的火花的火花點火燃燒控制確保了內(nèi)燃機(jī)10內(nèi)的穩(wěn)定的燃燒。同時，當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)荷落入在行駛過程中最常使用的中間負(fù)荷范圍時，自動點火燃燒控制省掉了火花塞20的使用以節(jié)約能量。當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)荷落入中間負(fù)荷范圍時，為了使燃料F在燃燒室14內(nèi)以最適當(dāng)?shù)姆绞搅鲃右赃M(jìn)行自動點火燃燒，產(chǎn)生了各種想法。具體地，在火花塞20位于圖3中示出的兩個進(jìn)氣門16A、16B之間的情況下，該兩個進(jìn)氣門16A、16B分別與排氣門18相對地配置并且位于與配置排氣門18的直線平行的直線上，其中，該火花塞20在燃燒室14的上表面Ila (汽缸11的蓋的內(nèi)表面)的杯形部分暴露于燃燒室14。這些進(jìn)氣門16A、16B是可操作的，使得它們在各氣門頭16a距燃燒室14的上表面Ila的氣門升程量方面有所不同。根據(jù)圖7中示出的本實施方式，當(dāng)人從進(jìn)氣側(cè)面對活塞12的頂部12a時，位于右邊的進(jìn)氣門16A (第一進(jìn)氣門)提供與排氣門18的氣門升程18L—樣高的氣門升程16LA。相反，當(dāng)人從進(jìn)氣側(cè)面對活塞12的頂部12a時，位于左邊的進(jìn)氣門16B (第二進(jìn)氣門)提供可調(diào)節(jié)至進(jìn)氣門16A的氣門升程16LA的大約一半的氣門升程16LB。因此，為了按壓進(jìn)氣門16A、16B,鄰近相關(guān)聯(lián)的擺動輥28的右側(cè)的限位器27A和鄰近相關(guān)聯(lián)的擺動輥28的左側(cè)的限位器27B按照按壓擺動輥28以使得擺動輥28樞轉(zhuǎn)的速度進(jìn)行樞轉(zhuǎn)。限位器27A和27B具有的各壓接面27a包括向周圍延伸的表面部，該表面部到控制軸25的轉(zhuǎn)動軸線的徑向距離相同，即使如下所述地改變限位器27A或27B與輥26的接觸位置以使得進(jìn)氣門16A或16B的氣門升程在如圖4所示的最大升程量與最小升程量之間移位。限位器27A和27B的壓接面27a具有如下輪廓在限位器27A和27B沿圍繞控制軸25的轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)向之后被保持于角度位置的情形下，將使得進(jìn)氣門16B提供等于進(jìn)氣門16A的氣門升程量16LA的一半的氣門升程16LB。如圖8所示，在進(jìn)氣門16A和進(jìn)氣門16B之間提供氣門升程的差別使得能夠可調(diào)節(jié)地控制進(jìn)入燃燒室14的吸入空氣的空氣運動強(qiáng)度。如果進(jìn)氣門16A和進(jìn)氣門16B的氣門升程之間不存在差異，那么進(jìn)氣門16A和進(jìn)氣門16B兩者在從當(dāng)氣門升程小使得氣門頭16a和進(jìn)氣側(cè)配管15的相應(yīng)的開口 15a提供小的間隙時的正時到當(dāng)氣門升程為最大值時的正時的期間范圍內(nèi)允許相等量的吸入空氣進(jìn)入。如圖8中的點劃線所示，這導(dǎo)致燃燒室14內(nèi)部的吸入空氣運動由于燃燒用空氣的量的增加而隨著吸入空氣(氣門開口)的量逐漸增加，僅有少許增加。
然而，當(dāng)進(jìn)氣門16A的氣門升程16LA與進(jìn)氣門16B的氣門升程16LB不同時，從當(dāng)氣門升程小使得氣門頭16a和進(jìn)氣側(cè)配管15的相應(yīng)的開口 15a提供小的間隙時的正時起，一個氣門頭16a和進(jìn)氣側(cè)配管15的相關(guān)聯(lián)的一個開口 15a之間的間隙與另一氣門頭16a和進(jìn)氣側(cè)配管15的另一開口 15a之間的間隙在氣門開口方面不同。如圖8中的實線所示，這導(dǎo)致進(jìn)氣門16A從吸氣期間一開始就使得吸入燃燒室14的空氣的量比另一進(jìn)氣門16B所吸入的空氣量大，并且導(dǎo)致進(jìn)氣門16A和進(jìn)氣門16B在通過小的間隙進(jìn)入燃燒室14的空氣的引入流度(流動速率)方面從引入期間一開始就不同?？傊?，因為各汽缸的進(jìn)氣門16A的氣門升程16LA和進(jìn)氣門16B的氣門升程16LB不同，從引入期間一開始就在燃燒室14內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)烈的空氣流動和吸入空氣的在從進(jìn)氣門16A朝進(jìn)氣門16B的方向上的被稱作渦流S (見圖11)的轉(zhuǎn)動。噴射器19是具有至少三個噴射孔的多孔噴射器。該噴射器19以如下方式提供噴射不對稱性使得在燃燒室14內(nèi)部產(chǎn)生與進(jìn)氣門16A的氣門升程16LA和進(jìn)氣門16B的氣 門升程16LB (吸入空氣的量)相適應(yīng)的燃料F的噴射質(zhì)量分布的不均衡(噴射圖樣中的區(qū)域之間的差別)。如圖9所示，將噴射器19設(shè)置成使得面向燃燒室14的進(jìn)氣門16A側(cè)的一個區(qū)域的噴射孔的數(shù)量比面向燃燒室14的進(jìn)氣門16B側(cè)的另一區(qū)域的噴射孔的數(shù)量多。這使得從設(shè)置在噴射器19頂部的噴射孔射出的燃料F能夠被吸入空氣的渦流S攜帶，以使得燃料F在燃燒室14內(nèi)部流動和擴(kuò)散?？梢愿鶕?jù)擴(kuò)散狀態(tài)來決定噴射器19頂部的噴射孔的數(shù)量。如圖10所示，活塞12的與汽缸11的缸蓋的內(nèi)表面Ila —起形成燃燒室14的頂部12a形成有凹部(或凹陷)31。凹部31具有與如圖10中的箭頭AA和AB的尺寸所表示的由進(jìn)氣門16A的氣門升程16LA和進(jìn)氣門16B的氣門升程16LB所導(dǎo)致的吸入空氣的量以及從噴射器19射出的燃料F的噴射量相適應(yīng)的不均衡的凹部深度(凹部容積)分布。具體地，凹部31在第一進(jìn)氣門16A側(cè)提供較大凹部容積的凹部部分31A，在第二進(jìn)氣門16B側(cè)提供較小凹部容積的凹部部分31B。因此，通過較大的凹部容積可以接收相對地大量的噴射到進(jìn)氣門16A側(cè)的燃料。因為這個原因，通過混合噴射的燃料和吸入空氣而形成的全部燃料/空氣混合物可以根據(jù)凹部31的形狀流動。因此，全部的燃料/空氣混合物可以形成反向翻滾。詳細(xì)地，如上所述，根據(jù)進(jìn)氣門16A的氣門升程16LA的進(jìn)入燃燒室14的吸入空氣AA的量和流動速度大于根據(jù)進(jìn)氣門16B的氣門升程16LB的進(jìn)入燃燒室14的吸入空氣AB的量和流動速度。容積大于進(jìn)氣門16B側(cè)的凹部部分31B的容積的進(jìn)氣門16A側(cè)的凹部部分31A的明顯彎曲的周面形成于活塞12的頂部12a的內(nèi)側(cè)。這產(chǎn)生了在沿著圍繞汽缸軸線的汽缸內(nèi)周面的方向上轉(zhuǎn)動的水平汽缸渦流、即如圖11所示的燃燒室14內(nèi)的所謂的渦流S。該渦流S也攜帶從噴射器19射出的燃料以使燃料流動和擴(kuò)散。在活塞12的頂部12a的內(nèi)側(cè)形成的凹部31具有容積大于進(jìn)氣門16B側(cè)的凹部部分31B的容積的進(jìn)氣門16A側(cè)的凹部部分31A的明顯彎曲的底部。這產(chǎn)生了在朝向汽缸蓋的內(nèi)表面Ila的方向上沿著底部的豎直方向上的汽缸渦流、S卩如圖12所示的燃燒室14內(nèi)的所謂的反向翻滾T。該反向翻滾T也攜帶從噴射器19射出的燃料以使燃料流動和擴(kuò)散。這在燃燒室14內(nèi)形成了渦流S與反向翻滾T結(jié)合的吸入空氣的流動形式。換句話說，這在燃燒室14內(nèi)產(chǎn)生了進(jìn)入燃燒室14時自活塞12的頂部12a附近射出、沿著汽缸內(nèi)周面的方向轉(zhuǎn)動并朝向燃燒室14的頂部(汽缸11的缸蓋的內(nèi)表面Ila)上火花塞20的電極所在的位置卷起的流動。這導(dǎo)致通過混合噴射的燃料和吸入空氣而形成的燃料/空氣混合物的流動朝向燃燒室14的頂部Ila上火花塞20的位置(燃燒室14的中央)行進(jìn)。結(jié)果，火花塞20附近的燃料F的濃度可以變大。混合物的濃度從燃燒室14的中央到燃燒室14的外部可以逐漸變得稀薄。然后，混合物的濃度被分層。因此，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10使火花塞20產(chǎn)生火花以引起燃燒的發(fā)生從而在燃燒室14內(nèi)使噴射燃料F燃燒時，在火花塞20的附近增加燃料F濃度來引起和傳播燃燒也是有效的。另夕卜，控制內(nèi)燃機(jī)10，使得當(dāng)燃燒室14內(nèi)的充入氣在如圖6中所示的在行駛過程中最常使用的中間負(fù)荷范圍運行的過程中被壓縮達(dá)到自動點火的高的溫度點和高的壓力點以點燃噴射燃料F時，燃燒發(fā)生在燃料F的濃度增加的燃燒室14上部的中央并且在所有方向上廣泛傳播。如圖13中所示，傳統(tǒng)的自動點火燃燒增加汽缸壓力峰值P2以達(dá)到最大值，因為自動點火同時發(fā)生于多個位置以使得火焰從多個位置傳播從而使燃燒室內(nèi)的噴射燃料非常快地燃燒。同時，根據(jù)本實施方式，燃燒室14內(nèi)的噴射燃料F和空氣的混合物被分層以獲得以火花塞20的附近為中心的燃料濃度分布。這使得自動點火發(fā)生在火焰分布和傳播的中心，火焰沿遠(yuǎn)離該中心的所有方向傳播從而在火焰前端未發(fā)生于多個位置的情況下使噴射燃料F緩慢地燃燒。這減弱了汽缸壓力峰值Pl的增加。這使汽缸壓力峰值Pl保持低于汽缸壓力峰值P2。在從使用火花塞20的火花點火燃燒的低的負(fù)荷范圍或高的負(fù)荷范圍向自動點火燃燒的中間負(fù)荷范圍的鄰近的低負(fù)荷側(cè)或高負(fù)荷側(cè)轉(zhuǎn)變時或轉(zhuǎn)變之后，發(fā)動機(jī)中燃燒的不穩(wěn)定性可能發(fā)生。根據(jù)本實施方式，除了在進(jìn)氣門16的同一循環(huán)的前一吸氣期間時由常規(guī)噴射器fl提供的常規(guī)數(shù)量的燃料以外，通過在壓縮的后半程和燃燒沖程時由追加噴射器f2提供少量燃料來增加燃燒室14內(nèi)的燃料F的濃度從而使得自動點火容易發(fā)生，而改善該燃燒不穩(wěn)定性。上述追加噴射器f2并非必需，而是可以在考慮到發(fā)動機(jī)燃燒特性而需要時作為可選擇的設(shè)置進(jìn)行安裝。自不待言，通過追加噴射器f2提供用于發(fā)動機(jī)的燃料F不僅可以在中間負(fù)荷范圍的靠近低負(fù)荷范圍和高負(fù)荷范圍其中之一的低負(fù)荷側(cè)或高負(fù)荷側(cè)實施，而且可以在整個中間負(fù)荷范圍實施。根據(jù)本實施方式，由于使得各汽缸的兩個進(jìn)氣門16A和16B的氣門升程不同，進(jìn)入的吸入空氣在燃燒室14內(nèi)產(chǎn)生(位于兩個進(jìn)氣門16的軸線所在的平面內(nèi)的)水平渦流S。此外，活塞12的頂部12a內(nèi)形成有與進(jìn)入的吸入空氣的量相適應(yīng)的凹部容積不均衡的凹部部分31A和31B，這在燃燒室14內(nèi)產(chǎn)生豎直方向上的反向翻滾T。為了噴射燃料F的質(zhì)量流動和擴(kuò)散，通過使燃料噴射器19以產(chǎn)生燃料噴射質(zhì)量分布上的不均衡的方式提供噴射的不對稱性，而使噴射燃料F能夠由結(jié)合了渦流S和翻滾T的流動攜帶，并未在燃燒室內(nèi)提供均勻的充入氣，而是在燃燒室14內(nèi)提供包括中心附近的富含云的分層充入氣以使得自動點火容易發(fā)生。即使在發(fā)動機(jī)在靠近低負(fù)荷的區(qū)域內(nèi)動作時，這也確保了用于隨后的火焰?zhèn)鞑サ脑诟缓铺幍淖詣狱c火而沒有任何火焰熄滅。當(dāng)發(fā)動機(jī)在靠近高負(fù)荷區(qū)域內(nèi)動作時，這還通過從富含云處的自動點火向所有方向的受控制的火焰?zhèn)鞑ゴ_保了避免高溫高壓爆燃的緩慢燃燒。因此，通過確保在寬的或拓展的動作范圍的穩(wěn)定的、高質(zhì)量的自動點火，這拓展了自動點火燃燒可應(yīng)用的動作范圍。根據(jù)本實施方式的另一個方面，可以提供如下布置噴射器19以產(chǎn)生與進(jìn)氣門16A的氣門升程16LA以及進(jìn)氣門16B的氣門升程16LB (吸入空氣的量)相適應(yīng)的噴射孔角度a分布的不均衡的方式提供如圖15中所示的噴射不對稱性。具體地，假設(shè)由圖15中的點劃線所示出的中心線在進(jìn)氣門16A側(cè)的一個區(qū)域和進(jìn)氣門16B側(cè)的另一個區(qū)域之間，則可以設(shè)置進(jìn)氣門16A側(cè)的噴射孔角度a A以及進(jìn)氣門16B側(cè)的不同的噴射孔角度a B。如果是這樣的話，可以設(shè)置燃燒室14內(nèi)的通過燃料噴射器19而進(jìn)入的燃料F的噴射質(zhì)量分布的不均衡。這使得噴射燃料F能夠通過使朝向進(jìn)氣門16A的燃料的量大于朝向進(jìn)氣門16B的燃料的量以及通過使用與不同的噴射質(zhì)量對應(yīng)地形成于活塞的頂部的凹部的方式由燃燒室14內(nèi)的吸入空氣的渦流S和反向翻滾T攜帶。本發(fā)明被視為包括提供源自本發(fā)明的目的的等同效果的所有實施方式，而不限于所說明的實施方式。本發(fā)明的范圍由源自本公開的教示的特征的各種組合和變型來限定，而不限于權(quán)利要求中所述的特征的組合。工業(yè)h的可應(yīng)用件雖然說明了實施方式，但是本發(fā)明不限于所說明的實施方式。相反，要明白的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出各種改變。附圖標(biāo)記說明10內(nèi)燃機(jī)11 汽缸12 活塞12a 頂部14燃燒室15進(jìn)氣側(cè)配管16,16A, 16B 進(jìn)氣門16L，16LA，16LB，18L 氣門升程17排氣側(cè)配管18排氣門19燃料噴射器20火花塞24 搖臂25控制軸26 輥27，27A，27B 限位器27a壓接面28擺動輥29凸輪軸30 凸輪31，31A，31B 凹部
AA, AB吸入空氣F 燃料fl常規(guī)噴射器f2追加噴射器S 渦流T反向翻滾a , a A, a B噴射孔角度
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)，其具有在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞和在所述活塞的頂部和所述汽缸的汽缸蓋部的內(nèi)表面之間形成的燃燒室，所述內(nèi)燃機(jī)能夠在動作范圍的至少一部分區(qū)域進(jìn)行壓縮自動點火燃燒，所述內(nèi)燃機(jī)包括用于向所述燃燒室噴射燃料的燃料噴射器；用于開關(guān)進(jìn)氣管路的第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門，該進(jìn)氣管路與所述燃燒室連通；用于開關(guān)排氣管路的排氣門，該排氣管路與所述燃燒室連通；以及用于調(diào)節(jié)所述第一進(jìn)氣門和/或所述第二進(jìn)氣門的氣門升程，使所述第一進(jìn)氣門的氣門升程大于所述第二進(jìn)氣門的氣門升程的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述活塞具有從所述頂部向內(nèi)形成的凹部，所述凹部形成為在所述第一進(jìn)氣門側(cè)的凹部容積大于所述第二進(jìn)氣門側(cè)的凹部容積，以及所述燃料噴射器將燃料噴射到所述凹部中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃料噴射器的噴射量設(shè)定為使所述燃料朝向所述第一進(jìn)氣門側(cè)的噴射量大于朝向所述第二進(jìn)氣門側(cè)的噴射量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃料噴射器的噴射孔的數(shù)量設(shè)定為對應(yīng)于所述第一進(jìn)氣門側(cè)的所述噴射孔的數(shù)量大于對應(yīng)于所述第二進(jìn)氣門側(cè)的所述噴射孔的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述第一進(jìn)氣門側(cè)的所述噴射孔角度大于所述第二進(jìn)氣門側(cè)的所述噴射孔角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃料噴射器被構(gòu)造成在吸氣沖程時進(jìn)行常規(guī)噴射，然后在壓縮沖程的后半程時進(jìn)行追加噴射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，通過確保密封期間來使所述壓縮自動點火燃燒發(fā)生，所述密封期間通過在排氣期間和進(jìn)氣期間之間同時地關(guān)閉所述進(jìn)氣門和所述排氣門來提供。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)。在朝向低負(fù)荷范圍和高負(fù)荷范圍延伸的中間負(fù)荷范圍提供一種有效的壓縮自動點火燃燒。內(nèi)燃機(jī)能夠通過確保由負(fù)氣門重疊產(chǎn)生的所謂的密封期間使壓縮自動點火的燃燒成為可能。內(nèi)燃機(jī)包括汽缸蓋、汽缸、位于汽缸內(nèi)的具有與汽缸蓋接合的頂部的活塞、位于汽缸蓋內(nèi)表面和活塞的頂部之間的燃燒室以及進(jìn)氣門和排氣門。每個燃燒室配置兩個進(jìn)氣門，并且使得所述兩個進(jìn)氣門的氣門升程不同。
文檔編號F02D13/02GK103016134SQ201210362358
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者井上裕章 申請人:鈴木株式會社