火花点火式内燃机 【发明背景】
【发明领域】
本发明涉及了一种火花点火式内燃机，特别涉及了一种配备有进气口燃油喷射器和直接燃油喷射器的火花点火式内燃机。
背景技术
公开的日本专利No.293304/1995揭示了一种传统的火花点火式内燃机。该传统的火花点火式内燃机包括一个进气口燃油喷射器和一个直接燃油喷射器，该进气口燃油喷射器用来将燃油喷射到内燃机的进气口，该直接燃油喷射器用来将燃油直接喷射到内燃机的气缸内。在低-中负荷工作的过程中，该传统的内燃机采用直接喷射技术供应燃油，引发分层燃烧。此外，在高负荷工作的过程中，该传统的内燃机采用进气口喷射技术供应燃油，引发均匀燃烧。
当采用直接喷射技术时，在火花塞附近可以形成燃油浓度高的空气-燃油混合物层。在这种情况下，使用少量燃油就可以恰当地点火，因此，即使在稀薄的空气-燃油比的情况下，也可以实现稳定的工作。另一方面，当采用进气口喷射技术时，可以向气缸内引入浓度均匀的空气-燃油混合物。从而在维持稳定燃烧的情况下可以产生高输出。其结果是，上述传统的内燃机具备了提高的燃油效率和优良的工作特性。
但是，当采用进气口喷射技术喷射时，燃油并不完全在进气口内气化，会有一部分粘附到进气阀和进气口的壁面上。由于包括燃油的附着分布和气门打开时的气体流动等在内的各种原因都有可能决定粘附到壁面上的燃油如何流入到气缸内，所以如果仅仅采用进气口喷射技术，气缸内的空气-燃油混合物并不能总保证是均匀的。
【发明内容】
本发明是用来解决上述问题地。本发明的一个目的是提供一种火花点火式内燃机，它能够使在气缸内的空气-燃油混合物比仅仅采用进气口喷射技术的情况更为均匀。
本发明的上述目的可通过火花点火式内燃机实现。火花点火式内燃机包括用于每一个气缸的一个火花塞和用于每一个气缸的两个进气阀。火花点火式内燃机还包括一个直接燃油喷射器，它以某种方式将燃油喷射到气缸内，以便在气缸的中心处形成富油层，还包括一个进气口燃油喷射器，它在进气口内喷射燃油，并将燃油喷向所述两个进气阀，还包括一个喷射控制装置，它用来使直接燃油喷射器和进气口燃油喷射器在同一发动机循环中喷射燃油。当两个进气阀的每一个都分为内部区域和外部区域，且分界线与连接两个进气阀中心的线段垂直，并穿过两个进气阀任何一个的中心时，进气口燃油喷射器的定位使得喷向外部区域的燃油量比喷向内部区域的燃油量大。
本发明的上述目的也可通过火花点火式内燃机实现。火花点火式内燃机包括用于每一个气缸的一个火花塞和用于每一个气缸的两个进气阀。火花点火式内燃机还包括一个直接燃油喷射器，它以某种方式将燃油喷射到气缸内，以便在气缸的中心处形成富油层，还包括一个进气口燃油喷射器，它在进气口内喷射燃油，并将燃油喷向所述两个进气阀，还包括一个喷射控制装置，它用来使直接燃油喷射器和进气口燃油喷射器在同一发动机循环中喷射燃油。当两个进气阀的每一个都分为内部区域和外部区域，且分界线与连接两个进气阀中心的线段垂直，并穿过两个进气阀中任何一个的中心时，进气口燃油喷射器的定位使得朝向两个进气阀的燃油喷射轴线喷向外部区域。
本发明的上述目的也可通过火花点火式内燃机实现。在该火花点火式内燃机中，每一个进气阀都包括一个凸起形成在每一个进气阀上的隔板。该隔板确定一个第一区域和一个第二区域，该第一区域包括外部区域的中心部，该第二区域包括内部区域的中心部。
本发明的上述目的也可通过火花点火式内燃机实现。火花点火式内燃机包括用于每一个气缸的一个火花塞，用于每一个气缸的三个进气阀。火花点火式内燃机还包括一个直接燃油喷射器，它以某种方式将燃油喷射到气缸内，以便在气缸的中心处形成富油层，还包括一个进气口燃油喷射器，它在进气口内喷射燃油，还包括一个喷射控制装置，它用来使直接燃油喷射器和进气口燃油喷射器在同一发动机循环中喷射燃油。进气口燃油喷射器将燃油仅仅喷向每一个气缸的三个进气阀中的两个外部进气阀。
本发明的其它目的、特征和优点将在下面的描述中得到更为完全地展示。
【附图说明】
图1说明了本发明第一实施方式的结构。
图2给出了图1的视图II，以说明本发明第一实施方式的主要元件。
图3为本发明第一实施方式的内燃机沿图1中的直线III-III切开的横截面图。
图4为从笔直面对两个进气阀的方向观察本发明第二实施方式的内燃机获得的横截面图。
图5给出了图4的视图V，以说明本发明第二实施方式的两个进气阀。
图6说明了在本发明第二实施方式中使用的隔板的效果。
图7说明了本发明第三实施方式的结构。
图8给出了图7的视图VIII，以说明本发明第三实施方式的主要元件。
图9为本发明第三实施方式的内燃机沿图7中的直线IX-IX切开的横截面图。
图10说明了在本发明第三实施方式的三个进气阀打开时产生的气流。
最佳实施方式
第一实施方式
图1说明了本发明第一实施方式的结构。图1中所示的系统配备有内燃机10。该内燃机10有多个气缸。但是图1仅仅显示了其中一个气缸的横截面。内燃机10的每一个气缸都有两个进气阀12a和12b、两个排气阀14a和14b。内燃机10与进气口16和排气口18连通。进气口16和两个进气阀12a、12b连通。排气口18和两个排气阀14a和14b连通。
进气口16有一个喷射器用来向内部喷射燃油，即进气口燃油喷射器20向进气口喷射燃油。内燃机10还有一个喷射器用来向气缸喷射燃油，即直接燃油喷射器22向气缸内部喷射燃油。此外，内燃机10还有一个火花塞28用来在气缸中心产生点火火花。
内燃机10的活塞24的顶面上有一个空腔26。直接燃油喷射器22在预定的气缸内喷射正时将燃油喷射向到空腔26。喷射向空腔26的燃油沿空腔的壁表面改变路线，到达气缸中心附近的区域，即在火花塞28附近。从而，直接燃油喷射器22在火花塞28附近形成燃油浓度高的空气-燃料混合层。
图2给出了图1的视图II，以说明内燃机10的主要元件。图2中的两条点划线为分界线30a、30b，它们确定进气阀12a、12b的外部区域12a-外、12b-外和内部区域12a-内、12b-内。分界线30a、30b与连接两个进气阀12a、12b中心的线段垂直，并穿过进气阀12a或12b的中心。本说明书假定分界线30a、30b将每一个气缸都分为内部区域和外部区域，且每一个气缸的内部区域都为进气阀12a、12b的内部区域12a-内、12b-内，每一个气缸的外部区域都为进气阀12a、12b的外部区域12a-外、12b-外。
在本实施方式中，进气口燃油喷射器20有喷射孔，分别用来将燃油喷向两个进气阀12a、12b。用来将燃油喷向进气阀12a的喷射孔位于这样的位置，以使燃油喷射轴线朝向进气阀12a的外部区域12a-外。类似地，用来将燃油喷向进气阀12b的喷射孔位于这样的位置，以使燃油喷射轴线朝向进气阀12b的外部区域12b-外。由于喷射孔以上述方式定位，由进气口喷射的燃油附着到外部区域12a-外、12b-外的量要比由附着到内部区域12a-内、12b-内的量大很多。
图3为内燃机10沿图1中的直线III-III切开的横截面图。换句话说，图3为从笔直面对两个进气阀12a、12b的方向观察内燃机10的主要元件获得的横截面图。
在图3中，图形形式32a和32b代表燃油喷射，以表示由进气口燃油喷射器20喷向进气阀12a和12b的燃油流。由于前述原因，图形形式32a和32b确定的燃油主要附着到进气阀12a和12b的外部区域12a-外和12b-外。
图3中的箭头34a和34b表示在进气阀12a、12b打开的情况下从外部区域12a-外、12b-外附近的区域进入气缸的气流。另一方面，箭头36a、36b表示从内部区域12a-内、12b-内附近的区域进入气缸的气流。
由进气口喷射的燃油主要附着到进气阀12a和12b的外部区域12a-外和12b-外。因此，当进气阀12a、12b打开时，燃油浓度高的空气-燃油混合物34a和34b从外部区域12a-外和12b-外附近的区域进入气缸。同时，几乎不含燃油的新鲜空气流从内部区域12a-内、12b-内附近的区域产生。因此，当喷射燃油时，内燃机10将燃油浓度高的空气-燃油混合物仅仅引入到气缸的内部周边。
在图3中，图形形式38代表燃油喷射，以表示由直接燃油喷射器22喷射到气缸内部的燃油流。如该燃油喷射38所示，由于使用了直接燃油喷射技术，因而能够在每一个气缸的中心(即火花塞28附近)形成燃油浓度高的空气-燃油混合物层。
在要求均匀燃烧的工作区域内，内燃机10能够使进气口燃油喷射器20和直接燃油喷射器22能够在一个单独的发动机循环中喷射燃油。在这种情况下，由于气缸内喷射技术的燃油38与进气阀12a、12b打开时产生的新鲜空气流36a、36b混合，因而在气缸中心附近会产生燃油浓度合适的空气-燃油混合物。此外，当进气阀12a、12b打开时，燃油浓度合适的空气-燃油混合物34a、34b会传送到气缸的内部周边。
当使用上述燃油喷射技术时，直接燃油喷射器22可用来增加气缸内部中心处的燃油浓度，而进气口燃油喷射器20可用来增加气缸内部周边处的燃油浓度。在这种情况下，可以各种方式来分配两个喷射器，以便气缸内的燃油分布均匀。因此，通过调节两个喷射器20和22之间的燃油喷射率，可以保证气缸中心处的燃油浓度与气缸内部周边处的燃油浓度相匹配。
如果仅仅在需要均匀燃烧的情况下提供进气口喷射，那么就不可能以各种方式调节气缸中心处的燃油浓度和气缸内部周边的燃油浓度。此外，在同时提供了进气口喷射和气缸内喷射的情况下，如果大多数由进气口喷射的燃油从内部区域12a-内、12b-内附近的区域流到气缸中心，那么就不可能以各种方式调节气缸中心处的燃油浓度和气缸内部周边的燃油浓度。这些喷射技术在下文中将称为“常规喷射方法”。
如果使用本发明的燃油喷射方法，那么就能如前所述容易地保证气缸中心处的燃油浓度与气缸内部周边处的燃油浓度相匹配。因此，本实施方式的内燃机10在气缸内空气-燃油混合物的均匀性提高方面比使用常规喷射方法具有更好的特性。
在需要内燃机10提供均匀燃烧的情况下，通过直接燃油喷射器22和进气口燃油喷射器20在同一发动机循环喷射燃油，上述第一实施方式实现了本发明第一或第二方面的“喷射控制装置”。
第二实施方式
下面结合图4到6描述本发明的第二实施方式。内燃机10的第二实施方式的结构与第一实施方式基本相同，不同点在于进气阀12a和12b分别配备有隔板40a和40b。与第一实施方式中使用的相同元件将简单地描述或者不再描述。下面的说明主要集中于第二实施方式所特有的部分。
图4是说明本实施方式内燃机10的主要元件获得的横截面图。该横截面图是从笔直面对两个进气阀12a和12b的方向观察内燃机10的主要元件的视图。如图4所示，本实施方式的内燃机10包括隔板40a和40b，它们凸出形成在进气阀12a和12b上。
图5给出了图4的视图V，以说明本实施方式的进气阀12a和12b。隔板40a将进气阀12a的表面区域分为第一区域12a-1和第二区域12a-2。另一方面，隔板40b将进气阀12b的表面区域分为第一区域12b-1和第二区域12b-2。第一区域12a-1和12b-1分别包含进气阀12a和12b的外部区域12a-外和12b-外的中心部位(参见图2)。另一方面，第二区域12a-2和12b-2分别包含进气阀12a和12b的内部区域12a-内和12b-内的中心部位(参见图2)。
图6说明了隔板40a和40b的效果。在本实施方式中，与第一实施方式相同的是，进气口燃油喷射器20也将燃油喷射喷向进气阀12a和12b的外部区域12a-外和12b-外。更为具体地，本实施方式的进气口燃油喷射器20将燃油喷射喷向第一区域12a-1和12b-1，该第一区域包括外部区域12a-外和12b-外的中心部位在内。
如果没有隔板40a和40b，那么在上述喷射中进入进气阀12a、12b的燃油42a和42b，会通过进气阀12a、12b的表面进入第一区域12a-1、12b-1和第二区域12a-2和12b-2。在这种情况下，进气口喷射的燃油会部分地与流入的新鲜空气36a、36b混合进入气缸中心。另一方面，如果有隔板40a和40b，由于没有燃油42a和42b进入，燃油不会与流入的新鲜空气36a、36b混合。
为了在气缸中形成均匀的燃油分布，最好明确确定直接燃油喷射器22和进气口燃油喷射器20的任务。更为具体地，由进气口燃油喷射器20喷射的燃油最好仅仅流到气缸的内部周边，而不会流到气缸中心附近的区域。隔板40a和40b更为明确地确定了它们的任务。其结果是，内燃机10的第二实施方式比第一实施方式能够更为精确地提供空气-燃油混合的均匀性。
上述第二实施方式假定第一区域12a-1、12b-1比第二区域12a-2、12b-2大。但是，本发明并不限于这样的比例关系。更为具体地，第一区域12a-1、12b-1的尺寸可以与第二区域12a-2、12b-2相等，这与第一实施方式下外部区域12a-外、12b-外与内部区域12a-内、12b-内相等的情况相同。
第三实施方式
下面结合图7到10描述本发明的第三实施方式。与第一实施方式中使用的相同元件将标注相同的附图标记，并将简单地描述或者不再描述。
图7说明了第三实施方式的内燃机10的结构。图8给出了图7的视图VIII，以说明本实施方式的内燃机10的主要元件。如这些图所示，本实施方式的内燃机10的每一个气缸都有三个进气阀12a、12b和12c。从进气口燃油喷射器20或直接燃油喷射器22的方位来看，进气阀12a、12b和12c左右对称。更为具体地，进气阀12c位于中心，进气阀12a和12b位于两端。
图9为本实施方式的内燃机10沿图7中的直线IX-IX切开的横截面图。换句话说，图9是从笔直面对进气阀12a、12b和12c的方向观察内燃机10的主要元件获得的横截面图。在图9中，图形形式50a和50b代表燃油喷射，以表示由进气口燃油喷射器20喷射的燃油流。如图所示，进气口燃油喷射器20喷射由图形形式50a和50b确定的燃油，并将燃油喷向位于两端的进气阀12a和12b，另一个进气阀12c位于中心。因此，在本实施方式的内燃机10中，由进气口喷射的燃油主要到达位于两端的进气阀12a和12b，而不会到达位于中心的进气阀12c。
图10说明了在本实施方式的内燃机10的进气阀12a、12b和12c打开时产生的气流。在图10中，附图标记52a和52b分别表示由进气口喷射到进气阀12a和12b的燃油。附图标记54a、54b和54c用来表示在进气阀12a和12b打开时从进气阀12a和12b附近的区域到气缸内的气流。
由进气口喷射的燃油进入进气阀12a和12b。因此，当进气阀12a和12b打开时，空气-燃油混合物54a和54b从进气阀12a和12b附近的区域流入到气缸内。同时，由进气口喷射的燃油不会进入进气阀12c。因此，几乎不含有燃油的新鲜空气54c从进气阀12c附近的区域向内流入。换句话说，当本实施方式的内燃机10的进气阀12a、12b和12c打开时，燃油浓度高的空气-燃油混合物54a和54b从位于每一个气缸内部周边的进气阀12a、12b附近的区域流入到气缸内，而不含燃油的新鲜空气54c从位于气缸中心的进气阀12c附近的区域流入到气缸内。其结果是，本实施方式能够从进气口喷射燃油，以将燃油浓度高的空气-燃油混合物仅仅传送到气缸的内部周边，这与第一或第二实施方式相同。
在本实施方式中，气缸内喷射也在每一个气缸的中心(即火花塞28附近)形成燃油浓度高的空气-燃油混合层。在要求均匀燃烧的工作区域内，内燃机10能够使进气口燃油喷射器20和直接燃油喷射器22都能够在一个发动机循环中喷射燃油。当使用上述燃油喷射技术时，直接燃油喷射器22可用来增加气缸内部中心处的燃油浓度，而进气口燃油喷射器20可用来增加气缸内部周边处的燃油浓度，这与第一或第二实施方式相同。因此，当使用本实施方式的内燃机10时，很容易保证气缸中心处的燃油浓度与气缸内部周边处的燃油浓度相匹配，这与第一或第二实施方式相同。
在需要内燃机10提供均匀燃烧的情况下，通过直接燃油喷射器22和进气口燃油喷射器20在同一发动机循环喷射燃油，上述第三实施方式实现了本发明第四方面的“喷射控制装置”。
在本发明的第一方面，直接燃油喷射器能够以某种方式喷射燃油，以便在每一个气缸中心处形成富油层。进气口燃油喷射器能够喷射燃油，并以某种方式将燃油喷向两个进气阀，以便喷向外部区域的燃油量要比喷向内部区域的燃油量大。如果喷向外部区域的燃油量比喷向内部区域的燃油量大，那么当进气阀打开时，大量燃油就可能通过进气阀外部区域附近的区域进入气缸。因此，当使用进气口喷射技术时，本发明增加了气缸内部周边附近的燃油浓度。根据本发明，直接燃油喷射器可用来增加气缸中心处的燃油浓度，进气口燃油喷射器可用来增加气缸内部周边附近的燃油浓度。在这种情况下，可以各种方式来分配两个喷射器，以便气缸内的燃油分布均匀。其结果是，空气-燃油混合物比仅单独使用进气口喷射技术的情况要更为均匀。
在本发明的第二方面，直接燃油喷射器能够以某种方式喷射燃油，以便在每一个气缸中心处形成富油层。进气口燃油喷射器能够喷射燃油，并以某种方式将燃油喷向两个进气阀，以便燃油喷射轴线朝向外部区域。当燃油喷射轴线朝向外部区域时，到达外部区域的燃油量可能比到达内部区域的燃油量大。当进气阀打开且到达外部区域的燃油量比到达内部区域的燃油量大时，在所有通过进气口喷射技术喷射的燃油中，从外部区域附近流入到气缸内的燃油量要比从内部区域附近流入到气缸内的燃油量大。因此，当根据本发明使用进气口喷射技术时，气缸内部周边处的燃油浓度会增加。因此，根据本发明，直接燃油喷射器可用来增加气缸内部中心处的燃油浓度，进气口燃油喷射器可用来增加气缸内部周边处的燃油浓度。在这种情况下，可以各种方式来分配两个喷射器，以便气缸内的燃油分布均匀。其结果是，空气-燃油混合物比仅单独使用进气口喷射技术的情况要更为均匀。
在本发明的第三方面，每一个进气阀都有凸起的隔离元件，用来防止附着到外部区域的燃油流入内部区域中。其结果是，通过应用进气口喷射技术，本发明可靠地增加了气缸内部周边处的燃油浓度。
在本发明的第四方面，直接燃油喷射器能够以某种方式喷射燃油，以便在每一个气缸中心处形成富油层。进气口燃油喷射器能够喷射燃油，并将燃油喷向三个进气阀中的两个外部进气阀。当进气口燃油喷射器以上述方式喷射燃油时，空气主要从中部进气阀附近的区域向内流入，而燃油浓度高的空气-燃油混合物从两个外部进气阀附近的区域向内流入。因此，当根据本发明使用进气口喷射技术时，气缸内部周边处的燃油浓度会增加。因此，根据本发明，直接燃油喷射器可用来增加气缸内部中心处的燃油浓度，进气口燃油喷射器可用来增加气缸内部周边处的燃油浓度。在这种情况下，可以各种方式来分配两个喷射器，以便气缸内的燃油分布均匀。其结果是，空气-燃油混合物比仅单独使用进气口喷射技术的情况要更为均匀。
显然的是，根据上述说明，可对本发明作出各种变形和变化。因此可以理解，本发明除了如具体描述的那样，还可以在所附权利要求的范围内实施。
本申请要求2004年1月19日申请的日本专利申请No.2004-9994的条约优先权，该申请公开的全文，包括说明书，权利要求书、附图和摘要，在此全文引用以作参考。