缸内喷射式内燃机 【技术领域】
本发明涉及在燃烧室内形成分层混合气并进行燃烧的缸内喷射式内燃机。
背景技术
向燃烧室内直接喷射燃料形成混合气的缸内喷射式内燃机、也就是所谓的直喷发动机中存在一种为了实现部分负荷稀混合气燃烧而利用喷雾引导式在燃烧室内形成分层混合气的发动机。
例如特开平10-54246号公报所述，形成这样的分层混合气的发动机中有这样一种发动机：在燃烧室的壁面并排设置燃料喷射阀的喷射部和火花塞的点火部，使燃料从喷射部直接向火花塞的点火部附近喷射，从而使整个燃烧室形成空气过剩状态的同时，在火花塞的点火部附近确保适于点火的理论空燃比的混合气区域。即，在部分负荷运转时，设法在燃烧室内进行将火花塞的点火部附近生成的稍浓的混合气区域作为火种的稀混合气燃烧。
在形成这样的分层混合气的发动机上，为了使点火部附近生成适于点火的混合气，要求在不发生因燃料喷射形成的高气体流速而熄灭放电的范围内，尽量将火花塞设置在离燃料喷射阀的喷射阀近的地方，使从燃料喷射阀的燃料喷射部喷射出的燃料向作为目标的点火部附近的位置喷射。
但是，由于火花塞靠近燃料喷射阀设置，因此，从燃料喷射阀喷射出的燃料的流速快，适于点火的混合气在火花塞的点火部附近只滞留很短的时间。
由于要求点火在该短时间内进行，因此就稀混合气燃烧运转而言，可得到稳定燃烧的运转范围很窄。
因此，对喷雾引导式的稀混合气燃烧发动机还提出了以下方案，即，不像上述那样向火花塞的点火部直接供给燃料，而是如特开2006-291798号公报所述，使燃料在点火部跟前与障碍物碰撞，经碰撞反射的燃料向火花塞的点火部附近供给。
根据这样间接地向火花塞的点火部供给燃料的发动机，与向点火部附近直接喷射燃料的发动机相比，借助碰撞所产生的燃料扩散，使混合气滞留在点火部附近的时间稍微延伸。
但是，即便如此，适于点火的混合气也只在火花塞的点火部附近滞留很短的时间，与直接喷射燃料的技术一样，稀混合气燃烧很难得到稳定的燃烧。
因此，不管使用哪种技术，稀混合气燃烧的稳定燃烧的范围，即稳定燃烧范围都很小。
【发明内容】
为此，本发明的目的在于提供一种抑制火花塞的点火部附近的气体流速的同时，使适于点火的混合气长时间滞留的缸内喷射式内燃机。
为了实现该目的，本发明的缸内喷射式内燃机包括：燃料喷射阀，所述燃料喷射阀在内燃机的燃烧室具有喷射部，并从所述喷射部向所述燃烧室内喷射燃料；火花塞，所述火花塞具有与所述喷射部并排设置的点火部，并利用所述点火部对从所述喷射部喷射出的燃料进行点火；以及反射部，所述反射部在所述燃烧室的所述喷射部和所述点火部之间的壁面上具有使从所述喷射部喷射出地燃料直接朝向所述点火部附近的通道，并且，所述反射部反射从所述喷射部喷射出的一部分燃料，使所述一部分燃料间接地朝向所述点火部附近。
根据本发明，在稀混合气燃烧时，如果从燃料喷射阀喷射出燃料，则在火花塞的点火部附近首先由经由上述通道而直接朝向点火部的燃料生成适于点火的混合气。然后，被反射部反射而间接朝向点火部的燃料延迟到达点火部附近，从而在该点火部附近持续生成适于点火的混合气。即，通过直接和间接两种路径产生的到达时间差，适于点火的混合气可长时间地持续滞留在点火部附近。并且，通过反射引起的燃料碰撞，抑制了气体到达点火部的流速。由此，可稳定地进行混合气的点火和稀混合气燃烧。
优选所述反射部由从所述通道的两侧向燃烧室内突出的一对突起部构成。由此，可用简单的结构反射燃料。
优选所述一对突起部具有沿着所述通道的两侧分别延伸的相互面对的一对侧面，利用各侧面分别反射从所述喷射部喷射出的一部分燃料。由此，通过相面对的一对侧面，可容易地将燃料反射至火花塞的点火部附近。
优选所述一对侧面设置成越向所述点火部，侧面的间隔越窄，并使所反射的燃料在侧面之间相互碰撞后朝向所述火花塞。这样，通过使反射后的燃料进一步在壁面之间碰撞这一简单的结构，从而在使燃料直接朝向点火部喷射的情况下，既避免了作为熄灭点火原因的气体流速的上升，又使燃料朝向点火部附近。因此，可向点火部附近输送适于点火的混合气。并且，可进一步延迟间接朝向点火部的燃料到达点火部附近的时间。而且，由于燃料边扩散边到达点火部附近，因此，具有如下优点：即使由于火花塞的安装而使点火部的侧电极相位偏移，也可在点火部的点火位置附近大范围地生成适于点火的混合气，同时抑制因点火部的侧电极相位偏移引起的燃烧不均匀。
优选所述燃料喷射阀的喷射部具有至少三个喷射孔，并且，从其中的一个喷射孔喷射直接朝向所述点火部附近的燃料，从两个喷射孔喷射朝向所述反射部的燃料。由此，可利用具有多孔的喷射部，使适于点火的混合气合理地持续滞留在点火部附近。
【附图说明】
图1是示出本发明一个实施方式所涉及的缸内喷射式内燃机的燃烧室结构的立体图。
图2是沿着图1中的A-A线的剖视图。
图3是沿着图1中的B-B线的剖视图。
图4是说明形成在喷射部和点火部之间的直接路径和间接路径的立体图。
图5是用于说明在燃烧室内生成分层混合气的动作的立体图。
图6是该图5的仰视图。
图7是从不同于图5的方向观察时的立体图。
图8是说明火花塞的侧电极位置不同时的动作的仰视图。
【具体实施方式】
以下基于图1至图8所示的一个实施方式就本发明进行说明。
图1是表示四循环(4-cycle)的缸内喷射式内燃机、例如喷雾引导式的直喷汽油发动机(简称为发动机)的每个气缸的燃烧室结构的立体图，图2是沿着图1中的A-A线的剖视图，图3是沿着图1中的B-B线的剖视图。
在图1至图3中，1表示构成发动机本体的气缸体。在该气缸体1上形成有收容活塞2并可使其往复移动的气缸3。
这些图中的5表示装载在气缸体1上部的气缸盖。在气缸盖5的与气缸3相对的下面形成有燃烧室6。在该燃烧室6的两侧设有控制从进气孔(未图示)进气的一对进气阀7和控制从排气孔(未图示)排气的一对排气阀8。燃料喷射阀10安装在燃烧室6的中央。该燃料喷射阀10在前端具有喷射燃料的喷射部11。该燃料喷射阀10的喷射部11向燃烧室6内突出。
并且，火花塞15与燃料喷射阀10并排地安装在燃烧室6。火花塞15具有螺入气缸盖1的塞本体16，在该塞本体16的前端部具有点火部17。该点火部17使用了一般电极结构，即组合有中心电极18和L形的侧电极19(由沿着中心电极18的轴心方向延伸的臂部和沿着与该轴心方向交叉的方向延伸的臂部构成)，在中心电极15的前端和侧电极19的前端之间形成放电部(点火位置)的结构。该点火部17向燃烧室6内突出，与喷射部11邻接。
喷射部11向邻接的火花塞15的点火部17喷射燃料。该喷射部11使用在燃料喷射阀10的前端部形成朝向火花塞15侧开口的多个喷射孔的结构，具体是三个以上的喷射孔，在本实施方式中是五个喷射孔21。
在从该喷射孔21喷射出的燃料所产生的气体流速不会造成熄灭的范围内，使火花塞15的点火部17尽量靠近喷射部11。
由此构成了可进行使分层混合气燃烧的稀混合气燃烧运转的四循环发动机。即，在由活塞2的运动、进气阀7的开关、排气阀8的开关形成的四循环(进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程)中，在压缩行程时，从喷射部11喷射出燃料后，整个燃烧室6形成空气过剩状态，同时在火花塞15的点火部17附近生成分层混合气，即形成适于点火的理论空燃比的混合气区域。换句话说，形成以在火花塞15的点火部17附近生成的稍浓的混合气为火种进行稀混合气燃烧的结构。另外，在进气行程时，从喷射部11喷射出燃料后，整个燃烧室6形成均匀的混合气。
在燃烧室6的喷射部11和点火部17之间的壁面设有使适于点火的混合气尽量持续滞留在点火部17的结构。图4表示该结构的放大立体图。
下面对该结构进行说明，25是在燃烧室6的喷射部11和点火部17之间通过后述的一对突起部28形成的通道。通道25包括例如形成在上述相同两者之间的壁面部分上、从喷射部11朝向点火部17一条直线地延伸的槽形凹部26。通过该通道25在喷射部11和点火部17之间构成使从喷射部11喷射出的一部分燃料直接朝向点火部17的直接路径27。
在该通道25的两侧设有一对突起部28(相当于本申请的反射部)。该一对突起部28与燃烧室6的壁面形成为一体。通过该一对突起部28在喷射部11和点火部17之间构成了利用突起28反射从喷射部11喷射出的一部分燃料，使该部分燃料间接地朝向点火部17的间接路径29。
根据该间接路径29与上述直接路径27的路径长度之差和喷雾与侧面的碰撞所引起的流速变化，使间接朝向点火部17的燃料继直接朝向点火部17的燃料之后到达点火部17的点火位置附近。
为了使该间接路径29形成与直接路径27的差考虑了很多方法。
具体是采用使反射后的燃料容易朝向点火部17附近的结构。在该结构中，例如利用向燃烧室6内突出的三角柱形的突起形成一对突起部28，并在通道25的两侧形成沿着通道25的两侧延伸的一对细长的侧面30。另外，角部都形成圆弧形状。通过该相对的一对侧面30，容易使燃料向点火部17附近反射。
并且，如图4所示，一对侧面30将用交叉的斜线区域表示的部分作为一部分燃料碰撞反射的反射部分S(只图示出一侧)。而且，如图4所示，通过将一对侧面30的间隔设定成从喷射部11朝向点火部17逐渐变窄(L1＜L2)，使分别由反射部分S反射后的燃料相互在一对侧面30之间碰撞后朝向点火部17，从而可抵消相互的流速，抑制气体到达点火部17时的流速而避免熄灭点火，并且还能延迟燃料到达的时间。
并且，多个喷射孔21设置成朝向通道25和突起28，以引导燃料合理地向直接路径27和间接路径29。具体如图2至图4所示，在朝向点火部17的多个(在此为5个)喷射孔21中，一个喷射孔21a设置在通道25的正面，以直接向点火部17喷射燃料。尤其，为了使燃料早些到达，该喷射孔21a朝向点火部17的正上方(侧电极19前端部的上侧)直接喷射燃料。
并且，在多个喷射孔21中，喷射孔21a两侧的两个喷射孔21b处于分别向通道25的两侧喷射燃料的朝向。尤其是为了不影响侧电极19的朝向，两侧的喷射孔21b、21b设置成无论侧电极19停止在哪个相位都不会直接与喷雾接触的角度。具体而言，两侧的喷射孔21b、21b设置成向隔着点火部17的两侧喷射燃料的角度(参照图6)，使喷雾不直接与侧电极19接触。通过设置该两侧的喷射孔21b、21b，燃料容易在通道25的各反射部分S反射，并且，容易将反射后的燃料引导至点火部17附近。
利用具有这样两种路径27、29的燃烧室6的结构，可在稀混合气燃烧时进行稳定的燃烧。
即，加上图5至图8就稀混合气燃烧时的燃烧动作进行说明，目前，由于例如是部分负荷稀混合气燃烧，在活塞2的压缩行程时，燃料喷射阀10根据从发动机的运转状态求出的喷射时间(喷射量)进行开阀动作。这样，从多个喷射孔21喷射燃料。
其中，如图2至图7所示，来自设置在通道25正面的喷射孔21a的燃料α朝向直接路径27。即，该燃料α通过通道25直接喷射到火花塞15的点火部17附近，具体是向点火部17的正上方(侧电极19的正上方)喷射。随着该燃料到达点火部17的正上方，在点火部17附近生成适于点火的混合气(通过燃料的气化)。
另外，从两个喷射孔21b、21b向点火部17的两侧喷射的一部分燃料β朝向通道25的两侧的突起部28。这样，该燃料β分别与突起部28碰撞。具体如图2至图7所示，燃料β与一对壁面30各自的反射部分S碰撞。
在此，由于一对壁面30朝向火花塞15侧逐渐变窄，因此在各壁面30碰撞的燃料如图6中的箭头a所示地进行反射并朝向壁面之间，这些燃料在凹部26内和壁面之间相互碰撞。碰撞后流速降低的燃料β到达点火部附近。即，喷射出的燃料经间接路径29向点火部17附近喷射。
通过该间接路径29的燃料与前面的通过直接路径27的燃料相比，由于路径长度更长，因此比前面的通过直接路径27的燃料α晚到达点火部附近。并且，在点火部附近、即中心电极18和侧电极19的间隙处，继前面的经由直接路径27的燃料α所生成的混合气之后，继续生成适于点火的混合气(通过燃料的气化)。
通过这样，即使是在燃料喷射期间和刚喷射后的短时间内，也能通过直接和间接两种路径27、29产生的到达时间差，从而能够使适于点火的混合气长时间地持续滞留在点火部附近。
这样，整个燃烧室6形成空气过剩状态的同时，理论空燃比的混合气区域长时间地持续滞留在火花塞15的点火部17附近(分层混合气)。并且，通过反射可抑制气体到达点火部附近时的流速。
因此，可稳定地进行混合气的点火。因而可稳定地进行将在点火部附近生成的稍浓的混合气区域作为火种的稀混合气燃烧。
并且，由于间接路径29采用的是将一对突起部28形成在直接将燃料引导至点火部17的通道25的两侧而使燃料反射的结构，因此，结构简单。而且，由于采用了燃料的反射是通过沿着通道25的两侧延伸的一对侧面30来进行的结构，因此容易使燃料向点火部附近反射。
进而，由于间接路径29采用了使反射后的燃料在侧面之间碰撞等结构，因此，利用简单的结构就可延迟燃料β到达点火部附近的时间。尤其是，如果使反射后的燃料相互碰撞，则可抑制气体到达点火部17时的流速，因此，不但可以避免熄灭点火，而且还可使燃料到达的时间延迟很多。并且，由于碰撞后的燃料边扩散边到达点火部附近，因此，即使例如根据火花塞15的螺入情况(安装情况)，不是将侧电极19设置在图1至图7所示的与喷射部11的相对侧的朝向，而是如图8中的实线所示，将侧电极19设置在挡住燃料喷射的方向(喷射部11侧)，或如图8中的双点划线所示，即使将侧电极19设置在中途位置(点火部的侧电极相位的偏移)，燃料也可充分进入点火部17的点火位置，因此，不管点火部17的侧电极相位的偏移，均可在点火部附近充分生成适于点火的混合气。
并且，通过利用喷射部11的多孔，分为直接路径27和间接路径29地喷射燃料，从而可合理地使适于点火的混合气持续滞留在点火部附近。尤其是如果向点火部17的正上方直接喷射燃料，则可使燃料迅速到达，其结果可相应地使适于点火的混合气长时间持续滞留。此外，由于此时向点火部17直接喷射的燃料带入间接地朝向点火部17的燃料，因此，可利用直接朝向点火部17的燃料α抑制间接地朝向点火部17的燃料β的过度扩散，由此，也可容易地使得适于点火的混合气长时间滞留在点火部附近。
另外，本发明并不局限于上述的一个实施方式，在不超出本发明宗旨的范围内可进行各种变形实施。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种缸内喷射式内燃机，其特征在于，包括：
燃料喷射阀，所述燃料喷射阀在内燃机的燃烧室具有喷射部，并从所述喷射部向所述燃烧室内喷射燃料；
火花塞，所述火花塞具有与所述喷射部并排邻接设置的点火部，并利用所述点火部对从所述喷射部喷射出的燃料进行点火；以及
反射部，所述反射部在所述燃烧室的所述喷射部和所述点火部之间的壁面上具有使从所述喷射部喷射出的燃料直接朝向所述点火部附近的通道，并且，所述反射部反射从所述喷射部喷射出的一部分燃料，使所述一部分燃料间接地朝向所述点火部附近。
2.根据权利要求1所述的缸内喷射式内燃机，其特征在于，
所述反射部由从所述通道的两侧向燃烧室内突出的一对突起部构成。
3.根据权利要求2所述的缸内喷射式内燃机，其特征在于，
所述一对突起部具有沿着所述通道的两侧分别延伸的相互面对的一对侧面，利用各侧面分别反射从所述喷射部喷射出的一部分燃料。
4.根据权利要求3所述的缸内喷射式内燃机，其特征在于，
所述一对侧面设置成越向所述点火部，侧面的间隔越窄，并使所反射的燃料在侧面之间相互碰撞后朝向所述火花塞。