CN1316153C - 气缸内喷射燃油式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气缸内喷射燃油式内燃机，其中：在燃烧室中，燃料喷射阀和火花塞与多个吸排气阀一起面对燃烧室配置，火花塞相对于气缸轴线倾斜并接近腔室的中心轴而配置前端点火部，燃料喷射阀相对于气缸轴线、向与火花塞略相反侧倾斜并从腔室的中心轴向倾斜方向离开而配置前端喷嘴，其中：燃料喷射阀是以棒状喷射混合气的气动式喷射阀，活塞的顶端面的腔室是以汽缸轴线为中心的圆柱状的凹部，其由底面壁和周面壁构成的壁限定，其中周壁面由圆柱状的纵壁面形成，底壁面呈倾斜面，底壁面从燃料喷射阀的前端喷嘴处向火花塞的前端点火部处渐渐地变深，且活塞的顶端面的腔室周围的周缘部具有圆锥面，火花塞的前端点火部位于上死点的活塞的腔室内。

Description

气缸内喷射燃油式内燃机

技术领域

本发明涉及一种靠近燃烧室的燃料喷射阀朝向在活塞的顶面形成的腔室喷射燃料的火花点火式的气缸内喷射燃油式内燃机。

背景技术

为了提高内燃机的燃油效率，气缸内喷射燃油式内燃机，采用即使是燃烧室内整体的空燃比变稀，在于活塞的顶面形成的腔室内也能局部地形成空燃比浓的混合气层、在该混合气层点火的成层燃烧方式。

为此，采用燃料喷射阀面对燃烧室、向在活塞的顶面形成的腔室喷射燃料的结构，火花塞能够在形成于腔室内的混合气层中点火(例如，参照专利文献1)。

〔专利文献1〕特开平11-200867号公报

在该专利文献1中公开的气缸内喷射燃油式内燃机为如下的结构：喷油器(燃料喷射阀)从气缸盖的上面垂直地与气缸轴线平行地插入，面对燃烧室从前端的喷咀向气缸轴线方向喷射燃料，在活塞的顶面形成的腔室接受该喷射流。

与该喷油器一起面对燃烧室的火花塞，相对于气缸轴线带倾斜地被支撑在气缸盖上，火花塞的点火部，位于形成于上死点的活塞的腔室上的混合气层内。

由于喷油器指向气缸轴线方向并向气缸轴线方向喷射燃料，所以为了接受该喷射流、在活塞的顶面的腔室内不偏地形成混合气层，喷油器略位于腔室的中心轴(与通过腔室的中心的气缸轴线平行的轴)。

另外，火花塞为了使喷油器的喷射流紊乱，需要避开喷射流来配置。

从而，火花塞的前端的点火部，位于偏离腔室的中心轴的腔室的端缘部而配置。

由于火花塞的点火部位于腔室的端缘部，所以在形成于腔室的混合气层的端缘点火，则有点火变得不稳定的危险。

另外，如果使倾斜的姿势的火花塞离开腔室的中心轴，仅使其前端的点火部位于腔室内，则腔室自身变大，不能够期待提高燃油效率。

发明内容

本发明是鉴于这些问题点，其目的在于提供一种气缸内喷射燃油式内燃机，通过将火花塞的前端点火部避开燃料喷射阀的喷射流并接近腔室的中心轴，使点火性好并可提高燃烧效率，同时，不增大腔室自身就可望提高燃油效率。

为了实现本发明的上述目的的一个方面，其提供一种气缸内喷射燃油式内燃机，其中：

在于顶端面形成腔室的活塞与气缸盖之间、在将所述气缸盖的下壁面作为顶面而形成的燃烧室中，燃料喷射阀和火花塞与多个吸排气阀一起面对燃烧室配置，

所述火花塞，从气缸盖的侧面向所述燃烧室插入，相对于气缸轴线倾斜并接近所述腔室的中心轴而配置前端点火部，

所述燃料喷射阀，从气缸盖的上面向所述燃烧室插入，相对于气缸轴线、向与所述火花塞略相反侧倾斜并从所述腔室的中心轴向倾斜方向离开而配置前端喷嘴，其中：

所述燃料喷射阀是以棒状喷射混合气的气动式喷射阀，

所述活塞的顶端面的腔室是以汽缸轴线为中心的圆柱状的凹部，其由底面壁和周面壁构成的壁限定，其中所述周壁面由圆柱状的纵壁面形成，所述底壁面呈倾斜面，所述底壁面从燃料喷射阀的前端喷嘴处向火花塞的前端点火部处渐渐地变深，且所述活塞的顶端面的腔室周围的周缘部具有圆锥面，以及

所述火花塞的前端点火部位于上死点的所述活塞的腔室内。由于燃料喷射阀相对于气缸轴线向与火花塞略相反侧倾斜，所以，即使将燃料喷射阀的前端喷咀从腔室的中心轴离开，也能够向腔室的中心喷射燃料，取而代之，使火花塞的前端点火部避开燃料的喷射流并接近使燃料喷射阀的前端喷咀离开的腔室的中心轴，能够可靠地进行在混合气层内的点火。

另外，由于燃料喷射阀相对于气缸轴线向与火花塞略相反侧倾斜，所以从燃料喷射阀出来的喷射流，由腔室倾斜地接受并流入到腔室的中心轴附近的火花塞的前端点火部侧，因而点火性好，提高了点火效率。

虽然火花塞相对于气缸轴线倾斜，但由于能够使前端点火部接近腔室的中心轴，所以不需要加大腔室自身，能够期待提高燃油效率。

由于燃料喷射阀是棒状地喷射混合气的气动式喷射阀，所以避开棒状喷射流，使火花塞的前端点火部接近腔室的中心轴，能够容易位于在上死点的活塞的腔室内。

由于在腔室周围形成纵壁面，所以即使燃料喷射阀倾斜、喷射流斜向进入，也能够容易地在腔室内形成混合气层，达到燃费降低。

根据发明的另一方面，所述燃料喷射阀，以在由所述活塞进行的压缩冲程中、其喷射方向朝向所述腔室的中心的方式倾斜。

为了在由活塞进行的压缩冲程中、喷射方向向腔室的中心而使燃料喷射阀倾斜，由此，被喷射的混合气收入到腔室内，能够抑制扩散带来的混合气的稀薄化，能可靠地进行点火。

附图说明

图1是作为本发明一实施例的气缸内喷射燃油式内燃机的纵剖面图。

图2是在图1的气缸内喷射燃油式内燃机中，活塞处于上死点时的、沿另外的线剖开的剖面图。

图3是气缸盖的图1的III-III箭头方向的视图。

图4是在与压缩冲程的燃料喷射时期中的、与图2相同剖面的气缸内喷射燃油式内燃机的主要部分的剖面图。

图5是在与生成压缩冲程的挤压的时期中的、与图2相同剖面的气缸内喷射燃油式内燃机的主要部分的剖面图。

图中：1-曲轴箱，2-气缸，3-气缸盖，4-气缸盖罩，5-活塞，6-连杆，7-曲柄轴，8-燃烧室，9-吸气阀，10-排气阀，11-凸轮轴，12-支撑轴，13-排气凸轮从动件，14-摇臂轴，15、16-摇臂，17-杆，20-挤气区，30-顶面，30a-对向部，31-吸气口，33、40-收纳筒，41、42、43-密封件，44-空气室，45-燃料室，50-顶端面，51-腔室，51a-开口，52-壁面，53-周缘部，53a-内周缘，60-燃料喷射阀，61-第1喷射阀，62-第2喷射阀，62a-喷咀部，63-喷射流，63a-外周缘，70-火花塞，71-点火部，E-内燃机，L1-气缸轴线，L2-燃料喷射阀的中心轴线，L3-火花塞的中心轴线，V-动阀装置，Pa-空气泵。

具体实施方式

以下，就本发明的一实施例基于图1至图5进行说明。

参照图1、图2，应用本发明的气缸内喷射燃油式内燃机E，是火花点火式4冲程单气缸内燃机，具有结合在可以旋转地支撑曲柄轴7的曲柄箱1上的气缸2，和结合在气缸2的上端的气缸盖3，和结合在气缸盖3的上端的气缸盖罩4。

可往复动作地嵌合在气缸2的气缸孔2a中的活塞5，通过连杆6旋转驱动曲柄轴7。

并且，内燃机E如图1所示，相对于曲柄轴7位于车辆的前方的气缸2，以稍稍向车辆的上方倾斜的状态搭载在机动二轮车上。

处于气缸2和气缸盖3之间，在活塞5和气缸盖3之间，形成有也作为通过活塞5的往复运动而产生容积变化的可变容积空间的燃烧室8。

从而，在这里，燃烧室8，在气缸盖侧，被由气缸盖3的下壁面构成的顶面30限定，在活塞侧，由活塞5的顶端面50和形成于该顶端面50的腔室51的壁面52限定。

本气缸内喷射燃油式内燃机E，其气缸轴线L1与燃烧室8和腔室51的中心轴线大至一致。

一起参照图3，在气缸盖3上，形成有通过在顶面30上开口的1对吸气口31a与燃烧室8连通的吸气孔31和通过在顶面30上开口的1对排气口32a与燃烧室8连通的排气孔32，另外，分别开闭1对吸气口31a的1对吸气阀9和开闭排气口32a的排气阀10，被设置在以气缸轴线L1为中心的略正三角形的顶点，进而，燃料喷射阀60和火花塞70，从气缸盖3的上面和侧面插入，相对于气缸轴线L1安装在略相反位置。

燃料喷射阀60，相对于也作为燃烧室8和腔室51的中心轴线的气缸轴线L1，具有约10度左右的小倾斜角度的中心轴线L2并从气缸盖3的上面插入，在一方的吸气口31a和排气口32a之间，向燃烧室8突出地配置前端喷咀部62a，如图4所示，以指向腔室51内的中心轴线L2为喷射中心线的喷射流63的形态，从喷咀部62a喷射燃料。

喷咀部62a，朝向其前端，具有向燃烧室8内突出的旋转体形状的导向部62a1。并且，在导向部62a1由驱动装置驱动向下方移动时，从在导向部62a1的上部和小直径部62b之间形成的喷口喷射的喷射流63，沿导向部62a1流动，所以，抑制从上述喷口的流出后的扩展的结果，是其扩展角小，大致呈棒状。

另外，火花塞70，相对于气缸轴线L1在与燃料喷射阀60大致相反侧，具有约40度左右的倾斜角度的中心轴线L3并从气缸盖3的侧面插入，在另一方的吸气口31a和排气口32a之间，通过电极间的放电，在燃烧室8中、到气缸轴线L1附近突出地配置有作为火花发生部分的前端点火部71，如图2所示，火花塞70的前端点火部71，在活塞5位于上死点时，进入到形成于活塞5的顶端面50的腔室51内。

再次，参照图1、图2，与曲柄轴7的旋转同步地开闭吸气阀9和排气阀10的动阀装置V，具有：可旋转地支撑在径方向的气缸2的侧部并具有吸气凸轮11a和排气凸轮11b的凸轮轴11，和可摇动地分别支撑在固定于气缸2上的1对支撑轴12(在图12中表示排气凸轮从动件13的支撑轴)上并与吸气凸轮11a接触的吸气凸轮从动件和与排气凸轮11b接触的排气凸轮从动件13，和可摇动地分别支撑在固定于气缸盖3上的1对摇臂轴14上且与1对吸气阀9的阀杆的前端靠接的吸气摇臂15和与排气阀10的阀杆的前端靠接的排气摇臂16，和1对杆17，该杆17，在上述吸气凸轮从动件和排气凸轮从动件13以及吸气摇臂15和排气摇臂16上，分别在两端部靠接，将该气凸轮从动件和排气凸轮从动件13的摇动运动分别传递到吸气摇臂15和排气摇臂16上。

通过包括凸轮链轮18和定时链19的传动机构，由曲柄轴7的动力，以其1/2的旋转速度来旋转驱动凸轮轴11。并且，与凸轮轴11一起旋转的吸气凸轮11a和排气凸轮11b，分别使上述吸气凸轮从动件和排气凸轮从动件13摇动，摇动的该吸气凸轮从动件和排气凸轮从动件13，通过1对杆17分别使吸气摇臂15和排气摇臂16摇动，摇动的吸气摇臂15和排气摇臂16，使通过阀弹簧施力于关闭阀方向的1对吸气阀9和排气阀10分别与曲柄轴7的旋转同步地在规定时期开闭。

形成于活塞5的顶端面50的腔室51，是以气缸轴线L1为略中心轴线的圆柱状的凹部，被由底面壁52a和周面壁52b构成的面壁52限定。

底面壁52a，呈倾斜面，从具有燃料喷射阀60的前端喷咀部62a处向具有火花塞70的前端点火部71处渐渐地底变深，从喷咀部62a喷射的混合气容易流向火花塞70的前端点火部71且容易滞留于此。

在活塞5的顶端面50上，具有圆锥面，该圆锥面，在与气缸盖3的顶面30之间，构成在腔室51的开口51a外侧、呈环状的挤气区20(参照图5)，其中，气缸盖3，在这里与在大致一定的径方向上具有宽度并大致为圆环状的周缘部53相对向。

通过与该活塞5侧的圆锥面相对向的气缸盖3侧的圆锥面形成的挤气区20自身，被形成为从周缘向气缸轴线L1、以向上方向稍微倾斜的气缸轴线L1为轴线的圆锥状，通过该圆锥状的挤气区20，生成从燃烧室8的周缘部向中心的倾斜挤压(在图5中以粗线箭头表示)。

即，在压缩冲程的后半、活塞5接近上死点的过程中，如图5所示，圆锥状地倾斜的挤气区20的空气，随着上下宽度变窄而向着气缸轴线L1倾斜地被挤压，形成斜挤压。

并且，该斜挤压，成为沿对向部30a的气流，该对向部30a，是在顶面30上并与向上方向的开口51a相对向的部分。

参照图2，一部分安装在气缸盖3上、剩下的部分安装在气缸盖罩4上的燃料喷射阀60，是将由燃料和高压空气形成的混合气作为燃料、向燃烧室8内的腔室51喷射的气动式的混合气喷射阀。

并且，燃料喷射阀60，以根据内燃机E的负荷及旋转速度、吸入空气量等的内燃机运转状态而设定的规定的喷射时期和规定的燃料量，将混合气喷射到燃烧室8内，并由未图示的电子控制装置来控制。

其中，喷射时期，在内燃机E的无负荷运转区域或低中负荷运转区域，被设定为在应进行成层燃烧的压缩冲程中的规定时期，在内燃机E的高负荷运转区域，被设定为在应进行匀质燃烧的吸气冲程中的规定时期。

燃料喷射阀60，由第1喷射阀61和第2喷射阀62构成，其中，第1喷射阀61，被收纳在形成于气缸盖罩4上的第1收纳筒40中并且只喷射燃料；第2喷射阀62，其大部分被收纳在形成于气缸盖3上的第2收纳筒33中，将从第1喷射阀61喷射的燃料和高压空气的混合气、从喷咀部62a、以具有指向腔室51内的中心轴线(喷射中心线)L2的喷射流63的形态喷射。

第2喷射阀62，形成于其上端部的空气导入部62c，被收纳在第1收纳筒40中，剩下的部分被收纳在第2收纳筒33中。并且，形成于被插入到气缸盖3的贯通孔中的小直径部62b的前端部的喷咀部62a，面对燃烧室8内。

第1喷射阀61，其中心轴线与具有中心轴线L2的第2喷射阀62同轴，并与空气导入部62c相连地配置喷咀部61a。

在第1收纳筒40、与第2喷射阀62的空气导入部62c以及第1喷射阀61的喷咀部61a之间，围住第1、第2喷射阀61、62而形成由1对管状的密封件41、42密闭的环状的空气室44，进而，邻接空气室44的上方，在第1收纳筒40和第1喷射阀61之间，围住第1、第2喷射阀61、62而形成由密封件42和环状的密封件43密闭的环状的燃烧室45。

参照图1、图2，向空气室44中供给高压空气，该高压空气，被由从凸轮11传递的曲柄轴7的动力驱动的空气泵Pa压缩，通过压力调整装置设定为比大气压力高的所规定的一定压力。另外，向燃料室45供给高压燃料，该高压燃料，由电动式的燃料泵(未图示)压送，通过压力调整装置设定为高压的所规定的一定压力。

这样的燃料喷射阀60，相对于也作为燃烧室8和腔室51的中心轴线的气缸轴线L1，以约10度左右的倾斜角度安装在气缸盖3和气缸盖罩4上，并使前端喷咀部62a向燃烧室8突出。

从而，即使将燃料喷射阀60的前端喷咀部62a离开腔室51的中心轴(气缸轴线L1)，如图4所示，也能够向燃料喷射时期的腔室51的略中心喷射燃料，因此，取代配置为使火花塞70的前端点火部71避开混合气的喷射流63并接近使喷咀部62a离开的腔室51的中心轴(气缸轴线L1)的结构，能可靠地进行在由腔室51形成的混合气层内的点火(参照图5)。

火花塞70，相对于气缸轴线L1向与燃料喷射阀60略相反侧约倾斜40度左右，但由于能够将火花塞70自身与前端点火部71一起接近腔室51的中心轴(气缸轴线L1)，所以不与火花塞70发生干涉，不需要加大腔室51的开口51a，因此也不需要加大腔室51的容量，能够期待提高燃油效率。

参照图2，第2喷射阀62的喷咀部62a的导向部62a1和火花塞70的点火部71，在活塞5处于上死点时，不与活塞5发生干涉而位于腔室51内。

进而，点火部71，在顶面30并位于面对燃烧室8的喷咀部62a的导向部62a1下方，点火部71，在最提前角时的点火时期，被配置为占据与开口51a或内周缘53a大致相同的高度位置或比开口51a稍稍上方的位置。

从而，在内燃机E的运转区域中，在作为运转频率高的运转区域的低中负荷运转区域，火花塞70，在当点火部71处于腔室51内时进行对混合气的点火。

另外，如图2所示，腔室51，为了使具有点火性良好混合比的混合气容易存在于腔室51内，以俯视与点火部71重合的部分的附近变深的方式、由倾斜平面构成底壁面52a。

进而，由于燃料喷射阀60的中心轴线(喷射中心线)L2，相对于气缸轴线L1倾斜，所以从喷咀部62a喷出的喷射流63的方向、相对于底壁面52a更加倾斜，因此，碰到底壁面52a后的反射流，具有向着点火部71的速度分量，在点火部71的周围更加容易集中点火性良好的混合气。

下面，参照图4、5，对于从在进行成层燃烧的运转区域的燃料喷射阀60喷射的混合气和斜挤压的关系进行说明。

参照图4，燃料喷射阀60，在从压缩冲程的前半的后期到属于后半的前期的时期，从喷咀部62a、沿中心轴线(喷射中心线)L2向腔室51内喷射混合气。

这时，混合气向着腔室51的底壁面52a的略中心扩开角小的棒状的外周缘63a，以收缩到腔室51的开口51a内的方式被喷射，混合气不碰到周缘部53。

另外，根据使喷咀部62a的导向部62a1位于上死点的活塞5的腔室51内，与导向部62a1位于在上死点的活塞5的腔室51外的情形比较，在喷射时期的导向部62a1，占据更接近腔室51的位置，所以在喷射流63的前端的混合气的扩展会变得更小，可以抑制由扩散带来的混合气的稀薄化。

另外，由于腔室51在周围形成作为纵壁的周壁面52b，所以即使燃料喷射阀60倾斜、使喷射流63斜向进入，在腔室51内也容易滞留而难于扩散混合气。

参照图5，其后，随着活塞5接近上死点，如上所述，生成由挤气区20形成的、朝向气缸轴线L1向上方的斜挤压，所以，该斜挤压抑制混合气(图中，由交叉剖面线表示其概略的形状)从腔室51内向径方向的外方扩散，进而抑制腔室51外的混合气向径方向扩散。

而且，由于斜挤压为沿顶面30的对向部30a的流动，所以是腔室51外，在其上方，存在于气缸轴线L1的周围的混合气几乎不被斜挤压截断。

其后，在活塞5达到上死点(参照图2)前，由火花塞70点火的混合气开始燃烧。

在点火前的活塞5的位置上，通过斜挤压可防止或抑制混合气的扩散和截断，所以呈大致收于腔室内的状态。

并且，除了在点火性良好的混合气存在于点火部71的周围，点火部71还在比位于在上死点的活塞5的腔室51内的喷咀部62a的导向部62a1下方、且处于靠近腔室51的中心轴线(气缸轴线L1)的位置，在点火时期，在更加接近腔室51的位置，由此，混合气的扩散程度比较小，可以进行在难于希薄化的部分的点火，所以能可靠地进行点火。

通过确保良好的点火性，可防止混合气未燃烧而被排出，在改善燃油效率和废气排放率的基础上，可以跨以腔室51为中心的燃烧室8的周边部的全周、形成厚的空气层，降低冷却热损失，提高热效率并改善燃油效率。

另外，在上死点，由于在包括挤气区20的周缘部53上几乎不存在废气，所以可以避免爆燃的发生。

进一步，由于没有必要为了防止和抑制在从腔室51出来的混合气的径方向的扩散而使腔室51的壁面52向上下方向增高，所以在可良好地进行火焰的传播的基础上，由上述的火花塞70的配置结构也可减少腔室51的容积，通过该容积减少可提高压缩比，能够提高热效率，在这方面也能够改善燃油效率。

在上述实施例中，燃料喷射阀60是混合气喷射阀，从燃料喷射阀60喷射燃料和空气的混合气，但也可以从燃料喷射阀只喷射燃料作为喷射流。

另外，由混合气构成的喷射流或仅由燃料构成的喷射流，也可以从设置在喷咀部的前端的喷口喷射。

进而，第1喷射阀61，使中心轴相对于第2喷射阀62不同，例如，也可以为与气缸轴线L1相同或平行或垂直，使两者由空气导入部62c连通的结构。

内燃机也可以是多气缸内燃机。另外，内燃机也可以搭载于除机动二轮车以外的车辆上，进而除车辆以外，也可以是被用于船外机及其他的机器上的气缸内喷射燃油式内燃机。

Claims (2)

1.一种气缸内喷射燃油式内燃机，其中：

在于顶端面形成腔室的活塞与气缸盖之间、在将所述气缸盖的下壁面作为顶面而形成的燃烧室中，燃料喷射阀和火花塞与多个吸排气阀一起面对燃烧室配置，

所述火花塞，从气缸盖的侧面向所述燃烧室插入，相对于气缸轴线倾斜并接近所述腔室的中心轴而配置前端点火部，

所述燃料喷射阀，从气缸盖的上面向所述燃烧室插入，相对于气缸轴线、向与所述火花塞略相反侧倾斜并从所述腔室的中心轴向倾斜方向离开而配置前端喷嘴，其中：

所述燃料喷射阀是以棒状喷射混合气的气动式喷射阀，

所述活塞的顶端面的腔室是以汽缸轴线为中心的圆柱状的凹部，其由底面壁和周面壁构成的壁限定，其中所述周壁面由圆柱状的纵壁面形成，所述底壁面呈倾斜面，所述底壁面从燃料喷射阀的前端喷嘴处向火花塞的前端点火部处渐渐地变深，且所述活塞的顶端面的腔室周围的周缘部具有圆锥面，以及

所述火花塞的前端点火部位于上死点的所述活塞的腔室内。

2.按照权利要求1所述的气缸内喷射燃油式内燃机，其特征在于：

所述燃料喷射阀，以在由所述活塞进行的压缩冲程中、其喷射方向朝向所述腔室的中心的方式倾斜。

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