專利名稱：缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
眾所周知，分層燃燒通過使用壓縮行程中噴射的燃料在氣缸的僅僅部分區(qū)域中形成可燃的空氣燃料混合氣，并使用火花塞點(diǎn)火燃燒所述可燃的空氣燃料混合氣，從而能夠進(jìn)行整個(gè)氣缸內(nèi)的空燃比高于理論空燃比的燃燒。然而，在分層燃燒中在點(diǎn)火時(shí)火花塞的火花隙必須位于可燃的空氣燃料混合氣中。為此，有人提出利用在活塞頂部形成的腔而使噴射的燃料成角度以形成朝著火花塞的可燃的空氣燃料混合氣。然而，如果這樣做，那么燃料噴射時(shí)間會(huì)受到活塞位置的限制。
為了可以不受該限制地設(shè)定燃料噴射時(shí)間，例如，日本實(shí)用新型公報(bào)HEI 4-107485公開了一種缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)從設(shè)置在氣缸頂部大致中心位置處的燃料噴射閥噴射燃料，以將氣缸內(nèi)飛行的燃料與空氣混合形成空氣燃料混合氣流，并使用火花塞點(diǎn)火燃燒該空氣燃料混合氣。
在此缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)中，火花塞的接地電極位于中心電極的燃料噴射閥側(cè)。結(jié)果，空氣燃料混合氣流沖擊接地電極但不直接沖擊位于接地電極后的中心電極。以此方式，中心電極不會(huì)被空氣燃料混合氣流中的液態(tài)燃料弄濕，從而可避免點(diǎn)火不良。
在前述的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)中，能夠防止中心電極被液態(tài)燃料弄濕。然而，另一方面，不能確保空氣燃料混合氣流會(huì)接觸接地電極和中心電極之間的火花隙，所以可能在對(duì)空氣燃料混合氣流的點(diǎn)火中存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明提供一種缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其能夠通過使用火花塞更可靠地點(diǎn)火燃燒由燃料噴射閥噴射至氣缸內(nèi)的燃料在氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣混合而形成的空氣燃料混合氣流，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的分層燃燒。
根據(jù)本發(fā)明一方面的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)設(shè)有將燃料直接噴射到氣缸內(nèi)的燃料噴射閥、以及火花塞。所述缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)使用所述火花塞來點(diǎn)火燃燒由從所述燃料噴射閥噴射出并在氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣相混合的燃料所形成的空氣燃料混合氣流。所述火花塞具有第一電極和第二電極。第二電極具有基本上為L形的橫截面。第一電極和第二電極之間形成的火花隙在三個(gè)方向上具有開口，并且所述火花塞設(shè)置成使得所述空氣燃料混合氣流以流經(jīng)所述開口中彼此相對(duì)的兩個(gè)方向上的開口的方式通過所述火花隙。
根據(jù)前述的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，火花塞的火花隙形成于第一電極和第二電極之間且在三個(gè)方向上具有開口，并且所述火花塞設(shè)置成使得由從所述燃料噴射閥噴射出、并在氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣相混合的燃料所形成的所述空氣燃料混合氣流，以流經(jīng)所述開口中彼此相對(duì)的兩個(gè)方向上的開口的方式流過所述火花隙。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)良好的分層燃燒，因?yàn)榱鬟^火花隙的空氣燃料混合氣流可由火花塞可靠地點(diǎn)火燃燒，而不是垂直地撞擊火花塞的第二電極且被阻礙而不能通過所述火花隙。
因?yàn)槿剂弦呀?jīng)與吸入的空氣混合，所以通過火花隙的空氣燃料混合氣流中的液態(tài)燃料的比率低，所以第一電極不會(huì)被弄濕到足以導(dǎo)致點(diǎn)火不良。另外，火花隙上產(chǎn)生的電弧與所述空氣燃料混合氣流一起延伸到下游，所以已經(jīng)通過火花隙的空氣燃料混合氣流也能夠同時(shí)被點(diǎn)燃。以此方式在寬的范圍內(nèi)點(diǎn)燃所述空氣燃料混合氣流進(jìn)一步提高了所述空氣燃料混合氣流的可燃性。如果火花塞設(shè)置成使得空氣燃料混合氣流通過另一開口而不是所述兩個(gè)相對(duì)的開口進(jìn)入火花隙，那么在火花隙內(nèi)產(chǎn)生的電弧將被第二電極阻擋而不能延伸到下游。結(jié)果，空氣燃料混合氣流的可燃性將不能象上述方式那樣得以提高。
所述燃料噴射閥可以設(shè)置在所述氣缸頂部的大致中心處，并基本上以放射狀沿向下的角度向多個(gè)方向噴射燃料，并且所述火花塞可以設(shè)置成使得由以所述多個(gè)方向中的一個(gè)方向噴射出并在氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣混合的燃料所形成的空氣燃料混合氣流以流經(jīng)所述開口中的彼此相對(duì)的兩個(gè)方向上的開口的方式流過所述火花隙。
相應(yīng)地，由在噴射時(shí)間前半段內(nèi)在所述多個(gè)方向上噴射的燃料形成的所述空氣燃料混合氣流在活塞頂部附近以環(huán)形的形式連接成為幾乎不含有液態(tài)燃料的空氣燃料混合氣，因?yàn)樗鋈剂显邳c(diǎn)火時(shí)間逐漸與吸入的空氣混合。由噴射時(shí)間后半段內(nèi)在一個(gè)方向上噴射的燃料所形成的空氣燃料混合氣流流過火花隙并且在點(diǎn)火時(shí)使電弧向下游延伸。結(jié)果，空氣燃料混合氣流在大的范圍內(nèi)被可靠地點(diǎn)火燃燒。所述以環(huán)形連接的空氣燃料混合氣也由該火焰可靠地燃燒，所以能夠?qū)崿F(xiàn)良好的分層燃燒。
另外，所述火花塞可以設(shè)置成使得所述空氣燃料混合氣流的外周部直接通過所述火花隙。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的一種缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)設(shè)有將燃料直接噴射到氣缸內(nèi)的燃料噴射閥、以及火花塞。所述內(nèi)燃機(jī)使用所述火花塞來點(diǎn)火燃燒由從所述燃料噴射閥噴射出、并在氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣混合的燃料所形成的空氣燃料混合氣流。所述火花塞具有第一電極和第二電極。第二電極具有基本上為L形的橫截面。在第一電極和第二電極之間形成有火花隙，并且所述火花塞設(shè)置成使得所述空氣燃料混合氣流直接流過所述火花隙。


通過參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的下述描述，本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明晰，在所述附圖中以類似的標(biāo)號(hào)表示類似的元件，并且在所述附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)形式的縱向截面圖；圖2是從圖1中的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的活塞側(cè)觀察到的氣缸蓋的仰視圖；圖3是圖1中火花塞附近區(qū)域的放大視圖；圖4是圖3中火花塞的側(cè)視圖；圖5是圖2中火花塞附近區(qū)域的放大視圖；圖6是現(xiàn)有技術(shù)中火花塞附近區(qū)域的放大視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一示例實(shí)施例的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)形式的縱向截面圖。圖2是從圖1中缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的活塞側(cè)觀察到的氣缸蓋的仰視圖?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D1和圖2描述根據(jù)此示例實(shí)施例的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)。該內(nèi)燃機(jī)帶有燃料噴射閥1、火花塞2、一對(duì)進(jìn)氣門3、一對(duì)排氣門4、以及活塞5。燃料噴射閥1大致設(shè)置在氣缸頂部的中心，用于將燃料直接噴射至氣缸內(nèi)?；鸹ㄈ?設(shè)置在燃料噴射閥1附近。在此示例實(shí)施例中，排氣門4小于進(jìn)氣門3，且火花塞2設(shè)置在所述兩個(gè)排氣門4之間。
當(dāng)從活塞5上方觀察時(shí)，燃料噴射閥1大致以放射狀沿向下的角度向多個(gè)方向噴射燃料。在此示例實(shí)施例中，燃料噴射閥1向六個(gè)方向噴射燃料。圖3是圖1中靠近火花塞區(qū)域的放大視圖，而圖4是圖3中火花塞的側(cè)視圖。如圖3和圖4中所示，在火花塞2的末端設(shè)置有位于中心軸線上的中心電極2a和另一電極2c，在電極2a和電極2c之間形成火花隙2b。典型地，所述另一電極是接地電極，但是所述中心電極也可以是接地電極。如圖4所示，所述另一電極具有基本上為L形的橫截面，具有與火花塞2的中心軸線基本上平行的平行部分21c和與火花塞2的中心軸線基本上垂直的垂直部分22c。
以此方式，火花塞2的火花隙2b在兩個(gè)方向上由所述另一電極2c的平行部分21c和垂直部分22c封閉，而在三個(gè)方向上開口。在這三個(gè)開口中，一個(gè)是前開口21b，該前開口21b垂直于另一電極2c的平行部分21c。剩余的兩個(gè)開口是側(cè)面開口22b和23b，該側(cè)面開口22b和23b平行于另一電極2c的平行部分21c且彼此反向。
燃料噴射閥1具有多個(gè)帶圓形截面的孔，從而向多個(gè)方向噴射柱形的燃料流。從燃料噴射閥1以柱形流的狀態(tài)噴射出的燃料在與在氣缸內(nèi)飛行的空氣混合的同時(shí)由于與空氣之間的摩擦而汽化，從而形成如圖1和圖2所示以錐形膨脹的空氣燃料混合氣流。在分層燃燒的過程中，燃料在壓縮行程的后半段噴射。在燃料噴射時(shí)間的前半段噴射的燃料與空氣充分混合并汽化而在點(diǎn)火時(shí)形成空氣燃料混合氣。如圖1和圖2所示，該空氣燃料混合氣與以類似方式形成并與該空氣燃料混合氣鄰近的其它噴射燃料的空氣燃料混合氣相連接，從而在所述活塞的頂表面附近形成環(huán)形的空氣燃料混合氣。
同時(shí)，在各個(gè)噴射方向上，在噴射時(shí)間后半段噴射的燃料與所述環(huán)形的空氣燃料混合氣連接成為空氣燃料混合氣流，該空氣燃料混合氣流在緊接著燃料噴射完成之后的點(diǎn)火時(shí)以錐形膨脹。從而，如果其中一個(gè)以錐形膨脹的所述空氣燃料混合氣流由火花塞2點(diǎn)燃并燃燒，那么火焰將傳播到所述環(huán)形空氣燃料混合氣。另外，其它以錐形膨脹的空氣燃料混合氣流沿燃燒著的環(huán)形空氣燃料混合氣的內(nèi)部方向而逐漸燃燒，所以所有的噴射燃料能夠可靠地燃燒。結(jié)果，在整個(gè)氣缸內(nèi)可以良好地實(shí)現(xiàn)高于理論空燃比的分層燃燒。
在此示例實(shí)施例中，用于可靠地點(diǎn)火燃燒與空氣混合的同時(shí)以錐形膨脹的空氣燃料混合氣流之一的火花塞的結(jié)構(gòu)在圖3和圖5中示出，其中圖5是圖2中靠近火花塞區(qū)域的放大視圖?；鸹ㄈ?設(shè)置成使得由在氣缸內(nèi)飛行時(shí)與空氣混合的燃料所形成的空氣燃料混合氣流以流經(jīng)火花塞2的火花隙2b的三個(gè)開口中的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面開口22b和23b的方式流過火花隙2b。也就是說，火花塞2設(shè)置成使得火花塞2的另一電極2c的平行部分21c和垂直部分22c都基本上平行于流過火花隙2b的部分空氣燃料混合氣流。在此示例實(shí)施例中，因?yàn)榭諝馊剂匣旌蠚饬魇清F形的，所以火花塞2的另一電極2c的平行部分21c和垂直部分22c不與箭頭所示的燃料噴射方向平行，而是稍微成一角度。
如果火花塞2設(shè)置成使得火花塞2的另一電極2c的平行部分21c朝向所述空氣燃料混合氣流，如圖6所示，那么所述空氣燃料混合氣流將垂直地沖擊火花塞2的另一電極2c的平行部分21c并被分開。其結(jié)果是，如圖6所示，所述空氣燃料混合氣流將不可通過位于平行部分21c之后的火花隙2b。在此情況下，即使在點(diǎn)火隙內(nèi)產(chǎn)生電弧，所述空氣燃料混合氣流也可能難以點(diǎn)燃。
另一方面，在此示例實(shí)施例中，因?yàn)槿鐖D3和圖5所示，所述空氣燃料混合氣可靠地通過所述火花塞的火花隙2b，所以，所述空氣燃料混合氣流能夠由所述火花隙內(nèi)產(chǎn)生的電弧可靠地點(diǎn)燃并燃燒。因?yàn)榱鬟^火花隙2b的所述空氣燃料混合氣由在氣缸內(nèi)飛行時(shí)已經(jīng)與空氣混合的燃料形成，所以其不含有足夠的液態(tài)燃料來使中心電極2a濕得足以導(dǎo)致點(diǎn)火不良。
另外，如圖3所示，在火花隙2b中產(chǎn)生的電弧III與空氣燃料混合氣流一起朝下游側(cè)延伸。結(jié)果，已經(jīng)流過火花隙2b的空氣燃料混合氣流也能夠同時(shí)被點(diǎn)燃。以此方式在寬的范圍內(nèi)對(duì)空氣燃料氣流進(jìn)行點(diǎn)火進(jìn)一步改善了空氣燃料混合氣流的可燃性。如果火花塞2設(shè)置成使得所述空氣燃料混合氣流通過前開口21b進(jìn)入火花隙2b(即設(shè)置成面向與圖6中示出的方向相反的方向(即與該位置對(duì)稱))，那么在火花隙2b中產(chǎn)生的電弧將被另一電極2c阻擋，使得電弧難以延伸到下游側(cè)。結(jié)果，所述空氣燃料混合氣流的可燃性將不能象上述示例實(shí)施例一樣得以改善。
以此方式，所述示例實(shí)施例使得在噴射時(shí)間的前半段內(nèi)沿多個(gè)方向噴射的燃料在壓縮行程最后階段的點(diǎn)火時(shí)在活塞頂部表面的附近連接成環(huán)形的空氣燃料混合氣。在此示例實(shí)施例中，在噴射時(shí)間的后半段沿多個(gè)方向噴射的燃料所形成的空氣燃料混合氣流中的其中一個(gè)通過火花隙2b。此空氣燃料混合氣流導(dǎo)致電弧III延伸至下游側(cè)。通過可靠地點(diǎn)火燃燒此空氣燃料混合氣流，所述連接為環(huán)形的空氣燃料混合氣也由該火焰可靠地燃燒，從而得以實(shí)現(xiàn)良好的分層燃燒。
在此示例實(shí)施例中，火花塞2設(shè)置成使得以錐形膨脹的空氣燃料混合氣流的外周部流過火花塞2的火花隙2b。錐形空氣燃料混合氣流的外周部由在汽化的同時(shí)已從中心部分向外側(cè)擴(kuò)散的燃料形成?；鸹ㄈ?的前述設(shè)置方式降低了當(dāng)所述空氣燃料混合氣流流過火花隙2b時(shí)中心電極2a被液態(tài)燃料弄濕的可能性。當(dāng)然，在一定程度上增大燃料噴射閥1至火花塞2的距離會(huì)使所述空氣燃料混合氣流具有較低的液態(tài)燃料比率，其原因在于，錐形空氣燃料混合氣流的中心部分有機(jī)會(huì)與空氣充分地混合。在此情況下，所述錐形空氣燃料混合氣流的中心部分也會(huì)通過火花塞2的火花隙2b。在此情況下，火花塞2的另一電極2c的平行部分21c和垂直部分22c基本上平行于燃料噴射方向。
在此示例實(shí)施例中，燃料噴射閥1在六個(gè)方向上噴射燃料，但是本發(fā)明當(dāng)然不限于此。也就是說，從燃料噴射閥1噴射燃料的方向的個(gè)數(shù)是任意的并且能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。例如，本發(fā)明還可以應(yīng)用于燃料僅僅以一個(gè)方向從燃料噴射閥1噴射的情況。另外，盡管在所述示例實(shí)施例中燃料噴射閥1以柱形流的形式噴射燃料，但是，也可以平面扇形流或錐形流噴射燃料。在任一情況下，火花塞2僅僅需要這樣設(shè)置使得由從所述燃料噴射閥噴射并在氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣混合的燃料形成的空氣燃料混合氣流以流經(jīng)相對(duì)的側(cè)面開口22b和23b的方式而流過火花塞2的火花隙2b。此時(shí)，通過流經(jīng)側(cè)面開口22b和23b而流過火花隙2b的空氣燃料混合氣流不是必須與火花塞2的另一電極2c的平行部分21c和垂直部分22c平行地通過火花隙2b。因?yàn)橛稍趪娚鋾r(shí)間后半段噴射的燃料所形成的空氣燃料混合氣流被由于空氣燃料混合氣流流過火花隙2b而延伸至下游側(cè)的電弧可靠地點(diǎn)火，所以所有的噴射燃料，包括在噴射時(shí)間前半段噴射的燃料所形成的空氣燃料混合氣，可以良好地燃燒。
盡管參考示例實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是可以理解本發(fā)明不限于所述示例實(shí)施例或構(gòu)造。與之相反，本發(fā)明意在覆蓋各種改進(jìn)和等同結(jié)構(gòu)。另外，盡管以各種組合和構(gòu)造示出了示例實(shí)施例的各種元件，但是所述組合和構(gòu)造是示例性的，包含更多、更少或僅僅單個(gè)元件的其它的組合和構(gòu)造也落在本發(fā)明的主旨和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其設(shè)有燃料噴射閥(1)和火花塞(2)，該燃料噴射閥(1)將燃料直接噴射到氣缸內(nèi)，所述缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)使用所述火花塞來點(diǎn)火燃燒空氣燃料混合氣流，該空氣燃料混合氣流由從所述燃料噴射閥噴射出、并在氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣相混合的燃料所形成，其特征在于，所述火花塞具有第一電極(2a)和第二電極(2c)，第二電極(2c)具有基本上為L形的橫截面；位于所述第一電極和所述第二電極之間的火花隙(2b)在三個(gè)方向上具有開口(21b、22b、23b)；以及所述火花塞設(shè)置成使得所述空氣燃料混合氣流以流經(jīng)所述開口中的彼此相對(duì)的兩個(gè)方向上的開口(22b、23b)的方式而流過所述火花隙。
2.如權(quán)利要求1所述的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃料噴射閥設(shè)置在所述氣缸頂部的大致中心處，并基本上以放射狀沿向下的角度向多個(gè)方向噴射燃料，并且所述火花塞設(shè)置成使得由沿所述多個(gè)方向中的一個(gè)方向噴射出并在所述氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣相混合的燃料所形成的空氣燃料混合氣流以流經(jīng)所述開口中的彼此相對(duì)的兩個(gè)方向上的所述開口的方式流過所述火花隙。
3.一種缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其設(shè)有燃料噴射閥(1)和火花塞(2)，該燃料噴射閥(1)將燃料直接噴射到氣缸內(nèi)，所述缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)使用所述火花塞來點(diǎn)火燃燒空氣燃料混合氣流，該空氣燃料混合氣流由從所述燃料噴射閥噴射出、并在氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣相混合的燃料所形成，其特征在于，所述火花塞具有第一電極(2a)和第二電極(2c)，該第二電極(2c)具有基本上為L形的橫截面；在該第一電極和該第二電極之間形成有火花隙(2b)；以及所述火花塞設(shè)置成使得所述空氣燃料混合氣流直接流經(jīng)所述火花隙。
4.如權(quán)利要求3所述的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃料噴射閥設(shè)置在所述氣缸頂部的大致中心處，并基本上以放射狀沿向下的角度向多個(gè)方向噴射燃料，并且所述火花塞設(shè)置成使得由沿所述多個(gè)方向中的一個(gè)方向噴射出、并在所述氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣相混合的燃料所形成的空氣燃料混合氣流直接流過所述火花隙。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述火花塞設(shè)置成使得所述空氣燃料混合氣流的外周部直接流過所述火花隙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種缸內(nèi)噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，其使用火花塞(2)來點(diǎn)火燃燒由從燃料噴射閥噴射出并在氣缸內(nèi)飛行的同時(shí)與空氣相混合的燃料所形成的空氣燃料混合氣流，所述火花塞具有第一電極(2a)和第二電極(2c)，第一電極(2a)形成于所述火花塞的中心軸線上，而第二電極(2c)具有基本上為L形的橫截面，在第一電極和第二電極之間形成的火花隙在三個(gè)方向上開口，并且所述火花塞設(shè)置成使得所述空氣燃料混合氣流以流經(jīng)所述開口中位于彼此相對(duì)的兩個(gè)方向上的開口(22b、23b)的方式直接流過所述火花隙。
文檔編號(hào)F02P13/00GK1924317SQ200610111870
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者蘆澤剛 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社