專利名稱：內燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機，更特別地涉及能夠提供通過燃料噴射直接進入燃燒室的燃料的高質量壓縮點火燃燒的內燃機。
背景技術：
已知使用火花點火以在各燃燒室內引起燃料/空氣混合物的燃燒的內燃機。已知或提出了在對各燃燒室內的燃料/空氣混合物充入氣進行壓縮之后實現(xiàn)壓縮自動點火的內燃機(見專利文獻I至3)。在壓縮自動點火類型的內燃機中，產生了各種想法，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4)以及對進氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的改變和變型(見專利文獻5)。通過使進氣正時和排氣正時重疊，壓縮自動點火內燃機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，燃燒稀釋了的少量充入氣的目的在于降低該氧化氮排放。現(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開 2006-144711 號公報(P2006-144711A)專利文獻2 :日本特開 2006-144714 號公報(P2006-144714A)專利文獻 3 日本特開 2006-233839 號公報(P2006-233839A)專利文獻4 日本特開2005-16347號公報(P2005-16347A)專利文獻5 :日本專利 NO. 4122630 (P4122630)

發(fā)明內容
特別地根據專利文獻5的說明，壓縮自動點火燃燒發(fā)動機在活塞的排氣上止點附近同時關閉各汽缸的進氣門和排氣門兩者，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)高溫高壓之后進行自動點火燃燒。然而，當壓縮自動點火內燃機在低負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到自動點火而導致火焰熄滅。當發(fā)動機在高負荷范圍內動作時，因為燃燒室內的汽缸壓力(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)動機可能被損壞。總之，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荷范圍和高負荷范圍顯著地拓展中間負荷范圍的同時、能夠提供有效的壓縮自動點火燃燒的內燃機。根據本發(fā)明的第一方面，提供一種內燃機，其具有在汽缸內作往復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表面之間形成的燃燒室。所述內燃機能夠在動作范圍的至少一部分區(qū)域進行壓縮自動點火燃燒。所述內燃機包括用于向所述燃燒室噴射燃料的燃料噴射器；用于開關進氣管路的第一進氣門和第二進氣門，該進氣管路與所述燃燒室連通；用于開關排氣管路的排氣門，該排氣管路與所述燃燒室連通；以及用于調節(jié)所述第一進氣門和/或所述第二進氣門的氣門升程，使所述第一進氣門的氣門升程大于所述第二進氣門的氣門升程的調節(jié)機構。根據本發(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形成的凹部，所述凹部形成為在所述第一進氣門側的凹部容積大于所述第二進氣門側的凹部容積，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定為使得所述燃料朝向所述第一進氣門側的噴射量大于朝向所述第二進氣門側的噴射量。根據本發(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量設定為對應于所述第一進氣門側的所述噴射孔的數量大于對應于所述第二進氣門側的所述噴射孔的數量。根據本發(fā)明的第五方面，除了第一方面所述的特征以外，所述第一進氣門側的噴射孔角度大于所述第二進氣門側的噴射孔角度。根據本發(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行追加噴射。根據本發(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氣期間之間同時地關閉所述進氣門和所述排氣門來提供。根據上述的本發(fā)明的第一方面，使各燃燒室的至少兩個進氣門的氣門升程不同，使得存在吸入空氣的流入的不均衡。這種不均衡產生了燃燒室內部的吸入空氣流動(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。即使當發(fā)動機在靠近低負荷的區(qū)域內操作時，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。當發(fā)動機在靠近高負荷的區(qū)域內動作時，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。根據本發(fā)明的上述第二方面，凹部在第一進氣門側提供較大的凹部容積并且在第二進氣門側提供較小的凹部容積。結果，肯定能夠捕獲(trap )在壓縮沖程時從燃料噴射器噴射的燃料。這導致更有效的充入氣分層，以提供高質量的壓縮自動點火燃燒。根據本發(fā)明的上述第三方面至第五方面，例如通過噴射孔數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產生燃料的噴射質量分布的不均衡的方式提供噴射的不對稱性，根據進氣門的氣門升程(氣門開口)將燃料以適當的方式噴射到吸入空氣流的部分。這導致更有效的充入氣分層，以提供高質量的壓縮自動點火燃燒。根據本發(fā)明的上述第六方面，燃料噴射器在吸氣沖程時進行常規(guī)噴射，然后燃料噴射器在壓縮沖程的后半程時進行追加噴射。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。這導致更有效的充入氣分層，以提供高質量的壓縮自動點火燃燒。根據本發(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，即所謂的內部EGR。這使得能夠實現(xiàn)對CO2和氧化氮(NOx)排放的控制。


圖1是根據本發(fā)明的內燃機的一個實施方式的示意圖，特別地是示出發(fā)動機的基本結構的整個構造的輪廓的、透視發(fā)動機的正視圖。圖2是示出發(fā)動機的進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)動機進氣側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角的關系的曲線圖。圖5是說明進氣正時和排氣正時與曲軸轉角的關系的曲線圖。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是說明進氣門的在用于自動點火燃燒的進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構造的平面圖。圖11是說明源自圖10中示出的活塞的頂部的構造的效果的平面圖。圖12是透視發(fā)動機的不完全剖視圖，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是示出達到用于自動點火燃燒的燃料的噴射質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)明的實施方式進行詳細說明。圖1至圖14是示出根據本發(fā)明的內燃機的一個實施方式的圖。參照圖1，內燃機10是作為使車輛運動所需的驅動源而安裝于機動車輛的發(fā)動機。內燃機10通過連桿13將在汽缸11中作往復運動的活塞12連接到未示出的曲軸，以在將往復運動轉換成轉動之后將活塞12的往復運動傳遞至曲軸。內燃機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的汽缸蓋的內表面Ila —起形成燃燒室14。內燃機10的燃燒室14可與進氣側、也就是圖1的左側的進氣側配管(進氣通道，進氣口)15以及排氣側、也就是圖1的右側的排氣側配管(排氣通道，排氣口)17連通。進氣門16和排氣門18安裝于汽缸蓋并且靠近進氣側配管15和排氣側配管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燃機10。燃料噴射與活塞12的往復運動以及進氣門16和排氣門18的打開/關閉動作同步。內燃機10通過由火花塞20產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，以產生動力。由燃燒所產生的動力使活塞12作往復運動，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。內燃機10的燃燒室14經歷快速接連重復的如下過程空氣的進氣、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生的殘余氣體的排出。此外，內燃機10包括進氣側配管(進氣口)15和排氣側配管(排氣口)17，進氣側配管15具有兩個開口 15a、15b (未示出)，排氣側配管17具有兩個開口 17a、17b (未示出)。與此相對應，如圖2和圖3所示，進氣門16包括打開和關閉開口 15a的第一進氣門16A和打開和關閉開口 15b的第二進氣門16B，排氣門18包括打開和關閉開口 17a的第一進氣門18A和打開和關閉開口 17b的第二進氣門18B (在圖3中僅示出進氣門16)。進氣門16和排氣門18允許吸入空氣或廢氣通過當進氣門16的氣門頭16a和排氣門18的氣門頭18a從汽缸蓋的內表面Ila被提升至氣門頭的提升狀態(tài)時所形成的間隙。進氣門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具有與其關聯(lián)的支承銷26a以承載繞與其關聯(lián)的支承銷26a轉動的與其關聯(lián)的輥26。利用搖臂24的輥26壓靠相關聯(lián)的限位器27，允許搖臂24在與其關聯(lián)的樞軸23上樞轉?？刂戚S25被固定地安裝以用于進氣門16?？刂戚S25以允許擺動輥28及與擺動輥28關聯(lián)的限位器27進行一致的運動的方式來支撐各擺動輥28及與各擺動輥28關聯(lián)的限位器27?？刂戚S25包括具有轉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)轉動。相關聯(lián)的限位器27 (見US2011/0107989A1中的搖擺凸輪構件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)的轉動軸線(見US2011/0107989A1中的軸線01)轉動。當控制軸25被保持固定時，通過與偏心齒輪(見US2011/0107989A1中的外齒輪37A、37B和內齒輪27A、27B)的接合來確保擺動輥28與相關聯(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繞轉動軸線運動至新的角度位置將導致限位器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)?？梢岳斫獾氖?，進氣門16A和進氣門16B的氣門升程通過調節(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由遠離控制軸25的軸線的支撐軸28a可轉動地支撐，并且由未示出的施力元件在繞控制軸25朝凸輪軸29轉動的方向上施力。凸輪軸29以使得凸輪軸29的轉動與活塞12在汽缸11內的往復運動同步的方式被驅動。驅動凸輪30被固定到凸輪軸29。驅動凸輪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轉動的方向轉動的施力作用下保持與該凸輪面30a的壓接觸。因為驅動凸輪30由于驅動凸輪30和凸輪軸29與活塞12的往復運動(曲軸的轉動)同步轉動而按壓擺動輥28，這確保了進氣門16和排氣門18的正常動作。在進氣門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的樞轉運動，其中，該限位器27同相關聯(lián)的擺動輥28 —起運動。這使得進氣門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的右側和左側。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進行角度定位)，限位器27可以調節(jié)相關聯(lián)的搖臂24的樞轉運動的量以提供如圖4所示的氣門升程。例如根據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可以根據從低負荷到高負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的兩個進氣門16之間設有噴射器19。使噴射正時與活塞12的往復運動(曲軸轉角)同步，在進氣門16打開和關閉進氣側配管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內部噴射燃料F。內燃機10被構造成，沿著朝向或遠離當排氣門18打開排氣側配管17的開口 17a時的打開或關閉排氣門的正時的方向來調節(jié)當進氣門16打開進氣側配管15的開口 15a時的打開和關閉進氣門(期間)的正時。對于噴射到燃燒室14內部的燃料F通過火花塞20火花點火引起的燃燒，調節(jié)凸輪軸29 (驅動凸輪30)與其驅動的轉動關系，使得在短時間段內打開和關閉進氣門的正時與打開和關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，調節(jié)凸輪軸29 (驅動凸輪30)與其驅動的轉動關系，使得打開和關閉進氣門的正時與打開和關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“負氣門重疊”)。這意味著，在打開和關閉排氣門的正時與打開和關閉進氣門的正時彼此分開的情況下，自動點火燃燒使用內部排氣再循環(huán)(EGR)來引起燃燒，在該內部排氣再循環(huán)中，來自燃燒室14的壁面的燃燒過的內部氣體歸因于密封期間封閉空間內的除氣而與新的充入氣混合。隨著具有不同的發(fā)動機轉速的行駛條件的變化，當發(fā)動機負荷落入圖6中所示的低的負荷范圍和高的負荷范圍之一時，使用由火花塞20產生的火花的火花點火燃燒控制確保了內燃機10內的穩(wěn)定的燃燒。同時，當發(fā)動機負荷落入在行駛過程中最常使用的中間負荷范圍時，自動點火燃燒控制省掉了火花塞20的使用以節(jié)約能量。當發(fā)動機負荷落入中間負荷范圍時，為了使燃料F在燃燒室14內以最適當的方式流動以進行自動點火燃燒，產生了各種想法。具體地，在火花塞20位于圖3中示出的兩個進氣門16A、16B之間的情況下，該兩個進氣門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的蓋的內表面)的杯形部分暴露于燃燒室14。這些進氣門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。根據圖7中示出的本實施方式，當人從進氣側面對活塞12的頂部12a時，位于右邊的進氣門16A (第一進氣門)提供與排氣門18的氣門升程18L—樣高的氣門升程16LA。相反，當人從進氣側面對活塞12的頂部12a時，位于左邊的進氣門16B (第二進氣門)提供可調節(jié)至進氣門16A的氣門升程16LA的大約一半的氣門升程16LB。因此，為了按壓進氣門16A、16B,鄰近相關聯(lián)的擺動輥28的右側的限位器27A和鄰近相關聯(lián)的擺動輥28的左側的限位器27B按照按壓擺動輥28以使得擺動輥28樞轉的速度進行樞轉。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的轉動方向轉向之后被保持于角度位置的情形下，將使得進氣門16B提供等于進氣門16A的氣門升程量16LA的一半的氣門升程16LB。如圖8所示，在進氣門16A和進氣門16B之間提供氣門升程的差別使得能夠可調節(jié)地控制進入燃燒室14的吸入空氣的空氣運動強度。如果進氣門16A和進氣門16B的氣門升程之間不存在差異，那么進氣門16A和進氣門16B兩者在從當氣門升程小使得氣門頭16a和進氣側配管15的相應的開口 15a提供小的間隙時的正時到當氣門升程為最大值時的正時的期間范圍內允許相等量的吸入空氣進入。如圖8中的點劃線所示，這導致燃燒室14內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，當進氣門16A的氣門升程16LA與進氣門16B的氣門升程16LB不同時，從當氣門升程小使得氣門頭16a和進氣側配管15的相應的開口 15a提供小的間隙時的正時起，一個氣門頭16a和進氣側配管15的相關聯(lián)的一個開口 15a之間的間隙與另一氣門頭16a和進氣側配管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，這導致進氣門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氣門16B所吸入的空氣量大，并且導致進氣門16A和進氣門16B在通過小的間隙進入燃燒室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?，因為各汽缸的進氣門16A的氣門升程16LA和進氣門16B的氣門升程16LB不同，從引入期間一開始就在燃燒室14內部產生強烈的空氣流動和吸入空氣的在從進氣門16A朝進氣門16B的方向上的被稱作渦流S (見圖11)的轉動。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內部產生與進氣門16A的氣門升程16LA和進氣門16B的氣 門升程16LB (吸入空氣的量)相適應的燃料F的噴射質量分布的不均衡(噴射圖樣中的區(qū)域之間的差別)。如圖9所示，將噴射器19設置成使得面向燃燒室14的進氣門16A側的一個區(qū)域的噴射孔的數量比面向燃燒室14的進氣門16B側的另一區(qū)域的噴射孔的數量多。這使得從設置在噴射器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內部流動和擴散。可以根據擴散狀態(tài)來決定噴射器19頂部的噴射孔的數量。如圖10所示，活塞12的與汽缸11的缸蓋的內表面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氣門16A的氣門升程16LA和進氣門16B的氣門升程16LB所導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在第一進氣門16A側提供較大凹部容積的凹部部分31A，在第二進氣門16B側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氣門16A側的燃料。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。詳細地，如上所述，根據進氣門16A的氣門升程16LA的進入燃燒室14的吸入空氣AA的量和流動速度大于根據進氣門16B的氣門升程16LB的進入燃燒室14的吸入空氣AB的量和流動速度。容積大于進氣門16B側的凹部部分31B的容積的進氣門16A側的凹部部分31A的明顯彎曲的周面形成于活塞12的頂部12a的內側。這產生了在沿著圍繞汽缸軸線的汽缸內周面的方向上轉動的水平汽缸渦流、即如圖11所示的燃燒室14內的所謂的渦流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散。在活塞12的頂部12a的內側形成的凹部31具有容積大于進氣門16B側的凹部部分31B的容積的進氣門16A側的凹部部分31A的明顯彎曲的底部。這產生了在朝向汽缸蓋的內表面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散。這在燃燒室14內形成了渦流S與反向翻滾T結合的吸入空氣的流動形式。換句話說，這在燃燒室14內產生了進入燃燒室14時自活塞12的頂部12a附近射出、沿著汽缸內周面的方向轉動并朝向燃燒室14的頂部(汽缸11的缸蓋的內表面Ila)上火花塞20的電極所在的位置卷起的流動。這導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。結果，火花塞20附近的燃料F的濃度可以變大?；旌衔锏臐舛葟娜紵?4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，當內燃機10使火花塞20產生火花以引起燃燒的發(fā)生從而在燃燒室14內使噴射燃料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，控制內燃機10，使得當燃燒室14內的充入氣在如圖6中所示的在行駛過程中最常使用的中間負荷范圍運行的過程中被壓縮達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的噴射燃料非?？斓厝紵?。同時，根據本實施方式，燃燒室14內的噴射燃料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荷范圍或高的負荷范圍向自動點火燃燒的中間負荷范圍的鄰近的低負荷側或高負荷側轉變時或轉變之后，發(fā)動機中燃燒的不穩(wěn)定性可能發(fā)生。根據本實施方式，除了在進氣門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)動機燃燒特性而需要時作為可選擇的設置進行安裝。自不待言，通過追加噴射器f2提供用于發(fā)動機的燃料F不僅可以在中間負荷范圍的靠近低負荷范圍和高負荷范圍其中之一的低負荷側或高負荷側實施，而且可以在整個中間負荷范圍實施。根據本實施方式，由于使得各汽缸的兩個進氣門16A和16B的氣門升程不同，進入的吸入空氣在燃燒室14內產生(位于兩個進氣門16的軸線所在的平面內的)水平渦流S。此外，活塞12的頂部12a內形成有與進入的吸入空氣的量相適應的凹部容積不均衡的凹部部分31A和31B，這在燃燒室14內產生豎直方向上的反向翻滾T。為了噴射燃料F的質量流動和擴散，通過使燃料噴射器19以產生燃料噴射質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能夠由結合了渦流S和翻滾T的流動攜帶，并未在燃燒室內提供均勻的充入氣，而是在燃燒室14內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)動機在靠近低負荷的區(qū)域內動作時，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。當發(fā)動機在靠近高負荷區(qū)域內動作時，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、高質量的自動點火，這拓展了自動點火燃燒可應用的動作范圍。根據本實施方式的另一個方面，可以提供如下布置噴射器19以產生與進氣門16A的氣門升程16LA以及進氣門16B的氣門升程16LB (吸入空氣的量)相適應的噴射孔角度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，假設由圖15中的點劃線所示出的中心線在進氣門16A側的一個區(qū)域和進氣門16B側的另一個區(qū)域之間，則可以設置進氣門16A側的噴射孔角度a A以及進氣門16B側的不同的噴射孔角度a B。如果是這樣的話，可以設置燃燒室14內的通過燃料噴射器19而進入的燃料F的噴射質量分布的不均衡。這使得噴射燃料F能夠通過使朝向進氣門16A的燃料的量大于朝向進氣門16B的燃料的量以及通過使用與不同的噴射質量對應地形成于活塞的頂部的凹部的方式由燃燒室14內的吸入空氣的渦流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，而不限于權利要求中所述的特征的組合。工業(yè)h的可應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。附圖標記說明10內燃機11 汽缸12 活塞12a 頂部14燃燒室15進氣側配管16,16A, 16B 進氣門16L，16LA，16LB，18L 氣門升程17排氣側配管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
權利要求
1.一種內燃機，其具有在汽缸內作往復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表面之間形成的燃燒室，所述內燃機能夠在動作范圍的至少一部分區(qū)域進行壓縮自動點火燃燒，所述內燃機包括用于向所述燃燒室噴射燃料的燃料噴射器；用于開關進氣管路的第一進氣門和第二進氣門，該進氣管路與所述燃燒室連通；用于開關排氣管路的排氣門，該排氣管路與所述燃燒室連通；以及用于調節(jié)所述第一進氣門和/或所述第二進氣門的氣門升程，使所述第一進氣門的氣門升程大于所述第二進氣門的氣門升程的調節(jié)機構。
2.根據權利要求1所述的內燃機，其特征在于，所述活塞具有從所述頂部向內形成的凹部，所述凹部形成為在所述第一進氣門側的凹部容積大于所述第二進氣門側的凹部容積，以及所述燃料噴射器將燃料噴射到所述凹部中。
3.根據權利要求1所述的內燃機，其特征在于，所述燃料噴射器的噴射量設定為使所述燃料朝向所述第一進氣門側的噴射量大于朝向所述第二進氣門側的噴射量。
4.根據權利要求1所述的內燃機，其特征在于，所述燃料噴射器的噴射孔的數量設定為對應于所述第一進氣門側的所述噴射孔的數量大于對應于所述第二進氣門側的所述噴射孔的數量。
5.根據權利要求1所述的內燃機，其特征在于，所述第一進氣門側的所述噴射孔角度大于所述第二進氣門側的所述噴射孔角度。
6.根據權利要求1所述的內燃機，其特征在于，所述燃料噴射器被構造成在吸氣沖程時進行常規(guī)噴射，然后在壓縮沖程的后半程時進行追加噴射。
7.根據權利要求1所述的內燃機，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氣期間之間同時地關閉所述進氣門和所述排氣門來提供。
全文摘要
一種內燃機。在朝向低負荷范圍和高負荷范圍延伸的中間負荷范圍提供一種有效的壓縮自動點火燃燒。內燃機能夠通過確保由負氣門重疊產生的所謂的密封期間使壓縮自動點火的燃燒成為可能。內燃機包括汽缸蓋、汽缸、位于汽缸內的具有與汽缸蓋接合的頂部的活塞、位于汽缸蓋內表面和活塞的頂部之間的燃燒室以及進氣門和排氣門。每個燃燒室配置兩個進氣門，并且使得所述兩個進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)先權日2011年9月27日
發(fā)明者井上裕章 申請人:鈴木株式會社