專利名稱：壓燃式內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓燃式內(nèi)燃機。本發(fā)明尤其涉及一種能在火花點火燃燒模式和壓縮點火燃燒模式之間轉(zhuǎn)換的壓燃式內(nèi)燃機。
背景技術(shù)：
已有的壓燃式發(fā)動機在低負載和中等負載時進行壓縮點火燃燒模式，在高負載時進行火花點火燃燒模式。參照圖10，在這種類型的發(fā)動機進氣沖程期間，進氣閥在某一時刻打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記A表示的那樣，排氣閥在某一時刻打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記B或C表示的那樣。在排氣沖程期間，從排氣閥排向排氣通道的高溫廢氣再循環(huán)到燃燒室，執(zhí)行內(nèi)部廢氣再循環(huán)(EGR)。固此，燃燒室的內(nèi)部部分被加熱并發(fā)生壓縮點火。然而，如果在火花點火燃燒模式下利用了高溫廢氣，就有導(dǎo)致爆震的危險。因此在進氣沖程時最好使排氣閥關(guān)閉。例如在日本專利JP2001-349219A中，通過使用電磁閥驅(qū)動裝置，排氣閥控制對應(yīng)于在壓縮點火燃燒模式下的進氣沖程和火花點火燃燒模式下的進氣沖程進行。
然而，上述的電磁閥驅(qū)動裝置是相當(dāng)昂貴的。因此，存在著發(fā)動機整機的總成本高的問題。另外，為了利用電磁閥驅(qū)動裝置來開閉相應(yīng)于壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式的排氣閥，需要很復(fù)雜的控制。而且，很多現(xiàn)有的發(fā)動機通過使用凸輪來進行閥的控制。因此最好使用已有的具有凸輪結(jié)構(gòu)的發(fā)動機，而不必為了裝入電磁閥驅(qū)動裝置而改造已有的發(fā)動機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可以解決如上所述的問題。本發(fā)明的目的是提供一個壓燃式內(nèi)燃機，可以只在壓縮點火燃燒模式下在凸輪結(jié)構(gòu)發(fā)動機中使其進行內(nèi)部EGR，而這只需通過簡單的控制來完成，因此成本較低。
按照本發(fā)明的壓燃式內(nèi)燃機可進行壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式之間的轉(zhuǎn)換。該壓燃式內(nèi)燃機包括至少一個燃燒室；分別與燃燒室連接的進氣通道和排氣通道；沿進氣通道位置上的進氣裝置，用于開閉進氣通道；沿排氣通道位置上的排氣裝置，由凸輪驅(qū)動，用于開閉排氣通道。在壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式下，排氣裝置在排氣沖程的至少一部分和進氣沖程的至少一部分將排氣通道打開一段時間。并且，該壓燃式內(nèi)燃機包括位于沿排氣通道位置上的廢氣再循環(huán)防止裝置，用于開閉排氣通道。在壓縮點火燃燒模式下的至少進氣沖程期間，該廢氣再循環(huán)防止裝置打開排氣通道使廢氣再循環(huán)到燃燒室內(nèi)，在火花點火燃燒模式下的進氣沖程期間，至少當(dāng)排氣裝置打開時，該廢氣再循環(huán)防止裝置關(guān)閉排氣通道一段時間，以防止廢氣再循環(huán)到燃燒室內(nèi)。


圖1所示是按照本發(fā)明實施例1的壓燃式發(fā)動機燃燒室附近的示意性的俯視圖；圖2是表示實施例1中閥的開閉操作的示意圖；圖3A和3B都是表示實施例1中閥的開閉操作的示意圖；圖4A是表示實施例2中閥的開閉操作的示意圖；圖4B是表示實施例2的一個變形的閥的開閉操作的示意圖；圖5是表示實施例3中進氣/排氣系統(tǒng)的示意圖；圖6所示是實施例4的燃燒室附近的示意性的俯視圖；圖7是表示實施例4中閥的開閉操作的示意圖；圖8所示是實施例5的燃燒室附近的示意性的俯視圖；圖9是實施例5的一個變形的燃燒室附近示意性的俯視圖；和圖10所示是傳統(tǒng)壓燃式發(fā)動機的閥的開閉操作的示意圖。
具體實施例方式
以下將根據(jù)附圖解釋本發(fā)明的實施例。
實施例1如圖1示意性地所示，是按照實施例1的壓燃式發(fā)動機，表示用于氣體發(fā)動機熱泵(GHP)等的壓燃式發(fā)動機的一個燃燒室的附近。進氣通道2和排氣通道3與發(fā)動機燃燒室1聯(lián)接。進氣通道2包括一進氣合并通道4和兩個進氣分支通道5a、5b，進氣分支通道5a、5b在進氣合并通道4的末端分開。該兩個進氣分支通道5a、5b分別通過兩個基本上具有相同大小直徑的進氣口6a、6b與燃燒室1連接。另外，燃料供應(yīng)管道4a與進氣合并通道4連接。作為燃料的氣體通過燃料供應(yīng)管道4a提供給進氣通道2。在燃料和空氣流入燃燒室1前就混合，之后燃燒室1中發(fā)生壓縮點火燃燒。也就是說，進行預(yù)混合的壓縮點火燃燒模式。另一方面，排氣通道3包括排氣合并通道7和第一排氣分支通道8a、第二排氣分支通道8b，排氣分支通道8a、8b在排氣合并通道7的末端分開。第一排氣分支通道8a和第二排氣分支通道8b分別通過具有互不相同直徑的第一排氣口9a、第二排氣口9b與燃燒室1聯(lián)接。由圖1可見，第二排氣口9b的直徑被設(shè)置成小于第一排氣口9a的直徑。
此外，作為進氣裝置的進氣閥10、11分別被置于兩個進氣口6a、6b上。通過進氣閥凸輪(未示出)使這兩個進氣閥10、11開和閉。另一方面，作為排氣裝置的第一排氣閥12和第二排氣閥13分別被置于第一排氣口9a和第二排氣口9b上。通過進氣閥凸輪(未示出)使第一排氣閥12和第二排氣閥13開和閉。另外，作為進氣控制裝置的進氣節(jié)流閥14可以減少進氣合并通道4的有效截面積，從而限制流入燃燒室1的新氣體，該進氣節(jié)流閥14位于進氣合并通道4的中間位置。此外，作為排氣再循環(huán)防止裝置的排氣節(jié)流閥15可以開閉第二排氣分支通道8b，并位于第二排氣分支通道8b的中間位置，第二排氣分支通道8b與第二排氣口9b聯(lián)接。在本實施例中，排氣節(jié)流閥15在火花點火燃燒模式時通常關(guān)閉，在壓縮點火燃燒模式時通常打開。應(yīng)該注意的是，用于火花點火燃燒模式的火花塞(未示出)被置于燃燒室1內(nèi)。
參照圖2，將解釋在進氣沖程和排氣沖程期間對進氣閥10、11和第一排氣閥12、第二排氣閥13的開閉控制。不管進行的是壓縮點火燃燒模式還是火花點火燃燒模式，閥10-13中每一個的開閉操作都是固定的。如圖2所示，在排氣沖程期間，第一排氣閥12在某一時刻打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記E表示的那樣。另外，在進氣沖程期間，兩個進氣閥10和11在某一時刻都打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記D表示的那樣。另外，在后半個進氣沖程期間，第二排氣閥13在某一時刻打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記F表示的那樣。也就是說，第一排氣閥12只在排氣沖程期間打開，第二排氣閥13只在后半個進氣沖程期間打開。
應(yīng)該注意的是，圖2中的附圖標(biāo)記TDC表示上止點，圖2中的附圖標(biāo)記BDC表示下止點。
以下將解釋按照實施例1的壓燃式發(fā)動機的運行。該發(fā)動機在相互轉(zhuǎn)換的壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式下驅(qū)動。也就是說，在低負載和中等負載時進行壓縮點火燃燒模式，而在高負載時進行火花點火燃燒模式。
首先解釋壓縮點火時的運行。在壓縮點火燃燒模式下的排氣沖程期間，位于第二排氣分支通道8b中間位置的排氣節(jié)流閥15處于打開狀態(tài)。此外，在進氣沖程期間，排氣節(jié)流閥15和進氣節(jié)流閥14都處于打開狀態(tài)。
在排氣沖程期間，第一排氣閥12在規(guī)定的時刻打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記E表示的那樣，第二排氣閥13關(guān)閉。這樣，在燃燒室1中產(chǎn)生的高溫廢氣只通過第一排氣分支通道8a排向排氣合并通道7。另一方面，如同附圖標(biāo)記D表示的那樣，在進氣節(jié)流閥14處于打開狀態(tài)的進氣沖程期間，兩個進氣閥10、11此時都打開一個升程值，空氣燃料混合物被更新并作為新氣體通過進氣分支通道5a、5b流入燃燒室1內(nèi)部。另外，盡管在進氣沖程期間排氣節(jié)流閥15打開，在后半個進氣沖程期間第二排氣閥13在規(guī)定的時刻打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記F表示的那樣。因此，如圖1中虛線所示，在排氣沖程期間，通過第二排氣分支通道8b排向排氣通道3的高溫廢氣再循環(huán)到燃燒室1內(nèi)。然后高溫廢氣加熱燃燒室1內(nèi)的空氣-燃料混合物，在這種情況下發(fā)生壓縮點火。這樣，使用天然氣等具有低可燃性的燃料時，壓縮點火燃燒模式可以實現(xiàn)高的效率。應(yīng)該注意的是，除了排氣沖程和進氣沖程外，在壓縮沖程和膨脹沖程期間排氣節(jié)流閥15處于打開狀態(tài)。也就是說，在壓縮點火燃燒模式下的所有沖程期間，排氣節(jié)流閥15總是處于打開狀態(tài)。
在如上所述的進氣沖程期間，最好使進氣節(jié)流閥14具有小的開度，使得進氣合并通道4較窄。這樣就可以限制流入燃燒室1的新氣體的量。如果進氣節(jié)流閥14限制了新氣體的流動，那么廢氣再循環(huán)的量可以增加，燃燒室1內(nèi)的空氣-燃料混合物可以被有效地加熱。另外，在新氣體流入燃燒室1的狀態(tài)時，燃燒室1內(nèi)處于負壓，直到在后半個進氣沖程第二排氣閥13被打開。因此，當(dāng)?shù)诙艢忾y13打開時，高溫廢氣就突然流入燃燒室1。結(jié)果，由于絕熱壓縮的作用，會產(chǎn)生額外的使溫度升高的效果，而且燃燒室1內(nèi)的空氣-燃料混合物可以更高效地被加熱。
下面將解釋火花點火燃燒模式的運行?；鸹c火燃燒模式中排氣節(jié)流閥15總是被關(guān)閉，在進氣沖程期間，進氣節(jié)流閥14被打開一個合適的值。在排氣沖程期間，當(dāng)?shù)谝慌艢忾y12在規(guī)定的時刻被打開一個附圖標(biāo)記E表示的升程值時，燃燒室1內(nèi)產(chǎn)生的高溫廢氣通過第一排氣分支通道8a排向排氣合并通道7，這類似于壓縮點火燃燒模式下的排氣沖程。另外，在進氣沖程期間，當(dāng)兩個進氣閥10、11都在規(guī)定的時刻被打開一個附圖標(biāo)記D所示的升程值時，進氣節(jié)流閥14也處于打開狀態(tài)，空氣-燃料混合物作為來自兩個進氣口6a、6b的新氣體，通過進氣分支通道5a、5b被引入到燃燒室1內(nèi)。
凸輪設(shè)置第二排氣閥13的開關(guān)時刻。因此，在火花點火燃燒模式下，在后半個進氣沖程期間，第二排氣閥13此時也被打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記F表示的那樣，這類似于前面論述過的壓縮點火燃燒模式。然而，在本實施例中，在火花點火燃燒模式的進氣沖程期間，排氣節(jié)流閥15被關(guān)閉。因此，雖然第二排氣閥13是打開的，第二排氣分支通道8b被排氣節(jié)流閥15所關(guān)閉。因此，在火花點火燃燒模式的排氣沖程期間，可以防止從第一排氣口9a排向排氣合并通道7的高溫廢氣通過第二排氣分支通道8b再循環(huán)到燃燒室1中。這樣，如上所述，從兩個進氣口6a、6b流入燃燒室1的空氣-燃料混合物被充分地壓縮。另外，空氣-燃料混合物被火花塞(未示出)點燃，從而進行火花點火燃燒模式。這樣，可以在廢氣不被再循環(huán)到燃燒室1內(nèi)的情況下，進行火花點火燃燒模式。因此，可防止高溫廢氣導(dǎo)致的爆震，并使得進行穩(wěn)定的火花點火燃燒模式成為可能。
如上所述，在壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式下，通過使用凸輪對進氣閥10、11和第一排氣閥12、第二排氣閥13進行固定的開閉操作，只在火花點火燃燒模式下關(guān)閉排氣節(jié)流閥15，從而可以進行簡單的控制，這樣在壓縮點火燃燒模式下高溫廢氣可以再循環(huán)到燃燒室內(nèi)，而在火花點火燃燒模式下廢氣不進行再循環(huán)。
另外，用凸輪進行閥的開閉在現(xiàn)有發(fā)動機中是經(jīng)常使用的。因此，可以使用現(xiàn)有的凸輪發(fā)動機，而不需要經(jīng)過較大的結(jié)構(gòu)上的改進。
另外，本發(fā)明的壓燃式發(fā)動機不使用傳統(tǒng)的昂貴的電磁閥驅(qū)動裝置等，因此可以壓縮發(fā)動機整機的成本。
應(yīng)該注意的是，在如上所述實施例1的火花點火燃燒模式下，盡管排氣節(jié)流閥15總是被關(guān)閉，作為替代措施，排氣節(jié)流閥15也可以只在火花點火燃燒模式下的進氣沖程期間被關(guān)閉。也可以這樣，即在第二排氣閥13打開時的至少一段時間關(guān)閉排氣節(jié)流閥15，也就是圖2中附圖標(biāo)記F所示的時間段。
另外，也可以這樣代替在后半個進氣沖程期間規(guī)定的時刻使第二排氣閥13打開附圖標(biāo)記F所示的升程值的做法，即，在前半個進氣沖程期間使第二排氣閥13打開，如圖3A所示。也可以如圖3B所示那樣，跨越排氣沖程和進氣沖程期間打開第二排氣閥13。第二排氣閥13可以在任何時間被打開任何一個升程值，只要在進氣沖程期間第二排氣閥13至少有一段時間是打開的。應(yīng)該注意的是，不只是第一排氣閥12，在排氣沖程期間，第二排氣閥13也有助于排氣，例如如前面所述的情況時，即第二排氣閥13在跨越排氣沖程和進氣沖程期間打開時。因此，可以高效地進行廢氣的排出。
另外，盡管在如上所述的實施例1中，第二排氣口9b比第一排氣口9a的直徑小，作為另一種方案，第一排氣口9a和第二排氣口9b也可以具有基本上相同的直徑。
實施例2下面將解釋本發(fā)明的實施例2。除了圖1所示實施例1中的壓燃式發(fā)動機的后半個進氣沖程外，在實施例2的壓燃式發(fā)動機中，第二排氣閥13在排氣沖程中也像第一排氣閥12那樣打開。也就是說，參照圖4A，在排氣沖程期間，第一排氣閥12和第二排氣閥13在規(guī)定的時刻都打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記F所示的那樣。在進氣沖程期間，只有第二排氣閥13被打開。通過對第二排氣閥13使用作為凸輪具有兩個凸起的雙級式凸輪來使第二排氣閥13進行開閉操作。另外，在實施例2中，在火花點火燃燒模式下排氣沖程期間，第二排氣閥13用來完成排氣功能。只在火花點火燃燒模式下的進氣沖程期間關(guān)閉排氣節(jié)流閥15，這是為了使得在火花點火燃燒模式下的進氣沖程期間廢氣不可能進行再循環(huán)，即使當(dāng)?shù)诙艢忾y13打開時也是如此。
按照上述構(gòu)造型式，通過凸輪發(fā)動機的簡單控制，可以只在壓縮點火燃燒模式下進行內(nèi)部EGR，同時保持低成本。可以達到類似于實施例1的效果。
另外，在實施例2中，在排氣沖程期間，不只是第一排氣閥12，第二排氣閥13也是打開的。因此，可以使用兩個閥進行排氣，即第一排氣閥12和第二排氣閥13。這樣可以高效地進行廢氣的排出。
應(yīng)該注意的是，盡管在如上所述的實施例2中，在排氣沖程和后半個進氣沖程期間，第二排氣閥13是打開的，也可以這樣，即，在排氣沖程期間，可以使第二排氣閥13在規(guī)定的時刻打開一個如同附圖標(biāo)記E所示的升程值，如圖3A所示，并在進氣沖程期間，在某一時刻打開一個升程值，如同附圖標(biāo)記F所示的那樣。另外，第二排氣閥13也可以在規(guī)定的時刻打開一個升程值，如圖4B中附圖標(biāo)記F所示的那樣。應(yīng)該注意的是，可優(yōu)選在此所解釋的第二排氣閥13的開閉操作。在圖4A和4B中省略了第一排氣閥12和兩個進氣閥10、11的正時、升程值。
實施例3下面將利用圖5解釋本發(fā)明的實施例3。實施例3的壓燃式發(fā)動機是由一個只提供一個排氣節(jié)流閥作為排氣系統(tǒng)的實施例來執(zhí)行的，而前面所述的實施例1和2中在每個燃燒室都提供給排氣節(jié)流閥。參照圖5，進氣通道22和排氣通道24與直列式四缸壓燃式發(fā)動機的四個燃燒室21的每一個連接。進氣通道22包括提供給每個氣缸燃燒室21的兩個進氣分支通道22a和進氣分支通道22a上游的進氣歧管通道22b，其中全部八個進氣分支通道22a都與進氣歧管通道22b連接。進氣節(jié)流閥23被提供給進氣歧管通道22b。
另一方面，排氣通道24包括相應(yīng)于圖1中第一排氣分支通道8a的四個第一排氣分支通道24a、四個第一排氣分支通道24a下游匯合到其上的第一排氣合并通道24b、相應(yīng)于圖1中第二排氣分支通道8b的四個第二排氣分支通道24c、四個第二排氣分支通道24c下游匯合到其上的第二排氣合并通道24d、第一排氣合并通道24b和位于第二排氣合并通道24d下游的排氣歧管通道25，其中第一排氣合并通道24b和第二排氣合并通道24d連接到排氣歧管通道25上。給第二排氣合并通道24d提供一個排氣節(jié)流閥26，其位于每個燃燒室21之間。
實施例3的壓燃式發(fā)動機中，對于每個燃燒室21中形成的兩個進氣閥、第一排氣閥和第二排氣閥的開閉控制，類似于實施例1和2中使用的操作。另外，類似于前面所述的實施例1和2，在火花點火燃燒模式下進氣沖程期間，在第二排氣閥打開時的至少一段時間內(nèi)，排氣節(jié)流閥26也是關(guān)閉的。因此達到類似前面所述的那些效果是有可能的，即使在沒有給每個燃燒室21都提供排氣節(jié)流閥的情況下也是如此。
實施例4下面將利用圖6解釋本發(fā)明的實施例4。實施例4的壓燃式發(fā)動機只有一個排氣閥，而不是前面所述實施例1中壓燃式發(fā)動機的兩個。燃燒室30內(nèi)形成一排氣口32，作為排氣裝置的排氣閥31置于排氣口32中，通過使用一個雙級式凸輪來使所述排氣閥31開閉。另外，排氣口32與排氣通道33連接，在排氣通道33的中間位置具有一排氣節(jié)流閥34。在火花點火燃燒模式下，排氣節(jié)流閥34只在至少進氣沖程期間排氣閥31打開的一段時間內(nèi)關(guān)閉。
排氣閥31在某些規(guī)定時刻打開一個如圖7中附圖標(biāo)記G1、G2所示的升程值。也就是說，在排氣沖程期間被打開的排氣閥31在前半個進氣沖程期間并不完全關(guān)閉，而是保持一個微小的升程值。另外，類似于實施例1，如附圖標(biāo)記D所示的那樣，兩個進氣閥10、11在某一時刻打開一個升程值。應(yīng)該注意的是，在壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式下是用相同的方式來進行閥的開閉控制的。
在壓縮點火燃燒模式下的排氣沖程期間，排氣節(jié)流閥34打開，而且在進氣沖程期間排氣節(jié)流閥34保持打開的狀態(tài)。進氣節(jié)流閥14也被打開一個適當(dāng)而必需的升程值。這樣，在排氣沖程期間排氣閥31打開，廢氣排到廢氣通道33內(nèi)。另外，在進氣沖程期間，兩個排氣閥10、11打開，新的氣體流入。在前半個進氣沖程期間，排氣閥31打開，高溫廢氣再循環(huán)到燃燒室30內(nèi)來進行內(nèi)部EGR。
另外，在火花點火燃燒模式下，在排氣沖程期間排氣節(jié)流閥34打開，在進氣沖程期間排氣節(jié)流閥34關(guān)閉。然而，當(dāng)需要時進氣節(jié)流閥14被打開一個適當(dāng)?shù)纳讨?。所以在排氣沖程期間，排氣閥31打開，廢氣排放到排氣通道33內(nèi)，另外，在進氣沖程期間，兩個進氣閥10和11打開，新氣體流入，但是此時排氣節(jié)流閥34關(guān)閉。因此，可防止高溫廢氣再循環(huán)到燃燒室30內(nèi)，即使在前半個進氣沖程期間排氣閥31被打開時也是如此。
因此，根據(jù)這種構(gòu)造型式，可以只在壓縮點火燃燒模式下通過一個凸輪發(fā)動機的簡單控制來進行內(nèi)部EGR，同時壓縮了成本。這樣可達到類似于實施例1的那些效果。
應(yīng)該注意的是，排氣節(jié)流閥最好置于盡可能接近排氣閥的位置。這樣，保持在排氣閥和排氣節(jié)流閥之間的廢氣再循環(huán)量得以減少。
應(yīng)該注意的是，實施例4中，在前半個進氣沖程期間排氣閥31打開并保持一個微小的升程值，作為替代性的方案，排氣閥31也可以在排氣沖程完成后完全關(guān)閉，然后在進氣沖程的某處再打開，例如在后半個進氣沖程期間。
另外，提供給每個燃燒室的排氣節(jié)流閥中的一個也可以作為實施例4的排氣系統(tǒng)，類似于實施例3一樣。
另外，在排氣沖程和進氣沖程期間都打開的兩個排氣閥，可以通過使用一個雙級式凸輪來提供給每個燃燒室。
另外，在實施例4中，盡管所有排氣分支通道匯合到一個排氣合并通道中，并且給該一個排氣合并通道提供一排氣節(jié)流閥，但是并沒有對這種構(gòu)造型式構(gòu)成任何限制。例如，多個排氣分支通道也可以匯合到兩個排氣合并通道中，也可以在V型發(fā)動機的每個排氣合并通道內(nèi)安置一排氣節(jié)流閥。也就是說，可以提供總共兩個排氣節(jié)流閥。如果有至少兩個排氣分支通道匯合到一個排氣合并通道，并且一個排氣節(jié)流閥安置于該排氣合并通道內(nèi)，那么可以減少排氣節(jié)流閥的數(shù)量。
實施例5下面將通過圖8解釋本發(fā)明的實施例5。應(yīng)該注意的是，相應(yīng)于圖1的實施例，圖8中的排氣通道部分是三維立體圖，以助于增進理解。按照本實施例的壓燃式發(fā)動機的排氣通道的結(jié)構(gòu)和廢氣再循環(huán)防止裝置，都不同于前面所解釋的實施例1。而其他部分則具有與實施例1類似的結(jié)構(gòu)。第一排氣口9a和第二排氣口9b形成于燃燒室1的上部部分，這與實施例1相類似。第一排氣口9a和第二排氣口9b與排氣通道103連接。排氣通道103包括一個管狀連通腔108和主排氣通道107，該管狀連通腔108與第一排氣口9a和第二排氣口9b連接以包括這兩個排氣口，該主排氣通道107位于連通腔108的下游。一個具有較低高度的隔板151以直立狀態(tài)安置于連通腔108內(nèi)。隔板151從底壁部分153上的第一排氣口9a和第二排氣口9b之間的部分向上延伸，所述底壁部分是形成第一排氣口9a和第二排氣口9b的壁部分，是連通腔108的底部表面。另外，給連通腔108提供遮擋閥115。該遮擋閥115可滑動地與隔板151接觸或分開。當(dāng)遮擋閥115處于關(guān)閉狀態(tài)時，也就是遮擋閥115與隔板151相接觸時，連通腔108內(nèi)部被分為第一排氣腔108a和第二排氣腔108b，第一排氣腔108a和第二排氣腔108b只通過燃燒室1連通。也就是說，連通腔108內(nèi)部被遮擋閥115分開，這樣第一排氣口9a和第二排氣口9b不再相互連通。遮擋閥115處于關(guān)閉狀態(tài)時，第一排氣腔108a成為與主排氣通道107連通的腔，第二排氣腔108b成為與主排氣通道107隔開的腔。
下面將解釋具有這種構(gòu)造型式的壓燃式發(fā)動機的運行。遮擋閥115的開閉時刻類似于前面解釋的實施例1的排氣節(jié)流閥15。另外，第一排氣閥12和第二排氣閥13的開關(guān)時刻類似于實施例1。因此在壓縮點火燃燒模式下排氣沖程期間，第一排氣閥12打開而第二排氣閥13關(guān)閉，遮擋閥115打開。如圖8中點劃線所示，燃燒室1中的廢氣通過第一排氣口9a，連通腔108和主排氣通道107排出。另一方面，在壓縮點火燃燒模式下進氣沖程期間，第一排氣閥12關(guān)閉而第二排氣閥13打開，遮擋閥115打開。如圖8中實線所示，在排氣沖程期間排到連通腔108的廢氣和存在于第一排氣口9a附近的廢氣，就通過遮擋閥115和隔板151之間的空間從第二排氣口9b再循環(huán)到燃燒室1內(nèi)。
與壓縮點火燃燒模式時類似的第一排氣閥12和第二排氣閥13的開閉控制，也可以應(yīng)用到火花點火燃燒模式上。然而，在火花點火燃燒模式時，遮擋閥115總是保持關(guān)閉狀態(tài)。這樣，可以防止排氣沖程期間排到連通腔108的廢氣從打開的第二排氣口9b再循環(huán)到燃燒室1內(nèi)。這樣，實施例5也可以達到類似實施例1的那些作用和效果。
另外，壓縮點火燃燒模式時的廢氣再循環(huán)并不比廢氣的簡單的吸入更復(fù)雜，所述廢氣在排氣沖程中經(jīng)第二排氣口9b進入燃燒室1后存在于連通腔108內(nèi)。因此，與實施例1中廢氣通過第一排氣分支通道8a和第二排氣分支通道8b之間的叉狀部分相比，具有非常短的距離、小的通道阻力的實施例可以進行廢氣再循環(huán)。因此EGR可以實現(xiàn)好的效率。
應(yīng)該注意的是，類似于實施例1中的那些替代措施在實施例5中也可以實現(xiàn)。也就是說，也可以只在火花點火燃燒模式下的進氣沖程期間關(guān)閉遮擋閥115。作為替代措施，也可以使遮擋閥115保持這樣的狀態(tài)，即遮擋閥115只在至少第二排氣閥打開時的一段時間關(guān)閉。
另外，第二排氣閥13的設(shè)置操作就像圖3A或3B表示的那樣，第二排氣口9b和第一排氣口9a半徑關(guān)系的變化也類似于實施例1中的設(shè)置和變化。
另外，也可以利用具有被遮擋閥115隔開的連通腔108內(nèi)部的實施例。參照圖9，連通腔108內(nèi)具有一個能將連通腔108內(nèi)部分為第一排氣腔108a和第二排氣腔108b的簡單的隔板251。該隔板251從第一排氣口9a和第二排氣口9b之間延伸，隔板251的外邊緣與連通腔108的底部表面和側(cè)表面連接。另外，在隔板251的較低部分形成一個完全穿過隔板251的連通口255。也就是說，連通口255形成于第一排氣口9a和第二排氣口9b附近的位置。另外，將遮擋閥115提供給連通腔108，使得連通口255可以有選擇地開和閉。通過這種構(gòu)造型式，在壓縮點火燃燒模式下的進氣沖程期間，可以通過連通口255進行廢氣再循環(huán)，也可以達到類似于圖8所示結(jié)構(gòu)的作用。
應(yīng)該注意的是，本發(fā)明并不局限于前面所述的實施例1至5?？梢赃M行各種變化。例如，實施例1至4中的進氣節(jié)流閥也可以使用實施例5中那樣的遮擋閥，或蝶形閥。另外，必要時可以通過改變排氣節(jié)流閥或遮擋閥的開度來調(diào)整進行再循環(huán)的廢氣量。
另外，壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式之間的轉(zhuǎn)換時刻并不限于只根據(jù)發(fā)動機負載。此外，盡管在實施例1至5中解釋了預(yù)混合的壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式之間的轉(zhuǎn)換，但是本發(fā)明并不限于這些實施例。也可以將本發(fā)明應(yīng)用到可進行簡單的、非預(yù)混合的壓縮點火燃燒模式(被活塞壓縮的氣體中的燃料被置于燃燒室內(nèi)的燃料噴射閥直接噴射的點火類型)和火花點火燃燒模式之間轉(zhuǎn)換的實施例中。
另外，盡管在實施例1至5中是用天然氣作為燃料，作為一種替代，也可以使用例如民用燃氣和丙烷氣作為氣體燃料。另外，本發(fā)明的壓燃式內(nèi)燃機也可以使用汽油、柴油等做燃料。另外，發(fā)動機的氣缸數(shù)也不限于四個。也可以使用六缸或八缸發(fā)動機，發(fā)動機的類型也不限于直列式。V型發(fā)動機，氣缸對置發(fā)動機都可以。對發(fā)動機的類型并沒有特別的限制。實施例1至5中每個氣缸的進氣通道的數(shù)量和進氣閥的數(shù)量也沒有限制。
權(quán)利要求
1.一種可在壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式之間轉(zhuǎn)換的壓燃式內(nèi)燃機，該壓燃式內(nèi)燃機包括至少一個燃燒室；分別與燃燒室連接的進氣通道和排氣通道；設(shè)置于沿進氣通道位置上的進氣裝置，用于使進氣通道打開和關(guān)閉；由凸輪驅(qū)動并設(shè)置于沿排氣通道位置上的排氣裝置，用于使排氣通道打開和關(guān)閉，在壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式期間，在排氣沖程至少一部分的一段時間和進氣沖程至少一部分的一段時間，該排氣裝置打開排氣通道；以及設(shè)置于沿排氣通道位置上的廢氣再循環(huán)防止裝置，用于使排氣通道打開和關(guān)閉，在壓縮點火燃燒模式下的至少進氣沖程期間，該廢氣再循環(huán)防止裝置通過打開排氣通道使廢氣再循環(huán)到燃燒室內(nèi)，在火花點火燃燒模式期間的進氣沖程中，在至少當(dāng)排氣裝置打開的一段時間內(nèi)，廢氣再循環(huán)防止裝置通過關(guān)閉排氣通道來防止廢氣再循環(huán)到燃燒室內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于所述排氣通道包括第一排氣分支通道、第二排氣分支通道和合并通道，其中第一排氣分支通道和第二排氣分支通道分別與燃燒室連接，并且第一排氣分支通道和第二排氣分支通道匯合到合并通道；所述排氣裝置包括第一排氣閥和第二排氣閥，其中，第一排氣閥設(shè)置于第一排氣分支通道上并只在排氣沖程期間打開，第二排氣閥設(shè)置于第二排氣分支通道上并只在進氣沖程期間打開；以及所述廢氣再循環(huán)防止裝置是提供給第二排氣分支通道的排氣節(jié)流閥，在火花點火燃燒模式期間排氣沖程中至少第二排氣閥打開時的一段時間內(nèi)，該排氣節(jié)流閥關(guān)閉第二排氣分支通道，而在壓縮點火燃燒模式期間，排氣節(jié)流閥總是打開第二排氣分支通道。
3.如權(quán)利要求2所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于第一排氣分支通道和第二排氣分支通道分別通過第一排氣口和第二排氣口與燃燒室連接，第二排氣口的直徑小于第一排氣口的直徑。
4.如權(quán)利要求2所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于在火花點火燃燒模式下的至少進氣沖程期間，排氣節(jié)流閥關(guān)閉第二排氣分支通道。
5.如權(quán)利要求4所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于在火花點火燃燒模式期間，排氣節(jié)流閥總是關(guān)閉第二排氣分支通道。
6.如權(quán)利要求2所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于在進氣沖程一部分的一段時間期間和排氣沖程期間，第二排氣閥打開。
7.如權(quán)利要求1所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于排氣裝置包括一簡單的排氣閥，該排氣閥在進氣沖程的至少一部分的一段時間期間和排氣沖程期間打開；以及廢氣再循環(huán)防止裝置是排氣節(jié)流閥，該排氣節(jié)流閥在排氣沖程期間打開排氣通道，在火花點火燃燒模式期間進氣沖程中至少排氣閥打開時的一段時間內(nèi)關(guān)閉排氣通道。
8.如權(quán)利要求1所述的壓燃式內(nèi)燃機，還包括多個燃燒室，其特征在于排氣通道包括多個排氣分支通道和排氣合并通道，所述多個排氣分支通道分別與多個燃燒室連接，排氣分支通道一起匯合到所述排氣合并通道上；排氣裝置包括分別相應(yīng)于多個排氣分支通道設(shè)置的多個排氣閥，至少在燃燒室的進氣沖程期間多個排氣閥中的每個都打開排氣分支通道，其中多個排氣閥中的每個與排氣分支通道連接，燃燒室與排氣分支通道連接；和該廢氣再循環(huán)防止裝置是提供給排氣合并通道的排氣節(jié)流閥，在火花點火燃燒模式期間進氣沖程中當(dāng)多個排氣閥中的每個打開時的至少一段時間內(nèi)，該排氣節(jié)流閥關(guān)閉排氣合并通道。
9.如權(quán)利要求1所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于燃燒室和排氣通道通過第一排氣口和第二排氣口而互相連通；排氣通道包括一位于排氣通道上游端部分的簡單的管狀連通腔，該管狀連通腔與第一排氣口和第二排氣口連接以包括第一排氣口和第二排氣口；排氣裝置包括第一排氣閥和第二排氣閥，在壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式下的排氣沖程期間，該第一排氣閥打開第一排氣口，在壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式下的至少進氣沖程期間，該第二排氣閥打開第二排氣口；廢氣再循環(huán)防止裝置包括遮擋閥，該遮擋閥將管狀連通腔內(nèi)部分開，使得當(dāng)遮擋閥關(guān)閉時，第一排氣口和第二排氣口不再互相連通，在壓縮點火燃燒模式下的至少進氣沖程期間，遮擋閥打開，使得第一排氣口和第二排氣口處于相互連通的狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于還包括設(shè)置于第一排氣口和第二排氣口之間的隔板，遮擋閥被可滑動地設(shè)置，從而可以與隔板接觸和分開。
11.如權(quán)利要求9所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于還包括位于第一排氣口和第二排氣口之間的隔板，該隔板將管狀連通腔內(nèi)部分開，并具有穿過該隔板形成的連通口，遮擋閥被可滑動地設(shè)置，使得遮擋閥可以打開和關(guān)閉隔板上的連通口。
12.如權(quán)利要求1所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于還包括進氣控制裝置，該進氣控制裝置限制流入燃燒室的新氣體，在壓縮點火燃燒模式下的進氣沖程期間，通過利用進氣控制裝置限制流入的新氣體的量，使得來自排氣裝置的廢氣再循環(huán)得以增加。
13.如權(quán)利要求1所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于進氣裝置被凸輪驅(qū)動以進行進氣通道的打開和關(guān)閉。
14.如權(quán)利要求1所述的壓燃式內(nèi)燃機，其特征在于進氣通道包括一進氣合并通道和兩個進氣分支通道，這兩個進氣分支通道在進氣合并通道的末端分開，而且這兩個進氣分支通道各自與燃燒室連接；進氣裝置包括分別提供給進氣分支通道的兩個進氣閥。
全文摘要
本發(fā)明的壓燃式內(nèi)燃機包括至少一個燃燒室；分別與燃燒室連接的進氣通道和排氣通道；位于沿進氣通道位置上的進氣閥，用于使進氣通道打開和關(guān)閉；由凸輪驅(qū)動并位于沿排氣通道位置上的排氣閥，用于使排氣通道打開和關(guān)閉，在壓縮點火燃燒模式和火花點火燃燒模式下，在排氣沖程至少一部分的一段時間和進氣沖程至少一部分的一段時間，該排氣閥打開排氣通道；和沿排氣通道位置上的排氣節(jié)流閥，用于使排氣通道打開和關(guān)閉，在壓縮點火燃燒模式下的至少進氣沖程期間，該排氣節(jié)流閥通過打開排氣通道使廢氣再循環(huán)到燃燒室內(nèi)，在火花點火燃燒模式下的進氣沖程期間，在至少當(dāng)排氣閥打開的一段時間內(nèi)，排氣節(jié)流閥通過關(guān)閉排氣通道來防止廢氣再循環(huán)到燃燒室內(nèi)。
文檔編號F02D9/04GK1614207SQ20041008516
公開日2005年5月11日 申請日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
發(fā)明者葛山裕史, 河合健二 申請人:株式會社豐田自動織機