專利名稱:改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)及包含該內(nèi)燃機(jī)的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種特別適用于用貧燃料/空氣混合物運(yùn)行的改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)及包含 該內(nèi)燃機(jī)的車輛。
背景技術(shù):
已知,內(nèi)燃機(jī)中的每個(gè)氣缸都設(shè)有兩個(gè)或多個(gè)閥,S卩,進(jìn)氣閥和排氣閥。這些閥在 氣缸蓋(cylinder head,氣缸頭)內(nèi)的腔室內(nèi)(通常稱為燃燒室)開口。當(dāng)使用兩個(gè)閥 (即,一個(gè)進(jìn)氣閥和一個(gè)排氣閥)時(shí),這些閥以通常的方式形成并“成行”設(shè)置以使能量輸出 最優(yōu)化。圖1示出了氣缸蓋1000,其進(jìn)氣閥1001和排氣閥1002成行設(shè)置以用于單一火花 點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)。圖2示出了氣缸蓋1010,其進(jìn)氣閥1011和排氣閥1012設(shè)置成用于雙火花點(diǎn) 火發(fā)動(dòng)機(jī),該雙火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中具有常稱的半球形燃燒室。通常,這種發(fā)動(dòng)機(jī)使用均勻的空氣_燃料供料,并且每個(gè)氣缸只設(shè)有一個(gè)火花塞。 這種布置的一個(gè)缺點(diǎn)是從點(diǎn)火到完成的燃燒過程需要相當(dāng)長的時(shí)間。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度更高 時(shí),可用燃燒持續(xù)時(shí)間可能不夠,因而需要使用非最佳(即,持續(xù)改善的)點(diǎn)火時(shí)間以避免 不完全燃燒和隨之發(fā)生的能量損失、燃料浪費(fèi)以及排放的增加。進(jìn)一步的缺點(diǎn)源自需要更 富的燃料/空氣混合物,以便實(shí)現(xiàn)燃燒室內(nèi)更好的操縱靈活性和足夠的火焰?zhèn)鞑?,以及?夠的能量輸出和/或降低的爆震,尤其是當(dāng)使用貧燃料/空氣混合物時(shí)。在某種程度上,這些問題可通過使用具有兩個(gè)火花塞的發(fā)動(dòng)機(jī)來解決。當(dāng)在小膛 發(fā)動(dòng)機(jī)(small bore engine)中使用時(shí),這是反直覺的,因?yàn)樵谛√虐l(fā)動(dòng)機(jī)中,火焰?zhèn)鞑ゾ?離相對(duì)短并且通常足以實(shí)現(xiàn)有效的燃燒。此外,由于用于容納這兩個(gè)火花塞的空間較小,也 會(huì)產(chǎn)生問題。這可通過將其中一個(gè)火花塞定位在發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)側(cè)(timing side)來解決, 如在本申請(qǐng)人的2002年7月16日的第195904號(hào)印度專利(對(duì)應(yīng)于國際專利公開號(hào)WO 2005/042954A1)中所描述的,該專利公開了一種小膛雙火花塞發(fā)動(dòng)機(jī),其根據(jù)四沖程原理 而運(yùn)行,具有“成行式”構(gòu)造的進(jìn)氣閥和排氣閥,并且該專利以引入方式結(jié)合于此(并在圖 2中示出)。設(shè)置保護(hù)套以便火花塞延伸穿過定時(shí)鏈腔室,從而保護(hù)其不被潤滑油弄臟并防 止由此產(chǎn)生的無效運(yùn)行。然而,由于該“成行式”構(gòu)造提供了良好的能量輸出但在燃料經(jīng)濟(jì) 性為主要目標(biāo)的情況下基本上無益的,必須在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中做出妥協(xié)。通過使用更高旋速 的進(jìn)入空氣-燃料供料,燃燒效率方面有充足的改進(jìn)余地。該申請(qǐng)人還在其國際
公開日期為2007年7月19日的第W02007/080604號(hào)國際專 利公布中描述了一種發(fā)動(dòng)機(jī),其進(jìn)氣閥和排氣閥成“偏置”構(gòu)造,并在此處在圖3中示出。在 該發(fā)動(dòng)機(jī)中,火花點(diǎn)火裝置遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)鏈而設(shè)置,因此不需要如第195904號(hào)印度專 利中那樣設(shè)置用于其中一個(gè)火花塞的保護(hù)套。此外,通過燃燒室內(nèi)增加的渦流(增加的渦 流可至少部分地通過該偏置閥構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)),實(shí)現(xiàn)了更好的供料混合。因此,該發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng) 相當(dāng)有益。但是,已經(jīng)注意到一種趨勢,仍未燃燒的尾氣不利地影響排放和燃料效率。進(jìn)一 步的趨勢(源自前述趨勢)是發(fā)生爆震的趨勢。因此,仍需要改進(jìn)燃燒室的幾何結(jié)構(gòu)和設(shè) 計(jì),以便降低爆震并提高燃燒效率和燃料經(jīng)濟(jì)性。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī),其根據(jù)四沖程原理運(yùn)行,具有優(yōu)于現(xiàn)有 發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)的性能,尤其是當(dāng)在貧燃料燃燒模式下運(yùn)行時(shí)。為實(shí)現(xiàn)該目的,本發(fā)明提供了一種四沖程內(nèi)燃機(jī),其包括燃燒室,其具有至少一個(gè)進(jìn)氣閥和至少一個(gè)排氣閥、和至少兩個(gè)點(diǎn)火裝置;以及缸 膛(cylinder bore),其由缸膛壁限定,具有可在所述缸膛內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞。其中,所述燃燒室是所述缸膛的體積延伸,所述燃燒室由側(cè)壁限定,并且具有鄰近 所述缸膛壁的開放式平面基座,并且至少一個(gè)點(diǎn)火裝置基本上設(shè)置在位于或者鄰近所述燃 燒室的所述基座的第一側(cè)壁處。這種發(fā)動(dòng)機(jī)布置,并且尤其是燃燒室的設(shè)計(jì)允許很好地利用燃燒室內(nèi)的空間,在 燃燒過程中,這有助于燃燒效率和燃料經(jīng)濟(jì)性。該燃燒室是通過火花塞的特定位置而提高 燃燒效率的單坡頂式燃燒室。該燃燒室也可通過使橫軸基本上垂直于缸膛的中心軸線而被 延長。通常,兩個(gè)點(diǎn)火裝置或者火花塞的使用在某種程度上有助于燃燒效率。但是,在位 于或者鄰近燃燒室的基座的第一側(cè)壁處的至少一個(gè)點(diǎn)火裝置的設(shè)置更進(jìn)一步提高了燃燒 效率。當(dāng)?shù)诙蛄硗獾狞c(diǎn)火裝置設(shè)置在位于或鄰近燃燒室的基座的第二側(cè)壁處時(shí)實(shí)現(xiàn)了最 大的優(yōu)勢。該目的將使火焰前鋒通過其傳播穿過燃燒室的距離最大化,并提高了可用燃燒 室容積的使用。這提高了燃燒效率,尤其在使用貧燃料供料時(shí)。通過將兩個(gè)(盡管可包括更多)點(diǎn)火裝置或火花塞設(shè)置成彼此直徑相對(duì)也是有利 的。而且,優(yōu)選地,點(diǎn)火裝置的安裝點(diǎn)(其被期望是朝向彼此定向的)對(duì)應(yīng)于位于單坡頂式 燃燒室的基座(前述的開口平面基座)處的連接面的端部。這些幾何位置通常對(duì)應(yīng)于燃燒 室的最大尺寸部分,從而有助于通過如下所述的燃燒室內(nèi)空間的形狀和利用的最優(yōu)化而使 燃燒過程最優(yōu)化。更具體地,這可由點(diǎn)火裝置間的間隔距離與缸膛直徑之間的比率或比例 表示。非常理想的是該比率為1或接近于1??梢匝a(bǔ)充的是,點(diǎn)火裝置的這種布置防止了在 其之后的尾氣的截留可能性,從而降低了如上所述的現(xiàn)有技術(shù)中注意到的爆震的趨向。為 清楚起見,提及“在...之后”應(yīng)理解為提及當(dāng)使用兩個(gè)火花塞時(shí),遠(yuǎn)離兩個(gè)火花塞之間的 區(qū)域的方向。當(dāng)活塞頭設(shè)置有凹部時(shí)也提高了燃燒效率?;钊^上的凹部可成形為產(chǎn)生附加的 燃燒室容積,該燃燒室容積沿從一個(gè)點(diǎn)火裝置朝向另一個(gè)點(diǎn)火裝置的方向朝向缸膛的中心 軸線逐漸增大。有利地,活塞內(nèi)的凹部的形狀和位置具有增加燃燒室內(nèi)的燃料空氣供料的 渦流運(yùn)動(dòng)的特性,或者至少使燃燒室內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)的任何消極影響最小化。凹部的形狀可 以是橢圓形、橢圓體、卵形或卵形體。理想地,橢圓形、橢圓體、卵形或卵形體凹部的主軸在 兩個(gè)點(diǎn)火裝置之間的方向延伸穿過活塞頭。優(yōu)選地,當(dāng)從上止點(diǎn)觀察時(shí),所述點(diǎn)火裝置的投影軸和活塞頭上凹部的主軸都以 鈍角彼此相交。該“開放”設(shè)置通過最優(yōu)化燃燒室內(nèi)的空間利用而使發(fā)生在燃燒室內(nèi)的燃 燒過程最優(yōu)化。更具體地,火焰前鋒傳播并經(jīng)過了比在中更大的開放空間,在所述現(xiàn)有發(fā)動(dòng) 機(jī)中,例如,點(diǎn)火裝置不是朝向彼此定向,而是具有角方向,這給從火花塞傳播的火焰前鋒 提供了很少的機(jī)會(huì),以便沿著寬的前鋒而不是在一點(diǎn)處相交。該燃燒室空間的更大利用提高了燃燒效率。該發(fā)動(dòng)機(jī)(理想地為單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī))具有燃燒室內(nèi)的部件的構(gòu)造,該構(gòu)造使燃燒 室內(nèi)的空間的形狀和利用最優(yōu)化,并增加了待由燃燒室內(nèi)燃料空氣供料的點(diǎn)燃而啟發(fā)并傳 播及發(fā)展至消耗掉供料的火焰前鋒的可用空間量。通過使點(diǎn)火裝置或火花塞的布置和設(shè)置 最優(yōu)化來使有效燃燒室容積和形狀的均勻增加的重要性難以過高估量。例如,在上述的第 WO 2007/080604號(hào)國際公開中,火花塞的位置和方位必需安裝在增高的底座(mount)或凸 臺(tái)(boss)上。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),這些底座或凸臺(tái)的去除減少了在火花塞之后的燃燒室的容 積量,與之相關(guān)的是,極大地改善了用于貧燃料/空氣混合物的燃燒性能。為此,點(diǎn)火裝置 或火花塞之的至少一個(gè)(但更優(yōu)選為兩個(gè)都)被安裝成與燃燒室的其中一個(gè)側(cè)壁的表面齊 平,以獲得該效果。理想地,至少,最接近進(jìn)氣閥(特別是在渦流的方向)的點(diǎn)火裝置或火 花塞安裝成與燃燒室表面齊平。在發(fā)動(dòng)機(jī)的某些實(shí)施例中,該閥通常設(shè)置成“偏置”布置,使得可用于火焰中心的 空間借助由上述構(gòu)造的燃燒室內(nèi)的氣體燃燒而產(chǎn)生的渦流而適當(dāng)?shù)乇舜丝拷?。適當(dāng)?shù)膸椭?通過活塞頭上的凹部提供,該凹部具有沿著單坡頂式形狀燃燒室的平面的交叉線的方向的 長軸或主軸。這使得燃燒室的大部分容積容納在中心容積內(nèi),為了能看得見,該中心容積可 描繪為擴(kuò)展容積,該中心容積的軸線與活塞內(nèi)的凹部的方向相同?;钊麅?nèi)的凹部的形狀和 位置還導(dǎo)致了活塞與氣缸蓋之間的一個(gè)或多個(gè)擠流區(qū)的產(chǎn)生,從而當(dāng)活塞朝向上止點(diǎn)位置 移動(dòng)時(shí),被擠壓的燃燒氣體產(chǎn)生所謂的“擠流”運(yùn)動(dòng)。這種擠流運(yùn)動(dòng)通過在燃燒室的頂部提 供一個(gè)或多個(gè)擠流區(qū)而增強(qiáng);例如,可提供兩個(gè)擠流區(qū),這些擠流區(qū)大致成新月形,使得所 形成的擠流朝著燃燒室的中心區(qū)域被引導(dǎo)。用于本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的其它對(duì)流體動(dòng)力學(xué)來說重要的運(yùn)動(dòng)是組合滾流和渦流 (“斜滾流”)。滾流和渦流是可旋流,其使得發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃料和空氣混合。通過選擇用于 進(jìn)氣閥、尤其是進(jìn)氣端口處的適當(dāng)?shù)倪M(jìn)入角,在本申請(qǐng)人的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生了滾流。風(fēng)箱的 布置和傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料特性影響進(jìn)入角,并且發(fā)動(dòng)機(jī)被封裝成使進(jìn)入角將允許形成滾 流。優(yōu)選地,盡可能平行地實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣端口的軸線相對(duì)于燃燒室的縱向軸線的對(duì)準(zhǔn),以使?jié)L流 效果最大化。另一個(gè)渦流旋流(其可以是沿順時(shí)針方向)由進(jìn)氣閥和排氣閥的偏置構(gòu)造產(chǎn) 生。在申請(qǐng)人的發(fā)動(dòng)機(jī)中的滾流和渦流的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的供料混合和更好的燃燒穩(wěn)定 性及操作靈活性。貧燃料運(yùn)行模式(其中,空氣燃料比率在15 1至17 1的范圍內(nèi))對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 來說是重要的。貧燃料促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)燃料經(jīng)濟(jì)性,并可能在某些類型的發(fā)動(dòng)機(jī)排放的控制 上也是有利的。但是,重要的是,燃燒持續(xù)時(shí)間足夠快速以確保有效發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。多火花塞 構(gòu)造對(duì)該目的來說與燃燒室基座處的兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火裝置或火花塞的位置一樣都是重要 的。位于或鄰近燃燒室基座處的相對(duì)的側(cè)壁處的點(diǎn)火裝置的直徑相對(duì)的布置同樣確保了充 分快速的火焰?zhèn)鞑ィ⑶艺麄€(gè)燃燒室容積通常在比單點(diǎn)火裝置更短的時(shí)間內(nèi)被覆蓋,并且 貧燃料/空氣混合物幾乎完全燃燒,而且能夠使用最佳的火花定時(shí)以便于實(shí)現(xiàn)最好的發(fā)動(dòng) 機(jī)性能而不會(huì)產(chǎn)生爆震或者增加排放排出。在另一方面,本發(fā)明提供了一種根據(jù)四沖程原理運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī),其包括(a)具有包括至少一個(gè)進(jìn)氣閥和至少一個(gè)排氣閥的閥機(jī)構(gòu)的燃燒室;(b)位于燃燒室內(nèi)的至少兩個(gè)點(diǎn)火裝置;以及
(c)用于驅(qū)動(dòng)閥機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置,其中,所述點(diǎn)火裝置彼此直徑相對(duì)地設(shè)置在燃燒室的基座處,并且至少一個(gè)點(diǎn)火 裝置與閥機(jī)構(gòu)設(shè)置在一直線上。該發(fā)動(dòng)機(jī)布置允許燃燒室內(nèi)空間的進(jìn)一步利用,并且這有 助于燃燒效率和燃料經(jīng)濟(jì)性。有利地,本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)是小膛發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的實(shí)踐中使用的小膛、小容量或 小位移發(fā)動(dòng)機(jī)的普通特性包括從75cc至225cc的可變氣缸容積范圍,優(yōu)選地在IOOcc至 200cc (更優(yōu)選地在IOOcc至150cc)的范圍內(nèi),缸膛直徑為45mm至70mm,用作兩輪或三輪 車輛或其他機(jī)動(dòng)車輛(尤其是摩托車)的運(yùn)行的原動(dòng)機(jī)。注意,有利地,本發(fā)明的小膛發(fā)動(dòng) 機(jī)不需要水冷系統(tǒng)來有效運(yùn)行。這種發(fā)動(dòng)機(jī)有利地是單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī),其可以是兩閥上凸輪 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。閥的驅(qū)動(dòng)裝置可以是定時(shí)鏈。諸如定時(shí)鏈的驅(qū)動(dòng)裝置可以設(shè)置在具有潤滑劑供料 的驅(qū)動(dòng)裝置腔室內(nèi)。由于待設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)(幾乎與閥機(jī)構(gòu)成一直線)的點(diǎn)火裝置可有利 地且通常地需要穿過驅(qū)動(dòng)裝置腔室而延伸,因?yàn)榭捎糜谠谛√虐l(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)容納發(fā)動(dòng)裝置的空 間非常有限,特別地,可設(shè)置用于點(diǎn)火裝置(本發(fā)明中以火花塞的形式)的保護(hù)套以防止?jié)?滑劑影響火花塞的功能。由于噪音和粗糙的事物(harshness)也可能會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,可根據(jù)在申請(qǐng) 人的同時(shí)待審的第WO 2007032020號(hào)PCT申請(qǐng)中描述的方案運(yùn)行火花塞,其內(nèi)容以引用方 式結(jié)合于此,并且其中,響應(yīng)于燃燒壓力的增加速率被發(fā)動(dòng)機(jī)速度或發(fā)動(dòng)機(jī)加速度的增加 速率代替,或發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加到可接受的臨界值之上,用于發(fā)動(dòng)機(jī)的控制單元使點(diǎn)火裝置 或火花塞延緩運(yùn)行或停止。發(fā)動(dòng)機(jī)可以是燃料注入的(fuel injected)或者是增碳的(carburetted),并適 用于任何范圍的車輛裝置。典型的應(yīng)用是用在諸如摩托車的兩輪車輛中,但是可以應(yīng)用在 3輪或4輪的車輛類型中,該發(fā)動(dòng)機(jī)有利的是兩閥發(fā)動(dòng)機(jī),但這并不排除更多數(shù)量的閥。該發(fā)動(dòng)機(jī)具有改進(jìn)的燃燒效率,據(jù)測量較少出現(xiàn)爆震,低排放物,且提高了燃料經(jīng) 濟(jì)性。改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)能力也是該發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)大部分因火花塞和閥的最優(yōu)布置而 出現(xiàn),并且如上所述,受小膛發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)幾何形狀的影響。
從下面參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的非限制性描述中,可以更全面地理解本發(fā) 明的內(nèi)燃機(jī),附圖中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)氣缸蓋,其進(jìn)氣閥和排氣閥成行設(shè)置以用于單一火花點(diǎn)火發(fā) 動(dòng)機(jī);圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)氣缸蓋,其進(jìn)氣閥和排氣閥設(shè)置成用于雙火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī);圖3是現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋的仰視圖;圖3a是現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋的俯視圖;圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋的仰視圖;圖4a是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃燒室的剖視圖,示出了火花塞的安裝;圖4b是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的燃燒室的剖視圖,示出了火花塞的安裝;圖5是現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性底部剖視圖(A),以及根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的
7發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性底部剖視圖(B),提供所述視圖僅為了比較的目的;圖6是現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性側(cè)部剖視圖(A),以及根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的 發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性側(cè)部剖視圖(B),提供所述視圖僅為了比較的目的;圖7是通過本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的活塞的剖視圖;圖8提供了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)中所用的燃燒室的示意性等距視圖 (a)至(d)的范圍并示出了包括火花塞和閥在內(nèi)的各部件;圖9提供了圖8中示出的燃燒室的示意性等距視圖(a)至(d)的范圍,但為了更 進(jìn)一步和更好地示出燃燒室的形狀未示出各部件。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照?qǐng)D3,示出了上面參照可變(sw印t)氣缸容積和氣缸直徑描述的這類小 膛四沖程內(nèi)燃機(jī)100的氣缸蓋14的底部。氣缸蓋14包括具有進(jìn)氣閥23和排氣閥24的燃 燒室110。進(jìn)氣閥23和排氣閥24的定時(shí)由定時(shí)鏈(未示出)控制。燃燒室110具有單坡頂式(pent-roof)構(gòu)造。單坡頂式燃燒室是上表面為傾斜或 偏斜頂?shù)娜紵?,包括至少兩個(gè)傾斜的并向下分開或向上匯聚的表面或側(cè)壁。所述側(cè)壁不 會(huì)在尖點(diǎn)處相交,也就是說它們不沿著一條線匯聚,而是每一個(gè)側(cè)壁都具有可在燃燒室110 的頂部處終止于一平面或略圓形表面的彎曲幾何形狀。兩個(gè)火花塞40和42 (每個(gè)火花塞都是傳統(tǒng)制造的)裝配在氣缸蓋14內(nèi)。火花塞 40和42位于燃燒室110中并引起貧燃料/空氣混合物或供料的點(diǎn)火和燃燒,允許發(fā)動(dòng)機(jī) 100在貧燃料燃燒模式下運(yùn)行以提高燃料經(jīng)濟(jì)性??梢宰⒁獾?,火花塞40和42安裝在升高 的底座或凸臺(tái)43上。如圖3可見,可認(rèn)為燃燒室110被分成了四個(gè)分區(qū)??烧J(rèn)為進(jìn)氣閥23和排氣閥24 位于沿對(duì)角線相對(duì)的分區(qū)中,盡管閥23和24與其他分區(qū)存在一些交疊。這種閥構(gòu)造由于 具有產(chǎn)生有利的“渦流”程度的能力,因而具有與比“成行式”閥構(gòu)造具有更好的燃料經(jīng)濟(jì) 性相關(guān)的“偏置式”構(gòu)造。與未包含偏置式構(gòu)造的同等車輛相比,可以實(shí)現(xiàn)至少5%的基本 上提高的燃料經(jīng)濟(jì)性。火花塞40和42位于燃燒室110的對(duì)角線相對(duì)的另兩個(gè)分區(qū)中,并 且不會(huì)延伸穿過定時(shí)鏈腔室,因而不需要設(shè)計(jì)成或保護(hù)其避免與該腔室中的潤滑劑接觸。發(fā)動(dòng)機(jī)100的進(jìn)氣閥23和排氣閥24由搖桿臂組件18啟動(dòng),圖3a所示,該搖桿臂 組件的更詳細(xì)的細(xì)節(jié)在申請(qǐng)人的國際
公開日期為2007年7月19日的國際專利公布No. WO 2007/080604中描述,其內(nèi)容以引用方式結(jié)合于此。該搖桿臂組件18構(gòu)造成為兩個(gè)火花塞 40和42的定位提供更大的空間,并有助于火花塞40和42末端遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)100的定時(shí)鏈腔 室(圖3)定位。現(xiàn)在參照?qǐng)D4至圖8,除了在圖4中發(fā)動(dòng)機(jī)100和燃燒室110之外的參考標(biāo)號(hào)被前 標(biāo)以數(shù)字“1”,位于單坡頂式構(gòu)造的燃燒室110內(nèi)的各部件與圖3所討論的相同。形成缸膛 108擴(kuò)展容積的燃燒室110具有與缸膛壁109相鄰的側(cè)壁112。設(shè)置有兩個(gè)火花塞140和142,并且這些火花塞140和142在點(diǎn)火燃料/空氣供料 時(shí)起到與上述火花塞40和42相同的作用。仍設(shè)置有進(jìn)氣閥123和排氣閥124,并且它們?nèi)?位于偏置式構(gòu)造中。但是,火花塞140和142的布置和位置與火花塞40和42存在某些顯 著的不同。這些位置上的不同對(duì)于通過燃燒室110內(nèi)空間的改進(jìn)利用或最優(yōu)化利用而實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的火焰前鋒(flame front)傳播很重要?,F(xiàn)在將參照?qǐng)D4至圖8描述這些不同。首先,兩個(gè)火花塞140和142直徑地相對(duì)或直徑地相反安裝,且朝向彼此,如圖4 和圖8所示?;鸹ㄈ?40和142朝向彼此定向。因此,在直徑相對(duì)的兩個(gè)點(diǎn)處啟動(dòng)火花,點(diǎn) 燃燃料空氣混合物并形成很快傳播的火焰前鋒,從而與單火花塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒速率相比, 無疑會(huì)在燃燒室110內(nèi)提供提高的燃料空氣供料的燃燒速率,并朝向彼此覆蓋燃燒室110 的整個(gè)容積且實(shí)現(xiàn)貧燃料空氣混合物的近乎完全燃燒。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)作為使用貧燃料空氣混 合物主要目的的燃料經(jīng)濟(jì)性很有價(jià)值。相反,如果能量輸出是主要關(guān)心的問題,如同現(xiàn)有技 術(shù)中的一樣,則富燃料空氣混合物將是優(yōu)選的,但將造成增加的燃料消耗并極可能增加排 放物(例如碳?xì)浠衔锱欧盼?。其次,火花塞140和142都不位于升高的底座或凸臺(tái)上。相反,火花塞140和142 都安裝在燃燒室110的向下分開或向上匯聚的側(cè)壁112上,這些側(cè)壁112與圖3示例一樣 具有彎曲的幾何形狀。這些側(cè)壁112與缸膛壁109相鄰,燃燒室110形成缸膛108的擴(kuò)展容 積。還可觀察到,火花塞140和142安裝在燃燒室110的基座111處或與之非常鄰近。該 基座111是平面的并且與缸膛壁109相鄰,而且連通缸膛108和燃燒室110?;鸹ㄈ?40和142還安裝成與燃燒室110的側(cè)壁112齊平,如圖4b所示。火花塞140和142的這種布置具有使火花塞前面的燃燒室容積量極大化的優(yōu)點(diǎn)。 圖4a和4b示出了詳細(xì)對(duì)比視圖,其中,圖4a示出了火花塞位于升高的底座或凸臺(tái)43上, 而圖4b示出了火花塞140和142定位成與燃燒室側(cè)壁112齊平。該優(yōu)選實(shí)施例確保了燃 燒室110的大部分在火花塞點(diǎn)火點(diǎn)方面先進(jìn),并確?;鹧媲颁h不需要在每個(gè)火花塞140和 142后面沿回退方向燃燒以及朝向側(cè)壁112處的燃燒室表面回退。這在貧燃料/空氣混合 物于兩個(gè)火花塞140和142處的點(diǎn)火之后啟動(dòng)的火焰前鋒的傳播和發(fā)展方面足以獲得改 進(jìn),由于發(fā)動(dòng)機(jī)100在貧燃料燃燒模式中運(yùn)行,這對(duì)于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的燃料經(jīng)濟(jì)性和/或減少排 放物是很重要的。第三,并且尤其是參照?qǐng)D6,可以注意到,與內(nèi)燃機(jī)A中的火花塞相比較,根據(jù)本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)B中的火花塞140和142彼此位于更大的間隔距離處,并且朝向 彼此定向。該間隔距離可以接近缸膛直徑的尺寸,注意到內(nèi)燃機(jī)B中火花塞140和142的 安裝點(diǎn)大致位于缸膛的周邊。以一比例來表示,該間隔距離與缸膛108的直徑之比接近1。 這與該間隔距離之比明顯低于1的現(xiàn)有技術(shù)的布置形成對(duì)比。這一方面還確保了燃燒區(qū)最 大比例地位于火花塞140和142之間。從每個(gè)火花塞140和142沿著靠近燃燒室110的最 寬處前行的火焰前鋒的傳播和發(fā)展允許更大程度地利用燃燒室110內(nèi)的空間,以便火焰中 心和火焰前鋒沿著寬的前部(而不是一個(gè)點(diǎn))傳播、發(fā)展并相交,結(jié)果是提高了燃燒效率和 燃料經(jīng)濟(jì)性。尤其是圖8和9中示出的燃燒室110的形狀有利于這種火焰前鋒的傳播。為 進(jìn)一步詳盡說明,可以方便地看到,火焰前鋒從每個(gè)火花塞140和142以每個(gè)火花塞為中心 呈圓弧的形式輻射。通過布置根據(jù)本發(fā)明的火花塞140和142,在火焰前鋒大致相交于燃燒 室110中心點(diǎn)的時(shí)刻,火焰前鋒圓弧的半徑最大,并且因此而接近穿過燃燒室110的一條直 線(或者如果三維中模擬是可見的則為平面)。這確保了燃燒室110中心處的燃燒與圍繞 燃燒室的表面112處的燃燒之間具有較短的時(shí)間。這可以與火花塞140和142更靠近一起 的情況相對(duì)照(圖5和6示出了這種對(duì)比),并且它們?cè)谙嘟坏臅r(shí)刻具有更小的半徑,形成 初始相交“點(diǎn)”而不是一條直線,并且其中,該相交點(diǎn)以明顯更低的速度(與參照本發(fā)明描
9述的情況相比)朝向燃燒室表面繼續(xù)向外遷移。而且,發(fā)動(dòng)機(jī)B中,火花塞140和142安裝 在與位于單坡頂式燃燒室110的側(cè)壁112的基座111處的虛擬接合面的端部對(duì)應(yīng)的安裝點(diǎn) 117處,該單坡頂式燃燒室的形狀尤其在圖8和9中示出。基本上位于燃燒室110的基座111處或與之非常鄰近的火花塞140和142的位置 與實(shí)現(xiàn)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)相關(guān)。如圖6所示,這種位置有效地防止火花塞140和142后面 的尾氣截留(trapping)在可能形成爆震趨勢的區(qū)域130中。第四,火花塞140定位成延伸穿過閥驅(qū)動(dòng)裝置或定時(shí)鏈腔室150,因?yàn)檫@允許燃燒 室110內(nèi)空間的最優(yōu)化利用,再次有助于實(shí)現(xiàn)良好的火焰前鋒發(fā)展和前進(jìn)且具有改進(jìn)的燃 燒性能?;鸹ㄈ?40可以設(shè)置有保護(hù)套,以保護(hù)其不受存在于定時(shí)鏈腔室150內(nèi)的潤滑劑 的影響。第五,如圖7a和7b中方便地示出的,活塞頭160中凹部162的設(shè)置用于改進(jìn)燃 燒過程并改進(jìn)燃燒過程中的流體動(dòng)力學(xué)。凹部162是橢圓形的。橢圓形凹部162的主軸 163在兩個(gè)火花塞140和142之間的方向上(也是與閥動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)(即,與凸輪軸的軸 線)“成行”的方向)延伸穿過活塞頭160。這用來形成從每個(gè)火花塞140和142朝向燃燒 室110的中心增大的燃燒室容積。凹部162還有助于在活塞161升高時(shí)保持燃料空氣供料 的高效渦流運(yùn)動(dòng),或者至少使活塞頭160中的凹部162而造成的任何不利影響最小化。圖 5中示出了順時(shí)針的渦流旋轉(zhuǎn)流動(dòng)方向。此外,凹部162的本質(zhì)是在氣缸蓋和活塞161的表面之間提供形成“擠流”區(qū),如 圖7b中的區(qū)域115所示。當(dāng)活塞160在氣缸中朝向上止點(diǎn)(TDC)升高時(shí),燃料空氣供料尤 其被壓縮到兩個(gè)新月形的擠流區(qū)或區(qū)域115內(nèi),并且所形成的供料被“擠壓”而形成朝向燃 燒室110中心區(qū)的擠流,從而促進(jìn)燃料空氣供料的增強(qiáng)混合。因此,供料運(yùn)動(dòng)以及火焰前鋒 穿過燃燒室110的傳播受活塞頭160中的凹部162幾何形狀以及燃燒室表面幾何形狀(包 括擠流區(qū)115和燃燒室表面其它部分的幾何形狀)的影響,以提高燃燒效率。除了燃燒效 率提高之外,由于燃燒室110中存在尾氣而造成的爆震趨勢也減弱,這是由于尾氣不太可 能截留在燃燒室110的非點(diǎn)火區(qū)中,例如位于一個(gè)或兩個(gè)火花塞140和142的后面。這里再次,比圖3發(fā)動(dòng)機(jī)中更朝向彼此定向的火花塞140和142的定向很重要?;?花塞140和142的投影軸以軸線之間成一角度相交,為一鈍角,顯著大于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)中 的角度。而且,從上止點(diǎn)來看,火花塞140和142的投影軸與活塞頭160上的凹部162的主 軸以一大鈍角彼此相交。通過最優(yōu)化利用燃燒室110內(nèi)的空間,這種“開放式”布置使得發(fā) 生在燃燒室110內(nèi)的燃燒過程最優(yōu)。更具體地說,火焰前鋒穿過燃燒室110的比之前燃燒 室設(shè)計(jì)中更大的有效容積而傳播和發(fā)展,在之前燃燒室設(shè)計(jì)中,例如,不是朝向彼此定向的 火花塞具有成角度的定向,這對(duì)于火焰前鋒提供更少的機(jī)會(huì)來相交寬火焰前鋒。燃燒室空 間的這種更大利用提高了燃燒效率并減少了爆震趨勢。本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的改變和變型對(duì)本公開的技術(shù)人員來說將很顯然。這種改變和變型 被認(rèn)為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如,燃燒室110可以具有比由上述的向上彎曲的匯聚側(cè)壁 112給予的曲線幾何形狀更尖銳的幾何形狀。在這種情況下,燃燒室110可以采取棱鏡形 狀,例如三角棱鏡形狀。
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權(quán)利要求
一種四沖程內(nèi)燃機(jī),包括燃燒室,具有至少一個(gè)進(jìn)氣閥和至少一個(gè)排氣閥、和至少兩個(gè)點(diǎn)火裝置;以及缸膛,由缸膛壁限定,具有能夠在所述缸膛內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞,其中,所述燃燒室是所述缸膛的擴(kuò)展容積,所述燃燒室由多個(gè)側(cè)壁以及與所述缸膛壁相鄰的開放式平面基座限定,并且至少一個(gè)點(diǎn)火裝置基本上設(shè)置在位于或鄰近所述燃燒室的基座的第一側(cè)壁處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述燃燒室是單坡頂式設(shè)計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī),其中,第二點(diǎn)火裝置設(shè)置在位于或鄰近所述燃燒 室的基座的第二側(cè)壁處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述點(diǎn)火裝置沿直徑彼此相對(duì)地位于所述第 一和第二側(cè)壁處。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述點(diǎn)火裝置的安裝點(diǎn)與位于所 述燃燒室的所述基座處的接合面的端部對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,至少兩個(gè)所述點(diǎn)火裝置朝向彼此定向。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述點(diǎn)火裝置間的間隔距離與缸 膛直徑之間的比例或比率為1或接近1。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,活塞頭設(shè)置有凹部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī),其中,活塞頭上的所述凹部的形狀形成附加燃燒室 容積,所述附加燃燒室容積沿著從一個(gè)點(diǎn)火裝置到另一個(gè)點(diǎn)火裝置的方向朝向所述缸膛的 中心軸線逐漸增大。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃機(jī),其中,活塞中的凹部的形狀和位置增強(qiáng)所述燃燒室 內(nèi)的燃料空氣供料的渦流運(yùn)動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述凹部的形狀是橢圓形的、橢圓體的、卵 形的或卵形體的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述橢圓形的、橢圓體的、卵形的或卵形體 的凹部的主軸沿著兩個(gè)點(diǎn)火裝置之間的方向延伸穿過所述活塞頭。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,從上止點(diǎn)來看,所述點(diǎn)火裝置 的投影軸與所述活塞頭上的凹部的主軸以一鈍角彼此相交。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述點(diǎn)火裝置中的至少一個(gè)安裝 成與所述燃燒室的所述側(cè)壁的表面齊平。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃機(jī),其中,至少最靠近進(jìn)氣閥的點(diǎn)火裝置安裝成與所 述燃燒室的所述側(cè)壁的所述表面齊平。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的內(nèi)燃機(jī),其中,最接近進(jìn)氣閥的所述點(diǎn)火裝置是沿渦流旋 轉(zhuǎn)流動(dòng)方向最接近。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述進(jìn)氣閥和排氣閥以偏置式布 置設(shè)置在所述燃燒室中。
18.根據(jù)權(quán)利要求8至17中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述活塞頭中的所述凹部的形 狀和位置在活塞與氣缸蓋之間形成擠流區(qū)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的內(nèi)燃機(jī),其中,提供兩個(gè)擠流區(qū),這些擠流區(qū)具有大致新月 形,從而所形成的擠流朝向所述燃燒室的中心區(qū)被引導(dǎo)。
20.一種以四沖程原理運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī),包括(a)氣缸蓋,包括燃燒室和閥機(jī)構(gòu),所述閥機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)進(jìn)氣閥和至少一個(gè)排氣閥;(b)至少兩個(gè)點(diǎn)火裝置,位于所述燃燒室中;以及(c)驅(qū)動(dòng)裝置,用于驅(qū)動(dòng)所述閥機(jī)構(gòu),其中,所述點(diǎn)火裝置沿直徑彼此相對(duì)地設(shè)置在所述燃燒室的基座處,并且至少一個(gè)點(diǎn) 火裝置與所述閥機(jī)構(gòu)設(shè)置在一直線上。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述側(cè)壁向上匯聚。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述發(fā)動(dòng)機(jī)是單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述發(fā)動(dòng)機(jī)在貧燃料燃燒模式下運(yùn)行。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,所述發(fā)動(dòng)機(jī)是小膛發(fā)動(dòng)機(jī)。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī),其中,點(diǎn)火裝置是火花塞。
26.一種包含前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的車輛。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)及包含該內(nèi)燃機(jī)的車輛。本發(fā)明提供了一種四沖程內(nèi)燃機(jī),包括燃燒室(110),具有至少一個(gè)進(jìn)氣閥(123)和至少一個(gè)排氣閥(124)、及至少兩個(gè)點(diǎn)火裝置(140,142);以及缸膛(108),由缸膛壁(109)限定,具有在所述缸膛(108)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞。燃燒室(110)是缸膛(108)的擴(kuò)展容積并由多個(gè)側(cè)壁(112)限定。燃燒室(110)具有與缸膛壁(109)相鄰的開放式平面基座(111)。至少一個(gè)點(diǎn)火裝置(140,142)基本上布置在位于或鄰近燃燒室(110)的基座(111)的第一側(cè)壁(112)處。燃燒室(110)的幾何形狀與至少一個(gè)火花塞的位置一起提高燃燒效率和燃料經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號(hào)F02F3/26GK101929411SQ201010217258
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者亞伯拉罕·約瑟夫, 加內(nèi)?!の魍邘祚R爾, 哈里哈蘭·米索爾·拉姆納特安 申請(qǐng)人:百佳車輛有限公司