專利名稱：多氣缸火花點火引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在例如汽車上的多氣缸火花點火引擎。
背景技術(shù)：
已知現(xiàn)有的火花點火引擎通過利用排氣壓力脈沖來提高扭矩。為了改善掃氣作用的效果，在這種引擎中，設(shè)定有進氣門和排氣門被保持在打開狀態(tài)的氣門重疊期間，并且，在要求高扭矩的運轉(zhuǎn)區(qū)域中，來自排氣壓力脈沖的負壓力波被設(shè)為在上述氣門重疊期間內(nèi)到達排氣口。例如，專利文獻I描述了使氣門重疊期間的相位可改變，并且調(diào)節(jié)負壓力波的時刻使其在氣門重疊期間內(nèi)到達排氣口的方案。另外，專利文獻2描述了設(shè)置有可改變排氣門的氣門開啟時點的氣門開啟時點改變單元，并且根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速來控制氣門開啟時點改變單元，以便來自排氣壓力脈沖的負壓力波在氣門重疊期間內(nèi)到達排氣口，從而改善引擎在寬轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的掃氣作用的效果和提
高扭矩。引用列表專利文獻專利文獻1:日本專利公報第3678861號專利文獻2 :日本專利公開公報第2010-84530號

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題較高的壓縮比有助于提高引擎的熱效率以提高燃料效率。然而，使用汽油或者包含汽油的燃料的火花點火引擎在例如幾何壓縮比高于12的高壓縮比的情況下進行操作時會產(chǎn)生如下問題。 在高壓縮比引擎中，弓丨擎的較高的熱效率能夠提高燃料效率并且能夠提高扭矩。然而，在引擎的高負載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)較容易出現(xiàn)爆震(knocking)。為了減少爆震，可以減少有效壓縮比或者大幅地延遲點火時刻。但如果僅使用這些方法就不能保證充分的高扭矩。也就是說，由于克服爆震的措施而不能獲得充分的高扭矩。專利文獻1、2既沒有關(guān)注于防止在這種高壓縮比引擎中的爆震也沒有關(guān)注于與此相關(guān)的問題。對于如上所述的情況，本發(fā)明的目的在于提供一種多氣缸火花點火引擎，能夠以有效方式減少在高壓縮比引擎的高負載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)的爆震，并且能夠通過保持高壓縮比來獲得高扭矩。解決問題的方案為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種火花點火引擎，其具有四個以上的氣缸，至少包含汽油的燃料被注入該氣缸中。所述引擎具有高于12的幾何壓縮比，并且包括排氣歧管，連接到各氣缸的排氣口 ；可變排氣門正時機構(gòu)，用于改變排氣門的氣門開啟時點；點火時刻控制器，用于控制設(shè)置在各氣缸中的火花塞的點火時刻；和有效壓縮比調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)有效壓縮比。所述排氣歧管具有多個分支排氣通道，連接到所述各氣缸的所述排氣口 ；多個第一收集器部分，分別集合排氣順序不相鄰的所述氣缸的分支排氣通道；多個中間排氣通道，分別被連接到所述第一收集器部分的下游；和第二收集器部分，集合所述中間排氣通道。在所述引擎的高負載區(qū)域中的至少低速和中速區(qū)間內(nèi)，有效壓縮比通過所述有效壓縮比調(diào)節(jié)器被調(diào)節(jié)成大于10的值；所述點火時刻通過所述點火時刻控制器從MBT被延遲規(guī)定量。而且，所述可變排氣門正時機構(gòu)根據(jù)所述引擎轉(zhuǎn)速改變所述排氣門的所述氣門開啟時點，以便在所述進氣門和所述排氣門的所述氣門開啟時點和氣門關(guān)閉時點被定義為氣門升程O. 3mm的情況下，保證所述進氣門和所述排氣門有規(guī)定的氣門重疊期間，且便在多個引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，來自所述排氣壓力脈沖的負壓力波在所述氣缸的所述氣門重疊期間內(nèi)到達所述氣缸的排氣口。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明的多氣缸火花點火引擎，通過有效地利用排氣壓力脈沖從而改善在高壓縮比引擎的高負載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)的掃氣作用(scavenging action)的效果，增加進氣容積效率，減少點火時刻的延遲量，并且保持高有效壓縮比。這樣使得有可能顯著地增加扭矩。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的多氣缸火花點火引擎中的引擎體和排氣歧管的示意性平面圖。圖2是表示引擎體的示意性截面圖。圖3是引擎的排氣系統(tǒng)的示意性平面圖。圖4是表示排氣門和進氣門的開啟/關(guān)閉時點以及重疊期間的圖表。圖5是說明排氣門和進氣門的氣門開啟時點和氣門關(guān)閉時點的定義的視圖。圖6是用于描述氣缸之間的排氣干涉(exhaust interfence)的視圖,其中，(A)表示現(xiàn)有的排氣歧管的情況，(B)表示本發(fā)明的實施方式的引擎排氣歧管的情況。圖7是用于描述壓力波如何在氣缸和排氣歧管的第二收集器部分之間往返的視圖。圖8是說明氣缸的排氣口處產(chǎn)生的壓力變化的圖表。圖9是表示現(xiàn)有排氣歧管的情況下和本發(fā)明的實施方式的引擎排氣歧管的情況下的進氣容積效率在引擎轉(zhuǎn)速的各區(qū)間內(nèi)的變化的數(shù)據(jù)。圖10是表示根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速改變排氣門和進氣門的開啟時點和關(guān)閉時點的特征曲線。圖11是表示往返氣缸和前消音器之間的壓力波在排氣口的壓力變化視圖。圖12是表示往返氣缸和主消音器之間的壓力波在排氣口的壓力變化視圖。圖13是表示例如在1500rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖14是表示例如在2000rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖15是表示例如在2500rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖16是表示例如在3000rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖17是表示例如在5000rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖18是表示對應(yīng)于本發(fā)明實例的幾何壓縮比CR為14的引擎和對應(yīng)于對比例的幾何壓縮比CR為11的引擎的引擎轉(zhuǎn)速和點火時刻之間的關(guān)系的特征曲線。圖19是通過改善掃氣作用以增加容積效率和通過改善爆震減少以減少點火時刻的延遲量，來說明提高幾何壓縮比為14的引擎和幾何壓縮比為11的引擎的扭矩改善的效果的視圖。
具體實施例方式下面參考附圖描述本發(fā)明的多氣缸火花點火引擎中的排氣組件的實施方式。圖1示意性地表示多氣缸火花點火引擎中的引擎體I和排氣歧管30。圖2示意性地表示引擎體I的橫面。本發(fā)明的引擎是具有四個以上氣缸的多氣缸火花點火引擎，汽油或者包含汽油的燃料被噴入氣缸中。在本實施方式中，該引擎為串聯(lián)的四氣缸火花點火引擎。更具體地說，如圖1所示，引擎體I具有四個氣缸2 :從一側(cè)依次為第一氣缸2a、第二氣缸2b、第三氣缸2c和第四氣缸2d。該引擎是四沖程引擎，在該引擎中，在各氣缸2中進行進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。本實施方式中描述的四氣缸引擎，依次在第一氣缸2a、第三氣缸2c、第四氣缸2d和第二氣缸2b中每隔180度的曲軸旋轉(zhuǎn)進行火花點火，從而依次出現(xiàn)例如排氣沖程的沖程。另外，該引擎的高壓縮比，即幾何壓縮比高于12。幾何壓縮比被定義為在活塞處于下死點的情況下的燃燒室容積與在活塞處于上死點的情況下的燃燒室容積的比。如圖2所示，引擎體I包括各氣缸2中設(shè)置的氣缸蓋3和氣缸體4。氣缸2收容活塞5,并且燃燒室6形成在活塞5上方。與燃燒室6連通的進氣口 7和排氣口 8設(shè)置在各氣缸2上方。進氣口 7是用于將空氣引入各氣缸2的路徑。排氣口8允許排出氣體從各氣缸2排出。進氣口7的開啟和關(guān)閉由進氣門9控制。排氣口 8的開啟和關(guān)閉由排氣門10控制。此外，用于將燃料噴入燃燒室6的燃料噴射氣門11和點燃燃燒室6內(nèi)的空氣燃料混合物的火花塞12布置于各氣缸2。當如圖2所示的燃料噴射氣門11將燃料直接噴入燃燒室6時，其可以將燃料噴入進氣口 7。進氣門9由進氣門驅(qū)動機構(gòu)13驅(qū)動。排氣門10由排氣門驅(qū)動機構(gòu)16驅(qū)動。進氣門驅(qū)動機構(gòu)13具有進氣凸輪軸14和可變進氣門正時機構(gòu)15。進氣門9通過進氣凸輪軸14的旋轉(zhuǎn)而開啟和關(guān)閉，進氣凸輪被安裝在進氣凸輪軸14上?？勺冞M氣門正時機構(gòu)15允許改變進氣門9的開啟和關(guān)閉時刻。該可變進氣門正時機構(gòu)15能夠通過改變進氣門9的關(guān)閉時刻來調(diào)節(jié)有效壓縮比，并且構(gòu)成有效壓縮比調(diào)節(jié)器。應(yīng)該注意有效壓縮比被定義為在進氣門被關(guān)閉的情況下的燃燒室容積與在活塞處于上死點的情況下的燃燒室容積的比。進一步，排氣門驅(qū)動機構(gòu)16具有排氣凸輪軸17和可變排氣門正時機構(gòu)18。排氣門10通過排氣凸輪軸17的旋轉(zhuǎn)而開啟和關(guān)閉，排氣凸輪被安裝在該排氣凸輪軸17上?？勺兣艢忾T正時機構(gòu)18允許改變排氣門10的開啟和關(guān)閉時刻。本實施方式中的可變進氣門正時機構(gòu)15和可變排氣門正時機構(gòu)18都由定相的可變氣門正時機構(gòu)(phasing variable valve timing mechanism)組成。定相的可變氣門正時機構(gòu)不改變氣門開啟的持續(xù)時間而改變其開啟和關(guān)閉的時刻?？勺儦忾T正時機構(gòu)的各結(jié)構(gòu)是已知的，因此沒有特別地說明和描述它們。例如，用于移動相位角的構(gòu)件設(shè)置在凸輪滑輪和凸輪軸之間，以允許互相旋轉(zhuǎn)，曲柄軸的旋轉(zhuǎn)通過定時帶被轉(zhuǎn)移到凸輪軸。該構(gòu)件由電力或者液壓驅(qū)動?？勺冞M氣門正時機構(gòu)15和可變排氣門正時機構(gòu)18由用于引擎控制的微機控制器20控制。該控制器20還通過點火電路21控制火花塞12發(fā)出火花的時間。控制器20和點火電路21構(gòu)成點火時刻控制器。控制器20供應(yīng)來自轉(zhuǎn)速傳感器22的信號，該轉(zhuǎn)速傳感器22檢測引擎的轉(zhuǎn)速。其還供應(yīng)有來自例如未顯示的節(jié)流傳感器的傳感器的信號，該傳感器檢測引擎的負載。排氣歧管30被連接到引擎體I的一側(cè)。排氣歧管30包括四個分支排氣通道31，該四個分支排氣通道31被連接到各氣缸2的排氣口 8 ;兩個第一收集器部分32，各第一收集器部分32集合排氣順序不相鄰的氣缸的分支排氣通道31 ;兩個中間排氣通道33，該兩個中間排氣通道33分別被連接到第一收集器部分32的下游；和單個第二收集器部分34，該第二收集器部分34集合中間排氣通道
33。如上所述，依次在第一氣缸2a、第三氣缸2c、第四氣缸2d和第二氣缸2b中出現(xiàn)排氣沖程的四氣缸引擎中，在被連接到各氣缸2的排氣口 8的四個分支排氣通道31中，與第一氣缸2a和第四氣缸2d的排氣口 8連通的分支排氣通道31彼此集合，與第二氣缸2b和第三氣缸2c的排氣口 8連通的分支排氣通道31彼此集合，從而形成兩個第一收集器部分32和在該處下游的兩個中間排氣通道33。在第二收集器部分34的下游側(cè)，兩個中間排氣通道33彼此集合。第二收集器部分34的下游部分用作單個排氣通道35。這些通道的橫截面積被設(shè)定成，一個分支排氣通道31的橫截面積S1、一個中間排氣通道33的橫截面積S2和位于第二收集器部分34的下游的排氣通道35的橫截面積S3滿足如下關(guān)系(S2/S1)〈(S3/S2)。換句話說，中間排氣通道33的橫截面積S2從分支排氣通道31的橫截面積SI的徑向延伸相對較小，位于第二收集器部分34的下游的排氣通道35的橫截面積S3從中間排氣通道33的橫截面積S2的徑向延伸很大程度變大。圖3示意性地表示包括排氣歧管30和設(shè)置在其下游的組件的排氣系統(tǒng)。如該圖所示，位于排氣歧管30的第二收集器部分34的下游的排氣通道35被連接到緊密聯(lián)接的催化器36，該催化器36的下游經(jīng)由柔性連接部37依次被連接到催化器38。緊密聯(lián)接的催化器36和催化器38用于凈化廢氣，并且具有中空的圓柱形殼體和布置在貫穿該殼體的通道內(nèi)部的催化劑。另外，在排氣歧管30的下游設(shè)置有多個直徑擴大空腔，直徑擴大空腔在內(nèi)部分別具有排氣通道橫截面擴大的空間。在本實施方式中，前消音器41構(gòu)成上游側(cè)直徑擴大空腔，主消音器42構(gòu)成下游側(cè)直徑擴大空腔。前消音器41被連接到催化器38的下游。主消音器42通過具有規(guī)定長度的排氣管43被連接到前消音器41的下游。如稍后描述的，從各氣缸2延伸至排氣歧管30的第二收集器部分34的通道長度LI和從各氣缸2至前消音器41的通道長度L2之間的關(guān)系被設(shè)定成3*L1〈L2〈4*L1。通道長度LI和從各氣缸2至主消音器42的通道長度L3之間的關(guān)系被設(shè)定成5*L1〈L3〈7*L1。圖4表示排氣門10和進氣門9的開啟/關(guān)閉時刻。在該圖中，EVO表示排氣門10的氣門開啟時點，EVC表示排氣門10的氣門關(guān)閉時點，IVO表示進氣門9的氣門開啟時點，IVC表示進氣門9的氣門關(guān)閉時點。另外，OL表示進氣門9和排氣門10的氣門重疊期間。如該圖所示，排氣門10的開啟/關(guān)閉時刻和進氣門9的開啟/關(guān)閉時刻分別可在實線表示的時刻和虛線表示的時刻之間進行改變。在本實施方式中，控制器20根據(jù)例如引擎轉(zhuǎn)速和引擎負載的工作狀態(tài)控制可變進氣門正時機構(gòu)15和可變排氣門正時機構(gòu)18，可變進氣門正時機構(gòu)15和可變排氣門正時機構(gòu)18依次控制排氣門10的開啟/關(guān)閉時刻和進氣門9的開啟/關(guān)閉時刻。尤其是，在引擎的高負載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)(在低/中速且高負載的狀態(tài)中)，進氣門9的氣門關(guān)閉時點IVC被控制成使得有效壓縮比變得大于10。此外，在引擎的這種低/中速和高負載狀態(tài)中，排氣門10的氣門開啟時點EVO根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速而改變，使得保持一定持續(xù)時間的氣門重疊期間OL并且來自排氣壓力脈沖的負壓力波在處于不同引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間的氣缸2的氣門重疊期間OL中到達給定氣缸2的排氣口 8。進氣門9和排氣門10的氣門開啟時點IVO、EVO和氣門關(guān)閉時點IVC、EVC被定義為氣門升程O. 3mm。O. 3mm的氣門升程對應(yīng)于圖5所示的氣門升程輪廓(profile)中的坡道的高度(在氣門升程的輪廓具有接近氣門開啟/關(guān)閉點的平緩斜坡期間的間隔)。因此，進氣門9和排氣門10的開啟時點以及氣門重疊期間OL在除坡道之外的持續(xù)時間內(nèi)。在引擎的低負載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)(在低/中速且低負載的狀態(tài)中)，控制器20控制進氣門9的氣門關(guān)閉時點IVC以相對于低/中速且高負載的狀態(tài)降低有效壓縮比。換句話說，即使進氣門9的氣門關(guān)閉時點IVC在進氣下死點之后，在低負荷狀態(tài)下通過從進氣下死點延遲大于高負載狀態(tài)時的量，可降低有效壓縮比。如上所述，控制器20控制進氣門9和排氣門10的打開時點和關(guān)閉時點，并且控制火花塞12發(fā)出火花的時刻。在引擎的低/中速且高負載的狀態(tài)中，點火時刻從MBT (用于最佳扭矩的點火時刻)被延遲規(guī)定量。此處使用的規(guī)定量對應(yīng)于能夠減少爆震的被延遲的程度的量(S)。下面描述本實施方式的引擎的操作。在本實施方式的引擎中，排氣歧管30的優(yōu)勢在于具有以下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)防止氣缸之間的排氣干涉影響掃氣作用的效果，并且來自壓力脈沖的負壓力在氣門重疊期間OL內(nèi)到達排氣口 8而增加掃氣作用的效果。這些效果參考圖6至8進行描述。圖6是用于描述氣缸之間的排氣干涉的視圖，其中，圖6 (A)表不現(xiàn)有的排氣歧管的情況，短分支排氣通道集合到一起形成單個的收集器部分(其結(jié)構(gòu)在左側(cè)示意性地表示)，圖6 (B)表示本實施方式的排氣歧管的情況(其結(jié)構(gòu)在左側(cè)示意性地表示)。這些圖還表不第一氣缸的排氣門和進氣門的開啟時點和關(guān)閉時點、以及第三氣缸的排氣門的開啟時點和關(guān)閉時點。另外，虛線表示因開啟第三氣缸的排氣門而在該第三氣缸的排氣口產(chǎn)生的壓力。
如這些圖所示，第三氣缸的排氣門剛開啟后，快速排出的排出氣體(所謂的放氣(blow down))在排氣口產(chǎn)生高的正壓力。第一氣缸具有氣門重疊期間0L，該氣門重疊期間OL在第三氣缸的排氣門開啟時點稍后開始。在第三氣缸中產(chǎn)生的正壓力波被傳播至其他的氣缸。如圖6 (A)所示的現(xiàn)有的排氣歧管具有從第三氣缸至第一氣缸的短的壓力波傳播路徑。因此，在氣缸的氣門重疊期間OL中，尤其在大約2000rpm或者4000rpm的低/中速區(qū)間內(nèi)，正壓力波到達第一氣缸的排氣口，從而會影響掃氣作用。另一方面，在如圖6 (B)所示的本實施方式的排氣歧管30中，第三氣缸2c中產(chǎn)生的正壓力波通過從第三氣缸2c延伸至第二收集器部分34的分支排氣通道31和中間排氣通道33，并且通過從第二收集器部分34延伸至第一氣缸2a的中間排氣通道33和分支排氣通道31而傳播至第一氣缸2a。從上述可以明顯看出存在更長的壓力波傳播路徑，該更長的壓力波傳播路徑延遲用于第三氣缸中產(chǎn)生的正壓力波到達第一氣缸2a的排氣口 8的時亥丨J。在第一氣缸2a的氣門重疊期間OL中，甚至在大約2000rpm或者4000rpm的低/中速區(qū)間內(nèi)，正壓力波不到達氣缸2a的排氣口 8。這樣防止因排氣干涉而使掃氣作用的效果下降。其次，參考圖7、8描述作用在排氣口 8上的來自排氣壓力脈沖的壓力波。排氣門10剛開啟后，基于各氣缸2的放氣會產(chǎn)生大的正壓力波，從而在排氣歧管30中產(chǎn)生排氣壓力脈沖。在這種情況下，在如圖1所示的排氣歧管30中，滿足上述的關(guān)系(S2/S1X (S3/S2)。因此，壓力波的大部分成分不被轉(zhuǎn)化而穿過集合了排氣順序不相鄰的氣缸的分支排氣通道31的第一收集器部分32。壓力波在第二收集器部分34中被轉(zhuǎn)化并且從此處被反射。因此，如圖7所示，壓力波往返氣缸2和第二收集器部分34之間，壓力在第二收集器部分34進行正壓力和負壓力之間的轉(zhuǎn)化。因此，排氣口 8交替地接收負壓力波和正壓力波。因此，到達排氣口 8的壓力波是在第一(第一往返)、第三(第三往返)和第五(第五往返)傳播時為負壓力波；在第二(第二往返)、第四(第四往返)和第六(第六往返)傳播時為正壓力波。作用在排氣口 8上的壓力如圖8所示波動，并且壓力波在負和正之間轉(zhuǎn)化而且往返中逐漸地減弱。在氣門重疊期間OL中到達排氣口 8的、來自這種排氣壓力脈沖的負壓力波允許從氣缸2吸收有益的廢氣從而改善掃氣作用的效果。應(yīng)該注意引擎轉(zhuǎn)速的變化會產(chǎn)生從排氣門剛開啟后的正壓力波的出現(xiàn)到氣門重疊期間為止的持續(xù)時間的變化，從而產(chǎn)生負壓力波到達排氣口 8的時間相對于氣門重疊期間OL的變化。如果從氣缸2至第二收集器部分34的通道長度LI被設(shè)定成，例如第一負壓力波在大約5000rpm的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的氣門重疊期間OL內(nèi)到達排氣口 8，則第三負壓力波在大約2500至3000rpm的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的氣門重疊期間OL中到達排氣口 8，并且第五負壓力波在大約1500至2000rpm的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的氣門重疊期間OL中到達排氣口 8。這樣甚至在引擎的低/中轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)也能夠通過負壓力波改善掃氣作用的效果。本實施方式的排氣歧管30允許用于這樣的設(shè)置。相對于此,如圖6 (A)不意性地表不的現(xiàn)有的排氣歧管具有在氣缸和收集器部分之間的短路徑，壓力波在該短路徑內(nèi)的往復(fù)時間較短。在引擎的低/中轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，壓力波在從排氣門剛開啟后的正壓力波的出現(xiàn)到氣門重疊期間為止的時間內(nèi)更頻繁地往返。像這樣，由于壓力波嚴重減弱，從而無法利用負壓力波改善掃氣作用的效果。
圖9表示針對短分支排氣通道被集合到一起形成一個收集器部分的現(xiàn)有排氣歧管(其結(jié)構(gòu)示意性地表示在右下側(cè))、和本實施方式的排氣歧管(其結(jié)構(gòu)示意性地表示在右上側(cè))，使進氣及排氣門的開啟/關(guān)閉時點設(shè)定成可保證一定的氣門重疊期間時的、進氣容積效率在各引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的變化的數(shù)據(jù)。如該附圖所示，在上述的現(xiàn)有排氣歧管中，排氣干涉將會影響整個低至高速區(qū)間的掃氣作用的效果，如上所述。另外，負壓力波幾乎不會改善如上所述的掃氣作用的效果。因此，其將具有更小的容積效率。另一方面，本實施方式的排氣歧管30能夠通過在整個低至高速區(qū)間的排氣干涉來防止掃氣作用的效果下降，該排氣干涉會導(dǎo)致更高值的容積效率。此外，在例如大約2000rpm、大約3500rpm和大約5000rpm的規(guī)定的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，負壓力波在氣門重疊期間OL中作用在排氣口 8上，從而改善掃氣作用的效果。當排氣門10的開啟時期和氣門重疊期間OL都被固定時，負壓力波在氣門重疊期間OL中、只有在規(guī)定的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)到達排氣口 8。在除上述轉(zhuǎn)速區(qū)間之外的一個或多個轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，負壓力波到達排氣口 8的時間不會落在氣門重疊期間OL內(nèi)。另一方面，在本實施方式中，排氣門10的開啟時期能夠根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速而被改變，在多個轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，負壓力波在氣門重疊期間OL內(nèi)到達排氣口 8。如圖10和表I所示，排氣門10的開啟時點和關(guān)閉時點以及進氣門9的開啟時點和關(guān)閉時點根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速而被改變。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種多氣缸火花點火引擎，具有四個以上的氣缸，至少包含汽油的燃料被注入該氣缸中，其特征在于， 所述多氣缸火花點火引擎具有高于12的幾何壓縮比， 所述多氣缸火花點火引擎包括: 排氣歧管，連接到各氣缸的排氣口 ； 可變排氣門正時機構(gòu)，用于改變排氣門的氣門開啟時點； 點火時刻控制器，用于控制設(shè)置在各氣缸中的火花塞的點火時刻；和 有效壓縮比調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)有效壓縮比；其中， 所述排氣歧管具有:多個分支排氣通道，連接到所述各氣缸的所述排氣口 ；多個第一收集器部分，分別集合排氣順序不相鄰的所述氣缸的分支排氣通道；多個中間排氣通道，分別被連接到所述第一收集器部分的下游；和第二收集器部分，集合所述中間排氣通道； 在所述引擎的高負載區(qū)域中的至少低速和中速區(qū)間內(nèi)，有效壓縮比通過所述有效壓縮比調(diào)節(jié)器被調(diào)節(jié)成大于10的值；所述點火時刻通過所述點火時刻控制器從MBT被延遲規(guī)定量；所述可變排氣門正時機構(gòu)根據(jù)所述引擎轉(zhuǎn)速改變所述排氣門的所述氣門開啟時點，以便在所述進氣門和所述排氣門的所述氣門開啟時點和氣門關(guān)閉時點被定義為氣門升程0.3mm的情況下，保證所述進氣門和所述排氣門有規(guī)定的氣門重疊期間，且便在多個引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，來自所述排氣壓力脈沖的負壓力波在所述氣缸的所述氣門重疊期間內(nèi)到達所述氣缸的排氣口。
2.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 所述分支排氣通道的橫截面積S1、所述中間排氣通道的橫截面積S2和位于所述第二收集器部分下游的排氣通道的橫截面積S3之間的關(guān)系被設(shè)定成:(S2/S1) < (S3/S2)。
3.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 在所述排氣歧管的下游設(shè)置有直徑擴大空腔，所述直徑擴大空腔在內(nèi)部具有橫截面擴大的空間，所述直徑擴大空腔的位置被設(shè)定成:在引擎低速側(cè)的規(guī)定的第一引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，所述排氣門開啟后立即產(chǎn)生的正壓力波在所述直徑擴大空腔中被轉(zhuǎn)化成負壓力波，并且所述負壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)達到所述排氣口。
4.如權(quán)利要求3所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 在所述排氣歧管的下游設(shè)置有多個直徑擴大空腔，所述直徑擴大空腔具有上游側(cè)直徑擴大空腔和位于所述上游側(cè)直徑擴大空腔下游的下游側(cè)直徑擴大空腔， 在所述第一引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，在所述下游側(cè)直徑擴大空腔中被轉(zhuǎn)化的所述負壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達所述排氣口 ；在高出所述第一引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間規(guī)定量的第三引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，在所述上游側(cè)直徑擴大空腔中被轉(zhuǎn)化的所述負壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達所述排氣口 ；在所述第一引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間和所述第三引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間之間的第二引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間以及高于所述第三引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間的第四引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，來自所述排氣歧管的所述壓力脈沖的所述負壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達所述排氣口。
5.如權(quán)利要求4所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 從各氣缸延伸到所述排氣歧管的所述第二收集器部分的通道長度LI和從各氣缸到所述上游側(cè)直徑擴 大空腔的通道長度L2之間的關(guān)系被設(shè)定成:3*L1〈L2〈4*L1， 并且，所述通道長度LI和從各氣缸到所述下游側(cè)直徑擴大空腔的通道長度L3之間的關(guān)系被設(shè)定成:5*L1〈L3〈7*L1。
6.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 所述有效壓縮比調(diào)節(jié)器由改變所述進氣門的所述氣門關(guān)閉時點的可變進氣門正時機構(gòu)形成，所述可變進氣門正時機構(gòu)被設(shè)定成:在所述引擎的低負載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)，改變所述進氣門的所述氣門關(guān)閉時點，使得所述有效壓縮比小于所述高負荷區(qū)域中的有效壓縮比。
7.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 所述排氣門的所述氣門開啟時點被設(shè)定成:當所述引擎轉(zhuǎn)速為1500rpm時，來自所述排氣壓力脈沖的第五負壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達所述排氣口。
8.如權(quán)利要求7所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 當在1500rpm到2000rpm的引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)時，所述排氣門的所述氣門開啟時點隨著所述引擎轉(zhuǎn)速增加而逐漸提前。
9.如權(quán)利要求8所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 所述引擎轉(zhuǎn)速為2500rpm時的所述排氣門的所述氣門開啟時點比所述引擎轉(zhuǎn)速為2000rpm時的所述排氣門的所述氣門開啟時點被延遲,并且當在2500rpm到4000rpm的引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)時，所述排氣門的所述氣門開啟時點隨著所述弓I擎轉(zhuǎn)速增加而逐漸提前。
10.如權(quán)利要求9所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 在引擎轉(zhuǎn)速高于4000rpm的高速區(qū)間內(nèi)，所述排氣門的所述氣門開啟時點比在4000rpm時的所述氣門開啟時點被保持提前。
11.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 所述有效壓縮比調(diào)節(jié)器由改變所述進氣門的氣門關(guān)閉時點的可變進氣門正時機構(gòu)形成， 所述進氣門的所述氣門關(guān)閉時點被保持于:當在1500rpm到3000rpm的引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)時，所述引擎的所述有效壓縮比超過10的規(guī)定時點。
12.如權(quán)利要求11所述的多氣缸火花點火引擎，其特征在于， 當所述引擎轉(zhuǎn)速為3500rpm以上時，所述進氣門的所述氣門關(guān)閉時點隨著所述引擎轉(zhuǎn)速增加而逐漸延遲。
全文摘要
一種多氣缸火花點火引擎，該引擎具有高于12的幾何壓縮比，并且包括排氣歧管、可變排氣門正時機構(gòu)、點火時刻控制器和有效壓縮比調(diào)節(jié)器。所述排氣歧管具有多個分支排氣通道，連接到所述各氣缸的所述排氣口；多個第一收集器部分，分別集合排氣順序不相鄰的所述氣缸的分支排氣通道；多個中間排氣通道，分別被連接到所述第一收集器部分的下游；和第二收集器部分，集合所述中間排氣通道。在所述引擎的高負載區(qū)域中的至少低速和中速區(qū)間內(nèi)，所述有效壓縮比被設(shè)定成大于10的值；所述點火時刻被延遲；所述排氣門的所述氣門開啟時點根據(jù)所述引擎轉(zhuǎn)速改變，以便保證有規(guī)定的氣門重疊期間，且便在多個引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，來自排氣壓力脈沖的負壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達排氣口。這樣，在通過保持高壓縮比來獲得高扭矩的情況下，有效地減少引擎在高負載區(qū)域中的中速和低速區(qū)間內(nèi)的爆震。
文檔編號F02D15/00GK103080506SQ20118004040
公開日2013年5月1日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月21日
發(fā)明者志志目宏二, 佐佐木潤三, 大森秀樹 申請人:馬自達汽車株式會社