火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種燃燒室結(jié)構(gòu)包括位于燃燒室的外周部中由進(jìn)氣口的開口部和氣缸孔的壁包圍的第一區(qū)域內(nèi)的擠壓區(qū)。所述第一區(qū)域具有第一高度，并且所述第一高度小于所述燃燒室的外周部的除所述第一區(qū)域以外的任何區(qū)域的高度。所述燃燒室結(jié)構(gòu)還包括位于所述燃燒室的外周部中由排氣口的開口部和氣缸孔的壁包圍的第二區(qū)域內(nèi)的逆向擠壓區(qū)。所述第二區(qū)域具有第二高度，并且所述第二高度大于所述燃燒室的外周部的除所述第二區(qū)域以外的任何區(qū)域的高度。
【專利說明】
火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在如日本專利申請公報N0.2009-41397(JP 2009-41397 A)中記載的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中，從兩個進(jìn)氣口吸入的氣流在沿氣缸的軸向回旋的同時形成被導(dǎo)向兩個排氣口的翻滾流，使得從該翻滾流產(chǎn)生沿彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)的雙氣流(雙渦旋)。如果產(chǎn)生雙氣流，則點火之后的火焰?zhèn)鞑テ蛉紵业倪M(jìn)排氣方向上的一側(cè)。在這方面，在JP 2009-41397 A的燃燒室中，設(shè)置在進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)的兩個擠壓(擠氣)區(qū)以不同寬度形成，使得位于火焰?zhèn)鞑ニ虻囊粋?cè)的擠壓區(qū)的寬度大于位于另一側(cè)的擠壓區(qū)的寬度。因此，能預(yù)先防止會由火焰?zhèn)鞑サ钠x引起的爆震。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在JP2009-41397 A的燃燒室結(jié)構(gòu)中，燃燒室在活塞的上死點附近的截面形狀被設(shè)計成與產(chǎn)生雙氣流時傳播的火焰的形狀一致。因而，該燃燒室結(jié)構(gòu)無法抑制或防止雙氣流本身的產(chǎn)生。
[0004]本發(fā)明提供了一種抑制或防止從形成在燃燒室中的翻滾流產(chǎn)生沿彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)的雙氣流的燃燒室結(jié)構(gòu)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)，所述燃燒室結(jié)構(gòu)構(gòu)造成在燃燒室的上壁附近產(chǎn)生作為從進(jìn)氣側(cè)被導(dǎo)向排氣側(cè)的氣流的翻滾流。所述燃燒室結(jié)構(gòu)包括位于所述燃燒室的外周部中由進(jìn)氣口的開口部和氣缸孔的壁包圍的第一區(qū)域內(nèi)的擠壓區(qū)。所述燃燒室的所述第一區(qū)域具有在所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的活塞位于上死點處時在氣缸的軸向上測定的第一高度，并且所述第一高度小于所述燃燒室的外周部的除所述第一區(qū)域以外的任何區(qū)域的高度。所述燃燒室結(jié)構(gòu)還包括位于所述燃燒室的外周部中由排氣口的開口部和所述氣缸孔的壁包圍的第二區(qū)域內(nèi)的逆向擠壓區(qū)。所述燃燒室的所述第二區(qū)域具有在所述活塞位于上死點處時在所述氣缸的軸向上測定的第二高度，并且所述第二高度大于所述燃燒室的外周部的除所述第二區(qū)域以外的任何區(qū)域的高度。
[0006]從翻滾流產(chǎn)生的雙氣流具有從燃燒室的排氣側(cè)被導(dǎo)向進(jìn)氣側(cè)的氣流成分。利用上述布置結(jié)構(gòu)，在壓縮上死點附近，從擠壓區(qū)產(chǎn)生方向與該氣流成分的方向相反的氣流，使得該氣流被吸入逆向擠壓區(qū)而被強(qiáng)化。結(jié)果，能抵消上述氣流成分，從而能抑制或防止雙氣流本身的產(chǎn)生。
[0007]如上所述的燃燒室結(jié)構(gòu)還可包括中間區(qū)和和副擠壓區(qū)。所述中間區(qū)位于所述燃燒室的外周部中由所述進(jìn)氣口的開口部、所述排氣口的開口部和所述氣缸孔的壁包圍的第三區(qū)域內(nèi)。所述第三區(qū)域具有在所述活塞位于上死點處時在所述氣缸的軸向上測定的第三高度，并且所述第三高度介于所述第一區(qū)域的所述第一高度和所述第二區(qū)域的所述第二高度之間。所述副擠壓區(qū)位于所述中間區(qū)和所述逆向擠壓區(qū)之間，并且所述副擠壓區(qū)具有在所述活塞位于上死點處時與所述第一區(qū)域的所述第一高度大致相等的高度。
[0008]從翻滾流產(chǎn)生的雙氣流在燃燒室的外周部中在進(jìn)排氣方向上具有從進(jìn)氣側(cè)被導(dǎo)向排氣側(cè)的氣流成分。利用上述布置結(jié)構(gòu)，在壓縮上死點附近，能從副擠壓區(qū)產(chǎn)生方向與外周部中的氣流成分的方向相反的氣流。結(jié)果，能抵消外周部的氣流成分，并且能有利地抑制或防止雙氣流的產(chǎn)生。
【附圖說明】
[0009]下面將參照【附圖說明】本發(fā)明的示例性實施方式的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素，并且其中:
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒室的示意性剖視圖；
[0011 ]圖2是從氣缸蓋側(cè)觀察時的燃燒室的平面圖；
[0012]圖3A是圖2的IIIA-1IIA剖視圖；
[0013]圖3B是圖2的IIIB-1IIB剖視圖；
[0014]圖3C是圖2的IIIC-1IIC剖視圖；
[0015]圖4是用于說明基于燃燒室的結(jié)構(gòu)的作用的視圖；
[0016]圖5是示出壓縮上死點前后的氣體流速的變化的視圖；
[0017]圖6A和圖6B是示出用于比較的燃燒室內(nèi)的壓縮上死點處的氣流分布的視圖；
[0018]圖7是示出用于比較的燃燒室內(nèi)的壓縮上死點處的氣流的速度分布的視圖；
[0019]圖8是示出用于比較的燃燒室內(nèi)隨著時間經(jīng)過的火焰?zhèn)鞑サ囊晥D；
[0020]圖9是用于說明基于根據(jù)本發(fā)明實施方式的燃燒室的結(jié)構(gòu)的效果的視圖；以及[0021 ]圖10是示出本發(fā)明實施方式的一個修改例的視圖。
【具體實施方式】
[0022]將參照【附圖說明】根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)。
[0023]本實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)作為驅(qū)動源安裝在諸如車輛的移動體上。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的發(fā)動機(jī)的燃燒室的示意性剖視圖。如圖1所示，活塞14在發(fā)動機(jī)10的氣缸12內(nèi)設(shè)置成使得活塞14能與氣缸12滑動接觸地在氣缸12內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。在氣缸12上裝設(shè)有氣缸蓋16。燃燒室18由氣缸12的孔壁、活塞14的頂面和氣缸蓋16的底部限定。
[0024]在氣缸蓋16中設(shè)置有用于將燃料直接噴射到燃燒室18內(nèi)的燃料噴射閥20。在氣缸蓋16中還設(shè)置有用于點燃燃燒室18內(nèi)的空燃混合物的火花塞22。即，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10是缸內(nèi)或直噴型火花點火式發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)10可以是進(jìn)氣口噴射型火花點火式發(fā)動機(jī)。
[0025]在氣缸蓋16的下表面中形成有進(jìn)氣口 24和排氣口 26。燃燒室18經(jīng)由進(jìn)氣口 24與進(jìn)氣通路28連通，并經(jīng)由排氣口 26與排氣通路30連通。進(jìn)氣口 24以促進(jìn)作為沿在圖1中用箭頭Tb表示的方向回旋的豎直流的進(jìn)氣翻滾流的產(chǎn)生的形狀形成。在進(jìn)氣通路28中可設(shè)置有用于有效地產(chǎn)生翻滾流的氣流控制閥。在各進(jìn)氣口 24中設(shè)置有進(jìn)氣門32。在各排氣口 26中設(shè)置有排氣門34。
[0026]圖2是從氣缸蓋16側(cè)看去時的燃燒室18的平面圖。在圖2中，“IN”表示燃燒室18的進(jìn)氣側(cè)，而“EX”表示燃燒室18的排氣側(cè)?！癋R”表示安裝了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的移動體的前方，而“Re”表不移動體的后方。
[0027]如圖2所示，燃燒室18的外周部由三種類型的區(qū)域36、38、40構(gòu)成。區(qū)域36形成在燃燒室18的外周部中的兩個部位(36a，36b)。更具體地，區(qū)域36a形成在位于燃燒室18的Fr(前方)側(cè)的進(jìn)氣口 24的開口部的外側(cè)和氣缸12的孔壁的內(nèi)側(cè)。區(qū)域36b形成在位于燃燒室18的Re(后方)側(cè)的進(jìn)氣口 24的開口部的外側(cè)和氣缸12的孔壁的內(nèi)側(cè)。區(qū)域38形成在燃燒室18的外周部中的三個部位(區(qū)域38a-38c)。更具體地，區(qū)域38a形成在位于燃燒室18的IN(進(jìn)氣)側(cè)的兩個進(jìn)氣口 24的開口部的外側(cè)和氣缸12的孔壁的內(nèi)側(cè)。區(qū)域38b形成在位于燃燒室18的Fr(前方)側(cè)的排氣口 26的開口部的外側(cè)和氣缸12的孔壁的內(nèi)側(cè)。區(qū)域38c形成在位于燃燒室18的Re (后方)側(cè)的排氣口 2 6的開口部的外側(cè)和氣缸12的孔壁的內(nèi)側(cè)。當(dāng)活塞14位于上死點處時，區(qū)域38a-38c形成活塞14的頂面和與該頂面對向的氣缸蓋16的底部之間的擠壓區(qū)。區(qū)域40形成在燃燒室18的Ex(排氣)側(cè)的外周部中。更具體地，區(qū)域40形成在位于燃燒室18的Ex (排氣)側(cè)的兩個排氣口 26的開口部的外側(cè)和氣缸12的孔壁的內(nèi)側(cè)。
[0028]圖3A-圖3C是圖2的剖視圖。圖3A是圖2的IIA-1IA剖視圖，且圖3B是圖2的IIB-1IB剖視圖，而圖3C是圖2的IIC-1IC剖視圖。在圖3A-圖3C中，H36b是沿氣缸12的孔壁測定的區(qū)域36b的高度。!1383是沿氣缸12的孔壁測定的區(qū)域38a的高度，且H38b是沿氣缸12的孔壁測定的區(qū)域38b的高度，而H38c是沿氣缸12的孔壁測定的區(qū)域38c的高度。H40是沿氣缸12的孔壁測定的區(qū)域40的高度。
[0029 ] 如圖3所示的高度H38a、H3Sb和H38c的關(guān)系為H38a = H3Sb = H38c。這是因為區(qū)域38a、區(qū)域38b和區(qū)域38c形成擠壓區(qū)。高度H36b與高度H4Q的關(guān)系為H36b<H4o。
[0030]圖4是用于說明基于燃燒室18的結(jié)構(gòu)的作用的視圖。在區(qū)域38a_38c這樣形成的情況下，在壓縮上死點附近產(chǎn)生擠壓流。更具體地，在燃燒室18的IN(進(jìn)氣)側(cè)產(chǎn)生從區(qū)域38a側(cè)被導(dǎo)向燃燒室18的中央部的擠壓流SA ο類似地，在燃燒室18的Fr側(cè)外周部中產(chǎn)生從區(qū)域38b側(cè)被導(dǎo)向區(qū)域36a的擠壓流SB，并且在燃燒室18的Re側(cè)外周部中產(chǎn)生從區(qū)域38c側(cè)被導(dǎo)向區(qū)域36b側(cè)的擠壓流SC。此外，在區(qū)域40這樣形成的情況下，在壓縮上死點附近產(chǎn)生從燃燒室18的中央部被導(dǎo)向區(qū)域40的氣流H)。如果產(chǎn)生氣流H)，則燃燒室18的中央部中產(chǎn)生的擠壓流SA移動而使得其被吸入?yún)^(qū)域40中。
[0031]區(qū)域38a_38c與區(qū)域40的不同之處在于，區(qū)域38a_38c產(chǎn)生從燃燒室18的外周被導(dǎo)向其中央的氣流(即，擠壓流SA-SC)，而區(qū)域40產(chǎn)生從燃燒室18的中央被導(dǎo)向其外周的氣流(即，氣流FD)。因而，在本說明書中，區(qū)域40也叫做“逆向擠壓區(qū)”。
[0032]參照圖5至圖9，將說明基于燃燒室18的結(jié)構(gòu)的效果。圖5示出壓縮上死點前后的氣體流速的變化。圖5的曲線圖是通過使用插入塞孔中的測量儀器測量燃燒室內(nèi)的氣體流速(塞部流速)而繪制的。在圖5中，縱軸表示氣體流速的測量值。更具體地，氣體流速的測量值在氣體從進(jìn)氣側(cè)流向排氣側(cè)時為正(+)值，而在氣體從排氣側(cè)流向進(jìn)氣側(cè)時為負(fù)(-)值。
[0033]圖5中標(biāo)示為“基本”的曲線表示在既不具有擠壓區(qū)也不具有逆向擠壓區(qū)的用于比較的燃燒室內(nèi)測定的塞部流速。更具體地，塞部流速在壓縮上死點之前很久為正值，但隨著曲柄角接近壓縮上死點而下降并為負(fù)值。即，在用于比較的燃燒室內(nèi)，氣體的流動方向在壓縮上死點之前反轉(zhuǎn)。圖5中標(biāo)示為“有擠壓”的曲線表示本實施方式的燃燒室18內(nèi)的塞部流速。更具體地，塞部流速隨著曲柄角接近壓縮上死點而下降，但即使是在壓縮上死點附近也仍為正值。即，在本實施方式的燃燒室18內(nèi)，抑制或防止了在用于比較的燃燒室內(nèi)觀察到的氣體的反轉(zhuǎn)。
[0034]在用于比較的燃燒室內(nèi)氣流方向反轉(zhuǎn)，這是因為從翻滾流產(chǎn)生雙氣流。將參照圖6A至圖8說明雙氣流。圖6A和圖6B示出用于比較的燃燒室內(nèi)的壓縮上死點處的氣流分布。如圖6A所示，在用于比較的燃燒室42內(nèi)形成有具有兩個旋轉(zhuǎn)軸線的旋流。圖6B示出圖6A的VIB-VIB截面。如圖6B所示，上述氣流的中心(翻滾中心TC)形成在火花塞附近。
[0035]如上所述的氣流由于以下原因而形成。即，在進(jìn)氣沖程中從兩個進(jìn)氣口流來的兩股進(jìn)氣流在流入燃燒室42之后立即一起結(jié)合成一股大的翻滾流，并且該翻滾流在燃燒室42內(nèi)在氣缸的軸向(豎直方向)上回旋。如果發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低，則豎直旋流的形狀得以維持。然而，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，豎直旋流的速度增大，并且燃燒室42的中心附近在進(jìn)排氣方向上的氣流變強(qiáng)。結(jié)果，豎直旋流在壓縮沖程中崩塌，并且轉(zhuǎn)變成具有兩個旋轉(zhuǎn)軸線的旋流。由于豎直流所變成的旋流的軌跡在從燃燒室42上方看去時呈ω (omega)形狀，所以該旋流在本說明書中叫做“ω翻滾流”。
[0036]圖7示出燃燒室42內(nèi)的壓縮上死點處的氣流的速度分布。如圖7所示，在燃燒室42的中央部中，在進(jìn)排氣方向上氣流速度V以相對寬的間隔分布。另一方面，在燃燒室42的周邊部中氣流速度V以窄間隔分布。這是因為氣流在燃燒室42的中央部附近集中，并彼此干涉，使得在與進(jìn)排氣方向垂直的方向上產(chǎn)生氣流成分。
[0037]如果在燃燒室中形成ω翻滾流，則點火之后的火焰?zhèn)鞑テx。圖8示出燃燒室42內(nèi)隨著時間經(jīng)過的火焰?zhèn)鞑?。在圖8的示例中，點火正時被設(shè)定為壓縮上死點。如圖8所示，在燃燒室42的中央部發(fā)生的火焰在大小擴(kuò)大的同時朝向燃燒室42的側(cè)壁(S卩，氣缸孔的壁)傳播。然而，如果形成ω翻滾流，則產(chǎn)生從排氣側(cè)向進(jìn)氣側(cè)的氣流，因此，火焰不是呈正圓形的形狀形成，而是發(fā)生變形。這可能導(dǎo)致爆震的發(fā)生或燃料的燃燒延遲。
[0038]在這方面，根據(jù)燃燒室18的結(jié)構(gòu)，不太可能或不可能形成ω翻滾流。圖9是用于說明基于燃燒室18的結(jié)構(gòu)的效果的視圖。如圖9所示，為了抵消位于中央部中并沿進(jìn)排氣方向流動的成分而產(chǎn)生擠壓流SA和氣流H)作為構(gòu)成ω翻滾流的氣流成分的一部分，并且為了抵消位于外周部中并沿進(jìn)排氣方向流動的成分而產(chǎn)生擠壓流SB、SC作為構(gòu)成ω翻滾流的氣流成分的一部分。因此，能修正燃燒室中的火焰的變形，并且能有利地抑制爆震的發(fā)生。此外，能抑制燃料燃燒速度的下降。因此，即使在可燃性比新空氣低的EGR氣體被導(dǎo)入燃燒室內(nèi)的情況下，也不太可能或不可能發(fā)生諸如失火的問題。因此，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10配備有EGR系統(tǒng)時，能將更大量的EGR氣體導(dǎo)入發(fā)動機(jī)10中。
[0039]雖然在上述實施方式中在燃燒室18中形成了三個區(qū)域38a_38c，但可以不形成區(qū)域38b、38c。圖10示出本實施方式的一個修改例。圖10所示的燃燒室44的外周部像燃燒室18那樣由三種區(qū)域46、38a、40構(gòu)成。燃燒室44與燃燒室18的不同之處僅在于燃燒室44不具有區(qū)域 38b、38c。
[0040]在這樣形成了區(qū)域38a、40的情況下，能在壓縮上死點附近產(chǎn)生擠壓流SA和氣流FD。因此，能抵消作為構(gòu)成ω翻滾流的氣流成分的一部分的位于中央部中并沿進(jìn)排氣方向流動的成分。作為構(gòu)成ω翻滾流的氣流成分的一部分的位于外周部中并沿進(jìn)排氣方向流動的成分由于位于中央部中的成分沿燃燒室44的進(jìn)氣側(cè)側(cè)面的流動而產(chǎn)生。因此，如果能抵消中央部的成分，則不會產(chǎn)生外周部的成分。相應(yīng)地，由于燃燒室44的結(jié)構(gòu)，也能抑制ω翻滾流的形成。
[0041]在上述實施方式中，區(qū)域38a對應(yīng)于“第一區(qū)域”。此外，區(qū)域40對應(yīng)于“第二區(qū)域”。此外，區(qū)域36a、37b對應(yīng)于“第三區(qū)域”，而區(qū)域38b、38c對應(yīng)于“副擠壓區(qū)所位于的區(qū)域”。
【主權(quán)項】
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)，所述燃燒室結(jié)構(gòu)構(gòu)造成在燃燒室的上壁附近產(chǎn)生作為從進(jìn)氣側(cè)被導(dǎo)向排氣側(cè)的氣流的翻滾流，所述燃燒室結(jié)構(gòu)包括: 位于所述燃燒室的外周部中由進(jìn)氣口的開口部和氣缸孔的壁包圍的第一區(qū)域內(nèi)的擠壓區(qū)，所述燃燒室的所述第一區(qū)域具有在所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的活塞位于上死點處時在氣缸的軸向上測定的第一高度，所述第一高度小于所述燃燒室的外周部的除所述第一區(qū)域以外的任何區(qū)域的高度； 逆向擠壓區(qū)，所述逆向擠壓區(qū)位于所述燃燒室的外周部中由排氣口的開口部和所述氣缸孔的壁包圍的第二區(qū)域內(nèi)，所述燃燒室的所述第二區(qū)域具有在所述活塞位于上死點處時在所述氣缸的軸向上測定的第二高度，所述第二高度大于所述燃燒室的外周部的除所述第二區(qū)域以外的任何區(qū)域的高度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室結(jié)構(gòu)，還包括: 中間區(qū)，所述中間區(qū)位于所述燃燒室的外周部中由所述進(jìn)氣口的開口部、所述排氣口的開口部和所述氣缸孔的壁包圍的第三區(qū)域內(nèi)，所述第三區(qū)域具有在所述活塞位于上死點處時在所述氣缸的軸向上測定的第三高度，所述第三高度介于所述第一區(qū)域的所述第一高度和所述第二區(qū)域的所述第二高度之間；和 副擠壓區(qū)，所述副擠壓區(qū)位于所述中間區(qū)和所述逆向擠壓區(qū)之間，所述副擠壓區(qū)具有在所述活塞位于上死點處時與所述第一區(qū)域的所述第一高度大致相等的高度。
【文檔編號】F02B23/10GK105849381SQ201480070913
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月15日
【發(fā)明人】坂井洋志
【申請人】豐田自動車株式會社