帶副燃燒室燃料噴射式內燃機的製作方法
2023-10-18 06:33:49 2
專利名稱：帶副燃燒室燃料噴射式內燃機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料噴射式內燃機的改良，特別是涉及一種帶副燃燒室火花點火式內燃機，其中副燃燒室將混和氣向燃燒室供給、炭氫化合物排出量少且效率高，供給的混和氣的空氣燃燒比在寬的內燃機運轉區域適合該內燃機的運轉狀態。
作為將副燃燒室連通設在內燃機的主燃燒室上，將燃料和壓縮空氣的混合氣噴射到該副燃燒室這種形式的燃料噴射式內燃機有例如特開平5-195787號公報「燃料噴射式二衝程發動機」之技術。
上述技術據該公報圖1所示為安裝有向副燃燒室12(序號引用公報記載的序號。下同)噴射壓縮空氣14和燃料15的混合體16的空氣燃料噴射閥18和點火塞21的技術。空氣燃料噴射閥18具有電磁閥式燃料開閉閥19和電磁閥式混和氣開閉閥20。
一般地說，在這樣的燃料噴射式二衝程發動機中，由於在由混和氣開閉閥20霧狀噴射燃料15時，用壓縮空氣14的壓力補助該噴霧作用，所以，可以將較高濃度的燃料15微粒化，形成適當的噴霧形態(燃料15的噴霧形狀)。
但是，為了形成適當的噴霧形態需要使壓縮空氣14形成高壓(如5kg/cm2以上)，尤其是當供給大量的燃料15時需要使壓力更高。換言之，由於需要維持燃料15的適當的噴霧形態，所以在用低壓的壓縮空氣14補助燃料15的噴霧作用時使燃料15的供給量增加是不容易的。同時，為了用高壓壓縮空氣14補助燃料15的噴霧形態，需要高壓空氣泵和高壓燃料泵33。
在目前的火花點火式內燃機尤其是火花點火式二衝程循環內燃機(如下通稱，稱作二衝程內燃機)中，有為了在低負荷運轉狀態，使少量燃料確實著火，設置與主燃燒室連通的副燃燒室，使該副燃燒室將混和氣自濃的混合氣層狀形成稀薄混合氣的方式(參照特開平5-195787號公報)。
在前述公報記載的二衝程內燃機中，由於副燃燒室的容積與主燃燒室的容積比顯著的小，所以雖然在低負荷運轉狀態下，使少量的燃料以所需要的空氣燃燒比在副燃燒室層狀形成是可能的，但，在高負荷運轉狀態下，不能在副燃燒室內形成適當的空氣燃燒比而供給大量的燃料，會發生不規則燃燒、炭化氫排出量高的缺陷。
因此本發明的目的就在於提供一種即使由低壓的壓縮空氣自混合氣開閉閥向副燃燒室噴射燃料也能夠提高燃燒效率的技術。
為了達到上述目的，本發明第一方案記載的發明為一種將副燃燒室連通設置在內燃機主燃燒室上、在該副燃燒室上安裝有噴射燃料和壓縮空氣的混合氣的混合氣開閉閥及點火塞的燃料噴射式內燃機，其特徵為構成副燃燒室的材料為比構成主燃燒室的材料熱傳導率低的材料。
由於有低熱傳導率的材料構成副燃燒室，所以透過副燃燒室的壁向大氣放出的熱量就少了，其結果，副燃燒室內部形成高溫。因此，副燃燒室維持被燃燒氣體加熱的狀態。由於將混和氣供給到高溫的副燃燒室，所以混和氣中的燃料在副燃燒室容易氣化。因此即使由低壓的壓縮空氣向副燃燒室噴射大量的燃料，燃料也會迅速氣化，所以即使燃料的粒子大、不是最適當的噴霧形態，燃燒狀態也是良好的，燃燒效率也很高。而且即使燃料的粒子大也可以點火，因此可以使混合氣開閉閥閥體的提升量較大。
而且由於不必為了將大量的混和氣自混合氣開閉閥向副燃燒室噴射而提高噴霧形態的品質，所以混和氣開閉閥與閥體的提升量無關，不必大幅度提高精度。因此可以降低混和氣開閉閥及閥的控制系統的成本。
由於可以由低壓的壓縮空氣補助燃料的噴霧形態，所以只需低壓空氣泵及低壓燃料泵就可以。當由內燃機供給低壓空氣泵及低壓燃料泵的動力時，由於各泵是低壓的，所以只需供給小動力，可以不必使內燃機負擔過大的負荷。
本發明第二方案記載的發明的特徵為由鋁合金構成主燃燒室、由鑄鐵構成副燃燒室。
由於由低熱傳導率的鑄鐵構成副燃燒室，所以透過副燃燒室的壁向大氣放出的熱量就少了，其結果，副燃燒室內部形成高溫。但由於由鋁合金構成主燃燒室，所以內燃機重量輕。因此，由於雖然內燃機很輕，但即使由低壓的壓縮空氣把大量的燃料噴射到副燃燒室燃料也會迅速氣化，所以即使不是最適當的噴霧形態燃燒狀態也是良好的，燃燒效率也很高。
本發明還涉及一種火花點火式內燃機的改良，為一種具有與主燃燒室連通的副燃燒室、直接向該副燃燒室間斷噴射混和氣或燃料的噴射裝置和設在前述副燃燒室的點火裝置的內燃機，其特徵在於前述副燃燒室及主燃燒室的各容積比設定在2∶8～6∶4的範圍內。
本發明第3方案記載的發明由於副燃燒室的容積與全燃燒室的容積比沒有如前所述設定很大的比率，所以在少量燃料被供給到燃燒室的低負荷運轉狀態下，適當的空氣燃燒比分布的混合氣被層狀形成於前述副燃燒室內，著火被確實地進行，避免了不規則燃燒，抑制了炭化氫的排出量。
另外，在大量燃料被供給到燃燒室的高負荷運轉狀態下，在前述副燃燒室形成不發生不規則燃燒的濃度的混合氣，進行均勻燃燒，排出氣體淨化性能被維持在高水準上，同時，容易實現高輸出。
並且，如本發明第4方案所述，通過構成本發明，可以抑制混和氣噴射時期的副燃燒室內的壓力，由混和氣噴射裝置很容易地將適當空氣燃燒比的混合氣噴射到該副燃燒室內。
並且，如本發明第5方案所述，通過構成本發明，在低負荷運轉區域副燃燒室內的混合氣可以不被來自主燃燒室內的氣體攪拌，維持成層狀態，迴避不規則燃燒，同時，在高負荷運轉區域可以與自主燃燒室內浸入副燃燒室的廢氣流充分混合，得到空氣燃燒比大致均勻的混合氣，形成均勻燃燒狀態，進行完全燃燒，排出氣體淨化性能高，效率及輸出被保持在高水準。
並且，如本發明第6方案所述，通過構成本發明，被噴射到副燃燒室，向主燃燒室供給的混和氣具有方向性，可以防止混和氣由排氣口或排氣閥竄氣於未然，同時，可以形成第5方案記載的偏心構造，進而可以將由噴射裝置噴射自副燃燒室流入主燃燒室的混合氣導向點火裝置近旁，實行穩定的燃燒。
並且，利用如本發明第7方案所述結構，可以應用於容易發生竄氣的二衝程內燃機，從而消減排出氣體中炭化氫的排出量，同時提高輸出及效率。
下面參照
本發明的實施形態。
圖1是本發明所述的帶副燃燒室的內燃機的流程圖，圖2是本發明所述的內燃機主、副燃燒室周圍主要部位的斷面圖，圖3是本發明所述的混和氣開閉閥的斷面圖，圖4是本發明所述的芯子的斷面圖，圖5是本發明所述的芯子的平面圖，圖6是本發明所述的閥軸的斷面圖，圖7是圖6的7-7線斷面圖，圖8是圖6的8-8線斷面圖，圖9是本發明所述的混和氣開閉閥的作用圖，圖10是本發明所述的混和氣開閉閥的閥體周圍的變形例圖(其1)，圖11是本發明所述的混和氣開閉閥的閥體周圍的變形例圖(其2)，圖12是本發明所述的帶副燃燒室火花點火二衝程內燃機實施形態的概略平面圖，圖13是沿圖12的II-II線截斷的斷面圖，圖14是沿圖13的III-III線截斷的縱斷背面圖，圖15是沿圖13的IV-IV線截斷的縱斷側面圖，圖16是將圖12圖示的實施形態的壓力空氣和燃料噴射時機根據圖示平均有效壓力變化圖示的圖，圖17是將圖12圖示的實施形態的炭化氫排出量和目前內燃機的炭化氫排出量根據圖示平均有效壓力變化圖示的時序圖，圖18是本發明的另外的實施形態的縱斷側面圖，
圖19是圖18的主要部分的放大縱斷側面圖，圖20是圖19的IX箭頭視圖，圖21是沿圖19的A-A、B-B、C-C、D-D線截斷的斷面圖，圖22是圖19的主要部分斜視圖。
圖1為本發明所述的帶副燃燒室的內燃機的流程圖。
內燃機1為帶副燃燒室的燃料噴射式內燃機，為搭載於例如圖中無顯示的小型摩託車型自動二輪車的二衝程內燃機，主要由曲軸箱2和氣缸體3和氣缸蓋4、曲軸5、連杆6及活塞7構成。
而且，內燃機1為主燃燒室8上連通設置有副燃燒室9、該副燃燒室9上安裝有混和氣開閉閥70、該混和氣開閉閥70上方的蓄壓室21安裝有主燃料噴射閥(主噴射器)31，且連接副燃燒用空氣系統10、壓縮空氣系統20、燃料系統30及潤滑油系統40的內燃機。
副燃燒用空氣系統10為介由給氣通路12將空氣淨化器13連接在曲軸箱2內部的曲軸室11，在給氣通路12上自上流側向下流側按節流閥14、副燃料噴射閥(副噴射器)15、引導閥16的順序安裝的系統。
當通過使活塞7上升移動使曲軸室11形成負壓時，可以將空氣自空氣淨化器13向給氣通路12吸入，介由引導閥16供給到曲軸室11。
另外，副燃料噴射閥15當內燃機1始動時及需要潤滑時噴射燃料。
壓縮空氣系統20為將壓力波容器(サ一ジングタンク)23介由空氣管22連接在蓄壓室21上，將空氣淨化器13介由吐出空氣管24、空氣泵25、吸入空氣管26連接在該壓力波容器23上的系統。
通過使曲軸5旋轉，可以驅動空氣泵25，壓縮空氣淨化器13內的空氣，將該壓縮空氣向壓力波容器23供給，進而由該壓力波容器23向蓄壓室21供給。
圖中，27為將壓力波容器23及吐出空氣管24的壓縮空氣保持為所定壓力的空氣調壓閥。28為空氣回流管，29為截止閥。
燃料系統30為將燃料容器35介由排出燃料管32、燃料泵33、吸入燃料管34連接在主燃料噴射閥31及前述副燃料噴射閥15上的系統。
通過使曲軸5旋轉，可以驅動燃料泵33，將燃料容器35的燃料供給到主、副燃料噴射閥31、15。
圖中，36為將排出燃料管32的燃料保持為所定壓力的燃料調壓閥，37為燃料回流管。
潤滑油系統40為介由潤滑油管42、潤滑油泵43、潤滑油控制閥44、潤滑油供給管45將內燃機1的滑動部分連接在潤滑油箱41上的系統。
通過使曲軸5旋轉，可以驅動潤滑油泵43，將由潤滑油控制閥44設定了流量的潤滑油自潤滑油箱41向內燃機1的滑動部分供給。
圖中，46為潤滑油回流管。
另外，51為用於主燃燒室的主點火塞，52為用於副燃燒室的副點火塞，53、54為點火線圈，55為電池，56為控制迴路裝置，Ne為曲軸用轉數傳感器，Ac為曲軸角度傳感器，Th為節流閥開度傳感器，Ta為大氣溫度傳感器，Pb為節流閥二次側吸氣壓力傳感器，Tw為內燃機用冷卻水溫度傳感器。
圖2為本發明所述的內燃機主、副燃燒室周圍主要部位的斷面圖。另外，為了便於說明，將內燃機1的方向作為圖的上下方向來表示(以符號的朝向為圖的上下方向)內燃機1在氣缸體3的氣缸3a的上部設有偏置於圖中無顯示的排氣口的相反側的主燃燒室8，將副燃燒室9與該主燃燒室8連通設計，將副燃燒室9設置在氣缸蓋4上，且將噴射燃料和壓縮空氣的混合氣的混合氣開閉閥70及副點火塞52安裝在副燃燒室9的端部，將主燃料噴射閥31安裝在混合氣開閉閥70上方的蓄壓室21上。用於主燃燒室8的主點火塞51安裝在氣缸蓋4上。
詳細地說，氣缸蓋4結構如下形成有在氣缸3a的中心位置上下貫通的孔4a，將下部殼體61嵌在該孔4a上，將上部殼體62疊放在該下部殼體61上，從而將這些下部、上部殼體61、62固定在氣缸蓋4上。
下部殼體61為設有上部開放的空間部61a和將壁的一部分去掉而與主燃燒室8連通的連通部61b的殼體。上部殼體62為設有上下貫通的空間部62a，同時安裝了副點火塞52的殼體。這些空間部61a、62a上下連通構成副燃燒室9。
構成副燃燒室9的下部、上部殼體61、62的材料為比構成主燃燒室8的氣缸體3及氣缸蓋4的材料熱傳導率低的材料。例如用鋁合金等構成主燃燒室8(氣缸體3及氣缸蓋4)，用鑄鐵、球墨鑄鐵鑄鋼等構成副燃燒室9(下部、上部殼體61、62)。
副燃燒室9上部的混合氣開閉閥的安裝結構如下將上部開放的箱形支架63安裝在上部殼體62的上端，將上部開放的閥儲藏箱64插入該箱形支架63，且將閥儲藏箱64的法蘭64a疊放在箱形支架63的上面，並且使閥儲藏箱64的開口閉塞地將蓋65疊放在法蘭64a上，用螺栓66將這些箱形支架63、法蘭64a及蓋65都擰緊從而將混合氣開閉閥70收納入閥儲藏箱64。
混合氣開閉閥70將其下端部分自箱形支架63的底部及閥儲藏箱64的底部貫通延伸，以使閥體81a面對副燃燒室9(上部殼體62的空間部62a的上端)。這樣的混合氣開閉閥70，其下部法蘭79夾入箱形支架63的內底面和閥儲藏箱64的內面之間，同時通過將混合氣開閉閥70的上端部嵌合在蓋65的內面上形成的帶臺階的孔部65a，而固定。
蓋65的結構如下與帶臺階的孔部65a的上端連通設有上下貫通的貫通孔65b，由該貫通孔65b構成蓄壓室21，在該蓄壓室21的側部與其連通設有管子安裝孔65c，蓄壓室21的上端安裝有主燃料噴射閥31，管子安裝孔65c內安裝有空氣管22。圖中，67為O型環。
圖3為本發明所述的混合氣開閉閥的斷面圖。
混合氣開閉閥70為利用電磁線圈73的磁力使芯子83移動，介由該芯子83使閥軸81軸向移動，從而將閥打開的所謂電磁線圈式提升閥。
詳細地說，混合氣開閉閥70包括雙層圓筒結構的套71、嵌合於該套71的內筒71a和外筒71b之間的線圈骨架72、纏繞在這些線圈骨架72上的電磁線圈73、為了包覆這些線圈骨架72及電磁線圈73蓋在套71上部的中空圓盤形蓋74、嵌合在該蓋74的上部凸出部分上端的帶上法蘭的圓筒形帽75、上下夾住套71和蓋74相互擰緊的環狀緊固螺栓76及帶臺的螺母77、嵌合在內筒71a與內筒71a的下端部相接的帶臺階的筒形閥座78、為了將該閥座78壓觸在內筒71a的下端面上而擰入內筒71a的下部法蘭79，軸向可移動地嵌合於內筒71a及閥座78的帶有閥體81a的閥軸(閥棒)81、嵌合在該閥軸81的上端部且由螺母82安裝的芯子83、將這些閥軸81及芯子83向閥體81a打開的方向彈起的彈簧84。
帽75沿圓周開設有多個上下貫通的氣孔75a…(…表示多個。下同。)。
閥座78在其下端部形成大致錐形的閥座面78a。閥軸81使閥體81a形成一體，該閥體81a將其上面81b大致形成錐面，將該錐面的外周附近部分形成球形面，通過球形面相對於閥座面78a的接近和遠離實現閥的開閉。這樣的混合氣開閉閥70可以將閥座78的口徑D設定為6～10mm，將閥體81a的提升量(開閉行程)Lo設定為0.3～0.6mm，使開口面積加大。
芯子83在自內筒71a向上方凸出的線圈骨架72的孔內及蓋74的孔內被導向，沿軸向移動。彈簧84為由壓縮彈簧等構成的回簧。
圖中，85為電磁線圈用端子，86為端子用金屬封油環，87、88為墊圈，89為置於閥座78上端的彈簧接受座，91～94為O形環。
圖4為本發明所述的芯子的斷面圖。
芯子83由向閥軸81(參照圖3)安裝的軸轂83a、輪緣部83b和芯子部83c構成，為由電磁熟鐵等磁性體構成的一體成型品。
芯子部83c在其表面(至少是外周面)形成低摩擦阻力的覆膜97。具體地說，覆膜97由被覆在芯子部83c表面的四氟乙烯樹脂(商標名特氟綸)等氟樹脂系的樹脂構成。另外，塗以覆膜97的芯子部83c和線圈骨架72的孔72a及蓋74的孔74a之間的間隙S1為150μm左右，因此芯子83可以在孔72a、74a內進行自如的軸向移動。
圖5為本發明所述的芯子的平面圖，顯示在芯子83的軸緣部83b開有多個上下貫通的氣孔83d…。
圖6為本發明所述的閥軸的斷面圖。
閥軸81為氣孔81c一直開到閥體81a上部附近的大致呈管狀的軸，開有自氣孔81c的下端大致沿閥體81a的上面81b走向的多個排氣孔81d…。
另外，閥軸81設有由細長筒狀的閥座78的孔78b導向的上下兩段導向部81e…和決定芯子83的軸向位置的臺部81f。閥座78的孔78b和導向部81e…之間的間隙S2為15μm左右。這樣，由於設定了上述間隙S1及間隙S2，所以閥軸81就不會搖動或扭歪而可以順利地進行軸向移動。
圖7為圖6的7-7斷面圖，顯示導向部81e…在圓周上設有4處。
圖8為圖6的8-8斷面圖，顯示氣孔81c開在閥軸81的中心，在偏離閥軸81中心的位置開有4個排氣孔81d。
由於將排氣孔81d…按著大致沿閥體81a的走向且自閥軸81的中心偏離的位置開設，所以將大致呈螺旋流的混合氣自排氣孔81d…向副燃燒室9(參照圖2)內吹出。因此，可以將由於混合氣的燃燒作用而附著或落在閥座面78及閥體81a上面81b等閥的周圍的沉積物(碳等燃燒體沉積物、殘渣)用混合氣吹走。同時，可以通過利用螺旋流等使閥體81a自體自轉而除去附著的沉積物。其結果，無論副燃燒室9的燃燒狀況如何，都可以很容易地防止沉積物附著在閥的周圍。而且，由於自排氣孔81d…吹出的混合氣為螺旋流，所以燃料和壓縮空氣的混合品質高，燃燒效率也提高了。
下面按圖9說明混合氣開閉閥70的作用。
圖9為本發明所述的混合氣開閉閥的作用圖。
在閥關閉的狀態下，首先將燃料G自主燃料噴射閥31向蓄壓室21噴射，然後將壓縮空氣A自空氣管22供給到蓄壓室21。壓縮空氣的壓力例如設定為1～3kg/cm2G左右。而且，通過不斷供給壓縮空氣A、向端子85通電使電磁線圈73產生磁力，利用該磁力使芯子83下降。其結果，由於閥軸81和芯子83一起下降，所以閥體81a自閥座面78a離開，從而進行開閥動作。開閥後，蓄壓室21內的燃料G和壓縮空氣A的混合氣M自閥軸81的氣孔81c經由排氣孔81d…，且按照帽75的氣孔75a…、芯子83的氣孔83d…、閥軸81周圍的間隙這種路徑，通過閥的開口部98噴射到副燃燒室9(參照圖2)。
下面參照圖2說明構成副燃燒室9的材料要比構成主燃燒室8的材料熱傳導率低的理由。
當構成主燃燒室8的氣缸體3和氣缸蓋4的材料為鋁合金，構成副燃燒室9的下部。上部殼體61、62的材料為鑄鐵時，鋁合金的熱傳導率(λ)為約175(kcal/m.h.℃)，鑄鐵的熱傳導率為約45(kcal/m.h.℃)。
這樣，由於由低熱傳導率的鑄鐵構成副燃燒室9，透過副燃燒室9的壁向大氣排出的熱量就少了，其結果，副燃燒室9的內部就成為高溫。因此，副燃燒室9維持被燃燒氣加熱了的狀態。由於將混合氣供給到高溫的副燃燒室9，所以混合氣中的燃料就容易在副燃燒室9氣化。因此，即使由低壓的壓縮空氣將大量的燃料噴射到副燃燒室9，燃料也會迅速氣化，因此即使不是最適合的噴霧狀態，燃燒狀態也是良好的，燃燒效率也是高的。
而且，由於不需為了將大量的混合氣自混合氣開閉閥70噴射到副燃燒室9而提高噴霧狀態的品質，混和氣開閉閥70所以無論閥體81a的提升量如何，都不需大幅提高精度。因此，可以降低混和氣開閉閥70及閥控制系統的成本。
這就是使構成副燃燒室9的材料為比構成主燃燒室8的材料熱傳導率低的材料的理由。
下面參照圖10及圖11說明閥體81a周圍的變形例。
圖10(a)、(b)為本發明所述的混和氣開閉閥閥體周圍的變形例圖(其1)，顯示在閥座78的內壁78c且在閥座面78a的附近設有多個遮護板(凸片)78d…的變形例。
自排氣孔81d…吹出的螺旋流混合氣與遮護板(凸片)78d…衝擊接觸。因此，可以將由於混合氣的燃燒作用而附著或落在閥周圍的沉積物用混合氣吹走。同時，通過由螺旋流等使閥體81a自體旋轉使閥體81a的上面81b與遮護板78d…相接觸，所以可以除去附著的沉積物。
圖11(a)、(b)為本發明所述的混和氣開閉閥閥體周圍的變形例圖(其2)，為與上述圖10的結構不同的變形例，顯示自閥座78的中途(閥體81a的附近)供給混合氣的底部供油式混和氣開閉閥70。該又一變形例之混和氣開閉閥70在閥體81a的上面81b設有平面形狀為彎曲形的多個遮護板(凸片)81g…。
混合氣由遮護板81g…改變其流動形成螺旋流。因此，可以將由於混合氣的燃燒作用而附著或落在閥周圍的沉積物用形成螺旋流的混合氣吹走。
另外，在上述實施形態中，圖1所示的壓縮空氣系統20也可以為如下結構將主燃料噴射閥31接在空氣泵25的一次側，將由該主燃料噴射閥31供給的燃料和壓縮空氣的混合氣向蓄壓室21供給。此時，不需要將主燃料噴射閥31安裝在蓄壓室21上。
本發明第1方案記載的發明是一種將副燃燒室連通設在內燃機的主燃燒室上，將噴射燃料和壓縮空氣的混合氣的混和氣開閉閥和點火塞安裝在該副燃燒室上的燃料噴射式內燃機，其特徵在於構成副燃燒室的材料為比構成主燃燒室的材料熱傳導率低的材料。
由於由低熱傳導率的材料構成副燃燒室，所以透過副燃燒室的壁向大氣排出的熱量就變少了，其結果副燃燒室的內部就成為高溫。因此，副燃燒室維持被燃燒氣加熱了的狀態。由於將混合氣供給到高溫的副燃燒室，所以混合氣中的燃料在副燃燒室中容易氣化。因此，即使由低壓的壓縮空氣向副燃燒室噴射大量的燃料，燃料也會迅速氣化，所以即使燃料的粒子大、不是最適當的噴霧形態，燃燒狀態也是良好的，燃燒效率也很高。而且即使燃料的粒子大也可以點火，因此可以使混合器開閉閥的閥體的提升量較大。
而且由於不必為了將大量的混和氣自混合氣開閉閥向副燃燒室噴射而提高噴霧形態的質量，所以混和氣開閉閥與閥體的提升量無關，不必大幅度提高精度。因此可以降低混和氣開閉閥及閥的控制系統的成本。
由於可以由低壓的壓縮空氣補助燃料的噴霧形態，所以只需低壓空氣泵及低壓燃料泵就可以。當將低壓空氣泵及低壓燃料泵的動力由內燃機取出時，由於各泵是低壓的，所以小的取出動力就可以，可以不必使內燃機負擔過大的負荷。
第二方案記載的發明的特徵為由鋁合金構成主燃燒室、由鑄鐵構成副燃燒室。
由於由鑄鐵構成副燃燒室，比由鋁合金構成的主燃燒室熱率傳導小，容易蓄熱。而且由於由鋁合金構成主燃燒室，所以內燃機重量輕。因此，由於雖然內燃機很輕，但即使由低壓的壓縮空氣把大量的燃料噴射到副燃燒室，燃料也會迅速氣化，所以即使不是最適當的噴霧形態，燃燒狀態也是良好的，燃燒效率也很高。
以下就圖12至圖15所示的本發明的另外的實施形態進行說明。
帶副燃燒室的火花點火二衝程內燃機101和V型皮帶無級變速機102一起組裝在圖中無顯示的摩託車型自動二輪車的擺動動力裝置O上，氣缸蓋104被一體結合在帶副燃燒室的火花點火二衝程內燃機101的氣缸體103上部，同時，被分割成左右2個的左曲軸箱105及右曲軸箱106被一體連接在氣缸體103的下部。
另外，前述左曲軸箱105向後方延長，由該左曲軸箱105和拆裝自如地連接在其左外側的變速機殼107構成V型皮帶無級變速機102的殼體，與後車輪109成一體被安裝在作為該V型皮帶無級變速機102的輸出軸的車軸108上，樞軸式被支承在帶副燃燒室的火花點火二衝程內燃機101的左曲軸箱105及右曲軸箱106上的曲軸110的動力介由V型皮帶無級變速機102被傳達到後車輪109。
並且，如圖104所示，活塞112被滑動自如地嵌裝在帶副燃燒室的火花點火二衝程內燃機101的氣缸體103的氣缸孔111上，連杆115的兩端迴轉自如地樞軸式連接在活塞112的活塞銷113和曲軸110的曲軸銷114上，伴隨著活塞112的升降曲軸110被驅動旋轉。
進而，鄰接於氣缸孔111上部的主燃燒室116且與其連通的副燃燒室117如圖15所示，形成隨著接近主燃燒室116而逐漸擴張的形狀，相對於該副燃燒室117的中心線，在圖15中向右方偏心形成與主燃燒室116連通的連通開口117a，點火栓136配置在該連通開口117a上，同時點火栓137位於點火栓136的相對一側，配置於副燃燒室117內的上流一側(在圖13中，點火栓137相對於點火栓136呈直角取向)。
而且在副燃燒室117的中心線的延長線上設有衝突壁117b，由混合氣噴射電磁閥118噴射的混和氣與該衝突壁117b衝突，向著點火栓136改變走向。
而且，混合氣噴射電磁閥118設在副燃燒室117的上端，指向該混合氣噴射電磁閥118的蓄壓室119的中心安裝有壓力空氣通路120。
另外，如圖13所示，往復空氣泵122安裝在氣缸蓋4上，該往復空氣泵122的曲軸123的右端嵌裝有從動輪124，如圖12所示，帶副燃燒室的火花點火二衝程內燃機101的曲軸110上嵌裝有主動輪125，在這些從動輪124、主動輪125上架設有皮帶126，當曲軸110旋轉時，往復空氣泵122的曲軸123被驅動旋轉。
進而，在往復空氣泵122中，利用曲軸123的旋轉往復空氣泵122的氣缸127內的活塞(無圖示)被往復驅動。
並且，如圖13所示，在氣缸104上，在與燃料噴射閥121的前端部交叉的方向上設有壓力空氣通路128，沿著該壓力空氣通路128的延長線上連通管129的一端被嵌裝在該壓力空氣通路128上，同時，該連通管129的另一端被與往復空氣泵122的吐出室130連通，由往復空氣泵122被壓縮的壓力空氣由排出室130介由連通管129、壓力空氣通路128及壓力空氣通路120被供給到蓄壓室119，直接噴射電磁閥118被打開，當燃料噴射閥121動作時，燃料由燃料噴射閥121被噴射到經由壓力空氣通路120高速向蓄壓室119流動的壓力空氣流內混合，蓄壓室119內的混合氣由直接噴射電磁閥118的開放部118a順暢地流入副燃燒室117。
另外，直接噴射電磁閥118由閥殼體131，滑動自如地嵌裝在該閥殼體131上、同時可以開閉直接噴射電磁閥118的開口部118a的提升閥體132，使提升閥體132向閉塞直接噴射電磁閥118的開口部118a的方向彈壓的彈簧線圈133，一端嵌裝在前述提升閥體132的頂端的磁性體的吸引部件134，動作時將該吸引部件134向下方吸引、使直接噴射電磁閥118打開的電磁線圈135構成；當該電磁線圈135通電動作時，迄今為止處於閉塞狀態的直接噴射電磁閥118被打開。
進而，直接噴射電磁閥118利用來自圖中無顯示的電子控制裝置的控制信號，與作為帶副燃燒室的火花點火式二衝程內燃機101的運轉變化量之一種的圖示平均有效壓力PMI(＝K.W/Ne.Vst，W輸出，Ne內燃機轉數，Vst內燃機排氣量，K比例常數)相對應，以圖16實線所示的曲軸角按時序開閉，另外，燃料噴射閥121也利用來自圖中無顯示的電子控制裝置的控制信號以圖16實線所示的曲軸角按時序開始、結束噴射。
而且，點火栓136、137也利用圖中無顯示的電子控制裝置與圖示平均有效壓力PMI相對應，以所需要的時序動作，同時或者錯開時序產生火花。
圖17中表示的圖12至圖15所示的實施形態的碳氫化合物排出特性，在特性C至特性D之間，比無副燃燒室的內燃機的特性A及V1∶V2之比為20∶80的現有的帶副燃燒室的內燃機的特性B優良。
另外，在圖12至圖15所示的實施形態中，當混合氣噴射電磁閥118打開時，蓄壓室119內的加壓空氣向由混合氣噴射電磁閥118的開口部118a開始呈開放型的副燃燒室117內放射狀噴射，然後經所定時間之後與來自燃料噴射閥121的燃料形成混合氣，同樣地呈放射狀向副燃燒室117內噴射。
其結果，燃料不會局部性地大量附著在副燃燒室117的側壁面117c、117d上，將不規則燃燒及煤煙子發生阻止於未然。
另外，被噴射到副燃燒室117內的混合氣在接觸其途中的點火栓137的電極部後，與位於副燃燒室117的中心線的延長線上的衝突壁117b衝突，向著點火栓136的方向改變其走向，由於接觸該點火栓136的電極部，副燃燒室117內的混合氣可以確實地著火。
進而，被噴射到副燃燒室117內的混合氣由於不直接向主燃燒室116內噴射，被衝突壁117a阻擋而滯留，在低負荷運轉區域濃的混合氣和稀薄的混合氣層狀重疊，容易進行成層燃燒。
另外如圖13及圖14所知，由於在設置副燃燒室117的連通開口117a一側(圖15中右側)的相對一側配設有排氣孔138，所以由副燃燒室117介由連通開口117a流入到主燃燒室116混合氣不能直接地到達排氣孔138，確實地防止竄氣。
另外，在排氣孔138相對一側設有廢氣清除孔139，同時在左右兩側也設有廢氣清除孔139。
進而，由於利用往復空氣泵122可以將蓄壓室119內的壓力升至副燃燒室117內的壓力以上，所以，可以使空氣順暢地自副燃燒室119內向副燃燒室117內噴射。
其次，就圖18至圖22所示的本發明的其它實施形態進行說明。
在圖18至圖22所示的實施形態中，與圖12至圖15所示的實施形態的副燃燒室117相比，副燃燒室140的形狀形成光滑的開放型。
並且，副燃燒室140的兩側壁面140a、140b左右對稱，但副燃燒室140的前壁面140c相對於氣缸孔111的中心線急劇傾斜，在外前壁面140c的下緣，朝向後方的點火栓136的電極部136a凸設有衝突壁141，連通副燃燒室140和主燃燒室116的連通開口位於點火栓136的旁邊，副燃燒室140的具體的橫斷面形狀如圖21所示，在副燃燒室140的上部為圓錐面，但左右壁面140a、140b及後壁面140d隨著向下方延伸，形成角錐面，只有前臂面140c仍呈圓錐面。
另外，連通開口142的左右兩側面142a、142b如圖20及圖21所示，比衝突壁141更加向兩側張開，該連通開口142大致呈長圓形，由混合氣噴射電磁閥143噴射的加壓空氣或混合氣中沿副燃燒室140的兩側壁面140a、140b流動的氣流沿虛線a、b流動，沿副燃燒室140的前壁面140c流動的氣流沿虛線c流動，沿副燃燒室140的後壁面140d流動的氣流沿虛線d流動。
進而，沿著氣缸孔111的中心線在副燃燒室140的上方，配設有基本上與混合氣噴射電磁閥118同樣結構的混合氣噴射電磁閥143，在連通該混合氣噴射電磁閥143和燃料噴射閥145的蓄壓室146上壓力空氣通路147的前端被開口，在該壓力空氣通路147的基端介由圖中無顯示的接續管及穩壓箱被連接到加壓空氣泵上，在蓄壓室146儲存有通常壓力一定的加壓空氣，在混合氣噴射電磁閥143打開期間，燃料噴射閥145動作，燃料被噴射。
在副燃燒室140的後壁面140d一側，配設有點火線136，同時，在副燃燒室140的右側壁面140b上設有點火栓137。
圖18至圖22所示的實施形態中的V1∶V2與圖12至圖15所示的實施形態的V1∶V2相比，具有與圖17的碳氫化合物排出特性C(或D)接近的特性。
而且，由於圖18至圖22所示的實施形態與圖12至圖15所示的實施形態同樣具有衝突壁141，所以噴射到副燃燒室140內的混合氣在低負荷運轉的狀態下，濃度不同的混合氣被形成層狀，進行穩定的成層燃燒。
另外，連通開口142由於自主燃燒室116及混合氣噴射電磁閥143的中心線向點火栓136側偏心，所以，由混合氣噴射電磁閥143噴射的大部分混合氣按c、d流動，向著點火栓136的電極部136a接觸，另外，由混合氣噴射電磁閥143噴射的混合氣中，沿左右壁面140a、140b流動的混合氣沿著氣缸孔111的左右側面流到主燃燒室116的下方，被活塞112的頂面反轉而上升，到達點火栓136的電極部136a，而且，其中沿右壁面140b流動的混合氣接觸點火栓137的電極部137a的結果，使點火栓136、137的電極部136a、137a附近存有可燃混合氣，穩定的成層燃燒成為可能。
進而，由於連通開口142左右形成長圓形，所以由混合氣噴射電磁閥143噴射的混合氣中，沿副燃燒室140的左右壁面140a、140b流動的氣流不與衝突壁141衝突，而是沿著氣缸孔111的左右側面到達主燃燒室116內的下方，被活塞120的頂面反轉而上升，形成縱向漩渦、氣體交換被充分進行。
而且，由混合氣噴射電磁閥143噴射的混合氣向著點火栓136的方向流動，不指向排氣孔138，所以充分避免了竄氣。
權利要求
1.一種燃料噴射式內燃機，將副燃燒室連通設置在內燃機主燃燒室上、在該副燃燒室上安裝有噴射燃料和壓縮空氣的混合氣開閉閥及點火塞，其特徵在於構成前述副燃燒室的材料為比構成前述主燃燒室的材料的熱傳導率低的材料。
2.一種如權利要求1記載的燃料噴射式內燃機，其特徵在於由鋁合金構成前述主燃燒室、由鑄鐵構成前述副燃燒室。
3.一種帶副燃燒室的火花點火式內燃機，具有與主燃燒室連通的副燃燒室、直接將混合氣或燃料間斷噴射到該副燃燒室的噴射裝置、設在前述副燃燒室上的點火裝置，其特徵在於前述副燃燒室和主燃燒室的各容積容積比設在2∶8～6∶4的範圍內。
4.一種如權利要求3記載的帶副燃燒室的火花點火式內燃機，其特徵在於前述噴射裝置為混合氣噴射裝置，該混合氣噴射裝置包括鄰接於前述副燃燒室並充填壓力空氣的蓄壓室、開閉自如地連通該蓄壓室及前述副燃燒室的開閉閥、向前述蓄壓室噴射燃料的燃料噴射閥。
5.一種如權利要求3或4記載的帶副燃燒室的火花點火式內燃機，其特徵在於前述副燃燒室與沿著氣缸孔中心線指向的噴射裝置一起直列配置在該氣缸孔中心線上，前述主燃燒室自前述氣缸孔中心線向側方偏心配設。
6.一種如權利要求5記載的帶副燃燒室的火花點火式內燃機，其特徵在於連通前述副燃燒室與主燃燒室的連通開口的中心基本位於連結該主燃燒室和副燃燒室的中心的線上，該連通開口相對於前述主燃燒室-副燃燒室中心線，基本呈直角取向。
7.一種如權利要求3或4記載的帶副燃燒室的火花點火式內燃機，其特徵在於前述內燃機為二衝程內燃機。
8.一種如權利要求5記載的帶副燃燒室的火花點火式內燃機，其特徵在於前述內燃機為二衝程內燃機。
9.一種如權利要求6記載的帶副燃燒室的火花點火式內燃機，其特徵在於前述內燃機為二衝程內燃機。
全文摘要
一種將副燃燒室連通設置在內燃機主燃燒室上、在該副燃燒室上安裝有噴射燃料和壓縮空氣的混合氣的混合氣開閉閥及點火塞的內燃機,其中構成副燃燒室的材料的熱傳導率比構成主燃室的材料的低,並包括噴射裝置、設在前述副燃燒室上的點火裝置,前述副燃燒室和主燃燒室的各容積容積比設在2∶8～6∶4的範圍內,前述噴射裝置為混合氣噴射裝置,該混合氣噴射裝置包括蓄壓室、開閉閥、燃料噴射閥。
文檔編號F02B75/12GK1200438SQ98108338
公開日1998年12月2日 申請日期1998年5月21日 優先權日1997年5月23日
發明者上田稔, 津島勇二, 山下宏, 高田美博, 西川豐 申請人:本田技研工業株式會社