具有火花塞的內燃機和設置有該內燃機的車輛的製作方法
2023-06-02 23:31:56 3
專利名稱：具有火花塞的內燃機和設置有該內燃機的車輛的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有火花塞的內燃機和設置有該內燃機的車輛。
背景技術：
在具有用於吸入空氣燃料混合物的進氣口和用於排放燃燒氣體的排氣口的火花點火型內燃機中，常規認為優選將火花塞布置在燃燒室中心周圍，即在氣缸軸線附近以提高抗爆性。但是，實際上有除火花塞之外的部件設置在內燃機中，而僅通過簡單地將火花塞布置在氣缸軸線附近而忽視這些其它部件的布局，不一定能獲得合適的抗爆性。已經提出了將火花塞從氣缸軸線向著進氣口偏移布置(例如，見美國專利No.5,027,761的圖7)。
當如美國專利No.5,027,761中那樣，火花塞向著進氣口偏移布置時，在氣缸蓋上，進氣口側的空間變得比火花塞小。結果，當火花塞向著進氣口的偏移量較大時，進氣口的開口面積量必須減小。但是，當進氣口的開口面積減小時，引起進氣量的減小，因此發生發動機輸出的減小。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的優選實施例提供了一種內燃機，該內燃機實現防爆性的顯著提高，同時防止發動機輸出的降低。
根據本發明的優選實施例，一種內燃機包括具有氣缸內表面的氣缸；氣缸蓋，該氣缸蓋與氣缸內表面配合以界定燃燒室，並具有包括進氣口的氣缸蓋內表面，進氣通過該進氣口引入到燃燒室中；打開和關閉進氣口的進氣門；設置在氣缸蓋上的火花塞；和進氣漂移機構，該進氣漂移機構使得進氣在進氣口中向著氣缸的軸線漂移並在燃燒室中產生渦流；其中當進氣門打開時，進氣門與氣缸蓋內表面之間的最小間隙等於或大於進氣門與氣缸內表面之間在氣缸的徑向上的間隙。
根據本發明的另一個優選實施例，一種內燃機包括具有氣缸內表面的氣缸；氣缸蓋，該氣缸蓋與氣缸內表面配合以界定燃燒室，並具有包括進氣口的氣缸蓋內表面，進氣通過該進氣口引入到燃燒室中；打開和關閉進氣口的進氣門；設置在氣缸蓋上的火花塞；和進氣漂移機構，該進氣漂移機構使得進氣在進氣口中向著氣缸的軸線漂移並在燃燒室中產生渦流；其中所述火花塞布置在距氣缸的軸線在氣缸的孔徑的約5％的距離內的位置處。
對於根據本發明優選實施例的內燃機，進氣漂移機構使得進氣能夠從氣缸軸線側主動地引入到燃燒室中。因此，即使在火花塞偏移較小時，也可以可靠地確保足夠的進氣量。由於火花塞可以偏移較小，所以在氣缸軸線附近發生點火。因此，進氣的漂移、燃燒室中的渦流、以及氣缸軸線附近的點火的綜合效應使得可以提高防爆性同時防止發動機輸出的降低。
從參考附圖對優選實施例的以下詳細說明中，本發明的其它特徵、要素、特性和優點將變得清楚。
圖1是示出摩託車的側視圖；圖2是示出發動機構造的視圖；圖3是示出發動機主要部件的剖視圖；圖4是示出氣缸蓋的仰視圖；圖5是沿著圖4的線V-V所取的剖視圖；圖6是示出用於發動機的控制設備構造的視圖；圖7是示出根據修改方案的發動機的局部剖視圖；圖8是沿著圖7的線VIII-VIII所取的剖視圖；且圖9是沿著圖7的線IX-IX所取的剖視圖。
具體實施例方式
如圖1所示，根據優選實施例的車輛是摩託車1。但是，根據本發明優選實施例的車輛不限於摩託車1。根據本發明的車輛可以是其它的跨乘式車輛或其它非跨乘式車輛的車輛。此外，「摩託車」包括除所謂機動自行車之外的小型摩託車等。
摩託車1包括車體2、安裝到車體2上的前輪3和後輪4、以及通過驅動鏈條(未示出)驅動後輪4的發動機5。在本優選實施例中，發動機5優選地包括單缸四衝程內燃機。但是，發動機5在氣缸的數量等上不受限制。
如圖2所示，發動機5包括發動機主體10、進氣通道11和排氣通道12。發動機主體10包括容納曲軸42(見圖3)等的曲軸箱21、與曲軸箱21結合的氣缸22、以及安裝到氣缸22上的氣缸蓋23。此外，根據本優選實施例，曲軸箱21和氣缸22結合在一起形成氣缸體。但是，曲軸箱21和氣缸22可以分離地形成並互相組裝在一起。
進氣通道11包括連接到空氣濾清器(未示出)的進氣管15、節氣門體16和形成在氣缸蓋23中的進氣孔54。進氣管15的下遊端連接到節氣門體16的上遊端，且節氣門體16的下遊端連接到氣缸蓋23。節氣門13設置在節氣門體16內。噴射器14安裝到氣缸蓋23。即，噴射器14布置在進氣通道11中節氣門13的下遊。因此，噴射器14在節氣門13與如下所述的進氣口52(見圖3)之間噴射燃料。
排氣通道12包括位於氣缸蓋23上的排氣孔55、連接到氣缸蓋23的排氣管17、設置在排氣管17上的催化劑箱18、和設置在排氣管17的末端處的消音器19。三元催化劑7容納在催化劑箱18中。
如圖3所示，氣缸內表面31在氣缸22內界定了柱狀氣缸室32，而活塞40容納在氣缸室32中。活塞40連接到連杆41，連杆41連接到曲軸42。水套34形成在氣缸22的上表面上，即形成在與氣缸蓋23相對的相對表面33上。水套34布置為從氣缸22的縱向(圖3的豎直方向)觀察時圍繞氣缸室32的周界。
覆蓋氣缸室32上方區域的單坡屋頂式凹部51布置在氣缸蓋23的下表面上，即布置在氣缸蓋內表面60上。但是，凹部51在形狀上不受限制，而可以是例如半球形或多球形。由凹部51、氣缸內表面31和活塞40的上表面界定了燃燒室44。
如圖4所示，凹部51優選地包括兩個進氣口52和兩個排氣口53。進氣口52優選地形成在車體2的後側(圖4中的左側)上以布置在車體2的左右方向(圖4中的豎直方向)上。排氣口53優選地形成在車體2的前側(圖4中的右側)上以布置在車體2的左右方向上。進氣口52和排氣口53布置為從氣缸軸線CL偏移，並布置為圍繞氣缸軸線CL。此外，進氣口52優選地具有比排氣口53更大的開口面積。
如圖3所示，氣缸蓋23形成有通過各個進氣口52與燃燒室44連通的進氣孔54、以及通過各個排氣口53與燃燒室44連通的排氣孔55。如圖4所示，進氣孔54接合在一起而與節氣門體16連通。而且，兩個排氣孔55接合在一起而與排氣管17連通。
如圖3所示，氣缸蓋23設置有打開和關閉進氣口52的進氣門56、以及打開和關閉排氣口53的排氣門57。進氣門56和排氣門57分別在其中關閉進氣口52和排氣口53的方向上被偏壓。而且，氣缸蓋23設置有周期性地打開和關閉進氣門56和排氣門57的搖臂58、59。但是，打開和關閉進氣門56和排氣門57的門操作機構不受限制。
水套61形成在氣缸蓋23的內表面60上。水套61位於與氣缸22中的水套34對應的位置處。墊圈62插入在氣缸蓋23與氣缸22之間。墊圈62優選地包括多個孔(未示出)，這些孔在氣缸蓋23中的水套61與氣缸22中的水套34之間提供連通。
如圖5所示，進氣孔54優選地包括所謂滾流孔(tumble port)。更具體地，進氣孔54產生的流動通道使得通過進氣口52引入到燃燒室44中的空氣燃料混合物在燃燒室44中產生縱向渦流(滾流)。而且，進氣孔54形成為使得空氣燃料混合物在進氣口52中向著氣缸軸線CL漂移。這裡，與排氣孔55相比，進氣孔54形成為在遠離燃燒室44的區域(上遊區域)中相對比較直，而在靠近燃燒室44的區域(下遊區域)中相對比較彎曲。
但是，本優選實施例中的進氣孔54具有的流動通道使得空氣燃料混合物朝向氣缸軸線CL漂移並易於在燃燒室44中產生渦流，而進氣孔54不限於該具體構造。進氣孔54可以具有在燃燒室44內形成橫向渦流即漩渦流的流動通道。
此外，此處「氣缸軸線CL」表示除了氣缸內表面31附近之外的區域，並表示相對較寬的區域。因此，例如對於圖4中左上方的進氣口52，此處提及的「向著氣缸軸線CL漂移」不僅包括使得空氣燃料混合物在圖4中向右並斜向下漂移，而且還包括使得空氣燃料混合物向下(向著另一個進氣口52)漂移。
如圖5所示，進氣門56包括軸56a和設置在軸56a的末端處的傘狀部分56b。排氣門57優選地具有與進氣門56基本相同的構造。
如圖5所示，當進氣門56打開時，在氣缸蓋23的凹部51與進氣門56(更具體地，進氣門56的傘狀部分56b)之間形成間隙。空氣燃料混合物從進氣孔54通過這些間隙流動到燃燒室44中。在間隙優選地設置在進氣門56的傘狀部分56b周圍的情況下，間隙在氣缸內表面31的附近變得最小。
在本優選實施例中，當進氣門56打開時，進氣門56與凹部51之間的最小間隙A變得等於或大於進氣門56與氣缸內表面31之間在燃燒室44的徑向(即，氣缸22的徑向)上的間隙B(換言之，當從氣缸的軸向觀察時進氣門56與氣缸內表面31之間的間隙)。這樣，根據本優選實施例，當從氣缸的軸向觀察時，進氣門56設置在靠近氣缸內表面31的位置上，並且進氣口52形成在靠近氣缸內表面31的位置上。在氣缸蓋23的凹部51的中央區域中產生了與進氣門56和進氣口52靠近氣缸內表面31的量對應的多餘空間。此外，雖然間隙A和間隙B的值不受具體限制，但是這些間隙可以是例如約2mm至約5mm。間隙A和間隙B還可以是例如約3mm至約4mm。
氣缸蓋23設置有火花塞63。火花塞63包括塞體66、設置在塞體66的末端處的中央電極64、和側向電極65。中央電極64和側向電極65從氣缸蓋23的凹部51向著燃燒室44突出。火花塞63優選地位於從氣缸軸線CL向著排氣口53偏移的位置處。更具體地，火花塞63的中央電極64從氣缸軸線CL向著排氣口53偏移。
如上所述，進氣口52形成在靠近氣缸內表面31的位置上。因此，與常規發動機相比，可以在發動機5中使得火花塞63的位置向著進氣口52偏移一定的量，該量為進氣口52向著氣缸內表面31偏移的量。因此，可以使得火花塞63的位置接近氣缸軸線CL。
火花塞從氣缸軸線CL的偏移Δd優選地在氣缸22的孔徑D的約5％內，並尤其優選地在約3％內。孔徑D可以是例如約50mm至約60mm。偏移Δd小於例如約3mm，並可以等於或小於約1.5mm。而且，偏移Δd可以是約1mm至約2mm。通過使偏移Δd較小，可以甚至在例如理論空燃比或稀氣區域中的燃燒下有效地防止爆燃。此外，偏移Δd可以是0。即，火花塞63可以布置在氣缸軸線CL上。
如圖6所示，檢測進氣通道11中溫度的溫度傳感器72、檢測進氣通道11中壓力的壓力傳感器73、和檢測節氣門13開度的節氣門位置傳感器76設置在發動機5的進氣通道11中。此外，壓力傳感器73設置在節氣門13的下遊。O2傳感器74設置在排氣通道12中。曲軸箱21設置有檢測曲軸角度的曲軸角度傳感器75。傳感器72至76連接到發動機控制單元(ECU)70。此外，ECU 70通過點火線圈71連接到火花塞63以控制火花塞63的點火正時。而且，ECU 70還連接到噴射器14以控制噴射器14的燃料噴射正時。
ECU 70控制節氣門13或噴射器14，使得不僅在平穩驅動期間而且在低速旋轉的區域例如怠速等中運行期間，空燃比都達到約14.7(理論空燃比)。例如，ECU 70調節進氣量或燃料噴射量以由此在怠速運行時將空燃比控制為約14.2到約15.2。這樣，通過使空燃比基本等於理論空燃比，可以在怠速運行時也有效地利用排氣通道12中的三元催化劑7。
如上所述，對於發動機5，進氣口52靠近氣缸內表面31，並且當從氣缸軸向觀察時，進氣門56與氣缸內表面31之間的間隙B等於或小於進氣門56與氣缸蓋23的凹部51之間的最小間隙A。因此，與向著氣缸軸線CL的一側相比，空氣燃料混合物變得難以在進氣口52的向著氣缸內表面31的這側上流動。但是，進氣孔54形成為使空氣燃料混合物向著氣缸軸線CL漂移。因此，在進氣口52的向著氣缸內表面31的這側上的吸入量的減小可以由向著氣缸軸線CL這側上的吸入量的增大來進行補償。因此，可以將足夠量的空氣燃料混合物供應到燃燒室44。
而且，由於空氣燃料混合物在燃燒室44中形成渦流，所以即使從進氣口52的向著氣缸軸線CL這側流動的空氣燃料混合物在流動到燃燒室44中之後也易於流動到氣缸內表面31附近。因此，空氣燃料混合物被相對均勻地填充在燃燒室44中。這樣，對於發動機5，會擔心伴隨著空氣燃料混合物的漂移而在進氣口52中產生流動分布的分散，但這種分散可以在燃燒室44中消除。
另一方面，可以在發動機5中將火花塞63布置在氣缸軸線CL的附近一定量處，該量是進氣口52靠近氣缸內表面31的量。因此，可以防止燃燒室44中燃燒火焰的傳播距離的分散，因此可以實現防爆性的提高。
這樣，對於發動機5，使得流動到燃燒室44中的空氣燃料混合物在進氣口52中向著氣缸軸線CL漂移，在燃燒室44中形成渦流，並且使得火花塞63在氣缸軸線CL附近產生點火，因此其綜合效應使得可以實現防爆性的提高同時防止發動機輸出的降低。
對於發動機5，即使在低速旋轉區域中也可以在理論空燃比下穩定地進行運行。當然，也可以在理論空燃比下穩定地進行怠速運行。而且，在稀氣區域中的怠速運行也是可以的。
而且，對於發動機5，實現了防爆性的提高，因此可以提高壓縮比。
對於發動機5，進氣孔54包括滾流孔。因此，相對簡單的構造使得其可以在燃燒室44中形成滾流而不引起任何部件數量的增多。
如上所述，對於發動機5，火花塞63的位置從氣缸軸線CL偏移，並具體地向著排氣口53偏移。因此，與火花塞63向著進氣口52偏移的情況相比，可以增大進氣口52的開口面積。但是，根據進氣口52和排氣口53的數量和布置，即使當火花塞63向著進氣口52偏移時，也可以充分確保進氣口52的開口面積。在這種情況下，火花塞63可以向著進氣口52偏移。
如上所述，在本優選實施例中，進氣孔54優選地包括滾流孔。但是，進氣孔54可以是這樣的類型，它使得空氣燃料混合物向著氣缸軸線CL漂移並在燃燒室44中產生渦流。進氣孔54可以包括漩渦孔以在燃燒室44內產生橫向渦流。進氣孔54可以使得空氣燃料混合物在與燃燒室44的氣缸內表面31相切的方向上引入。
而且，不需要進氣漂移機構僅由進氣孔54來構成。進氣漂移機構不限於具體構造。例如，進氣漂移機構可以包括在進氣孔54中部分地堵塞流動通道的閉合構件(例如，突起)。而且，進氣漂移機構可以包括與進氣孔54分離的流動通道，來自該流動通道的射流使得進氣孔54中的空氣燃料混合物漂移等。
而且，進氣漂移機構可以包括閥門以使空氣燃料混合物漂移，該閥門例如是在進氣孔54中部分地堵塞流動通道的閥門。進氣漂移機構可以包括在例如美國專利No.5,359,972的說明書和附圖中描述的控制閥或節氣門。美國專利No.5,359,972的說明書和附圖在此引用作為參考。
此後，將參考圖7至9描述包括使得空氣燃料混合物漂移的閥門的另一個優選實施例。如圖7所示，根據此優選實施例，另一個節氣門體101設置在氣缸蓋23與節氣門體16之間。氣缸蓋23形成有在垂直於或基本垂直於進氣孔54的方向上延伸的孔102。控制閥103可轉動地布置在孔102中以改變進氣孔54的流動通道面積。在控制閥103的末端設置連接件105，驅動線纜等連接到該控制閥。控制閥103從驅動線纜等接收驅動力以轉動，從而改變進氣孔64的流動通道面積。
如圖8所示，凹部104形成在控制閥103的布置在進氣孔54中的那些部分上。當控制閥103轉動時，凹部104改變位置，因此進氣孔54的流動通道面積改變。例如，當控制閥103轉動到部分地關閉進氣孔54的下流動通道部分時，僅進氣孔的上部打開，導致流動通道面積的減小。從而，空氣燃料混合物向著氣缸軸線漂移，使得在燃燒室44中易於形成滾流。
如圖7所示，節氣門體101設置有節氣門110。節氣門110包括延伸通過節氣門體101的門軸112、螺栓緊固到門軸112的門片113、和設置在門軸112的末端處的連接件114。驅動線纜等連接到連接件114，並且節氣門體101從驅動線纜等接收驅動力以轉動。
如圖9所示，門片113的與進氣孔54之一對應的一部分形成有凹口115。因此，當節氣門110轉動時，在兩個進氣孔54都打開的打開狀態和一個進氣孔54打開而另一個關閉的關閉狀態(圖9所示的狀態)之間進行切換。在關閉狀態下，空氣燃料混合物僅通過進氣口52之一流動到燃燒室44中，因此在燃燒室44中形成漩渦流。
此外，根據本優選實施例，控制閥103和節氣門110可以在燃燒室44中單獨產生滾流或漩渦流，並還可以產生其中滾流和漩渦流互相混合的渦流。
根據本優選實施例，進氣口52和排氣口53分別優選地布置為2乘2。但是，進氣口52和排氣口53在數量或布置上不受限制。而且，進氣口52和排氣口53可以在數量上互相不同。類似地，進氣門56和排氣門57在數量或布置上也不受限制。
本發明不限於上述優選實施例，而可以進行各種變化和修改而不偏離本發明的範圍。現在公開的優選實施例因此在所有方面都應該被認為是解釋性的而非限制性的。本發明的範圍由所附權利要求而非前述說明來表示，且落在權利要求的等同方案的含義和範圍內的所有改變都將包括在內。
權利要求
1.一種內燃機，包括具有氣缸內表面的氣缸；氣缸蓋，所述氣缸蓋與所述氣缸內表面配合以界定燃燒室，並具有包括進氣口的氣缸蓋內表面，進氣通過所述進氣口引入到所述燃燒室中；打開和關閉所述進氣口的進氣門；設置在所述氣缸蓋上的火花塞；和進氣漂移機構，所述進氣漂移機構使得所述進氣在所述進氣口中向著所述氣缸的軸線漂移並在所述燃燒室中產生渦流；其中當所述進氣門打開時，所述進氣門與所述氣缸蓋內表面之間的最小間隙等於或大於所述進氣門與所述氣缸內表面之間在所述氣缸的徑向上的間隙。
2.根據權利要求1所述的內燃機，其特徵在於，所述火花塞布置在距所述氣缸的軸線在所述氣缸的孔徑的約5％的距離內的位置處。
3.根據權利要求1所述的內燃機，其特徵在於，所述火花塞布置在距所述氣缸的軸線在所述氣缸的孔徑的約3％的距離內的位置處。
4.根據權利要求1所述的內燃機，其特徵在於，所述氣缸蓋內表面包括排氣口，所述燃燒室中的氣體通過所述排氣口排放，且所述火花塞從所述氣缸的軸線向著所述排氣口偏移。
5.根據權利要求1所述的內燃機，其特徵在於，所述進氣漂移機構包括滾流孔，所述滾流孔在所述燃燒室中產生縱渦流。
6.一種內燃機，包括具有氣缸內表面的氣缸；氣缸蓋，所述氣缸蓋與所述氣缸內表面配合以界定燃燒室，並具有包括進氣口的氣缸蓋內表面，進氣通過所述進氣口引入到所述燃燒室中；打開和關閉所述進氣口的進氣門；設置在所述氣缸蓋上的火花塞；和進氣漂移機構，所述進氣漂移機構使得所述進氣在所述進氣口中向著所述氣缸的軸線漂移並在所述燃燒室中產生渦流；其中所述火花塞布置在距所述氣缸的軸線在所述氣缸的孔徑的約5％的距離內的位置處。
7.根據權利要求6所述的內燃機，其特徵在於，所述火花塞布置在距所述氣缸的軸線在所述氣缸的孔徑的約3％的距離內的位置處。
8.根據權利要求6所述的內燃機，其特徵在於，所述氣缸蓋內表面包括排氣口，所述燃燒室中的氣體通過所述排氣口排放，且所述火花塞從所述氣缸的軸線向著所述排氣口偏移。
9.根據權利要求6所述的內燃機，其特徵在於，所述進氣漂移機構包括滾流孔，所述滾流孔在所述燃燒室中產生縱渦流。
10.一種車輛，包括車體；安裝到所述車體的車輪；和驅動所述車輪的內燃機，其中所述內燃機包括具有氣缸內表面的氣缸；氣缸蓋，所述氣缸蓋與所述氣缸內表面配合以界定燃燒室，並具有包括進氣口的氣缸蓋內表面，進氣通過所述進氣口引入到所述燃燒室中；打開和關閉所述進氣口的進氣門；設置在所述氣缸蓋上的火花塞；和進氣漂移機構，所述進氣漂移機構使得所述進氣在所述進氣口中向著所述氣缸的軸線漂移並在所述燃燒室中產生渦流；其中當所述進氣門打開時，所述進氣門與所述氣缸蓋內表面之間的最小間隙等於或大於所述進氣門與所述氣缸內表面之間在所述氣缸的徑向上的間隙。
11.一種車輛，包括車體；安裝到所述車體的車輪；和驅動所述車輪的內燃機，其中所述內燃機包括具有氣缸內表面的氣缸；氣缸蓋，所述氣缸蓋與所述氣缸內表面配合以界定燃燒室，並具有包括進氣口的氣缸蓋內表面，進氣通過所述進氣口引入到所述燃燒室中；打開和關閉所述進氣口的進氣門；設置在所述氣缸蓋上的火花塞；和進氣漂移機構，所述進氣漂移機構使得所述進氣在所述進氣口中向著所述氣缸的軸線漂移並在所述燃燒室中產生渦流；其中所述火花塞布置在距所述氣缸的軸線在所述氣缸的孔徑的約5％的距離內的位置處。
全文摘要
本發明公開了一種內燃機，包括具有氣缸內表面的氣缸；氣缸蓋，該氣缸蓋與氣缸內表面配合界定了燃燒室，並具有包括進氣口的氣缸蓋內表面，通過該進氣口將進氣引入到燃燒室中；打開和關閉進氣口的進氣門；設置在氣缸蓋上的火花塞；和進氣漂移機構，該進氣漂移機構使得進氣在進氣口中向著氣缸的軸線漂移並在燃燒室中產生渦流。當進氣門打開時，進氣門與氣缸蓋內表面之間的最小間隙等於或大於進氣門與氣缸內表面之間在氣缸的徑向上的間隙。
文檔編號F01L1/26GK1916375SQ20061010893
公開日2007年2月21日 申請日期2006年7月28日 優先權日2005年8月5日
發明者大久保明彥, 二口順夫, 河部秀明 申請人:山葉發動機株式會社