火花點火發動機的製作方法

2023-09-21 13:28:25

專利名稱：火花點火發動機的製作方法
火花點火發動機發明領域本發明涉及備有單室式燃燒室的火花點火發動機。
技術背景已往，在備有單室式燃燒室的火花點火發動機中，為了在使用稀 薄混合氣時也能使點火性能穩定，備有設置了無燃料供給的副室的副室式火花塞(例如見專利文獻l)。在該火花點火發動機中，例如圖15、 圖16所示，在汽缸頭21與汽缸22內的活塞23頂面之間形成了燃燒 室25，以該火花塞27的點火電極27a位於燃燒室25的上部的方式在 汽缸頭21上設置著火花塞27。在火花塞27的前端，以覆蓋著點火電 極27a的方式一體地設置著具有若干噴口 28a'28a…的帽28。在該帽 28內，形成了通過噴口 28a '28a…與燃燒室25連通的副室30。這樣， 用火花塞27的點火電極27a對從汽缸22內流入副室30內的混合氣進 行火花點火時，從噴口 28a 28a…噴出的火焰成為火焰噴射流， 一邊 產生大的湍流一邊在燃燒室25內傳播，使該燃燒室25內的混合氣切 實地燃燒。這時，藉助上述火焰噴射流的湍流，可實現快速燃燒。專利文獻1:日本特開平-287826號報發明內容在已往那樣的火花點火發動機中，在火花塞的下部前端， 一體地 設有底圓筒狀的帽而形成了副室，所以，副室的直徑因火花塞的直徑 而受限制，為了確保副室的有效容積，必須要增加高度。這樣，副室 成為縱橫比大的縱長狀，從設在副室上側的點火電極將混合氣點火的 位置到設在副室下側的噴口的距離加長，在點火位置附近容易積存著 殘留氣體。因此，在點火時期，副室內的點火、火焰的成長因殘留氣 體的影響而受到阻礙，對稀薄混合氣不能得到穩定的點火及燃燒性能。為此，本發明的目的是提供與已往相比即使是更稀薄的混合氣也能運轉、具有穩定的點火及燃燒性能的火花點火發動機。本發明要解決的課題如上所述，下面說明解決該課題的技術方案。 即，在本發明的火花點火發動機中，火花塞通過套筒設在汽缸頭 上，該火花塞的點火電極配置在面對汽缸內的單室式燃燒室的位置， 其中，上述套筒形成為有底圓筒狀，在該套筒的底部，形成了收容火 花塞的點火電極的副室，並且，設置了將該副室與上述燃燒室連通的 噴口，該套筒的底部比爆發面伸出到燃燒室內，點火電極的點火位置 在爆發面附近。上述副室是由上述套筒和上述火花塞圍成的圓柱形空間，用該副室的直徑除其高度算出的副室縱橫比設定在0.5 ~ 1.0的範圍內。在本發明中，上述火花塞的點火電極對混合氣點火的點火位置， 配置在壓縮上死點前的點火時期殘留在副室內的殘留氣體下方的噴口 側。在本發明中，用上述副室的高度除從副室上面到點火位置的距離 而算出的算出值設定在0.5~0.8的範圍內。在本發明中，用壓縮上死點時的上述燃燒室的容積除上述副室的 容積而算出的副室容積比設定在0.010 ~ 0.015的範圍內。在本發明中，把連通上述副室和上述燃燒室的噴口設置成為以點 火位置為中心對稱的一對噴口 ，該一對噴口與鉛垂方向所成的噴口角 度設定在80 ~ 100度的範圍內。在本發明中，把連通上述副室和上述燃燒室的噴口的朝向，設定 為連接點火位置與設在燃燒室外周部的閥座的中心或相鄰閥座間的直 線方向，該噴口的朝向相對於上述直線方向的偏差的容許度，在水平 方向i殳定在-10 ~ 10度的範圍內。本發明具有以下效果。根據本發明，可以照常地使用一般市售的火花塞，降低成本。通 過設在套筒上的噴口從副室噴出到燃燒室內的火焰成為火焰噴射流， 藉助該火焰噴射流產生的湍流，可不必使用已往的副室式火花塞地進 行快速燃燒。另外，可以將噴口配置在離開爆發面的位置，可防止火焰噴射流在爆發面附近的猝熄。另外，副室形狀單純，故副室形狀及 點火位置的設計自由度高，可以避免殘留氣體影響地、容易地構成副 室。根據本發明，由於可用適宜的縱橫比構成副室，所以，與已往相 比，可用更稀薄的混合氣進行發動機的運轉。根據本發明，把火花塞的點火位，配置在副室的適宜位置，可以 抑制副室內的殘留氣體引起的點火及燃燒性能的不穩定化。因此，在 稀薄區域也可進行穩定的點火及燃燒，這樣，可將發動機的運轉範圍 擴大到稀薄側。根據本發明，可將副室內的點火位置設定在適宜位置，可以抑制 副室內的殘留氣體引起的點火及燃燒性能的不穩定化。因此，在稀薄 區域也可進行穩定的點火及燃燒，這樣，可將發動機的運轉範圍擴大 到稀薄側。根據本發明，由於可用適宜的副室容積比構成副室，所以，可保 持燃燒穩定性，並且可進行稀薄區域的發動機運轉。根據本發明，由於可把相對於副室的噴口角度設定在適宜角度， 所以，可切實地使火焰噴射流從噴口噴出，保持燃燒穩定性，可進行 稀薄區域的發動機運轉。根據本發明，由於可把相對於副室的噴口的朝向設定在適宜方向， 所以可保持燃燒穩定性，可進行稀薄區域的發動機運轉。


圖1是本發明 一實施例的備有火花塞及套筒的燃燒室的剖面圖。圖2是火花塞及套筒備有的副室的剖面圖。圖3是套筒的剖面俯視圖。(a)是表示噴口的朝向為直線方向Ol 時的圖。(b)是表示噴口的朝向為直線方向02時的圖。圖4是表示副室縱橫比與不發火臨界混合氣濃度的關係的圖。 圖5是表示副室縱橫比與燃燒穩定性的關係的圖。 圖6是具有殘留氣體狀態的副室的剖面圖。圖7是表示從副室上面到點火位置的距離/副室高度與不發火臨界混合氣濃度的關係的圖。圖8是表示從副室上面到點火位置的距離/副室高度與燃燒穩定性 的關係的圖。圖9是表示副室容積比與不發火臨界混合氣濃度的關係的圖。圖IO是表示副室容積比與燃燒穩定性的關係的圖。圖11是表示噴口角度與不發火臨界混合氣濃度的關係的圖。圖12是表示噴口角度與燃燒穩定性的關係的圖。圖13是表示噴口朝向與不發火臨界混合氣濃度的關係的圖。圖14是表示噴口朝向與燃燒穩定性的關係的圖。圖15是已往的備有副室式火花塞的燃燒室的剖面圖。圖16是已往的副室式火花塞備有的副室的局部剖面圖。
具體實施方式
下面，說明發明的實施方式。圖1是本發明一實施例的備有火花塞及套筒的燃燒室的剖面圖。 圖2是火花塞及套筒備有的副室的剖面圖。圖3是套筒的剖面俯視圖。 圖4是表示副室縱橫比與不發火臨界混合氣濃度的關係的圖。圖5是 表示副室縱橫比與燃燒穩定性的關係的圖。圖6是具有殘留氣體狀態 的副室的剖面圖。圖7是表示從副室上面到點火位置的距離/副室高度 與不發火臨界混合氣濃度的關係的圖。圖8是表示從副室上面到點火 位置的距離/副室高度與燃燒穩定性的關係的圖。圖9是表示副室容積 比與不發火臨界混合氣濃度的關係的圖。圖10是表示副室容積比與燃 燒穩定性的關係的圖。圖11是表示噴口角度與不發火臨界混合氣濃度 的關係的圖。圖12是表示噴口角度與燃燒穩定性的關係的圖。圖13 是表示噴口朝向與不發火臨界混合氣濃度的關係的圖。圖14是表示噴 口朝向與燃燒穩定性的關係的圖。圖15是已往的備有副室式火花塞的燃燒室的剖面圖。圖16是已往的副室式火花塞備有的副室的局部剖面 圖。在火花點火發動機中，如圖1、圖2所示，在汽缸頭1的下方連 續地配置著汽缸2，活塞3在該汽缸2內上下自由滑動。在該活塞3的上部前端，"沒有與汽缸頭1相向的凹部3a，由該凹部3a、汽缸頭1 和汽缸2形成了燃燒室5。在汽缸頭1上配置著圖未示的吸氣閥和排 氣閥，這些吸氣閥和排氣閥分別面對著設在活塞3上部的閥座3b 3b… (見圖3)。通過適當地開閉該吸氣閥和排氣閥，對燃燒室5進行吸氣 或排氣。在上述汽缸頭l的、燃燒室5的大致中心位置，沿上下方向嵌合 著有底圓筒狀的套筒6，在該套筒6內設置著火花塞7。在火花塞7 的下部前端備有點火電極7a . 7b (接地電極7a 中心電極7b)，該點 火電極7a 7b位於燃燒室5上部。該火花塞7的點火電極7a 7b由 伸出到燃燒室5內的套筒6的底部覆蓋著，在收容該點火電極7a -7b 的套筒6的下部內形成了副室10。上述副室10從平面上看配置在燃燒室5的大致中央，如圖3所示， 形成在上述活塞3上的閥座3b.3b…位於該副室10的周圍。閥座 3b 3b…作為吸氣閥用的閥座或排氣閥用的閥座。在本實施例中，吸 氣用及排氣用的閥座各有2個，以副室10為中心左右對稱地間隔90另外，在上述套筒6的底部周圍，等間隔地貫通設置了若干個噴 口6a.6a…，通過該噴口 6a 6a…來連通副室10與燃燒室5。這樣， 打開吸氣閥，被吸入到汽缸2內的燃燒用混合氣通過噴口 6a .6a…流 入副室10,火花塞7利用點火電極7a .7b對該混合氣進行火花點火， 火焰從噴口 6a 6a…噴出到燃燒室5內並傳播。上述套筒6的設置著噴口 6a . 6a…的底部比爆發面la (汽缸頭1 的與汽缸2相向的下面)朝燃燒室5內伸出，並且，在上述套筒6內， 火花塞7的點火電極7a 7b伸出到爆發面la附近。這樣，副室10 內的點火電極7a '7b的點火位置12，在上下方向位於爆發面la附近。因此，為了不另外供給燃料地進行稀薄燃燒，用火花塞7對副室 10內的混合氣進行火花點火時，從上述副室10通過套筒6的噴口 6a 6a…噴出到燃燒室5內的火焰成為火焰噴射流、產生湍流，藉助 該湍流，不必使用副室式火花塞就可進行快速燃燒。另外，這時，由於上述套筒6的噴口 6a . 6a…處於離開爆發面la的位置，所以，可 以防止火焰噴射流在爆發面附近的猝熄。另外，由於上述副室IO是形成在套筒6與火花塞7之間的空間， 所以，其形狀自然地被決定。因此，副室形狀單純，能避免殘留氣體 影響地、容易地構成副室IO。在本實施例中，上述副室IO的形狀是大致圓柱形，其直徑與火花 塞7的外徑大致一致。如圖2所示，在設副室10的高度(縱寬)是從 套筒6的內側底面到火花塞7的底面之間的距離Ll、設副室10的直 徑(橫寬)是與套筒6的內徑相等的距離L2時，使距離Ll與距離 L2滿足式(1)的關係地構成副室10。0.5 < Ll/L2 L4。這樣，上述火花塞7的點火電極7a '7b對混合氣點火的點火位置 12，配置在副室10內的殘留氣體下方的噴口 6a側。因此，火花塞7 的點火位置12配置在副室10內的適宜位置，可以抑制副室10內的殘 留氣體引起的點火及燃燒性能不穩定。因此，即使在稀薄區域也能進 行穩定的點火及燃燒，可以將發動機的運轉範圍擴大到稀薄側。具體地說，使得從副室10上面到點火位置12的距離L3與上述 副室IO的高度LI之間，滿足式(3)的關係地對副室IO設定點火位置12。0.5 < L3/L1 < 0.8 ……(3)即，用副室10的高度L1除從上述副室IO上面到點火位置12的 距離L3，把該算出值L3/L1設定在0.5 0.8的範圍內。這時，如圖7所示，較之上述算出值L3/L1小的情況，上述算出 值L3/L1大時，副室10中的不發火臨界的混合氣濃度變稀薄。即， 不發火臨界的空氣過剩率增大。因此，使算出值L3/L1為上述設定範 圍內的適宜值地對副室IO設定點火位置12，可以使儘量稀薄的混合 氣燃燒，進行發動機的運轉。另外，如圖8所示，在使不發火臨界混合氣濃度為一定時，較之 上述算出值L3/L1小的情況，上述算出值L3/L1大時，可以將燃燒變 動率抑制得較低，增加燃燒穩定性。因此，可用稀薄混合氣穩定地進 行稀薄燃燒，藉助該稀薄燃燒，可提高燃料利用率。另外，在設上述副室10的容積為VI、設壓縮上死點時的燃燒室 5的容積為V2時，副室容積VI與燃燒室容積V2之間滿足式(4)的 關係。0.010 < Vl/V2《0.015 ……(4) 即，用燃燒室容積V2除上述副室容積VI，算出副室10的容積 比Vl/V2，將該副室10的容積比Vl/V2設定在0.010~0.015的範圍內。在上述副室10中，如圖9所示，使副室容積比Vl/V2在上述設 定值0.010 ~ 0.015的範圍內時，不發火臨界混合氣濃度最稀薄。即， 不發火臨界的空氣過剩率增大。因此，通過使副室IO的容積比為上述 設定範圍內的適宜值地構成副室10，可以使儘量稀薄的混合氣燃燒， 進行發動機的運轉。另外，如圖10所示，當上述副室容積比Vl/V2在上述設定值 0.010 ~ 0.015的範圍內時，將燃燒變動率抑制得較低，燃燒穩定性最 為增加。這樣，可用稀薄混合氣穩定地進行燃燒，藉助該稀薄燃燒， 也可提高燃料利用率。另外，相對於上述構造的副室10，設在套筒6底部的若干個噴口 6a . 6a…兩個一組地配置在直徑方向，並設有若干組。即，各一對噴 口 6a 6a以火花塞7的點火位置12為中心，左右對稱地配置著。各 噴口 6a朝著燃燒室5的外周部向下方傾斜地形成，通過該噴口 6a可 從副室IO朝著燃燒室5將火焰噴射流呈放射狀地噴出。如圖6所示， 上述各一對噴口 6a .6a與鉛垂方向所成的噴口角度oci殳定在80 ~ 100 度的範圍內。在這樣的構造中，如圖11所示，當噴口角度oc在上述設定值80 IOO度的範圍內時，副室10中的不發火臨界混合氣濃度變稀薄。即， 不發火臨界的空氣過剩率增大。因此，通過使噴口角度a相對於副室 IO為上述設定範圍內的適宜值，可使儘量稀薄的混合氣燃燒，進行發 動機的運轉。另外，如圖12所示，當噴口角度oc在上述設定值80 100度的範 圍內時，燃燒變動率被抑制得較低，燃燒穩定性最為增加。因此，可 用稀薄混合氣穩定地進行稀薄燃燒，藉助該稀薄燃燒，也可提高燃料 利用率。另外，上述一對噴口6a'6a，從平面上看以火花塞7的點火位置 12為中心，等間隔地配置著。在本實施例中， 一對噴口 6a . 6a設有 兩組，分別錯開90度地配置著。即，在副室10的周圍間隔90度地配 置著4個噴口。如圖3(a)所示，使得來自噴口 6a 6a…的火焰噴射流的噴出方 向朝向各閥座3b中心地設定各噴口 6a的朝向(連接點火位置12和閥 座3b中心的直線方向Ol)。另外，如圖3(b)所示，使得來自噴口 6a 6a…的火焰噴射流的噴出方向朝向閥座3b與閥座3b之間地設定 各噴口 6a的朝向(連接點火位置12和相鄰閥座3b之間的直線方向 02)。另外，該噴口 6a的朝向相對於上述直線方向偏差的容許度P ，在 水平方向設定在-10~10度的範圍內。另外，噴口6a的適宜朝向，根 據燃燒室5的形狀，從上述直線方向Ol或02中決定一個方向。另外，圖3 (a) (b)中的箭頭表示從噴口 6a噴出的火焰噴射流的噴出方向。 在該構造中，如圖13所示，在把噴口 6a的朝向設定為上述直線 方向Ol或02時，其偏差的容許度P的設定值在-10 ~ 10度的範圍內， 副室10內的不發火臨界混合氣濃度最稀薄。即，不發火臨界的空氣過 剩率增大。因此，把噴口 6a的朝向相對於副室IO設在上述設定範圍 內的適宜方向，可使儘量稀薄的混合氣燃燒，進行發動機的運轉。另外，如圖14所示，當上述容許度P在上述設定值-10 10度的 範圍內時，燃燒變動率被抑制得較低，燃燒穩定性增加。這樣，可用 稀薄混合氣穩定地進行燃燒，藉助該稀薄燃燒，也可提高燃料利用率。 本發明可用於備有單室式燃燒室的火花點火發動機。
權利要求
1.一種火花點火發動機，火花塞通過套筒設在汽缸頭上，該火花塞的點火電極配置在面對汽缸內的單室式燃燒室的位置，其特徵在於，上述套筒形成為有底圓筒狀，在該套筒的底部，形成了收容火花塞的點火電極的副室，並且，設置將該副室與上述燃燒室連通的噴口，該套筒的底部比爆發面伸出到燃燒室內，點火電極的點火位置在爆發面附近。
2. 如權利要求1所述的火花點火發動機，其特徵在於，上述副室 是由上述套筒和上述火花塞圍成的圓柱形空間，用該副室的直徑除其 高度算出的副室縱橫比，設定在0.5~1.0的範圍內。
3. 如權利要求l所述的火花點火發動機，其特徵在於，上述火花 塞的點火電極對混合氣點火的點火位置，配置在壓縮上死點前的點火 時期殘留在副室內的殘留氣體下方的噴口側。
4. 如權利要求2所述的火花點火發動機，其特徵在於，用上述副 室的高度除從副室上面到點火位置的距離而算出的算出值設定在 0.5~0.8的範圍內。
5. 如權利要求3所述的火花點火發動機，其特徵在於，用壓縮上 死點時的上述燃燒室的容積除上述副室的容積而算出的副室容積比設 定在0.010 ~ 0.015的範圍內。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的火花點火發動機，其特徵在 於，把連通上述副室和上述燃燒室的噴口設置成為以點火位置為中心 對稱的一對噴口 ，該一對噴口與鉛垂方向所成的噴口角度設定在80 ~ 100度的範圍內。
7. 如權利要求1至5中任一項所述的火花點火發動機，其特徵在 於，把連通上述副室和上述燃燒室的噴口的朝向，設定為連接點火位 置與設在燃燒室外周部的閥座的中心或相鄰閥座間的直線方向，該噴 口的朝向相對於上述直線方向的偏差的容許度，在水平方向設定在 -10~10度的範圍內。
全文摘要
本發明提供與已往相比即使是更稀薄的混合氣也能運轉、具有穩定的點火及燃燒性能的火花點火發動機。火花塞(7)通過套筒(6)設在汽缸頭(1)上，該火花塞(7)的點火電極(7a)配置在面對汽缸(2)內的單室式燃燒室(5)的位置。上述套筒(6)形成為有底圓筒狀，在該套筒(6)的底部，形成了收容火花塞(7)的點火電極(7a·7b)的副室(10)，並且，設置了將該副室(10)與上述燃燒室(5)連通的噴口(6a)，該套筒(6)的底部比爆發面(1a)伸出到燃燒室(5)內，點火電極(7a)的點火位置(12)在爆發面(1a)附近。
文檔編號F02B19/16GK101243245SQ200680030440
公開日2008年8月13日 申請日期2006年8月30日 優先權日2005年9月15日
發明者井上國彥, 武本徹 申請人:洋馬株式會社