專利名稱：內燃機的燃燒室構造的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種內燃機的燃燒室構造。更具體地說，本發明涉及一種將空氣燃料混合物吸入燃燒室內并在該燃燒室內燃燒的內燃機燃燒室構造。
背景技術：
具有活塞在其內往復運動的內燃機燃燒室通常是由氣缸蓋的下表面、活塞頂表面、和缸膛壁面形成。氣缸蓋的下表面包括多個進氣口和多個排氣口。在內燃機中燃料噴射器沿著進氣通道設置，該進氣通道從進氣口通向燃燒室，當與進氣口結合的進氣閥打開時，空氣燃料混合物流入燃燒室內。然后，當燃料在燃燒室內燃燒之后，通過控制與排氣口結合的排氣閥而將該排氣口打開，將燃燒過的廢氣排至排氣道。
例如，日本特開專利申請H7-150945披露了一種燃燒室構造，其中在氣缸蓋的下表面上的每個進氣口周圍設有臺階結構。更具體地說，在該參考文獻中，進氣口周圍的進氣口外圍壁面設置成在每個進氣口周圍具有臺階表面。關于這種燃燒室構造，當內燃機具有一個被構造并設置成不定控制閥升程的量的可變升程機構時，甚至當進氣閥升程的量降低從而使吸入燃燒室的空氣燃料混合物的量節流時，流入燃燒室的空氣燃料混合物碰撞進氣口周圍所形成的臺階表面并將該空氣燃料混合物的方向改變成遠離氣缸蓋下表面。因此，即使當內燃機以較低的發動機轉速操作或處于低負載操作條件時進氣閥升程量降低，內燃機的燃燒狀態也是穩定的。
此外，在上述的參考文獻中，臺階表面形成為當進氣閥打開時臺階表面與進氣閥外表面之間的間隙在與火花塞靠近的一側較寬些、而在與火花塞相反的一側則較窄。采用這種結構，如上述參考文獻中所披露的，燃燒室內的滾流和渦流增加。
考慮到這點，本領域技術人員根據該公開內容將會清楚的是，存在一種改善內燃機的燃燒室構造的需求。本發明提出了這種需求和其它一些需求，本領域技術人員根據該公開內容將會對這些需求更清楚。
發明內容
由于一種內燃機具有設置在進氣通道中的燃料噴射器，特別當進氣道和進氣閥的溫度在發動機剛啟動之后較低時，期望空氣燃料混合物中的液態燃料霧化。這是因為如果流入燃燒室內的空氣燃料混合物中含有較大液滴尺寸的液態燃料，將會損害燃燒室中燃燒的穩定性。此外，如果較大液滴尺寸的液態燃料粘附到燃燒室的排氣口周圍的壁面上，高濃度的未燃燒燃料將會在排氣沖程中從排氣口排出，這會導致散發劣化。
相應地，本發明的一個目的是提供一種吸入并燃燒空氣燃料混合物的內燃機燃燒室構造，該燃燒室構造促進了空氣燃料混合物中燃料的霧化。
為了獲得本發明的上述等同目的及其它目的，提供一種內燃機的燃燒室構造，它主要包括燃燒室表面、第一進氣口形成表面、第二進氣口形成表面和第一連接面。第一進氣口形成表面從燃燒室表面凹進以形成第一臺階。第二進氣口形成表面圍繞第二進氣口。該第二進氣口形成表面從燃燒室表面凹進以形成第二臺階。第一連接面使第一和第二進氣口形成表面互連。第一連接面從燃燒室表面凹進以形成第一連接臺階，以及連通空間在第一和第二進氣口之間形成。外圍壁面在朝著燃燒室內部的方向上從第一和第二進氣口形成表面以及第一連接面向燃燒室表面延伸，從而限定第一和第二臺階以及第一連接臺階。
根據下文結合附圖的詳細描述，本領域技術人員將會了解本發明的這些和其它目的、特征、方面和優點，所作的描述披露了本發明的優選實施例。
附圖的簡要描述現在參照構成本發明的一部分的附圖
圖1是具有根據本發明第一實施例的燃燒室構造的內燃機的簡化示意圖；圖2根據圖1箭頭II-II方向的本發明的第一實施例示出了具有進氣閥和排氣閥的燃燒室的氣缸蓋下表面的底視平面圖；圖3A是沿著圖2剖面線III-III的本發明第一實施例的具有進氣閥的燃燒室的放大的示意性局部剖視圖，其示出了進氣閥關閉時的狀態；圖3B是沿著圖2剖面線III-III的本發明第一實施例的具有進氣閥的燃燒室的放大的示意性局部剖視圖，其示出了進氣閥打開時的狀態；圖4是沿著圖2剖面線IV-IV的本發明第一實施例的燃燒室的放大的示意性局部剖視圖，其示出了進氣閥關閉時的狀態；圖5根據本發明的第一實施例示出了內燃機中使用的可變升程機構的主要部件的頂視平面圖；圖6根據本發明的第一實施例示出了圖5所示的可變升程機構的局部剖視圖，其中可變升程機構的一對搖臂被部分切掉；圖7根據沿著圖6剖面線VII-VII的本發明第一實施例示出了圖5和6所示的可變升程機構的剖視圖；圖8根據本發明的第二實施例示出了具有進氣閥和排氣閥的燃燒室的氣缸蓋下表面的底視平面圖(對應于圖2)；圖9A是根據本發明的第二實施例從相對于進氣口所限定的不同方向解釋了氣缸蓋下表面的示意圖，其中進氣口形成于氣缸蓋下表面上；圖9B是與圖9A所示的不同方向相對應的圓形圖表，其根據本發明的第二實施例和燃燒室構造的比較實例示出了燃燒室構造的流體分析結果；
圖10是根據的第二實施例的流體分析結果的示意圖，其示出了燃燒室構造的一對進氣閥之間的湍流分布，該燃燒室構造具有形成于進氣口之間的連通空間和凹部；圖11是流體分析結果的示意圖(對應于圖10)，其示出了沒有連通空間的燃燒室構造的比較實例中的進氣閥附近的湍流分布；圖12是流體分析的示意圖(對應于圖10)，其示出了沒有凹部的燃燒室構造的比較實例中的進氣閥附近的湍流分布；圖13是折線圖，其根據本發明的第二實施例和燃燒室構造的比較實例示出了燃燒室構造的進氣口之間的一部分中的湍流變化；圖14是示意圖，其示出了進氣閥與凹部的壁面之間的優選關系，以便在燃燒室內形成強大的反向滾流；圖15是根據本發明的第三實施例的具有進氣閥和排氣閥的燃燒室的氣缸蓋下表面的底視平面圖(對應于圖8)；圖16是根據本發明的第四實施例的具有進氣閥和排氣閥的燃燒室的氣缸蓋下表面的底視平面圖(對應于圖2)；圖17是燃燒室的放大的局部剖視圖，其根據沿著圖16剖面線XVII-XVII的本發明第四實施例示出了進氣閥關閉時的狀態。
優選實施例的詳細描述現在將參照附圖描述本發明的優選實施例。根據該公開內容本領域技術人員將清楚的是，下面對本發明實施例的描述僅提供說明而不是為了將本發明限制成附隨的權利要求及其等效物所規定的內容。
首先參照圖1-7，其根據本發明的第一實施例示出了具有本發明燃燒室構造的內燃機1。圖1是根據本發明第一實施例的內燃機1的燃燒室和外圍部件的示意圖。內燃機1主要包括氣缸蓋20、氣缸體10和多個活塞34(圖1中僅示出1個活塞)，這樣其內形成多個燃燒室(圖1中僅示出一個燃燒室)。更具體地說，如圖1所示，燃燒室主要由活塞34的頂表面34a、在缸體10內構成缸膛的缸膛壁面11、氣缸蓋20的下表面或氣缸蓋下表面21限定。活塞34與缸膛壁面11滑動地結合以在缸膛中往復運動。如圖1所示，氣缸蓋下表面21設置在活塞34的頂表面34a的對面從而形成燃燒室的頂面。此外，氣缸蓋下表面21優選地構成燃燒室表面。
圖2是氣缸蓋下表面21的底視平面圖，該氣缸蓋下表面21主要構成上述的燃燒室的頂面。如圖2所示，第一和第二進氣口25a和25b形成于氣缸蓋下表面21上并由一對分別與該第一和第二進氣口25a和25b結合的進氣閥33打開和關閉。此外，第一和第二排氣口22a和22b形成于氣缸蓋下表面21上并由一對分別與該第一和第二排氣口22a和22b結合的排氣閥36打開和關閉。以下將更具體地描述第一和第二進氣口25a和25b。
如圖1所示，第一和第二進氣口25a和25b與設有燃料噴射器32的進氣道20a相連。所以，當進氣閥33打開時，從燃料噴射器32所噴射的燃料以及流過空氣濾清器并電控節流地進入進氣歧管31的空氣的混合物通過進氣道20a及第一和第二進氣口25a和25b被吸入燃燒室內。在燃燒室內燃燒之后，當排氣閥36打開時，燃燒過的廢氣通過第一和第二排氣口22a和22b，經過與該第一和第二排氣口22a和22b結合的排氣道20b進入排氣歧管37內。如圖1所示，進氣閥33和排氣閥36都優選地與一對可變升程機構2結合從而該進氣閥33和排氣閥36的閥升程量由該可變升程機構2可變地控制。換句話說，可變升程機構2被構造并布置成控制進氣閥33和排氣閥36在提升的變化量范圍內打開和關閉。該可變升程機構2將在下面更詳細地描述。
如圖1和2所示，火花塞35優選地設置成使該火花塞35的點火部件(例如放電間隙)位于燃燒室上部的近似中心部上。此外，內燃機1優選地具有電機控制單元(未示出)，該電機控制單元被構造并布置成根據內燃機1的操作狀態、轉距要求和其它這類因素，控制火花塞35的點火時間、進氣閥33和排氣閥36的升程量，電式節流門的打開度、燃料噴射器32所噴射的燃料量等等。
進氣口周圍區域的詳細構造現在將詳細描述形成于氣缸蓋下表面21上的第一和第二進氣口25a和25b。
如圖2，3A和3B所示，第一和第二進氣口25a和25b設置在氣缸蓋下表面21上所形成的凹部24中。該凹部24主要包括底面24a、連接面24b、和外圍壁面24c，如圖2所示。底面24a和連接面24b布置成沿著與進氣閥33的桿部33b基本平行的方向上從氣缸蓋下表面21凹進或成臺階狀。在本發明的第一實施例中，底面24a包括兩部分，也即，第一和第二進氣口形成表面，它們的形狀通常為分別圍繞第一進氣口25a和第二進氣口25b的圓形。而且，在第一實施例中，凹部24的形狀一般與圖2所示的8字形相似，其中底面24a和連接面24b共同形成基本為扁平的連續面。在第一實施例中，連接面24b與底面24a在第一和第二進氣口25a和25b之間的中心部上連續地形成。壁面24c連續地形成以構成凹部24的輪廓線并從底面24a和連接面24b向燃燒室的內部延伸。換句話說，第一和第二進氣口25a和25b形成于單一凹部24內作為由連續形成的壁面24c所包圍的第一和第二進氣口25a和25b。
而且，如圖3A和3B所示，凹部24優選地布置成使該凹部24的壁面24c與進氣閥33的外圍邊緣緊密相鄰，該外圍邊緣與第一和第二進氣口25a和25b結合。此外，凹部24優選地布置成在與進氣閥33的桿部33b基本平行的方向上具有規定高度H1，如圖3A和3B所示。換句話說，凹部24被構造和布置成在氣缸蓋下表面21與底面24a之間形成階梯(包括由第一進氣口形成表面所形成的第一臺階和由第二進氣口形成表面所形成的第二臺階)，其中壁面24c在氣缸蓋下表面21與底面24a之間延伸規定高度H1，如圖3A和3B所示。
如下面將要更詳細描述的，進氣閥33的升程量由可變升程機構2控制，這樣當通過可變升程機構2的低速凸輪110升程時該進氣閥33以低升程量打開，而當通過可變升程機構2的高速凸輪111升程時該進氣閥33以高升程量打開。進氣閥33的低升程量優選地設定為等于或小于氣缸蓋下表面21與凹部24的底面24a之間的臺階的凹部24的深度(也即，圖3A和3B中的規定高度H1)。更具體地說，進氣閥33的低升程量優選地設定在約1.5mm至2mm的范圍內，從而當進氣閥33由低速凸輪110打開至其最大升程量時，凹部24的壁面24c底端位于進氣閥33的閥面33a底端下方0mm至約1mm處(也即，進氣閥33頭部的表面碰到在氣缸蓋20的第一和第二進氣口25a和25b周圍所形成的閥座)，如圖3B所示。相應地，當進氣閥33以低升程量打開時，被吸入燃燒室內的相當大比例的空氣燃料混合物首先沿著底面24a流動。然后，當沿著底面24a流動的空氣燃料混合物流碰撞壁面24c時，流動方向由于該壁面24c而向下偏斜。
如上所述，除了位于第一進氣口25a和第二進氣口25b周圍的底面24a之外，凹部24還具有位于第一進氣口25a和第二進氣口25b之間的連接面24b。在該第一實施例中，底面24a和連接面24b都優選地形成在相同平面上從而該底面24a和連接面24b一起形成凹部24的扁平底面。這樣，連接面24b被構造和布置成在該連接面24b與氣缸蓋下表面21之間形成第一連接臺階。因此，在第一和第二進氣口25a和25b之間沒有壁面24c的地方形成連通空間S1。該連通空間S1被構造和布置成允許從第一和第二進氣口25a和25b流出的空氣燃料混合物沿著凹部24的連接面24b連通，如圖2和4所示。更具體地說，連通空間S1被構造和布置成允許從第一和第二進氣口25a和25b流出的空氣燃料混合物在氣缸蓋下表面21中的凹部24的外圍表面以外連通。當進氣閥33以高升程量打開時，從第一進氣口25a沿著底面24a和連接面24b在朝著連通空間S1的方向上流入燃燒室的空氣燃料混合物，與從第二進氣口25b沿著底面24a和連接面24b在朝著連通空間S1的方向上流入燃燒室的空氣燃料混合物在連通空間S1及其周圍空間內相撞。空氣燃料混合物在連通空間S1內的這種碰撞促使包含在空氣燃料混合物中的液態燃料霧化。
相應地，由于連通空間S1形成于第一進氣口25a和第二進氣口25b之間，已從第一和第二進氣口25a和25b流入燃燒室的空氣燃料混合物趨向于流向相鄰的進氣口側。結果，空氣燃料混合物流向相鄰進氣口側的要比采用傳統燃燒室構造的多些，在該傳統燃燒室構造中，進氣口由形成相同高度臺階的壁面包圍，但進氣口之間沒有設置連通空間。
采用本發明的燃燒室構造，通過第一進氣口25a流入燃燒室的空氣燃料混合物與通過第二進氣口25b流入燃燒室的空氣燃料混合物碰撞得更頻繁。這樣，燃料混合物之間的這種碰撞促進了包含在該燃料混合物中的燃料霧化，并因此，改善了內燃機1中的燃燒狀態。此外，可以減少由于從燃燒室排出的未燃燒燃料組分所引起的較差排氣質量問題。
可變升程機構2的詳細結構如上所述，當進氣閥33和排氣閥36沿著其閥桿打開時，進氣閥33和排氣閥36相對于第一和第二進氣口25a，25b和排氣口22a，22b的升程量優選地由可變升程機構2可變地控制。圖5至7示出了被構造和布置成改變進氣閥33和排氣閥36升程量的可變升程機構2。在以下的說明中，將描述控制進氣閥33升程量的可變升程機構2，但相同的可變升程機構2可用來控制排氣閥36。此外，用于本發明的可變升程機構2不限于下文所述的結構。相反，可采用任何可變升程機構作為本發明的可變升程機構2，只要這些結構允許可變地控制進氣閥33和排氣閥36的升程量。
如圖5所示，可變升程機構2主要包括搖臂軸103、一對主搖臂104，次搖臂105、次搖臂軸106、凸輪軸109、用于有選擇地聯結主搖臂104和次搖臂105的聯結機構。主搖臂104由搖臂軸103可搖動地支承。每個主搖臂104都具有設置在該主搖臂104上表面上的凸輪隨動輥107。主搖臂104設計成使主搖臂104的擺動端部104a擠壓在進氣閥33的閥桿33b的上端部上，如圖7所示。主搖臂104在該主搖臂104的下部整體地形成一體。
次搖臂105設置成由一對主搖臂104夾在中間，并由次搖臂軸106可擺動地支承。次搖臂軸106位于主搖臂104之間。次搖臂105形成得比主搖臂104短些，凸輪隨動件108設置在次搖臂105遠端部的上表面上。
低速凸輪110和高速凸輪111成一排地設置在搖臂軸103位于上方的凸輪軸109上。這對低速凸輪110被構造和布置成提供進氣閥33的較小升程量。低速凸輪110與主搖臂104的凸輪隨動輥107相接觸。高速凸輪111被構造和布置成提供進氣閥33的較大升程量。高速凸輪111滑過次搖臂105的凸輪隨動件108。如圖7所示，次搖臂105由空動彈簧(lost motion spring)112可旋轉地向上偏壓，這樣高速凸輪111和次搖臂105之間保持滑動接觸狀態甚至當次搖臂105與主搖臂104分離時。
如圖7所示，用于有選擇性聯結主搖臂104和次搖臂105的聯結機構主要包括聯結桿113、液壓活塞117、液壓缸118、和液壓力供給通道120，等等。聯結桿113位于次搖臂105的下面。該聯結桿113由設置在主搖臂104的銷114可旋轉地支撐。聯結桿113的上端113a可以與次搖臂105下表面上的接合臺階115相接合。由回位彈簧(未示出)在脫離方向上不斷地偏壓聯結桿113，該回位彈簧經由彈簧座116a壓在突部113c上(見圖6)。液壓活塞117設置在聯結桿113的下端部113b的對面。液壓活塞117伸出時，聯結桿113在接合方向上旋轉。通過主搖臂104內的流體孔119并通過搖臂軸103內的液壓力供給通道120(見圖7)將液壓力提供給液壓缸118，該液壓缸118中滑動地設有液壓活塞117。當將液壓力從液壓力供給通道120提供給液壓缸118時，聯結桿113在接合方向上旋轉并與次搖臂105的接合臺階115相接合。結果，高速凸輪111將次搖臂105向下壓，于是主搖臂104和次搖臂105一體地操作，進氣閥33沿著高速凸輪111的凸輪輪廓打開和關閉。然后當供至液壓缸118的液壓力釋放時，回位彈簧使聯結桿113在脫離方向上旋轉，聯結桿113的上端113a向離開接合臺階115的方向移動。這時，次搖臂105與主搖臂104分離，進氣閥33沿著低速凸輪110的凸輪輪廓經由主搖臂104打開和關閉。
進氣沖程中流入燃燒室的空氣燃料混合物再回到圖3A和3B，現在將描述當進氣閥33以低升程量打開時(也即，進氣閥33壓著低速凸輪110的凸輪輪廓升程時)，空氣燃料混合物是如何流入燃燒室的。
當進氣閥33從圖3A所示的關閉狀態變成圖3B所示的打開狀態時，進氣道20a中的空氣燃料混合物通過第一和第二進氣口25a和25b流入燃燒室內。當進氣閥33以較小量升程(低升程量)打開時，凹部24的壁面24c的下端位于打開的進氣閥33的閥面33a下方0mm至約1mm處，如圖3B所示。這樣，較大部分的空氣燃料混合物沿著第一和第二進氣口25a和25b周圍的底面24a以及凹部24的連接面24b流動。除了一部分空氣燃料混合物沿著底面24a流向連通空間S1以外，沿著凹部24的底面24a流動的空氣燃料混合物撞擊壁面24c并將其流動方向改變成向下的方向。其間，從第一進氣口25a沿著第一進氣口25a周圍的底面24a在朝著連接面24b和連通空間S1的方向上流出的空氣燃料混合物，以及從第二進氣口25b沿著第二進氣口25b周圍的底面24a在朝著連接面24b和連通空間S1的方向上流出的空氣燃料混合物在連通空間S1及其周圍空間內碰撞。從而，包含在空氣燃料混合物中的液態燃料霧化，以及湍流增加。相應地，促進了液態燃料的蒸發，而這使燃燒狀態改善以及排氣質量提高。為了抑制HC發散，特別優選地是，當內燃機1在緊接著發動機啟動之后在低負載和低速條件下操作時并且在進氣閥33以較小升程量進行打開和關閉時將燃料霧化。由于本發明的燃燒室構造具有上文所述的連通空間S1，所以在低負載和低速條件下促進了燃燒室中燃料的霧化。
第二實施例現在參照圖8-14，將描述本發明第二實施例的內燃機的燃燒室構造。考慮到第一和第二實施例之間的相似性，與第一實施例的部件相同的第二實施例的部件將采用與第一實施例的部件相同的參考標號。此外，為了簡潔起見，與第一實施例的部件相同的第二實施例的部件的描述將省略。與第一實施例的部件不同的第二實施例的部件將用單一符號(′)表示。
第二實施例的燃燒室構造基本與第一實施例的燃燒室構造相同，除了第二實施例的氣缸蓋下表面21′上形成的凹部44與第一實施例的凹部24形狀不同以外。因此，第二實施例的燃燒室構造適用于圖1所示的內燃機1，除了圖8所示的平面形狀的凹部44(而非圖2所示的平面形狀的凹部24)是通過加工氣缸蓋下表面21′而形成的以外。
如圖8所示，凹部44主要包括底面44a，連接面44b，和壁面44c。底面44a和連接面44b設置成在與進氣閥33的桿部33b基本平行的方向上從氣缸蓋下表面21′凹進或成臺階狀的。在本發明的第二實施例中，底面44a包括兩個部分，也即，第一和第二進氣口形成表面，它們分別在第一進氣口25a和第二進氣口25b周圍形成為通常的圓形。此外，在該第二實施例中，凹部44一般具有圖8所示的輪廓線，其中底面44a和連接面44b一起形成基本扁平的表面。在第二實施例中，連接面44b和底面44a在第一和第二進氣口25a和25b之間連續地形成，連續的內側壁面44c從底面44a和連接面44b向燃燒室的內部延伸。也就是說，第一和第二進氣口25a和25b在單一凹部44內形成，作為由連續形成的壁面44c所包圍的第一和和第二進氣口25a和25b。此外，如圖8所示，連接面44b設置成近似三角形，其中三角形的底位于與排氣口22a和22b相對側。
與本發明的第一實施例相似，進氣閥33的低升程量優選地設定為大致在1.5至2mm的范圍內，這樣當進氣閥33由可變升程機構2的低速凸輪110打開至其最大升程量，凹部44的壁面44c的底端位于進氣閥33的閥面33a的底部位置下方0mm至約1mm處。相應地，當進氣閥33以低升程量打開時，被吸入燃燒室內的相當大部分的空氣燃料混合物沿著底面44a流動。然后，沿著底面44a流動的空氣燃料混合物的方向被壁面44c向下偏斜。
此外，除了設置在第一進氣口25a和第二進氣口25b周圍的底面44a以外，凹部44還具有設置在第一進氣口25a和第二進氣口25b之間的連接面44b，該連接面44b與從氣缸蓋下表面21′凹進的底面44a連續地形成。這樣，在第一和第二進氣口25a和25b之間形成無壁面44c的連通空間S2。連通空間S2被構造和布置成允許從第一進氣口25a和第二進氣口25b流出的空氣燃料混合物沿著凹部44的底面44a和連接面44b連通。由于連接面44b具有通常的三角形狀，連通空間S2也具有圖8所示的三角形，該三角形轉向遠離排氣口22a和22b。這樣，第二實施例的連通空間S2的平面區域大于第一實施例的連通空間S1。
進氣沖程中流入燃燒室的空氣燃料混合物當進氣閥33以低升程量打開時，進氣道20a中的空氣燃料混合物通過第一和第二進氣口25a和25b流入燃燒室內。當升程較低時，相對較大部分的空氣燃料混合物沿著凹部44的底面44a流動。除了一部分空氣燃料混合物沿著連接面44b向連通空間S2流動以外，沿著凹部44的底面44a流動的空氣燃料混合物撞擊壁面44c并將流動方向改成向下的方向。另一方面，從第一進氣口25a沿著該第一進氣口25a周圍的底面44a朝著連接面44b和連通空間S2的方向流出的空氣燃料混合物，以及從第二進氣口25b沿著該第二進氣口25b周圍的底面44a朝著連接面44b和連通空間S2的方向流出的空氣燃料混合物在連通空間S2及其周圍空間內碰撞。由于來自第一和第二進氣口25a和25b的空氣燃料混合物之間的碰撞，所以包含在空氣燃料混合物中的液態燃料霧化，并且使湍流增加。相應地，也促進了液態燃料的蒸發，這使得燃燒狀態改善以及排氣質量提高。
而且，由于連通空間S2以三角形狀形成，該三角形轉向遠離排氣口22a和22b，特別是在閥升程的初始階段(也即，當進氣閥33開始打開時)，從第一和第二進氣口25a和25b流入燃燒室內部的被引向與排氣口22a和22b相對側的空氣燃料混合物要多于被引向較靠近排氣口22a和22b側的空氣燃料混合物。因此，特別是在閥升程的初始階段，空氣燃料混合物在燃燒室內部形成反向滾流。相應地，從第一和第二進氣口25a和25b流入燃燒室并且向排氣閥36流動的部分空氣燃料混合物減少。所以，包含在空氣燃料混合物中的液態燃料在排氣閥36上的附著或在排氣閥36周圍表面的附著極小，否則這將會導致廢氣中含有更多的未燃燒燃料。
此外，如圖14所示，當凹部44這樣形成時可以形成較強的反向滾流，即當進氣閥33由可變升程機構2的低速凸輪110打開至其最大升程量時，凹部44的壁面44c的底端位于進氣閥33的閥面33a的底部位置下方約1mm處。換句話說，較強反向滾流可通過將凹部44設置成具有規定高度H1′而形成，這樣凹部44的壁面44c的底端與經由低速凸輪110處于最大升程處的進氣閥33的閥面33a之間的規定高度H2在與進氣閥33的桿部33b基本平行的方向上設定為約1mm。
流體分析結果現在參照圖9-13，將解釋流體分析的結果，其中模擬了當進氣閥33以低升程量打開時空氣燃料混合物流入燃燒室。在下面所解釋的流體分析中，還檢驗無連通空間的燃燒室的比較實例、以及無凹部的燃燒室的比較實例，從而將本發明燃燒室內與比較實例燃燒室內的空氣燃料混合物的流動進行比較。
圖9B為解釋空氣流量分布的圓形折線圖，其示出了空氣燃料混合物正從第一進氣口25a流出時燃燒室內的流動方向(方向A1至A8)，以及每個方向上的空氣燃料混合物的量。該A1至A8方向對應于圖9A所示的A1至A8方向。如圖9A所示，A6和A7方向面向排氣口22a和22b。A4和A5方向面向相鄰的第二進氣口25b。換句話說，在第二實施例中，連通空間S2通常在所限定的相對于第一進氣口25a的A4和A5方向上形成。
在圖9B中，粗實線表示A1至A8方向上空氣流量的平均值。利用與平均值的比例差值來繪制空氣流量分布圖。在圖9B中，實線表示采用本發明第二實施例的燃燒室構造的空氣流量分布。虛線表示采用第一比較實例的燃燒室構造的空氣流量分布，其中沒有連通空間S2。也就是說，在第一比較實例的燃燒室構造中，第一和第二進氣口由獨立的壁面包圍，第一進氣口周圍的底面與第二進氣口周圍的底面之間沒有連接面。圖9B的單點點劃線表示第二比較實例的燃燒室構造，其中沒有凹部44。也即，在第二比較實例的燃燒室中，第一和第二進氣口直接形成在氣缸蓋下表面上。
如圖9B所示，采用本發明第二實施例的燃燒室構造，空氣燃料混合物的流動集中在A3，A4，A5和A6方向上。空氣燃料混合物朝著排氣口22a和22b(在A6和A7方向上)的流動小于空氣燃料混合物朝著與排氣口22a和22b相反側(在A2和A3方向上)的流動。相反，就第一比較實例的沒有連通空間S2(由虛線表示)的燃燒室構造，可以看出，與第二實施例的燃燒室構造相比，空氣燃料混合物朝著相鄰第二進氣口25b的流動(在A4和A5方向上)要少些。因此，采用第一比較實例的燃燒室構造，可以預見到，包含在空氣燃料混合物中的液態燃料通過從第一和第二進氣口25a和25b流出的空氣燃料混合物之間的碰撞幾乎沒有霧化效果。而且，就第二比較實例的沒有凹部44的燃燒室構造(由單點點劃線表示)，可以看出流向相鄰的第二進氣口25b(在A4和A5方向上)的空氣燃料混合物更少。這樣，再一次地可以預見到，包含在空氣燃料混合物中的液態燃料通過從第一和第二進氣口25a和25b流出的空氣燃料混合物之間的碰撞幾乎沒有霧化效果。
圖10為流體分析結果的示意圖，其示出了沿圖8的X-X線剖開的進氣閥33之間的燃燒室內的湍流分布。在圖10-12中，隨著燃燒室內的一部分描得越黑，表示為湍流越強。圖11為流體分析結果的示意圖，其示出了第一比較實例的燃燒室中的湍流分布。如圖11所示，氣缸蓋220不具有連通空間S2，與第二實施例的壁面44c相對應的壁面位于兩個進氣閥33之間。圖12為流體分析結果的示意圖，其示出了第二比較實例的燃燒室構造中的湍流分布。如圖12所示，氣缸蓋320不具有與第二實施例的凹部44相對應的部分。根據采用圖11所示的第一比較實例的燃燒室構造(無連通空間S2)的流體分析結果與采用圖12所示的第二比較實例的燃燒室構造(無凹部44)的流體分析結果之間進行的比較可以看出，極強的空氣燃料混合物湍流在第二實施例的燃燒室構造的連通空間S2中產生。因此，本發明中促進了空氣燃料混合物中液態燃料的霧化。
圖13是說明進氣沖程中進氣閥33之間湍流變化的折線圖。圖13所示的折線圖表示采用第二實施例的燃燒室構造，極強的空氣燃料混合物湍流在進氣沖程的一開始就在進氣閥33之間的連通空間S2中產生。
上述的流體分析結果描述了當進氣閥33在低升程操作中處于其最大升程量時的狀態，而不是處于閥升程的初始階段時的狀態。因此，第二實施例的燃燒室構造的其中一個優點，就是，空氣燃料混合物流中的反向滾流在閥升程的初始階段，表現得不是很顯著。但是，已經發現采用第二實施例的燃燒室構造，在閥升程的初始階段，從第一和第二進氣口25a和25b流入燃燒室的空氣燃料混合物朝著排氣閥36側的流動更少些。因此，包含在空氣燃料混合物中的液態燃料在排氣閥36上的附著或者在該排氣閥36周圍表面的附著極小，否則這將導致廢氣中含有更多的未燃燒燃料。
第三實施例現參照圖15，將描述第三實施例的燃燒室構造。考慮到第一、第二和第三實施例之間的相似性，與第一或第二實施例的部件相同的第三實施例的部件將采用與第一或第二實施例的部件相同的參考標號。此外，為了簡潔起見，與第一和/或第二實施例的部件相同的第三實施例的部件的描述將會省略。與第一和/或第二實施例的部件不同的第三實施例的部件將用雙重符號(″)表示。
第三實施例的燃燒室構造適合于氣缸蓋21″，該氣缸蓋21″被構造和布置成使每個燃燒室具有三個進氣口，而不像第一和第二實施例一樣具有兩個進氣口。因此，氣缸蓋下表面21″包括三個分別被構造和布置成與三個進氣閥33結合的進氣口(第一、第二和第三進氣口55a、55b和55c)。這樣，第三實施例的燃燒室構造基本上與第二實施例的燃燒室構造相同，除了形成于氣缸蓋下表面21″上的凹部54的平面形狀不同以外，該凹部54布置成圍繞第一、第二和第三進氣口55a、55b和55c。
更具體地說，在第三實施例的燃燒室構造中，通過加工氣缸蓋下表面21″使凹部54形成圖15所示的平面形狀。凹部54主要包括底面54a、連接面54b和壁面54c。與第二和第二實施例類似，底面54a和連接面54b從氣缸蓋下表面21″凹進，而壁面54c在氣缸蓋下表面21″與底面54a或連接面54b之間沿著朝著燃燒室內部的方向延伸。在第三實施例中，底面54a包括三個分別設置在第二、第二和第三進氣口55a、55b和55c外圍部分上的部分(第一、第二和第三進氣口形成表面)。這樣，凹部54被構造成在底面54a和氣缸蓋下表面21″之間形成階梯(包括由第一進氣口形成表面構成的第一桿部、由第二進氣口形成表面構成的第二臺階，由第三進氣口形成表面構成的第三臺階)。
如上所述，壁面54c連續地形成以圍繞圖15所示的平面圖中的第一、第二和第三進氣口55a、55b和55c。也就是說，壁面54c在氣缸蓋下表面21″上形成將第一、第二和第三進氣口55a、55b和55c圍閉的單一開口。
連接面54b包括兩個部分(第一和第二連接面)，它們與底面54a連續地形成并分別位于第一和第二進氣口55a和55b之間、以及第二和第三進氣口55b和55c之間，如圖15所示。在該第三實施例中，連接面54b和底面54a優選地基本位于相同的平面上。這樣，在第一和第二進氣口55a和55b之間、以及在第二和第三進氣口55b和55c之間，連接面54b被構造和布置成在該連接面54b與氣缸蓋下表面21″之間形成第一和第二連接臺階。換句話說，連接面54b被構造和布置成在第一和第二進氣口55a和55b之間、以及第二和第三進氣口55b和55c之間分別形成一對沒有壁面54c的連通空間S3。連通空間S3被構造和布置成允許從第一進氣口55a和第二進氣口55b流出的空氣燃料混合物之間、以及從第二進氣口55b和第三進氣口55c流出的空氣燃料混合物之間，沿著底面54a和連接面54b連通。圖15所示的兩連通空間S3設置成在第一進氣口55a和第二進氣口55b之間、以及在第二進氣口55b和第三進氣口55c之間轉向遠離排氣口22a和22b。
相應地，采用本發明的第三實施例，甚至采用形成有通過進氣閥33打開和關閉的進氣口(第一、第二和第三進氣口55a、55b和55c)的燃燒室，連通空間S3設在第一和第二進氣口55a和55b之間，第二和第三進氣口55b和55c之間，同時壁面設置在第一、第二和第二進氣口55a、55b和55c周圍。所以，從第一、第二和第三進氣口55a、55b和55c流入燃燒室內的空氣燃料混合物將在連通空間S3中碰撞。從而，包含在空氣燃料混合物中的液態燃料將會霧化，這具有改善燃燒狀態以及排氣質量的效果。
第四實施例現在參照圖16和17，將描述第四實施例的燃燒室構造。考慮到第一和第四實施例之間的相似性，與第一實施例的部件相同的第四實施例的部件將采用與第一實施例相同的參考標號。此外，為了簡潔起見，與第一實施例的部件相同的第四實施例的部件的描述將會省略。與第一實施例的部件不同的第四實施例的部件將用三重符號()表示。
就上文所述的燃燒室機構，例如圖2和4所示的第一實施例，底面24a和連接面24b基本設置在相同的平面上這樣第一進氣口25a和第二進氣口25b之間的連通空間S1中沒有壁面24c。采用這樣的結構，連通空間S1設置成允許從第一進氣口25a和第二進氣口25b流出的空氣燃料混合物沿著底面24a和連接面24b連通。因此，當進氣閥33以低升程量打開時，從第一進氣口25a吸入燃燒室內的在連通空間S1的方向上沿著底面24a和連接面24b流動的部分空氣燃料混合物，與從第二進氣口25b吸入燃燒室內的在連通空間S1的方向上沿著底面24a和連接面24b流動的部分空氣燃料混合物在連通空間S1及其周圍空間內碰撞。空氣燃料混合物之間的這種碰撞促進了包含在上述空氣燃料混合物中的液態燃料的霧化。
第四實施例的燃燒室構造基本與第一實施例的燃燒室構造相同，除了中間開口的壁面或連接的壁面64d設在底面64a與連接面64b之間從而在其間形成臺階以外。換句話說，在本發明的第四實施例中，不像在第一實施例中那樣，通過不在第一進氣口25a和第二進氣口25b之間形成壁面24c來確保連通空間S1的，它是通過設置連接壁面64d從而在第一和第二進氣口25a和25b之間形成連通空間S4，該連接壁面64d的高度低于與第一實施例的壁面24c相對應的壁面64c。這樣，雖然底面64a和連接面64b都從氣缸蓋下表面21凹進，但在第四實施例中連通空間S4形成為使底面64a從連接面64b進一步凹進。也就是說，第四實施例的凹部64形成為使連接壁面64d具有的規定高度H3小于從凹部64的底面64a所測量的壁面64c的規定高度H1。
類似于上文所述的第一實施例，連通空間S4被構造和布置成允許從第一進氣口25a和第二進氣口25b流出的空氣燃料混合物在凹部64的底面64a之外連通。
更具體地說，第四實施例的凹部64主要包括底面64a、連接面64b、壁面64c和連接壁面64d。像在第一實施例中一樣，底面64a包括兩個分別設置在第一和第二進氣口外圍上的部分(第一和第二進氣口形成表面)。隨著壁面64c在底面64a與氣缸蓋下表面21之間延伸，底面64a從氣缸蓋下表面21凹進。而且，在第四實施例中，連接壁面64d和壁面64c、連接面64b一起在連接面64b與底面64a之間連續地形成，這樣連接面64c從氣缸蓋下表面21凹進一個高度，該高度小于凹部64的高度(也即，壁面64c的規定高度H1)。也就是說，連接面64b加工成淺于底面64a。壁面64c和連接壁面64d都被構造和布置成從底面64a向燃燒室的內部延伸。相應地，在第四實施例中，底面64a與氣缸蓋下表面21之間形成的臺階高度大于連接面64b與氣缸蓋下表面21之間形成的臺階高度。
即使當圖16和17所示的凹部64取代第一實施例中圖2所示的凹部24在氣缸蓋下表面21上形成，因為第一進氣口25a和第二進氣口25b之間形成的連接面64d的高度(H3)小于壁面64c的高度(H1)，所以也確保了連通空間S4。因此，從第一和第二進氣口25a和25b吸入的大部分空氣燃料混合物在連通空間S4中碰撞。這樣，包含在該空氣燃料混合物中的液態燃料霧化。
在第四實施例中，連接壁面64d和壁面64c在朝著燃燒室內側的方向上以基本相同的角度從底面64a延伸，從而連接壁面64d與壁面64c連續地形成。然而，也可以使用這樣一種結構，其中連接壁面64d向連通空間S4傾斜從而較大部分的空氣燃料混合物將流入連通空間S4內并由此促使從第一和第二進氣口25a和25b流出的空氣燃料混合物之間的碰撞。
而且，當將三個進氣口(第一進氣口55a、第二進氣口55b和第三進氣口55c)像在圖15所示的第三實施例那樣設置在燃燒室時，第四實施例的燃燒室構造也適于使用。在這種情況下，對應于連接壁面64d的連接壁面在第一和第二進氣口55a和55b間的連接面54b與底面54a之間、以及在第二和第三進氣口55b和55c間的連接面54b和底面54a之間形成。通過使這種連接壁面的高度小于壁面54c的高度，可將連通空間形成為允許從第一和第二進氣口55a和55b流出的空氣燃料混合物之間，以及從第二和第三進氣口55b和55c流出的空氣燃料混合物之間，在凹部54的底面54a之外連通。
相應地，采用本發明的燃燒室構造，空氣燃料混合物中的液態燃料在進入氣燃燒室內部的過程中霧化。這樣，燃燒狀態得到改善，排出未燃燒燃料和使排氣質量降低的問題得到改善。所以，本發明的燃燒室構造作為吸入并燃燒空氣燃料混合物的內燃機燃燒室是有益的。
這里所采用的下列方向術語“向前、向后、上方、向下、垂直、水平、下方和反向”和任何其它類似的方向術語指的是那些裝配備有本發明的車輛的方向。因此，這些與配備有本發明的車輛有關的術語，當用來描述本發明時應該進行解釋。
此外，在權利要求中表示成“部件附加功能”的術語應該包含可用來實施本發明這種部件的功能的任何結構。
這里所使用的諸如“基本”、“大約”和“近似”之類的術語意味著所修正術語偏差的合理量，從而使最終結果不會顯著改變。例如，這些術語可以理解為包括所修正術語的至少±5％的偏差，如果這種偏差不會改變它所修正的詞的意思。
雖然僅選擇了優選實施例來例證本發明，但根據公開內容本領域技術人員要清楚的是，在不違背附隨的權利要求所限定的本發明范圍的情況下可以進行各種變化和修改。此外，根據本發明，上文對實施例的描述僅提供例證，而不是為了限制由附隨的權利要求及其等效物所定義的本發明。因此，本發明的范圍不限于所披露的實施例。
權利要求
1.一種內燃機的燃燒室構造，包括燃燒室表面；圍繞第一進氣口的第一進氣口形成表面，該第一進氣口形成表面從燃燒室表面凹進以形成第一臺階；圍繞第二進氣口的第二進氣口形成表面，該第二進氣口形成表面從燃燒室表面凹進以形成第二臺階；第一連接面，它使第一和第二進氣口形成表面互連，該第一連接面從燃燒室表面凹進以形成第一連接臺階，以及連通空間在第一和第二進氣口之間形成；外圍壁面，它在朝著燃燒室內部的方向上從第一和第二進氣口形成表面以及第一連接面向燃燒室表面延伸從而限定第一和第二臺階以及第一連接臺階。
2.根據權利要求1所述的燃燒室構造，其特征在于，外圍壁面被構造和布置成當空氣燃料混合物與外圍壁面碰撞時分別改變從第一和第二進氣口沿著第一和第二進氣口形成表面流出的空氣燃料混合物的方向。
3.根據權利要求1所述的燃燒室構造，其特征在于，第一和第二進氣口形成表面以及第一連接面設置在單一平面上，從而第一和第二臺階的高度與第一連接臺階基本相等。
4.根據權利要求1所述的燃燒室構造，其特征在于，外圍壁面連續地形成從而在燃燒室表面中形成包圍第一和第二進氣口的連續凹部。
5.根據權利要求1所述的燃燒室構造，其特征在于，燃燒室表面具有一對排氣口，以及第一連接面被設置成在第一和第二進氣口之間形成連通空間，該連通空間沿著遠離排氣口的方向延伸，該方向比相對于中心線朝著排氣口的方向更遠，該中心線互連第一和第二進氣口的中心點。
6.根據權利要求1所述的燃燒室構造，其特征在于，燃燒室表面構成燃燒室的上表面，以及第一和第二進氣口形成表面通常與形成燃燒室底面的活塞頂表面相對。
7.根據權利要求1所述的燃燒室構造，還包括圍繞第三進氣口的第三進氣口形成表面，該第三進氣口形成表面從燃燒室表面凹進以形成第三臺階；和使第二和第三進氣口形成表面互連的第二連接面，該第二連接面從燃燒室表面凹進以形成第二連接臺階，連通空間在第二和第三進氣口之間形成，所述外圍壁面進一步被構造和設置成在朝著燃燒室內部的方向上從第三進氣口形成表面和第二連接面向燃燒室表面延伸，從而進一步限定第三臺階和第二連接臺階。
8.根據權利要求7所述的燃燒室構造，其特征在于，外圍壁面連續地形成從而限定包圍第一、第二和第三進氣口的凹部。
9.根據權利要求7所述的燃燒室構造，其特征在于，燃燒室表面具有一對排氣口，以及第一連接面和第二連接面被設置成在相鄰對的第一、第二和第三進氣口之間形成連通空間，這樣每個連通空間在遠離排氣口的方向上延伸，該方向比相對于中心線朝著排氣口的方向更遠，該中心線使第一和第三進氣口互連。
10.根據權利要求1所述的燃燒室構造，還包括設在第一和第二進氣口中的每一個上的閥，以便通過控制進氣閥的閥升程量來控制進氣量，和可變升程機構，其與進氣閥可操作地結合以改變進氣閥的閥升程量。
11.根據權利要求10所述的燃燒室構造，其特征在于，可變升程機構進一步被構造和布置成至少在高升程量操作和低升程量操作之間控制閥升程量，外圍壁面被構造和布置成使進氣閥附近的燃燒室表面位于每個進氣閥的閥面底端部的下方規定量處，當進氣閥在低升程量操作中以最大量打開時，該規定量在與其中一個進氣閥的桿部基本平行的方向上測量為等于或大于零。
12.根據權利要求11所述的燃燒室構造，其特征在于，規定量設定在0至約1mm的范圍內。
13.根據權利要求1所述的燃燒室構造，其特征在于，第一和第二進氣口形成表面和第一連接面從燃燒室表面凹進，這樣第一和第二臺階的高度大于第一連接臺階的高度。
14.根據權利要求13所述的燃燒室構造，其特征在于，外圍壁面被構造和布置成當空氣燃料混合物與外圍壁面碰撞時分別改變從第一和第二進氣口沿著第一和第二進氣口形成表面流出的空氣燃料混合物的方向。
15.一種內燃機的燃燒室構造，包括燃燒室表面形成部件，用于形成燃燒室表面；第一進氣口形成部件，用于限定第一進氣口，該第一進氣口形成部件從燃燒室表面凹進以形成第一臺階；第二進氣口形成部件，用于限定第二進氣口，該第二進氣口形成部件從燃燒室表面凹進以形成第二臺階；表面連接部件，用于使第一和第二進氣口形成部件互連并在第一和第二進氣口之間形成連通空間，該表面連接部件從燃燒室表面凹進；和外圍壁部件，用于在朝著燃燒室內部的方向上從第一和第二進氣口形成表面以及第一連接面向燃燒室表面延伸。
全文摘要
一種內燃機的燃燒室構造，其配置有燃燒室表面，該燃燒室表面具有圍繞至少一對進氣口設置的凹部。該凹部限定一對處于進氣口周圍的進氣口形成表面，而一對臺階形成于燃燒室表面與進氣口形成表面之間。連接面互連所述進氣口形成表面。該連接面還從燃燒室表面凹進以在其間形成臺階，而連通空間在進氣口之間形成。
文檔編號F02B31/02GK1654793SQ20051000824
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月7日 優先權日2004年2月10日
發明者有松干城 申請人:日產自動車株式會社