專利名稱：排氣通道含三元催化劑的單缸發動機和設此發動機的車輛的制作方法
技術領域：
本發明涉及排氣通道中具有三元催化劑的單缸發動機和設置有該發動機的車輛。
背景技術：
常規地，能夠同時凈化CO、HC和NOx的催化劑即三元催化劑被用于凈化來自發動機的排氣(例如，見JP-A-2004-150310，0040段)。為了實現高效的三元催化劑，需要以理論空燃比在發動機中進行燃燒。
近年來，需要對發動機燃料消耗的經濟性做出進一步改善。作為改善燃料經濟性的手段之一，可以構思通過使空燃比在減速運行時比在穩速時更大，來減小減速運行時的燃料消耗。例如，在穩速時以理論空燃比進行燃燒的發動機中，可以構思使得空燃比在減速運行時大于理論空燃比。但是，當空燃比偏離理論空燃比時，不可能實現高效的三元催化劑，從而使排氣的良好凈化變得困難。因此，難以得到與由三元催化劑對排氣進行凈化的情況相兼容的對燃料消耗經濟性的進一步改善。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的優選實施例提供了與由三元催化劑對排氣的凈化相兼容的對燃料消耗經濟性的進一步改善。
根據本發明優選實施例的一種單缸發動機包括發動機主體；燃燒室；面向所述燃燒室的進氣口和排氣口；通過所述進氣口與所述燃燒室連通的進氣通道；通過所述排氣口與所述燃燒室連通的排氣通道；打開和關閉所述進氣口的進氣門；打開和關閉所述排氣口的排氣門；向所述進氣口噴射燃料并將燃料噴射到所述進氣通道中的噴射器；設置在所述排氣通道中的三元催化劑；以及控制裝置，所述控制裝置進行減速運行以有選擇地執行用于從所述噴射器噴射燃料的循環和用于禁止從所述噴射器噴射燃料的循環，從所速噴射器噴射的燃料的量使得所速燃燒室中的空燃比基本等于理論空燃比。
該發動機包括用于在減速運行時禁止燃料噴射的循環，因而減少了燃料消耗。因此，改善了燃料消耗經濟性。
并沒有簡單地減少一個循環中的燃料噴射，而是有選擇地執行噴射燃料的循環和不噴射燃料的循環，使得整體上減少了燃料噴射量。在噴射燃料的循環時，空燃比基本成為等于理論空燃比。因此，在噴射燃料的循環時，可以使得三元催化劑有效地起作用。另一方面，在不噴射燃料的循環時，基本不產生排氣使得無需用三元催化劑進行凈化。因此，可以從排氣通道連續地排放清潔的排氣。
此外，由于噴射器優選地向進氣口噴射燃料，所以抑制燃料粘附到進氣通道的壁表面。因此，抑制所粘附的燃料沿著壁表面流動到燃燒室中，而僅從噴射器噴射的燃料基本流動到燃燒室中。因此，可以在噴射燃料的循環時容易正確控制供應到燃燒室中的燃料量并使得空燃比接近理論空燃比，并還防止在不噴射燃料的循環時產生排氣。
利用發動機的優選實施例，通過組合上述效果獲得的綜合效應還在與由三元催化劑對排氣的凈化相兼容的情況下得到了對燃料消耗經濟性的進一步改善。
從參考附圖對優選實施例的以下詳細說明中，本發明的其它特征、要素、特性和優點將變得清楚。
圖1是示出根據本發明優選實施例的摩托車的側視圖；圖2是示出根據本發明優選實施例的發動機構造的視圖；圖3是示出根據本發明優選實施例的發動機主要部件的剖視圖；
圖4是示出根據本發明優選實施例的發動機主要部件的剖視圖；圖5是示出控制根據本發明優選實施例的發動機的裝置的構造的視圖；圖6A、6B和6C是示出噴射器的燃料噴射正時的正時圖；圖7A、7B和7C是示意性地示出排氣通道中氣體流動的概念性視圖；圖8是示出根據本發明另一優選實施例的發動機構造的視圖；圖9是示出根據本發明另一優選實施例的發動機主要部件的剖視圖；圖10是示出控制根據本發明另一優選實施例的發動機的裝置的構造的視圖；圖11是示出根據本發明另一優選實施例的發動機構造的俯視圖；且圖12是沿著圖9中的線XII-XII所取的剖視圖。
具體實施例方式
如圖1所示，根據本優選實施例的車輛優選是摩托車1。但是，根據本發明優選實施例的車輛不限于摩托車1。根據本發明優選實施例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，除所謂機動自行車之外，“摩托車”還包括小型摩托車等。
摩托車1包括車體2、安裝到車體2上的前輪3和后輪4、以及通過驅動鏈條等(未示出)驅動后輪4的發動機5。在本優選實施例中，發動機5優選地包括例如單缸四沖程內燃機。
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)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。根據本優選實施例，曲軸箱21和氣缸22互相結合以形成氣缸體。但是，曲軸箱21和氣缸22可以分離地形成并互相組裝。
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的下游端連接到節氣門體16的上游端，且節氣門體16的下游端連接到氣缸蓋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。噴射器14設置在進氣通道11中節氣門13的下游，并布置在進氣口52的附近。噴射器14布置為在節氣門13與進氣口52之間并向著進氣口52噴射燃料。在圖3和4中，省略了對噴射器14的描述。
排氣通道12包括形成在氣缸蓋23中的排氣孔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的末端上的消音器19。三元催化劑7容納在催化劑箱18中。在催化劑箱18上游的排氣管17——即從排氣孔55的出口延伸到催化劑箱18的入口的部分——中并不存在流通通道面積上的突然增大部分和收縮部分。因此，排氣管17在流動通道面積上基本不變。
如圖3所示，由氣缸22的氣缸內表面31和容納在氣缸室32中的活塞40界定了柱狀氣缸室32。活塞40連接到與曲軸42連接的連桿41。水套34形成在氣缸22的上表面上。水套34布置為從氣缸32的縱向(圖3中的豎直方向)觀察時圍繞氣缸室32的周界。
單坡屋頂式凹部51優選地形成在氣缸蓋23的下表面上以覆蓋氣缸室32的上部。但是，凹部51在形狀上不受限制，而可以是例如半球形、多球形或其它合適形狀。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。凹部51優選地形成有例如兩個進氣口52和兩個排氣口53。圖3中僅示出了一個進氣口52和一個排氣口53。
氣缸蓋23形成有通過進氣口52與燃燒室44連通的進氣孔54、以及通過排氣口53與燃燒室44連通的排氣孔55。如圖2所示，進氣孔54與節氣門體16中的進氣通道連通。排氣孔55與排氣管17中的排氣通道連通。
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。如圖4所示，進氣門56包括柄56a和形成在柄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相同的結構。進氣門56和排氣門57分別在其中進氣口52和排氣口53被關閉的方向上被偏壓。如圖3所示，搖臂58、59設置在氣缸蓋23中并分別周期性地打開和關閉進氣門56和排氣門57。但是，打開和關閉進氣門56和排氣門57的閥門操作機構不受限制。
水套61設置在氣缸蓋23的下表面上。水套61布置在與氣缸22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形成有多個孔(未示出)，這些孔在氣缸蓋23的水套61與氣缸22的水套34之間提供連通。
如圖4所示，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、以及側向電極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。
如圖5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全部都優選地設置在發動機5的進氣通道11中。壓力傳感器73設置在節氣門13的下游。O2傳感器74設置在排氣通道12中。檢測曲軸轉角的曲軸轉角傳感器75設置在曲軸箱21中。傳感器72至76連接到發動機控制單元(ECU)70。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。ECU 70還連接到噴射器14以控制噴射器14的燃料噴射正時。
在穩速行駛、怠速運行等狀態時，ECU 70控制節氣門13或噴射器14，使得空燃比基本成為14.7(理論空燃比)。例如，ECU 70控制進氣量或燃料噴射量，從而在怠速運行時將空燃比控制為約14.2至約15.2。這樣，通過使空燃比基本等于理論空燃比，可以通過排氣通道12中的三元催化劑7有效地凈化排氣中包含的CO、HC和NOx，從而使得三元催化劑7能夠有效地運作。
在節氣門13打開的狀態下進行減速運行時，ECU 70有選擇地執行從噴射器14噴射燃料的循環(以下稱作噴射循環)和禁止燃料噴射的循環(以下稱作非噴射循環)。四沖程發動機5的循環周期由進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程構成。
在噴射循環時，在進氣沖程期間——更具體地，在進氣門56打開時——從噴射器14噴射燃料。此時，ECU 70控制噴射器14的燃料噴射量，使得空燃比基本成為理論空燃比。結果，在燃燒室44中以理論空燃比進行燃燒，并且由排氣管17中的三元催化劑7有效地凈化燃燒之后的排氣。即，三元催化劑7有效地凈化排氣中包含的CO、HC和NOx。結果，從排氣管17排放清潔的氣體。
另一方面，在非噴射循環時，在進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程的任何一個中都不從噴射器14噴射燃料。因此，只有空氣被吸入到燃燒室44中并在排氣沖程中從燃燒室44排放空氣。排放的空氣通過排氣孔55流動到排氣管17中并在經過三元催化劑7之后排放到外部。因此，在非噴射循環時也從排氣管17排放清潔的氣體。
用于選擇噴射循環和非噴射循環的模式不受具體限制。例如，噴射循環A和非噴射循環B可以如圖6B所示交替重復。換言之，可以只要執行一次噴射循環A就執行一次非噴射循環B。如圖6C所示，可以只要執行兩次噴射循環A就執行一次非噴射循環B。此外，例如可以只要執行三次或更多次噴射循環A就執行一次非噴射循環B。可以基于規則模式或不規則模式來選擇噴射循環A和非噴射循環B。圖6A示出了穩速行駛時的燃料噴射模式。在穩速行駛時，連續執行噴射循環A以使得噴射器14在每個循環都是打開的。
圖7A到7C是概念性地示出排氣管17中氣體流動的模式的視圖，并對應于圖6A至6C所示的噴射模式。如圖7A所示，在穩速運行時，處于理論空燃比的排氣GA連續地流動到三元催化劑7中。另一方面，如圖7B所示，在減速運行時交替地執行噴射循環A和非噴射循環B的情況下，處于理論空燃比的排氣GA和空氣GB交替地流動到三元催化劑7中。如圖7C所示，在減速運行時執行兩次噴射循環A之后執行一次非噴射循環B的情況下，在兩個循環的處于理論空燃比的排氣GA流動到三元催化劑7中之后空氣GB流動到三元催化劑7中。
如上所述，由于發動機5在減速運行時執行非噴射循環B(見圖6B或6C)，所以與不執行非噴射循環B的情況(見圖6A)相比可以減少燃料的消耗。因此，可以改善燃料消耗經濟性。
在噴射循環A時，控制噴射器14等使得空燃比基本成為理論空燃比。因此，可以通過三元催化劑7有效地凈化燃燒后的排氣。另一方面，在非噴射循環B時不產生排氣。因此，無需利用三元催化劑7進行凈化。因此，在噴射循環A和非噴射循環B兩者時都可以從排氣管17排放清潔的氣體。
對于發動機5，噴射器14優選地布置在進氣口52附近。噴射器14向進氣口52噴射燃料。因此，可以抑制燃料粘附到進氣孔54的壁表面。因而可以抑制所粘附的燃料在噴射循環A時沿著壁表面流動到燃燒室44中，從而可靠地以理論空燃比進行燃燒。由于還可以抑制所粘附的燃料在噴射循環B時流動到燃燒室44中，所以可以防止不期望的燃燒。
對于發動機5，上述效果的合適燃燒使得可以獲得不能常規產生的綜合效果，并在與由三元催化劑對排氣進行的凈化相兼容的情況下得到了燃料消耗經濟性的進一步改善。
對于發動機5，排氣管17中從排氣孔55的出口延伸到催化劑箱18的入口的區域在流動通道面積上基本不變。由于在催化劑箱18的上游沒有任何增大部分或收縮部分，所以可以抑制噴射循環A中排放的排氣和非噴射循環B中排放的空氣的混合。因此，可以更可靠地實現上述效果。
將參考圖8至12描述另一個優選實施例。如圖8所示，根據本優選實施例的發動機5包括將空氣引導到噴射器14的噴射口的空氣供應通道80。為簡明起見，將省略圖8至10中與先前參考圖2至5所標識和說明的元件相同的元件的標識和說明。
如圖9所示，第一節氣門13A和定位在第一節氣門13A下游的第二節氣門13B布置在發動機5的節氣門體16中。如圖10所示，第一節氣門13A和第二節氣門13B連接到ECU 70并由ECU 70控制。第一節氣門13A的打開和關閉在從預定的低負載區到預定的高負載區的較寬操作范圍上受控制。另一方面，第二節氣門13B在低負載區中被置于完全關閉狀態，且它的打開和關閉在高負載區中受控制。
如圖9和11所示，空氣供應通道80的上游側開口80a位于節氣門體16的第一節氣門13A和第二節氣門13B之間。空氣供應通道80的下游端布置在噴射器14的噴射口14a附近。而且在本優選實施例中，噴射器14優選地布置在進氣口52附近以向進氣口52噴射燃料。
如圖11和12所示，環形構件82繞噴射器14的噴射口14a設置。布置在環形構件82的外周側上的環形連通通道14d與空氣供應通道80連通。空氣供應通道80的下游側開口80b面對環形連通通道14d。環形構件82形成有在環形連通通道14d與噴射口14a之間提供連通的多個連通通道14e。連通通道14e布置在環形構件82的周向間隔處并相對于環形構件82徑向延伸。
利用這種構造，空氣供應通道80中的空氣一次流動到環形連通通道14d中并接著通過連通通道14e供應到噴射口14a。供應到噴射口14a的空氣撞上在與空氣供應的方向垂直或基本垂直的方向上噴射的燃料。結果，所噴射的燃料通過空氣形成微粒。空氣供應的方向不一定要垂直于燃料噴射的方向，而例如可以在相對燃料噴射的方向傾斜的方向上供應空氣。
在本優選實施例中，ECU 70在預定的減速運行時有選擇地執行噴射循環和非噴射循環。在減速運行時，僅第一節氣門13A打開而第二節氣門13B關閉。但是，還可以在第一節氣門13A和第二節氣門13B兩者都打開的狀態下進行減速運行。
由于減速運行時有選擇地進行噴射循環和非噴射循環，所以在本優選實施例中也可以產生上述效果。此外，由于空氣供應通道80布置為將空氣引導到噴射器14的噴射口14a，所以在本優選實施例中也可以使所噴射的燃料成為微粒。雖然噴射器14布置在進氣口52附近且在減速運行時進氣量較小，但是在燃燒室44中燃料和空氣可以被良好地互相混合。因此，可以使燃燒穩定。而且，可以以理論空燃比實現燃燒，從而能夠有效地利用三元催化劑7。
本發明不限于上述優選實施例，而可以進行各種變化和修改而不偏離本發明的范圍。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。本發明的范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范圍內的所有改變都將包括在內。
權利要求
1.一種單缸發動機，包括發動機主體，所述發動機主體包括燃燒室、面向所述燃燒室的進氣口和排氣口、通過所述進氣口與所述燃燒室連通的進氣通道、以及通過所述排氣口與所述燃燒室連通的排氣通道；打開和關閉所述進氣口的進氣門；打開和關閉所述排氣口的排氣門；向所述進氣口噴射燃料并將燃料噴射到所述進氣通道中的噴射器；設置在所述排氣通道中的三元催化劑；和控制裝置，所述控制裝置進行減速運行以有選擇地執行用于從所述噴射器噴射燃料的循環和用于禁止從所述噴射器噴射燃料的循環，從所述噴射器噴射的燃料的量使得所述燃燒室中的空燃比基本等于理論空燃比。
2.根據權利要求1所述的單缸發動機，其特征在于，所述噴射器包括噴射口，燃料通過所述噴射口噴射，且所述發動機主體包括空氣供應通道，空氣通過所述空氣供應通道被引導到所述噴射口。
3.根據權利要求1所述的單缸發動機，其特征在于，所述排氣通道包括容納箱和導管，所述容納箱容納所述三元催化劑，來自所述燃燒室的氣體通過所述導管被引導到所述容納箱，且所述導管的流動通道面積基本不變。
4.根據權利要求1所述的單缸發動機，其特征在于，所述單缸發動機還包括設置在所述進氣通道中的節氣門，其中在所述節氣門打開的狀態下進行所述減速運行。
5.一種單缸發動機，包括發動機主體，所述發動機主體包括燃燒室、面向所述燃燒室的進氣口和排氣口、通過所述進氣口與所述燃燒室連通的進氣通道、以及通過所述排氣口與所述燃燒室連通的排氣通道；打開和關閉所述進氣口的進氣門；打開和關閉所述排氣口的排氣門；布置在所述進氣口附近以向所述進氣口噴射燃料并將燃料噴射到所述進氣通道中的噴射器；設置在所述排氣通道中的三元催化劑；和控制裝置，所述控制裝置進行減速運行以有選擇地執行用于從所述噴射器噴射燃料的循環和用于禁止從所述噴射器噴射燃料的循環，從所述噴射器噴射的燃料的量使得所述燃燒室中的空燃比基本等于理論空燃比。
6.一種單缸發動機，包括氣缸體，燃燒室位于所述氣缸體中；氣缸蓋，所述氣缸蓋包括面向所述燃燒室的進氣口和排氣口，所述氣缸蓋接合到所述氣缸體；通過所述進氣口與所述燃燒室連通的進氣孔、以及通過所述排氣口與所述燃燒室連通的排氣孔；連接到所述氣缸蓋并與所述排氣口連通的排氣管；打開和關閉所述進氣口的進氣門；打開和關閉所述排氣口的排氣門；安裝到所述氣缸蓋以向所述進氣口噴射燃料的噴射器；設置在所述排氣通道中的三元催化劑；和控制裝置，所述控制裝置進行減速運行以有選擇地執行用于從所述噴射器噴射燃料的循環和用于禁止從所述噴射器噴射燃料的循環，從所述噴射器噴射的燃料的量使得所述燃燒室中的空燃比基本等于理論空燃比。
7.一種車輛，包括車體；安裝到所述車體的車輪；和驅動所述車輪的單缸發動機，所述單缸發動機包括發動機主體，所述發動機主體包括燃燒室、面向所述燃燒室的進氣口和排氣口、通過所述進氣口與所述燃燒室連通的進氣通道、以及通過所述排氣口與所述燃燒室連通的排氣通道；打開和關閉所述進氣口的進氣門；打開和關閉所述排氣口的排氣門；向所述進氣口噴射燃料并將燃料噴射到所述進氣通道中的噴射器；設置在所述排氣通道中的三元催化劑；和控制裝置，所述控制裝置進行減速運行以有選擇地執行用于從所述噴射器噴射燃料的循環和用于禁止從所述噴射器噴射燃料的循環，從所述噴射器噴射的燃料的量使得所述燃燒室中的空燃比基本等于理論空燃比。
全文摘要
本發明公開了一種單缸發動機，包括發動機主體，該發動機主體具有燃燒室、面向燃燒室的進氣口和排氣口、通過進氣口與燃燒室連通的進氣通道、以及通過排氣口與燃燒室連通的排氣通道；打開和關閉進氣口的進氣門；打開和關閉排氣口的排氣門；向進氣口噴射燃料并將燃料噴射到進氣通道中的噴射器；設置在排氣通道中的三元催化劑；和發動機控制單元(ECU)，該發動機控制單元進行減速運行以有選擇地執行用于從噴射器噴射燃料的循環和用于禁止從噴射器噴射燃料的循環，從噴射器噴射的燃料的量使得燃燒室中的空燃比基本等于理論空燃比。
文檔編號F01N3/24GK1908409SQ20061011062
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月4日 優先權日2005年8月5日
發明者二口順夫, 大久保明彥, 河部秀明 申請人:雅馬哈發動機株式會社