CN104033233B - 内燃机的燃烧室结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内燃机的燃烧室结构。燃烧室包括主燃烧室和挤气区域。进气阀端口、排气阀端口和火花塞安装端口分别布置在主燃烧室的内表面的三侧。挤气区域设置在火花塞的相对侧，挤压区域和火花塞夹持着平面，该平面包括进气阀轴线和排气阀轴线这两根轴线。在挤气区域上的具有钝角形状的挤气边缘设置为朝着汽缸的内侧突出。

Description

内燃机的燃烧室结构

相关申请的相互引用

本发明针对2013年3月8日提交的日本专利申请No.2013-047041提出优先权要求，在先申请的全部内容通过引用而结合在本文中。

技术领域

本发明涉及一种安装在例如摩托车等等的车辆上的引擎，即涉及一种内燃机的燃烧室结构。

背景技术

在这种引擎中，使用的常规技术是在燃烧室中的进气口或者排气口的外围设置挤气区域（squish area）。设置挤气区域具有以下效果：存在于燃烧室的外围部的空气燃料混合物中的新鲜空气在四冲程循环过程中的压缩冲程的最后阶段中被朝向燃烧室的中心推动。如上所述的挤气区域被设置，从而具有如下作用：涡流更强烈地产生在空气燃料混合物中，在燃烧冲程中的火焰蔓延的速度增加，燃烧时间变短，从而防止最高燃烧气体温度的增大。如上所述，挤气的优势在于，例如，最终提高燃烧效率等等。

【专利文献1】日本专利公报No.3842938

【专利文件2】日本特开专利公报No.2000-145462

然而，根据常规的挤气气形状，会有如下问题：在高负载区域的引擎转速的输出改进是有效果的，但是在低负载区域相比具有标准形状即没有挤气的情况燃烧效率的改进效果很小。

尤其是，由实验结果验证出：在贫燃状态下，无论在哪个引擎旋转区域，相比标准形状，在常规的挤气形状中也没有改善燃料消耗率的区域，贫燃状态是低燃料消耗化的有效手段。

如在专利文献1、专利文献2等等中公开的，已知一种关于挤气的燃烧室结构，该燃烧室结构可以提高燃烧效率。

发明内容

考虑到上述实际情况，本发明的目的在于提供内燃机的燃烧室结构，其能够在较大的引擎转速范围内提高燃烧效率和输出特性。

一种内燃机的燃烧室结构，包括：凹部，该凹部设置在面对活塞的上表面的汽缸盖内壁；燃烧室，该燃烧室由主燃烧室和挤气区域构成，该主燃烧室由该凹部形成；和进气阀端口、排气阀端口和火花塞安装端口，该进气阀端口、该排气阀端口和该火花塞安装端口布置在该主燃烧室的内表面的三侧；其中，该挤气区域设置在火花塞的相对侧，该挤压区域和该火花塞夹持着平面，该平面包括进气阀轴线和排气阀轴线这两根轴线；并且在该挤气区域上的具有钝角形状的挤气边缘设置为朝着汽缸的内侧突出。

此外，在根据本发明的内燃机的燃烧室结构中，该挤气区域的该挤气边缘布置在该进气阀端口和该排气阀端口之间的大致中间位置。

此外，在根据本发明的内燃机的燃烧室结构中，该挤气区域包括进气侧区域和排气侧区域，该进气侧区域和该排气侧区域配置为与该进气阀端口和该排气阀端口对应并且位于该挤气边缘的两侧；并且由该进气侧区域和该排气侧区域的各自外周边缘形成的该钝角形状为在收敛于该挤气边缘的钝角顶部的附近其倾斜度急骤增大。

此外，在根据本发明的内燃机的燃烧室结构中，该挤气区域的该挤气边缘通过连接部连接到该主燃烧室的凹陷表面，该连接部朝向汽缸中心轴线向内线性倾斜，连接表面形成在该连接部的两侧，该连接表面中的每一个均通过具有多个曲率组成。

此外，在根据本发明的内燃机的燃烧室结构中，沿着该挤气边缘的该连接部的延伸线设置成与该火花塞的电极相比更向进气阀侧偏倚。

此外，在根据本发明的内燃机的燃烧室结构中，第二挤气区域设置在该火花塞侧，并且钝角形状的挤气边缘设置在该第二挤气区域的进气侧区域。

附图说明

图1A是根据实施例的引擎的汽缸盖的外围的上表面视图。

图1B是根据实施例的引擎的排气端口的外围的侧视图。

图1C是根据本实施例的引擎的左侧视图。

图1D是根据本实施例的引擎的进气端口的外围的侧视图。

图2A是沿着图1A中线I-I的截面图。

图2B是沿着图1A中线II-II的截面图。

图3是在根据本实施例的引擎的汽缸盖的燃烧室的外围的立体图。

图4A是说明根据本实施例的引擎的燃烧室的构造实例的视图。

图4B是说明根据本实施例的引擎的燃烧室的功能的视图。

图5是沿着图4B中线III-III的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图，说明根据本发明的内燃机的燃烧室结构的最佳实施例。

根据本发明的内燃机的燃烧室结构典型地应用于安装在例如摩托车等等的车辆上的引擎，但是其适用对象并不局限于此。在本实施例中，适用对象是例如，作为实例的图1A至图1D所示的气冷式的四冲程循环单缸发动机10。在下文中，将根据需要适当地省去组件的图示等等的说明。首先，描述本实例的引擎10的整体构造。例如，汽缸11、汽缸盖12和汽缸前盖13连续地联接至曲轴箱，该曲轴箱可旋转地支撑和容纳该曲柄轴，该曲柄轴水平地布置在左右方向上。进气端口14和排气端口15设置在汽缸盖12中，将空气燃料混合物供应至引擎10的进气系统与进气端口14连接，将废气从引擎10排出的排气系统与排气端口15连接。

在进气系统中，节流阀体布置在进气通道的中间，该进气通道形成在空气净化器和汽缸盖12之间，该布置图中未示意。节流阀被保持在节流阀体中，节流阀打开/关闭形成在节流阀体内部的进气通道。节流阀体经由进气管连接到进气端口14。喷射器附接到进气管，燃料被从喷射器喷射并且被供应至从进气管馈送的进气，从而空气燃料混合物被供应至引擎10。

除此之外，在排气系统中，排气管联接至排气端口15。产生在引擎10中的燃烧气体从排气端口15经过排气管，并且最终作为废气从消音器排出。

进一步说明引擎10。图2A是经过火花塞16并且沿着汽缸轴线或者中心轴线Z方向的截面图，图2B是经过排气阀轴线和进气阀轴线并且沿着汽缸轴线Z方向的截面图。汽缸套17插在汽缸11中，并且活塞18容纳在汽缸套17中以便能够往复运动。曲柄轴的曲柄销可枢轴旋转地被支撑在图中未示意的曲轴箱中并且活塞18的活塞销19经由连杆彼此联接。活塞18在汽缸轴线Z方向上往复运动，从而曲柄轴旋转。此外，在汽缸盖12中，凸轮、凸轮轴等等组成的阀驱动装置或者阀系统被包括在凸轮外壳20中。凸轮链腔室21设置在汽缸内腔的附近并且大致沿着与汽缸轴线Z平行的方向，并且凸轮链在凸轮链腔室21中运转。该凸轮链被缠绕并且放置在链轮（sprocket）和主动链轮（drive sprocket）之间，从而阀驱动装置随着曲柄轴的旋转而同步地运作，该链轮附接到阀驱动装置的凸轮轴的一端，该主动链轮附接到曲柄轴。

燃烧室22形成在汽缸盖12的底部，在上死点的活塞18的上表面的空间中，进气端口14和排气端口15分别与燃烧室22连通。燃烧室22和进气端口14之间通过进气阀23打开和关闭，燃烧室22和排气端口15之间通过排气阀24打开和关闭。这些进气阀23和排气阀24由阀驱动装置驱动控制。

凸轮轴25可旋转地被支撑在凸轮外壳20中以便被夹在进气阀23的阀杆23a和排气阀24的阀杆24a之间。此外，在本实例中，凸轮轴25在图2B的纸面的垂直方向上延伸，而进气凸轮和排气凸轮整体地形成在其轴向上并且其之间具有预定的间隔。每个摇臂桥接在这些凸轮和进气阀23的阀杆23a与排气阀24的阀杆24a之间。每个摇臂都可摆动地被支撑在摇臂轴26、27（二者都在图2B的纸面的垂直方向上延伸）上。

每个上述状态下的摇臂经由附接在其各个尖端部上的挺杆抵靠在阀杆23a和阀杆24a的顶部上。阀弹簧分别被附接在进气阀23的阀杆23a和排气阀24的阀杆24a的周围，并且阀杆23a或者阀杆24a由于阀弹簧的弹力通常被朝着阀闭合方向推动。阀杆23a和阀杆24a通过凸轮轴25的旋转经由摇臂而克服阀弹簧的弹力被按压并且向下移动，同时将曲柄轴作为驱动源。从而进气阀23和排气阀24在预定时间被打开，即，每个进气端口14或者排气端口15与燃烧室22连通。

在根据本发明的内燃机的燃烧室结构中，燃烧室22由凹部28构成，凹部28形成在如图3所示的汽缸盖12的内壁中并且主要地面对活塞18的上表面。凹部28为近似的圆顶状态，并且形成燃烧室22的主燃烧室。本发明还包括挤气区域29，即，燃烧室由主燃烧室和挤气区域29构成，主燃烧室由凹部28构成。此外，进气阀端口30、排气阀端口31和火花塞安装端口32布置在三侧，即，在本实例中，在由凹部28构成的主燃烧室的内表面的三个位置上形成T型形状，进气阀23附接到进气阀端口30，排气阀24附接到排气阀端口31，火花塞16附接到火花塞安装端口32。尤其是，火花塞16相应地设置在T型形状的下端部，即，其布置成接近于燃烧室22的外围而不是在圆顶状的中心。

在本实施例中，如图3所示，挤气区域29设置在火花塞16的相对侧，其之间夹持着平面S，该平面S由进气阀23的轴线X和排气阀24的轴线Y形成。

在本发明中，特别是如图4A所示的挤气区域29中，具有钝角形状（其钝角为θ）的挤气边缘33朝向汽缸的内侧突出地设置。

挤气区域29为如图4A等等所示的M形形状，并且挤气边缘33相应地位于M形形状的中心。在这种情况下，挤气边缘33布置成对应于进气阀端口30和排气阀端口31的大致中间的位置。

此外，挤气区域29包括进气侧区域29A和排气侧区域29B，进气侧区域29A和排气侧区域29B位于挤气边缘33的两侧，对应于如图4A所示的进气阀端口30和排气阀端口31。挤气边缘33的钝角形状（钝角θ）是由位于进气侧区域29A和排气侧区域29B的汽缸内腔的内侧的每个外围边缘29a（参考图4B）形成。每个外围边缘29a处于朝向汽缸内腔的外侧凹陷弯曲的弯曲状态，当曲率半径R朝向挤气边缘33侧时变小，即，保持多个曲率半径R。也就是，在外围边缘29a收敛的钝角顶部附近，挤气边缘33的钝角形状的倾斜度α急骤增大。换句话说，挤气边缘33就总体来看是钝角，但是进气侧区域29A和排气侧区域29B的每个外围边缘29a相对的，以便彼此逐渐上升，由相对的外围边缘29a所形成的夹角变小，作为挤气边缘33的尖端侧。

此外，挤气区域29的挤气边缘33以边缘线状态经由连接部34被连接到凹陷表面28a，该凹陷表面28a形成主燃烧室（参考图4A中的斜线部分）。在图4B中通过斜线表示的连接表面35（35A、35B）形成在连接部34的两侧上，并且挤气区域29和凹陷表面28a经由这些连接表面35连接。在这种情况下，连接表面35A、35B都具有凹曲表面，但是其在汽缸轴线Z的垂直方向上的横截面与上述外围边缘29a一样由多个曲率半径组成。

此外，连接部34的边缘线在与汽缸轴线Z平行的竖直截面上朝向汽缸轴线Z线性地向内倾斜。如图5所示，挤气区域29的挤气边缘33和凹陷表面28a经由连接部34连接，但是连接部34是直线状，并且相对于汽缸轴线Z内侧以角度β倾斜。此外，连接表面35A、35B的横截面与连接部34相同也是直线状。

此外，如图4A所示，沿着挤气边缘33的连接部34的延伸线T比火花塞16的电极16a更朝向进气阀23侧偏离，。图4A中的符号“t"是连接部34和火花塞16电极16a之间的偏移值。

此外，如图4A、4B所示，另一个挤气区域36（第二挤气区域）设置在火花塞16侧并且挤气边缘37是钝角形状并且被设置在挤气区域36的进气侧区域36A。

在具有上述结构的燃烧室结构中，首先，挤气边缘33是钝角形状并且被设置在燃烧室22中的挤气区域29。即使空气燃料混合物通过由压降小的下通风口（down draft port）或者直端口（straight port）等等组成的进气端口14并且混合物的紊乱较弱，通过设置在进气端口14和排气端口15之间的挤气边缘33，产生由流动偏转和剥离引起的涡流，其作为如图4B所示的空气燃料混合物F1，因此，加剧了空气燃料混合物的紊乱。注意到，因为常规的挤气形状是平稳的和缓合的曲线形状，所以空气燃料混合物的剥离很难在常规的挤气形状中发生并且其紊乱较小。即，在本发明中，可以通过有效地产生涡流改善低负载燃烧而不损伤进气流量系数。

如上所述，挤气边缘33设置成大致位于火花塞16的相对侧，因此具有以下作用：位于燃烧室22中的远离火花塞16的区域的未燃的空气燃料混合物被推挤同时增大朝向火焰表面方向的紊乱。也就是，通过挤气区域29和挤气边缘33，空气燃料混合物的流动提高并且燃烧流动被增大，因此燃烧室22中的燃烧被加速。尤其是，如本实施例的具有进气阀23和排气阀24两个阀的双缸引擎中，不能将火花塞16布置在燃烧室22的中心，因此从点火点至燃烧室的端部的距离不均匀。在上述情况下，通过改善空气燃料混合物的流动和燃烧流动可以获得较高的燃烧加速效果。

此外，挤气边缘33布置在进气阀端口30和排气阀端口31之间的大致中间的位置。在这种情况下，特别是在挤气边缘33的钝角形状中外围边缘29a收敛的、钝角顶部附近倾斜角α急骤增大。挤气边缘33的位置、形状等等如上所述设定，因此空气燃料混合物经过进气端口14，并且沿着所谓的纵壁表面流动，该纵壁表面特别地由进气侧区域29A的连接表面35A形成。在M形形状的挤气边缘33的附近，倾斜度α急骤增大，因此如图4B所示的空气燃料混合物F2朝着火花塞16的方向的方向性更强。从而，可以朝向火花塞16方向馈送高燃烧性的混合新鲜空气。

此外，向内倾斜的连接表面35从挤气区域29的外围边缘29a连接至作为主燃烧室的凹陷表面28a。通过连接表面35在燃烧室22中的大范围内可能发生挤气流，由于在此期间的边缘效应会产生空气燃料混合物的紊乱，因此燃烧期间存在大范围的燃烧改善效果。在常规的挤气中，只有实质上在TDC（上死点）附近，才能获得由挤气流产生的效果。

此外，挤气边缘33在火花塞16的对角线的附近，因此上述效果的结合会加速整个燃烧室22中的火焰传播并且燃烧速度增大。特别地在这种情况下，因为挤气边缘33偏向进气阀23侧，所以指向火花塞16方向的空气燃料混合物不会远离或者偏向排气侧并且朝向火花塞16的方向性被更加增强。因此，会出现例如防止撞击、引擎转速的全部区域的输出改善等等的燃烧改善效果。此外，能够有效地提高低燃料消耗的贫燃状态下的燃烧稳定性，因此，燃料消耗被改善。此外，可以确保从引擎转速的高负载旋转区域至低负载旋转区域的稳定燃烧，因此作为能够使得燃料消耗和输出得到改善的技术，这是一种有效手段。

此外，第二挤气区域36和钝角形状挤气边缘37设置在火花塞16侧，因此对于火花塞16侧的空气燃料混合物的燃烧，也可以获得类似上述情况的燃烧改善效果。

如上所述，本发明通过各种实施例进行了描述，但是本发明并不局限于这些实施例，可以在本发明范畴内进行改变。

例如，在上述实施例中，描述了双阀引擎的实例，该双阀引擎具有进气阀23和排气阀24，然而本发明也适用于被称为四阀引擎的分别具有两个进气阀和两个排气阀的引擎。在这种情况下，火花塞布置在燃烧室的中心，并且挤气边缘设置在进气侧和排气侧中间的位置且在汽缸内腔的直径方向上面对，这样的构造也可以被采用。

此外，在上述实施例中，描述了用于摩托车的引擎的实例，但是本发明也可以有效地适用于例如四轮车或者所谓的ATV等等的车辆。

根据本发明，由流动偏转和空气燃料混合物的剥离产生的涡流是由挤气边缘产生的，并且空气燃料混合物的紊乱被加速。在燃烧室中，用于空气燃料混合物的涡流被有效地产生，因此可以抑制由进气端口形状例如高筒端口（high tumble port）引起的进气流量系数的减小，进而改善低负载燃烧而不会降低高负载区域的输出。也就是，可以改善燃烧效率和引擎在较宽转速范围内的输出。

应当注意，上述实施例仅仅是实现本发明的说明性的实例，本发明的技术范围并没有通过这些实施例而被限定。即，可以以各种形式实现本发明，这些都不脱离本发明的主旨和范围。

Claims (6)

1.一种内燃机的燃烧室结构，其特征在于，包含：

凹部，所述凹部设置在面对活塞的上表面的汽缸盖内壁；

燃烧室，所述燃烧室由主燃烧室和挤气区域构成，所述主燃烧室由所述凹部形成；和

进气阀端口、排气阀端口和火花塞安装端口，所述进气阀端口、所述排气阀端口和所述火花塞安装端口布置在所述主燃烧室的内表面的三侧；

其中，所述挤气区域设置在火花塞的相对侧，所述挤压区域和所述火花塞夹持着平面，所述平面包括进气阀轴线和排气阀轴线这两根轴线；并且

在所述挤气区域上的具有钝角形状的挤气边缘设置为朝着汽缸的内侧突出。

2.如权利要求1所述的内燃机的燃烧室结构，其特征在于，

所述挤气区域的所述挤气边缘布置在所述进气阀端口和所述排气阀端口之间的大致中间位置。

3.如权利要求1或2所述的内燃机的燃烧室结构，其特征在于，

所述挤气区域包括进气侧区域和排气侧区域，所述进气侧区域和所述排气侧区域配置为与所述进气阀端口和所述排气阀端口对应并位于所述挤气边缘的两侧；并且

由所述进气侧区域和所述排气侧区域的各自外周边缘形成的所述钝角形状为在收敛于所述挤气边缘的钝角顶部的附近其倾斜度急骤增大。

4.如权利要求1或2所述的内燃机的燃烧室结构，其特征在于，

所述挤气区域的所述挤气边缘通过连接部连接到所述主燃烧室的凹陷表面，所述连接部朝向汽缸中心轴线向内线性倾斜，连接表面形成在所述连接部的两侧，所述连接表面中的每一个均通过具有多个曲率组成。

5.如权利要求4所述的内燃机的燃烧室结构，其特征在于，

沿着所述挤气边缘的所述连接部的延伸线设置成与所述火花塞的电极相比更向进气阀侧偏倚。

6.如权利要求1或2所述的内燃机的燃烧室结构，其特征在于，

第二挤气区域设置在所述火花塞侧，并且钝角形状的挤气边缘设置在所述第二挤气区域的进气侧区域。