专利名称：均质充气压燃式发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及均质充气压燃式发动机，其压缩由燃料与氧气混合形成的空气燃料混合物从而导致混合物自燃。
背景技术：
将燃烧废气与进气混合的方法已经公开于若干专利申请中，举例来说，日本公开专利申请No.11-264319、日本公开专利申请No.2004-263642以及日本公开专利申请No.2004-293392。日本公开专利申请No.11-264319公开了内部EGR装置，其中使进气阀与排气阀的开放正时互相重叠，从而将燃烧废气通过排气口重新吸入燃烧室。日本公开专利申请No.2004-263642和No.2004-293392中都公开了内部EGR装置和外部EGR装置，其中连接着排气系统的EGR管路和进气系统使燃烧废气再循环至进气系统。日本公开专利申请No.2004-263642中所公开的构型能够在外部EGR与内部EGR之间转换。日本公开专利申请No.2004-293392中所公开的构型能够增加与减少外部EGR的量和内部EGR的量。
用来在外部EGR与内部EGR之间转换的日本公开专利申请No.2004-263642中的构型设计成用于净化燃烧废气。用来增加与减少外部EGR量和内部EGR量的日本公开专利申请No.2004-293392中的构型设计成用于防止EGR的燃烧废气使燃烧状态过度降级。另一方面，日本公开专利申请No.11-264319中所公开的内部EGR设计成用于通过使用再吸入的燃烧废气的热量促进压缩点火。
为了使燃烧废气与进入气体混合，在排气冲程期间可能会使一些燃烧废气保留于燃烧室中。保留于燃烧室中的燃烧废气的热量可以用于压缩点燃。当重新吸入的燃烧废气的热量用于压缩点燃时，通过将燃烧废气吸入燃烧室就会损失一些能量。然而，在保留于燃烧室中的燃烧废气的热量用于压缩点燃的情况与使用重新吸入的燃烧废气的情况相比，能量损失更少。就是说，在燃烧废气的热量用于压缩点燃的情况下，优选的是燃烧废气保留于燃烧室中。
在高发动机负载范围中，需要大量的燃料(空气燃料混合物)。然而，当自然吸气式发动机中的残余气体的量增加时，可以被吸入燃烧室中的燃料量就会减少。因此，高发动机负载所需的燃料量就不固定。就是说，在燃烧废气的热量用于压缩点燃的情况下，优选的是燃烧废气保留于燃烧室中。
发明内容
相应地，本发明的目的在于扩大均质充气压燃式发动机通过压缩点燃而获得的操作范围。
根据本发明的一个方面，均质充气压燃式发动机对处于燃烧室中的由燃料与氧气混合而成的空气燃料混合物进行压缩，从而引起混合物自燃。气体保留装置在用于将燃烧废气从燃烧室排出的排气冲程期间停止排放燃烧废气，从而使得一些燃烧废气保留于燃烧室中。回流装置使一些在排气冲程期间已被从燃烧室排出的燃烧废气在随后的进气冲程期间回流至燃烧室。
通过阅读结合附图利用实例示出了本发明原理的以下详细描述，将很容易清楚了解本发明其它方面和优点。
通过参考对当前优选实施例的以下描述和附图，将会最好地理解本发明及其目的和优点，其中图1A为沿图2A的线IA-IA剖开的剖视图，示出了根据本发明一个实施例的均质充气压燃式发动机；图1B为沿图2A的线IB-IB剖开的剖视图；图2A为均质充气压燃式发动机的平面简图；图2B为时间图，示出了图2E的第一范围S1中的排气阀17的打开与关闭时间E1和进气阀16A、16B的打开与关闭时间D1；图2C为时间图，示出了图2E的第二范围S2和第三范围S3中的排气阀17的打开与关闭时间E2、进气阀16A、16B的打开与关闭时间D2和进排气阀18的打开与关闭时间E3；图2D为时间图，示出了图2E的第四范围S4中的排气阀17的打开与关闭时间E4、进气阀16A、16B的打开与关闭时间D3和进排气阀18的打开与关闭时间E5；以及图2E为根据发动机负载F和发动机转速N关系示出了第一范围S1至第四范围S4的图。
具体实施例方式
现在将参看图1A至2E，对根据本发明一个实施例的均质充气压燃式发动机进行描述。
如图1A所示，气缸111形成于气缸组11中。活塞12往复式容放于气缸111中。活塞12限定着气缸111中的燃烧室112并且利用连杆13连接于曲柄轴14上。活塞12的往复运动通过连杆13转换成曲柄轴14的旋转运动。尽管多个气缸沿着曲柄轴14的轴向方向线性设置，但下文中只对气缸111进行描述。
气缸盖15联接于气缸组11上。一对进气口151A、151B和排气口152形成于气缸盖15中。通过附连于气缸盖15上的进气阀16A来打开与关闭进气口151A，通过附连于气缸盖15上的进气阀16B来打开与关闭进气口151B。通过用作附连于气缸盖15上的第一排气阀的排气阀17来打开与关闭用作第一排气口的排气口152。
火花塞10附连于气缸盖15面向燃烧室112的内表面上。火花塞10在燃烧室112中产生火花。就是说，火花塞10点燃空气燃料混合物。由火花塞10进行的点燃由控制计算机C控制。
进气凸轮轴19和排气凸轮轴20提供于气缸盖15上方。一对第一进气凸轮21A提供于进气凸轮轴19上，而第一重叠凸轮22提供于排气凸轮轴20上。当进气凸轮轴19旋转时，第一进气凸轮21A各致动进气凸轮杠杆23A、23B之一。相应地，进气阀16A、16B被致动以便打开与关闭进气口151A、151B。进气阀16A、16B同时致动。当排气凸轮轴20旋转时，第一重叠凸轮22致动排气凸轮杠杆24。相应地，排气阀17被致动以便打开与关闭排气口152。排气口152连接于排气通道47上。
如图1B所示，用作第二排气口的进排气口153形成于气缸盖15中。进排气口153。通过用作附连于气缸盖15上的第二排气阀的进排气阀18来打开与关闭进排气口153。第二重叠凸轮25提供于排气凸轮轴20上。当排气凸轮轴20旋转时，第二重叠凸轮25致动排气凸轮杠杆26。相应地，进排气阀18被致动以便打开与关闭进排气口153。
进排气口153连接于进排气通道48上。进排气通道48与排气通道47合并。第一节气门49提供于进排气通道48中。第一节气门49的打开程度通过第一电机491来改变。第一电机491由控制计算机C来控制。
如图2A所示，一对第二进气凸轮21B提供于进气凸轮轴19上。进气凸轮杠杆机构50A、50B位于第二进气凸轮21B与进气阀16A、16B之间。当进气凸轮轴19旋转时，第二进气凸轮21B各致动进气凸轮杠杆机构50A、50B之一。相应地，进气阀16A、16B被致动以便打开与关闭进气口151A、151B。进气通道33分出支路并且连接于每个进气口151A、151B上。
只有当供应液压压力时，进气凸轮杠杆机构50A、50B才将第二进气凸轮21B的旋转力传递至进气阀16A、16B。就是说，进气凸轮杠杆机构50A、50B在操作状态与非操作状态之间转换。当供应液压压力时，进气凸轮杠杆机构50A、50B转换成操作状态，并且将第二进气凸轮21B的旋转力传递至进气阀16A、16B。当停止供应液压压力时，进气凸轮杠杆机构50A、50B转换成非操作状态，并且不再将第二进气凸轮21B的旋转力传递至进气阀16A、16B。当进气凸轮杠杆机构50A、50B处于操作状态时，进气阀16A、16B根据第二进气凸轮21B的凸轮轮廓线往复运动并打开与关闭进气口151A、151B。当进气凸轮杠杆机构50A、50B处于非操作状态时，进气凸轮杠杆23A、23B处于操作状态并与第一进气凸轮21A接触。在这种状态中，进气阀16A、16B根据第一进气凸轮21A的凸轮轮廓线往复运动并打开与关闭进气口151A、151B。
排气凸轮27和进排气凸轮28提供于排气凸轮轴20上。排气凸轮杠杆机构29提供于排气凸轮27与排气阀17之间，而进排气凸轮杠杆机构30提供于进排气凸轮28与进排气阀18之间。当排气凸轮轴20旋转时，排气凸轮27致动排气凸轮杠杆机构29。相应地，排气阀17被致动以便打开与关闭排气口152。当排气凸轮轴20旋转时，进排气凸轮28致动进排气凸轮杠杆机构30。相应地，进排气阀18被致动以便打开与关闭进排气口153。
只有当供应液压压力时，排气凸轮杠杆机构29才将排气凸轮27的旋转力传递至排气阀17。只有当供应液压压力时，进排气凸轮杠杆机构30才将进排气凸轮28的旋转力传递至进排气阀18。就是说，排气凸轮杠杆机构29在操作状态与非操作状态之间转换。当供应液压压力时，排气凸轮杠杆机构29转换成操作状态，并且将排气凸轮27的旋转力传递至排气阀17。当停止供应液压压力时，排气凸轮杠杆机构29转换成非操作状态，并且不再将排气凸轮27的旋转力传递至排气阀17。进排气凸轮杠杆机构30在操作状态与非操作状态之间转换。当供应液压压力时，进排气凸轮杠杆机构30转换成操作状态，并且将进排气凸轮28的旋转力传递至排气阀17。当停止供应液压压力时，进排气凸轮杠杆机构30转换成非操作状态，并且不再将进排气凸轮28的旋转力传递至排气阀17。
当排气凸轮杠杆机构29处于操作状态时，排气阀17根据排气凸轮27的凸轮轮廓线往复运动，并打开与关闭排气口152。当排气凸轮杠杆机构29处于非操作状态时，排气凸轮杠杆24处于操作状态并与第一重叠凸轮22接触。在这种状态中，排气阀17根据第一重叠凸轮22的凸轮轮廓线往复运动并打开与关闭排气口152。当进排气凸轮杠杆机构30处于操作状态时，进排气阀18根据进排气凸轮28的凸轮轮廓线往复运动，并打开与关闭进排气口153。当进排气凸轮杠杆机构30处于非操作状态时，排气凸轮杠杆26处于操作状态并与第二重叠凸轮25接触。在这种状态中，进排气阀18根据第二重叠凸轮25的凸轮轮廓线往复运动并打开与关闭进排气口153。
排气凸轮杠杆机构29和进排气凸轮杠杆机构30通过第一液压压力调节机构40互相连接。第一液压压力调节机构40在致动状态与退动状态之间转换。当处于致动状态中时，第一液压压力调节机构40向排气凸轮杠杆机构29和进排气凸轮杠杆机构30供应液压压力。当处于退动状态中时，第一液压压力调节机构40停止向排气凸轮杠杆机构29和进排气凸轮杠杆机构30供应液压压力。第一液压压力调节机构40由控制计算机C控制。
常规第一可变阀正时机构31提供于进气凸轮轴19的一端，而第二可变阀正时机构32提供于排气凸轮轴20的一端。第一可变阀正时机构31将曲柄轴14的旋转力传递至进气凸轮轴19并且能够以液压方式改变进气凸轮轴19的旋转相位。第二可变阀正时机构32将曲柄轴14的旋转力传递至排气凸轮轴20并且能够以液压方式改变排气凸轮轴20的旋转相位。
第一可变阀正时机构31连接于第二液压压力调节机构41上，而第二可变阀正时机构32连接于第三液压压力调节机构42上。第二液压压力调节机构41限定着第一可变阀正时机构31的调节状态，第一可变阀正时机构31调节进气凸轮轴19的旋转相位，而第三液压压力调节机构42限定着第二可变阀正时机构32的调节状态，第二可变阀正时机构32调节排气凸轮轴20的旋转相位。第二液压压力调节机构41和第三液压压力调节机构42由控制计算机C控制。
如图1A中所示，喷嘴34连接于进气通道33上，进气通道33连接于进气口151A、151B上。喷嘴34连接于带有燃料供应管路35和电磁流量控制阀36的燃料供应源(未示出)上。燃料为天然气。喷嘴34将燃料喷射入进气通道33中。流量控制阀36由控制计算机C控制。
第二节气门37提供于位于喷嘴34上游的进气通道33的截面中。第二节气门37的打开程度通过第二电机371来改变。第二电机371由控制计算机C控制。第二节气门37控制着通过空气净化器39吸入进气通道33中的空气的进气流速。从喷嘴34喷射的燃料与吸入进气通道33的空气混合。当进气口151A、151B在活塞12从上止点运动至下止点的冲程期间打开时，空气燃料混合物就被吸入燃烧室112。如果排气口152和进排气口153关闭，那么在活塞12从下止点运动至上止点的冲程期间，燃烧室112中的空气燃料混合物就被压缩。
第二节气门37的打开程度通过节气门打开程度检测器38来检测。关于节气门打开程度检测器所检测的节气门打开程度的信息被发送至控制计算机C。
控制计算机C连接于操作状态检测装置43和曲柄角度检测器44上并接收来自这两者的信号。操作状态检测装置43将预期发动机负载(这个实施例中的节气门打开程度)和预期发动机旋转速度输入控制计算机C。控制计算机C控制着第二电机371、流量控制阀36和第一至第三液压压力调节机构41至42以及火花塞10以便使得发动机负载和发动机旋转速度寻找输入值。控制计算机C根据关于曲柄角度检测器44所检测的曲柄角度的信息来计算发动机旋转速度。
控制计算机C存储着图2E的曲线中所示出的脉谱图M。脉谱图M限定着发动机负载与发动机旋转速度之间的关系。第一至第四范围S1至S4限定于脉谱图M中。控制计算机C确定发动机负载F与发动机旋转速度N的组合[下文中称作设置组合(F-N)]处于范围S1至S4中的哪一个范围上。
当设置组合(F-N)处于第一范围S1中时，控制计算机C将第一液压压力调节机构40设置成退动状态，并且控制着第一电机491以便使第一节气门49的打开程度最大。当第一液压压力调节机构40设置成处于退动状态中时，进气凸轮杠杆机构50A、50B、排气凸轮杠杆机构29以及进排气凸轮杠杆机构30处于非操作状态。当进气凸轮杠杆机构50A、50B处于非操作状态中时，进气凸轮杠杆23A、23B处于操作状态。当排气凸轮杠杆机构29处于非操作状态中时，排气凸轮杠杆24处于操作状态。当进排气凸轮杠杆机构30处于非操作状态中时，排气凸轮杠杆26处于操作状态。当排气凸轮杠杆24、26处于操作状态中时，在活塞到达上止点之前排气阀17关闭排气口152并且进排气阀18关闭进排气口153。就是说，进气凸轮杠杆23A、23B和排气凸轮杠杆24、26形成负重叠，其中曲线E1和曲线D1不会重叠。具体而言，当设置组合(F-N)处于第一范围S1中时，在排气冲程期间停止从燃烧室112排放燃烧废气，并且在下一个进气冲程中一些燃烧废气保留于燃烧室112中。第一范围S1设置成以下这种范围，在这种范围中在随后的进气冲程中一些燃烧废气优选地保留于燃烧室112中以便容许发生空气与燃料(天然气)混合物的压缩点燃。
排气阀17、第一重叠凸轮22、排气凸轮杠杆24、排气凸轮杠杆机构29以及第一液压压力调节机构40形成气体保留装置45，气体保留装置45在排气冲程期间停止从燃烧室排放燃烧废气，从而将一些燃烧废气保留于燃烧室112中。第一液压压力调节机构40用作第一转换装置和第二转换装置。排气凸轮杠杆机构29用作将排气凸轮27的旋转运动转化成排气阀17的往复运动的第一排气凸轮杠杆机构。排气凸轮杠杆机构24用作将第一重叠凸轮22的旋转运动转化成排气阀17的往复运动的第二排气凸轮杠杆机构。
图2B中的曲线E1表示当排气凸轮杠杆机构29和进排气凸轮杠杆机构30处于操作状态中时排气阀的打开与关闭正时。曲线D1表示当进气凸轮杠杆机构50A、50B处于操作状态中时进气阀16A、16B的打开与关闭正时。通过控制第二可变阀正时机构32的调节状态来限定曲线E1在表示曲柄角度的水平轴上的位置。通过控制第一可变阀正时机构31的调节状态来限定曲线D1在表示曲柄角度的水平轴上的位置。
进气阀16A、16B在进气凸轮杠杆机构50A、50B处于操作状态中时比其处于非操作状态中时升起高度更高。另外，排气阀17在排气凸轮杠杆机构29处于操作状态中时比其处于非操作状态中时升起高度更高(阀打开程度更大)，而进排气阀18在进排气凸轮杠杆机构30处于操作状态中时比其处于非操作状态中时升起高度更高。就是说，进气阀16A、16B、排气阀17以及进排气阀18在第一液压压力调节机构40正在操作时比其不操作时升起高度更高。当第一液压压力调节机构40不操作时，进气阀16A、16B、排气阀17和进排气阀18都升起高度较低(阀打开程度更小)。
另外，不管第一液压压力调节机构40是否正在操作，进排气阀18比排气阀17升起高度得低，排气阀17打开与关闭排气口152以便执行规则排气。
当设置组合(F-N)处于第二范围S2中时，控制计算机C将第一液压压力调节机构40设置成致动状态。当第一液压压力调节机构40设置成处于致动状态中时，进气凸轮杠杆机构50A、50B、排气凸轮杠杆机构29以及进排气凸轮杠杆机构30处于操作状态。当进气凸轮杠杆机构50A、50B处于操作状态中时，进气凸轮杠杆23A、23B处于非操作状态。当排气凸轮杠杆机构29处于操作状态中时，排气凸轮杠杆24处于非操作状态。当进排气凸轮杠杆机构30处于操作状态中时，排气凸轮杠杆26处于非操作状态。当排气凸轮杠杆24、26处于非操作状态中时，排气阀17根据由图2C中的曲线E2表示的打开与关闭正时致动，而排气阀18根据由图2C中的曲线E3表示的打开与关闭正时致动。就是说，当设置组合(F-N)处于第二范围S2中时，一些在排气冲程期间从燃烧室112排放的燃烧废气在随后的进气冲程中通过进排气口153流回燃烧室112。第二范围S2设置成以下这种范围，在这种范围中一些已经通过排气口152排放的燃烧废气优选地在进气冲程中流回燃烧室112以便容许发生空气与燃料(天然气)混合物的压缩点燃。
当进气凸轮杠杆23A、23B处于非操作状态中时，进气阀16A、16B根据由曲线D2表示的打开与关闭正时致动。通过控制第二可变阀正时机构32的调节状态来限定曲线E2、E3在水平轴上的位置，通过控制第一可变阀正时机构31的调节状态来限定曲线D2在水平轴上的位置。
另外，控制计算机C根据第二范围S2中的设置组合(F-N)的位置控制第一节气门49的打开程度。就是说，控制计算机C存储着用于确定第二范围S2中的组合(F-N)与第一节气门49的打开程度之间关系的脉谱图，并且控制着第一电机491以便使得第一节气门49的打开程度对应于设置组合(F-N)。脉谱图上的第一节气门49的打开程度容许对应于相应组合(F-N)的燃烧废气的量流回。
当第二节气门37使进气通道33的截面范围减少时，就在燃烧室112与排气通道47之间形成压力差。这就允许燃烧废气冲回燃烧室112。由于绝热压缩就就导致返回燃烧室112的燃烧废气温度增加。
进排气阀18、进排气凸轮28、进排气凸轮杠杆机构30、第一液压压力调节机构40、第一节气门49以及第一电机491形成回流装置46，回流装置46使得一些在排气冲程期间从燃烧室112排放的燃烧废气在随后的进气冲程中流回燃烧室112中。进排气凸轮杠杆机构30用作第三排气凸轮杠杆机构。排气凸轮杠杆机构26用作第四排气凸轮杠杆机构。
当设置组合(F-N)处于第三范围S3中时，控制计算机C将第一液压压力调节机构40设置成致动状态，并且使得火花塞10处于预定正时处。进气阀16A、16B、排气阀17以及进排气阀18与图2C中类似的打开与关闭正时处致动。就是说，一些燃烧废气在进气冲程中通过进排气口153流回燃烧室112。在排气阀17、进排气阀18以及进气阀16A、16B的这种致动条件下，导致火花塞10产生火花。就是说，控制计算机C具有控制功能来致动回流装置46以及使用火花塞10进行辅助点燃，该火花塞10用作火花装置从而容许进行均匀压缩点燃。辅助点燃是指用于在空气-燃料混合物中发出火花从而允许容易地点燃混合物的方法。混合物中发出火花被认为是在混合物中产生十分易燃的物质。基本上，辅助点燃是一种在混合物点燃之前使混合物中发出火花的方法。辅助点燃所产生的火花不会立即点燃混合物。第三范围S3设置成以下这种范围，在这种范围中一些已经通过排气口152排放的燃烧废气在进气冲程中通过进排气口152流回燃烧室112，并且优选地使火花塞10产生火花。
当设置组合(F-N)通过第三范围S3从第二范围S2变动至第四范围S4时，控制计算机C控制着第一电机491以便减少第一节气门49的打开程度。当设置组合(F-N)通过第三范围S3从第四范围S4变动至第二范围S3时，控制计算机C控制着第一电机491以便增加第一节气门49的打开程度。就是说，当设置组合(F-N)通过第三范围S3从第二范围S2变动至第四范围S4时，通过进排气口153流回燃烧室112的燃烧废气量相应减少。反之，当设置组合(F-N)通过第三范围S3从第四范围S4变动至第二范围S2时，通过进排气口153流回燃烧室112的燃烧废气量增加。第一节气门49和第一电机491形成调节着通过进排气口153流回燃烧室112的燃烧废气的回流量的回流量调节装置。
当设置组合(F-N)处于第四范围S4中时，控制计算机C将第一液压压力调节机构40设置成致动状态，使得火花塞10在预定正时处产生火花，并且控制着控制着第一电机491以便将第一节气门49的打开程度减少至零。就是说，在第四范围S4执行火花点燃燃烧。排气阀17根据由图2D中的曲线E4表示的打开与关闭正时致动，而进排气阀18根据由图2D中的曲线E5表示的打开与关闭正时致动。进气阀16A、16B根据曲线D3表示的打开与关闭正时致动。就是说，当设置组合(F-N)处于第四范围S4中时，尽管进排气口153在进气冲程期间保持打开一定时间，但是通过进排气口153流回燃烧室112的燃烧废气相当小，从而不会对火花点燃式燃烧产生不利影响。第四范围S4设置成以下这种范围，在这种范围中优选的是没有燃烧废气保留于或流回燃烧室112，并且使火花塞10产生火花。
通过控制第二可变阀正时机构32的调节状态来限定曲线E4、E5在水平轴上的位置，通过控制第一可变阀正时机构31的调节状态来限定曲线D3在水平轴上的位置。
例如，当设置组合(F-N)从图2E中的点P1变动至点P2时，控制计算机C离散地采用在点P1和P2之间延伸的线L1上的组合(F-N)(自动设置)，最后采用对应于点P2的组合(F-N)。反之，当设置组合(F-N)从点P2变动至点P1时，控制计算机C离散地采用从点P2至点P1的线L1上的组合(F-N)(自动设置)，最后采用对应于点P1的组合(F-N)。同样，当设置组合(F-N)从点P1和P3之一变动至另一个点时，控制计算机C离散地采用在点P1和P3之间延伸的线L2上的组合(F-N)(自动设置)。另外，当设置组合(F-N)从点P2和P3之一变动至另一个点时，控制计算机C离散地采用在点P2和P3之间延伸的线L3上的组合(F-N)(自动设置)。
第一实施例提供了以下优点。
(1-1)当使一些通过排气口152排放的燃烧废气在进气冲程期间通过进排气口153流回燃烧室时，进排气阀18的升起高度减少以便增加燃烧废气的回流速度，并且使第二节气门37的打开范围减少以便在燃烧室112与排气通道47之间形成压力差。这就启动了绝热压缩。通过减少进排气阀18的升起高度，就使燃烧废气的回流速度增加并启动绝热压缩。相应地，流回燃烧室112的燃烧废气温度增加。如果在排气冲程期间保留于燃烧室112中的燃烧废气的量与流回燃烧室112的燃烧废气的量相同，由流回的燃烧废气所引起的温度增加就大于由残留的燃烧废气所引起的温度增加。由于第二范围S2中的发电机负载高于第一范围中的发动机负载，所以就需要增加燃料喷射的量。由于燃烧废气回流增加了空气燃料混合物的温度，所以与第一范围S1相比，第二范围S2中的EGR量减少。相应地，在第二范围S2中吸入燃烧室112中空气燃料混合物的量大于在第一范围S1中所吸入的量。就是说，回流装置46扩大了均质充气压缩点燃发动机通过压缩点燃燃烧获得的操作范围。
(1-2)为了减少能量损失，优选的是致动气体保留装置45而非致动回流装置46。因此，优选的是在发动机操作状态的范围中(第一范围S1)致动气体保留装置45，其中气体保留装置45能够稳定压缩点燃燃烧。相反地，与第一范围S1相比，在第二范围S2中由于发动机负载高就需要喷射的燃料更多，优选地是致动回流装置46。
当发动机操作状态处于适用于致动气体保留装置45的状态中时[就是说，当设置组合(F-N)处于第一范围S1时]，控制计算机C选择并致动气体保留装置45。当发动机操作状态处于适用于致动回流装置46的状态中时[就是说，当设置组合(F-N)处于第二范围S2时]，控制计算机C选择并致动回流装置46。第一范围S1与第二范围S2彼此相邻。当设置组合(F-N)从第一范围S1变动至第二范围S2时，控制计算机C停止致动气体保留装置45并开始致动回流装置46。相反，当设置组合(F-N)从第二范围S2变动至第一范围S1时，控制计算机C停止致动回流装置46并开始致动气体保留装置45。这种致动的转换就扩大了均质充气压缩点燃发动机通过压缩点燃获得的操作范围，同时减少了能量损失。
(1-3)在即使通过致动回流装置46也不能实现稳定的压缩点燃燃烧的发动机操作状态下[就是说，当设置组合(F-N)处于第三范围S3或第四范围S4时]，通过火花塞10点燃也能有效进行。
(1-4)在利用火花塞10的火花点燃燃烧的情况下燃烧废气的温度高于压缩点燃燃烧情况下的温度。因此，如果燃烧状态直接从通过致动回流装置46来执行的压缩点燃燃烧变动至通过使火花塞10产生火花来执行的火花点燃燃烧，就可能出现点火不良。相反，如果燃烧状态直接从通过使火花塞10产生火花来执行的火花点燃燃烧变动至通过致动回流装置46来执行的压缩点燃燃烧，就进行剧烈压缩点燃燃烧，这就可能产生噪声。
当从对在S2中的回流装置46的制动控制和对在S4中的火花塞10的点燃控制之一转换至另一个时，控制计算机C临时执行S3的控制，其中控制计算机C同时致动回流装置46和火花塞10。这种同时致动有效防止了在利用火花塞10的火花点燃燃烧与利用回流装置46的压缩点燃燃烧之间直接变动时产生点火不良和噪声。
(1-5)当从第二范围S 2变动至第四范围S4时，随着设置组合(F-N)移过第三范围S3，控制计算机C控制着第一电机491减少第一节气门49的打开程度。就是说，当从第二范围S2变动至第四范围S4时，随着设置组合(F-N)移过第三范围S3，就相应减少流回燃烧室112的燃烧废气量。相反，当从第四范围S4变动至第二范围S2时，随着设置组合(F-N)移过第三范围S3，控制计算机C控制着第一电机491增加第一节气门49的打开程度。就是说，当从第四范围S4变动至第二范围S2时，随着设置组合(F-N)移过第三范围S3，就相应增加流回燃烧室112的燃烧废气量。燃烧废气的回流量的这种增加与减少对可靠防止点火不良的出现与噪声的产生很有效。
(1-6)控制计算机C根据第二范围S2中的设置组合(F-N)的位置控制着第一节气门49。就是说，控制计算机C控制着第一电机491以便使得适量的燃烧废气根据第二范围S2中的设置组合(F-N)的位置流回。由第一节气门49和第一电机491形成的回流量调节装置适用于容许适量的燃烧废气根据第二范围S2中的设置组合(F-N)的位置流回。
本发明所属领域的普通技术人员将会清楚，在不背离本发明精神或范围的情况下，本发明可以按照各种其它特定形式来具体体现。特别是，应当理解，本发明可以按照以下形式来具体体现。
(1)通过控制第二可变阀正时机构32的调节状态来改变图2C中曲线E3在水平轴上的位置。通过沿着水平轴线方向改变曲线E3相对于曲线D2的位置，就可以改变燃烧废气的回流量。因此，通过沿着水平轴线方向改变曲线E3相对于曲线D2的位置，就可以改变燃烧废气的回流量。
(2)分离式液压压力调节机构可以提供用于每个排气凸轮杠杆机构29和进排气凸轮杠杆机构30。在这种情况下，为了将燃烧废气的回流量降低至零，只将用于进排气凸轮杠杆机构30的液压压力调节机构设置成退动状态。相应地，将第二重叠凸轮25的旋转传递至进排气阀18，并且在排气冲程期间进排气口153打开。就是说，当燃烧废气的回流量降低至零时，进排气口153用作排气口。
(3)第一重叠凸轮22和第二重叠凸轮25之一可以省略。
(4)曲线D2的位置与曲线E3的位置可以互换。在这种情况下，当曲线E3处于进气冲程中时，燃烧废气可以流回。
(5)第一节气门49和第一电机491可以省略。在这种情况下，为了增加或减少燃烧废气的回流量，应当对第二可变阀正时机构32的调节状态进行控制以便改变图2D中曲线E5内侧的范围(由水平轴线和曲线E5所限定的范围)与曲线D3内侧的范围(由水平轴线和曲线D3所限定的范围)的重叠范围。
(6)通过调节燃烧室112中的负压来调节燃烧废气的回流量的情况可以通过改变第二节气门37的打开程度来调节。
(7)用于调节排气压力的排气阀可以提供于排气通道47的截面中，该截面位于进排气通道48与排气通道47合并点的下游。随着排气压力的增加，绝热压缩从进排气口153回流至燃烧室112的燃烧废气的作用就更大。相应地，这就增加了与燃烧之前相比温度增加之处的速度。
(8)可以配置成通过排气凸轮杠杆机构29将第一重叠凸轮22的旋转传递至排气阀17，并且通过进排气凸轮杠杆机构30将第二重叠凸轮25的旋转传递至进排气阀18。在这种情况下，通过排气凸轮杠杆24将排气凸轮27的旋转传递至排气阀17，并且通过排气凸轮杠杆26将进排气凸轮28的旋转传递至进排气阀18。
(9)可以配置成通过进气凸轮杠杆机构50A、50B将第一进气凸轮21A的旋转传递至进气阀16A、16B，并且通过进气凸轮杠杆23A、23B将第二进气凸轮21B的旋转传递至进气阀16A、16B。
(10)可以将除天然气之外的燃料用于均质充气压燃式发动机。例如可以使用汽油、丙烷气、甲醇、二甲醚或氢。
(11)雾化液体燃料可以用于均质充气压燃式发动机。
(12)在进气冲程期间可以将燃料喷射入燃烧室，以便使燃料与空气混合。
(13)本发明可以应用于单缸均质充气压燃式发动机。
(14)进气阀16A、16B、排气阀17或进排气阀18可以由电磁致动装置或液压致动装置来致动。
(15)进排气口153和进排气阀18可以省略，并且排气阀17可以由电磁致动装置或液压致动装置来致动。在这种情况下，排气口152用来容许燃烧废气回流。换句话说，排气口152用作进排气口。
(16)除固定式之外，本发明还可以应用于汽车的均质充气压燃式发动机。在这种情况下，用于检测加速踏板压下程度的传感器或用于检测节气门打开程度的传感器用作操作状态检测装置。
(17)两阶式排气凸轮可以用作回流装置。在这种情况下，在排气冲程与进气冲程期间排气阀打开，从而象所示实施例中一样容许燃烧废气流回。
因此，应将目前的实例与实施例理解为示例说明而非具有限制意义，并且本发明并不限于本文中所给出的细节，而是可以在附属权利要求的范围与等同内容范围内进行修改。
权利要求
1.一种均质充气压燃式发动机，该发动机对处于燃烧室(112)中的由燃料与氧气混合而成的空气燃料混合物进行压缩，从而引起混合物自燃，其特征在于气体保留装置(45)，其在用于将燃烧废气从燃烧室(112)排出的排气冲程期间停止排放燃烧废气，从而使得一些燃烧废气保留于燃烧室(112)中；以及回流装置(46)，其使一些在排气冲程期间已被从燃烧室(112)排出的燃烧废气在随后的进气冲程期间回流至燃烧室(112)。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于火花塞(10)，其通过火花点燃装置点燃燃烧室(112)中的空气燃料混合物。
3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于操作状态检测装置(43)，其检测着发动机的操作状态；以及控制装置(C)，其根据操作状态检测装置(43)所检测到的发动机操作状态而选择性地致动气体保留装置(45)和回流装置(46)之一。
4.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于操作状态检测装置(43)；以及控制装置(C)，其根据操作状态检测装置(43)所检测到的发动机操作状态而选择性地致动气体保留装置(45)和回流装置(46)之一。
5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于控制装置(C)包括用于致动火花装置(10)的控制功能；用于根据操作状态检测装置(43)所检测到的发动机操作状态而选择性地致动回流装置(46)和火花装置(10)之一的控制功能；以及用于在从致动回流装置(46)和致动火花装置(10)之一转换至另一个时致动回流装置(46)并使用火花装置(10)进行辅助点燃的控制功能。
6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于回流装置(46)包括回流量调节装置(49、491)，其对流回燃烧室(112)的燃烧废气量进行调节。
7.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于发动机操作状态包括发动机负载，其中致动回流装置(46)的发动机负载范围高于致动气体保留装置(45)的发动机负载范围。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的发动机，其特征在于用于从燃烧室(112)排出燃烧废气的第一排气口(152)和第二排气口(153)，以及在预定升起高度处致动以便分别打开与关闭第一、第二排气口(152、153)的第一排气阀(17)和第二排气阀(18)，其中回流装置(46)包括第二排气口(153)和第二排气阀(18)，以及其中第二排气阀(18)的升起高度低于第一排气阀(17)的升起高度。
9.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于用于将空气燃料混合物吸入燃烧室(112)中的进气口(151A、151B)、用于打开与关闭进气口(151A、151B)的进气阀(16A、16B)、排气凸轮(27)、用于将排气凸轮(27)的旋转运动转化成第一排气阀(17)的往复运动的第一排气凸轮杠杆机构(29)、第一重叠凸轮(22)、用于将第一重叠凸轮(22)的旋转运动转化成第一排气阀(17)的往复运动的第二排气凸轮杠杆机构(24)、以及将第一排气凸轮杠杆机构(29)和第二排气凸轮杠杆机构(24)之一设置成操作状态的第一转换装置(40)，其中，当第一排气凸轮杠杆机构(29)处于操作状态中时，进气口(151A、151B)的打开周期与第一排气口(152)的打开周期可以重叠，其中当第二排气凸轮杠杆(24)处于操作状态中时，进气口(151A、151B)的打开周期与第一排气口(152)的打开周期不重叠，以及其中，当形成气体保留装置(45)的一部分时，第一转换装置(40)将第一排气凸轮杠杆机构(29)设定成非操作状态而将第二排气凸轮杠杆机构(24)设定成操作状态，从而在发动机的排气冲程期间关闭第一排气口(152)。
10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于进排气凸轮(28)、用于将进排气凸轮(28)的旋转运动转化成第二排气阀(18)的往复运动的第三排气凸轮杠杆机构(30)、第二重叠凸轮(25)、用于将第二重叠凸轮(25)的旋转运动转化成第二排气阀(18)的往复运动的第四排气凸轮杠杆机构(26)、以及将第三排气凸轮杠杆机构(30)和第四排气凸轮杠杆机构(26)之一设置成操作状态的第二转换装置(40)，其中，当第三排气凸轮杠杆机构(30)处于操作状态中时，进气口(151A、151B)的打开周期与第二排气口(153)的打开周期可以重叠，其中当第四排气凸轮杠杆(26)处于操作状态中时，进气口(151A、151B)的打开周期与第二排气口(153)的打开周期不重叠，以及其中，当形成回流装置(46)的一部分时，第二转换装置(40)将第三排气凸轮杠杆机构(30)设定成操作状态，从而在至少在发动机的进气冲程的部分时间内打开第二排气口(153)。
11.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于可变阀正时机构(32)，其用于改变排气凸轮(27)和进排气凸轮(28)的旋转相位，其中控制装置(C)控制着可变阀正时机构(32)。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的发动机，其特征在于用于从燃烧室(112)排出燃烧废气的排气口(152、153)以及用于打开与关闭排气口(152、153)的排气阀(17、18)，其中在发动机排气冲程期间气体保留装置(45)关闭排气口(152、153)，以及其中至少在发动机进气冲程的部分时间内回流装置(46)打开排气口(153)。
全文摘要
一种均质充气压燃式发动机对处于燃烧室中的由燃料与氧气混合而成的空气燃料混合物进行压缩，从而引起混合物自燃。气体保留装置在用于将燃烧废气从燃烧室排出的排气冲程期间停止排放燃烧废气，从而使得一些燃烧废气保留于燃烧室中。回流装置使一些在排气冲程期间已被从燃烧室排出的燃烧废气在随后的进气冲程期间回流至燃烧室。这样，就扩大了均质充气压燃式发动机通过压缩点燃而获得的操作范围。
文档编号F02M25/07GK1837593SQ20061006737
公开日2006年9月27日 申请日期2006年3月24日 优先权日2005年3月25日
发明者葛山裕史 申请人:株式会社丰田自动织机