专利名称：发动机的进气装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种利用高膨胀比循环的发动机的进气装置。
背景技术：
以往，谋求发动机的高效率化，使燃烧循环中的膨胀比高于压缩比的所谓高膨胀比循环的发动机付诸于实际使用。根据专利文献1，高膨胀比循环的发动机通过延迟进气门的关闭时间，使燃烧循环中的膨胀比大于压缩比。由此，減少泵气损失(popping loss)而谋求提高热效率，并且避免爆震。现有技术文献专利文献 专利文献I :日本特开2004 - 183510号公报
发明内容
发明要解决的问题另外，在发动机的压缩阶段中，吸入到缸内的混合气体由于进气流速的变化而发生剪切、产生湍流且被压縮。混合气体在该湍流的作用下在缸内均匀地扩散，获得稳定的燃烧。但是，在延迟进气门的关闭时间的所谓由进气延迟关闭而获得的高膨胀比循环的发动机中，变成进气门打开至压缩阶段中途的状态。因此，混合气体流过进气通路，缸内的混合气体的湍流急剧衰減。特别是在过了压缩阶段中途而关闭了进气门的时刻，缸内的混合气体的湍流几乎消失，产生燃烧不稳定这样的问题。因此，本发明的目的在于减少发动机的泵气损失，并且实现稳定的燃烧，降低油耗。用于解决问题的方案解决上述问题的本发明的发动机的进气装置的特征在干，该发动机的进气装置具有第I进气通路，其向气缸内供给新空气；第2进气通路，其与上述第I进气通路并列配置，将新空气供给到上述气缸内；第I进气门，其在上述第I进气通路的开ロ部开闭上述第I进气通路；第2进气门，其在上述第2进气通路的开ロ部开闭上述第2进气通路，上述第I进气门的打开时间比上止点提前，并且在进气行程中，上述第I进气门的气门升程量与上述第2进气门的气门升程量不同，设有上述第I进气门的气门升程量比上述第2进气门的气门升程量大的期间。通过形成为上述那样的结构，发生进气自升程量大的第I进气门侧的第I进气通路向升程量小的第2进气门侧的第2进气通路流过。利用该流过产生沿着缸内的内周壁的旋涡流。另外，该流过使吸入的新空气流过，所以缸内的膨胀比大于压缩比，能够减少泵气损失。此时，新空气在第2进气通路中流过，从而缸内的气流发生偏置而抑制旋涡流的衰减。这样，能够减少泵气损失，并且能够抑制在缸内产生的旋涡流的衰减，促进空气与燃料的混合而形成稳定的燃烧状态。另外，上述发动机的进气装置可以形成为在进气行程的前半部分使上述第I进气门的气门升程量比上述第2进气门的气门升程量大的结构。上述发动机的进气装置可以形成为上述第I进气门比上述第2进气门先打开的结构。由此，在第I进气门打开而第2进气门关闭的期间，新空气经过第I进气通路而能够形成旋涡流。另外，上述发动机的进气装置可以形成为上述第I进气门比上述第2进气门先关闭的结构。由此，由于在第I进气门关闭而第2进气门打开的期间向第2进气通路发生流过，所以能够维持旋涡流。 在上述发动机的进气装置中，可以具有向上述第2通路内引导缸内的旋涡流的导入部件。采用该种结构，能够提高气流流过第2通路的流速。由此，能够提高缸内的旋涡流的流速，抑制旋涡流的衰减。另外，上述导入部件可以构成为以使旋涡流从气缸的壁侧流过上述第2通路的方式形成的引导部件。通过形成为这种结构，抑制向第2通路流入的气体中产生使旋涡流衰减的方向的气流。由此，抑制在缸内流动的旋涡流的衰减，促进空气与燃料的混合。在上述发动机的进气装置中可以形成为如下结构，即，在上述第2进气通路上具有开闭上述第2进气通路的控制阀，在上述第I进气门打开且上述第2进气门打开的期间，该控制阀关闭，在上述第I进气门关闭且上述第2进气门打开的期间，该控制阀打开。通过形成为这样的结构，在控制阀关闭的时间，仅自第I进气通路向缸内供给混合气体，所以能够使在缸内的气流中发生偏置而产生旋涡流。另外，在开闭阀打开的时间，仅自第2进气通路发生流过，所以气流进一步发生偏置而抑制旋涡流的衰减。由此，缸内利用旋涡流維持混合气体的湍流，进行稳定的燃烧。另外，在上述发动机的进气装置中可以形成为如下结构，S卩，具有向上述第2进气通路内喷射燃料的第2通路喷射阀，该第2通路喷射阀在上述第2进气门打开时喷射燃料。通过形成为这样的结构，沿抵抗自缸内流过第2通路内的空气的方向喷射燃料，所以促进喷雾的微粒化。由此，能够提高燃烧效率。此外，在上述发动机的进气装置中可以形成为如下结构，S卩，该发动机的进气装置具有第I通路喷射阀，其将燃料喷射到上述第I进气通路内；第2通路喷射阀，其将燃料喷射到上述第2进气通路内，上述第I通路喷射阀在上述第I进气门打开之前结束燃料的喷射，上述第2通路喷射阀在上述第2进气门打开时喷射燃料。通过形成为这样的结构，減少在气门重叠时的混合气体的流过。第I进气门提前打开，所以有与排气门重叠的时间。采用本发明，由于在第I进气门打开之前结束第I进气通路内的燃料喷射，所以能够减少向排气侧流过的混合气体。由此，能够降低油耗，減少排气污染。另外，能够在第2通路侧使喷射的燃料的喷雾微粒化，提高燃烧效率。发明的效果本发明的发动机的控制装置能够减少泵气损失，并且能够抑制在缸内产生的旋涡流的衰减，促进空气与燃料的混合而形成稳定的燃烧状态。
图I是表示实施例I的进气装置的说明图，Ca)表示进气装置的主视图，(b)表示进气装置的俯视图。图2是第I进气凸轮、第2进气凸轮和排气凸轮的凸轮特性图。
图3是表示在第I进气门关闭且第2进气门打开的期间，在气缸内产生的空气的流动的说明图，(a)表示从上方观察气缸内的情况，(b)表示(a)中的A-A剖面。图4是表示进气控制阀的打开和关闭的时间的说明图。图5是表示在实施例2中产生在气缸内的空气的流动的说明图，Ca)表示第2进气门打开而进气控制阀关闭的情况下的状态，(b)表示在第2进气门打开了的状态下进气控制阀打开的情况下的状态。图6是表示实施例3的进气装置中的气缸、第I进气通路、第2进气通路和排气通路的大概结构的说明图。图7是表示第I喷射器和第2喷射器的喷射时间的说明图。
具体实施方式
下面，与附图一起详细说明用于实施本发明的实施方式。实施例I參照
本发明的实施例I。图I是表示本实施例的进气装置10的说明图。图I的(a)表示进气装置10的主视图，图I的(b)表示进气装置10的俯视图。进气装置10是向发动机I所具有的气缸2供给新空气的装置，每个气缸都具有该进气装置10。本实施例中的发动机I是4气门4气缸的DOHC发动机。这里，着眼于I个气缸2进行说明。气缸2形成在缸盖3及缸体4内，活塞5能在气缸2的内部往返运动地收纳在该气缸2的内部。进气装置10具有向气缸2内供给新空气的2条进气通路第I进气通路11和第2进气通路12。第I进气通路11和第2进气通路12形成在缸盖3内。第I进气通路11和第2进气通路12自进气歧管(未图示)分支，并列地与气缸2相连接。在第I进气通路11的开ロ部配置有开闭第I进气通路11的第I进气门13。另外，在第2进气通路12的开ロ部配置有开闭第2进气通路12的第2进气门14。此外，进气装置10在第I进气通路11具有燃料喷射用的第I喷射器26。另外，进气装置10在第2进气通路12具有引导部件27。该引导部件27向第2进气通路12内引导在气缸2内产生的旋涡流。另外，发动机I具有排气通路6，该排气通路6分支成2条通路而分别与气缸2相连接。在分支出的排气通路6的开ロ部，分别配置有开闭排气通路6的排气门7。进气装置I具有第I凸轮轴15和第2凸轮轴16。在第I凸轮轴15的一端组装有可变气门机构17。在该可变气门机构17的外周形成有齿轮的齿。另外，在第2凸轮轴16的一端组装有从动链轮18。可变气门机构17的外周及从动链轮18利用正时链19与曲轴侧的驱动链轮(未图示)相连结，向可变气门机构17及从动链轮18传递曲轴的旋转。由此，第I凸轮轴15和第2凸轮轴16旋转。可变气门机构17具有设有液压室的叶片式可变气门正时(VVT)控制器。该VVT控制器能通过调整液压而使叶片旋转从而使第I凸轮轴15提前和滞后。在第I凸轮轴15上组装有第2进气凸轮20。第2进气凸轮20借助摇臂21下压第2进气门14，从而开通第2进气通路12。另ー方面，在第2凸轮轴16上组装有第I进气凸轮22和2个排气凸轮24。第I进气凸轮22借助辊式摇臂23下压第I进气门13，从而开通第I进气通路11。另外，排气凸轮24借助摇臂25下压排气门7，从而开通排气通路6。这里，说明第I进气凸轮22、第2进气凸轮20和排气凸轮24的凸轮特性。图2是第I进气凸轮22、第2进气凸轮20和排气凸轮24的凸轮特性图。在图2中，在0° (=720° )和360°时，活塞5位于上止点。如图2所示，第I进气凸轮22形成为在上止点(360° )的提前角侧开始气门升程，所以第I进气门13的打开时间比上止点提前。另ー方面，第2进气凸轮20的气门升程开始时间由VVT控制器控制。在向提前角侧移动了的情况下，能够使该第2进气凸轮20的气门升程开始时间与第I进气门13的打开时间相同，在向滞后角侧移动了的情况下，能够使该第2进气凸轮20的气门升程开始时间比上止点滞后。另外，在图2中，第2进气凸轮20的气门升程开始比上止点滞后。另外，第2进气凸轮20形成为第2进气凸轮20的作用角比第I进气凸轮22的作用角大。S卩，第2进气门14的打开期间比第I进气门13的打开期间长。由此，第2进气门14在比第I进气门13晚的时间关闭。另夕卜，根据图2，第2进气门14比第I进气门13晚90°左右关闭。即，在进气装置I的进气行程中，第I进气门13的气门升程量与第2进气门14的气门升程量不同，设有第I进气门13的气门升程量比第2进气门14的气门升程量大的期间。特别是在进气行程的前半部分， 第I进气门13的气门升程量比第2进气门14的气门升程量大。通过设定上述那样的凸轮特性，存在排气门7和第I进气门13同时打开的期间、即重叠期间。另外，存在第I进气门13打开而第2进气门14关闭的期间(以下称作“第I进气期间”)、第I进气门13和第2进气门14均打开的期间(以下称作“第2进气期间”)、和第I进气门13关闭而第2进气门14打开的期间(以下称作“第3进气期间”)。接下来，说明在进气期间的过程中在本实施例的发动机I的气缸2内产生的空气的流动。图3是表示在上述第3进气期间产生在气缸2内的空气的流动的说明图。图3的(a)表示从上方观察气缸2内的情况，图3的(b)表示图3的(a)中的A-A剖面。在图3的(a)中也表示了第I进气通路11和第2进气通路12的状态，但省略表示排气通路6。在图3的(b)中也表示了第2进气通路12和排气通路6的状态。当开始进气时，在图2的凸轮特性中的第I进气期间内，仅有第I进气门13打开，所以只有来自第I进气通路11侧的新空气向气缸2内供给。由此，在气缸2内产生偏流，产生绕逆时针的旋涡流。利用该旋涡流促进空气与燃料的混合。并且，在第2进气期间内第2进气门14打开，从而也自第2进气通路12侧引入新空气。此外，在压缩阶段开始的正时成为第3进气期间，第I进气门13关闭，这之后第2进气门14仍为打开状态，所以新空气向第2进气通路12侧流过。向该第2进气通路12的流过如图3的(a)和图3的(b)所示，使气缸2内产生绕逆时针的旋涡流。在该期间内产生的旋涡流由于随后第2进气门14关闭后的混合气体的压缩期间较短，所以衰减小，能够維持混合气体的湍流直到燃烧为止。此外，设在第2进气通路12中的引导部件27妨碍自第I进气通路11侧向第2进气通路12侧流入的气流，只使自气缸2内部的外周侧朝向第2进气通路12的气流易于向第2进气通路12流入，辅助旋涡流流过第2进气通路12。由此，气缸2内的旋涡流得到进ー步強化，在第2进气门14关闭后也能維持混合气体的湍流。这样，由于在第2进气门14关闭后也能維持混合气体的湍流，所以气缸2内的混合气体均匀化，形成稳定的燃烧。另外，如上所述，上述这种第2进气门14的关闭时间能够利用VVT控制器来控制。因此，在发动机I高速旋转、高负载的那样的条件下，利用VVT控制器将第2进气门14的关闭时间设定为能維持旋涡流的适当的正吋。由此，发动机I能确保高扭矩、高输出的状态。如上所述，本实施例的进气装置10在进气行程中具有第I进气门13打开而第2进气门14关闭的期间、和第I进气门13关闭而第2进气门14打开的期间。由此，在进气行程中的第I进气门13打开而第2进气门14关闭的期间，产生沿着气缸2内的内周壁的旋涡流。此外，在压缩阶段中途第I进气门13关闭而第2进气门 14打开的期间，旋涡流流过进气侧。由于该旋涡流流过进气侧只发生在第2通路中，所以缸内的气流发生偏置，抑制旋涡流的衰减。另外，在流过的作用下气缸2内的空气流过，所以膨胀比大于压缩比，減少泵气损失。这样，能够减少泵气损失，并且能够抑制在气缸2内产生的旋涡流的衰减，促进空气与燃料的混合而形成稳定的燃烧状态。由此，耐EGR性增强，改善油耗。实施例2接下来说明本发明的实施例2。本实施例的进气装置30具有与实施例I的进气装置10大致相同的结构。但是，本实施例的进气装置30在第2进气通路12上具有开闭第2进气通路12的进气控制阀31这一点上，与实施例I的进气装置10不同。在第I进气门13打开且第2进气门14打开的期间，该进气控制阀31关闭，在第I进气门13关闭而第2进气门14打开的期间，该进气控制阀31打开。另外，进气装置30的其他结构与实施例I的进气装置10相同，所以对于与进气装置10相同的构成要素，省略对其详细说明，并且在本实施例的说明中使用与进气装置10相同的附图标记而进行说明。图4是表示进气控制阀31的打开和关闭的时间的说明图。图4是在上述实施例I所示的图2中増加了进气控制阀31的开闭时间的说明图。进气控制阀31几乎与第2进气门14的打开同时关闭，在第I进气门13关闭的正时打开。这里，考虑到从阀开闭后到产生空气的流动为止需要时间，进气控制阀31从第I进气门13关闭之前打开。另外，在上述情况以外的期间，进气控制阀31是打开的。图5是表示在气缸2内产生的空气的流动的说明图。图5的(a)表示第2进气门14打开而进气控制阀31关闭的情况下的状态，图5的(b)表示在第2进气门14打开了的状态下进气控制阀31打开了的情况的状态。在图4中的进气控制阀31的关闭期间，在第2进气门14打开的同时进气控制阀31关闭，所以第2进气通路12内不产生空气的流动。因此，在进气控制阀31关闭的该期间，向气缸2内供给的空气只来自第I进气通路11，在气缸2内产生偏流，如图5的(a)所示促进旋涡流的产生。然后，在第I进气门13关闭的正时，进气控制阀31打开，产生空气自气缸2内流过第2进气通路12，所以如图5的(b)所示，旋涡流的衰减得到抑制，气缸2内的气流的湍流增加。因此，在第2进气门14关闭后，气流的湍流仍然残留，混合气体扩散而实现稳定的燃烧。另外，在本实施例中，即使不具有引导部件27也能获得同样的效果。实施例3接下来说明本发明的实施例3。图6是表示本实施例的进气装置40中的气缸2、第I进气通路11、第2进气通路12和排气通路6的大概结构的说明图。本实施例的进气装置40具有与实施例I的进气装置I大致相同的结构。但是，本实施例的进气装置40在第2进气通路12中具有燃料喷射用的第2喷射器41这一点上，与实施例I的进气装置10不同。另外，进气装置40的其他结构与实施例I的进气装置10相同，所以对于与进气装置10相同的构成要素，省略对其详细说明，并且在本实施例的说明中使用与进气装置10相同的附图标记而进行说明。图7是表示第I喷射器26和第2喷射器41的喷射时间的说明图。该图7是在上述实施例I所示的图2中増加了第I喷射器26和第2喷射器41的喷射时间的说明图。如图7所示，第I喷射器26进行进气非同步喷射，在第I进气门13打开之前结束燃料的喷射。另ー方面，第2喷射器41进行进气同步喷射，在第2进气门14打开时喷射燃料。通过以上述方式设置第2喷射器41，能够利用第2喷射器41喷射在只设置第I喷射器26的情况下由第I喷射器26喷射的燃料的一部分。由此，在第I进气门13与排气门7的气门重叠时，能够减少流过排气侧的混合气体，所以能够降低油耗，減少排气污染。另夕卜，在第2进气通路12侧，自第2喷射器41喷射的燃料与在第2进气通路12中流过的气流相対，所以使燃料的喷雾微粒化。因此，促进燃料的气化，进气温度下降，提高体积效率而改进输出。另外，在本实施例中，即使不具有引导部件27也能获得同样的效果。上述实施例只不过是用于实施本发明的例子，本发明并不限定于这些实施例，对 这些实施例进行各种变形的做法在本发明的范围内，根据上述说明自然能够清楚可进ー步在本发明的范围内得到其他各种的实施例。例如在上述实施例中，可变气门机构17也可以是能够改变第2进气门14的气门正时的作用角的结构。另外，也可以是在第2凸轮轴16上组装有可变气门机构，能够改变第I进气门13的气门正时的结构。由此，能够进ー步灵活地控制向气缸2内进入空气，提高燃烧效率。附图标记说明I、发动机；2、气缸；6、排气通路；7、排气门；10、30、40、进气装置；11、第I进气通路；12、第2进气通路；13、第I进气门；14、第2进气门；15、第I凸轮轴；16、第2凸轮轴；
17、可变气门机构；18、从动链轮；19、正时链；20、第2进气凸轮；21、摇臂；22、第I进气凸轮；23、辊式摇臂；26、第I喷射器；27、引导部件；31、进气控制阀；41、第2喷射器。
权利要求
1.一种发动机的进气装置，其特征在干，该发动机的进气装置具有第I进气通路，该第I进气通路向气缸内供给新空气；第2进气通路，该第2进气通路与所述第I进气通路并列配置，将新空气供给到所述气缸内；第I进气门，该第I进气门在所述第I进气通路的开ロ部开闭所述第I进气通路；第2进气门，该第2进气门在所述第2进气通路的开ロ部开闭所述第2进气通路， 所述第I进气门的打开时间比上止点提前，并且，在进气行程中，所述第I进气门的气门升程量与所述第2进气门的气门升程量不同，设有所述第I进气门的气门升程量比所述第2进气门的气门升程量大的期间。
2.根据权利要求I所述的发动机的进气装置，其特征在干， 在进气行程的前半部分，所述第I进气门的气门升程量比所述第2进气门的气门升程 量大。
3.根据权利要求I或2所述的发动机的进气装置，其特征在干， 所述第I进气门比所述第2进气门先打开。
4.根据权利要求I 3中任意一项所述的发动机的进气装置，其特征在干， 所述第I进气门比所述第2进气门先关闭。
5.根据权利要求I 4中任意一项所述的发动机的进气装置，其特征在干， 该发动机的进气装置具有向所述第2通路内引导缸内的旋涡流的导入部件。
6.根据权利要求5所述的发动机的进气装置，其特征在干， 所述导入部件是形成为从气缸的壁侧向所述第2通路吹入旋涡流的引导部件。
7.根据权利要求I 6中任意一项所述的发动机的进气装置，其特征在干， 在所述第2进气通路上具有开闭所述第2进气通路的控制阀； 在所述第I进气门打开且所述第2进气门打开的期间，该控制阀关闭，在所述第I进气门关闭且所述第2进气门打开的期间，该控制阀打开。
8.根据权利要求I 7中任意一项所述的发动机的进气装置，其特征在干， 该发动机的进气装置具有将燃料喷射到所述第2进气通路内的第2通路喷射阀，该第2通路喷射阀在所述第2进气门打开时喷射燃料。
9.根据权利要求I 7中任意一项所述的发动机的进气装置，其特征在干， 该发动机的进气装置具有第I通路喷射阀，该第I通路喷射阀将燃料喷射到所述第I进气通路内；第2通路喷射阀，该第2通路喷射阀将燃料喷射到所述第2进气通路内；所述第I通路喷射阀在所述第I进气门打开之前结束燃料的喷射，所述第2通路喷射阀在所述第2进气门打开时喷射燃料。
全文摘要
发动机(1)的进气装置(10)具有第1进气通路(11)，其向气缸(2)内供给新空气；第2进气通路(12)，其与第1进气通路(11)并列配置，将新空气供给到气缸(2)内；第1进气门(13)，其在第1进气通路(11)的开口部开闭第1进气通路(11)；第2进气门(14)，其在第2进气通路(12)的开口部开闭第2进气通路(12)；可变气门机构(17)，其控制第2进气门的开闭动作。此外，在发动机(1)的进气装置(10)中，进气装置(10)的第1进气门(13)的打开时间比上止点提前，并且，在进气行程中，第1进气门(13)的气门升程量与第2进气门(14)的气门升程量不同，设有第1进气门(13)的气门升程量比第2进气门(14)的气门升程量大的期间。
文档编号F01L1/34GK102762841SQ20108004992
公开日2012年10月31日 申请日期2010年10月19日 优先权日2009年11月5日
发明者久凑直人, 奥村猛, 立野学 申请人:丰田自动车株式会社