专利名称：内燃机的燃烧室构造的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种内燃机的燃烧室构造。更具体地说，本发明涉及一种将空气燃料混合物吸入燃烧室内并在该燃烧室内燃烧的内燃机燃烧室构造。
背景技术：
具有活塞在其内往复运动的内燃机燃烧室通常是由气缸盖的下表面、活塞顶表面、和缸膛壁面形成。气缸盖的下表面包括多个进气口和多个排气口。在内燃机中燃料喷射器沿着进气通道设置，该进气通道从进气口通向燃烧室，当与进气口结合的进气阀打开时，空气燃料混合物流入燃烧室内。然后，当燃料在燃烧室内燃烧之后，通过控制与排气口结合的排气阀而将该排气口打开，将燃烧过的废气排至排气道。
例如，日本特开专利申请H7-150945披露了一种燃烧室构造，其中在气缸盖的下表面上的每个进气口周围设有台阶结构。更具体地说，在该参考文献中，进气口周围的进气口外围壁面设置成在每个进气口周围具有台阶表面。关于这种燃烧室构造，当内燃机具有一个被构造并设置成不定控制阀升程的量的可变升程机构时，甚至当进气阀升程的量降低从而使吸入燃烧室的空气燃料混合物的量节流时，流入燃烧室的空气燃料混合物碰撞进气口周围所形成的台阶表面并将该空气燃料混合物的方向改变成远离气缸盖下表面。因此，即使当内燃机以较低的发动机转速操作或处于低负载操作条件时进气阀升程量降低，内燃机的燃烧状态也是稳定的。
此外，在上述的参考文献中，台阶表面形成为当进气阀打开时台阶表面与进气阀外表面之间的间隙在与火花塞靠近的一侧较宽些、而在与火花塞相反的一侧则较窄。采用这种结构，如上述参考文献中所披露的，燃烧室内的滚流和涡流增加。
考虑到这点，本领域技术人员根据该公开内容将会清楚的是，存在一种改善内燃机的燃烧室构造的需求。本发明提出了这种需求和其它一些需求，本领域技术人员根据该公开内容将会对这些需求更清楚。
发明内容
由于一种内燃机具有设置在进气通道中的燃料喷射器，特别当进气道和进气阀的温度在发动机刚启动之后较低时，期望空气燃料混合物中的液态燃料雾化。这是因为如果流入燃烧室内的空气燃料混合物中含有较大液滴尺寸的液态燃料，将会损害燃烧室中燃烧的稳定性。此外，如果较大液滴尺寸的液态燃料粘附到燃烧室的排气口周围的壁面上，高浓度的未燃烧燃料将会在排气冲程中从排气口排出，这会导致散发劣化。
相应地，本发明的一个目的是提供一种吸入并燃烧空气燃料混合物的内燃机燃烧室构造，该燃烧室构造促进了空气燃料混合物中燃料的雾化。
为了获得本发明的上述等同目的及其它目的，提供一种内燃机的燃烧室构造，它主要包括燃烧室表面、第一进气口形成表面、第二进气口形成表面和第一连接面。第一进气口形成表面从燃烧室表面凹进以形成第一台阶。第二进气口形成表面围绕第二进气口。该第二进气口形成表面从燃烧室表面凹进以形成第二台阶。第一连接面使第一和第二进气口形成表面互连。第一连接面从燃烧室表面凹进以形成第一连接台阶，以及连通空间在第一和第二进气口之间形成。外围壁面在朝着燃烧室内部的方向上从第一和第二进气口形成表面以及第一连接面向燃烧室表面延伸，从而限定第一和第二台阶以及第一连接台阶。
根据下文结合附图的详细描述，本领域技术人员将会了解本发明的这些和其它目的、特征、方面和优点，所作的描述披露了本发明的优选实施例。
附图的简要描述现在参照构成本发明的一部分的附图
图1是具有根据本发明第一实施例的燃烧室构造的内燃机的简化示意图；图2根据图1箭头II-II方向的本发明的第一实施例示出了具有进气阀和排气阀的燃烧室的气缸盖下表面的底视平面图；图3A是沿着图2剖面线III-III的本发明第一实施例的具有进气阀的燃烧室的放大的示意性局部剖视图，其示出了进气阀关闭时的状态；图3B是沿着图2剖面线III-III的本发明第一实施例的具有进气阀的燃烧室的放大的示意性局部剖视图，其示出了进气阀打开时的状态；图4是沿着图2剖面线IV-IV的本发明第一实施例的燃烧室的放大的示意性局部剖视图，其示出了进气阀关闭时的状态；图5根据本发明的第一实施例示出了内燃机中使用的可变升程机构的主要部件的顶视平面图；图6根据本发明的第一实施例示出了图5所示的可变升程机构的局部剖视图，其中可变升程机构的一对摇臂被部分切掉；图7根据沿着图6剖面线VII-VII的本发明第一实施例示出了图5和6所示的可变升程机构的剖视图；图8根据本发明的第二实施例示出了具有进气阀和排气阀的燃烧室的气缸盖下表面的底视平面图(对应于图2)；图9A是根据本发明的第二实施例从相对于进气口所限定的不同方向解释了气缸盖下表面的示意图，其中进气口形成于气缸盖下表面上；图9B是与图9A所示的不同方向相对应的圆形图表，其根据本发明的第二实施例和燃烧室构造的比较实例示出了燃烧室构造的流体分析结果；
图10是根据的第二实施例的流体分析结果的示意图，其示出了燃烧室构造的一对进气阀之间的湍流分布，该燃烧室构造具有形成于进气口之间的连通空间和凹部；图11是流体分析结果的示意图(对应于图10)，其示出了没有连通空间的燃烧室构造的比较实例中的进气阀附近的湍流分布；图12是流体分析的示意图(对应于图10)，其示出了没有凹部的燃烧室构造的比较实例中的进气阀附近的湍流分布；图13是折线图，其根据本发明的第二实施例和燃烧室构造的比较实例示出了燃烧室构造的进气口之间的一部分中的湍流变化；图14是示意图，其示出了进气阀与凹部的壁面之间的优选关系，以便在燃烧室内形成强大的反向滚流；图15是根据本发明的第三实施例的具有进气阀和排气阀的燃烧室的气缸盖下表面的底视平面图(对应于图8)；图16是根据本发明的第四实施例的具有进气阀和排气阀的燃烧室的气缸盖下表面的底视平面图(对应于图2)；图17是燃烧室的放大的局部剖视图，其根据沿着图16剖面线XVII-XVII的本发明第四实施例示出了进气阀关闭时的状态。
优选实施例的详细描述现在将参照附图描述本发明的优选实施例。根据该公开内容本领域技术人员将清楚的是，下面对本发明实施例的描述仅提供说明而不是为了将本发明限制成附随的权利要求及其等效物所规定的内容。
首先参照图1-7，其根据本发明的第一实施例示出了具有本发明燃烧室构造的内燃机1。图1是根据本发明第一实施例的内燃机1的燃烧室和外围部件的示意图。内燃机1主要包括气缸盖20、气缸体10和多个活塞34(图1中仅示出1个活塞)，这样其内形成多个燃烧室(图1中仅示出一个燃烧室)。更具体地说，如图1所示，燃烧室主要由活塞34的顶表面34a、在缸体10内构成缸膛的缸膛壁面11、气缸盖20的下表面或气缸盖下表面21限定。活塞34与缸膛壁面11滑动地结合以在缸膛中往复运动。如图1所示，气缸盖下表面21设置在活塞34的顶表面34a的对面从而形成燃烧室的顶面。此外，气缸盖下表面21优选地构成燃烧室表面。
图2是气缸盖下表面21的底视平面图，该气缸盖下表面21主要构成上述的燃烧室的顶面。如图2所示，第一和第二进气口25a和25b形成于气缸盖下表面21上并由一对分别与该第一和第二进气口25a和25b结合的进气阀33打开和关闭。此外，第一和第二排气口22a和22b形成于气缸盖下表面21上并由一对分别与该第一和第二排气口22a和22b结合的排气阀36打开和关闭。以下将更具体地描述第一和第二进气口25a和25b。
如图1所示，第一和第二进气口25a和25b与设有燃料喷射器32的进气道20a相连。所以，当进气阀33打开时，从燃料喷射器32所喷射的燃料以及流过空气滤清器并电控节流地进入进气歧管31的空气的混合物通过进气道20a及第一和第二进气口25a和25b被吸入燃烧室内。在燃烧室内燃烧之后，当排气阀36打开时，燃烧过的废气通过第一和第二排气口22a和22b，经过与该第一和第二排气口22a和22b结合的排气道20b进入排气歧管37内。如图1所示，进气阀33和排气阀36都优选地与一对可变升程机构2结合从而该进气阀33和排气阀36的阀升程量由该可变升程机构2可变地控制。换句话说，可变升程机构2被构造并布置成控制进气阀33和排气阀36在提升的变化量范围内打开和关闭。该可变升程机构2将在下面更详细地描述。
如图1和2所示，火花塞35优选地设置成使该火花塞35的点火部件(例如放电间隙)位于燃烧室上部的近似中心部上。此外，内燃机1优选地具有电机控制单元(未示出)，该电机控制单元被构造并布置成根据内燃机1的操作状态、转距要求和其它这类因素，控制火花塞35的点火时间、进气阀33和排气阀36的升程量，电式节流门的打开度、燃料喷射器32所喷射的燃料量等等。
进气口周围区域的详细构造现在将详细描述形成于气缸盖下表面21上的第一和第二进气口25a和25b。
如图2，3A和3B所示，第一和第二进气口25a和25b设置在气缸盖下表面21上所形成的凹部24中。该凹部24主要包括底面24a、连接面24b、和外围壁面24c，如图2所示。底面24a和连接面24b布置成沿着与进气阀33的杆部33b基本平行的方向上从气缸盖下表面21凹进或成台阶状。在本发明的第一实施例中，底面24a包括两部分，也即，第一和第二进气口形成表面，它们的形状通常为分别围绕第一进气口25a和第二进气口25b的圆形。而且，在第一实施例中，凹部24的形状一般与图2所示的8字形相似，其中底面24a和连接面24b共同形成基本为扁平的连续面。在第一实施例中，连接面24b与底面24a在第一和第二进气口25a和25b之间的中心部上连续地形成。壁面24c连续地形成以构成凹部24的轮廓线并从底面24a和连接面24b向燃烧室的内部延伸。换句话说，第一和第二进气口25a和25b形成于单一凹部24内作为由连续形成的壁面24c所包围的第一和第二进气口25a和25b。
而且，如图3A和3B所示，凹部24优选地布置成使该凹部24的壁面24c与进气阀33的外围边缘紧密相邻，该外围边缘与第一和第二进气口25a和25b结合。此外，凹部24优选地布置成在与进气阀33的杆部33b基本平行的方向上具有规定高度H1，如图3A和3B所示。换句话说，凹部24被构造和布置成在气缸盖下表面21与底面24a之间形成阶梯(包括由第一进气口形成表面所形成的第一台阶和由第二进气口形成表面所形成的第二台阶)，其中壁面24c在气缸盖下表面21与底面24a之间延伸规定高度H1，如图3A和3B所示。
如下面将要更详细描述的，进气阀33的升程量由可变升程机构2控制，这样当通过可变升程机构2的低速凸轮110升程时该进气阀33以低升程量打开，而当通过可变升程机构2的高速凸轮111升程时该进气阀33以高升程量打开。进气阀33的低升程量优选地设定为等于或小于气缸盖下表面21与凹部24的底面24a之间的台阶的凹部24的深度(也即，图3A和3B中的规定高度H1)。更具体地说，进气阀33的低升程量优选地设定在约1.5mm至2mm的范围内，从而当进气阀33由低速凸轮110打开至其最大升程量时，凹部24的壁面24c底端位于进气阀33的阀面33a底端下方0mm至约1mm处(也即，进气阀33头部的表面碰到在气缸盖20的第一和第二进气口25a和25b周围所形成的阀座)，如图3B所示。相应地，当进气阀33以低升程量打开时，被吸入燃烧室内的相当大比例的空气燃料混合物首先沿着底面24a流动。然后，当沿着底面24a流动的空气燃料混合物流碰撞壁面24c时，流动方向由于该壁面24c而向下偏斜。
如上所述，除了位于第一进气口25a和第二进气口25b周围的底面24a之外，凹部24还具有位于第一进气口25a和第二进气口25b之间的连接面24b。在该第一实施例中，底面24a和连接面24b都优选地形成在相同平面上从而该底面24a和连接面24b一起形成凹部24的扁平底面。这样，连接面24b被构造和布置成在该连接面24b与气缸盖下表面21之间形成第一连接台阶。因此，在第一和第二进气口25a和25b之间没有壁面24c的地方形成连通空间S1。该连通空间S1被构造和布置成允许从第一和第二进气口25a和25b流出的空气燃料混合物沿着凹部24的连接面24b连通，如图2和4所示。更具体地说，连通空间S1被构造和布置成允许从第一和第二进气口25a和25b流出的空气燃料混合物在气缸盖下表面21中的凹部24的外围表面以外连通。当进气阀33以高升程量打开时，从第一进气口25a沿着底面24a和连接面24b在朝着连通空间S1的方向上流入燃烧室的空气燃料混合物，与从第二进气口25b沿着底面24a和连接面24b在朝着连通空间S1的方向上流入燃烧室的空气燃料混合物在连通空间S1及其周围空间内相撞。空气燃料混合物在连通空间S1内的这种碰撞促使包含在空气燃料混合物中的液态燃料雾化。
相应地，由于连通空间S1形成于第一进气口25a和第二进气口25b之间，已从第一和第二进气口25a和25b流入燃烧室的空气燃料混合物趋向于流向相邻的进气口侧。结果，空气燃料混合物流向相邻进气口侧的要比采用传统燃烧室构造的多些，在该传统燃烧室构造中，进气口由形成相同高度台阶的壁面包围，但进气口之间没有设置连通空间。
采用本发明的燃烧室构造，通过第一进气口25a流入燃烧室的空气燃料混合物与通过第二进气口25b流入燃烧室的空气燃料混合物碰撞得更频繁。这样，燃料混合物之间的这种碰撞促进了包含在该燃料混合物中的燃料雾化，并因此，改善了内燃机1中的燃烧状态。此外，可以减少由于从燃烧室排出的未燃烧燃料组分所引起的较差排气质量问题。
可变升程机构2的详细结构如上所述，当进气阀33和排气阀36沿着其阀杆打开时，进气阀33和排气阀36相对于第一和第二进气口25a，25b和排气口22a，22b的升程量优选地由可变升程机构2可变地控制。图5至7示出了被构造和布置成改变进气阀33和排气阀36升程量的可变升程机构2。在以下的说明中，将描述控制进气阀33升程量的可变升程机构2，但相同的可变升程机构2可用来控制排气阀36。此外，用于本发明的可变升程机构2不限于下文所述的结构。相反，可采用任何可变升程机构作为本发明的可变升程机构2，只要这些结构允许可变地控制进气阀33和排气阀36的升程量。
如图5所示，可变升程机构2主要包括摇臂轴103、一对主摇臂104，次摇臂105、次摇臂轴106、凸轮轴109、用于有选择地联结主摇臂104和次摇臂105的联结机构。主摇臂104由摇臂轴103可摇动地支承。每个主摇臂104都具有设置在该主摇臂104上表面上的凸轮随动辊107。主摇臂104设计成使主摇臂104的摆动端部104a挤压在进气阀33的阀杆33b的上端部上，如图7所示。主摇臂104在该主摇臂104的下部整体地形成一体。
次摇臂105设置成由一对主摇臂104夹在中间，并由次摇臂轴106可摆动地支承。次摇臂轴106位于主摇臂104之间。次摇臂105形成得比主摇臂104短些，凸轮随动件108设置在次摇臂105远端部的上表面上。
低速凸轮110和高速凸轮111成一排地设置在摇臂轴103位于上方的凸轮轴109上。这对低速凸轮110被构造和布置成提供进气阀33的较小升程量。低速凸轮110与主摇臂104的凸轮随动辊107相接触。高速凸轮111被构造和布置成提供进气阀33的较大升程量。高速凸轮111滑过次摇臂105的凸轮随动件108。如图7所示，次摇臂105由空动弹簧(lost motion spring)112可旋转地向上偏压，这样高速凸轮111和次摇臂105之间保持滑动接触状态甚至当次摇臂105与主摇臂104分离时。
如图7所示，用于有选择性联结主摇臂104和次摇臂105的联结机构主要包括联结杆113、液压活塞117、液压缸118、和液压力供给通道120，等等。联结杆113位于次摇臂105的下面。该联结杆113由设置在主摇臂104的销114可旋转地支撑。联结杆113的上端113a可以与次摇臂105下表面上的接合台阶115相接合。由回位弹簧(未示出)在脱离方向上不断地偏压联结杆113，该回位弹簧经由弹簧座116a压在突部113c上(见图6)。液压活塞117设置在联结杆113的下端部113b的对面。液压活塞117伸出时，联结杆113在接合方向上旋转。通过主摇臂104内的流体孔119并通过摇臂轴103内的液压力供给通道120(见图7)将液压力提供给液压缸118，该液压缸118中滑动地设有液压活塞117。当将液压力从液压力供给通道120提供给液压缸118时，联结杆113在接合方向上旋转并与次摇臂105的接合台阶115相接合。结果，高速凸轮111将次摇臂105向下压，于是主摇臂104和次摇臂105一体地操作，进气阀33沿着高速凸轮111的凸轮轮廓打开和关闭。然后当供至液压缸118的液压力释放时，回位弹簧使联结杆113在脱离方向上旋转，联结杆113的上端113a向离开接合台阶115的方向移动。这时，次摇臂105与主摇臂104分离，进气阀33沿着低速凸轮110的凸轮轮廓经由主摇臂104打开和关闭。
进气冲程中流入燃烧室的空气燃料混合物再回到图3A和3B，现在将描述当进气阀33以低升程量打开时(也即，进气阀33压着低速凸轮110的凸轮轮廓升程时)，空气燃料混合物是如何流入燃烧室的。
当进气阀33从图3A所示的关闭状态变成图3B所示的打开状态时，进气道20a中的空气燃料混合物通过第一和第二进气口25a和25b流入燃烧室内。当进气阀33以较小量升程(低升程量)打开时，凹部24的壁面24c的下端位于打开的进气阀33的阀面33a下方0mm至约1mm处，如图3B所示。这样，较大部分的空气燃料混合物沿着第一和第二进气口25a和25b周围的底面24a以及凹部24的连接面24b流动。除了一部分空气燃料混合物沿着底面24a流向连通空间S1以外，沿着凹部24的底面24a流动的空气燃料混合物撞击壁面24c并将其流动方向改变成向下的方向。其间，从第一进气口25a沿着第一进气口25a周围的底面24a在朝着连接面24b和连通空间S1的方向上流出的空气燃料混合物，以及从第二进气口25b沿着第二进气口25b周围的底面24a在朝着连接面24b和连通空间S1的方向上流出的空气燃料混合物在连通空间S1及其周围空间内碰撞。从而，包含在空气燃料混合物中的液态燃料雾化，以及湍流增加。相应地，促进了液态燃料的蒸发，而这使燃烧状态改善以及排气质量提高。为了抑制HC发散，特别优选地是，当内燃机1在紧接着发动机启动之后在低负载和低速条件下操作时并且在进气阀33以较小升程量进行打开和关闭时将燃料雾化。由于本发明的燃烧室构造具有上文所述的连通空间S1，所以在低负载和低速条件下促进了燃烧室中燃料的雾化。
第二实施例现在参照图8-14，将描述本发明第二实施例的内燃机的燃烧室构造。考虑到第一和第二实施例之间的相似性，与第一实施例的部件相同的第二实施例的部件将采用与第一实施例的部件相同的参考标号。此外，为了简洁起见，与第一实施例的部件相同的第二实施例的部件的描述将省略。与第一实施例的部件不同的第二实施例的部件将用单一符号(′)表示。
第二实施例的燃烧室构造基本与第一实施例的燃烧室构造相同，除了第二实施例的气缸盖下表面21′上形成的凹部44与第一实施例的凹部24形状不同以外。因此，第二实施例的燃烧室构造适用于图1所示的内燃机1，除了图8所示的平面形状的凹部44(而非图2所示的平面形状的凹部24)是通过加工气缸盖下表面21′而形成的以外。
如图8所示，凹部44主要包括底面44a，连接面44b，和壁面44c。底面44a和连接面44b设置成在与进气阀33的杆部33b基本平行的方向上从气缸盖下表面21′凹进或成台阶状的。在本发明的第二实施例中，底面44a包括两个部分，也即，第一和第二进气口形成表面，它们分别在第一进气口25a和第二进气口25b周围形成为通常的圆形。此外，在该第二实施例中，凹部44一般具有图8所示的轮廓线，其中底面44a和连接面44b一起形成基本扁平的表面。在第二实施例中，连接面44b和底面44a在第一和第二进气口25a和25b之间连续地形成，连续的内侧壁面44c从底面44a和连接面44b向燃烧室的内部延伸。也就是说，第一和第二进气口25a和25b在单一凹部44内形成，作为由连续形成的壁面44c所包围的第一和和第二进气口25a和25b。此外，如图8所示，连接面44b设置成近似三角形，其中三角形的底位于与排气口22a和22b相对侧。
与本发明的第一实施例相似，进气阀33的低升程量优选地设定为大致在1.5至2mm的范围内，这样当进气阀33由可变升程机构2的低速凸轮110打开至其最大升程量，凹部44的壁面44c的底端位于进气阀33的阀面33a的底部位置下方0mm至约1mm处。相应地，当进气阀33以低升程量打开时，被吸入燃烧室内的相当大部分的空气燃料混合物沿着底面44a流动。然后，沿着底面44a流动的空气燃料混合物的方向被壁面44c向下偏斜。
此外，除了设置在第一进气口25a和第二进气口25b周围的底面44a以外，凹部44还具有设置在第一进气口25a和第二进气口25b之间的连接面44b，该连接面44b与从气缸盖下表面21′凹进的底面44a连续地形成。这样，在第一和第二进气口25a和25b之间形成无壁面44c的连通空间S2。连通空间S2被构造和布置成允许从第一进气口25a和第二进气口25b流出的空气燃料混合物沿着凹部44的底面44a和连接面44b连通。由于连接面44b具有通常的三角形状，连通空间S2也具有图8所示的三角形，该三角形转向远离排气口22a和22b。这样，第二实施例的连通空间S2的平面区域大于第一实施例的连通空间S1。
进气冲程中流入燃烧室的空气燃料混合物当进气阀33以低升程量打开时，进气道20a中的空气燃料混合物通过第一和第二进气口25a和25b流入燃烧室内。当升程较低时，相对较大部分的空气燃料混合物沿着凹部44的底面44a流动。除了一部分空气燃料混合物沿着连接面44b向连通空间S2流动以外，沿着凹部44的底面44a流动的空气燃料混合物撞击壁面44c并将流动方向改成向下的方向。另一方面，从第一进气口25a沿着该第一进气口25a周围的底面44a朝着连接面44b和连通空间S2的方向流出的空气燃料混合物，以及从第二进气口25b沿着该第二进气口25b周围的底面44a朝着连接面44b和连通空间S2的方向流出的空气燃料混合物在连通空间S2及其周围空间内碰撞。由于来自第一和第二进气口25a和25b的空气燃料混合物之间的碰撞，所以包含在空气燃料混合物中的液态燃料雾化，并且使湍流增加。相应地，也促进了液态燃料的蒸发，这使得燃烧状态改善以及排气质量提高。
而且，由于连通空间S2以三角形状形成，该三角形转向远离排气口22a和22b，特别是在阀升程的初始阶段(也即，当进气阀33开始打开时)，从第一和第二进气口25a和25b流入燃烧室内部的被引向与排气口22a和22b相对侧的空气燃料混合物要多于被引向较靠近排气口22a和22b侧的空气燃料混合物。因此，特别是在阀升程的初始阶段，空气燃料混合物在燃烧室内部形成反向滚流。相应地，从第一和第二进气口25a和25b流入燃烧室并且向排气阀36流动的部分空气燃料混合物减少。所以，包含在空气燃料混合物中的液态燃料在排气阀36上的附着或在排气阀36周围表面的附着极小，否则这将会导致废气中含有更多的未燃烧燃料。
此外，如图14所示，当凹部44这样形成时可以形成较强的反向滚流，即当进气阀33由可变升程机构2的低速凸轮110打开至其最大升程量时，凹部44的壁面44c的底端位于进气阀33的阀面33a的底部位置下方约1mm处。换句话说，较强反向滚流可通过将凹部44设置成具有规定高度H1′而形成，这样凹部44的壁面44c的底端与经由低速凸轮110处于最大升程处的进气阀33的阀面33a之间的规定高度H2在与进气阀33的杆部33b基本平行的方向上设定为约1mm。
流体分析结果现在参照图9-13，将解释流体分析的结果，其中模拟了当进气阀33以低升程量打开时空气燃料混合物流入燃烧室。在下面所解释的流体分析中，还检验无连通空间的燃烧室的比较实例、以及无凹部的燃烧室的比较实例，从而将本发明燃烧室内与比较实例燃烧室内的空气燃料混合物的流动进行比较。
图9B为解释空气流量分布的圆形折线图，其示出了空气燃料混合物正从第一进气口25a流出时燃烧室内的流动方向(方向A1至A8)，以及每个方向上的空气燃料混合物的量。该A1至A8方向对应于图9A所示的A1至A8方向。如图9A所示，A6和A7方向面向排气口22a和22b。A4和A5方向面向相邻的第二进气口25b。换句话说，在第二实施例中，连通空间S2通常在所限定的相对于第一进气口25a的A4和A5方向上形成。
在图9B中，粗实线表示A1至A8方向上空气流量的平均值。利用与平均值的比例差值来绘制空气流量分布图。在图9B中，实线表示采用本发明第二实施例的燃烧室构造的空气流量分布。虚线表示采用第一比较实例的燃烧室构造的空气流量分布，其中没有连通空间S2。也就是说，在第一比较实例的燃烧室构造中，第一和第二进气口由独立的壁面包围，第一进气口周围的底面与第二进气口周围的底面之间没有连接面。图9B的单点点划线表示第二比较实例的燃烧室构造，其中没有凹部44。也即，在第二比较实例的燃烧室中，第一和第二进气口直接形成在气缸盖下表面上。
如图9B所示，采用本发明第二实施例的燃烧室构造，空气燃料混合物的流动集中在A3，A4，A5和A6方向上。空气燃料混合物朝着排气口22a和22b(在A6和A7方向上)的流动小于空气燃料混合物朝着与排气口22a和22b相反侧(在A2和A3方向上)的流动。相反，就第一比较实例的没有连通空间S2(由虚线表示)的燃烧室构造，可以看出，与第二实施例的燃烧室构造相比，空气燃料混合物朝着相邻第二进气口25b的流动(在A4和A5方向上)要少些。因此，采用第一比较实例的燃烧室构造，可以预见到，包含在空气燃料混合物中的液态燃料通过从第一和第二进气口25a和25b流出的空气燃料混合物之间的碰撞几乎没有雾化效果。而且，就第二比较实例的没有凹部44的燃烧室构造(由单点点划线表示)，可以看出流向相邻的第二进气口25b(在A4和A5方向上)的空气燃料混合物更少。这样，再一次地可以预见到，包含在空气燃料混合物中的液态燃料通过从第一和第二进气口25a和25b流出的空气燃料混合物之间的碰撞几乎没有雾化效果。
图10为流体分析结果的示意图，其示出了沿图8的X-X线剖开的进气阀33之间的燃烧室内的湍流分布。在图10-12中，随着燃烧室内的一部分描得越黑，表示为湍流越强。图11为流体分析结果的示意图，其示出了第一比较实例的燃烧室中的湍流分布。如图11所示，气缸盖220不具有连通空间S2，与第二实施例的壁面44c相对应的壁面位于两个进气阀33之间。图12为流体分析结果的示意图，其示出了第二比较实例的燃烧室构造中的湍流分布。如图12所示，气缸盖320不具有与第二实施例的凹部44相对应的部分。根据采用图11所示的第一比较实例的燃烧室构造(无连通空间S2)的流体分析结果与采用图12所示的第二比较实例的燃烧室构造(无凹部44)的流体分析结果之间进行的比较可以看出，极强的空气燃料混合物湍流在第二实施例的燃烧室构造的连通空间S2中产生。因此，本发明中促进了空气燃料混合物中液态燃料的雾化。
图13是说明进气冲程中进气阀33之间湍流变化的折线图。图13所示的折线图表示采用第二实施例的燃烧室构造，极强的空气燃料混合物湍流在进气冲程的一开始就在进气阀33之间的连通空间S2中产生。
上述的流体分析结果描述了当进气阀33在低升程操作中处于其最大升程量时的状态，而不是处于阀升程的初始阶段时的状态。因此，第二实施例的燃烧室构造的其中一个优点，就是，空气燃料混合物流中的反向滚流在阀升程的初始阶段，表现得不是很显著。但是，已经发现采用第二实施例的燃烧室构造，在阀升程的初始阶段，从第一和第二进气口25a和25b流入燃烧室的空气燃料混合物朝着排气阀36侧的流动更少些。因此，包含在空气燃料混合物中的液态燃料在排气阀36上的附着或者在该排气阀36周围表面的附着极小，否则这将导致废气中含有更多的未燃烧燃料。
第三实施例现参照图15，将描述第三实施例的燃烧室构造。考虑到第一、第二和第三实施例之间的相似性，与第一或第二实施例的部件相同的第三实施例的部件将采用与第一或第二实施例的部件相同的参考标号。此外，为了简洁起见，与第一和/或第二实施例的部件相同的第三实施例的部件的描述将会省略。与第一和/或第二实施例的部件不同的第三实施例的部件将用双重符号(″)表示。
第三实施例的燃烧室构造适合于气缸盖21″，该气缸盖21″被构造和布置成使每个燃烧室具有三个进气口，而不像第一和第二实施例一样具有两个进气口。因此，气缸盖下表面21″包括三个分别被构造和布置成与三个进气阀33结合的进气口(第一、第二和第三进气口55a、55b和55c)。这样，第三实施例的燃烧室构造基本上与第二实施例的燃烧室构造相同，除了形成于气缸盖下表面21″上的凹部54的平面形状不同以外，该凹部54布置成围绕第一、第二和第三进气口55a、55b和55c。
更具体地说，在第三实施例的燃烧室构造中，通过加工气缸盖下表面21″使凹部54形成图15所示的平面形状。凹部54主要包括底面54a、连接面54b和壁面54c。与第二和第二实施例类似，底面54a和连接面54b从气缸盖下表面21″凹进，而壁面54c在气缸盖下表面21″与底面54a或连接面54b之间沿着朝着燃烧室内部的方向延伸。在第三实施例中，底面54a包括三个分别设置在第二、第二和第三进气口55a、55b和55c外围部分上的部分(第一、第二和第三进气口形成表面)。这样，凹部54被构造成在底面54a和气缸盖下表面21″之间形成阶梯(包括由第一进气口形成表面构成的第一杆部、由第二进气口形成表面构成的第二台阶，由第三进气口形成表面构成的第三台阶)。
如上所述，壁面54c连续地形成以围绕图15所示的平面图中的第一、第二和第三进气口55a、55b和55c。也就是说，壁面54c在气缸盖下表面21″上形成将第一、第二和第三进气口55a、55b和55c围闭的单一开口。
连接面54b包括两个部分(第一和第二连接面)，它们与底面54a连续地形成并分别位于第一和第二进气口55a和55b之间、以及第二和第三进气口55b和55c之间，如图15所示。在该第三实施例中，连接面54b和底面54a优选地基本位于相同的平面上。这样，在第一和第二进气口55a和55b之间、以及在第二和第三进气口55b和55c之间，连接面54b被构造和布置成在该连接面54b与气缸盖下表面21″之间形成第一和第二连接台阶。换句话说，连接面54b被构造和布置成在第一和第二进气口55a和55b之间、以及第二和第三进气口55b和55c之间分别形成一对没有壁面54c的连通空间S3。连通空间S3被构造和布置成允许从第一进气口55a和第二进气口55b流出的空气燃料混合物之间、以及从第二进气口55b和第三进气口55c流出的空气燃料混合物之间，沿着底面54a和连接面54b连通。图15所示的两连通空间S3设置成在第一进气口55a和第二进气口55b之间、以及在第二进气口55b和第三进气口55c之间转向远离排气口22a和22b。
相应地，采用本发明的第三实施例，甚至采用形成有通过进气阀33打开和关闭的进气口(第一、第二和第三进气口55a、55b和55c)的燃烧室，连通空间S3设在第一和第二进气口55a和55b之间，第二和第三进气口55b和55c之间，同时壁面设置在第一、第二和第二进气口55a、55b和55c周围。所以，从第一、第二和第三进气口55a、55b和55c流入燃烧室内的空气燃料混合物将在连通空间S3中碰撞。从而，包含在空气燃料混合物中的液态燃料将会雾化，这具有改善燃烧状态以及排气质量的效果。
第四实施例现在参照图16和17，将描述第四实施例的燃烧室构造。考虑到第一和第四实施例之间的相似性，与第一实施例的部件相同的第四实施例的部件将采用与第一实施例相同的参考标号。此外，为了简洁起见，与第一实施例的部件相同的第四实施例的部件的描述将会省略。与第一实施例的部件不同的第四实施例的部件将用三重符号()表示。
就上文所述的燃烧室机构，例如图2和4所示的第一实施例，底面24a和连接面24b基本设置在相同的平面上这样第一进气口25a和第二进气口25b之间的连通空间S1中没有壁面24c。采用这样的结构，连通空间S1设置成允许从第一进气口25a和第二进气口25b流出的空气燃料混合物沿着底面24a和连接面24b连通。因此，当进气阀33以低升程量打开时，从第一进气口25a吸入燃烧室内的在连通空间S1的方向上沿着底面24a和连接面24b流动的部分空气燃料混合物，与从第二进气口25b吸入燃烧室内的在连通空间S1的方向上沿着底面24a和连接面24b流动的部分空气燃料混合物在连通空间S1及其周围空间内碰撞。空气燃料混合物之间的这种碰撞促进了包含在上述空气燃料混合物中的液态燃料的雾化。
第四实施例的燃烧室构造基本与第一实施例的燃烧室构造相同，除了中间开口的壁面或连接的壁面64d设在底面64a与连接面64b之间从而在其间形成台阶以外。换句话说，在本发明的第四实施例中，不像在第一实施例中那样，通过不在第一进气口25a和第二进气口25b之间形成壁面24c来确保连通空间S1的，它是通过设置连接壁面64d从而在第一和第二进气口25a和25b之间形成连通空间S4，该连接壁面64d的高度低于与第一实施例的壁面24c相对应的壁面64c。这样，虽然底面64a和连接面64b都从气缸盖下表面21凹进，但在第四实施例中连通空间S4形成为使底面64a从连接面64b进一步凹进。也就是说，第四实施例的凹部64形成为使连接壁面64d具有的规定高度H3小于从凹部64的底面64a所测量的壁面64c的规定高度H1。
类似于上文所述的第一实施例，连通空间S4被构造和布置成允许从第一进气口25a和第二进气口25b流出的空气燃料混合物在凹部64的底面64a之外连通。
更具体地说，第四实施例的凹部64主要包括底面64a、连接面64b、壁面64c和连接壁面64d。像在第一实施例中一样，底面64a包括两个分别设置在第一和第二进气口外围上的部分(第一和第二进气口形成表面)。随着壁面64c在底面64a与气缸盖下表面21之间延伸，底面64a从气缸盖下表面21凹进。而且，在第四实施例中，连接壁面64d和壁面64c、连接面64b一起在连接面64b与底面64a之间连续地形成，这样连接面64c从气缸盖下表面21凹进一个高度，该高度小于凹部64的高度(也即，壁面64c的规定高度H1)。也就是说，连接面64b加工成浅于底面64a。壁面64c和连接壁面64d都被构造和布置成从底面64a向燃烧室的内部延伸。相应地，在第四实施例中，底面64a与气缸盖下表面21之间形成的台阶高度大于连接面64b与气缸盖下表面21之间形成的台阶高度。
即使当图16和17所示的凹部64取代第一实施例中图2所示的凹部24在气缸盖下表面21上形成，因为第一进气口25a和第二进气口25b之间形成的连接面64d的高度(H3)小于壁面64c的高度(H1)，所以也确保了连通空间S4。因此，从第一和第二进气口25a和25b吸入的大部分空气燃料混合物在连通空间S4中碰撞。这样，包含在该空气燃料混合物中的液态燃料雾化。
在第四实施例中，连接壁面64d和壁面64c在朝着燃烧室内侧的方向上以基本相同的角度从底面64a延伸，从而连接壁面64d与壁面64c连续地形成。然而，也可以使用这样一种结构，其中连接壁面64d向连通空间S4倾斜从而较大部分的空气燃料混合物将流入连通空间S4内并由此促使从第一和第二进气口25a和25b流出的空气燃料混合物之间的碰撞。
而且，当将三个进气口(第一进气口55a、第二进气口55b和第三进气口55c)像在图15所示的第三实施例那样设置在燃烧室时，第四实施例的燃烧室构造也适于使用。在这种情况下，对应于连接壁面64d的连接壁面在第一和第二进气口55a和55b间的连接面54b与底面54a之间、以及在第二和第三进气口55b和55c间的连接面54b和底面54a之间形成。通过使这种连接壁面的高度小于壁面54c的高度，可将连通空间形成为允许从第一和第二进气口55a和55b流出的空气燃料混合物之间，以及从第二和第三进气口55b和55c流出的空气燃料混合物之间，在凹部54的底面54a之外连通。
相应地，采用本发明的燃烧室构造，空气燃料混合物中的液态燃料在进入气燃烧室内部的过程中雾化。这样，燃烧状态得到改善，排出未燃烧燃料和使排气质量降低的问题得到改善。所以，本发明的燃烧室构造作为吸入并燃烧空气燃料混合物的内燃机燃烧室是有益的。
这里所采用的下列方向术语“向前、向后、上方、向下、垂直、水平、下方和反向”和任何其它类似的方向术语指的是那些装配备有本发明的车辆的方向。因此，这些与配备有本发明的车辆有关的术语，当用来描述本发明时应该进行解释。
此外，在权利要求中表示成“部件附加功能”的术语应该包含可用来实施本发明这种部件的功能的任何结构。
这里所使用的诸如“基本”、“大约”和“近似”之类的术语意味着所修正术语偏差的合理量，从而使最终结果不会显著改变。例如，这些术语可以理解为包括所修正术语的至少±5％的偏差，如果这种偏差不会改变它所修正的词的意思。
虽然仅选择了优选实施例来例证本发明，但根据公开内容本领域技术人员要清楚的是，在不违背附随的权利要求所限定的本发明范围的情况下可以进行各种变化和修改。此外，根据本发明，上文对实施例的描述仅提供例证，而不是为了限制由附随的权利要求及其等效物所定义的本发明。因此，本发明的范围不限于所披露的实施例。
权利要求
1.一种内燃机的燃烧室构造，包括燃烧室表面；围绕第一进气口的第一进气口形成表面，该第一进气口形成表面从燃烧室表面凹进以形成第一台阶；围绕第二进气口的第二进气口形成表面，该第二进气口形成表面从燃烧室表面凹进以形成第二台阶；第一连接面，它使第一和第二进气口形成表面互连，该第一连接面从燃烧室表面凹进以形成第一连接台阶，以及连通空间在第一和第二进气口之间形成；外围壁面，它在朝着燃烧室内部的方向上从第一和第二进气口形成表面以及第一连接面向燃烧室表面延伸从而限定第一和第二台阶以及第一连接台阶。
2.根据权利要求1所述的燃烧室构造，其特征在于，外围壁面被构造和布置成当空气燃料混合物与外围壁面碰撞时分别改变从第一和第二进气口沿着第一和第二进气口形成表面流出的空气燃料混合物的方向。
3.根据权利要求1所述的燃烧室构造，其特征在于，第一和第二进气口形成表面以及第一连接面设置在单一平面上，从而第一和第二台阶的高度与第一连接台阶基本相等。
4.根据权利要求1所述的燃烧室构造，其特征在于，外围壁面连续地形成从而在燃烧室表面中形成包围第一和第二进气口的连续凹部。
5.根据权利要求1所述的燃烧室构造，其特征在于，燃烧室表面具有一对排气口，以及第一连接面被设置成在第一和第二进气口之间形成连通空间，该连通空间沿着远离排气口的方向延伸，该方向比相对于中心线朝着排气口的方向更远，该中心线互连第一和第二进气口的中心点。
6.根据权利要求1所述的燃烧室构造，其特征在于，燃烧室表面构成燃烧室的上表面，以及第一和第二进气口形成表面通常与形成燃烧室底面的活塞顶表面相对。
7.根据权利要求1所述的燃烧室构造，还包括围绕第三进气口的第三进气口形成表面，该第三进气口形成表面从燃烧室表面凹进以形成第三台阶；和使第二和第三进气口形成表面互连的第二连接面，该第二连接面从燃烧室表面凹进以形成第二连接台阶，连通空间在第二和第三进气口之间形成，所述外围壁面进一步被构造和设置成在朝着燃烧室内部的方向上从第三进气口形成表面和第二连接面向燃烧室表面延伸，从而进一步限定第三台阶和第二连接台阶。
8.根据权利要求7所述的燃烧室构造，其特征在于，外围壁面连续地形成从而限定包围第一、第二和第三进气口的凹部。
9.根据权利要求7所述的燃烧室构造，其特征在于，燃烧室表面具有一对排气口，以及第一连接面和第二连接面被设置成在相邻对的第一、第二和第三进气口之间形成连通空间，这样每个连通空间在远离排气口的方向上延伸，该方向比相对于中心线朝着排气口的方向更远，该中心线使第一和第三进气口互连。
10.根据权利要求1所述的燃烧室构造，还包括设在第一和第二进气口中的每一个上的阀，以便通过控制进气阀的阀升程量来控制进气量，和可变升程机构，其与进气阀可操作地结合以改变进气阀的阀升程量。
11.根据权利要求10所述的燃烧室构造，其特征在于，可变升程机构进一步被构造和布置成至少在高升程量操作和低升程量操作之间控制阀升程量，外围壁面被构造和布置成使进气阀附近的燃烧室表面位于每个进气阀的阀面底端部的下方规定量处，当进气阀在低升程量操作中以最大量打开时，该规定量在与其中一个进气阀的杆部基本平行的方向上测量为等于或大于零。
12.根据权利要求11所述的燃烧室构造，其特征在于，规定量设定在0至约1mm的范围内。
13.根据权利要求1所述的燃烧室构造，其特征在于，第一和第二进气口形成表面和第一连接面从燃烧室表面凹进，这样第一和第二台阶的高度大于第一连接台阶的高度。
14.根据权利要求13所述的燃烧室构造，其特征在于，外围壁面被构造和布置成当空气燃料混合物与外围壁面碰撞时分别改变从第一和第二进气口沿着第一和第二进气口形成表面流出的空气燃料混合物的方向。
15.一种内燃机的燃烧室构造，包括燃烧室表面形成部件，用于形成燃烧室表面；第一进气口形成部件，用于限定第一进气口，该第一进气口形成部件从燃烧室表面凹进以形成第一台阶；第二进气口形成部件，用于限定第二进气口，该第二进气口形成部件从燃烧室表面凹进以形成第二台阶；表面连接部件，用于使第一和第二进气口形成部件互连并在第一和第二进气口之间形成连通空间，该表面连接部件从燃烧室表面凹进；和外围壁部件，用于在朝着燃烧室内部的方向上从第一和第二进气口形成表面以及第一连接面向燃烧室表面延伸。
全文摘要
一种内燃机的燃烧室构造，其配置有燃烧室表面，该燃烧室表面具有围绕至少一对进气口设置的凹部。该凹部限定一对处于进气口周围的进气口形成表面，而一对台阶形成于燃烧室表面与进气口形成表面之间。连接面互连所述进气口形成表面。该连接面还从燃烧室表面凹进以在其间形成台阶，而连通空间在进气口之间形成。
文档编号F02B31/02GK1654793SQ20051000824
公开日2005年8月17日 申请日期2005年2月7日 优先权日2004年2月10日
发明者有松干城 申请人:日产自动车株式会社