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火花点火 发动机

阅读：741发布：2020-05-11

专利汇可以提供火花点火发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供与以往相比即使是更稀薄的混合气也能运转、具有稳定的点火及燃烧性能的火花点火发动机。火花塞 (7)通过套筒(6)设在汽缸头(1)上，该火花塞(7)的点火电极 (7a)配置在面对汽缸(2)内的单室式燃烧室 (5)的位置。上述套筒(6)形成为有底圆筒状，在该套筒(6)的底部，形成了收容火花塞(7)的点火电极(7a·7b)的副室(10)，并且，设置了将该副室(10)与上述燃烧室(5)连通的喷口(6a)，该套筒(6)的底部比爆发面 (1a)伸出到燃烧室(5)内，点火电极(7a)的点火位置(12)在爆发面(1a)附近。，下面是火花点火发动机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种火花点火发动机，火花塞(7)通过套筒(6)设在汽缸头(1)上，该火花塞(7)的点火电极(7a、7b)配置在面对汽缸(2)内的单室式燃烧室(5)的位置，其特征在于，上述套筒(6)形成为有底圆筒状，在该套筒(6)的底部，形成了收容火花塞(7)的点火电极(7a、
7b)的圆柱状的副室(10)，并且，设置将该副室(10)与上述燃烧室(5)连通的喷口(6a)，作为该副室(10)的底部的该套筒(6)的底部比爆发面(1a)伸出到燃烧室(5)内，点火电极(7a、7b)的点火位置(12)在爆发面(1a)附近的高度；
对于作为该副室(10)的圆柱状空间，用其直径(L2)除其高度(L1)算出的纵横比设定在0.5～1.0的范围内；
压缩上死点前的点火时期中残留在副室(10)内的残留气体量通过副室容积×点火时期内的包含副室容积的汽缸容积/吸气阀关闭时期内的包含副室容积的汽缸容积而计算出来，该副室(10)内的该火花塞(7)的点火电极(7a、7b)在该副室(10)内配置成使得该副室(10)的点火位置(12)上方的容积大于计算出的残留气体量，由此，该点火位置(12)比该点火期间残留在该副室(10)内的残留气体低。
2.如权利要求1所述的火花点火发动机，其特征在于，用上述副室(10)的高度(L1)除从副室(10)上面到上述点火位置(12)的距离(L3)而算出的算出值设定在0.5～0.8的范围内。
3.如权利要求1或2所述的火花点火发动机，其特征在于，用压缩上死点时的上述燃烧室(5)的容积(V2)除上述副室(10)的容积(V1)而算出的副室容积比设定在0.010～
0.015的范围内。
4.如权利要求1或2所述的火花点火发动机，其特征在于，把连通上述副室(10)和上述燃烧室(5)的喷口(6a)设置成为以铅垂方向的点火位置(12)为中心对称的一对喷口(6a)，该一对喷口(6a)彼此所成的喷口角度(α)设定在80～100度的范围内。
5.如权利要求1或2所述的火花点火发动机，其特征在于，在上述燃烧室(5)的外周区域、在上述活塞(3)上形成阀座(3b)，把各喷口(6a)的水平方向的朝向设定为相对于连接上述点火位置(12)和各阀座(3b)的中心的直线(O1)或连接上述点火位置(12)和相邻的阀座(3b)之间的直线(O2)的任一方在-10～10度的容许角度范围(β)内。

说明书全文

火花点火发动机

发明领域

[0001] 本发明涉及备有单室式燃烧室的火花点火发动机。

背景技术

[0002] 已往，在备有单室式燃烧室的火花点火发动机中，为了在使用稀薄混合气时也能使点火性能稳定，备有设置了无燃料供给的副室的副室式火花塞(例如见专利文献1)。在该火花点火发动机中，例如图15、图16所示，在汽缸头21与汽缸22内的活塞23顶面之间形成了燃烧室25，以该火花塞27的点火电极27a位于燃烧室25的上部的方式在汽缸头21上设置着火花塞27。在火花塞27的前端，以覆盖着点火电极27a的方式一体地设置着具有若干喷口28a·28a…的帽28。在该帽28内，形成了通过喷口28a·28a…与燃烧室25连通的副室30。这样，用火花塞27的点火电极27a对从汽缸22内流入副室30内的混合气进行火花点火时，从喷口28a·28a…喷出的火焰成为火焰喷射流，一边产生大的湍流一边在燃烧室25内传播，使该燃烧室25内的混合气切实地燃烧。这时，借助上述火焰喷射流的湍流，可实现快速燃烧。

[0003] 专利文献1：日本特开平-287826号公报

发明内容

[0004] 在已往那样的火花点火发动机中，在火花塞的下部前端，一体地设有底圆筒状的帽而形成了副室，所以，副室的直径因火花塞的直径而受限制，为了确保副室的有效容积，必须要增加高度。这样，副室成为纵横比大的纵长状，从设在副室上侧的点火电极将混合气点火的位置到设在副室下侧的喷口的距离加长，在点火位置附近容易积存着残留气体。因此，在点火时期，副室内的点火、火焰的成长因残留气体的影响而受到阻碍，对稀薄混合气不能得到稳定的点火及燃烧性能。

[0005] 为此，本发明的目的是提供与已往相比即使是更稀薄的混合气也能运转、具有稳定的点火及燃烧性能的火花点火发动机。

[0006] 本发明要解决的课题如上所述，下面说明解决该课题的技术方案。

[0007] 即，在本发明的火花点火发动机中，火花塞通过套筒设在汽缸头上，该火花塞的点火电极配置在面对汽缸内的单室式燃烧室的位置，其中，上述套筒形成为有底圆筒状，在该套筒的底部，形成了收容火花塞的点火电极的副室，并且，设置了将该副室与上述燃烧室连通的喷口，该套筒的底部比爆发面伸出到燃烧室内，点火电极的点火位置在爆发面附近。

[0008] 上述副室是由上述套筒和上述火花塞围成的圆柱形空间，用该副室的直径除其高度算出的副室纵横比设定在0.5～1.0的范围内。

[0009] 在本发明中，上述火花塞的点火电极对混合气点火的点火位置，配置在压缩上死点前的点火时期残留在副室内的残留气体下方的喷口侧。

[0010] 在本发明中，用上述副室的高度除从副室上面到点火位置的距离而算出的算出值设定在0.5～0.8的范围内。

[0011] 在本发明中，用压缩上死点时的上述燃烧室的容积除上述副室的容积而算出的副室容积比设定在0.010～0.015的范围内。

[0012] 在本发明中，把连通上述副室和上述燃烧室的喷口设置成为以点火位置为中心对称的一对喷口，该一对喷口与铅垂方向所成的喷口角度设定在80～100度的范围内。

[0013] 在本发明中，把连通上述副室和上述燃烧室的喷口的朝向，设定为连接点火位置与设在燃烧室外周部的阀座的中心或相邻阀座间的直线方向，该喷口的朝向相对于上述直线方向的偏差的容许度，在水平方向设定在-10～10度的范围内。

[0014] 本发明具有以下效果。

[0015] 根据本发明，可以照常地使用一般市售的火花塞，降低成本。通过设在套筒上的喷口从副室喷出到燃烧室内的火焰成为火焰喷射流，借助该火焰喷射流产生的湍流，可不必使用已往的副室式火花塞地进行快速燃烧。另外，可以将喷口配置在离开爆发面的位置，可防止火焰喷射流在爆发面附近的猝熄。另外，副室形状单纯，故副室形状及点火位置的设计自由度高，可以避免残留气体影响地、容易地构成副室。

[0016] 根据本发明，由于可用适宜的纵横比构成副室，所以，与已往相比，可用更稀薄的混合气进行发动机的运转。

[0017] 根据本发明，把火花塞的点火位，配置在副室的适宜位置，可以抑制副室内的残留气体引起的点火及燃烧性能的不稳定化。因此，在稀薄区域也可进行稳定的点火及燃烧，这样，可将发动机的运转范围扩大到稀薄侧。

[0018] 根据本发明，可将副室内的点火位置设定在适宜位置，可以抑制副室内的残留气体引起的点火及燃烧性能的不稳定化。因此，在稀薄区域也可进行稳定的点火及燃烧，这样，可将发动机的运转范围扩大到稀薄侧。

[0019] 根据本发明，由于可用适宜的副室容积比构成副室，所以，可保持燃烧稳定性，并且可进行稀薄区域的发动机运转。

[0020] 根据本发明，由于可把相对于副室的喷口角度设定在适宜角度，所以，可切实地使火焰喷射流从喷口喷出，保持燃烧稳定性，可进行稀薄区域的发动机运转。

[0021] 根据本发明，由于可把相对于副室的喷口的朝向设定在适宜方向，所以可保持燃烧稳定性，可进行稀薄区域的发动机运转。附图说明

[0022] 图1是本发明一实施例的备有火花塞及套筒的燃烧室的剖面图。

[0023] 图2是火花塞及套筒备有的副室的剖面图。

[0024] 图3是套筒的剖面俯视图。(a)是表示喷口的朝向为直线方向O1时的图。(b)是表示喷口的朝向为直线方向O2时的图。

[0025] 图4是表示副室纵横比与不发火临界混合气浓度的关系的图。

[0026] 图5是表示副室纵横比与燃烧稳定性的关系的图。

[0027] 图6是具有残留气体状态的副室的剖面图。

[0028] 图7是表示从副室上面到点火位置的距离/副室高度与不发火临界混合气浓度的关系的图。

[0029] 图8是表示从副室上面到点火位置的距离/副室高度与燃烧稳定性的关系的图。

[0030] 图9是表示副室容积比与不发火临界混合气浓度的关系的图。

[0031] 图10是表示副室容积比与燃烧稳定性的关系的图。

[0032] 图11是表示喷口角度与不发火临界混合气浓度的关系的图。

[0033] 图12是表示喷口角度与燃烧稳定性的关系的图。

[0034] 图13是表示喷口朝向与不发火临界混合气浓度的关系的图。

[0035] 图14是表示喷口朝向与燃烧稳定性的关系的图。

[0036] 图15是已往的备有副室式火花塞的燃烧室的剖面图。

[0037] 图16是已往的副室式火花塞备有的副室的局部剖面图。

具体实施方式

[0038] 下面，说明发明的实施方式。

[0039] 图1是本发明一实施例的备有火花塞及套筒的燃烧室的剖面图。图2是火花塞及套筒备有的副室的剖面图。图3是套筒的剖面俯视图。图4是表示副室纵横比与不发火临界混合气浓度的关系的图。图5是表示副室纵横比与燃烧稳定性的关系的图。图6是具有残留气体状态的副室的剖面图。图7是表示从副室上面到点火位置的距离/副室高度与不发火临界混合气浓度的关系的图。图8是表示从副室上面到点火位置的距离/副室高度与燃烧稳定性的关系的图。图9是表示副室容积比与不发火临界混合气浓度的关系的图。图10是表示副室容积比与燃烧稳定性的关系的图。图11是表示喷口角度与不发火临界混合气浓度的关系的图。图12是表示喷口角度与燃烧稳定性的关系的图。图13是表示喷口朝向与不发火临界混合气浓度的关系的图。图14是表示喷口朝向与燃烧稳定性的关系的图。
图15是已往的备有副室式火花塞的燃烧室的剖面图。图16是已往的副室式火花塞备有的副室的局部剖面图。

[0040] 在火花点火发动机中，如图1、图2所示，在汽缸头1的下方连续地配置着汽缸2，活塞3在该汽缸2内上下自由滑动。在该活塞3的上部前端，设有与汽缸头1相向的凹部3a，由该凹部3a、汽缸头1和汽缸2形成了燃烧室5。在汽缸头1上配置着图未示的吸气阀和排气阀，这些吸气阀和排气阀分别面对着设在活塞3上部的阀座3b·3b…(见图3)。通过适当地开闭该吸气阀和排气阀，对燃烧室5进行吸气或排气。

[0041] 在上述汽缸头1的、燃烧室5的大致中心位置，沿上下方向嵌合着有底圆筒状的套筒6，在该套筒6内设置着火花塞7。在火花塞7的下部前端备有点火电极7a·7b(接地电极7a·中心电极7b)，该点火电极7a·7b位于燃烧室5上部。该火花塞7的点火电极7a·7b由伸出到燃烧室5内的套筒6的底部覆盖着，在收容该点火电极7a·7b的套筒6的下部内形成了副室10。

[0042] 上述副室10从平面上看配置在燃烧室5的大致中央，如图3所示，形成在上述活塞3上的阀座3b·3b…位于该副室10的周围。阀座3b·3b…作为吸气阀用的阀座或排气阀用的阀座。在本实施例中，吸气用及排气用的阀座各有2个，以副室10为中心左右对称地间隔90度配置。

[0043] 另外，在上述套筒6的底部周围，等间隔地贯通设置了若干个喷口6a·6a…，通过该喷口6a·6a…来连通副室10与燃烧室5。这样，打开吸气阀，被吸入到汽缸2内的燃烧用混合气通过喷口6a·6a…流入副室10，火花塞7利用点火电极7a·7b对该混合气进行火花点火，火焰从喷口6a·6a…喷出到燃烧室5内并传播。

[0044] 上述套筒6的设置着喷口6a·6a…的底部比爆发面1a(汽缸头1的与汽缸2相向的下面)朝燃烧室5内伸出，并且，在上述套筒6内，火花塞7的点火电极7a·7b伸出到爆发面1a附近。这样，副室10内的点火电极7a·7b的点火位置12，在上下方向位于爆发面1a附近。

[0045] 因此，为了不另外供给燃料地进行稀薄燃烧，用火花塞7对副室10内的混合气进行火花点火时，从上述副室10通过套筒6的喷口6a·6a…喷出到燃烧室5内的火焰成为火焰喷射流、产生湍流，借助该湍流，不必使用副室式火花塞就可进行快速燃烧。另外，这时，由于上述套筒6的喷口6a·6a…处于离开爆发面1a的位置，所以，可以防止火焰喷射流在爆发面附近的猝熄。

[0046] 另外，由于上述副室10是形成在套筒6与火花塞7之间的空间，所以，其形状自然地被决定。因此，副室形状单纯，能避免残留气体影响地、容易地构成副室10。

[0047] 在本实施例中，上述副室10的形状是大致圆柱形，其直径与火花塞7的外径大致一致。如图2所示，在设副室10的高度(纵宽)是从套筒6的内侧底面到火花塞7的底面之间的距离L1、设副室10的直径(横宽)是与套筒6的内径相等的距离L2时，使距离L1与距离L2满足式(1)的关系地构成副室10。

[0048] 0.5≤L1/L2≤1.0 ……(1)

[0049] 即，用上述副室10的直径除其高度，算出副室10的纵横比L1/L2，将该副室纵横比L1/L2设定在0.5～1.0的范围内。即，副室10从剖面看是横长形状。

[0050] 这样地构成副室10，如图4所示，较之副室纵横比L1/L2小的情况，副室纵横比L1/L2大时，可以使不发火临界混合气浓度稀薄。即，不发火临界的空气过剩率增大。因此，通过使副室10的纵横比为上述设定范围内的适宜值地构成副室10，可以使尽量稀薄的混合气燃烧，进行发动机的运转。

[0051] 另外，如图5所示，副室纵横比L1/L2在上述设定值0.5～1.0范围内时，燃烧变动率被抑制到最低，燃烧稳定性增加。这样，可用稀薄混合气稳定地进行燃烧，借助该稀薄燃烧，也能提高燃料利用率。

[0052] 另外，在副室内点火电极的点火位置像已往那样位于副室上侧、即位于与燃烧室连通的喷口的相反侧时，在活塞到达压缩上死点的点火前，由于在副室内的点火位置附近存在大量的残留气体，所以，即使新的稀薄混合气从喷口流入副室内，其也受到残留气体的影响，不能充分地到达点火位置，故即使被火花点火，也不能稳定地进行燃烧。

[0053] 为此，为了确保对稀薄混合气的稳定点火及燃烧性能，在副室10内，把点火位置12设定在不容易受残留气体影响的适宜位置。即，如图6所示，在设定为上述适宜纵横比的副室10内，火花塞7的点火电极7a·7b伸出到副室10内的下方，把该点火电极7a·7b的点火位置12配置在靠近套筒6的喷口6a·6a…的爆发面1a附近。

[0054] 上述点火电极7a·7b对混合气进行点火的点火位置12，具体地说是这样设定的，即，算出活塞3 压缩行程中的上死点前的点火时期中残留在副室10内的残留气体量，使该算出的残留气体量在副室10内所占的量为预定量以下。即，压缩上死点前的点火时期内的副室10内的残留气体量，从式(2)求出。

[0055] 副室容积×点火时期内的汽缸容积(包含副室容积)/吸气阀关闭时期内的汽缸容积(包含副室容积)……(2)

[0056] 把副室10的点火位置12上方的容积设定得比用上述式(2)算出的残留气体量大，从该容积决定点火位置12。即，使活塞3上升了时，残留在副室10内的燃烧排气被朝上方压缩，其体积比点火位置12上方的副室10内的体积小，这样，点火时，残留燃烧排气位于点火位置上方，不妨碍燃烧。

[0057] 上述副室10的点火位置12上方的容积，可以根据从副室上面(火花塞7的底面)到点火位置12的距离L3和副室直径L2算出。因此，由于底面积相同，所以，用底面积除上述残留气体量得到的值设定为比距离L3短。

[0058] 即，在压缩上死点前的点火时期，在设从副室10上端到存在于副室10内上侧的残留气体的下端位置的距离为L4时，适宜点火位置时的、从副室10上面到点火位置12的距离L3设定为L3＞L4。

[0059] 这样，上述火花塞7的点火电极7a·7b对混合气点火的点火位置12，配置在副室10内的残留气体下方的喷口6a侧。因此，火花塞7的点火位置12配置在副室10内的适宜位置，可以抑制副室10内的残留气体引起的点火及燃烧性能不稳定。因此，即使在稀薄区域也能进行稳定的点火及燃烧，可以将发动机的运转范围扩大到稀薄侧。

[0060] 具体地说，使得从副室10上面到点火位置12的距离L3与上述副室10的高度L1之间，满足式(3)的关系地对副室10设定点火位置12。

[0061] 0.5≤L3/L1≤0.8 ……(3)

[0062] 即，用副室10的高度L1除从上述副室10上面到点火位置12的距离L3，把该算出值L3/L1设定在0.5～0.8的范围内。

[0063] 这时，如图7所示，较之上述算出值L3/L1小的情况，上述算出值L3/L1大时，副室10中的不发火临界的混合气浓度变稀薄。即，不发火临界的空气过剩率增大。因此，使算出值L3/L1为上述设定范围内的适宜值地对副室10设定点火位置12，可以使尽量稀薄的混合气燃烧，进行发动机的运转。

[0064] 另外，如图8所示，在使不发火临界混合气浓度为一定时，较之上述算出值L3/L1小的情况，上述算出值L3/L1大时，可以将燃烧变动率抑制得较低，增加燃烧稳定性。因此，可用稀薄混合气稳定地进行稀薄燃烧，借助该稀薄燃烧，可提高燃料利用率。

[0065] 另外，在设上述副室10的容积为V1、设压缩上死点时的燃烧室5的容积为V2时，副室容积V1与燃烧室容积V2之间满足式(4)的关系。

[0066] 0.010≤V1/V2≤0.015 ……(4)

[0067] 即，用燃烧室容积V2除上述副室容积V1，算出副室10的容积比V1/V2，将该副室10的容积比V1/V2设定在0.010～0.015的范围内。

[0068] 在上述副室10中，如图9所示，使副室容积比V1/V2在上述设定值0.010～0.015的范围内时，不发火临界混合气浓度最稀薄。即，不发火临界的空气过剩率增大。因此，通过使副室10的容积比为上述设定范围内的适宜值地构成副室10，可以使尽量稀薄的混合气燃烧，进行发动机的运转。

[0069] 另外，如图10所示，当上述副室容积比V1/V2在上述设定值0.010～0.015的范围内时，将燃烧变动率抑制得较低，燃烧稳定性最为增加。这样，可用稀薄混合气稳定地进行燃烧，借助该稀薄燃烧，也可提高燃料利用率。

[0070] 另外，相对于上述构造的副室10，设在套筒6底部的若干个喷口6a·6a…两个一组地配置在直径方向，并设有若干组。即，各一对喷口6a·6a以火花塞7的点火位置12为中心，左右对称地配置着。各喷口6a朝着燃烧室5的外周部向下方倾斜地形成，通过该喷口6a可从副室10朝着燃烧室5将火焰喷射流呈放射状地喷出。如图6所示，上述各一对喷口6a·6a与铅垂方向所成的喷口角度α设定在80～100度的范围内。

[0071] 在这样的构造中，如图11所示，当喷口角度α在上述设定值80～100度的范围内时，副室10中的不发火临界混合气浓度变稀薄。即，不发火临界的空气过剩率增大。因此，通过使喷口角度α相对于副室10为上述设定范围内的适宜值，可使尽量稀薄的混合气燃烧，进行发动机的运转。

[0072] 另外，如图12所示，当喷口角度α在上述设定值80～100度的范围内时，燃烧变动率被抑制得较低，燃烧稳定性最为增加。因此，可用稀薄混合气稳定地进行稀薄燃烧，借助该稀薄燃烧，也可提高燃料利用率。

[0073] 另外，上述一对喷口6a·6a，从平面上看以火花塞7的点火位置12为中心，等间隔地配置着。在本实施例中，一对喷口6a·6a设有两组，分别错开90度地配置着。即，在副室10的周围间隔90度地配置着4个喷口。

[0074] 如图3(a)所示，使得来自喷口6a·6a…的火焰喷射流的喷出方向朝向各阀座3b中心地设定各喷口6a的朝向(连接点火位置12和阀座3b中心的直线方向O1)。另外，如图3(b)所示，使得来自喷口6a·6a…的火焰喷射流的喷出方向朝向阀座3b与阀座3b之间地设定各喷口6a的朝向(连接点火位置12和相邻阀座3b之间的直线方向O2)。

[0075] 另外，该喷口6a的朝向相对于上述直线方向偏差的容许度β，在水平方向设定在-10～10度的范围内。另外，喷口6a的适宜朝向，根据燃烧室5的形状，从上述直线方向O1或O2中决定一个方向。另外，图3(a)(b)中的箭头表示从喷口6a喷出的火焰喷射流的喷出方向。

[0076] 在该构造中，如图13所示，在把喷口6a的朝向设定为上述直线方向O1或O2时，其偏差的容许度β的设定值在-10～10度的范围内，副室10内的不发火临界混合气浓度最稀薄。即，不发火临界的空气过剩率增大。因此，把喷口6a的朝向相对于副室10设在上述设定范围内的适宜方向，可使尽量稀薄的混合气燃烧，进行发动机的运转。

[0077] 另外，如图14所示，当上述容许度β在上述设定值-10～10度的范围内时，燃烧变动率被抑制得较低，燃烧稳定性增加。这样，可用稀薄混合气稳定地进行燃烧，借助该稀薄燃烧，也可提高燃料利用率。

[0078] 本发明可用于备有单室式燃烧室的火花点火发动机。

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