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火花点火式内燃 发动机

阅读：414发布：2020-05-15

专利汇可以提供火花点火式内燃发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种火花点火式内燃发动机包括屋脊型燃烧室 (12)、进气门 (18)、排气门(20)、火花塞 (22)和气流导向部件(24)。气流导向部件(24)设置在火花塞的壳体或一对脊部中的至少一个脊部(12a)的壁面上。气流导向部件(24)构造成使在点火时从放电间隙通过的气流当在气缸 (14)的中心轴线的方向上观察时在相对于与一对脊部(12a，12b)的壁面的交叉线垂直的基准方向倾斜的方向上偏转。火花塞(22)的连接部(22d2)位于被气流导向部件(24)偏转的气流的方向之外的外置。，下面是火花点火式内燃发动机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种火花点火式内燃发动机，包括：
燃烧室，所述燃烧室具有倾斜成彼此对向的一对脊部；
配置在所述一对脊部中的一个脊部上的至少一个进气门；
配置在所述一对脊部中的另一个脊部上的至少一个排气门；
火花塞，所述火花塞包括塞体、中心电极和接地电极，所述塞体在所述一对脊部彼此交叉的燃烧室顶部处安装在气缸盖中，所述中心电极设置在所述塞体上，所述接地电极包括对向部和连接部，所述对向部经由放电间隙在所述塞体的轴向上与所述中心电极对向，所述连接部将所述对向部与所述塞体的壳体连接；和
气流导向部件，所述气流导向部件设置在所述一对脊部中的至少一个脊部的壁面或所述壳体上，所述气流导向部件构造成使在点火时从所述放电间隙通过的气流当在气缸中心轴线的方向上观察时在相对于与所述一对脊部的壁面的交叉线垂直的基准方向倾斜的方向上偏转，所述气流是从所述一对脊部中的所述一个脊部被引向所述另一个脊部的流，或从所述一对脊部中的所述另一个脊部被引向所述一个脊部的流，其中
所述连接部位于被所述气流导向部件偏转的气流的方向之外的位置。
2.根据权利要求1所述的火花点火式内燃发动机，其中
所述气流导向部件构造成引导在点火时从所述放电间隙通过的气流，使得当在气缸中心轴线的方向上观察时，所述气流被引向从所述中心电极通过的所述基准方向的线的一侧，并且
所述接地电极的所述连接部位于所述基准方向的线的另一侧。
3.根据权利要求1或2所述的火花点火式内燃发动机，其中，所述火花塞构造成使得放电火花延伸比在与所述一对脊部的壁面的交叉线垂直并与气缸中心轴线垂直的方向上测得的从所述放电间隙到所述另一个脊部的壁面的距离大的距离。

说明书全文

火花点火式内燃发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种火花点火式内燃发动机。

背景技术

[0002] 日本专利申请公报No.2013-098042(JP 2013-098042 A)中公开了火花点火式内燃发动机的一个例子。内燃发动机具有火花塞，该火花塞包括安装在气缸盖中的塞体、设置在塞体上的中心电极、以及接地电极。该接地电极具有经由放电间隙在塞体的轴向上与中心电极对向的对向部和将对向部与塞体的壳体连接的连接部。塞体在气缸盖中安装成使得，当在塞体的轴向观察时，连接部在从中心电极观察时的方向与火花塞周围的气流方向垂直。

发明内容

[0003] 同时，一种类型的内燃发动机包括屋脊型燃烧室，其具有倾斜成彼此对向的一对脊部，并且一个或多个进气门配置在一对脊部中的一个脊部上，而一个或多个排气门配置在一对脊部中的另一个脊部上。此外，火花塞安装在一对脊部彼此交叉的燃烧室顶部处。该类型的发动机具有与利用火花塞点燃的空燃混合物的着火性能相关的以下问题。亦即，在上述发动机中，当产生从一个脊部被引向另一个脊部的气流或从另一个脊部被引向一个脊部的气流作为在点火时从放电间隙通过的气流时，形成在放电间隙中的放电火花可随同气流一起朝燃烧室的天井面/顶面(即一个或另一个脊部的壁面)延伸。这种情况下，延伸的放电火花接近燃烧室的天井面，由此从放电火花产生的初始火焰可能与该天井面接触，并且初始火焰的热可能损失到该天井面，从而引起火焰的熄灭。因此，着火性能可能下降。

[0004] 为了防止由于初始火焰的熄灭而引起的着火性能的下降，有必要抑制或防止初始火焰与燃烧室的天井面的接触。然而，已经在用或已提出的内燃发动机中的火花塞周围的结构，包括在上述专利公报中公开的结构，未被设计成抑制或防止初始火焰与燃烧室的天井面的接触。

[0005] 本发明提供了一种火花点火式内燃发动机，其能够抑制或防止从火花塞的放电火花产生的初始火焰与燃烧室的天井面的接触。

[0006] 根据本发明的一个实施方式的火花点火式内燃发动机包括屋脊型燃烧室、至少一个进气门、至少一个排气门、火花塞和气流导向部件。所述屋脊型燃烧室具有倾斜成彼此对向的一对脊部。上述至少一个进气门配置在所述一对脊部中的一个脊部上。上述至少一个排气门配置在所述一对脊部中的另一个脊部上。所述火花塞包括塞体、中心电极和接地电极。所述塞体在所述一对脊部彼此交叉的燃烧室顶部处安装在气缸盖中。所述中心电极设置在所述塞体上。所述接地电极包括对向部和连接部。所述对向部经由放电间隙在所述塞体的轴向上与所述中心电极对向。所述连接部将所述对向部与塞体的壳体连接。所述气流导向部件设置在所述一对脊部中的至少一个脊部的壁面或所述壳体上。所述气流导向部件构造成使在点火时从所述放电间隙通过的气流当在气缸中心轴线的方向上观察时在相对于与所述一对脊部的壁面的交叉线垂直的基准方向倾斜的方向上偏转。所述气流是从所述一对脊部中的所述一个脊部被引向所述另一个脊部的流，或从所述一对脊部中的所述另一个脊部被引向所述一个脊部的流。所述连接部位于被所述气流导向部件偏转的气流的方向之外的位置。

[0007] 根据本发明的上述方面，在放电火花和被致使随同从放电间隙通过的气流一起向下游流动的初始火焰与位于放电火花和初始火焰的下游的燃烧室的天井面之间能确保大的距离。因此可以抑制或防止从火花塞产生的初始火焰与燃烧室的天井面的接触。

[0008] 在根据本发明的上述方面的内燃发动机中，所述气流导向部件可构造成引导在点火时从所述放电间隙通过的气流，使得当在气缸中心轴线的方向上观察时，所述气流被引向从所述中心电极通过的所述基准方向的线的一侧，而所述接地电极的所述连接部位于所述基准方向的线的另一侧。

[0009] 利用上述布置结构，更可靠地防止了放电火花和初始火焰与接地电极接触。因此，能有效地促进初始火焰的生成。

[0010] 在如上所述的内燃发动机中，所述火花塞可构造成使得放电火花延伸比在与所述一对脊部的壁面的交叉线垂直并与气缸中心轴线垂直的方向上测得的从所述放电间隙到所述另一个脊部的壁面的距离大的距离。

[0011] 在具有放电火花容易由于与燃烧室的天井面接触而熄灭的火花塞的该类型的发动机中，抑制或防止初始火焰与燃烧室的天井面的接触非常有意义。附图说明

[0012] 下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

[0013] 图1是示出根据本发明的第一实施方式的火花点火式内燃发动机的燃烧室的结构的纵截面图；

[0014] 图2是示出图1所示的火花塞的构型的视图；

[0015] 图3是火花塞在从活塞侧观察时在气缸中心轴线的方向上的视图；

[0016] 图4A是与为了比较而参照的相关技术的布置结构有关的视图，示出了燃烧室在从活塞侧观察时在气缸中心轴线的方向上的视图；

[0017] 图4B是与为了比较而参照的相关技术的布置结构有关的视图，示出了当在与一对脊部的壁面的交叉线和气缸中心轴线垂直的方向上观察时的燃烧室；

[0018] 图5A是与根据本发明的第一实施方式的布置结构有关的视图，示出了燃烧室在从活塞侧观察时在气缸中心轴线的方向上的视图；

[0019] 图5B是与根据本发明的第一实施方式的布置结构有关的视图，示出了当在与一对脊部的壁面的交叉线和气缸中心轴线垂直的方向上观察时的燃烧室；

[0020] 图6是示出了根据本发明的气流导向部件的另一个例子的视图；

[0021] 图7是示出了气流导向部件的配置部位的另一个例子的视图。

具体实施方式

[0022] 将参照附图描述本发明的一个实施方式。在该实施方式中，本发明应用于具有火花塞的用于汽车的火花点火式内燃发动机，更具体地能够以均质稀燃模式运转的稀燃内燃发动机。期望该稀燃发动机具有提高的着火性能以扩大稀燃界限。为此，将本发明应用于稀燃发动机是有意义的。然而，本发明也可应用于以理论空燃比运转的内燃发动机，并且该类型的发动机也可提供共同的有利效果，例如着火性能的提高。

[0023] 如下所述的实施方式是为了说明用于使本发明的技术思想具体化的装置和方法而提供的，但并非旨在将构成部件的结构、配置等限制为如下所述的那些。本发明不限于如下所述的实施方式，而是可利用各种改型或变更实施而不偏离本发明的原理。

[0024] 图1是说明根据本发明的第一实施方式的火花点火式内燃发动机10的燃烧室的结构的纵截面图。图1所示的内燃发动机10包括具有倾斜成彼此对向的一对脊部12a、12b的屋脊型燃烧室12。燃烧室12是由在各气缸内往复移动的活塞14的顶面和一对脊部12a、12b围成的空间。一对脊部12a、12b形成在气缸盖16(参照后述图2)上，并且脊部12a、12b的壁面用作燃烧室12的天井面。

[0025] 在一个脊部12a上并排配置有两个进气门18，在另一个脊部12b上并排配置有两个排气门20(参照后述图5A)。此外，在脊部12a、12b彼此交叉的燃烧室12的顶部处安装有用于点燃空燃混合物的火花塞22。

[0026] 同时，形成在燃烧室12中的气流呈各种形式。在图1所示的例子中，产生从进气门18侧沿燃烧室12的天井面朝排气门20侧沿顺时针盘绕的湍流。在本例中，点火时火花塞22周围的气流方向是从一个脊部12a侧(进气侧)朝向另一个脊部12b侧(排气侧)的方向A(当在气缸中心轴线的方向观察燃烧室12时，其与如稍后将说明的“基准方向”相同)。例如，以下对本实施方式的说明是基于点火时火花塞22周围的气流的方向为图1所示的气流的方向A的假设。

[0027] 图2示出图1所示的火花塞22的构型。根据本实施方式的火花塞22包括安装在气缸盖16中的筒状金属壳体22a和保持在金属壳体22a的内侧的陶瓷绝缘体22b。金属壳体22a和陶瓷绝缘体22b构成火花塞22的塞体。

[0028] 陶瓷绝缘体22b的远端从燃烧室12的天井面突出到燃烧室12中。在陶瓷绝缘体22b的突出远端上设置有中心电极22c。此外，在中心电极22c的远端上与塞体的轴线——即陶瓷绝缘体22b的轴线CL——共轴地配置有中心电极芯22c1。

[0029] 接地电极22d从金属壳体22a延伸到燃烧室12中。接地电极22d由在轴线CL的方向上与中心电极22c对向的对向部22d1和将对向部22d1与金属壳体22a连接的连接部22d2组成。在对向部22d1的与中心电极22c对向的一侧与陶瓷绝缘体22b的轴线CL共轴地配置有接地电极芯22d3。形成在接地电极芯22d3和中心电极芯22c1之间的间隙提供了发生火花放电的放电间隙。

[0030] 接下来参照图2和图3，将说明内燃发动机10的特征布置结构。图3是火花塞22在从活塞14侧观察时沿气缸中心轴线的方向截取的视图。

[0031] 本实施方式的内燃发动机10的特征在于，在火花塞22附近设置有气流导向部件24以使在点火时从放电间隙通过的气流偏转，并且火花塞22的塞体考虑到与由气流导向部件24偏转的气流的方向的关系而安装在气缸盖16中。

[0032] 更具体地，气流导向部件24设置在火花塞22附近的天井面(在图3所示的例子中，进气侧脊部12a的壁面)上。如图3所示，当在气缸中心轴线的方向上观察燃烧室12时，在点火时从放电间隙通过的气流在相对于“基准方向”倾斜的方向B上偏转。这里提到的基准方向是当在气缸中心轴线的方向上观察时与脊部12a、12b的交叉线L1垂直的方向。在一对脊部的壁面彼此交叉的部位不是尖锐形状(或锋利形状)而是圆滑的情况下，当一对脊部的壁面假想地延长时获得的假想交叉线对应于上述交叉线L1。此外，在本实施方式的内燃发动机10中，当在气缸中心线的方向上观察发动机10时，曲轴26(参照图1)以将燃烧室12分为进气侧和排气侧这样的方式延伸。在进气门和排气门的配置这样与曲轴的配置相关的情况下，上述“基准方向”与当在气缸中心轴线的方向上观察时与曲轴26垂直的方向相同。在这一点上，当气流未被气流导向部件24偏转时从放电间隙通过的气流的方向A与上述基准方向相同。在图3所示的例子中，当在气缸中心轴线的方向上观察时，交叉线L1从火花塞22的中心通过。

[0033] 另外，气流导向部件24呈板的形状形成以朝活塞14延伸。由于气流导向部件24如上所述用于改变从放电间隙通过的气流的方向，所以气流导向部件24形成为朝活塞14突出，高度如图2所示与火花塞22的高度相当。此外，气流导向部件24配置在中心电极22c的当在上述基准方向上观察时的气流的上游侧。

[0034] 火花塞22以考虑以下将述及的内容的方式安装在气缸盖16中。更具体地，火花塞22的塞体在气缸盖16中安装成使得接地电极22d的连接部22d2位于被气流导向部件24偏转的气流的方向B之外的位置。气流的方向B之外的位置包括设置有连接部22d2的金属壳体
22a的周向远端面的除如图3所示的除外对象位置C的部位。如果连接部22d2设置在除外对象位置C，则连接部22d2将干涉被气流导向部件24在气流的方向B上偏转并从放电间隙通过的气流。

[0035] 在图3所示的例子中，塞体安装在气缸盖16中，使得接地电极22d的连接部22d2定向在进气门18与排气门20之间的间隙方向上。气流的方向B根据气流导向部件24的位置和形状而改变，并且上述除外对象位置C根据气流的方向B的变化而改变。所以，可按照气流导向部件24对气流方向B的设定在满足接地电极22d的连接部22d2设置在除外对向位置C以外的部位的条件的范围内任意设定火花塞22的安装角度。金属壳体22a形成有用于将火花塞22安装在气缸盖16中的螺纹，使得火花塞22的安装角度变成等于目标角度。

[0036] 在本实施方式中，气流导向部件24配置成将在点火时从放电间隙通过的气流引向从中心电极22c通过的基准方向的线D的与接地电极22d的连接部22d2相反的一侧。

[0037] 此外，本实施方式的火花塞22构造成如下所述产生放电火花。亦即，火花塞22构造成使得，如果假设从放电间隙通过的气流致使放电火花如后述图4A和图4B所示的情况下那样沿基准方向直接流向气流的方向A的下游侧，则放电火花将延伸比当在基准方向上测量时从中心电极22c到燃烧室12的天井面(位于排气门侧的脊部的壁面)的距离X(参照图4B)大的距离。例如，能通过接地电极芯22d3的尺寸的缩小来实现火花塞22的构型。

[0038] 接下来参照图4A、图4B、图5A和图5B，将基于与不包括气流导向部件24的已知布置结构的比较来说明如上所述构成的气流导向部件24的作用和效果。图4A和图4B是与为了比较而参照的相关技术的布置结构有关的视图，图5A和图5B是与根据本发明的第一实施方式的布置结构有关的视图。图4A、图4B、图5A和图5B示出由火花塞产生的放电火花和初始火焰的状态。更具体地，图4A和图5A示出当从活塞14侧在气缸中心轴线的方向上观察时的燃烧室12。图4B和图5B示出当在与脊部12a、12b的壁面的交叉线L1和气缸中心轴线L2两者都垂直的方向上观察时的燃烧室12。上述“基准方向”不仅与交叉线L1垂直，而且与如图4B和图5B所示的气缸中心线的方向垂直。

[0039] 在已知的布置结构中，形成在中心电极芯与接地电极芯之间的放电火花E1由于从放电间隙通过的气流而被致使流向作为湍流的基本流动方向的方向A的下游。亦即，由于气流的方向不改变，所以放电火花E1向气流方向A的下游延伸。结果，如果气缸内的气流强，则从放电火花E1产生的初始火焰F1与燃烧室的天井面(排气侧脊部的壁面(包含处于关闭状态的排气门的表面))接触。初始火焰F1与具有低温的燃烧室的天井面的接触可能由于初始火焰F1的熄灭而引起着火性能不良。着火性能的下降在发动机以稀燃模式运转时特别显著。

[0040] 本发明的发明人观察了紧接在放电之后的放电火花和初始火焰的表现。根据观察结果，发明人发现，当由于初始火焰与天井面的接触而发生初始火焰的熄灭时，放电火花自身伸长，直至其与天井面接触。所以，当火花塞与本实施方式的火花塞22一样构造成使得放电火花延伸比上述距离X大的距离时，如果气缸内的气流强，则放电火花本身与天井面接触，由此初始火焰更容易熄灭。

[0041] 另一方面，图5A和图5B示出在本实施方式的内燃发动机10包括气流导向部件24的情况下由火花塞22产生的放电火花和初始火焰的状态。由于气流被气流导向部件24偏转，所以在点火时从放电间隙通过的气流的方向从作为湍流的基本流动方向的方向A变成方向B。更具体地，即使设置了气流导向部件24，湍流的流动方向整体上不会显著改变。然而，如果火花塞22周围的气流的流动方向如图5B所示改变，则放电火花E2延伸的方向受气流方向变化的影响，由此放电火花E2沿方向B延伸。因而，在具有屋脊型燃烧室结构的内燃发动机10中，当放电火花E2向放电间隙的下游延伸时，与放电火花如图4A和图4B所示径直在基准方向上延伸时相比，在放电火花E2和初始火焰F2与位于放电火花E2和初始火焰F3下游的燃烧室12的天井面之间能确保大的距离。因此，从放电火花E2产生的初始火焰F2不容易或不太可能与燃烧室12的天井面接触。亦即，避免或至少抑制了初始火焰F2与天井面的任何接触，从而促进了初始火焰F2的生成，并且提高了着火性能。因而，根据本实施方式的内燃发动机10，在稀燃运转期间能扩大稀燃界限，并且发动机能以更稀的空燃比运转。此外，预期本实施方式的布置结构特别是在生成强湍流的内燃发动机中提供非常有利的效果。

[0042] 在本实施方式中，气流导向部件24构造成将在点火时从放电间隙通过的气流引向从中心电极22c通过的基准方向的线D的与接地电极22d的连接部22d2相反的一侧。对于该布置结构，接地电极22d的连接部22d2相对于在已被气流导向部件24偏转的气流的方向B上延伸的初始火焰F2位于气流上游侧。从而，确实防止了放电火花E2和初始火焰F2与接地电极22d接触。因此，能更有效地促进初始火焰F2的生成。

[0043] 另外，在火花塞如上所述构造成使得放电火花延伸比图4所示的距离X大的距离的情况下，显著发生初始火焰由于与燃烧室的天井面的接触而熄灭的问题。所以，本实施方式中的气流导向部件24的使用在具有如上所述构成的火花塞的内燃发动机中——如包括火花塞22的内燃发动机10中——具有特别高的意义。

[0044] 在如上所述的第一实施方式中，气流导向部件24设置在燃烧室12的天井面上。然而，根据本发明的气流导向部件的位置不限于上述位置，而是可以是如以下参照图6所示的位置。图6示出根据本发明的气流导向部件的另一个例子。在图6的例子中，在火花塞28的金属壳体22a上设置有具有与气流导向部件24大致相同的功能的气流导向部件30。应注意，除设置了气流导向部件30代替气流导向部件24外，具有火花塞28的内燃发动机的构型与上述实施方式的构型相同。

[0045] 图7示出气流导向部件24的位置的另一个例子。在如上所述的第一实施方式的内燃发动机10中，生成湍流以使得在点火时火花塞22周围的气流的方向是从一个脊部12a侧(进气侧)到另一个脊部12b侧(排气侧)的方向A。然而，与该例相反，取决于发动机的规格，可生成在沿燃烧室12的底部(或活塞14的顶面)盘绕的同时从进气门18流向一对排气门20的逆时针湍流。当湍流这样生成时，在点火时火花塞22周围的气流的基本流动方向是如图7所示的方向G。这种情况下，气流导向部件24当在基准方向上观察时位于中心电极22c的上游(在本例中，排气侧)。以上说明在气流导向部件30设置在火花塞28上的情况下同样适用。

[0046] 在一些内燃发动机中，作为从发动机的结构产生的效果，或由于用于控制燃烧室12中的气流的装置的作用，形成在燃烧室12中的气流的方向或形状根据运转区域而改变。
更具体地，在一些发动机中，取决于运转区域，在点火时火花塞周围的气流的方向在上述方向A与上述方向G之间改变。如果在该类型的发动机中安装有火花塞22和气流导向部件24，或包括气流导向部件30的火花塞28，则可关于特定运转区域确定气流导向部件24或30的位置和火花塞22或28的安装角度。确定了所述位置和角度的运转区域优选是要求特别高的着火性能的运转区域。所以，在根据运转区域选择性地以理论空燃比运转或以稀燃模式运转的稀燃内燃发动机的情况下，可按照发动机以稀燃模式运转的运转区域中的气流的方向A或方向G来确定气流导向部件24或30的位置和火花塞22或28的安装角度。除如上所述的措施以外，可根据需要设置分别与方向A和方向G对应的一对气流导向部件，除非它们对气缸内的气流有不利影响。

[0047] 在如上所述的第一实施方式中，在一个脊部12a上并排配置有两个进气门18，而在另一个脊部12b上并排配置有两个排气门20。然而，配置在应用本发明的内燃发动机的一对脊部上的进气门和排气门的数量不限于如上所述的数量。亦即，如果发动机的布局容许将火花塞安装在一对脊部彼此交叉的燃烧室顶部处，并且能生成沿上述方向A或方向G的气流，则进气门和排气门的数量可以是任何数量，这些气门配置在相应脊部上即可。

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