專利名稱：多氣缸火花點(diǎn)火引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在例如汽車上的多氣缸火花點(diǎn)火引擎。
背景技術(shù)：
已知現(xiàn)有的火花點(diǎn)火引擎通過(guò)利用排氣壓力脈沖來(lái)提高扭矩。為了改善掃氣作用的效果，在這種引擎中，設(shè)定有進(jìn)氣門和排氣門被保持在打開(kāi)狀態(tài)的氣門重疊期間，并且，在要求高扭矩的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中，來(lái)自排氣壓力脈沖的負(fù)壓力波被設(shè)為在上述氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)排氣口。例如，專利文獻(xiàn)I描述了使氣門重疊期間的相位可改變，并且調(diào)節(jié)負(fù)壓力波的時(shí)刻使其在氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)排氣口的方案。另外，專利文獻(xiàn)2描述了設(shè)置有可改變排氣門的氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)的氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)改變單元，并且根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速來(lái)控制氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)改變單元，以便來(lái)自排氣壓力脈沖的負(fù)壓力波在氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)排氣口，從而改善引擎在寬轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的掃氣作用的效果和提
高扭矩。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本專利公報(bào)第3678861號(hào)專利文獻(xiàn)2 :日本專利公開(kāi)公報(bào)第2010-84530號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題較高的壓縮比有助于提高引擎的熱效率以提高燃料效率。然而，使用汽油或者包含汽油的燃料的火花點(diǎn)火引擎在例如幾何壓縮比高于12的高壓縮比的情況下進(jìn)行操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題。 在高壓縮比引擎中，弓丨擎的較高的熱效率能夠提高燃料效率并且能夠提高扭矩。然而，在引擎的高負(fù)載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)較容易出現(xiàn)爆震(knocking)。為了減少爆震，可以減少有效壓縮比或者大幅地延遲點(diǎn)火時(shí)刻。但如果僅使用這些方法就不能保證充分的高扭矩。也就是說(shuō)，由于克服爆震的措施而不能獲得充分的高扭矩。專利文獻(xiàn)1、2既沒(méi)有關(guān)注于防止在這種高壓縮比引擎中的爆震也沒(méi)有關(guān)注于與此相關(guān)的問(wèn)題。對(duì)于如上所述的情況，本發(fā)明的目的在于提供一種多氣缸火花點(diǎn)火引擎，能夠以有效方式減少在高壓縮比引擎的高負(fù)載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)的爆震，并且能夠通過(guò)保持高壓縮比來(lái)獲得高扭矩。解決問(wèn)題的方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種火花點(diǎn)火引擎，其具有四個(gè)以上的氣缸，至少包含汽油的燃料被注入該氣缸中。所述引擎具有高于12的幾何壓縮比，并且包括排氣歧管，連接到各氣缸的排氣口 ；可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)，用于改變排氣門的氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)；點(diǎn)火時(shí)刻控制器，用于控制設(shè)置在各氣缸中的火花塞的點(diǎn)火時(shí)刻；和有效壓縮比調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)有效壓縮比。所述排氣歧管具有多個(gè)分支排氣通道，連接到所述各氣缸的所述排氣口 ；多個(gè)第一收集器部分，分別集合排氣順序不相鄰的所述氣缸的分支排氣通道；多個(gè)中間排氣通道，分別被連接到所述第一收集器部分的下游；和第二收集器部分，集合所述中間排氣通道。在所述引擎的高負(fù)載區(qū)域中的至少低速和中速區(qū)間內(nèi)，有效壓縮比通過(guò)所述有效壓縮比調(diào)節(jié)器被調(diào)節(jié)成大于10的值；所述點(diǎn)火時(shí)刻通過(guò)所述點(diǎn)火時(shí)刻控制器從MBT被延遲規(guī)定量。而且，所述可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)根據(jù)所述引擎轉(zhuǎn)速改變所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)，以便在所述進(jìn)氣門和所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)和氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)被定義為氣門升程O. 3mm的情況下，保證所述進(jìn)氣門和所述排氣門有規(guī)定的氣門重疊期間，且便在多個(gè)引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，來(lái)自所述排氣壓力脈沖的負(fù)壓力波在所述氣缸的所述氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)所述氣缸的排氣口。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，通過(guò)有效地利用排氣壓力脈沖從而改善在高壓縮比引擎的高負(fù)載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)的掃氣作用(scavenging action)的效果，增加進(jìn)氣容積效率，減少點(diǎn)火時(shí)刻的延遲量，并且保持高有效壓縮比。這樣使得有可能顯著地增加扭矩。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的多氣缸火花點(diǎn)火引擎中的引擎體和排氣歧管的示意性平面圖。圖2是表示引擎體的示意性截面圖。圖3是引擎的排氣系統(tǒng)的示意性平面圖。圖4是表示排氣門和進(jìn)氣門的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)點(diǎn)以及重疊期間的圖表。圖5是說(shuō)明排氣門和進(jìn)氣門的氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)和氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)的定義的視圖。圖6是用于描述氣缸之間的排氣干涉(exhaust interfence)的視圖,其中，(A)表示現(xiàn)有的排氣歧管的情況，(B)表示本發(fā)明的實(shí)施方式的引擎排氣歧管的情況。圖7是用于描述壓力波如何在氣缸和排氣歧管的第二收集器部分之間往返的視圖。圖8是說(shuō)明氣缸的排氣口處產(chǎn)生的壓力變化的圖表。圖9是表示現(xiàn)有排氣歧管的情況下和本發(fā)明的實(shí)施方式的引擎排氣歧管的情況下的進(jìn)氣容積效率在引擎轉(zhuǎn)速的各區(qū)間內(nèi)的變化的數(shù)據(jù)。圖10是表示根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速改變排氣門和進(jìn)氣門的開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)和關(guān)閉時(shí)點(diǎn)的特征曲線。圖11是表示往返氣缸和前消音器之間的壓力波在排氣口的壓力變化視圖。圖12是表示往返氣缸和主消音器之間的壓力波在排氣口的壓力變化視圖。圖13是表示例如在1500rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖14是表示例如在2000rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖15是表示例如在2500rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖16是表示例如在3000rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖17是表示例如在5000rpm的引擎轉(zhuǎn)速下因排氣壓力脈沖而排氣口的壓力變化的視圖。圖18是表示對(duì)應(yīng)于本發(fā)明實(shí)例的幾何壓縮比CR為14的引擎和對(duì)應(yīng)于對(duì)比例的幾何壓縮比CR為11的引擎的引擎轉(zhuǎn)速和點(diǎn)火時(shí)刻之間的關(guān)系的特征曲線。圖19是通過(guò)改善掃氣作用以增加容積效率和通過(guò)改善爆震減少以減少點(diǎn)火時(shí)刻的延遲量，來(lái)說(shuō)明提高幾何壓縮比為14的引擎和幾何壓縮比為11的引擎的扭矩改善的效果的視圖。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖描述本發(fā)明的多氣缸火花點(diǎn)火引擎中的排氣組件的實(shí)施方式。圖1示意性地表示多氣缸火花點(diǎn)火引擎中的引擎體I和排氣歧管30。圖2示意性地表示引擎體I的橫面。本發(fā)明的引擎是具有四個(gè)以上氣缸的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，汽油或者包含汽油的燃料被噴入氣缸中。在本實(shí)施方式中，該引擎為串聯(lián)的四氣缸火花點(diǎn)火引擎。更具體地說(shuō)，如圖1所示，引擎體I具有四個(gè)氣缸2 :從一側(cè)依次為第一氣缸2a、第二氣缸2b、第三氣缸2c和第四氣缸2d。該引擎是四沖程引擎，在該引擎中，在各氣缸2中進(jìn)行進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。本實(shí)施方式中描述的四氣缸引擎，依次在第一氣缸2a、第三氣缸2c、第四氣缸2d和第二氣缸2b中每隔180度的曲軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行火花點(diǎn)火，從而依次出現(xiàn)例如排氣沖程的沖程。另外，該引擎的高壓縮比，即幾何壓縮比高于12。幾何壓縮比被定義為在活塞處于下死點(diǎn)的情況下的燃燒室容積與在活塞處于上死點(diǎn)的情況下的燃燒室容積的比。如圖2所示，引擎體I包括各氣缸2中設(shè)置的氣缸蓋3和氣缸體4。氣缸2收容活塞5,并且燃燒室6形成在活塞5上方。與燃燒室6連通的進(jìn)氣口 7和排氣口 8設(shè)置在各氣缸2上方。進(jìn)氣口 7是用于將空氣引入各氣缸2的路徑。排氣口8允許排出氣體從各氣缸2排出。進(jìn)氣口7的開(kāi)啟和關(guān)閉由進(jìn)氣門9控制。排氣口 8的開(kāi)啟和關(guān)閉由排氣門10控制。此外，用于將燃料噴入燃燒室6的燃料噴射氣門11和點(diǎn)燃燃燒室6內(nèi)的空氣燃料混合物的火花塞12布置于各氣缸2。當(dāng)如圖2所示的燃料噴射氣門11將燃料直接噴入燃燒室6時(shí)，其可以將燃料噴入進(jìn)氣口 7。進(jìn)氣門9由進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13驅(qū)動(dòng)。排氣門10由排氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)16驅(qū)動(dòng)。進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13具有進(jìn)氣凸輪軸14和可變進(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)15。進(jìn)氣門9通過(guò)進(jìn)氣凸輪軸14的旋轉(zhuǎn)而開(kāi)啟和關(guān)閉，進(jìn)氣凸輪被安裝在進(jìn)氣凸輪軸14上?？勺冞M(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)15允許改變進(jìn)氣門9的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)刻。該可變進(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)15能夠通過(guò)改變進(jìn)氣門9的關(guān)閉時(shí)刻來(lái)調(diào)節(jié)有效壓縮比，并且構(gòu)成有效壓縮比調(diào)節(jié)器。應(yīng)該注意有效壓縮比被定義為在進(jìn)氣門被關(guān)閉的情況下的燃燒室容積與在活塞處于上死點(diǎn)的情況下的燃燒室容積的比。進(jìn)一步，排氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)16具有排氣凸輪軸17和可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)18。排氣門10通過(guò)排氣凸輪軸17的旋轉(zhuǎn)而開(kāi)啟和關(guān)閉，排氣凸輪被安裝在該排氣凸輪軸17上。可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)18允許改變排氣門10的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)刻。本實(shí)施方式中的可變進(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)15和可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)18都由定相的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)(phasing variable valve timing mechanism)組成。定相的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)不改變氣門開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間而改變其開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)刻?？勺儦忾T正時(shí)機(jī)構(gòu)的各結(jié)構(gòu)是已知的，因此沒(méi)有特別地說(shuō)明和描述它們。例如，用于移動(dòng)相位角的構(gòu)件設(shè)置在凸輪滑輪和凸輪軸之間，以允許互相旋轉(zhuǎn)，曲柄軸的旋轉(zhuǎn)通過(guò)定時(shí)帶被轉(zhuǎn)移到凸輪軸。該構(gòu)件由電力或者液壓驅(qū)動(dòng)?？勺冞M(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)15和可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)18由用于引擎控制的微機(jī)控制器20控制。該控制器20還通過(guò)點(diǎn)火電路21控制火花塞12發(fā)出火花的時(shí)間?？刂破?0和點(diǎn)火電路21構(gòu)成點(diǎn)火時(shí)刻控制器。控制器20供應(yīng)來(lái)自轉(zhuǎn)速傳感器22的信號(hào)，該轉(zhuǎn)速傳感器22檢測(cè)引擎的轉(zhuǎn)速。其還供應(yīng)有來(lái)自例如未顯示的節(jié)流傳感器的傳感器的信號(hào)，該傳感器檢測(cè)引擎的負(fù)載。排氣歧管30被連接到引擎體I的一側(cè)。排氣歧管30包括四個(gè)分支排氣通道31，該四個(gè)分支排氣通道31被連接到各氣缸2的排氣口 8 ;兩個(gè)第一收集器部分32，各第一收集器部分32集合排氣順序不相鄰的氣缸的分支排氣通道31 ;兩個(gè)中間排氣通道33，該兩個(gè)中間排氣通道33分別被連接到第一收集器部分32的下游；和單個(gè)第二收集器部分34，該第二收集器部分34集合中間排氣通道
33。如上所述，依次在第一氣缸2a、第三氣缸2c、第四氣缸2d和第二氣缸2b中出現(xiàn)排氣沖程的四氣缸引擎中，在被連接到各氣缸2的排氣口 8的四個(gè)分支排氣通道31中，與第一氣缸2a和第四氣缸2d的排氣口 8連通的分支排氣通道31彼此集合，與第二氣缸2b和第三氣缸2c的排氣口 8連通的分支排氣通道31彼此集合，從而形成兩個(gè)第一收集器部分32和在該處下游的兩個(gè)中間排氣通道33。在第二收集器部分34的下游側(cè)，兩個(gè)中間排氣通道33彼此集合。第二收集器部分34的下游部分用作單個(gè)排氣通道35。這些通道的橫截面積被設(shè)定成，一個(gè)分支排氣通道31的橫截面積S1、一個(gè)中間排氣通道33的橫截面積S2和位于第二收集器部分34的下游的排氣通道35的橫截面積S3滿足如下關(guān)系(S2/S1)〈(S3/S2)。換句話說(shuō)，中間排氣通道33的橫截面積S2從分支排氣通道31的橫截面積SI的徑向延伸相對(duì)較小，位于第二收集器部分34的下游的排氣通道35的橫截面積S3從中間排氣通道33的橫截面積S2的徑向延伸很大程度變大。圖3示意性地表示包括排氣歧管30和設(shè)置在其下游的組件的排氣系統(tǒng)。如該圖所示，位于排氣歧管30的第二收集器部分34的下游的排氣通道35被連接到緊密聯(lián)接的催化器36，該催化器36的下游經(jīng)由柔性連接部37依次被連接到催化器38。緊密聯(lián)接的催化器36和催化器38用于凈化廢氣，并且具有中空的圓柱形殼體和布置在貫穿該殼體的通道內(nèi)部的催化劑。另外，在排氣歧管30的下游設(shè)置有多個(gè)直徑擴(kuò)大空腔，直徑擴(kuò)大空腔在內(nèi)部分別具有排氣通道橫截面擴(kuò)大的空間。在本實(shí)施方式中，前消音器41構(gòu)成上游側(cè)直徑擴(kuò)大空腔，主消音器42構(gòu)成下游側(cè)直徑擴(kuò)大空腔。前消音器41被連接到催化器38的下游。主消音器42通過(guò)具有規(guī)定長(zhǎng)度的排氣管43被連接到前消音器41的下游。如稍后描述的，從各氣缸2延伸至排氣歧管30的第二收集器部分34的通道長(zhǎng)度LI和從各氣缸2至前消音器41的通道長(zhǎng)度L2之間的關(guān)系被設(shè)定成3*L1〈L2〈4*L1。通道長(zhǎng)度LI和從各氣缸2至主消音器42的通道長(zhǎng)度L3之間的關(guān)系被設(shè)定成5*L1〈L3〈7*L1。圖4表示排氣門10和進(jìn)氣門9的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)刻。在該圖中，EVO表示排氣門10的氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)，EVC表示排氣門10的氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)，IVO表示進(jìn)氣門9的氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)，IVC表示進(jìn)氣門9的氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)。另外，OL表示進(jìn)氣門9和排氣門10的氣門重疊期間。如該圖所示，排氣門10的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)刻和進(jìn)氣門9的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)刻分別可在實(shí)線表示的時(shí)刻和虛線表示的時(shí)刻之間進(jìn)行改變。在本實(shí)施方式中，控制器20根據(jù)例如引擎轉(zhuǎn)速和引擎負(fù)載的工作狀態(tài)控制可變進(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)15和可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)18，可變進(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)15和可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)18依次控制排氣門10的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)刻和進(jìn)氣門9的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)刻。尤其是，在引擎的高負(fù)載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)(在低/中速且高負(fù)載的狀態(tài)中)，進(jìn)氣門9的氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)IVC被控制成使得有效壓縮比變得大于10。此外，在引擎的這種低/中速和高負(fù)載狀態(tài)中，排氣門10的氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)EVO根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速而改變，使得保持一定持續(xù)時(shí)間的氣門重疊期間OL并且來(lái)自排氣壓力脈沖的負(fù)壓力波在處于不同引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間的氣缸2的氣門重疊期間OL中到達(dá)給定氣缸2的排氣口 8。進(jìn)氣門9和排氣門10的氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)IVO、EVO和氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)IVC、EVC被定義為氣門升程O. 3mm。O. 3mm的氣門升程對(duì)應(yīng)于圖5所示的氣門升程輪廓(profile)中的坡道的高度(在氣門升程的輪廓具有接近氣門開(kāi)啟/關(guān)閉點(diǎn)的平緩斜坡期間的間隔)。因此，進(jìn)氣門9和排氣門10的開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)以及氣門重疊期間OL在除坡道之外的持續(xù)時(shí)間內(nèi)。在引擎的低負(fù)載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)(在低/中速且低負(fù)載的狀態(tài)中)，控制器20控制進(jìn)氣門9的氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)IVC以相對(duì)于低/中速且高負(fù)載的狀態(tài)降低有效壓縮比。換句話說(shuō)，即使進(jìn)氣門9的氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)IVC在進(jìn)氣下死點(diǎn)之后，在低負(fù)荷狀態(tài)下通過(guò)從進(jìn)氣下死點(diǎn)延遲大于高負(fù)載狀態(tài)時(shí)的量，可降低有效壓縮比。如上所述，控制器20控制進(jìn)氣門9和排氣門10的打開(kāi)時(shí)點(diǎn)和關(guān)閉時(shí)點(diǎn)，并且控制火花塞12發(fā)出火花的時(shí)刻。在引擎的低/中速且高負(fù)載的狀態(tài)中，點(diǎn)火時(shí)刻從MBT (用于最佳扭矩的點(diǎn)火時(shí)刻)被延遲規(guī)定量。此處使用的規(guī)定量對(duì)應(yīng)于能夠減少爆震的被延遲的程度的量(S)。下面描述本實(shí)施方式的引擎的操作。在本實(shí)施方式的引擎中，排氣歧管30的優(yōu)勢(shì)在于具有以下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)防止氣缸之間的排氣干涉影響掃氣作用的效果，并且來(lái)自壓力脈沖的負(fù)壓力在氣門重疊期間OL內(nèi)到達(dá)排氣口 8而增加掃氣作用的效果。這些效果參考圖6至8進(jìn)行描述。圖6是用于描述氣缸之間的排氣干涉的視圖，其中，圖6 (A)表不現(xiàn)有的排氣歧管的情況，短分支排氣通道集合到一起形成單個(gè)的收集器部分(其結(jié)構(gòu)在左側(cè)示意性地表示)，圖6 (B)表示本實(shí)施方式的排氣歧管的情況(其結(jié)構(gòu)在左側(cè)示意性地表示)。這些圖還表不第一氣缸的排氣門和進(jìn)氣門的開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)和關(guān)閉時(shí)點(diǎn)、以及第三氣缸的排氣門的開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)和關(guān)閉時(shí)點(diǎn)。另外，虛線表示因開(kāi)啟第三氣缸的排氣門而在該第三氣缸的排氣口產(chǎn)生的壓力。
如這些圖所示，第三氣缸的排氣門剛開(kāi)啟后，快速排出的排出氣體(所謂的放氣(blow down))在排氣口產(chǎn)生高的正壓力。第一氣缸具有氣門重疊期間0L，該氣門重疊期間OL在第三氣缸的排氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)稍后開(kāi)始。在第三氣缸中產(chǎn)生的正壓力波被傳播至其他的氣缸。如圖6 (A)所示的現(xiàn)有的排氣歧管具有從第三氣缸至第一氣缸的短的壓力波傳播路徑。因此，在氣缸的氣門重疊期間OL中，尤其在大約2000rpm或者4000rpm的低/中速區(qū)間內(nèi)，正壓力波到達(dá)第一氣缸的排氣口，從而會(huì)影響掃氣作用。另一方面，在如圖6 (B)所示的本實(shí)施方式的排氣歧管30中，第三氣缸2c中產(chǎn)生的正壓力波通過(guò)從第三氣缸2c延伸至第二收集器部分34的分支排氣通道31和中間排氣通道33，并且通過(guò)從第二收集器部分34延伸至第一氣缸2a的中間排氣通道33和分支排氣通道31而傳播至第一氣缸2a。從上述可以明顯看出存在更長(zhǎng)的壓力波傳播路徑，該更長(zhǎng)的壓力波傳播路徑延遲用于第三氣缸中產(chǎn)生的正壓力波到達(dá)第一氣缸2a的排氣口 8的時(shí)亥丨J。在第一氣缸2a的氣門重疊期間OL中，甚至在大約2000rpm或者4000rpm的低/中速區(qū)間內(nèi)，正壓力波不到達(dá)氣缸2a的排氣口 8。這樣防止因排氣干涉而使掃氣作用的效果下降。其次，參考圖7、8描述作用在排氣口 8上的來(lái)自排氣壓力脈沖的壓力波。排氣門10剛開(kāi)啟后，基于各氣缸2的放氣會(huì)產(chǎn)生大的正壓力波，從而在排氣歧管30中產(chǎn)生排氣壓力脈沖。在這種情況下，在如圖1所示的排氣歧管30中，滿足上述的關(guān)系(S2/S1X (S3/S2)。因此，壓力波的大部分成分不被轉(zhuǎn)化而穿過(guò)集合了排氣順序不相鄰的氣缸的分支排氣通道31的第一收集器部分32。壓力波在第二收集器部分34中被轉(zhuǎn)化并且從此處被反射。因此，如圖7所示，壓力波往返氣缸2和第二收集器部分34之間，壓力在第二收集器部分34進(jìn)行正壓力和負(fù)壓力之間的轉(zhuǎn)化。因此，排氣口 8交替地接收負(fù)壓力波和正壓力波。因此，到達(dá)排氣口 8的壓力波是在第一(第一往返)、第三(第三往返)和第五(第五往返)傳播時(shí)為負(fù)壓力波；在第二(第二往返)、第四(第四往返)和第六(第六往返)傳播時(shí)為正壓力波。作用在排氣口 8上的壓力如圖8所示波動(dòng)，并且壓力波在負(fù)和正之間轉(zhuǎn)化而且往返中逐漸地減弱。在氣門重疊期間OL中到達(dá)排氣口 8的、來(lái)自這種排氣壓力脈沖的負(fù)壓力波允許從氣缸2吸收有益的廢氣從而改善掃氣作用的效果。應(yīng)該注意引擎轉(zhuǎn)速的變化會(huì)產(chǎn)生從排氣門剛開(kāi)啟后的正壓力波的出現(xiàn)到氣門重疊期間為止的持續(xù)時(shí)間的變化，從而產(chǎn)生負(fù)壓力波到達(dá)排氣口 8的時(shí)間相對(duì)于氣門重疊期間OL的變化。如果從氣缸2至第二收集器部分34的通道長(zhǎng)度LI被設(shè)定成，例如第一負(fù)壓力波在大約5000rpm的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的氣門重疊期間OL內(nèi)到達(dá)排氣口 8，則第三負(fù)壓力波在大約2500至3000rpm的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的氣門重疊期間OL中到達(dá)排氣口 8，并且第五負(fù)壓力波在大約1500至2000rpm的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的氣門重疊期間OL中到達(dá)排氣口 8。這樣甚至在引擎的低/中轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)也能夠通過(guò)負(fù)壓力波改善掃氣作用的效果。本實(shí)施方式的排氣歧管30允許用于這樣的設(shè)置。相對(duì)于此,如圖6 (A)不意性地表不的現(xiàn)有的排氣歧管具有在氣缸和收集器部分之間的短路徑，壓力波在該短路徑內(nèi)的往復(fù)時(shí)間較短。在引擎的低/中轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，壓力波在從排氣門剛開(kāi)啟后的正壓力波的出現(xiàn)到氣門重疊期間為止的時(shí)間內(nèi)更頻繁地往返。像這樣，由于壓力波嚴(yán)重減弱，從而無(wú)法利用負(fù)壓力波改善掃氣作用的效果。
圖9表示針對(duì)短分支排氣通道被集合到一起形成一個(gè)收集器部分的現(xiàn)有排氣歧管(其結(jié)構(gòu)示意性地表示在右下側(cè))、和本實(shí)施方式的排氣歧管(其結(jié)構(gòu)示意性地表示在右上側(cè))，使進(jìn)氣及排氣門的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)點(diǎn)設(shè)定成可保證一定的氣門重疊期間時(shí)的、進(jìn)氣容積效率在各引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的變化的數(shù)據(jù)。如該附圖所示，在上述的現(xiàn)有排氣歧管中，排氣干涉將會(huì)影響整個(gè)低至高速區(qū)間的掃氣作用的效果，如上所述。另外，負(fù)壓力波幾乎不會(huì)改善如上所述的掃氣作用的效果。因此，其將具有更小的容積效率。另一方面，本實(shí)施方式的排氣歧管30能夠通過(guò)在整個(gè)低至高速區(qū)間的排氣干涉來(lái)防止掃氣作用的效果下降，該排氣干涉會(huì)導(dǎo)致更高值的容積效率。此外，在例如大約2000rpm、大約3500rpm和大約5000rpm的規(guī)定的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，負(fù)壓力波在氣門重疊期間OL中作用在排氣口 8上，從而改善掃氣作用的效果。當(dāng)排氣門10的開(kāi)啟時(shí)期和氣門重疊期間OL都被固定時(shí)，負(fù)壓力波在氣門重疊期間OL中、只有在規(guī)定的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)到達(dá)排氣口 8。在除上述轉(zhuǎn)速區(qū)間之外的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，負(fù)壓力波到達(dá)排氣口 8的時(shí)間不會(huì)落在氣門重疊期間OL內(nèi)。另一方面，在本實(shí)施方式中，排氣門10的開(kāi)啟時(shí)期能夠根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速而被改變，在多個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，負(fù)壓力波在氣門重疊期間OL內(nèi)到達(dá)排氣口 8。如圖10和表I所示，排氣門10的開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)和關(guān)閉時(shí)點(diǎn)以及進(jìn)氣門9的開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)和關(guān)閉時(shí)點(diǎn)根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速而被改變。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種多氣缸火花點(diǎn)火引擎，具有四個(gè)以上的氣缸，至少包含汽油的燃料被注入該氣缸中，其特征在于， 所述多氣缸火花點(diǎn)火引擎具有高于12的幾何壓縮比， 所述多氣缸火花點(diǎn)火引擎包括: 排氣歧管，連接到各氣缸的排氣口 ； 可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)，用于改變排氣門的氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)； 點(diǎn)火時(shí)刻控制器，用于控制設(shè)置在各氣缸中的火花塞的點(diǎn)火時(shí)刻；和 有效壓縮比調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)有效壓縮比；其中， 所述排氣歧管具有:多個(gè)分支排氣通道，連接到所述各氣缸的所述排氣口 ；多個(gè)第一收集器部分，分別集合排氣順序不相鄰的所述氣缸的分支排氣通道；多個(gè)中間排氣通道，分別被連接到所述第一收集器部分的下游；和第二收集器部分，集合所述中間排氣通道； 在所述引擎的高負(fù)載區(qū)域中的至少低速和中速區(qū)間內(nèi)，有效壓縮比通過(guò)所述有效壓縮比調(diào)節(jié)器被調(diào)節(jié)成大于10的值；所述點(diǎn)火時(shí)刻通過(guò)所述點(diǎn)火時(shí)刻控制器從MBT被延遲規(guī)定量；所述可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)根據(jù)所述引擎轉(zhuǎn)速改變所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)，以便在所述進(jìn)氣門和所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)和氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)被定義為氣門升程0.3mm的情況下，保證所述進(jìn)氣門和所述排氣門有規(guī)定的氣門重疊期間，且便在多個(gè)引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，來(lái)自所述排氣壓力脈沖的負(fù)壓力波在所述氣缸的所述氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)所述氣缸的排氣口。
2.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 所述分支排氣通道的橫截面積S1、所述中間排氣通道的橫截面積S2和位于所述第二收集器部分下游的排氣通道的橫截面積S3之間的關(guān)系被設(shè)定成:(S2/S1) < (S3/S2)。
3.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 在所述排氣歧管的下游設(shè)置有直徑擴(kuò)大空腔，所述直徑擴(kuò)大空腔在內(nèi)部具有橫截面擴(kuò)大的空間，所述直徑擴(kuò)大空腔的位置被設(shè)定成:在引擎低速側(cè)的規(guī)定的第一引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，所述排氣門開(kāi)啟后立即產(chǎn)生的正壓力波在所述直徑擴(kuò)大空腔中被轉(zhuǎn)化成負(fù)壓力波，并且所述負(fù)壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)達(dá)到所述排氣口。
4.如權(quán)利要求3所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 在所述排氣歧管的下游設(shè)置有多個(gè)直徑擴(kuò)大空腔，所述直徑擴(kuò)大空腔具有上游側(cè)直徑擴(kuò)大空腔和位于所述上游側(cè)直徑擴(kuò)大空腔下游的下游側(cè)直徑擴(kuò)大空腔， 在所述第一引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，在所述下游側(cè)直徑擴(kuò)大空腔中被轉(zhuǎn)化的所述負(fù)壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)所述排氣口 ；在高出所述第一引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間規(guī)定量的第三引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，在所述上游側(cè)直徑擴(kuò)大空腔中被轉(zhuǎn)化的所述負(fù)壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)所述排氣口 ；在所述第一引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間和所述第三引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間之間的第二引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間以及高于所述第三引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間的第四引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，來(lái)自所述排氣歧管的所述壓力脈沖的所述負(fù)壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)所述排氣口。
5.如權(quán)利要求4所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 從各氣缸延伸到所述排氣歧管的所述第二收集器部分的通道長(zhǎng)度LI和從各氣缸到所述上游側(cè)直徑擴(kuò) 大空腔的通道長(zhǎng)度L2之間的關(guān)系被設(shè)定成:3*L1〈L2〈4*L1， 并且，所述通道長(zhǎng)度LI和從各氣缸到所述下游側(cè)直徑擴(kuò)大空腔的通道長(zhǎng)度L3之間的關(guān)系被設(shè)定成:5*L1〈L3〈7*L1。
6.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 所述有效壓縮比調(diào)節(jié)器由改變所述進(jìn)氣門的所述氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)的可變進(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)形成，所述可變進(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)被設(shè)定成:在所述引擎的低負(fù)載區(qū)域中的低速和中速區(qū)間內(nèi)，改變所述進(jìn)氣門的所述氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)，使得所述有效壓縮比小于所述高負(fù)荷區(qū)域中的有效壓縮比。
7.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)被設(shè)定成:當(dāng)所述引擎轉(zhuǎn)速為1500rpm時(shí)，來(lái)自所述排氣壓力脈沖的第五負(fù)壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)所述排氣口。
8.如權(quán)利要求7所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 當(dāng)在1500rpm到2000rpm的引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)時(shí)，所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)隨著所述引擎轉(zhuǎn)速增加而逐漸提前。
9.如權(quán)利要求8所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 所述引擎轉(zhuǎn)速為2500rpm時(shí)的所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)比所述引擎轉(zhuǎn)速為2000rpm時(shí)的所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)被延遲,并且當(dāng)在2500rpm到4000rpm的引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)時(shí)，所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)隨著所述弓I擎轉(zhuǎn)速增加而逐漸提前。
10.如權(quán)利要求9所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 在引擎轉(zhuǎn)速高于4000rpm的高速區(qū)間內(nèi)，所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)比在4000rpm時(shí)的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)被保持提前。
11.如權(quán)利要求1所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 所述有效壓縮比調(diào)節(jié)器由改變所述進(jìn)氣門的氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)的可變進(jìn)氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)形成， 所述進(jìn)氣門的所述氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)被保持于:當(dāng)在1500rpm到3000rpm的引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)時(shí)，所述引擎的所述有效壓縮比超過(guò)10的規(guī)定時(shí)點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求11所述的多氣缸火花點(diǎn)火引擎，其特征在于， 當(dāng)所述引擎轉(zhuǎn)速為3500rpm以上時(shí)，所述進(jìn)氣門的所述氣門關(guān)閉時(shí)點(diǎn)隨著所述引擎轉(zhuǎn)速增加而逐漸延遲。
全文摘要
一種多氣缸火花點(diǎn)火引擎，該引擎具有高于12的幾何壓縮比，并且包括排氣歧管、可變排氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火時(shí)刻控制器和有效壓縮比調(diào)節(jié)器。所述排氣歧管具有多個(gè)分支排氣通道，連接到所述各氣缸的所述排氣口；多個(gè)第一收集器部分，分別集合排氣順序不相鄰的所述氣缸的分支排氣通道；多個(gè)中間排氣通道，分別被連接到所述第一收集器部分的下游；和第二收集器部分，集合所述中間排氣通道。在所述引擎的高負(fù)載區(qū)域中的至少低速和中速區(qū)間內(nèi)，所述有效壓縮比被設(shè)定成大于10的值；所述點(diǎn)火時(shí)刻被延遲；所述排氣門的所述氣門開(kāi)啟時(shí)點(diǎn)根據(jù)所述引擎轉(zhuǎn)速改變，以便保證有規(guī)定的氣門重疊期間，且便在多個(gè)引擎轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，來(lái)自排氣壓力脈沖的負(fù)壓力波在所述氣門重疊期間內(nèi)到達(dá)排氣口。這樣，在通過(guò)保持高壓縮比來(lái)獲得高扭矩的情況下，有效地減少引擎在高負(fù)載區(qū)域中的中速和低速區(qū)間內(nèi)的爆震。
文檔編號(hào)F02D15/00GK103080506SQ20118004040
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月21日
發(fā)明者志志目宏二, 佐佐木潤(rùn)三, 大森秀樹(shù) 申請(qǐng)人:馬自達(dá)汽車株式會(huì)社