专利名称：汽油直接喷射式发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机的结构。更特别地，本发明涉及一种汽油直接喷射式发动 机的结构，其具有改善了的操作性能。
背景技术：
通常而言，已经开发出了 GDI (汽油直接喷射)技术，以便改善内燃机的燃料效率 和性能。GDI式发动机技术是将燃料直接喷射到燃烧室内，而不是喷射到进气管内。由于可以通过使用⑶I式发动机将燃料直接喷射到燃烧室内，并且产生燃料-空 气混合物层，所以可以通过将空气和燃料集中到火花塞周围而产生浓缩的混合物。相应地， 与相关技术中将燃料喷射到进气口相比，发动机能够在相当低的空气/燃料比之下操作， 并且壁部湿润(wall wetting)降低，从而可以精确地控制燃料的量并改善燃料效率和性 能，因此近来越来越多地使用⑶I式发动机。已经提出了使空气与燃料很好地进行混合并最大化地将燃料-空气混合物集中 到火花塞周围的多种方法，以便在较低空气/燃料比之下平稳地操作发动机。在内燃机中，在垂直于活塞运动方向的轴线或者相对于活塞运动方向的轴线会产 生漩涡，其中前者被称为“滚流”(tumble)，后者被称为“涡流”(swirl)。由于空气和燃料的混合比和集中度(concentration)取决于滚流和涡流的流动 水平，所以设计时应当对滚流和涡流进行考虑，以便改善GDI式发动机的操作性能。滚流和涡流具体又取决于活塞顶部的形状，因此应当改进活塞顶部的设计，以便 改善GDI式发动机的操作性能。公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理 解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有 技术。
发明内容
本发明的多个方面致力于提供一种汽油直接喷射式发动机的结构，其优点是改善 了 GDI式发动机的操作性能。在本发明的一个方面，所述汽油直接喷射式发动机具有将燃料直接喷射到燃烧室 内的喷射器、火花塞、进气阀以及排气阀，并且通过活塞在汽缸中的往复运动而产生动力， 所述汽油直接喷射式发动机可以包括凹部，所述凹部在活塞头上形成，并且将从所述喷射 器喷射的一些燃料流返回到所述进气阀；以及沟槽，所述沟槽在所述凹部周围形成。所述凹部可以形成为圆形形状或者椭圆形形状，并且从所述火花塞以预定距离竖直向下偏移到所述进气阀。所述沟槽可以是沿着所述活塞头的外圆周在所述凹部周围形成的凹槽，其中所述 火花塞向着所述燃烧室的中心设置。所述汽油直接喷射式发动机可以进一步包括凸出部，所述凸出部在所述凹部和所 述沟槽之间形成，从所述凹部延伸到一侧并且向上凸出。在本发明的另一个方面，所述汽油直接喷射式发动机具有将燃料直接喷射到燃烧 室内的喷射器、火花塞、进气阀以及排气阀，并且通过活塞在汽缸中的往复运动而产生动 力，所述汽油直接喷射式发动机可以包括凹部，所述凹部在所述活塞的活塞头上形成，以便 将从所述喷射器喷射的一些燃料流返回到所述进气阀；以及沟槽，所述沟槽为沿着所述活 塞头的外圆周在所述凹部周围形成的凹槽。所述汽油直接喷射式发动机可以进一步包括凸出部，所述凸出部在所述凹部和所 述沟槽之间形成，从所述凹部延伸到一侧并且向上凸出。在本发明的再一方面，所述汽油直接喷射式发动机具有将燃料直接喷射到燃烧室 内的喷射器、火花塞、进气阀以及排气阀，并且通过活塞在汽缸中的往复运动而产生动力， 所述汽油直接喷射式发动机可以包括凹部，所述凹部在所述汽油直接喷射式发动机的进气 侧处的所述活塞的活塞头上形成；以及沟槽，所述沟槽在所述凹部和所述活塞头的外圆周 之间的所述凹部周围形成，其中所述凹部在接合部处流体连接到所述沟槽，以便将从所述 喷射器喷射的一些燃料流沿着所述沟槽返回到所述进气阀，所述接合部毗邻所述活塞的边 缘形成。所述沟槽和所凹部可以通过在两者之间形成的凸出部而隔开，并且其中所述凸出 部从所述凹部的上表面向上延伸，其中所述凸出部局部敞开以形成所述接合部，使得所述 沟槽和所述凹部通过所述接合部流体连接，并且其中所述接合部毗邻所述喷射器形成。所述凹部可以形成为圆形形状或椭圆形形状，并且所述凹部的中心从所述活塞的 中心以预定距离向着所述喷射器偏移，其中所述凸出部形成为圆形形状或椭圆形形状，并 且所述凸出部的中心从所述活塞的中心以预定距离向着所述喷射器偏移，其中所述凹部由 所述凸出部包围，并且其中所述活塞的中心、所述凸出部的中心以及所述凹部的中心向着 所述喷射器依次设置。所述沟槽的梯度可以从所述接合部增大，使得设置在距离所述接合部最远处的所 述沟槽的部分比所述接合部更高。所述火花塞可以基本设置在所述活塞的中心。如上所述，根据本发明的汽油直接喷射式发动机的结构，可以通过在所述活塞头 上形成所述凹部并且在所述凹部周围形成所述沟槽，从而在通常条件下使从所述喷射器喷 射的燃料在整个燃烧室中均勻地分布。进一步地，通过在所述活塞的外圆周周围形成剧烈涡流，从而防止气体混合物流 动离开所述火花塞，并且在所述火花塞周围总是保持预定量的浓缩的气体混合物，这样就 可以改善发动机的性能，所述气体混合物的流速在高速度高负荷操作下会增大。通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实 施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐 明。
图1为根据本发明的示例性实施方案的汽油直接喷射式发动机的透视图。图2为应用于根据本发明的示例性实施方案的汽油直接喷射式发动机的活塞头 的透视图。图3为图2的俯视图。图4为沿着图3中的线IV-IV所呈现的横截面图。图5为沿着图3中的线V-V所呈现的横截面图。应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征 的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和 外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部 分。
具体实施例方式现在将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案的实例被显示在 附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本 说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示 例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内 的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。图1为根据本发明的示例性实施方案的汽油直接喷射式发动机的透视图。图2为应用于根据本发明的示例性实施方案的汽油直接喷射式发动机的活塞头 的透视图。图3为图2的俯视图。图4为沿着图3中的线IV-IV所呈现的横截面图。图5为沿着图3中的线V-V所呈现的横截面图。如图1所述，根据本发明的示例性实施方案的汽油直接喷射式发动机包括燃烧 室、至少一对进气口 100、在进气口 100的下游设置于所述燃烧室的入口处的进气阀101、 活塞550、在活塞550的进气侧形成的凹部(cavity) 500、将燃料从汽缸一侧直接喷射到每 一个燃烧室内的喷射器300、火花塞400、执行燃烧控制的电控制单元(在下文中将其称为 E⑶)、至少一对排气口 200以及在排气口 200的上游设置于所述燃烧室的出口处的排气阀 201。在该配置中，进气和排气阀101和201以及进气和排气口 100和200在附图中分 别为两个，但是为便于描述，在本实施方案中只显示一个。另外，燃烧室意指凹部500和火花塞400之间的空间。喷射器300向着燃烧室的中心形成，并且凹陷在活塞550顶部上的凹部500相对 于喷射器300的喷射方向形成。进气口 100连接到进气管110，并且排气口 200连接到排气管210。
打开/关闭进气口 100的进气阀101和打开/关闭排气口 200的排气阀201设置 在发动机的气缸盖之上，且位于燃烧室的上侧。进气阀101和排气阀201例如通过具有可变阀定时函数(variablevalve timing function)的阀驱动机构而打开/关闭。同时，发动机具有与汽缸数目对应的火花塞400和喷射器300，并且至少一对火花 塞400和喷射器300可以分别设置到燃烧室。火花塞400安装到气缸盖，以定位于对应的燃烧室的上部的中部。进一步地，采用侧喷射型，且喷射器300安装到气缸盖，以定位在延伸到燃烧室的 进气管110的下游处。S卩，喷射器300将燃料从一侧直接喷射到对应的燃烧室。同时，凹部500在活塞头540上形成，即，在活塞550的顶部上形成，以便在火花塞 400周围产生需要的气体混合物层。凹部500具有大体上为椭圆形的形状，并且优选地，中心以预定距离从燃烧室中 心偏置到进气口 100。对于该配置，从进气口 100流向内部的气体混合物通过大体上毗邻所述进气口形 成的凹部500而返回。S卩，凹部500完全偏置到进气阀101，并且在燃料的流动方向逐渐向上弯曲，该燃 料是从喷射器300喷射且从进气侧流动到排气侧的，也即，凹部500在活塞550的纵向方向 的垂直方向逐渐向上弯曲。进一步地，确定凹部500的底部、侧部和后侧的倾斜度，使得至少一些从喷射器 300喷射的燃料返回到进气阀101。通过沿着凹部500的形状的流动可以执行分层燃烧操作(stratifiedcombustion operation)。进一步地，形成有延伸到凹部500的前部的凸出部510。凸出部510具有大体上为椭圆形或圆形的形状，并且优选地，中心以预定距离从 燃烧室中心向着喷射器300偏置。在活塞头MO的圆周和凸出部510的外圆周之间沿着凸出部510的外圆周形成沟 槽520，以使其毗邻活塞头MO的边缘。在本发明的示例性实施方案中，沟槽520和凹部500可以在毗邻活塞头MO的边 缘的接合部560处结合。沟槽520形成为大体上为圆形的形状，使得气体混合物的干流由凹部500引导，并 且燃烧室外部的气体混合物由沟槽520导出，相应地，在整个操作区域中，在火花塞400周 围能够恒定地产生较重的气体混合物(heavy gas mixture)。沟槽520中的气体混合物的 一部分可以经过接合部560流动到所述凹部内。在本发明的示例性实施方案中，沟槽520的斜面可以从接合部560增高，使得设置 在距离接合部560最远处的沟槽520的部分570比接合部560更高。在该配置中，气体混 合物可以沿着沟槽520流动，以便返回到进气阀101或者接合部560，并由此在凹部500中， 在火花塞400周围能够恒定地产生较重的气体混合物。因此，在压缩冲程喷射的燃料与空气混合，并且该混合物通过凹部500、凸出部510和沟槽520而集中到燃烧室中心，从而能够改善燃烧效率。按照具有根据本发明的示例性实施方案的上述配置的汽油直接喷射式发动机，燃 料在分层燃烧操作时从喷射器300直接喷射到燃烧室内。进一步地，其余的气体混合物经过在凹部500周围形成的沟槽520而沿两个方向 旋转，并且再次在凹部500中集中，从而重复上述流动。因此，即使凹部500较浅，气体混合物层也会在发动机中的火花塞400周围分层， 从而可以利用稀少的燃料实现稳定的分层燃烧。进一步地，由于从喷射器300喷射的一些燃料通过凹部500返回到进气阀101，所 以可以防止从喷射器300喷射的燃料到达汽缸的排气阀侧的壁部。进一步地，按照喷射器300，至少一些直接喷射到燃烧室的燃料通过在活塞550上 形成的所述凹部而返回到进气阀101，并且与经过进气阀101流动到内部的空气混合。因此，即使发动机在高负荷且高速旋转区域运行，也可以通过在进气冲程时将燃 料直接从喷射器300喷射到燃烧室内，从而在燃烧室中产生均勻的气体混合物层。进一步地，与相关技术相比，可以实现发动机的良好性能并减小所述凹部的厚度， 从而可以防止压缩比减小或者活塞重量增大。 为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内，，和“外，，被用于参
考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面 的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根 据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发 明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各 种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及 其等价形式所限定。
权利要求
1.一种汽油直接喷射式发动机，具有将燃料直接喷射到燃烧室内的喷射器、火花塞、进 气阀以及排气阀，并且通过活塞在汽缸中的往复运动而产生动力，所述汽油直接喷射式发 动机包括凹部，所述凹部在活塞头上形成，并且将从所述喷射器喷射的一些燃料流返回到所述 进气阀；以及沟槽，所述沟槽在所述凹部周围形成，并且将所述凹部外部的燃料引导到所述凹部或 者所述进气阀。
2.根据权利要求1所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述凹部形成为圆形形状或者 椭圆形形状，并且从所述火花塞以预定距离竖直向下偏移到所述进气阀。
3.根据权利要求1所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述沟槽是沿着所述活塞头的 外圆周在所述凹部周围形成的凹槽。
4.根据权利要求3所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述火花塞向着所述燃烧室的 中心设置。
5.根据权利要求1所述的汽油直接喷射式发动机，进一步包括凸出部，所述凸出部在 所述凹部和所述沟槽之间形成，从所述凹部延伸到一侧并且向上凸出。
6.一种汽油直接喷射式发动机，具有将燃料直接喷射到燃烧室内的喷射器、火花塞、进 气阀以及排气阀，并且通过活塞在汽缸中的往复运动而产生动力，所述汽油直接喷射式发 动机包括凹部，所述凹部在所述活塞的活塞头上形成，以便将从所述喷射器喷射的一些燃料流 返回到所述进气阀；以及沟槽，所述沟槽为沿着所述活塞头的外圆周在所述凹部周围形成的凹槽。
7.根据权利要求6所述的汽油直接喷射式发动机，进一步包括凸出部，所述凸出部在 所述凹部和所述沟槽之间形成，从所述凹部延伸到一侧并且向上凸出。
8.一种汽油直接喷射式发动机，具有将燃料直接喷射到燃烧室内的喷射器、火花塞、进 气阀以及排气阀，并且通过活塞在汽缸中的往复运动而产生动力，所述汽油直接喷射式发 动机包括凹部，所述凹部在所述汽油直接喷射式发动机的进气侧处的所述活塞的活塞头上形 成；以及沟槽，所述沟槽在所述凹部和所述活塞头的外圆周之间的所述凹部周围形成，其中所述凹部在接合部处流体连接到所述沟槽，以便将从所述喷射器喷射的一些燃料 流沿着所述沟槽返回到所述进气阀，所述接合部毗邻所述活塞的边缘形成。
9.根据权利要求8所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述沟槽和所述凹部通过在两 者之间形成的凸出部而隔开，并且其中所述凸出部从所述凹部的上表面向上延伸。
10.根据权利要求9所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述凸出部局部敞开以形成 所述接合部，使得所述沟槽和所述凹部通过所述接合部流体连接。
11.根据权利要求10所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述接合部毗邻所述喷射器 形成。
12.根据权利要求8所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述凹部形成为圆形形状或 椭圆形形状，并且所述凹部的中心从所述活塞的中心以预定距离向着所述喷射器偏移。
13.根据权利要求12所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述凸出部形成为圆形形状或椭圆形形状，并且所述凸出部的中心从所述活塞的 中心以预定距离向着所述喷射器偏移， 其中所述凹部被所述凸出部围绕，并且其中所述活塞的中心、所述凸出部的中心以及所述凹部的中心向着所述喷射器依次设置。
14.根据权利要求8所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述沟槽的倾斜度从所述接 合部增大，使得设置在距离所述接合部最远处的所述沟槽的部分比所述接合部更高。
15.根据权利要求8所述的汽油直接喷射式发动机，其中所述火花塞大体上设置在所 述活塞的中心。
全文摘要
本发明涉及一种汽油直接喷射式发动机，所述汽油直接喷射式发动机具有将燃料直接喷射到燃烧室内的喷射器、火花塞、进气阀以及排气阀，并且通过活塞在汽缸中的往复运动而产生动力，所述汽油直接喷射式发动机可以包括凹部，所述凹部在活塞头上形成，并且将从所述喷射器喷射的一些燃料流返回到所述进气阀；以及沟槽，所述沟槽在所述凹部周围形成。
文档编号F02F3/00GK102080604SQ201010262360
公开日2011年6月1日 申请日期2010年8月25日 优先权日2009年11月26日
发明者具泳三, 沈贤洙, 金泰善 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社