[发明专利]火花点火式汽油发动机

说明书

本申请是下述专利申请的分案申请：

申请号：200710093616.8

申请日：2007年3月29日

发明名称：火花点火式汽油发动机

技术领域

本发明涉及火花点火式汽油发动机。

背景技术

例如在John B.Heywood著的“Internal Combustion Engine Fundamentals”(文献D1)中揭示的那样，火花点火式汽油发动机理论上是按照四冲程循环(Otto Cycle)工作的，其理论热效率为η_th时，则

η_th＝1-(1/ε^κ-1)           (1)

(其中，ε为压缩比，κ为比热比)

从式(1)可见，火花点火式汽油发动机的理论热效率(因此图示为有效热效率)在一定范围内随压缩比增大而增高。有关这方面，文献D1介绍了以下的研究：针对在节气门全开(所谓的WOT：Wide-Open Throttle)、使火花点火式汽油发动机以2000rpm的转速运行时的各种压缩比(8≤ε≤20)对理论热效率的影响进行了调查。根据其记载，理论热效率及平均有效压力(MEP：Mean Effective Pressure)在压缩比到达17附近之前呈正比地上升，此后横向盘整。

以以上的研究成果为基础，至今在尝试高压缩比发动机的实用化。

但是，高压缩比的火花点火式发动机中，无法避免包括节气门全开区域在内的高负荷运行区域的爆燃引起的输出功率的下降。

针对这一问题，作为一般的爆燃对策，周知有延迟点火时间的点火延迟。但是，一般认为在包括节气门全开区域在内的高负荷运行区域中，利用点火延迟来避免爆燃会引起较大的输出功率的下降，大大地有损于商品特性。

图1是表示高负荷运行时的点火延迟的一个例子的曲线图。

例如，如图1所示，在通常的发动机中普遍采用的压缩比(ε＝11)时，将点火时间设定在压缩上止点前4°时没有发生爆燃，但在高压缩比(ε＝13)时，即使将点火时间设定在压缩上止点前4°时也会发生爆燃。因此，一般认为为了采用高压缩比，需要大幅度的点火时间的延迟。为此，当将压缩比提高到13左右时，为了防止爆燃而采用的点火时间的延迟所引起的输出功率下降大于压缩比提高所带来的输出功率的上升量，从而得出整体输出功率大幅下降的结论，以往，考虑到点火时间延迟引起的输出功率下降，对于包括节气门全开区域在内的高负荷运行区域，将压缩比12设定为高压缩比的极限，不使用更大的高压缩比。

为此，针对包括节气门全开区域在内的高负荷运行区域，已知有利用所谓的阿特金桑循环(Atkinson Cycle)或米勒循环(Miller Cycle)来降低有效压缩比的方法。但是，若高负荷运行时改变进气气门的关闭时间来降低有效压缩比，则在进气行程中，进气受损而压力降低，充气效率减小导致输出功率下降。

为此，已知有在包括节气门全开区域在内的高负荷运行区域中，减小发动机的几何压缩比的技术。例如，在日本专利特开2005-076579号(文献D2)、日本专利特开2005-146991号(文献D3)中揭示了以下技术：在发动机上设置可改变几何压缩比的可变压缩比机构，根据运行情况改变几何压缩比。

上述文献D2、D3揭示的技术中，都是在节气门全开区域中通过降低压缩比来避免爆燃的。因此，在火花点火式汽油发动机中的针对高压缩比的提案要么牺牲输出功率，要么增加成本，现实情况是被迫两者选一。

而且，如文献D2、D3揭示的那样，设置改变几何压缩比的机构会使发动机变得复杂、成本也提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种即使在低速区域的高负荷运行区域(尤其是节气门全开区域)也具有高输出功率性的火花点火式汽油发动机。

本案发明人经过潜心研究，结果发现在由爆燃极限决定的点火时间在压缩上止点以后那样的高压缩比(ε＝13以上)的发动机中，在压缩上止点以后，缸内的冷焰反应显著，通过该冷焰反应，压缩比提高量所带来的输出功率上升量远大于为防止爆燃而延迟点火时间所引起的输出功率的下降，从而完成了本发明。