內(nèi)燃發(fā)動機的活塞及設(shè)置有這種活塞的內(nèi)燃發(fā)動機的制作方法
【專利說明】內(nèi)燃發(fā)動機的活塞及設(shè)置有這種活塞的內(nèi)燃發(fā)動機
[0001]發(fā)明背景
1.發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動機的在燃燒室中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)流的活塞以及設(shè)置有該活塞的內(nèi)燃發(fā)動機。
[0003]2.相關(guān)技術(shù)描述
[0004]當(dāng)通過從進(jìn)氣口流入燃燒室中的進(jìn)氣在燃燒室中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)流時，在進(jìn)氣流中產(chǎn)生了湍流。結(jié)果，空氣燃料混合物的燃燒速度增大，因而使空氣燃料混合物穩(wěn)定地燃燒(例如，參見日本專利申請公報N0.2010-53710 (JP 2010-53710A))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]已知一種如下活塞，在該活塞中，在活塞的頂表面中形成有用于避免與進(jìn)氣門或排氣門接觸的凹部。在采用這種類型的活塞的內(nèi)燃發(fā)動機中，當(dāng)由于在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流而使空氣燃料混合物沿著活塞的頂表面流動時，空氣燃料混合物流入該凹部以及流出該凹部會導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)流的衰減。
[0006]因此，本發(fā)明提供了內(nèi)燃發(fā)動機的抑制在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流衰減的活塞以及設(shè)置有該活塞的內(nèi)燃發(fā)動機。
[0007]本發(fā)明的一個方面涉及內(nèi)燃發(fā)動機的活塞。該活塞包括用于進(jìn)氣門的進(jìn)氣側(cè)凹部以及用于排氣門的排氣側(cè)凹部，該進(jìn)氣側(cè)凹部形成在活塞頂表面中，該排氣側(cè)凹部形成在活塞頂表面中。當(dāng)進(jìn)氣側(cè)凹部和排氣側(cè)凹部排齊的方向為限定方向時，活塞在燃燒室中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)流，該翻轉(zhuǎn)流產(chǎn)生在活塞頂表面上方從限定方向一側(cè)朝向限定方向另一側(cè)流動的進(jìn)氣流。而且，在進(jìn)氣側(cè)凹部和排氣側(cè)凹部中至少一者的凹部的周緣處，活塞頂表面的位于凹部的限定方向一側(cè)的部分與凹部連接處所在的部分的沿著限定方向的截面的曲率半徑小于活塞頂表面的位于凹部的限定方向另一側(cè)的部分與凹部連接處所在的部分的沿著限定方向的截面的曲率半徑。
[0008]上述方面中的活塞可以應(yīng)用于在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)流的內(nèi)燃發(fā)動機。在這種情況下，已經(jīng)從限定方向一側(cè)流動至凹部附近的空氣燃料混合物將不容易流入凹部中，這是因為該凹部的周緣的一側(cè)部分(即，一側(cè)的部分)的曲率半徑小于另一側(cè)部分(即，另一側(cè)的部分)的曲率半徑。此外，當(dāng)空氣燃料混合物到達(dá)凹部的周緣的另一側(cè)部分而沒有流入該凹部中時，空氣燃料混合物的流動將能夠由另一側(cè)部分平順地調(diào)節(jié)成沿著活塞頂表面的形狀的流動，這是因為所述另一側(cè)部分的曲率半徑大于所述一側(cè)部分的曲率半徑。也就是說，空氣燃料混合物在限定方向上沿著活塞頂表面從一方向朝向另一方向流動的同時被抑制流入該凹部中，因而能夠抑制在燃燒室中產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流的衰減。
[0009]可以對沿限定方向排齊的進(jìn)氣側(cè)凹部和排氣側(cè)凹部中的僅一者采用具有如下結(jié)構(gòu)的凹部:在該結(jié)構(gòu)中，周緣的一側(cè)部分的曲率半徑小于另一側(cè)部分的曲率半徑，然而為了提高翻轉(zhuǎn)流的衰減抑制效果，可以對進(jìn)氣側(cè)凹部和排氣側(cè)凹部兩者采用具有上述結(jié)構(gòu)的凹部。
[0010]此外，進(jìn)氣側(cè)凹部和排氣側(cè)凹部中一者的凹部的周緣的一側(cè)部分的曲率半徑可以小于進(jìn)氣側(cè)凹部和排氣側(cè)凹部中另一者的凹部的周緣的另一側(cè)部分的曲率半徑。結(jié)果，當(dāng)空氣燃料混合物沿限定方向在所述一者的凹部上方通過時，空氣燃料混合物將不容易流入所述一者的凹部中。由此，能夠抑制在燃燒室中產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流的衰減。
[0011]此外，進(jìn)氣側(cè)凹部和排氣側(cè)凹部中一者的凹部的周緣的另一側(cè)部分的曲率半徑可以大于所述另一者的凹部的周緣的一側(cè)部分的曲率半徑。結(jié)果，當(dāng)空氣燃料混合物沿限定方向在另一者的凹部上方通過時，空氣燃料混合物將不容易流入所述另一者的凹部中。因此，能夠抑制在燃燒室中產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流的衰減。
[0012]此外，預(yù)先假定如下內(nèi)燃發(fā)動機:當(dāng)用于進(jìn)氣門的形成在活塞頂表面中的進(jìn)氣側(cè)凹部和用于排氣門的形成在活塞頂表面中的排氣側(cè)凹部排齊的方向為限定方向時，該內(nèi)燃發(fā)動機在燃燒室中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)流，該翻轉(zhuǎn)流產(chǎn)生在活塞頂表面上方從限定方向一側(cè)朝向限定方向另一側(cè)流動的進(jìn)氣流。設(shè)置在這種內(nèi)燃發(fā)動機中的活塞可以是上述方面的活塞。以此結(jié)構(gòu)，能夠獲得與通過上述內(nèi)燃發(fā)動機的活塞所獲得的作用效果相似的作用效果。
【附圖說明】
[0013]下面將參照附圖對本發(fā)明的示例性實施方式的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義進(jìn)行描述，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且其中:
[0014]圖1為示意性地示出本發(fā)明的一個示例實施方式的截面圖；
[0015]圖2為示意性地示出活塞的頂表面的平面圖；
[0016]圖3A為沿著圖2中的線3-3截取的箭頭截面圖；
[0017]圖3B為圖3A中的一部分的放大圖；
[0018]圖3C為圖3A中另一部分的放大圖；
[0019]圖3D為圖3A中又一部分的放大圖；
[0020]圖3E為圖3A中再一部分的放大圖；
[0021]圖4A為根據(jù)比較示例的活塞的一部分的截面圖；
[0022]圖4B為圖4A中一部分的放大圖；
[0023]圖4C為圖4A中另一部分的放大圖；
[0024]圖4D為圖4A中又一部分的放大圖；
[0025]圖4E為圖4A中再一部分的放大圖；
[0026]圖5為示出了曲軸轉(zhuǎn)角與翻轉(zhuǎn)比之間的關(guān)系的曲線圖；以及
[0027]圖6為示出了曲軸轉(zhuǎn)角與空氣燃料混合物的流動中的擾動之間的關(guān)系的曲線圖。
【具體實施方式】
[0028]在下文中，將參照圖1至圖6描述在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)流的內(nèi)燃發(fā)動機的一個示例實施方式。如圖1中所示，氣缸蓋13組裝至內(nèi)燃發(fā)動機11的氣缸體12，并且在該氣缸體12的氣缸14內(nèi)設(shè)置有以往復(fù)的方式朝向氣缸蓋13以及遠(yuǎn)離氣缸蓋13移動的活塞15。此夕卜，在氣缸蓋13與位于氣缸14內(nèi)的活塞15之間形成有燃燒室16。
[0029]在本示例實施方式中，活塞15在氣缸14內(nèi)以往復(fù)的方式移動的方向?qū)⒈环Q為“驅(qū)動方向”。此外，使燃燒室16的體積變得更小的方向上的一側(cè)——即，圖1中的上側(cè)——將被稱為“驅(qū)動方向一側(cè)”，而使燃燒室16的體積變得更大的方向上的一側(cè)——即，圖1中的下側(cè)將被稱為“驅(qū)動方向另一側(cè)”。
[0030]火花塞17在面向氣缸14中央的位置附接至氣缸蓋13。此外，在圖1中火花塞17的左側(cè)設(shè)置有多個進(jìn)氣口 18 (在本示例實施方式中是兩個)，并且，在圖1中火花塞17的右側(cè)設(shè)置有與所存在的進(jìn)氣口 18(即，在本示例實施方式中是兩個)的數(shù)目相同的排氣口
19。在下文中，只要有可能，進(jìn)氣口 18和排氣口 19以及設(shè)置為多個的其他部分將以單數(shù)提及以簡化描述。
[0031]進(jìn)氣口 18設(shè)置成在與繪制圖1的紙面正交的方向上排齊。當(dāng)進(jìn)氣門20打開時，包含至少進(jìn)氣的氣體經(jīng)由進(jìn)氣口 18被吸入燃燒室16中。在本示例實施方式中，進(jìn)氣口 18形成為使得經(jīng)由進(jìn)氣口 18被吸入燃燒室16中的大部分氣體朝向距位于氣缸14的內(nèi)周面上的進(jìn)氣口 18最遠(yuǎn)的排氣側(cè)區(qū)域流動。結(jié)果，在進(jìn)氣行程期間，通過經(jīng)由進(jìn)氣口 18流入燃燒室16中的氣體產(chǎn)生了翻轉(zhuǎn)流T。
[0032]在本示例實施方式中的翻轉(zhuǎn)流T是氣體的旋轉(zhuǎn)流，該氣體的旋轉(zhuǎn)流包含從進(jìn)氣口18直接朝向火花塞17附近的區(qū)域的氣體流，并且翻轉(zhuǎn)流T指示氣體沿圖1中的順時針方向流動的旋轉(zhuǎn)流。在本示例實施方式中，設(shè)置有兩個進(jìn)氣口 18，所以，在與繪制圖1的紙面正交的方向上產(chǎn)生了兩個翻轉(zhuǎn)流T。
[0033]與進(jìn)氣口 18相似，排氣口 19也設(shè)置成在與繪制圖1的紙面正交的方向上排齊。當(dāng)排氣門21在排氣行程期間打開時，排氣經(jīng)由排氣口 19從燃燒室16排放。
[0034]在本示例實施方式中，為每個氣缸14設(shè)置兩種類型的噴射閥22和23。噴射閥22和噴射閥23中的一個噴射閥是用于將燃料噴射至進(jìn)氣口 18中的通道噴射閥22。另一個噴射閥是用于將燃料噴射至氣缸14中的缸內(nèi)噴射閥23。包含從這些噴射閥22與噴射閥23中的至少一個噴射閥噴射出的燃料的空氣燃料混合物由火花塞17燃燒，并且由這種燃燒產(chǎn)生的力致使活塞15以往復(fù)的方式移動。
[0035]接下來，將參照圖2至圖4描述活塞頂表面151的形狀。圖4示出了根據(jù)比較示例的活塞15A的一部分的截面形狀。如圖2中所示，在活塞頂表面151中形成有用于避免與進(jìn)氣門20接觸的進(jìn)氣側(cè)凹部31和32以及用于避免與排氣門21接觸的排氣側(cè)凹部33和34。在本示例實施方式中，排氣側(cè)凹部33和34中的定位在圖2的上側(cè)的排氣側(cè)凹部33與進(jìn)氣側(cè)凹部31和32中的定位在圖2的上側(cè)的進(jìn)氣側(cè)凹部31排齊的方向、以及定位在圖2中的下側(cè)的排氣側(cè)凹部34與定位在圖2中的下側(cè)的進(jìn)氣側(cè)凹部32排齊的方向都將被稱為“限定方向”。
[0036]當(dāng)在燃燒室16中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)流T時，沿圖1中順時針方向流動的氣體在頂表面151上從排氣側(cè)朝向進(jìn)氣側(cè)流動。此時，氣體從排氣側(cè)(即，圖2中的右側(cè)；限定方向一側(cè))朝向進(jìn)氣側(cè)(即，圖2中的左側(cè)；限定方向另一側(cè))在排氣側(cè)凹部33和34上方通過。然后，已經(jīng)在排氣側(cè)凹部33和34上方通過的氣體從排氣側(cè)朝向進(jìn)氣側(cè)在進(jìn)氣側(cè)凹部31和32上方通過。
[0037]圖3A至圖3E是當(dāng)活塞15沿著限定方向剖切時一部分的截面圖。如圖3A和3B中所示，活塞頂表面151中的排氣側(cè)凹部33和34的排氣側(cè)(S卩，圖3A中的左側(cè)；限定方向一側(cè))的部分152呈傾斜狀，該傾斜狀以朝向驅(qū)動方向一側(cè)且更靠近排氣側(cè)凹部33和34的方式進(jìn)一步地延伸。此外，用作排氣側(cè)凹部33和34的周緣35的限定方向一側(cè)的部分(在下文中，簡稱為“一側(cè)部分”)的排氣側(cè)部分351的曲率半徑是第一曲率半徑R1。此外，如圖3C所示，用作排氣側(cè)凹部33和34的周緣35的限定方向另一側(cè)的部分(在下文中，簡稱為“另一側(cè)部分”)的進(jìn)氣側(cè)部分352的曲率半徑是第二曲率半徑R2，該第二曲率半徑R2大于排氣側(cè)部分351的曲率半徑(Rl)。
[0038]此外，如圖3A和3D中所示，活塞頂表面151的進(jìn)氣側(cè)凹部31和32的排氣側(cè)的部分153具有傾斜狀，該傾斜狀以朝向驅(qū)動方向一側(cè)且更靠近進(jìn)氣側(cè)凹部31和32的方式進(jìn)一步地延伸。此外，用作進(jìn)氣側(cè)凹部31和32的周緣36的限定方向一側(cè)的部分(在下文中，簡稱為“一側(cè)部分”)的排氣側(cè)部分361的曲率半徑是第三曲率半徑R3。此外，該第三曲率半徑小于第二曲率半徑R2。
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