CN102472199A - 发动机的活塞 - Google Patents

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Abstract

活塞(1)用于在燃烧室(53)内产生旋转气流(T)的发动机(50)。该活塞(1)具有：头道环槽(3)；和上表面外周部的一部分(10)，该部分在发动机(50)中被配置于与相邻的气缸相对的位置处，并且，形成为鼓起的形状，以使得在燃烧室(53)内，在从压缩行程上止点后至少到超过表示燃烧室(53)的热的移动量的热流通量成为最大的位置的期间内，不使气缸(51a)的壁面露出到在上止点与头道环槽(3)相对的位置处。

Description

发动机的活塞
技术领域
本发明涉及发动机的活塞，特别涉及关于在燃烧室内产生旋转气流的多缸发动机的发动机的活塞。
背景技术
以往，已知有在燃烧室内产生滚动气流、湍流等旋转气流的发动机。在该发动机中，可通过产生强度高的旋转气流来增大混合气的紊乱，从而提高燃烧速度，且可通过进行高速燃烧来改善燃烧和燃料经济性。关于这点，在例如对比文献1中公开了可认为在与生成滚动气流的发动机相关的技术的方面与本发明有关联性的技术。此外，关于活塞，在例如专利文献2或3中公开了可认为与本发明具有关联性的结构的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2007-46457号公报；
专利文献2：特开平11-200946号公报；
专利文献3：实开平05-38342号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在多缸发动机中，在结构上，在气缸间形成的壁部的温度特别容易上升。具体地，如图8所示，(a)所示的气缸间形成的壁部的温度与在(b)所示的发动机进气侧形成的气缸壁部的温度相比在发动机的全部运转状态下均较高。此外，在发动机的运转状态从低旋转低负荷的运转区域向高旋转高负荷的运转区域变化的情况下，(a)所示的温度与(b)所示的温度相比较大幅度地增高。关于这点，可认为在气缸间形成的壁部的温度上升导致发动机润滑油的异常消耗，特别地，该问题有可能在高旋转高负荷运转时在进行高速燃烧的发动机中发生。而且，该温度上升特别是在为改善燃料经济性而进行高速燃烧的发动机中存在有可能妨碍燃料经济性提高的问题。
于是，本发明鉴于上述问题而研制，其目的是提供可适当地抑制在多缸发动机的气缸间形成的壁部的温度上升的发动机的活塞。
用于解决问题的手段
用于解决上述问题的本发明的发动机的活塞用于在燃烧室内产生旋转气流的多缸发动机，具有：头道环槽；和上表面外周部的一部分，该部分形在所述多缸发动机中被配置于与相邻的气缸相对的位置处，并且，形成为鼓起的形状，以使得在所述燃烧室内，在从压缩行程上止点后至少到超过所述燃烧室中的热的移动量成为最大的位置的期间内，不使缸孔壁面露出到在上止点与所述头道环槽相对的位置处。
此外，本发明优选的是，所述旋转气流是滚动气流，在形成所述部分时，使从压缩行程上止点后至少到超过所述燃烧室中的热的移动量成为最大(最高)的位置的期间成为从压缩行程上止点后到曲轴转角以压缩行程上止点为起点而超过被包含在从30°到50°的范围内的预定角度时的期间。
发明的效果
根据本发明，可适当地抑制在多缸发动机的气缸间形成的壁部的温度上升。
附图说明
图1是发动机的概要构成图。
图2是发动机的重要部分的水平剖视图。
图3是用立体图来具体表示发动机的活塞的图。
图4是发动机的活塞的图3中所示的A-A剖视图。
图5是对于发动机的活塞的说明图。
图6是表示燃烧室中的热的移动量的图。
图7是根据滚动气流比(タンブル比)来表示燃烧室中的热的移动量的图。
图8是表示与发动机的运转状态对应的气缸周边部的温度的一个实例的图。
具体实施方式
下面与附图一同来说明用于实施本发明的实施方式。
图1、图2所示的发动机50是直列四缸的多缸发动机，除了本实施例涉及的发动机的活塞(以下简称为活塞)1之外，还具备气缸体51、气缸盖52、进气门55、排气门56和火花塞57。在气缸体51形成有多个(这里为四个)气缸51a和水套51b。在多个气缸51a中的、相邻的气缸间形成有壁部51c。在气缸51a内收置活塞1。在气缸体51的上面固定有气缸盖52。燃烧室53形成为由活塞1、气缸体51和气缸盖52包围的空间。
在气缸盖52形成有进气口52a和排气口52b。进气口52a向燃烧室52导引进气S，排气口52b将燃烧室53的气体排出。进气口52a成为导入进气的进气导入构件以在燃烧室53内产生旋转气流，向燃烧室53内导入的进气S形成滚动气流T。关于这点，在发动机50中，用AVL模拟来生成滚动气流比(活塞1往返一次期间滚动气流T旋转的次数)约为2.0的高滚动气流比的滚动气流来作为滚动气流T。在气缸盖52，设有用于将该进排气口52a和52b开闭的进排气门55、56。此外，在气缸盖52，在燃烧室53的上部大体中央在使电极突出的状态下设有火花塞57。
其次，对活塞1具体说明。活塞1如图3、图4所示那样在上表面具备导引滚动气流T的腔室2。腔室2设置成可在燃烧室53内沿将进气侧和排气侧连接的方向导引滚动气流T。在活塞1的外周部形成有多个(这里为三个)环形槽。而且，这些环形槽中的、在离上表面最近的位置设置的环形槽成为头道环槽3。在包括头道环槽3的环形槽设置的活塞环分别(省略图示)具有将作为缸孔壁面的气缸51a的壁面的润滑油扒落的功能和保持燃烧室53的气密的功能。
此外，在活塞1形成有销座孔4。而且，活塞1的上表面外周部中的、在销座孔4的延伸方向上位于两端的部分10不是一样的平面，而是分别形成为鼓起的形状。具体地，部分10从进气侧和排气侧这两侧逐渐隆起而形成为鼓起的形状。各部分10中的至少一个成为配置在发动机50中与相邻的气缸相对的位置的部分。即，各部分10中的至少一个成为在与壁部51c相对的位置处配置的部分。
如图5所示，部分10在燃烧室53内还形成为以下所示那样。这里，在图5中用实线表示曲轴转角为40°ATDC的情况下的活塞1，且用虚线表示位于上止点情况下的活塞1。此外，位置P表示在上止点与头道环槽3相对的气缸51a的壁面的位置。部分10形成为鼓起的形状，以在燃烧室53内，从压缩行程上止点后至少到超过表示燃烧室53的热的移动量的热流通量变为最高的位置的期间，不使气缸51a的壁面露出到位置P。关于这点，部分10相对的壁部51c中的比位置P靠下方的部分51ca成为在抑制因润滑油上升导致的润滑油的异常消耗的发生方面特别需要抑制温度上升的部分。
另一方面，在发动机50中，热流通量具体如图6所示那样变化。如图6所示，热流通量在压缩行程上止点后急剧增加，然后达到峰值而下降。关于这点，热流通量具体在曲轴转角约为25°ATDC时为最高，然后，在曲轴转角约为50°ATDC时为零。与之相对，如果在该热流通量产生的状态下不露出部分51ca，则可抑制火炎和燃烧气体与部分51ca接触所导致的部分51ca1的温度上升。
因此，为了抑制部分51ca的温度上升，在形成部分10时，使活塞1在从压缩行程上止点后至少到超过热流通量成为最高的位置(这里为25°ATDC)的期间内不使气缸51a的壁面的位置P露出是适当的。
此外，在形成部分10时，鉴于图6所示的热流通量的变化方式，具体地，将从压缩行程上止点后至少到超过所述热流通量成为最高的位置的期间设成为从压缩行程上止点后到曲轴转角以压缩行程上止点为起点而超过被包含在从30°到50°的范围内(从30°ATDC到50°ATDC的范围内)的预定角度时的期间较理想。
关于这点，通过使预定角度为30°，可将在图6所示的热流通量中的峰值前后范围内热流通量特别高的部分一带(从20°ATDC到30°ATDC之间的部分)包括在抑制向部分51ca的热移动的曲轴转角的范围R内。此外，通过使预定角度为50°，可将图6所示的热流通量整体包括在范围R内。
另一方面，在将部分10形成为更大地鼓起的形状的情况下，除了活塞1的重量增大相应的量之外，也可考虑会对部分10的强度产生影响的可能性。关于这点，热流通量如图6所示那样主要在直到40°ATDC的期间增大。因此，在形成部分10时，鉴于图6所示的热流通量的变化方式，更具体地，使预定角度为40°较理想。
关于这点，通过使预定角度为40°，与预定角度为30°的情况相比，还可进一步抑制向部分51ca的热移动，同时，与预定角度为50°的情况相比也可使部分10小型化。
另一方面，热流通量还根据滚动气流比而如图7所示那样变化。如图7所示，形成热流通量的峰值的曲轴转角随着滚动气流比(TR)下降而逐渐从压缩行程上止点远离。此外，热流通量的峰值随着滚动气流比下降而逐渐变小。关于这点，在使预定角度为40°的情况下，不仅在滚动气流比为高滚动气流比(这里，具体约为2.0)的情况(T1的情况)下，在滚动气流比为中滚动气流比(这里，具体约为1.2)的情况(T2的情况)和滚动气流比为低滚动气流比(这里，具体约为0.5)的情况(T3的情况)下，也能在范围R内包含热流通量的峰值。而且，在使预定角度为40°的情况下，特别地，在T2的情况下，与热流通量的峰值变小相结合而可适当地抑制向部分51ca1的热移动。因此，在使预定角度为40°的情况下，还可适当地提高对于包括高滚动气流比的宽度大的滚动气流比的适合性。
另一方面，形成热流通量的峰值的曲轴转角反而随着滚动气流比提高而逐渐接近压缩行程上止点。此外，热流通量的峰值随着滚动气流比的提高而逐渐变大。关于这点，在滚动气流比比2.0高的情况下，通过与滚动气流比对应地使预定角度成为比40°小的角度，从而与使预定角度为40°的情况相同程度地抑制热移动，并且与使预定角度为40°的情况相比也可进一步实现部分10的小型化。此外，在滚动气流比比2.0低的情况下，热流通量的峰值比滚动气流比为2.0的情况减小，但是，通过与滚动气流比对应地使预定角度成为比40°大的角度，也可比使预定角度为40°的情况更进一步地抑制热移动。
此外，在发动机50中，在燃烧室53内生成滚动气流T来作为旋转气流，将生成的旋转气流维持到压缩行程后半部并使其破坏从而在燃烧室53内的环境气体中产生紊乱，从而实现燃烧速度的提高，进而进行高速燃烧。关于这点，在进行高速燃烧的发动机50中，因燃烧速度的提高而使燃烧气体的温度提高，且因旋转气流而使温度边界层变薄，其结果，传热系数变大，因此燃烧室53的壁面的温度变为更高温。此外，在进行高速燃烧的发动机50中，越是转速大且负荷高的情况，每单位时间的发热量越增大，且旋转气流的强度增加，从而使传热系数变得更大。即，在燃烧室53内生成旋转气流、进行高速燃烧的发动机50中，因该情况而使壁部51c的温度上升特别成问题。
关于这点，可如上述那样抑制部分51ca的温度上升的活塞1适于在燃烧室53内生成旋转气流且进行高速燃烧的发动机50。
上述实施例是本发明的优选实施例。但是，并不限于此，在不脱离本发明主旨的范围内可进行各种变形实施。
例如，在上述实施例中，说明了进气导入构件是进气口52a的情况。但是，在本发明中，不一定限于此，进气导入构件也可通过例如在进气口内设置且可控制进气的流动的气流控制阀、气流控制阀和进气口的组合等来实现。
此外，例如，在上述实施例中，说明了旋转气流是滚动气流T的情况。但在本发明中并不限于此，旋转气流也可以是例如涡流、倾斜滚动气流等。
附图标记的说明：
1活塞  3头道环槽(第一道活塞环槽)  50发动机  51气缸体  51a气缸  52气缸盖  52a进气口  53燃烧室

Claims (2)

1.一种发动机的活塞，用于在燃烧室内产生旋转气流的多缸发动机，其中，该活塞具有：
头道环槽；和
上表面外周部的一部分，该部分在所述多缸发动机中被配置于与相邻的气缸相对的位置，并且，形成为鼓起的形状，以使得在所述燃烧室内，在从压缩行程上止点后至少到超过所述燃烧室中的热的移动量成为最大的位置的期间，不使缸孔壁面露出到在上止点与所述头道环槽相对的位置。
2.根据权利要求1所述的发动机的活塞，其中，
所述旋转气流是滚动气流，
在形成所述部分时，将从压缩行程上止点后至少到超过所述燃烧室中的热的移动量成为最大的位置的期间设成为从压缩行程上止点后到曲轴转角以压缩行程上止点为起点而超过被包含在从30°到50°的范围内的预定角度的期间。
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