CN111188694B - 火花点火式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火花点火式内燃机，能够确保膜形成区域的温度相对于燃烧室内的工作气体的温度的跟随性并抑制爆震的发生。活塞的顶面具备第一区域。在第一区域形成有隔热膜。顶面还具备第二区域。在第二区域未形成隔热膜。取而代之，第二区域被镜面加工。顶面具备中央部。在比中央部靠进气侧处形成有气门凹槽部。在比气门凹槽部靠进气侧处设置有挤气部。第一区域至少包括中央部。第二区域至少包括挤气部。

Description

火花点火式内燃机

技术领域

本发明涉及火花点火式内燃机。

背景技术

日本特开2017-115781号公报公开了一种在活塞的顶面具备隔热膜的火花点火式内燃机。该隔热膜具备阳极氧化层。阳极氧化层具有热传导率及每单位体积的热容比活塞的母材低的热物理特性。因而，形成有隔热膜的区域(以下，也称作“膜形成区域”)的温度跟随于燃烧室内的工作气体的温度。即，在内燃机的膨胀行程中，膜形成区域的温度跟随于在燃烧室内产生的燃烧气体的温度而上升。因此，能够减少冷却损失。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-115781号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另外，在内燃机的进气行程中，膜形成区域的温度跟随于吸入到燃烧室的进气的温度而下降。然而，弄清楚了，若在顶面的全域形成隔热膜，则膜形成区域的温度有时不会充分下降。例如，在高负荷域中的运转持续时，燃烧室内具有高温化的倾向。这样一来，容易发生爆震。

本发明的一个目的在于，提供一种能够确保膜形成区域的温度相对于燃烧室内的工作气体的温度的跟随性并抑制爆震的发生的技术。

用于解决课题的方案

第一观点是一种用于解决上述的课题的火花点火式内燃机，具有以下特征。

在所述内燃机的活塞的顶面的一部分形成有隔热膜。

所述顶面包括中央部和外周部。所述外周部包围所述中央部。

所述外周部包括排气外周部。所述排气外周部占据所述顶面的排气侧。

所述排气外周部包括挤气部。所述挤气部构成挤气区。

所述隔热膜形成于所述中央部。

所述隔热膜未形成于所述挤气部。

所述挤气部是具有小于0.3μm的算术平均粗糙度的镜面。

第二观点根据第一观点，还具有以下特征。

所述内燃机还具备排气门。

所述排气外周部还包括气门凹槽部。所述气门凹槽部为了避免与所述排气门的干涉而设置。

所述隔热膜未形成于所述气门凹槽部。

所述气门凹槽部是所述镜面。

第三观点根据第一或第二观点，还具有以下特征。

所述排气外周部还具备边缘部。所述边缘部构成所述活塞的边缘。

所述隔热膜未形成于所述边缘部。

所述边缘部是所述镜面。

第四观点根据第一～第三的任一观点，还具有以下特征。

所述外周部还包括进气外周部。所述进气外周部占据所述顶面的进气侧。

所述隔热膜还形成于所述进气外周部。

第五观点根据第一～第三的任一观点，还具有以下特征。

所述外周部还包括进气外周部。所述进气外周部占据所述顶面的进气侧。

所述隔热膜未形成于所述进气外周部。

所述进气外周部是所述镜面。

第六观点根据第一～第五的任一观点，还具有以下特征。

所述内燃机还具备喷油器。所述喷油器向所述活塞的背面供给油。

所述喷油器具备喷嘴。所述喷嘴喷射油。

所述喷嘴的轴线的延长线在所述活塞处于上止点时与所述挤气部相交。

发明效果

根据第一～第五观点，隔热膜形成于中央部。因而，能够在膨胀行程中减少冷却损失。另一方面，在挤气部未形成隔热膜，该挤气部是镜面。镜面具有一定的隔热效果。因而，根据镜面，能够减少冷却损失。不过，与隔热膜不同，镜面几乎不具有相对于燃烧室内的工作气体的温度的跟随性。因而，与在挤气部形成隔热膜的情况相比，能够抑制爆震的发生。

根据第六观点，喷嘴的轴线的延长线在活塞处于上止点时与挤气部相交。因而，能够在上止点的附近向挤气部的背面喷射油而集中地冷却挤气部。因此，能够提高镜面对爆震的抑制效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的火花点火式内燃机的剖视示意图。

图2是说明活塞的顶面的第一结构例的俯视图。

图3是说明活塞的顶面的第二结构例的俯视图。

图4是说明活塞的顶面的第三结构例的俯视图。

图5是说明活塞的顶面的第四结构例的俯视图。

图6是本发明的实施方式2的火花点火式内燃机的剖视示意图。

图7是说明来自喷油器的油的喷射部位的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，对于在各图中共通的要素，标注同一标号而省略重复说明。另外，本发明不由以下的实施方式限定。

实施方式1.

首先，一边参照图1～5一边对本发明的实施方式1进行说明。

1.内燃机的结构

图1是本发明的实施方式1的火花点火式内燃机(以下，也称作“发动机”)的剖视示意图。图1所示的发动机10是搭载于车辆的4冲程型的往复式活塞发动机。

如图1所示，发动机10具备气缸盖12、气缸体14及活塞16。气缸盖12隔着垫圈而安装于气缸体14。活塞16收容于在气缸体14形成的气缸内，在气缸内沿上下方向移动。

由气缸盖12的底面18、气缸体14的内周面20及活塞16的顶面22包围的空间形成燃烧室24。也就是说，底面18、内周面20及顶面22构成燃烧室24的壁面。在燃烧室24的顶棚部安装有点火装置26。

在气缸盖12形成有进气口28。在进气口28设置有进气门30。当进气门30被驱动时，进气口28与燃烧室24连通。与进气口28同样，在气缸盖12形成有排气口32。在排气口32设置有排气门34。

在图1中，进气口28的右侧所示的“IN”意味着是发动机10的进气侧。排气口32的左侧所示的“EX”意味着是发动机10的排气侧。“IN”及“EX”所表示的含义对于其他图也通用。

2.实施方式1的特征

2.1第一区域R1

顶面22具备第一区域R1。在区域R1形成有隔热膜。隔热膜例如由阳极氧化层构成。阳极氧化层通过顶面22的母材(具体而言是铝合金)的阳极氧化处理而得到。阳极氧化层具有在其表面开口的多个细孔。阳极氧化层在其内部也具有空孔，一部分空孔与表面的细孔相连。需要说明的是，阳极氧化层所具有的这样的构造是公知的。

隔热膜也可以具有封堵阳极氧化层的细孔的开口的封孔层。封孔层通过硅系聚合物溶液(聚硅氧烷溶液、聚硅氮烷溶液等)的涂布·干燥处理而得到。硅系聚合物的一部分在细孔内固化，因此封孔层与阳极氧化层一体化。因而，这些层的交界未必明确。

隔热膜也可以由热喷涂层构成。热喷涂层通过多孔质陶瓷的热喷涂处理而得到。在热喷涂处理中，二氧化锆、氧化铝、二氧化钛之类的陶瓷的粉末或金属陶瓷、莫来石、堇青石、块滑石等复合陶瓷的粉末在熔融状态下向顶面22喷涂。

如已经说明那样，这样的隔热膜具有热传导率及每单位体积的热容比活塞16的母材低的热物理特性。因而，根据隔热膜，能够使区域R1(也就是说，膜形成区域)的温度跟随于燃烧室24内的工作气体的温度。

2.2第二区域R2

顶面22还具备第二区域R2。在区域R2未形成隔热膜。取而代之，区域R2被镜面加工(mirror finish)。镜面加工是使用研磨剂将母材的表面精加工成镜子那样的公知的处理。在本说明书中，“镜面”意味着算术平均粗糙度Ra小于0.3μm的表面。算术平均粗糙度Ra遵照JIS B0601:2013而测定。

未被镜面加工的情况下的顶面22的算术平均粗糙度Ra是0.3～数μm。因而，根据被实施了镜面加工的顶面22，能够使得难以将燃烧室24内的工作气体的热向活塞16的内部传递。也就是说，根据区域R2，能够期待某种程度的隔热效果。不过，被实施了镜面加工的顶面22几乎不具有相对于燃烧室24内的工作气体的温度的跟随性。也就是说，区域R2的温度的变动的幅度比区域R1的温度的变动的幅度小。

2.3区域R1及R2的例

(1)第一例

图2是说明区域R1及R2的第一例的俯视图。在第一例的说明之前，说明顶面22的结构。顶面22具备大致椭圆状的中央部22A。在比中央部22A靠进气侧处设置有半圆状的气门凹槽部22B。气门凹槽部22B为了避免与进气门30的干涉而设置。在比中央部22A靠排气侧处设置有气门凹槽部22C。气门凹槽部22C为了避免与排气门34的干涉而设置。

在比气门凹槽部22B靠进气侧处形成有银杏状的挤气部22D。在比气门凹槽部22C靠排气侧处形成有挤气部22E。挤气部22D及22E与形成于顶面22与底面18之间的挤气区对应。挤气部22D及22E平坦地形成。

在气门凹槽部22B与22C之间设置有边缘部22F。边缘部22F构成活塞16的边缘。边缘部22F也设置于比气门凹槽部22B靠外侧处。另外，边缘部22F也设置于比气门凹槽部22C靠外侧处。因而，边缘部22F与挤气部22D及22E连接。

气门凹槽部22B及22C、挤气部22D及22E以及边缘部22F构成顶面22的外周部。外周部包围中央部22A。

在第一例中，区域R1是中央部22A。区域R2是挤气部22E。在除了区域R1及R2之外的其他区域也可以设置有隔热膜。其他区域也可以被镜面加工。其他区域也可以未设置隔热膜，也未被镜面加工。

(2)第二例

图3是说明区域R1及R2的第二例的俯视图。关于顶面22的结构，如在第一例中说明那样。在第二例中，区域R1是中央部22A。区域R2是挤气部22E。到此为止，与第一例相同。在第二例中，气门凹槽部22C也是区域R2。关于其他区域的处理，与第一例相同。

(3)第三例

图4是说明区域R1及R2的第三例的俯视图。关于顶面22的结构，如在第一例中说明那样。在第三例中，区域R1是中央部22A。区域R2是挤气部22E及气门凹槽部22C。到此为止，与第二例相同。在第三例中，边缘部22F的排气侧的部分也是区域R2。该排气侧的部分比中央线CL靠排气侧的部分。中央线CL是通过气门凹槽部22B及22C的中间点的线。关于其他区域的处理，与第一例相同。

(4)第四例

图5是说明区域R1及R2的第四例的俯视图。关于顶面22的结构，如在第一例中说明那样。在第四例中，区域R1是中央部22A。区域R2是挤气部22E。到此为止，与第一例相同。在第四例中，边缘部22F的排气侧的部分也是区域R2。关于其他区域的处理，与第一例相同。

3.实施方式1的效果

根据上述第一～第四例，在中央部22A有形成隔热膜。在发动机10的膨胀行程中，在燃烧室24中产生的火焰的外缘与中央部22A接触。因而，在膨胀行程中，顶面22中的中央部22A尤其会高温化。因此，根据在中央部22A形成有隔热膜的第一～第四例，能够在膨胀行程中使中央部22A的温度上升。因而，能够减少冷却损失。

另外，根据第一～第四例，在挤气部22E未形成隔热膜，取而代之，挤气部22E被镜面加工。因而，能够期待由镜面实现的一定的隔热效果。若除了挤气部22E之外，气门凹槽部22C、边缘部22F的排气侧也被镜面加工，则能够提高该隔热效果。

在此，在燃烧室24中产生的燃烧气体伴随于排气门34的驱动而从排气口32排出。因此，在发动机10的排气行程中，顶面22中的与排气口32接近的部分即挤气部22E尤其会高温化。

假定为在挤气部22E形成有隔热膜。这样一来，在排气行程中挤气部22E的温度上升。这样一来，即使在进气行程中跟随于进气的温度，也难以充分降低挤气部22E的温度。并且，在发动机10的高负荷域中的运转持续时，有可能以挤气部22E的附近为发火点而引起爆震。

这一点，根据第一～第四例，挤气部22E被镜面加工。如已经说明那样，被实施了镜面加工的顶面22几乎不具有相对于燃烧室24内的工作气体的温度的跟随性。因此，与在挤气部22E形成隔热膜的情况相比，能够抑制爆震的发生。若除了挤气部22E之外，气门凹槽部22C、边缘部22F的排气侧也被镜面加工，则能够提高该抑制效果。

另外，在第一～第四例中，其他区域的处理没有特别的约束。因此，能够根据发动机10的规格而使隔热效果或爆震的抑制效果最大限度地发挥。

4.实施方式1与观点的对应关系

在上述实施方式1中，气门凹槽部22C、挤气部22E及边缘部22F的排气侧的部分相当于第一观点的“排气外周部”。气门凹槽部22B、挤气部22D及边缘部22F的进气侧的部分相当于第四观点的“进气外周部”。

实施方式2.

接着，一边参照图6～7一边对本发明的实施方式2进行说明。需要说明的是，关于与实施方式1共通的结构的说明适当省略。

1.内燃机的结构

图6是本发明的实施方式2的发动机的剖视示意图。图6所示的发动机40的基本的结构与图1所示的发动机10的结构相同。

发动机40具备喷油器42。喷油器42安装于气缸体14的下端部。喷油器42连接于通过发动机10的旋转而驱动的泵(未图示)。当泵被驱动时，冷却用的油向喷油器42流入。喷油器42具备喷嘴42A。流入到喷油器42的油从喷嘴42A朝向活塞16的背面44喷射。

2.实施方式2的特征

在图6中描绘出了喷嘴42A的轴线的延长线EL。在图6中，活塞16位于TDC(上止点)。延长线EL与顶面22交叉。更具体而言，延长线EL与在图2～5中说明的挤气部22E交叉。也就是说，喷嘴42A指向活塞16处于TDC时的挤气部22E。

图7是说明油的喷射部位的图。在图7中，活塞16位于BDC(下止点)。在活塞16的上方，将位于TDC的活塞用虚线示出。箭头(i)表示在活塞16处于BDC时油被喷射的位置。该位置成为在图2～5中说明的中央部22A的背面。箭头(ii)表示在活塞16处于TDC时油被喷射的位置。该位置成为挤气部22E的背面。

3.实施方式2的效果

根据实施方式2，在BDC的附近，能够冷却中央部22A的背面。因而，能够集中地冷却在膨胀行程中高温化后的中央部22A。另外，在TDC的附近，能够冷却挤气部22E的背面。因而，能够集中地冷却在排气行程中高温化后的挤气部22E。

以上，根据实施方式2，能够从膨胀行程的后一半到进气行程的前一半有效地降低挤气部22E的温度。由此，能够提高镜面对爆震的抑制效果。

标号说明

10、40 火花点火式内燃机

12 气缸盖

14 气缸体

16 活塞

22 顶面

22A 中央部

22B、22C 气门凹槽部

22D、22E 挤气部

22F 边缘部

34 排气门

42 喷油器

42A 喷嘴

44 背面

CL 中央线

EL 延长线

R1 第一区域

R2 第二区域。

Claims (7)

1.一种火花点火式内燃机，在活塞的顶面的一部分形成有隔热膜，其特征在于，

所述顶面包括中央部和包围所述中央部的外周部，

所述外周部包括占据所述顶面的排气侧的排气外周部，

所述排气外周部包括构成挤气区的挤气部，

所述隔热膜形成于所述中央部，未形成于所述挤气部，

所述挤气部是具有小于0.3μm的算术平均粗糙度的镜面。

2.根据权利要求1所述的火花点火式内燃机，其特征在于，

还具备排气门，

所述排气外周部还包括避免与所述排气门的干涉的气门凹槽部，

所述隔热膜未形成于所述气门凹槽部，

所述气门凹槽部是所述镜面。

3.根据权利要求1所述的火花点火式内燃机，其特征在于，

所述排气外周部还包括构成所述活塞的边缘的边缘部，

所述隔热膜未形成于所述边缘部，

所述边缘部是所述镜面。

4.根据权利要求2所述的火花点火式内燃机，其特征在于，

所述排气外周部还包括构成所述活塞的边缘的边缘部，

所述隔热膜未形成于所述边缘部，

所述边缘部是所述镜面。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的火花点火式内燃机，其特征在于，

所述外周部还包括占据所述顶面的进气侧的进气外周部，

所述隔热膜还形成于所述进气外周部。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的火花点火式内燃机，其特征在于，

所述外周部包括占据所述顶面的进气侧的进气外周部，

所述隔热膜未形成于所述进气外周部，

所述进气外周部是所述镜面。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的火花点火式内燃机，其特征在于，

还具备向所述活塞的背面供给油的喷油器，

所述喷油器具备喷射油的喷嘴，

所述喷嘴的轴线的延长线在所述活塞处于上止点时与所述挤气部相交。

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