CN112824662A - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机，在顺滚流的强化时，可对基于燃烧室容积的缩小的压缩比的提升做出贡献。内燃机(11)包括：活塞(16)，由气缸沿着气缸轴线(C)往返运动自如地引导，在与气缸头(15)相向的冠面(17)形成燃烧室(18)；以及燃料喷射阀(29)，具有喷射口(29a)，朝形成在燃烧室内的顺滚流喷射燃料。在冠面形成隆起部(32)，隆起部比与气缸轴线正交并包含冠面的外周缘的基准面更朝燃烧室顶面侧隆起，具有以弯曲面来形成的棱线(32a)，不中断地包围凹部(33)，凹部在与包含气缸轴线并平行于曲柄轴的旋转轴线的虚拟平面正交的方向上随着朝向冠面的中央而凹陷，在曲柄轴的轴方向上随着朝向冠面的中央而凹陷。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机，其包括：活塞，由气缸沿着气缸轴线往返运动自如地引导，在与气缸头相向的冠面形成燃烧室；以及燃料喷射阀，具有面对燃烧室的喷射口，朝形成在燃烧室内的顺滚流喷射燃料。
背景技术
专利文献1公开一种筒内喷射式火花点火内燃机(所谓的直喷内燃机)。内燃机包括活塞，所述活塞由气缸沿着气缸轴线往返运动自如地引导，在与气缸头相向的冠面形成燃烧室。在活塞的冠面形成凹部，所述凹部是在曲柄轴的轴方向上具有长轴的椭圆形状的轮廓的凹部。凹部可使燃烧室内所生成的顺滚流的崩溃推迟。其结果，即便在进行高压缩比运转的情况下，也可以抑制混合气体的着火性的下降。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2016-113990号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在将高压缩比运转作为前提的内燃机中，可形成在活塞的冠面的凹部的容积存在限制。凹部的形成会引起燃烧室容积的增大。若燃烧室容积增大，则内燃机的压缩比下降。压缩比的下降会导致热效率的下降。若提高压缩比，则可提高热效率。活塞的冠面形状的设计自由度因由高压缩比所造成的容积的限制而受到大幅度限制。
本发明是鉴于所述实际情况而形成的发明，其目的在于提供一种在顺滚流的强化时，可对基于燃烧室容积的缩小的压缩比的提升做出贡献的内燃机。
[解决问题的技术手段]
根据本发明的第一实施例，一种内燃机，其包括：活塞；以及燃料喷射阀；所述活塞由气缸沿着气缸轴线往返运动自如地引导，在与气缸头相向的冠面形成燃烧室，所述燃料喷射阀具有面对所述燃烧室的喷射口，朝形成在所述燃烧室内的顺滚流喷射燃料，所述内燃机中，在所述冠面形成隆起部，所述隆起部比与所述气缸轴线正交并包含所述冠面的外周缘的基准面更朝燃烧室的顶面侧隆起，具有以弯曲面来形成的棱线，不中断地包围凹部，所述凹部在与包含所述气缸轴线并平行于曲柄轴的旋转轴线的虚拟平面正交的方向上，随着朝向所述冠面的中央而凹陷，在所述曲柄轴的轴方向上，随着朝向所述冠面的中央而凹陷。
根据第二实施例，除第一实施例的结构以外，内燃机具有凹槽，所述凹槽形成在所述冠面，并在所述隆起部的一部分从所述凹部分离，在所述活塞的上死点附近划分分别收容吸气阀及排气阀的空间。
根据第三实施例，除第二实施例的结构以外，所述隆起部包含：一对第一隆起部，在所述曲柄轴的轴方向上并列地延长；以及一对第二隆起部，在与所述虚拟平面正交的方向上并列地延长，将所述第一隆起部的端部彼此连结，所述第二隆起部越接近所述第一隆起部，越增加从所述基准面起的隆起量。
根据第四实施例，除第一实施例～第三实施例的任一实施例的结构以外，内燃机还包括火花塞，所述火花塞在比所述虚拟平面更朝排气阀侧偏移的位置上，具有面对所述燃烧室内的电极，所述凹部在所述虚拟平面内具有最深部，从所述最深部至排气阀侧的曲率半径比从所述最深部至吸气阀侧的曲率半径更大。
[发明的效果]
根据第一实施例，从吸气孔流入的气流在与虚拟平面正交的方向上，由朝冠面的中央变深的凹陷面引导，并且在曲柄轴的轴方向上，由朝冠面的中央变深的凹陷面引导。通过凹陷面的引导来保持滚流直至压缩上死点附近为止，因此可强化顺滚流。滚流的崩溃推迟。所喷洒的燃料被卷入滚流中，因此可抑制喷洒燃料朝活塞的冠面的扩散。可抑制喷洒燃料对燃烧室内的附着。滚流尽可能维持得长，因此热效率提升。而且，隆起部的棱线以弯曲面来形成，因此与隆起高度相同的线形的棱线相比，可在活塞的上死点实现燃烧室容积的缩小。燃烧室容积的缩小可对热效率的提升做出贡献。
根据第二实施例，凹槽从凹部分离，因此与凹槽和凹部连续的情况相比，可良好地维持凹部的整流效果。此种凹槽可有助于热效率的提升。另外，可一边抑制吸气阀及排气阀的干涉，一边实现燃烧室容积的缩小。
根据第三实施例，可在第一隆起部的端部确保隆起量，其结果，可良好地实现凹槽从凹部的分离。第二隆起部朝中央凹陷，因此可强化滚流的形成。另外，可保持滚流。
根据第四实施例，即便火花塞的电极朝排气阀侧偏移，滚流也集中在火花塞的电极，因此可在燃烧室内实现良好的着火。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的内燃机，且是概略性地表示在包含气缸轴线并与曲柄轴的旋转轴线正交的虚拟平面的切断面上观察的内燃机的结构的部分剖面图。
图2是概略性地表示包含吸气阀及排气阀的轴心的剖面的结构的部分剖面图。
图3是概略性地表示活塞的冠面的结构的图。
图4是概略性地表示形成在燃烧室内的顺滚流的内燃机的部分剖面图。
[符号的说明]
11：内燃机
12：气缸(缸膛)
15：气缸头
16：活塞
17：冠面
18：燃烧室
21：曲柄轴
27：吸气阀
28：排气阀
29：燃料喷射阀
29a：喷射口
31：火花塞
31a：电极
32：隆起部
32a：棱线
33：凹部
34：第一隆起部
35：第二隆起部
36：凹槽(吸气阀凹槽)
37：凹槽(排气阀凹槽)
38：(凹部的)最深部
C：气缸轴线
FP：(与曲柄轴的旋转轴线平行的)虚拟平面
Ra：(吸气阀侧的)曲率半径
Rb：(排气阀侧的)曲率半径
Rx：(曲柄轴的)旋转轴线
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。
图1是概略性地表示本发明的实施方式的内燃机的概念图。内燃机11包括：气缸体13，具有在气缸轴线C上划分同轴的圆筒空间的缸膛(气缸)12；以及气缸头15，与气缸体13的上端结合，支撑气门机构14。在气缸体13收容活塞16，所述活塞16由缸膛12沿着气缸轴线C往返运动自如地引导。活塞16在与气缸头15相向的冠面17，与气缸头15之间形成燃烧室18。缸膛12的开口由挡住气缸头15的座面19包围。座面19在与气缸轴线C正交的平面内扩展。内燃机11如后述那样构成为筒内喷射式内燃机(所谓的直喷内燃机)。
在活塞16连接曲柄轴21，所述曲柄轴21环绕旋转轴线Rx旋转自如地支撑在曲柄箱。连接杆22将活塞16与曲柄轴21的曲柄销连结。活塞16的线形运动通过连接杆22的作用来转换成曲柄轴21的旋转运动。
如图2所示，在气缸头15形成有在顶面23上并排开口的两个吸气孔24、及在顶面23上并排开口的两个排气孔25。吸气孔24形成为在燃烧室18内产生顺滚流的形状。在吸气孔24的开口及排气孔25的开口分别固定阀座26。
气门机构14包括：吸气阀27，在轴方向上位移自如地支撑在气缸头15，面对燃烧室18将吸气孔24的开口开闭；以及排气阀28，在轴方向上位移自如地支撑在气缸头15，面对燃烧室18将排气孔25的开口开闭。吸气阀27及排气阀28分别在吸气孔24及排气孔25的关闭时落座在阀座26。
气门机构14通过凸轮轴(未图示)的作用，引起吸气阀27及排气阀28的轴方向位移，所述凸轮轴环绕与曲柄轴21的旋转轴线Rx平行的轴心旋转自如地支撑在气缸头15。在吸气阀27及排气阀28的轴方向位移时，摇臂(未图示)可介于吸气阀27及排气阀28与凸轮轴之间。
如图1所示，在气缸头15支撑燃料喷射阀29与火花塞31，所述燃料喷射阀29具有面对燃烧室18的喷射口29a，朝形成在燃烧室18内的顺滚流喷射燃料，所述火花塞31在比包含气缸轴线C并与曲柄轴21的旋转轴线Rx平行的虚拟平面FP更朝排气阀28侧偏移的位置上，具有面对燃烧室18内的电极31a。此处，燃料喷射阀29的喷射口29a在由虚拟平面SP、与两个吸气孔24的开口包夹的区域内，配置在顶面23，所述虚拟平面SP与气缸轴线C正交并包含气缸体13及气缸头15的结合面。燃料喷射阀29在燃烧室18内朝顺滚流喷洒燃料来生成混合气体。喷射口29a的位置被并入包含气缸轴线C并与曲柄轴21的旋转轴线Rx正交的虚拟平面TP中。火花塞31的电极31a在由吸气孔24的开口及排气孔25的开口包围的区域内，配置在顶面23。火花塞31使混合气体着火，由此在燃烧室18内实现燃烧。电极31a的位置被并入包含气缸轴线C并与曲柄轴21的旋转轴线Rx正交的虚拟平面TP中。
如图3所示，在活塞16的冠面17形成隆起部32，所述隆起部32比与气缸轴线C正交并包含冠面17的外周缘的基准面(压缩高度)SD更朝燃烧室顶面侧隆起，具有以弯曲面来形成的棱线32a，不中断地包围凹部33。隆起部32包含：一对第一隆起部34，在曲柄轴21的轴方向上并列地延长；以及一对第二隆起部35，在与虚拟平面FP正交的方向上并列地延长，将第一隆起部34的端部彼此连结。第二隆起部35越接近第一隆起部34，越增加从基准面SD起的隆起量。即，第二隆起部35的棱线32a以接触特定的曲率半径的圆筒面的方式弯曲。第二隆起部35沿着冠面17的外周缘延长，因此在冠面17的俯视中，凹部33被分隔成在曲柄轴21的轴方向上延长的带形状。
在冠面17形成吸气阀凹槽36与排气阀凹槽37，所述吸气阀凹槽36在隆起部32的一部分从凹部33分离，所述排气阀凹槽37在隆起部32的一部分从凹部33分离。吸气阀凹槽36在活塞16的上死点附近划分单独地收容吸气阀27的空间。排气阀凹槽37在活塞16的上死点附近划分单独地收容排气阀28的空间。在活塞16的上死点附近避免活塞16与吸气阀27及排气阀28的干涉。
凹部33在与虚拟平面FP正交的方向上，随着朝向冠面17的中央而凹陷得深，在曲柄轴21的轴方向上，随着朝向冠面17的中央而凹陷得深，所述虚拟平面FP包含气缸轴线C并平行于曲柄轴21的旋转轴线Rx。凹部33在与虚拟平面FP正交的方向上，在虚拟平面FP内具有最深部38。凹部33在与曲柄轴21的旋转轴线Rx正交的平面内具有第一弯曲面41与第二弯曲面43，所述第一弯曲面41在虚拟平面FP内具有曲率中心39并朝吸气阀27侧扩展，所述第二弯曲面43在虚拟平面FP内具有曲率中心42并朝排气阀28侧扩展。第二弯曲面43的曲率半径Rb比第一弯曲面41的曲率半径Ra更大。其结果，凹部33的扩展比虚拟平面FP更朝排气阀28侧偏移。因此，在吸气阀27侧表示凹部33的扩展的参数Ea比在排气阀28侧表示凹部33的扩展的参数Eb更小。此处，在与曲柄轴21的旋转轴线Rx正交的平面内，隆起部32在吸气阀27侧及排气阀28侧具有同等的形状。
凹部33在曲柄轴21的轴方向上，在虚拟平面TP内具有最深部44。凹部33在虚拟平面FP及与其平行的平面内具有弯曲面46，所述弯曲面46在虚拟平面TP内具有曲率中心45并以一样的曲率半径Rc扩展。
继而，对本实施方式的内燃机11的动作进行说明。如图4所示，在内燃机11的吸气冲程中，活塞16从上死点朝下死点下降。吸气阀27通过凸轮轴的作用而从阀座26分离。吸气孔24与燃烧室18连接。伴随活塞16的下降而从吸气孔24朝燃烧室18内导入空气。在燃烧室18内形成顺滚流Tr。从吸气孔24流入的气流在与虚拟平面FP正交的方向上，由朝冠面17的中央变深的凹陷面引导，并且在曲柄轴21的轴方向上，由朝冠面17的中央变深的凹陷面引导。如此，顺滚流Tr被强化。顺滚流Tr的崩溃推迟。
燃料喷射阀29朝燃烧室18喷洒燃料。经喷洒的燃料被卷入顺滚流Tr中，因此可抑制喷洒燃料朝活塞16的冠面17的扩散。可抑制喷洒燃料对燃烧室18内的附着。另外，经喷洒的燃料瞄准流动弱的顺滚流的中心，由此燃料留在顺滚流的中心，可进一步抑制喷洒燃料对燃烧室18内的附着。
在压缩冲程中活塞16从下死点朝上死点上升。顺滚流Tr伴随活塞16的上升，一边缩小，一边尽可能维持得长。若活塞16开始下降，则火花塞31使混合气体着火。混合气体在燃烧室18内燃烧。燃烧室18膨胀。由于顺滚流Tr尽可能维持得长，因此已从吸气孔24流入燃烧室18内的顺滚流Tr在压缩上死点附近崩溃，作为紊流动能而被转换。如此，促进均质燃烧，热效率提升。
而且，隆起部32的棱线32a以弯曲面来形成，因此与隆起高度相同的线形的棱线相比，可在活塞16的上死点实现燃烧室容积的缩小。因此，可一边尽可能抑制吸气阀27及排气阀28对于冠面17的干涉，一边实现燃烧室容积的缩小。燃烧室容积的缩小可对压缩比的提升做出贡献。
在本实施方式中，冠面17的吸气阀凹槽36及排气阀凹槽37在隆起部32的一部分从凹部33分离。与凹槽和凹部33连续的情况相比，可良好地维持凹部33的整流效果。此种吸气阀凹槽36及排气阀凹槽37可有助于热效率的提升。
在本实施方式的活塞16中，第二隆起部35越接近第一隆起部34，越增加从基准面SD起的隆起量。可在第一隆起部34的端部确保隆起量，其结果，可良好地实现吸气阀凹槽36及排气阀凹槽37从凹部33的分离。第二隆起部35朝中央凹陷，因此可强化顺滚流Tr的形成。
在本实施方式的内燃机11中，从凹部33的最深部38至排气阀28侧的曲率半径Rb比从最深部38至吸气阀27侧的曲率半径Ra更大。因此，即便火花塞31的电极31a朝排气阀28侧偏移，顺滚流Tr也集中在火花塞31的电极31a，因此可在燃烧室18内实现良好的着火。

Claims (4)

1.一种内燃机，其特征在于，包括：
活塞(16)；以及
燃料喷射阀(29)，
所述活塞(16)由气缸(12)沿着气缸轴线(C)往返运动自如地引导，在与气缸头(15)相向的冠面(17)形成燃烧室(18)，
所述燃料喷射阀(29)具有面对所述燃烧室(18)的喷射口(29a)，朝形成在所述燃烧室(18)内的顺滚流(Tr)喷射燃料，
在所述冠面(17)形成隆起部(32)，所述隆起部(32)比与所述气缸轴线(C)正交并包含所述冠面(17)的外周缘的基准面(SD)更朝燃烧室的顶面侧隆起，具有以弯曲面来形成的棱线(32a)，不中断地包围凹部(33)，
所述凹部(33)在与包含所述气缸轴线(C)并平行于曲柄轴(21)的旋转轴线(Rx)的虚拟平面(FP)正交的方向上，随着朝向所述冠面(17)的中央而凹陷，在所述曲柄轴(21)的轴方向上，随着朝向所述冠面(17)的中央而凹陷。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
具有凹槽(36、37)，所述凹槽(36、37)形成在所述冠面(17)，并在所述隆起部(32)的一部分从所述凹部(33)分离，在所述活塞(16)的上死点附近划分分别收容吸气阀(27)及排气阀(28)的空间。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，
所述隆起部(32)包含：一对第一隆起部(34)，在所述曲柄轴(21)的轴方向上并列地延长；以及一对第二隆起部(35)，在与所述虚拟平面(FP)正交的方向上并列地延长，将所述第一隆起部(34)的端部彼此连结，所述第二隆起部(35)越接近所述第一隆起部(34)，越增加从所述基准面(SD)起的隆起量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机，其特征在于，
还包括火花塞(31)，所述火花塞(31)在比所述虚拟平面(FP)更朝排气阀(28)侧偏移的位置上，具有面对所述燃烧室(18)内的电极(31a)，所述凹部(33)在所述虚拟平面(FP)内具有最深部(38)，从所述最深部(38)至排气阀(28)侧的曲率半径(Rb)比从所述最深部(39)至吸气阀(27)侧的曲率半径(Ra)更大。
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