TW403810B - Piston for cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 _4〇Η^ιη_Β7_ 五、發明説明（） 1 技術锸域： 本發明與汽缸直接噴射火星點火內燃機之改進有關，且 較特定地涉及引擎中所用之活塞之活塞頭之形狀的改進， 其目的在於使有效之層化塡料燃燒和有效之均質塡料燃燒 彼此相容。 背景技術： 例如依日本專利暫行公開第8 — 3 1 2 3 5 4號中揭示 之汽缸直接’噴射火星點火內燃機之習用活塞具有突出之活 塞頭，該活塞頭被成形爲具有空腔或凹陷，該空腔或凹陷 形成燃燒室之一部分。空腔具有槪括成圓形之周.邊部分， 該周邊部分成邊緣狀而形成脊線。空腔被成形爲朝向進氣 閥地偏離汽缸之中心軸線。燃料在壓縮行程時從燃料噴射 閥朝向空腔噴射以便依同中心之方式在火星塞四周形成富 * · 有燃料之層化塡料，藉而完成層化塡料燃燒•反之，依照 引擎操作條件地在進氣行程時噴射燃料以便在整個燃燒室 內散布燃料。如此在燃燒室內形成均質塡料而完成均質塡 料燃燒。 不過，上述之習用活塞成形於其活塞頭處，該湎塞頭具 有平坦之壁表面，該壁表面位在脊線外側且在空腔之右側 和左側以致於平行於假想之鉛垂平面地延伸，該假想之給 垂平面通過眾多汽缸之軸線，各該汽缸設置有活塞•傾斜 之壁表面成形於各平坦之壁表面的對立側處以致於朝向活 塞頭之周邊地向下傾斜。平坦之壁表面被定位成橫過燃燒 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） {請先閏讀背面之注$項再填寫本頁) 订 線 -4 - 403810 A7 B7 五、發明説明（2 ) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 室並接近突出之活塞頭之頂部。結果，這些平坦之壁表面 被視爲用作位於空Μ之內側與外側之間的伸出壁，於是當 進氣行程中之燃料噴射造成均質之塡料燃燒時燃燒性能便 劣化。 較明確言之，伸出壁防止噴霱之燃料流在空腔之內側與 外側之間流動。因此，噴霧之燃料無可避免地意欲停置於 空腔內側以致於局部地留置空氣-燃料混合物，於是防止 均質之空..氣-燃料混合物或塡料的成形》此外，防止噴霧 之燃料氣化而造成燃燒室內之空氣一燃料混合物之不充分 的均質化。再者，伸出壁使空腔之內側和外側不連續，以 致於無法在空腔外側獲得有效之燃燒而使均質之塡料燃燒 性能劣化。 此外，就改進均質塡料燃燒並防止空腔效應使燃燒性能 劣化的觀點而言，在上述狀態之下，尙未將傾斜壁表面之 傾斜角度和其他類似條件設定於最佳範圍》 發明之掲示： 經濟部中央樣準局貝工消费合作杜印11 本發明之目標欲提出一種適用汽缸直接噴射火星點火內 燃機的改進活塞，該活塞能有效地克服適用汽缸賓接噴射 火星點火內燃機的習用活塞中所遭遇的缺點。 本發明之另一目標欲提出一種適用汽缸直接噴射火星點 火內燃機的改進活塞，該活塞能改進引擎之均質塡料燃燒 性能而不會因活塞頭處所形成之空腔導致引擎之層化塡料 燃燒性能之劣化。 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） • 5- 經濟部中央標準局貝工消费合作社印*. A7 -40381Q-51 五、發明説明（3 ) 本發明之進一步目標欲提出一種適用汽缸直接噴射火星 點火內燃機的改進活塞，其中活塞之活塞頭形狀經過最佳 化而使引擎之燃燒室內的均質塡料燃燒和層化塡料燃燒兩 者相容。 本發明之一方面屬於一種適用汽缸直接噴射火星點火內 燃機的活塞。該活塞包含活塞頭，該活塞頭含有突出區段 ，該突出區段從標準水平平面處突起，該標準水平平面垂 直於活塞之中心軸線。突出區段具有空腔和傾斜表面，該 空腔之周邊形成槪括爲圖形之脊線而該傾斜表面成形於該 脊線外側並朝向活塞頭之周邊地延伸》傾斜表面沿著從脊 線至活塞頭之周邊的方向連續向下傾斜。傾斜表面所形成 之角度（Θ1 )的範圍爲相對於標準水平平面之1 0。至 6 0 0 ° 本發明之另一方面屬於一種適用汽缸it接噴射火星點火 內燃機的活塞。該活塞包含活塞頭，該活塞頭含有突出區 段，該突出區段從標準水平平面處突起，該標準水平平面 垂直於活塞之中心軸線。突出區段具有空腔和傾斜表面， 該空腔之周邊形成槪括爲圓形之脊線而該傾斜表面成形於 該脊線外側並朝向活塞頭之周邊地延伸。傾斜表-面沿著從 脊線至活塞頭之周邊的方向連續向下傾斜。傾斜表面所形

. V 成之角度（Θ1 )的範圍爲相對於標準水平平面之1 0。至 6 0。。空腔之深度（A)在3至9mm之範圍以內且該深 度係空腔之底表面與活塞之標準水平平面之間的軸向距離 。此外，槪括成環形之側壁表面界定出空腔，含有活塞之 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (讀先s讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 -6- 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 403810_ b7_^五、發明説明（4 ) 中心軸線和空腔之中心軸線的鉛垂平面上的第一與第二對 立之彎曲線段表示Μ側壁表面。第一彎曲線段之位置比第 二彎曲線段更接近火星塞。第一彎曲線段之曲率半徑的範 圍爲5至20mme 本發明之進一步方面屬於一種適用汽缸直接噴射火星點 火內燃機，該內燃機包含具有眾多汽缸的汽缸塊。汽缸頭 以固定之方式裝設在汽缸塊上。進氣閥和排氣閥以可移動 之方式裝在汽缸頭上。燃料噴射閥被用來將燃料直接射入 相應於各汽缸地成形之燃燒室內。火星塞之設置使其尖端 區段伸入燃燒室內。活塞以可移動之方式裝在汽缸內而在 此活塞與汽缸頭之間界定燃燒室。活塞含有活塞頭，該活 塞頭具有突出區段，該突出區段從標準水平平面處突起， 該標準水平平面垂直於活塞之中心軸線。突出區段具有空 腔，該空腔之周邊形成槪括爲圖形之脊線。空腔之中心軸 線以朝向進氣閥之方式偏離活塞之中心軸線，且該活塞頭 又具有傾斜表面，該傾斜表面成形於脊線外側並朝向活塞 頭之周邊延伸。傾斜表面沿著從脊線至活塞周邊的方向連 續向下傾斜。傾斜表面所形成之角度的範圍爲相對於標準 水平平面之1 0。至6 0 V。 ， 依照本發明，在包圍位於活塞頭處之空腔的脊線外側未 成形出平坦表面以致於傾斜表面從活塞頭之頂部朝向活塞 頭之周邊部分地連續向下傾斜。此外，傾斜表面相對於水 平平面之傾斜角度被最佳化於1 0。至6 0°之範圔以內， 該水平平面垂直於活塞之中心軸線。結果，在空腔之效應 (锖先閱讀背面之注$項再填寫本買) 訂--- 線 本纸張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印製 A7__B7 dn^8l〇_五、發明説明（5 ) 下完成有效之層化塡料燃燒•再者，均質塡料燃燒期間， 能確保空腔之內側起外側之間的有效氣流，藉而有效地提 升.空氣-燃料混合物之均質化並減小活塞之表面面積以便 降低引擎之冷卻損失。 圖式之簡單說明： 第1圖係依照本發明的適用汽魟燃料噴射火星點火內燃 機之活塞實施例之活塞頭的透視視圚； 第2A圖係第1圖之活塞的平視視圖； 第2 B圖係依照大體上沿著第2 A圖之2 B — 2 B線之 箭號方向所擷取的局部剖面視圖； 第2 C圖係依照大體上沿著第2A圖之2 C — 2 C線之 箭號方向所擷取的局部剖面視圖； 第3圖係顯示與第1圖之活塞有關的燃料噴射閥與火星 塞之間的定位關係之局部剖面視圖； 第4圖係顯示位於第1圖之活塞之活塞頭處的突出區段 之傾斜表面之表面傾斜角之最佳化範圍的圖形； 第5圖係顯示第1圔之活塞之突出區段內所成形之空腔 深度（A)之最佳化範圍的圖形； : 第6圖係顯示第1圖之活塞之突出區段內所成形之空腔 之總深度（B )之最佳化範圍的圖形； 第7圖係顯示與第1圖有關之總深度（B)對活塞行程 (S)之比値（B/S)之最佳化範圍的圖形； 第8圖係顯示第1圖之活塞之突出區段內所成形之空腔 (請先®讀背面之注$項再填寫本頁> 订 線 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4洗格（210X297公釐） -8 · A7 B7 403810 五、發明説明（6 ) 之彎曲側壁表面之曲率半徑（R)之最佳化範圍的圖形： 第9圖係相應於案2圖之局部放大剖面視圖，但圖示活 塞頭之細部結構； 第1 0圖係類似第9圖之局部放大剖面視圖，但顯示依 照本發明之活塞之修改例； 第1 1圖係顯示相應於第9圖之活塞之突出區段內所成 形之空腔壁表面的直線線段（G2)之長度（L)之最佳 化範圍的閫形； 第1 2圖係顯示第1 1圖中之直線線段（G2 ).之傾斜 角度（Θ2 )之最佳化範圍的圖形； 第1 3圖係類似於第2 B圖之局部放大剖面視圖，但顯 示依照本發明之活塞的另一修改例； 第1 4圖係類似於第1圖之透視視圖，但顯示依照本發 明之活塞的進一步修改例； 第1 5A圖係類似於第2A圖之平視視圖，但顯示第 1 4圖之活塞； 第1 5 B圖係類似於第2 B圖之局部剖面視圖，但顯示 第1 4圖之活塞； 第1 5 C圖係類似於第2 C圖之局部剖面視圖但顯示 第1 4圖之活塞； 第1 6A圖、第1 6 B圖與第1 6 C圖係分別類似於第 1 5A圖、第1 5B圖與第1 5C圖之視圖，其目的爲解 釋與第1 4圖之活塞所界定之燃燒室有關的面積比値〔（ S2/S)xl〇〇%〕：且 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (请先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 订 線- 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 -9 - _403810_^_b7_ 五、發明説明（7 ) 第1 7圖係顯示第1 6A圓、第1 6B圖與第1 6C圖 中所解釋之面稹比値之最佳化範.圍的圖形。 圖號說明= 1 活塞 2 標準平場表面 3 傾斜表面 4 空腔 5 脊線 6 緩坡表面 7 閥凹 1 0 汽缸頭 1 1 進氣閥 1 2 燃料噴射閥 1 3 火星塞 1 4 排氣閥 1 5 汽缸塊 (請先閱讀背面之注$項再填寫本買) 經濟部中央標準局員工消费合作社印— 奮施發明之愚佳模式： "

現在參照圖式之第1圖至第4圖，以參考數字1表示依 照本發明之汽缸直接噴射火星點火內燃機的活塞之賁施例 。雖未顯示，但該引擎例如用於自動車輛且具有眾多汽缸 ，各該汽缸設置有活塞1。活塞1具有圖形活塞頭la ’ 該活塞頭具有槪括成環形之標準平坦表面2，該標準平S 本纸張尺度逍用中國國家標率（CNS ) Α4ϋ格（2丨0X297公釐） -10- A7 A7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 五、發明説明(β4” ~ 表面係沿著活塞頭或活塞1之周邊而成形•環形標準平坦 表面2之內側的活塞頭之一部分向上突出而形成槪括成圓 錐形之突出區段Ρ，該突出區段具有槪括成圓錐形或傾斜 狀之表面3。突出區段Ρ被成形爲具有槪括成圃形之空腔 4，該空腔具有凹陷形狀或碟子形狀。空腔4之中心軸線 C C以朝向進氣閥（未顯示）之方式偏離活塞1之中心軸 線P C。空腔4之中心軸線C C平行於活塞1之中心軸線 P C。空.腔4具有槪括成圃形之底部平坦表面4 a »垂直 於中心軸線P C的標準水平平面Η P內含有上述之.環形標 準平坦表面2。 因此，沿著空腔4之周邊成形有槪括爲環狀之脊線5以 便包圍空腔4。此處應注意的是脊線5之徑向向外之側處 未成形出平坦區段。於是，突出區段Ρ之傾斜表面3以從 脊線5朝向環形標準平坦表面2之方式連續向下傾斜。傾 斜表面3基本上形成圓錐表面之一部分。環形標準平坦表 .面2之主要部分具有範圍在1. 5至2 . Omm的小寬度 且在活塞1之伸出期間被用來當作標準表面。活塞1之突 出區段P被成形爲具有緩坡表面6，該緩坡表面之斜率如 第2 B圖中所示地小於傾斜表面3 ·此緩坡表面飞壓住突 出區段P之頂部高度* 此處將參照第3圖地討論空腔4、燃料噴射閥1 2與火 星塞1 3之間的位置關係。汽缸直接噴射火星點火內燃機 含有汽缸頭1 0，該汽缸頭牢牢地裝設在汽缸塊1 ， 該汽缸頭被成形爲具有汽缸C。汽缸頭1 0被成形爲具有 本纸張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐} (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 订 -線 -11 - -403^10--- 五、發明説明（9 ) 凹陷D，該凹陷形成相應於各汽缸C而成形之燃燒室Μ的 —部分。燃料噴射βΐ2被安裝在汽缸頭10且具有尖端 區段（未指明）*燃料經由該尖端區段射出，此尖端區段 被定位成徑向地朝著水平平面上之進氣閥1 1之外側，該 水平平面內含有汽缸頭1 0之底部平坦表面1 0 a ·底部 平坦表面1 0 a平行於汽缸塊1 5之塊板1 5 a或頂部平 坦表面。燃料噴射閥適於將燃料直接射入燃燒室Μ內》燃 料噴射閥1 2之定位使得閥之軸線（未顯示）指入空腔4 內。火星塞1 3之定位使得火星塞之尖端區段（設置有電 極）位於空腔4之環形周邊部分（未指明）之一部分上。 火星塞1 3之軸線1 3 a偏離汽缸C之中心軸線Xc »排 氣閥14定位在含有汽缸C之中心軸線Xc的鉛垂平面上 之相關於進氣閥11的對立側處。 將明白的是可切除一部分之脊線5而形成閥凹以便防止 活塞1之突出區段P干涉進氣閥1 1或排氣閥1 4，進而 符合引擎之壓縮比和閥動定時之要求。 經濟部中央標準局負工消费合作社印装 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 如上文中所認知地，依照上列實施例，朝向活塞1之周 邊連續向下傾斜的傾斜表面3之成形並未在脊線5之外側 設置任何平坦表面，該脊線包圍位於活塞頭1 處之空腔 4。於是，能有效地利用空腔4來完成層化塡料燃燒•此 外，在空腔4之內側與外側之間能有效地確保氣流以便在 均質塡料燃燒期間提升空氣-燃料混合物之均質化•如此 提供高均質塡料燃燒性能。又，既然突出區段P處未有平 坦表面成形，則減小活塞頭1 a之表面面稹以致於降低冷 本紙張尺度適用中國國家楳準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -12- A7 ___87 _ 五、發明説明（10 ) 卻損失，故能獲得高均質塡料燃燒性能* 此處，上述之傾斜表面3如第2 B圖中所示地在鉛垂平 面V2上形成範圍爲1 0。至6 0°的相對於水平平面HP 之表面傾斜角度Θ1，該水平平面內含有標準平坦表面2， 該鉛垂平面V 2內含有活塞1之中心軸線P C且垂直於鉛 垂平面VI。鉛垂平面VI通過汽缸C之中心軸線Xc。 角度Θ1較佳地在1 5°至4 5°之範圍以內，且更佳地在 經濟部中央橾準局員工消费合作社印製 1 0。至3 0。之範圍以內。在第1圖至第3圖中顯示之引 擎上進行實’驗所獲得之第4圖之圖形或資料決定出表面傾 斜角度Θ1之上述範圔》實驗之中，改變傾斜表面3之表面 傾斜角度Θ 1時量測均質塡料燃燒期間之制動扭矩和層化塡 料燃燒期間之燃料消耗。第4圖中，曲線C 1指明均質塡 料燃燒期間之引擎制動扭矩之資料，而曲線C 2指明層化 塡料燃燒期間之引擎燃料消耗之資料。第4圖之圖形所描 繪之事實係均質塡料燃燒期間之制動扭矩和層化塡料期間 之燃料消耗在雙頭箭號所指之區域內彼此互容，該範圍被 選擇爲表面傾斜角度Θ1之上述範圔。應注意的是因爲活塞 1之活塞壓縮髙度（或活塞之最上部分與活塞銷之軸線之 間的軸向距離）隨著表面傾斜角度Θ1之增加而增1卩，故較 佳地將表面傾斜角度Θ1設定成盡可能地小以便獲得相同之 燃燒性能。此外，如以下所討論地考慮空腔4之深度和類 似因素後，表面傾斜角度Θ1被設定在上述範圔· 空腔4之深度在3至9mm之範圍以內。深度A如第 2 B圖中所示地係空腔4之底部平坦表面4 a與內含標準 • 13 · <讀先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消费合作社印簟 A7 —-4msi0--- 五、發明説明L ) 11 平坦表面2之標準水平平面HP之間的軸向距離。第5圖 之圔形或資料決定深度A之上述範圔，在第1圖至第3圖 中所示之引擎上進行實驗便獲得第5圔之囫形或資料。實 驗之中，改變空腔4之深度A時量測均質塡料燃燒期間之 引擎制動扭矩和層化塡料燃燒期間之燃料消耗。第5圖中 ，曲線C 3指明均質塡料燃燒期間之引擎制動扭矩之資料 ，而曲線C 4指明層化塡料燃燒期間之引擎燃料消耗之資 料。第5.圖之圖形所描繪之事實係均質塡料燃燒期間之制 動扭矩和層化塡料期間之燃料消耗在雙頭箭號所指之區域 內彼此互容，該範圍被選擇爲深度A之上述範圍（3至9 mm) ® 換言之，隨著空腔4之深度A之增加，在空腔4內維持 燃料之特徵獲得改善以致於促進層化塡料（空氣-燃料混 合物）之成形而改進層化塡料燃燒性能；不過，由於空腔 4之內側與外側之空間之間的不連續性，則均質塡料（·空 氣一燃料混合物）變得難以在整個燃燒室內成形。結果， 深度A所選定之範圍內有彼此互容之層化塡料成形和均質 塡料成形。 藉著上列範圍內之空腔4之深度A之助，將活塞頭1 a 之非均一性壓制在要求之不可再減之最小値而在均質塡料 燃燒期間獲得下列效應：（a)能防止燃料停置在空腔內 側。（b)能防止減弱汽缸內側之氣流。（c)能防止空 腔之內側與外側之間的不連續性所導致之燃燒劣化。（d )能因活塞表面面積之減小而降低冷卻損失。當然之事實 各紙張尺度適用中國國家揉率（CNS ) Λ4规格（210X297公釐） -14 r-----------tr—··—^I----^ (請先閱讀背面之注意事項再壤寫本頁) Α7 Β7 403810 五、發明説明（12 ) 係在空腔效應下能維持髙層化塡料燃燒性能。 空腔4之深度A與突出區段P之高度Η的總深度（B == Α + Η)或總和被設定在1 0至2 0mm之範圍以內。突 出區段P之高度Η係脊線5之最上部分與內含標準平坦表 面2的標準水平平面HP之間的軸向距難。第6圖之圖形 或資料決定總深度B之上列範圍，在第1圖至第3圖所示 之引擎上進行實驗便獲得第6圖之圖形或資料。實驗之中 ，改變總深度B時量測均質塡料燃燒期間之引擎制動扭矩 和層化塡料燃燒期間之燃料消耗》第6圖中，曲線C5指 明均質塡料燃燒期間之引擎制動扭矩之資料，而曲線C 6 指明層化塡料燃燒期間之引擎燃料消耗之資料•第6圖之 圖形所描繪之事實係均質塡料燃燒期間之制動扭矩和層化 塡料期間之燃料消耗在雙頭箭號所指之區域內彼此互容， 該範圍被選擇爲總深度B之上述範圍（.1 〇至2 0mm) 〇 換言之，隨著總深度B之增加，在空腔4內維持燃料之 特徵獲得改善以致於促進層化塡料（空氣~燃料混合物） 之成形而改進層化塡料燃燒性能；不過，由於空腔4之內 側與外側之空間之間的不連續性，則均質塡料（-空氣一燃 料混合物）變得難以在整個燃燒室內成形。結果，總深度 B所選定之範圍（1 0至2 〇mm)內有彼此互容之層化 塡料成形和均質塡料成形。 藉著上列範圍內之總深度B之助，將活塞頭1 a之非均 —性壓制在要求之不可再減之最小値而在均質塡料燃燒期 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4*L格（210X297公釐） (讀先M讀背面之注意事項*填寫本頁 订！ 線 經濟部中央標準局員工消费合作社印掣 -15-

C Π α A7B7 五、發明説明（ 13 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裂 間獲得上述效應。此外，活塞屋縮高度被減至最小而完成 活塞之重置減輕化並因活塞拍擊而改進引擎噪音性能》 高度Η對深度A之比値（Η/A)被設定在1 . 0至 2 . 0之範圍以內·如自第5圖和第6圖之圖形中可見地 ，此範圍之內，均質塡料燃燒期間之制動扭矩和層化塡料 燃燒期間之燃料消耗彼此互容· 總深度B對活塞行程S之比値（B/S)被設定在不髙 於0 . 2.5之範圔以內。活塞行程S如第3圖中所示地係 各活塞之活塞行經之長度。第7圖之圖形或資料決定比値 (B/S )之上列範圔，在第1圖至第3圖所示之引擎上 進行實驗便獲得第7圖之圓形或資料。實驗之中，改變比 値（B/S )時量測均質塡料燃燒期間之引擎制動扭矩和 層化塡料燃燒期間之燃料消耗。第7圖中，曲線C 7指明 均質塡料燃燒期間之引擎制動扭矩之資料，而曲線C 8指 明層化塡料燃燒期間之引擎燃料消耗之資料。第7圖之圖 形所描繪之事實係均質塡料燃燒期間之制動扭矩和層化塡 料期間之燃料消耗在雙頭箭號所指之區域內彼此互容，該 範圍被選擇爲比値（Η/A)之上述範圔（B/S = 0.25)。 ， 換言之，若在活塞行程S極小之案例中總深度B卻極大 的話，則引擎之燃燒性能劣化。就此觀之，較佳的是依照 活塞行程S地減小總深度B而確保良好之燃燒性能。 此實施例中之空腔4被如下地造形：如第2 A圖和第 2 B圖中所示，空腔4之主要部分P 1位於鉛垂平面V 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本霣) 訂 線， 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 16- 〇mo. A7403810 B7 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 五、發明説明（14 ) 之第一側S 1，該鉛垂平面內含有汽缸塊1 5中之汽缸軸 線Xc ·空腔4之次要部分P2位於鉛垂平面VI之第二 側S 2，該第二側S 2相關於鉛垂平面VI地與第一側 S 1成對立•應明白的是燃料噴射閥1 2之尖端區段位於 第一側S 1而逼近空腔4之主要部分P 1，火星塞1 3之 尖端區段則位於第二側S 2而逼近空腔4之次要部分P 2 。如於第2 B圖中淸楚可見地，次要部分P 2之深度大於 主要部分P 1。界定空腔4之槪括爲環形之側壁表面（未 以數字指明）含有彎曲表面4b，該彎曲表面界定空腔4 之次要部分P2且經由脊線5地鄰近並接觸緩坡表面6· 如第2 B圖中所示地，彎曲表面4 b在鉛垂平面V 2上之 曲率半徑R的範圍爲5至2 Omm之間，該鉛垂平面內含 有軸線PC且垂直於鉛垂平面VI。 第8圖之圖形或資料決定曲率半徑R之上列範圍，在第 1圖至第3圖所示之引擎上進行實驗便獲得第8圖之圖形 或資料。實驗之中，改變空腔4之曲率半徑R時量測均質 塡料燃燒期間之引擎制動扭矩和層化塡料燃燒期間之燃料 消耗。第8圖中，曲線C 9指明均質塡料燃燒期間之引擎 制動扭矩之資料，而曲線C 1 0指明層化塡料燃-燒期間之 引擎燃料消耗之資料。第8圖之圖形所描繪之事實係均質 塡料燃燒漁間之制動扭矩和餍化塡料期間之燃料消耗在雙 頭箭號所指之區域內彼此互容，該範圍被選擇爲曲率半徑 R之上述範圍（5至20mm)。 藉此曲率半徑R之助，能在層化塡料燃燒期間將層化之 (讀先《讀背面之注意事項再填寫本頁 il·. 訂 線 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -17- omo歹 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 403810 at B7 五、發明説明（15 ) 空氣-燃料混合物平順地帶至火星塞1 3之附近，且空氣 -燃料混合物能在空'腔4之內側與外側之間平順地流動· 若曲率半徑R小於5 m m，則無法得到曲率半徑R之功用 。若’曲率半徑R超過2 0mm，則無法有效地完成朝向火 星塞1 ,3之層化空氣-燃料混合物的運輸。 接著，將參照第9圖地詳細討論實施例之空腔4之形狀 ，該第9圖爲第2 B圖之放大細部且因而係第2 A圖之鉛 垂平面V.2上之橫斷剖面視圖。鉛垂平面V 2上之彎曲線 段G 1代表彎曲表面4 b。線段G 1係半徑爲R之圃的一 部分（1/4)。彎曲線段G1之上端（鄰近緩坡表面6 )與緩坡表面6分開。直線線段G 2從彎曲線段G 1之上 端處開始延伸並抵達緩坡表面6而形成脊線5。直線線段 G 2相應於觸及彎曲表面4 b的上壁表面4 c之橫斷剖面 以便界定空腔4之一部分。直線線段G 2之長度在0至 1 0mm之範圍以內。反之，可如第1 0圖中所示地以相 關於曲率半徑R之方式造形出彎曲表面4b，其中直線線 段G 2之長度L採取扣減値。因此，直線線段G 2之長度 L被設定在一2至10mm之範圍以內。 第1 1圖之圖形或資料決定長度L之此範圍，/在第1圖 至第3圖與第9圖和第10圖所示之引擎上進行實驗便獲 得第1 1圖之圖形或資料。實驗之中，改變相應於壁表面 4 c的直線線段G 2之長度L時量測均質塡料燃燒期間之 引擎制動扭矩和層化塡料燃燒期間之燃料消耗。第1 1圖 中，曲線C 1 1指明均質塡料燃燒期間之引擎制動扭矩之 I.丨丨.------(-------訂 111· |_.1 铢 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -18- οτδ^ο^ 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裂 403810 五、發明説明（16 ) 資料，而曲線C 1 2指明層化塡料燃燒期間之引擎燃料消 耗之資料。第1 1圖之圖形所掸繪之事實係均質塡料燃燒 期間之制動扭矩和層化塡料期間之燃料消耗在雙頭箭號所 指之區域內彼此互容，該範圍被選擇爲相應於壁表面4 c 的直線·線段G2之長度L的上述範圍（一 2至1 Omm) 〇 此外，如第9圖中所示，直線線段G 2相對於鉛垂直線 S L地成傾斜而形成傾斜角度Θ2 ·鉛垂直線S L在鉛垂平 面V 2上平行於活塞1之中心軸線PC。直線線段G 2在 朝向緩坡表面6之方向上逐渐離開中心軸線PC。傾斜角 度Θ2在0°至1 5°之範圍以內。第1 2圖之圖形或資料決 定傾斜角度Θ2之此範圍，在第1圖至第3圖與第9圖所示 之引擎上進行實驗便獲得第1 2圚之圖形或資料。實驗之 中，改變直線線段G 2之傾斜角度Θ2時量測均質塡料燃燒 期間之引擎制動扭矩和層化塡料燃燒期間之燃料消耗。第 1 2圖中，曲線C 1 3指明均質塡料燃燒期間之引擎制動 扭矩之資料，而曲線C 1 4指明層化塡料燃燒期間之引擎 燃料消耗之資料。第1 2圖之圖形所描繪之事實係均質塡 料燃燒期間之制動扭矩和層化塡料期間之燃料消策在雙頭 箭號所指之區域內彼此互容，該範圍被選擇爲相應於直線 線段G2之傾斜角度Θ2的上述範圔（0。至15。）。應注 .意的是因爲傾斜角度Θ2並未採取扣減値，故在活塞1之突 出期間能促進空腔4之成形。 直線線段G 2之長度L採取扣減値之第1 〇圖的配置之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -19- ----------Γ.---------^---^-I ^ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 403810 五、發明说明（17 ) 案例中，彎曲線段G 1之上端居於緩坡表面6之上側處， 故在第2圖中所示乏鉛垂平面V 2上的鉛垂直線S L與彎 曲線段G1之切線TL之間形成類似於該Θ2之傾斜角度 Θ2’，形成該角度之點爲彎曲線段G 1與緩坡表面6相交 之處。傾斜角度Θ2’被設定在0«至1 5°之範圍以內。與 第1 2圖中之者完全相同之實驗資料決定此範圔。因此， 均質塡料燃燒期間之制動扭矩和層化塡料期間之燃料消耗 在彎曲線段G 1之切線T L之傾斜角度02’的上述範圍（ 0。至1 5β)內彼此互容。應注意的是因爲傾斜角度Θ 2 1 在此案例中亦未採取扣減値，故在活塞1之突出期間能促 進空腔4之成形。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) -線 第1 3圖顯示與第1圖至第3圖中所示之活塞相類似的 活塞1之修改例，但不同的是在活塞頭1 a和沿著活塞1 之周邊處皆未有環形之標準平坦表面（2)成形。此例之 中，在突出區段P之表面與汽缸側壁表面1 s彼此互連之 處以相對於內含周邊線之標準水平平面Η P的方式置測空 腔4之深度Α和突出區段Ρ之高度Η。水平平面HP’垂直 於活塞1之中心軸線PC。應認知的是此修改例中能獲得 與第1圖至第3圖之實施例中之者相同之效應· / 第1 4圖和第1 5A圖至第1 5 C圖顯示與第1圔至第 3圖中所示之實施例相類似的另一修改例，但不同的是突 出區段P被成形爲具有閥凹7、7。成形之閥凹7、7能 防止進氣閥1 1、1 1干涉活塞1之突出區段P。切掉脊 線5之一部分便成形出各閥凹7。應明白的是此例中之引 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 20-

〇T8S〇F 403810 五、發明说明（18 ) 擎的各汽缸設置有兩個進氣閥1 1、1 1 · 由於閥凹7、7係切掉脊線5之一部分而成形，故如此 成形之閥凹7、7不僅能符合如閥凹之一般效應的閥動定 時和/或壓縮比等要求且與習用案例相比時亦能將閥凹尺 寸最小化而抑制活塞表面面稹之增加，習用案例之中係切 掉活塞頭之平坦部分以便成形出閥凹。於是，依照此例， 能將閥凹所導致之燃燒室容積的變化屋抑至小量之値且同 時又促進引擎之壓縮比調整。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁 訂 線 參照第1 6A圖至第1 6 C圖*此處所採取的是汽缸C 具有投影面積S，將汽缸C之汽缸內徑之圓投影在投影平 面上便獲得該投影面積S，該投影平面相應於水平平面， 該水平平面如第1 6 C圖中所示地垂直於汽缸C之中心軸 線X c。此外，採取的是第1 6 C圖中之影線區段具有在 鉛垂平面V 1上的面積S 2，該鉛垂平面通過汽缸塊1 5 中之汽缸C之中心軸線Xc。影線區段被界定於汽缸頭 1 0之表面與位於上死點中心之活塞1之活塞頭1 a之表 面之間且依徑向地被界定在假想汽缸IC之朝外之側處。 假想汽缸I C從脊線5起延伸至汽缸頭1 0之表面，且具 有平行於活塞1之中心軸線P C的軸線。此處，-面稹比値 〔（S2/S)xl00%〕在不小於30%之範圔以內* 第1 7圖之圖形或資料決定面積比値之此範圔，在第 1 4圖、第1 5A圖至第1 5 C圖與第1 6A圖至第 1 6 C圓所示之引擎上進行實驗便獲得第1 7圖之圖形或 資料。實驗之中，改變引擎之面積比値時量測均質塡料燃 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐） 21 〇雨0歹

403810 S 五、發明説明（19 ) (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 燒期間之引擎制動扭矩•第1 7圖中，曲線指明均質塡料 燃燒期間之引擎制動扭矩之資料。第17圖之圓形所描繪 之事實係均質塡料燃燒期間之制動扭矩隨著面積比値之增 加而增加，其中較佳的是面稹比値不小於3 0%以便在均 質燃燒期間維持高制動扭矩。決定此面稹比値之上限係依 照均質塡料燃燒性能與層化塡料燃燒性能之間的平衡，其 中若面積比値增加超過5 0%便_法改進均質塡料燃燒， 故面積比値之上限爲約5 0% · 雖然已相關於依照本發明之活塞的修改例地顯示並說明 上列面積比値〔（S2/S)xl〇〇%〕，應認知的是面 稹比値之想法可應用於具有第1圖至第3圖、第9圖、第 10圓與第13圖所示之其他活塞的引擎· 雖然已僅顯示並說明具有圓形空腔4之活塞，該圓形空 腔以偏心之方式朝向燃料噴射閥1 2地被成形，但應明白 的是具有槪括成共軸圓形之空腔（4)的活塞亦能獲得與 已顯示並說明之該種活塞之者的相同效應，其中空腔4之 中心軸線被定位成槪括地與引擎之汽缸的中心軸線排列成 行》 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^ΣΓ- 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4规格（2丨0><297公釐）

Claims (1)

1. 403810 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 經濟部中央標率局属工消费合作社印«. 1·一種適用汽缸直接噴射火星點火內燃機之活塞， 包含： 活塞頭，該活塞頭含有突出區段，該突出區段從標準水 平平面處突起，該標準水平平面垂直於該活塞之中心軸線 ;該突出區段具有空腔和傾斜表面，該空腔之周邊形成槪 括爲圓形之脊線而該傾斜表面成形於該脊線外側並延伸朝 向該活塞頭之周邊；該傾斜表面沿著從該脊線至該活塞頭 之周邊的.方向連績向下傾斜；該傾斜表面所形成之角度（ βΐ )的範圍爲相對於該標準水平平面之1 0。至6 0。》 2 .如申請專利範圔第1項之活塞，其中該傾斜表面形 成圓錐表面之一部分。 3.如申請專利範圍第1項之活塞，其中該空腔之深度 (Α)在3至9mm之範圍以內，該深度係該空腔之底表 面與該活塞之該標準水平平面之間的軸向距離· 4 ·如申請專利範圍第3項之活塞，其中該突出區段之 該深度（A)和高度（H)的總和値（B)在1 〇至2 0 mm之範圍以內，該突出區段之該高度係該標準水平平面 與該脊線之最上部分之間的軸向距離。 5 .如申請專利範圍第4項之活塞，其中該高度（H) 與該深度（A)之比値（Η/A)在1 . 〇至2 . 〇之範 圍以內。 6 .如申請專利範圍第4項之活塞，其中總和値（B) 與活塞行程（S)之比値（B/S)在不大於2 . 5之範 圍以內，該總和値爲該空腔之深度（A )與該突出區段之 <請先聞讀背面之注$項再填寫本茛) 訂 線 本紙張尺度逋用中國β家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） -23 - 23 403310 A8 C8 D8 六、申請專利範圍 高度（Η )之總和，該深度係該空腔之底表面與該活塞之 該標準水平平面之崗的軸向距離，該突出區段之該高度係 該標準水平平面與該脊線之最上部分之間的軸向距離。 7 .如申請專利範圔第1項之活塞，其中槪括成環形之 側壁表面界定出該空腔，含有該活塞之中心軸線和該空腔 之中心軸線的鉛垂平面上的第一與第二對立之彎曲線段表 示該側壁表面，該第一彎曲線段之位置比該第二彎曲線段 更接近火星塞，該第一彎曲線段之曲率半徑的範圍爲5至 2 0 m'm。-. 8 .如申請專利範圍第1項之活塞，其中該突出區段具 有位於該脊線外側的緩坡表面，該緩坡表面接觸該傾斜表 面並形成相對於該標準水平平面之第二角度，該第二角度 小於該第一角度。 9 .如申請專利範圍第7項之活塞，其中該第一彎曲線 段之端部與該突出區段之表面鄰近但分開，其中與該側壁 表面接觸之上壁表面界定出該空腔，該鉛垂平面上之直線 線段表示該上壁表面，該直線線段留駐於該鉛垂平面上之 該突出區段之表面與該彎曲線段之端部之間並連接該突出 區段之表面於該彎曲線段之端部，該直線線段之·長度（L )的範圍爲0至1 〇mm。 1 0 .如申請專利範圍第9項之活塞，其中該直線線段 相對於該活塞之中心軸線地成傾斜以致於在該鉛垂平面上 形成範圍爲0 °至1 5 °的角度（Θ2 )，該直線線段沿著朝 向該突出區段之表面的方向傾斜離開該活塞之中心軸線· 本纸張尺度逋用中•國家揉準（CNS > Α4Λ«> (210X297公釐） I..------r'------訂 111·I-—線' {請先《讀背面之注項再填寫本賨) 經濟部中央標率局負工消費合作社印装 οΐδ咖 24 B8 C8 D8 403810 六、申請專利範圍 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁 1 1 ·如申請專利範圍第7項之活塞，其中該第一彎曲 線段之端部抵達該鉛垂平面上之該突出區段之表面，位於 該突出區段之表面處的該第一彎曲線段之切線相對於該活 塞之中心軸線地成傾斜以致於在該鉛垂平面上形成範圍爲 0°至15°的角度（Θ2')，該切線沿著朝向該突出區段 之表面的方向傾斜離開該活塞之中心軸線。 1 2 .如申請專利範圍第1項之活塞，其中燃燒室之一 部分之橫斷剖面面積對燃機汽缸之缸內徑之投影面積的百 分比不小於3 0%，該橫斷剖面面稹係在含有燃機汽缸之 中心軸線的鉛垂平面上，該燃燒室之該部分被界定於汽缸 頭之表面與位於上死點中心之該活塞之該活塞頭之間且由 連接該脊線與該汽缸頭之表面的假想圓筒界定之，該假想 圓筒之軸線平行於該活塞之中心軸線，依該汽缸之中心軸 線的方向投影缸內徑便可獲得該投影面積。 1 3 .如申請專利範圍第1項之活塞，其中該活塞頭具 有槪括成環形之標準平坦表面，該標準平坦表面沿著該活 塞頭之周邊成形且位在該標準水平平面上，其中該突出區 段被該標準平坦表面包圍· 經濟部中央標隼局真工消費合作社印装 1 4 .如申請專利範圔第1項之活塞，其中該活塞頭在 整個該標準水平平面上皆接觸該活塞之圚筒側壁· 1 5 .如申請專利範圍第1項之活塞，其中該角度（ Θ1)在10°至30°之範圍以內。 1 6 種適用汽缸直接噴射火星點火內燃機之活塞， 包含： 本纸張尺度逍用中困國家揲準（CNS)A4规格（210x297公釐）-25 - 403810 8889 ABCD 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印装 六、申請專利範園 活塞頭，該活塞頭含有突出區段，該突出區段從標準水 平平面處突起，該檩準冰平平面垂直於該活塞之中心軸線 :該突出區段具有空腔和傾斜表面，該空腔之周邊形成槪 括爲圓形之脊線而該傾斜表面成形於該脊線外側並延伸朝 向該活塞頭之周邊：該傾斜表面沿著從該脊線至該活塞之 周邊的方向連績向下傾斜；該傾斜表面所形成之角度（Θ1 )的範圍爲相對於該標準水平平面之1 0。至6 0。， 其中該空腔之深度（A)在3至9mm之範圍以內，該 深度係該空腔之底表面與該活塞之該標準水平平面之間的 軸向距離， 其中槪括成環形之側壁表面界定出該空腔，含有該活塞 之中心軸線和該空腔之中心軸線的鉛垂平面上的第一與第 二對立之彎曲線段表示該側壁表面，該第一彎曲線段之位 置比該第二彎曲線段更接近火星塞，該第一彎曲線段之曲 率半徑的範圍爲5至2 0 mm · 1 7 . —種汽缸直接噴射火星點火內燃機，包含： 汽缸塊，具有眾多汽缸； 汽缸頭，以固定之方式裝設在該汽缸塊上； 進氣閥和排氣閥，以可移動之方式裝在該汽缸•頭上： 燃料噴射閥，用來將燃料直接射入相應於各汽缸地成形 之燃燒室內； 火星塞*其尖端區段伸入燃燒室： 活塞，以可移動之方式裝在汽缸內而在此活塞與該汽缸 頭之間界定燃燒室，該洁塞含有活塞頭，該活塞頭具有突 (請先閱讀背面之注f項再填寫本頁) •訂 -味！ ο 本紙張尺度適用中國困家梂率（CNS > A4规格（210X297公釐）_ 26 _ 403810 1 六、申請專利範園 出區段，該突出區段從標準水平平面處突起，該標準水平 平面垂直於該活塞之中心軸線，該突出區段具有空腔，該 空腔之周邊形成槪括爲園形之脊線且該空腔之中心軸線以 朝向該進氣閥之方式偏離該活塞之中心軸線，該活塞頭又 具有傾斜表面，該傾斜表面成形於該脊線外側並朝向該活 塞頭之周邊延伸，該傾斜表面沿著從該脊線至該活塞之周 邊的方向連續向下傾斜，該傾斜表面所形成之角度的範圍 爲相對於該標準水平平面之1 0。至6 0。· (請先閱讀背面之注f項再填寫本頁) 订 經濟部中央標率局工消費合作社印装 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-27-