TWM562907U - 引擎活塞結構 - Google Patents

Abstract

本創作係關於一種引擎活塞結構，設置於一壓縮比10.5以上之引擎總成內，引擎總成包括有一汽缸體、一汽缸頭、一曲柄軸總成及一連桿，汽缸頭設置於汽缸體上，連桿驅動曲柄軸總成轉動，引擎活塞結構包括有：一活塞頭、一安裝部及一活塞銷。活塞頭包括有一肩部及一凹部，肩部環繞形成於凹部之周圍並完整包圍凹部，凹部內形成二進氣閥讓槽及二排氣閥讓槽，凹部之底面平行汽缸體及汽缸頭之結合面，安裝部與活塞頭連接並位於活塞頭之下方，活塞銷設置於安裝部內，連桿之兩端分別連接活塞銷及曲柄軸總成。藉此活塞結構，可以改善引擎燃燒效率。

Description

引擎活塞結構

本創作係關於一種引擎活塞結構，尤指一種活塞頭具有肩部及凹部結構設計之引擎活塞結構。

機車為一種由引擎或馬達驅動，利用手把操縱方向的二輪或三輪車輛，由於有著操縱簡單、行動方便及價格低廉的特點，成為目前最常利用的交通工具。

在機車之引擎上，活塞為一設置於汽缸內部之重要零件，在四行程引擎中，分別為進氣、壓縮、爆炸及排氣四個行程，活塞於汽缸內依序上下進行滑動，於爆炸行程活塞下行時，藉由連桿將動力傳遞至曲柄軸轉換為旋轉運動。

現今的四行程引擎已經普遍發展為高壓縮比(10以上)，代表活塞在上死點附近時，會相當接近進氣閥與排氣閥，此結構特徵嚴重限制進氣閥與排氣閥的開啟揚程，進而使引擎性能低下，習知的改善作法為藉由分析凸輪輪廓與氣閥系統之幾何參數得出氣閥對於活塞之干涉區域，並且在活塞頭相對應之位置設置氣閥閃躲槽(以下稱為閥讓槽)。

參閱圖1至圖2B，其分別為習知引擎活塞結構示意圖、圖1之活塞頭之俯視結構示意圖及圖1之活塞頭之側視結構示意圖。

習知引擎活塞結構設置於一引擎總成內，引擎總成包括有一汽缸體101、一汽缸頭102、一曲柄軸總成103及一連桿104，汽缸頭102設置於汽缸體101上，連桿104驅動曲柄軸總成103轉動，引擎活塞結構包括有：一活塞頭11、一安裝部12及一活塞銷13。活塞頭11包括有一凸部111、二進氣閥讓槽T11,T12及二排氣閥讓槽T21,T22，安裝部12與活塞頭11連接並位於活塞頭11之下方，活塞銷13設置於安裝部12內，連桿104之兩端分別連接活塞銷13及曲柄軸總成103。

現今的四行程引擎已普遍採用四氣閥之設計，其具備二進氣閥與二排氣閥(圖未示)，為了提升引擎之性能，通常會將進氣閥及排氣閥設計得較大，其中，進氣閥之直徑普遍大於排氣閥之直徑，如圖2A所示，這容易使得活塞頭11之二進氣閥讓槽T11,T12及二排氣閥讓槽T21,T22切穿活塞頭11之邊緣，且二進氣閥讓槽T11,T12及二排氣閥讓槽T21,T22突出設置於活塞頭11之表面，環繞凸部111形成四個半月形突設結構，此種結構於引擎運轉中容易受熱害而損壞，且閥讓槽是相對細小的結構，一般設計圓角較小，因而較不利於模具壽命。

另外，由於閥徑的設定較大，會使進排氣閥的閥桿夾角變大，進而導致汽缸頭102的燃燒腔室S1容積增大，為了維持高的壓縮比，活塞頭11之容積便不能太小，故活塞結構通常會設計為平頂或凸頂之型式，如活塞頭11之凸部111。

活塞頭11為了對應氣閥閥徑較大之設計而結構變得較為複雜，使得活塞頭11在壓縮行程上行至上死點附近時，壓縮後容積形成一個較為複雜的形狀，此容積之S/V(S：表面積，V：體積)比值較大，意即壓縮後容積的表面積相對大，且火星塞點火後火焰傳遞至壁面的距離差異較大，皆不利於燃燒效率。

因此，本創作人思及一種引擎活塞結構，利用在活塞頭內形成肩部及凹部，並於凹部內形成二進氣閥讓槽及二排氣閥讓槽之結構，使閥讓槽完全整合於凹部之內，不但提升引擎之燃燒效率，也有利於活塞頭之製作模具之壽命，創作人緣因於此，本於積極創作之精神，亟思一種可以達成上述效果之引擎活塞結構，幾經研究實驗終至完成本創作。

本創作之主要目的係在提供一種引擎活塞結構，利用凹部內形成二進氣閥讓槽及二排氣閥讓槽之結構，提升引擎之燃燒效率，本創作者思及以下方式。

為達成上述目的，本創作之引擎活塞結構，設置於一壓縮比10.5以上之引擎總成內，引擎總成包括有一汽缸體、一汽缸頭、一曲柄軸總成及一連桿，汽缸頭設置於汽缸體上，連桿驅動曲柄軸總成轉動，引擎活塞結構包括有：一活塞頭、一安裝部及一活塞銷。活塞頭包括有一肩部及一凹部，肩部環繞形成於凹部之周圍並完整包圍凹部，凹部內形成二進氣閥讓槽及二排氣閥讓槽，二進氣閥讓槽及二排氣閥讓槽完全整合於凹部之內，凹部之底面平行汽缸體及汽缸頭之結合面，安裝部與活塞頭連接並位於活塞頭之下方，活塞銷設置於安裝部內，連桿之兩端分別連接活塞銷及曲柄軸總成。

在本創作中，圍繞凹部可形成一第一輪廓線，第一輪廓線為封閉圓滑曲線，且第一輪廓線鄰近二進氣閥讓槽側之寬度可大於鄰近二排氣閥讓槽側之寬度。

上述汽缸頭可形成一燃燒腔室，燃燒腔室正投影於活塞頭上可形成一第二輪廓線，第二輪廓線可位於第一輪廓線之內。

上述汽缸頭在環繞燃燒腔室之周圍可形成一對應活塞頭之擠壓面，且擠壓面可平行汽缸體及汽缸頭之結合面。

在本創作中，當活塞頭位於上死點位置時，擠壓面與肩部之間隙可介於0.8mm至2.5mm之間。

上述凹部之底面在結構轉折後與肩部連接，且結構轉折處呈現一圓角結構。

上述圓角結構鄰近二進氣閥讓槽及二排氣閥讓槽處之圓角可小於遠離二進氣閥讓槽及二排氣閥讓槽處之圓角，且圓角結構之圓角變化可為連續且平滑的。

上述肩部與凹部之底面之高度差可介於1.5mm至3.5mm之間。

上述引擎總成更可包括二進氣閥及二排氣閥，二進氣閥可分別對應二進氣閥讓槽，二排氣閥可分別對應二排氣閥讓槽，每一進氣閥包括一進氣閥桿部及一進氣閥閥部，每一排氣閥包括一排氣閥桿部及一排氣閥閥部，汽缸體形成一汽缸中心線，進氣閥桿部與汽缸中心線之夾角角度可小於或等於20度，排氣閥桿部與汽缸中心線之夾角角度可小於或等於20度。

上述每一進氣閥閥部之直徑為D，二進氣閥閥部之間距為P，汽缸體之汽缸內徑為B，其滿足下列關係：(D+P)/B≦0.8。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本創作的申請專利範圍，而有關本創作的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

參閱圖3至圖7D，其分別為本創作之引擎活塞結構示意圖、圖3之局部結構放大示意圖、引擎總成之進氣閥配置示意圖、引擎總成之進氣閥及排氣閥之配置示意圖、引擎活塞結構之活塞頭之立體結構示意圖、圖7A之俯視結構示意圖、圖7B之A-A剖面之結構示意圖及圖7B之B-B剖面之結構示意圖。

本創作之引擎活塞結構設置於一壓縮比10.5以上之引擎總成內，引擎總成包括有一汽缸體201、一汽缸頭202、一曲柄軸總成203、一連桿204、二進氣閥205及二排氣閥206，汽缸體201形成一汽缸中心線C，汽缸頭202設置於汽缸體201上，連桿204驅動曲柄軸總成203轉動，引擎活塞結構包括有：一活塞頭21、一安裝部22及一活塞銷23。

活塞頭21包括有一肩部211及一凹部212，肩部211環繞形成於凹部212之周圍並完整包圍凹部212，凹部212內形成二進氣閥讓槽T31,T32及二排氣閥讓槽T41,T42，凹部212之底面平行汽缸體201及汽缸頭202之結合面，二進氣閥205分別對應二進氣閥讓槽T31,T32，二排氣閥206分別對應二排氣閥讓槽T41,T42，每一進氣閥205包括一進氣閥桿部2051及一進氣閥閥部2052，每一排氣閥206包括一排氣閥桿部2061及一排氣閥閥部2062，安裝部22與活塞頭21連接並位於活塞頭21之下方，活塞銷23設置於安裝部22內，連桿204之兩端分別連接活塞銷23及曲柄軸總成203。

如圖4所示，汽缸頭202形成一燃燒腔室S2，同時環繞燃燒腔室S2之周圍形成一對應活塞頭21之擠壓面2021，且擠壓面2021平行汽缸體201及汽缸頭202之結合面，其中，當活塞頭21位於上死點位置時，擠壓面2021與肩部211之間隙G介於0.8mm至2.5mm之間，藉此，間隙G形成一圈局部壓力較高之擠壓區(Squish Zone)，並將外圍的油氣混合氣體往燃燒腔室S2中間擠壓，有助於油氣混合氣體的攪動進而提升燃燒效率。

承上，肩部211與凹部212之底面之高度差H介於1.5mm至3.5mm之間，如此，本創作之引擎活塞結構可使壓縮後容積形成一完整厚實之空間(S/V比值較低)，因而火焰傳遞路徑更為均勻，有助於提升引擎總成之燃燒效率。

如圖5所示，在活塞頭21之俯視角度下，圍繞凹部212形成一第一輪廓線P1，第一輪廓線P1為封閉圓滑曲線，而汽缸頭202所形成之燃燒腔室S2正投影於活塞頭21上形成一第二輪廓線P2，且第二輪廓線P2位於第一輪廓線P1之內。

承上，為了使第二輪廓線P2位於第一輪廓線P1之內(配合參閱圖4至圖6)，在引擎總成內之進氣閥桿部2051與汽缸中心線C之夾角角度A1小於或等於20度，排氣閥桿部2061與汽缸中心線C之夾角角度A2小於或等於20度，同時每一進氣閥閥部2052之直徑D、二進氣閥閥部2052之間距P及汽缸體201之汽缸內徑B滿足下列關係：(D+P)/B≦0.8，藉此，使凹部212所形成之第一輪廓線P1位於汽缸頭202之燃燒腔室S2所形成之第二輪廓線P2之外側。

接下來，如圖7B所示，凹部212所形成之第一輪廓線P1鄰近二進氣閥讓槽T31,T32側之寬度W1大於鄰近二排氣閥讓槽T41,T42側之寬度W2，藉此配合進氣閥閥部2052之閥徑較大之結構設計。

如圖7C及圖7D所示，凹部212之底面在結構轉折後與肩部211連接，且結構轉折處呈現一圓角結構，同時，圓角結構鄰近進氣閥讓槽T31之圓角R1及排氣閥讓槽T42處之圓角R2小於遠離二進氣閥讓槽T31,T32及二排氣閥讓槽T41,T42處之圓角R3,R4，且鄰近閥讓槽及遠離閥讓槽之圓角結構之圓角變化為連續且平滑的，加上進氣閥讓槽T31,T32及排氣閥讓槽T41,T42完全整合於該凹部之內，不會如習知技術形成突出活塞頭表面之半月形結構，藉此，肩部211與凹部212之間之結構轉折處、進氣閥讓槽T31,T32及排氣閥讓槽T41,T42之結構形狀相對於習知閥讓槽更加平滑連續，有利於改善活塞頭21之製作模具之壽命。

由上述內容可知，本創作之引擎活塞結構，利用活塞頭21之肩部211及凹部212之結構設計，提升引擎之燃燒效率，配合凹部212內所形成之二進氣閥讓槽T31,T32及二排氣閥讓槽T41,T42之圓角結構為連續且平滑之設計，改善活塞頭21之製作模具之壽命。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本創作所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

101‧‧‧汽缸體
102‧‧‧汽缸頭
103‧‧‧曲柄軸總成
104‧‧‧連桿
11‧‧‧活塞頭
111‧‧‧凸部
12‧‧‧安裝部
13‧‧‧活塞銷
201‧‧‧汽缸體
202‧‧‧汽缸頭
2021‧‧‧擠壓面
203‧‧‧曲柄軸總成
204‧‧‧連桿
205‧‧‧進氣閥
2051‧‧‧進氣閥桿部
2052‧‧‧進氣閥閥部
206‧‧‧排氣閥
2061‧‧‧排氣閥桿部
2062‧‧‧排氣閥閥部
21‧‧‧活塞頭
211‧‧‧肩部
212‧‧‧凹部
22‧‧‧安裝部
23‧‧‧活塞銷
A1,A2‧‧‧夾角角度
B‧‧‧汽缸內徑
C‧‧‧汽缸中心線
D‧‧‧直徑
G‧‧‧間隙
H‧‧‧高度差
P‧‧‧間距
P1‧‧‧第一輪廓線
P2‧‧‧第二輪廓線
R1~R4‧‧‧圓角
S1,S2‧‧‧燃燒腔室
T11,T12,T31,T32‧‧‧進氣閥讓槽
T21,T22,T41,T42‧‧‧排氣閥讓槽
W1,W2‧‧‧寬度

圖1係習知引擎活塞結構示意圖。 圖2A係圖1之活塞頭之俯視結構示意圖。 圖2B係圖1之活塞頭之側視結構示意圖。 圖3係本創作之引擎活塞結構示意圖。 圖4係圖3之局部結構放大示意圖。 圖5係本創作之引擎總成之進氣閥配置示意圖。 圖6係本創作之引擎總成之進氣閥及排氣閥之配置示意圖。 圖7A係本創作之引擎活塞結構之活塞頭之立體結構示意圖。 圖7B係圖7A之俯視結構示意圖。 圖7C係圖7B之A-A剖面之結構示意圖。 圖7D係圖7B之B-B剖面之結構示意圖。

Claims (10)

1. 一種引擎活塞結構，係設置於一壓縮比10.5以上之引擎總成內，該引擎總成包括有一汽缸體、一汽缸頭、一曲柄軸總成及一連桿，該汽缸頭設置於該汽缸體上，該連桿驅動該曲柄軸總成轉動，該引擎活塞結構包括有： 一活塞頭，係包括有一肩部及一凹部，該肩部係環繞形成於該凹部之周圍並完整包圍該凹部，該凹部內形成二進氣閥讓槽及二排氣閥讓槽，該二進氣閥讓槽及該二排氣閥讓槽完全整合於該凹部之內，且該凹部之底面平行該汽缸體及該汽缸頭之結合面； 一安裝部，係與該活塞頭連接並位於該活塞頭之下方；以及 一活塞銷，係設置於該安裝部內，該連桿之兩端係分別連接該活塞銷及該曲柄軸總成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之引擎活塞結構，其中，圍繞該凹部係形成一第一輪廓線，該第一輪廓線為封閉圓滑曲線，且該第一輪廓線鄰近該二進氣閥讓槽側之寬度係大於鄰近該二排氣閥讓槽側之寬度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之引擎活塞結構，其中，該汽缸頭係形成一燃燒腔室，該燃燒腔室正投影於該活塞頭上係形成一第二輪廓線，該第二輪廓線係位於該第一輪廓線之內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之引擎活塞結構，其中，該汽缸頭在環繞該燃燒腔室之周圍係形成一對應該活塞頭之擠壓面，且該擠壓面係平行該汽缸體及該汽缸頭之結合面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之引擎活塞結構，其中，當該活塞頭位於上死點位置時，該擠壓面與該肩部之間隙係介於0.8mm至2.5mm之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之引擎活塞結構，其中，該凹部之底面在結構轉折後與該肩部連接，且結構轉折處呈現一圓角結構。
7. 如申請專利範圍第6項所述之引擎活塞結構，其中，該圓角結構鄰近該二進氣閥讓槽及該二排氣閥讓槽處之圓角係小於遠離該二進氣閥讓槽及該二排氣閥讓槽處之圓角，且該圓角結構之圓角變化係為連續且平滑的。
8. 如申請專利範圍第1項所述之引擎活塞結構，其中，該肩部與該凹部之底面之高度差係介於1.5mm至3.5mm之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之引擎活塞結構，其中，該引擎總成更包括二進氣閥及二排氣閥，該二進氣閥係分別對應該二進氣閥讓槽，該二排氣閥係分別對應該二排氣閥讓槽，該每一進氣閥包括一進氣閥桿部及一進氣閥閥部，該每一排氣閥包括一排氣閥桿部及一排氣閥閥部，該汽缸體形成一汽缸中心線，該進氣閥桿部與該汽缸中心線之夾角角度係小於或等於20度，該排氣閥桿部與該汽缸中心線之夾角角度係小於或等於20度。
10. 如申請專利範圍第9項所述之引擎活塞結構，其中，該每一進氣閥閥部之直徑為D，該二進氣閥閥部之間距為P，該汽缸體之汽缸內徑為B，其滿足下列關係：(D+P)/B≦0.8。