專利名稱：發(fā)動機的活塞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機的活塞，特別涉及關于在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流的多缸發(fā)動機的發(fā)動機的活塞。
背景技術：
以往，已知有在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生滾動氣流、湍流等旋轉(zhuǎn)氣流的發(fā)動機。在該發(fā)動機中，可通過產(chǎn)生強度高的旋轉(zhuǎn)氣流來增大混合氣的紊亂，從而提高燃燒速度，且可通過進行高速燃燒來改善燃燒和燃料經(jīng)濟性。關于這點，在例如對比文獻1中公開了可認為在與生成滾動氣流的發(fā)動機相關的技術的方面與本發(fā)明有關聯(lián)性的技術。此外，關于活塞，在例如專利文獻2或3中公開了可認為與本發(fā)明具有關聯(lián)性的結(jié)構(gòu)的技術?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 特開2007-46457號公報；專利文獻2 特開平11-200946號公報；專利文獻3 實開平05-38342號公報。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題但是，在多缸發(fā)動機中，在結(jié)構(gòu)上，在氣缸間形成的壁部的溫度特別容易上升。具體地，如圖8所示，(a)所示的氣缸間形成的壁部的溫度與在(b)所示的發(fā)動機進氣側(cè)形成的氣缸壁部的溫度相比在發(fā)動機的全部運轉(zhuǎn)狀態(tài)下均較高。此外，在發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)從低旋轉(zhuǎn)低負荷的運轉(zhuǎn)區(qū)域向高旋轉(zhuǎn)高負荷的運轉(zhuǎn)區(qū)域變化的情況下，(a)所示的溫度與 (b)所示的溫度相比較大幅度地增高。關于這點，可認為在氣缸間形成的壁部的溫度上升導致發(fā)動機潤滑油的異常消耗，特別地，該問題有可能在高旋轉(zhuǎn)高負荷運轉(zhuǎn)時在進行高速燃燒的發(fā)動機中發(fā)生。而且，該溫度上升特別是在為改善燃料經(jīng)濟性而進行高速燃燒的發(fā)動機中存在有可能妨礙燃料經(jīng)濟性提高的問題。于是，本發(fā)明鑒于上述問題而研制，其目的是提供可適當?shù)匾种圃诙喔装l(fā)動機的氣缸間形成的壁部的溫度上升的發(fā)動機的活塞。用于解決問題的手段用于解決上述問題的本發(fā)明的發(fā)動機的活塞用于在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流的多缸發(fā)動機，具有頭道環(huán)槽；和上表面外周部的一部分，該部分形在所述多缸發(fā)動機中被配置于與相鄰的氣缸相對的位置處，并且，形成為鼓起的形狀，以使得在所述燃燒室內(nèi)，在從壓縮行程上止點后至少到超過所述燃燒室中的熱的移動量成為最大的位置的期間內(nèi)，不使缸孔壁面露出到在上止點與所述頭道環(huán)槽相對的位置處。此外，本發(fā)明優(yōu)選的是，所述旋轉(zhuǎn)氣流是滾動氣流，在形成所述部分時，使從壓縮行程上止點后至少到超過所述燃燒室中的熱的移動量成為最大(最高)的位置的期間成為從壓縮行程上止點后到曲軸轉(zhuǎn)角以壓縮行程上止點為起點而超過被包含在從30°到50° 的范圍內(nèi)的預定角度時的期間。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可適當?shù)匾种圃诙喔装l(fā)動機的氣缸間形成的壁部的溫度上升。


圖1是發(fā)動機的概要構(gòu)成圖。圖2是發(fā)動機的重要部分的水平剖視圖。圖3是用立體圖來具體表示發(fā)動機的活塞的圖。圖4是發(fā)動機的活塞的圖3中所示的A-A剖視圖。圖5是對于發(fā)動機的活塞的說明圖。圖6是表示燃燒室中的熱的移動量的圖。圖7是根據(jù)滾動氣流比(夕> ^比)來表示燃燒室中的熱的移動量的圖。圖8是表示與發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對應的氣缸周邊部的溫度的一個實例的圖。
具體實施例方式下面與附圖一同來說明用于實施本發(fā)明的實施方式。圖1、圖2所示的發(fā)動機50是直列四缸的多缸發(fā)動機，除了本實施例涉及的發(fā)動機的活塞(以下簡稱為活塞)1之外，還具備氣缸體51、氣缸蓋52、進氣門55、排氣門56和火花塞57。在氣缸體51形成有多個(這里為四個)氣缸51a和水套51b。在多個氣缸51a 中的、相鄰的氣缸間形成有壁部51c。在氣缸51a內(nèi)收置活塞1。在氣缸體51的上面固定有氣缸蓋52。燃燒室53形成為由活塞1、氣缸體51和氣缸蓋52包圍的空間。在氣缸蓋52形成有進氣口 5 和排氣口 52b。進氣口 5 向燃燒室52導引進氣 S，排氣口 52b將燃燒室53的氣體排出。進氣口 5 成為導入進氣的進氣導入構(gòu)件以在燃燒室53內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，向燃燒室53內(nèi)導入的進氣S形成滾動氣流T。關于這點，在發(fā)動機50中，用AVL模擬來生成滾動氣流比(活塞1往返一次期間滾動氣流T旋轉(zhuǎn)的次數(shù))約為2.0的高滾動氣流比的滾動氣流來作為滾動氣流T。在氣缸蓋52，設有用于將該進排氣口 5 和52b開閉的進排氣門55、56。此外，在氣缸蓋52，在燃燒室53的上部大體中央在使電極突出的狀態(tài)下設有火花塞57。其次，對活塞1具體說明?；钊?如圖3、圖4所示那樣在上表面具備導引滾動氣流T的腔室2。腔室2設置成可在燃燒室53內(nèi)沿將進氣側(cè)和排氣側(cè)連接的方向?qū)б凉L動氣流T。在活塞1的外周部形成有多個(這里為三個)環(huán)形槽。而且，這些環(huán)形槽中的、在離上表面最近的位置設置的環(huán)形槽成為頭道環(huán)槽3。在包括頭道環(huán)槽3的環(huán)形槽設置的活塞環(huán)分別(省略圖示)具有將作為缸孔壁面的氣缸51a的壁面的潤滑油扒落的功能和保持燃燒室53的氣密的功能。此外，在活塞1形成有銷座孔4。而且，活塞1的上表面外周部中的、在銷座孔4的延伸方向上位于兩端的部分10不是一樣的平面，而是分別形成為鼓起的形狀。具體地，部分10從進氣側(cè)和排氣側(cè)這兩側(cè)逐漸隆起而形成為鼓起的形狀。各部分10中的至少一個成為配置在發(fā)動機50中與相鄰的氣缸相對的位置的部分。即，各部分10中的至少一個成為在與壁部51c相對的位置處配置的部分。如圖5所示，部分10在燃燒室53內(nèi)還形成為以下所示那樣。這里，在圖5中用實線表示曲軸轉(zhuǎn)角為40° ATDC的情況下的活塞1，且用虛線表示位于上止點情況下的活塞1。 此外，位置P表示在上止點與頭道環(huán)槽3相對的氣缸51a的壁面的位置。部分10形成為鼓起的形狀，以在燃燒室53內(nèi)，從壓縮行程上止點后至少到超過表示燃燒室53的熱的移動量的熱流通量變?yōu)樽罡叩奈恢玫钠陂g，不使氣缸51a的壁面露出到位置P。關于這點，部分10 相對的壁部51c中的比位置P靠下方的部分51ca成為在抑制因潤滑油上升導致的潤滑油的異常消耗的發(fā)生方面特別需要抑制溫度上升的部分。另一方面，在發(fā)動機50中，熱流通量具體如圖6所示那樣變化。如圖6所示，熱流通量在壓縮行程上止點后急劇增加，然后達到峰值而下降。關于這點，熱流通量具體在曲軸轉(zhuǎn)角約為25° ATDC時為最高，然后，在曲軸轉(zhuǎn)角約為50° ATDC時為零。與之相對，如果在該熱流通量產(chǎn)生的狀態(tài)下不露出部分51ca，則可抑制火炎和燃燒氣體與部分51ca接觸所導致的部分51cal的溫度上升。因此，為了抑制部分51ca的溫度上升，在形成部分10時，使活塞1在從壓縮行程上止點后至少到超過熱流通量成為最高的位置(這里為25° ATDC)的期間內(nèi)不使氣缸51a 的壁面的位置P露出是適當?shù)摹４送?，在形成部?0時，鑒于圖6所示的熱流通量的變化方式，具體地，將從壓縮行程上止點后至少到超過所述熱流通量成為最高的位置的期間設成為從壓縮行程上止點后到曲軸轉(zhuǎn)角以壓縮行程上止點為起點而超過被包含在從30°到50°的范圍內(nèi)(從 30° ATDC到50° ATDC的范圍內(nèi))的預定角度時的期間較理想。關于這點，通過使預定角度為30°，可將在圖6所示的熱流通量中的峰值前后范圍內(nèi)熱流通量特別高的部分一帶(從20° ATDC到30° ATDC之間的部分)包括在抑制向部分51ca的熱移動的曲軸轉(zhuǎn)角的范圍R內(nèi)。此外，通過使預定角度為50°，可將圖6所示的熱流通量整體包括在范圍R內(nèi)。另一方面，在將部分10形成為更大地鼓起的形狀的情況下，除了活塞1的重量增大相應的量之外，也可考慮會對部分10的強度產(chǎn)生影響的可能性。關于這點，熱流通量如圖6所示那樣主要在直到40° ATDC的期間增大。因此，在形成部分10時，鑒于圖6所示的熱流通量的變化方式，更具體地，使預定角度為40°較理想。關于這點，通過使預定角度為40°，與預定角度為30°的情況相比，還可進一步抑制向部分51ca的熱移動，同時，與預定角度為50°的情況相比也可使部分10小型化。另一方面，熱流通量還根據(jù)滾動氣流比而如圖7所示那樣變化。如圖7所示，形成熱流通量的峰值的曲軸轉(zhuǎn)角隨著滾動氣流比(TR)下降而逐漸從壓縮行程上止點遠離。此夕卜，熱流通量的峰值隨著滾動氣流比下降而逐漸變小。關于這點，在使預定角度為40°的情況下，不僅在滾動氣流比為高滾動氣流比(這里，具體約為2.0)的情況(Tl的情況)下， 在滾動氣流比為中滾動氣流比(這里，具體約為1. 2)的情況(T2的情況)和滾動氣流比為低滾動氣流比(這里，具體約為0. 5)的情況(T3的情況)下，也能在范圍R內(nèi)包含熱流通量的峰值。而且，在使預定角度為40°的情況下，特別地，在T2的情況下，與熱流通量的峰值變小相結(jié)合而可適當?shù)匾种葡虿糠?1cal的熱移動。因此，在使預定角度為40°的情況下，還可適當?shù)靥岣邔τ诎ǜ邼L動氣流比的寬度大的滾動氣流比的適合性。
另一方面，形成熱流通量的峰值的曲軸轉(zhuǎn)角反而隨著滾動氣流比提高而逐漸接近壓縮行程上止點。此外，熱流通量的峰值隨著滾動氣流比的提高而逐漸變大。關于這點， 在滾動氣流比比2. 0高的情況下，通過與滾動氣流比對應地使預定角度成為比40°小的角度，從而與使預定角度為40°的情況相同程度地抑制熱移動，并且與使預定角度為40°的情況相比也可進一步實現(xiàn)部分10的小型化。此外，在滾動氣流比比2. 0低的情況下，熱流通量的峰值比滾動氣流比為2.0的情況減小，但是，通過與滾動氣流比對應地使預定角度成為比40°大的角度，也可比使預定角度為40°的情況更進一步地抑制熱移動。此外，在發(fā)動機50中，在燃燒室53內(nèi)生成滾動氣流T來作為旋轉(zhuǎn)氣流，將生成的旋轉(zhuǎn)氣流維持到壓縮行程后半部并使其破壞從而在燃燒室53內(nèi)的環(huán)境氣體中產(chǎn)生紊亂， 從而實現(xiàn)燃燒速度的提高，進而進行高速燃燒。關于這點，在進行高速燃燒的發(fā)動機50中， 因燃燒速度的提高而使燃燒氣體的溫度提高，且因旋轉(zhuǎn)氣流而使溫度邊界層變薄，其結(jié)果， 傳熱系數(shù)變大，因此燃燒室53的壁面的溫度變?yōu)楦邷?。此外，在進行高速燃燒的發(fā)動機 50中，越是轉(zhuǎn)速大且負荷高的情況，每單位時間的發(fā)熱量越增大，且旋轉(zhuǎn)氣流的強度增加， 從而使傳熱系數(shù)變得更大。即，在燃燒室53內(nèi)生成旋轉(zhuǎn)氣流、進行高速燃燒的發(fā)動機50中， 因該情況而使壁部51c的溫度上升特別成問題。關于這點，可如上述那樣抑制部分51ca的溫度上升的活塞1適于在燃燒室53內(nèi)生成旋轉(zhuǎn)氣流且進行高速燃燒的發(fā)動機50。上述實施例是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但是，并不限于此，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)可進行各種變形實施。例如，在上述實施例中，說明了進氣導入構(gòu)件是進氣口 5 的情況。但是，在本發(fā)明中，不一定限于此，進氣導入構(gòu)件也可通過例如在進氣口內(nèi)設置且可控制進氣的流動的氣流控制閥、氣流控制閥和進氣口的組合等來實現(xiàn)。此外，例如，在上述實施例中，說明了旋轉(zhuǎn)氣流是滾動氣流T的情況。但在本發(fā)明中并不限于此，旋轉(zhuǎn)氣流也可以是例如渦流、傾斜滾動氣流等。附圖標記的說明1活塞3頭道環(huán)槽(第一道活塞環(huán)槽)50發(fā)動機51氣缸體51a氣缸52 氣缸蓋5 進氣口 53燃燒室
權利要求
1.一種發(fā)動機的活塞，用于在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流的多缸發(fā)動機，其中，該活塞具有頭道環(huán)槽；和上表面外周部的一部分，該部分在所述多缸發(fā)動機中被配置于與相鄰的氣缸相對的位置，并且，形成為鼓起的形狀，以使得在所述燃燒室內(nèi)，在從壓縮行程上止點后至少到超過所述燃燒室中的熱的移動量成為最大的位置的期間，不使缸孔壁面露出到在上止點與所述頭道環(huán)槽相對的位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機的活塞，其中， 所述旋轉(zhuǎn)氣流是滾動氣流，在形成所述部分時，將從壓縮行程上止點后至少到超過所述燃燒室中的熱的移動量成為最大的位置的期間設成為從壓縮行程上止點后到曲軸轉(zhuǎn)角以壓縮行程上止點為起點而超過被包含在從30°到50°的范圍內(nèi)的預定角度的期間。
全文摘要
活塞(1)用于在燃燒室(53)內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流(T)的發(fā)動機(50)。該活塞(1)具有頭道環(huán)槽(3)；和上表面外周部的一部分(10)，該部分在發(fā)動機(50)中被配置于與相鄰的氣缸相對的位置處，并且，形成為鼓起的形狀，以使得在燃燒室(53)內(nèi)，在從壓縮行程上止點后至少到超過表示燃燒室(53)的熱的移動量的熱流通量成為最大的位置的期間內(nèi)，不使氣缸(51a)的壁面露出到在上止點與頭道環(huán)槽(3)相對的位置處。
文檔編號F02F3/26GK102472199SQ20108003510
公開日2012年5月23日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權日2010年4月30日
發(fā)明者奧村大地, 能川真一郎 申請人:豐田自動車株式會社