專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，特別涉及幾何壓縮比為13.0以上的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中，公開(kāi)了作為進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)的配氣正時(shí)在活塞位于上止點(diǎn) 附近的時(shí)候設(shè)定進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)均打開(kāi)的氣門(mén)重疊期間的技術(shù)方案(例如日本專(zhuān)利公開(kāi)公 報(bào)特開(kāi)2006—283631號(hào))。通過(guò)設(shè)定氣門(mén)重疊期間，可以提高已燃?xì)怏w的掃氣性和進(jìn)氣 的充填效率。
此處，作為改善燃耗的方法，提出通過(guò)將幾何壓縮比設(shè)定為例如13.0以上以提高熱效 率的方案。然而，若排氣量相同則幾何壓縮比設(shè)定得越高，燃燒室的容積便越小，從而對(duì) 燃燒室內(nèi)的進(jìn)排氣方向的氣體的流動(dòng)產(chǎn)生阻力。因此，幾何壓縮比設(shè)定得較高的發(fā)動(dòng)機(jī)中， 當(dāng)設(shè)置氣門(mén)重疊期間時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生進(jìn)氣、排氣不能對(duì)應(yīng)于氣門(mén)的升程地得到促進(jìn)，以及 不能提高己燃?xì)怏w的掃氣性和進(jìn)氣的充填效率的情況。如為了改善上述問(wèn)題而擴(kuò)大燃燒室 的容積則幾何壓縮比會(huì)降低，因此，要求燃燒室形狀既能夠抑制燃燒室內(nèi)的進(jìn)排氣方向的 氣體的流動(dòng)的阻力又能夠提高幾何壓縮比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在設(shè)定有氣門(mén)重疊期間并且?guī)缀螇嚎s比設(shè)定為13.0以上的內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)中，進(jìn)一步切實(shí)地提高已燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括，氣缸；在氣缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞； 在與上述氣缸及活塞之間形成燃燒室的氣缸蓋；安裝在氣缸蓋上的火花塞；具有與設(shè)置在 上述氣缸蓋上的氣門(mén)座密合的頭部、從而密封燃燒室的進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)；該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)， 設(shè)定有進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)均打開(kāi)的氣門(mén)重疊期間，并且?guī)缀螇嚎s比為13.0以上，其特征在于 當(dāng)設(shè)由相互平行的多個(gè)假想截面截切燃燒室得到的燃燒室的各截面積為S1，其中，上述多 個(gè)假想截面與上述進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)中的至少一方的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向平行并且通過(guò)上述 至少一方的氣門(mén)的頭部，以及設(shè)在上述假想截面的上述燃燒室的外側(cè)，上述頭部與氣門(mén)座之間形成的有效開(kāi)口面積為S2時(shí)，在上述氣門(mén)重疊期間的中間點(diǎn)，對(duì)于任意一個(gè)上述假 想截面，條件式S1》S2均成立。
當(dāng)滿(mǎn)足S1》S2的關(guān)系時(shí)，在上述燃燒室內(nèi)可確保至少與流過(guò)上述進(jìn)氣門(mén)或排氣門(mén)的 頭部與上述氣門(mén)座的間隙的氣體的通過(guò)面積相同的通過(guò)面積。由此，可以降低在上述燃'燒 室內(nèi)的氣體的流動(dòng)阻力。
另一方面， 一般認(rèn)為在氣門(mén)重疊期間的中間點(diǎn)，已燃?xì)怏w的掃氣性和進(jìn)氣的充填效率
的改善效果最高。為此，本發(fā)明中，通過(guò)至少在該中間點(diǎn)滿(mǎn)足S1》S2的關(guān)系，從而在一
定程度地確保了為提高幾何壓縮比而需要的燃燒室形狀的設(shè)計(jì)自由度的基礎(chǔ)上，更加切實(shí) 地提高已燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率。
此時(shí)，更為理想的是，上述條件式對(duì)于上述進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)兩者成立。由此，可以更 加有效地提高已燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率。
本發(fā)明中，較為理想的是，上述假想截面，與上述氣門(mén)重疊期間中的氣體的流動(dòng)方向 大致正交。采用該技術(shù)方案，可以更加現(xiàn)實(shí)地確保與進(jìn)排氣體量相配的上述燃燒室內(nèi)的氣 體的通過(guò)面積。
作為在上述那樣的方向上設(shè)置假想截面的具體方案，例如有以下的方案。 當(dāng)上述進(jìn)氣門(mén)每一氣缸設(shè)置兩個(gè)時(shí)，使上述假想截面與兩上述進(jìn)氣門(mén)的排列方向平 行。另外，當(dāng)上述排氣門(mén)每一氣缸設(shè)置兩個(gè)時(shí)，使上述假想截面與兩上述排氣門(mén)的排列方
向平行。
此外，當(dāng)上述進(jìn)氣門(mén)和上述排氣門(mén)在與曲軸的軸方向正交的方向上相離開(kāi)設(shè)置時(shí)，使 上述假想截面與上述曲軸的軸方向平行。
本發(fā)明中，較為理想的是，上述活塞的上表面，具有從上述進(jìn)氣門(mén)側(cè)及排氣門(mén)側(cè)越靠 近活塞的中央越向上方隆起的隆起部。采用該結(jié)構(gòu)，可以提高幾何壓縮比，同時(shí)可以改善 火焰?zhèn)鞑バ浴?br> 另外，本發(fā)明中，較為理想的是，上述中間點(diǎn)，相對(duì)于活塞位于上止點(diǎn)的正時(shí)偏離， 更為理想的是，相對(duì)于上述活塞位于上止點(diǎn)的正時(shí)，向點(diǎn)火提前角側(cè)偏離。采用該技術(shù)方 案，易于確保上述燃燒室內(nèi)的氣體的通過(guò)面積，另外，可提高已燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的 充填效率。
另外，本發(fā)明中的幾何壓縮比，更為理想的是，為14.0以上，或者為14.5以上。通
過(guò)提高幾何壓縮比，可以提高熱效率。
5

圖1A是表示本發(fā)明一實(shí)施方式所涉及的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室附近的結(jié)構(gòu)的圖，圖IB
是活塞的立體圖。
圖2是氣門(mén)重疊期間的說(shuō)明圖。
圖3是假想截面、燃燒室的截面積、有效開(kāi)口面積的說(shuō)明圖。 圖4是有效開(kāi)口面積及假想截面的說(shuō)明圖。
圖5是表示為了運(yùn)算多個(gè)假想截面下的燃燒室的截面積及有效開(kāi)口面積的關(guān)系，計(jì)算 機(jī)所執(zhí)行的處理的例子的流程圖。
圖6A和圖6B是表示多個(gè)假想截面下的燃燒室的截面積及有效開(kāi)口面積的運(yùn)算結(jié)果 的輸出例的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A是表示本發(fā)明一實(shí)施方式所涉及的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(internal combustion engine) A的燃燒室4附近的結(jié)構(gòu)的圖，圖1B是活塞30的立體圖。此處，發(fā)動(dòng)機(jī)A被設(shè)想為四 沖程的直列多氣缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，不過(guò)本發(fā)明也能適用于其他形式的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī) (reciprocating engine)。圖中，Z表示活塞30的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方向，Y表示氣缸排 列的方向(與未圖示的曲軸方向相同)，X表示垂直于氣缸排列方向的方向，ZYX相互正交。
發(fā)動(dòng)機(jī)A具有氣缸蓋10。氣缸蓋IO具有每一氣缸兩個(gè)的進(jìn)氣口 ll及排氣口 12。進(jìn) 氣口 11、排氣口 12的各端部上設(shè)置有氣門(mén)座lla、 12a。 -
各進(jìn)氣口 ll上設(shè)置有進(jìn)氣門(mén)1，各排氣口 12上設(shè)置有排氣門(mén)2，因此，進(jìn)氣門(mén)l及 排氣門(mén)2也是每一氣缸為兩個(gè)。兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)1沿Y方向排列，另外，兩個(gè)排氣門(mén)2也沿Y 方向排列。進(jìn)氣門(mén)1與排氣門(mén)2在X軸方向上相離開(kāi)設(shè)置。
進(jìn)氣門(mén)l及排氣門(mén)2分別具有，與氣門(mén)座lla、 12a密合從而密封燃燒室的頭部la、 2a，和從該頭部la、 2a向上方延伸的氣門(mén)桿部lb、 2b，基于設(shè)置在氣缸蓋10上的未圖 示的配氣機(jī)構(gòu)的作用，進(jìn)氣門(mén)l及排氣門(mén)2沿氣門(mén)桿部lb、 2b的中心軸方向(箭頭dl、 d2所示方向)進(jìn)行往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，開(kāi)閉進(jìn)氣口 11、排氣口 12。
氣缸蓋10在形成燃燒室4的部位向Z方向凹陷，在該凹處的中央附近(燃燒室4的 大致中央)具有火花塞3。火花塞3對(duì)燃燒室4內(nèi)的混合氣體進(jìn)行火花點(diǎn)火，從而開(kāi)始其 燃燒。火花塞3位于進(jìn)氣門(mén)l與排氣門(mén)2之間。'氣缸蓋10上還設(shè)置有向燃燒室4噴射燃料的噴油器5。本實(shí)施方式中，被設(shè)想為所謂 的直噴方式，不過(guò)本發(fā)明也能適用于進(jìn)氣口噴射方式的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。
發(fā)動(dòng)機(jī)A具有氣缸體20。氣缸體20的氣缸21內(nèi)設(shè)置有活塞30，活塞30隨著燃燒 室4內(nèi)的混合氣體的燃燒在Z方向上進(jìn)行往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)?；钊?0的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為 未圖示的曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
活塞30的上表面31具有向Z方向隆起的隆起部32。通過(guò)設(shè)置隆起部32可以將發(fā)動(dòng) 機(jī)A的幾何壓縮比設(shè)定得更高。本實(shí)施方式中，如上所述，氣缸蓋10中形成燃燒室4的 部位向Z方向凹陷，其中，位于燃燒室4的中央的部位，比進(jìn)氣門(mén)l側(cè)和排氣門(mén)2側(cè)的部 位凹陷得更大。因此，對(duì)應(yīng)于這樣的氣缸蓋10的形狀，隆起部32形成為從進(jìn)氣門(mén)l側(cè)和 排氣門(mén)2側(cè)越靠近活塞30的中央越向上方隆起。通過(guò)如此形成隆起部32，可以提高發(fā)動(dòng) 機(jī)A的幾何壓縮比，同時(shí)可以使燃燒室4的Z方向的厚度更加接近均等從而防止火焰?zhèn)鞑?性的惡化。
活塞30的上表面31也具有凹部33。通過(guò)設(shè)置凹部33，能夠促進(jìn)活塞30的運(yùn)動(dòng)方 向亦即Z方向上的火焰?zhèn)鞑ィ簿褪钦f(shuō)，能促進(jìn)從火花塞3向下方的火焰?zhèn)鞑?，提高發(fā)動(dòng) 機(jī)的熱效率。本實(shí)施方式中，凹部33設(shè)置在火花塞3的下方?；谶@樣的活塞30的上表 面31的形狀，能夠進(jìn)一步提高火焰的傳播性，提高發(fā)動(dòng)機(jī)A的熱效率。本實(shí)施方式中， 凹部33呈碗形，不過(guò)凹部33的形狀并不受限制。
本實(shí)施方式中，將幾何壓縮比設(shè)定為13.0以上。通過(guò)將幾何壓縮比設(shè)定得較高，能 夠提高熱效率，改善燃耗。此處，所謂的幾何壓縮比，如眾知，若設(shè)活塞30位于上止點(diǎn) 時(shí)的燃燒室的容積為V1、設(shè)排氣量(行程容積)為VO，則其以(V0+V1) /Vl來(lái)表示。 容積V1為所謂的壓縮容積，是當(dāng)活塞30位于上止點(diǎn)時(shí)，以面對(duì)燃燒室4的氣缸蓋10的 內(nèi)壁、安裝在氣缸蓋10上的部件(進(jìn)氣門(mén)1以及排氣門(mén)2 (氣門(mén)關(guān)閉時(shí))、火花塞3、噴 油器5)'的表面、氣缸體20的氣缸21內(nèi)壁、以及活塞30的上表面所劃定的燃燒室4的 容積。
接下來(lái)，對(duì)進(jìn)氣門(mén)l、排氣門(mén)2的氣門(mén)正時(shí)進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式中，設(shè)定有在活塞 30位于上止點(diǎn)附近時(shí)進(jìn)氣門(mén)1、排氣門(mén)2均打開(kāi)的氣門(mén)重疊期間。另夕卜，也可對(duì)進(jìn)氣門(mén)1 或排氣門(mén)2或?qū)烧咴O(shè)置可變氣門(mén)正時(shí)裝置，從而使氣門(mén)正時(shí)為可變。
圖2是氣門(mén)重疊期間的說(shuō)明圖。期間T是氣門(mén)重疊期間。圖中，上止點(diǎn)是指活塞30 位于上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角的相位。Tc表示以曲軸轉(zhuǎn)角的相位觀察時(shí)氣門(mén)重疊期間T的中間點(diǎn)。本實(shí)施方式中，中間點(diǎn)Tc相對(duì)于活塞30的上止點(diǎn)的相位偏離，特別向點(diǎn)火提前角側(cè) 偏離。
設(shè)定氣門(mén)重疊期間T的目的主要是為提高己燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率。艮卩， 在氣門(mén)重疊期間T，燃燒室4內(nèi)的已燃?xì)怏w隨著排氣的脈動(dòng)從排氣口 12被吸出，并且新 鮮氣體從進(jìn)氣門(mén)11被吸入燃燒室4內(nèi)，從而在圖1的箭頭d3所示方向(從進(jìn)氣門(mén)1側(cè)向 排氣門(mén)2側(cè)的方向)上產(chǎn)生氣流，由此，燃燒室4內(nèi)的已燃?xì)怏w被排出，與新鮮氣體實(shí):E見(jiàn) 替換。因此，為了提高這樣的已燃?xì)怏w的掃氣性等，希望能夠促進(jìn)上述箭頭d3方向的流 動(dòng)。
然而，如將幾何壓縮比相對(duì)地設(shè)定得較高，則燃燒室4的容積便相對(duì)減小，燃燒室4 內(nèi)的氣體的流動(dòng)性惡化。特別是，如本實(shí)施方式那樣在活塞30的上表面31處設(shè)置隆起部 32的情況下，箭頭d3方向的氣體的流動(dòng)性有時(shí)會(huì)惡化。因此，可能會(huì)發(fā)生即使設(shè)定了氣 門(mén)重疊期間T，也不能提高已燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率的情況。此時(shí)，如果沒(méi)有 作為氣體的流動(dòng)性的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，那么，為了兼顧幾何壓縮比的提高和已燃?xì)怏w的掃氣性及 進(jìn)氣的充填效率的提高而設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)A時(shí)，就必須通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)燃燒室4的形狀、 特別是活塞30的上表面31的形狀，因此，設(shè)計(jì)效率極低。
為此，本實(shí)施方式中，當(dāng)設(shè)由相互平行的多個(gè)假想截面IPi截切燃燒室4而得到的'燃 燒室4的各截面積為Sil，其中，上述多個(gè)假想截面IPi與進(jìn)氣門(mén)l的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向 dl平行且通過(guò)進(jìn)氣門(mén)l的頭部la，并且，設(shè)在假想截面IPi的燃燒室4的外側(cè)，頭部la 與氣門(mén)座lla之間形成的有效開(kāi)口面積為Si2時(shí)，在氣門(mén)重疊期間T的中間點(diǎn)Tc，對(duì)于 任意一個(gè)假想截面IPi,條件式-Sil》Si2均成立。
排氣側(cè)也一樣，當(dāng)設(shè)由相互平行的多個(gè)假想截面IPe截切燃燒室4而得到的燃燒室4 的各截面積為Sel，其中，上述多個(gè)假想截面IPe與排氣門(mén)2的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向d2平 行且通過(guò)排氣門(mén)2的頭部2a，并且，設(shè)在假想截面IPe的燃燒室4的外側(cè)，頭部2a與氣 門(mén)座12a之間形成的有效開(kāi)口面積為Se2時(shí)，在氣門(mén)重疊期間T的中間點(diǎn)Tc，對(duì)于任意 一個(gè)假想截面IPe，條件式Sel》Se2均成立。
上述條件，即使僅就進(jìn)氣門(mén)l及排氣門(mén)2中任意一方成立時(shí)，也有望提高已燃?xì)怏w的 掃氣性及進(jìn)氣的充填效率，但如欲進(jìn)一步加強(qiáng)該效果，則如本實(shí)施方式那樣，就進(jìn)排氣門(mén) 1、 2雙方均成立較為理想。另外，以下，在無(wú)區(qū)別地指示假想截面IPi和假想截面Ipe時(shí)， 將其稱(chēng)為假想截面IP，在無(wú)區(qū)別地指示截面積Sil和截面積Sel的情況下，將其稱(chēng)為截面積Sl，在無(wú)區(qū)別地指示有效開(kāi)口面積Si2和有效開(kāi)口面積Se2時(shí)，將其稱(chēng)為有效開(kāi)口 面積S2。
圖3是假想截面IP、截面積S1、有效開(kāi)口面積S2的說(shuō)明圖。在該圖中，氣門(mén)v相 當(dāng)于進(jìn)氣門(mén)1或排氣門(mén)2。燃燒室空間4'表示氣門(mén)重疊期間T的中間點(diǎn)Tc時(shí)的燃燒室4 的三維形狀。所謂氣門(mén)排列方向，是兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)l或兩個(gè)排氣門(mén)2的排列方向，它們與曲 軸的軸方向亦即上述Y方向一致。所謂氣門(mén)往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向，是氣門(mén)v的軸方向亦即上 述dl或d2方向。另外，以假想截面IP為基準(zhǔn)，將火花塞3相反側(cè)的方向稱(chēng)為燃燒室外 側(cè)(external side ofthe combustion chamber),將火花塞3側(cè)的方向稱(chēng)為燃燒室內(nèi)側(cè)。
假想截面IP，是與氣門(mén)的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向平行并且通過(guò)氣門(mén)v的頭部va的平面。 此外，本實(shí)施方式中，假想截面IP與氣門(mén)排列方向(即，與未圖示的曲軸的軸方向相同) 平行。
截面積Sl是由假想截面IP截切燃燒室空間4'時(shí)所得的截面的面積。有效開(kāi)口面積 S2是所謂的簾面積(curtain area)中，在假想截面IP的燃燒室4的外側(cè)，頭部va與氣 門(mén)座(圖3中未圖示)之間形成的開(kāi)口面積。即如圖4所示，有效開(kāi)口面積S2，是在進(jìn) 氣門(mén)l及排氣門(mén)2的頭部la、 2a與氣門(mén)座lla、 12a的間隙中兩者相離開(kāi)的幅度W最小 的地點(diǎn)處，由幅度W與氣門(mén)座lla、 12a的內(nèi)周長(zhǎng)及頭部la、 2a的外周長(zhǎng)所劃定的面積。 這些內(nèi)周長(zhǎng)及外周長(zhǎng)是以與假想截面IP的交點(diǎn)為端點(diǎn)的燃燒室4的外側(cè)部分的周長(zhǎng)。
當(dāng)如本實(shí)施方式那樣，作為進(jìn)氣門(mén)l或排氣門(mén)2分別設(shè)置兩個(gè)氣門(mén)v的情況下，如圖 3所示，將一方的氣門(mén)v的有效開(kāi)口面積S2 — l與另一方的氣門(mén)v的有效開(kāi)口面積S2—2 的合計(jì)面積作為有效開(kāi)口面積S2。 -
另外，當(dāng)產(chǎn)生燃燒室4內(nèi)的氣體向圖l的箭頭d3方向流動(dòng)時(shí)，氣體通過(guò)圖3中的有 效開(kāi)口面積S2 — 1及S2 — 2所示的部分(頭部va與氣門(mén)座的間隙)，在燃燒室4與進(jìn)氣 口 11及排氣口 12之間流通的氣體便通過(guò)圖3中的截面積Sl的部分。因此，當(dāng)處于截面 積SK有效開(kāi)口面積S2的關(guān)系下時(shí)，截面積S1的部分便收窄氣流，對(duì)在燃燒室4內(nèi)向 圖l的箭頭d3方向流動(dòng)的氣體產(chǎn)生阻力。
另一方面，當(dāng)滿(mǎn)足S1》S2的關(guān)系時(shí)，在燃燒室4內(nèi)可確保與流過(guò)頭部va與氣門(mén)座的 間隙的氣體的通過(guò)面積(S2>至少相同的通過(guò)面積(Sl)。由此，可以降低燃燒室4內(nèi)的 氣體流動(dòng)阻力。另外，在圖3中，僅圖示了一個(gè)假想截面IP，但是，通過(guò)在相互平行的多 個(gè)假想截面IP中滿(mǎn)足S1》S2的關(guān)系，可以在燃燒室4中在大范圍內(nèi)降低氣體流動(dòng)阻力。 多個(gè)假想截面IP,在與該假想截面IP正交的方向上，設(shè)定在頭部va的直徑上的任意位置，如在各假想截面IP中均滿(mǎn)足S1》S2的關(guān)系，則可以在燃燒室4的整個(gè)范圍內(nèi)降低氣體 流動(dòng)阻力。
另外，本實(shí)施方式中，假想截面IP與氣門(mén)排列方向(即，與未圖示的曲軸的軸方向 相同)平行，假想截面IP與燃燒室4內(nèi)的氣體流動(dòng)方向d3 (圖l)大致正交，因此可以 更加現(xiàn)實(shí)地確保與進(jìn)排氣體量相配的燃燒室4內(nèi)的氣體的通過(guò)面積。
另外， 一般認(rèn)為在氣門(mén)重疊期間T的中間點(diǎn)Tc,已燃?xì)怏w的掃氣性和進(jìn)氣的充填效 率的改善效果最高。為此，通過(guò)至少在該中間點(diǎn)Tc滿(mǎn)足Sl》S2的關(guān)系，從而在一定程度 地確保了為提高幾何壓縮比而需要的燃燒室形狀的設(shè)計(jì)自由度的基礎(chǔ)上，更加切實(shí)地提高 己燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率。
另外，本實(shí)施方式中，中間點(diǎn)Tc，相對(duì)于活塞30位于上止點(diǎn)的正時(shí)偏離，因此，易 于確保燃燒室4內(nèi)的氣體的通過(guò)面積，另外，可提高已燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率。
幾何壓縮比為13.0以上時(shí)，在燃燒室4內(nèi)容易產(chǎn)生氣體的流動(dòng)阻力，因此，上述條件 的成立，對(duì)在幾何壓縮比為13.0以上的發(fā)動(dòng)機(jī)中提高已燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率 有效，另外，如幾何壓縮比為14.0以上或14.5以上，則在燃燒室4內(nèi)更容易產(chǎn)生氣體的 流動(dòng)阻力，因此，上述條件的成立，對(duì)在幾何壓縮比處于如此數(shù)值范圍內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)中提高 已燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率特別有效。
接下來(lái)，對(duì)以假想截面IP、截面積S1、有效開(kāi)口面積S2作為指標(biāo)，在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的步驟的例子進(jìn)行說(shuō)明。圖5是表示為了運(yùn)算多個(gè)假想截面IP下的截面積S1及 有效開(kāi)口面積S2的關(guān)系，計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的處理的例子的流程圖。
在Ql中，讀取規(guī)定燃燒室4的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成部件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。各構(gòu)成部件及燃燒室4 的形狀例如由三維的固體模型來(lái)定義，固體模型的空間坐標(biāo)為氣門(mén)重疊期間T的中間點(diǎn) Tc的坐標(biāo)。
在Q2中，基于Q1中讀取的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)定假想截面IP的最初位置。在Q3中，對(duì) Q2中設(shè)定的假想截面IP的位置，運(yùn)算截面積S1、有效開(kāi)口面積S2，在Q4中保存運(yùn)算 結(jié)果。在Q5中，判定對(duì)于作為假想截面IP的位置而預(yù)先設(shè)定的多個(gè)位置是否均己執(zhí)行了 Q3及Q4的處理，若是"是"的情況下進(jìn)入Q7，若是"否"的情況下進(jìn)入Q6。
在Q6中，變更假想截面IP的位置，返回Q3。反復(fù)執(zhí)行Q3至Q6的處理，直到對(duì) 所有的位置均已執(zhí)行Q3及Q4的處理。并且，對(duì)吸氣側(cè)及排氣側(cè)雙方予以執(zhí)行。
參照?qǐng)D4，對(duì)假想截面IP的位置的設(shè)定例子，特別是對(duì)坐標(biāo)設(shè)定進(jìn)行說(shuō)明。首先，a各 進(jìn)氣門(mén)1、排氣門(mén)2的中心軸線(xiàn)CL1、 CL2設(shè)為原點(diǎn)(=0)。并且在假想截面IP的正交方向上，以中心軸線(xiàn)CL1、 CL2的燃燒室的內(nèi)側(cè)作為+側(cè)，外側(cè)作為一側(cè)，根據(jù)與中心軸 線(xiàn)CL1、 CL2的距離L定義假想截面IP的各位置。+1^的最大值及_1^的最大值為進(jìn)氣 門(mén)l及排氣門(mén)2的各頭部la、 2a的半徑(圖中的+MaX、 一MaX)。距離L設(shè)為在0 +MaX、 0 一MaX的范圍內(nèi)的多個(gè)值。
在圖4中，模式化地表示在進(jìn)氣側(cè)設(shè)定三處(L=0、 一kl、 +k2)、在排氣側(cè)設(shè)定 三處(L=0、 一k3、 +k4)的假想截面IP時(shí)的截面積S1及有效開(kāi)口面積S2。有效開(kāi)口 面積S2隨著距離L越靠近一側(cè)變得越小，越靠近+側(cè)變得越大。截面積Sl也隨著距離L 越靠近一側(cè)變得越小，越靠近+側(cè)變得越大。本實(shí)施方式中，由于活塞30的上表面31上 存在凹部33，因此隨著靠近+側(cè)，截面積S1便增大該凹部33的程度。
返回圖5，在Q7中，將運(yùn)算結(jié)果輸出到顯示器等裝置。圖6A和圖6B分別表示進(jìn)氣 側(cè)和排氣側(cè)的運(yùn)算結(jié)果。各圖標(biāo)表示假想截面IP的位置。當(dāng)然，總圖標(biāo)數(shù)就是假想截面 IP的數(shù)目(該圖中進(jìn)氣側(cè)為19個(gè)，排氣側(cè)為21個(gè))。在圖6A的例子中，在任意假想截 面IP的位置下，Sil均大于Si2。另外，在圖6B的例子中，在任意假想截面IP的位置下， Sel也均大于Se2。因此，在提高己燃?xì)怏w的掃氣性等方面可獲得良好的效果。
假如存在截面積Sl處于小于有效開(kāi)口面積S2的位置，設(shè)計(jì)人員便會(huì)重新設(shè)計(jì)構(gòu)成部 件。作為重新設(shè)計(jì)的構(gòu)成部件的對(duì)象，可以是限定燃燒室4的任意構(gòu)成部件，但從設(shè)計(jì)自 由度的角度出發(fā)，活塞30較為方便。此時(shí)，根據(jù)圖6A及圖6B的運(yùn)算結(jié)果可以知道S1》S2 的關(guān)系不成立的部位，因此，例如可以在該部位更改活塞30的上表面31的形狀，例如4吏 之凹陷以應(yīng)對(duì)。凹陷后幾何壓縮比便降低，但通過(guò)在S1》S2的關(guān)系成立的其他位置使、活 塞30的上表面31等隆起的措施，可以避免幾何壓縮比降低。 -
通過(guò)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行這樣的處理，設(shè)計(jì)人員即使不重復(fù)進(jìn)行制作試驗(yàn)品—實(shí)機(jī)試驗(yàn)— 重新設(shè)計(jì)這些步驟，也可以預(yù)想一定程度的氣門(mén)重疊期間中的掃氣性、進(jìn)氣充填效率，從、 而可進(jìn)行高效率的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1. 一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，包括，氣缸；在氣缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞；在與所述氣缸及活塞之間形成燃燒室的氣缸蓋；安裝在氣缸蓋上的火花塞；具有與設(shè)置在所述氣缸蓋上的氣門(mén)座密合的頭部、從而密封燃燒室的進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)；該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)定有進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)均打開(kāi)的氣門(mén)重疊期間，并且?guī)缀螇嚎s比為13.0以上，其特征在于當(dāng)設(shè)由相互平行的多個(gè)假想截面截切燃燒室得到的燃燒室的各截面積為S1，其中，所述多個(gè)假想截面與所述進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)中的至少一方的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向平行并且通過(guò)所述至少一方的氣門(mén)的頭部，以及設(shè)在所述假想截面的所述燃燒室的外側(cè)，所述頭部與氣門(mén)座之間形成的有效開(kāi)口面積為S2時(shí)，在所述氣門(mén)重疊期間的中間點(diǎn)，對(duì)于任意一個(gè)所述假想截面，條件式S1≥S2均成立。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述條件式對(duì)于所述進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)兩者成立。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述假想截面，與所述氣門(mén)重疊期間中的氣體的流動(dòng)方向大致正交。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述進(jìn)氣門(mén)每一氣缸設(shè)置兩個(gè)，所述假想截面與兩所述進(jìn)氣門(mén)的排列方向平行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述排氣門(mén)每一氣缸設(shè)置兩個(gè)，所述假想截面與兩所述排氣門(mén)的排列方向平行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述進(jìn)氣門(mén)和所述排氣門(mén)在與曲軸的軸方向正交的方向上相離開(kāi)設(shè)置，所述假想截面與所述曲軸的軸方向平行。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述活塞的上表面，具有從所述進(jìn)氣門(mén)側(cè)及排氣門(mén)側(cè)越靠近活塞的中央越向上方隆起的隆起部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述中間點(diǎn)，相對(duì)于活塞位于上止點(diǎn)的正時(shí)偏離。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述中間點(diǎn)，相對(duì)于所述活塞位于上止點(diǎn)的正時(shí)，向點(diǎn)火提前角側(cè)偏離。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于幾何壓縮比為14.0以上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于幾何壓縮比為14.5以上。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(A)，設(shè)定有進(jìn)氣門(mén)(1)及排氣門(mén)(2)均打開(kāi)的氣門(mén)重疊期間(T)，并且?guī)缀螇嚎s比為13.0以上，當(dāng)設(shè)由相互平行的多個(gè)假想截面截切燃燒室得到的燃燒室的各截面積為S1，其中，上述多個(gè)假想截面與上述進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)中的至少一方的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向平行并且通過(guò)上述至少一方的氣門(mén)的頭部，以及設(shè)在上述假想截面的上述燃燒室的外側(cè)，上述頭部與氣門(mén)座之間形成的有效開(kāi)口面積為S2時(shí)，在上述氣門(mén)重疊期間的中間點(diǎn)，對(duì)于任意一個(gè)上述假想截面，條件式S1≥S2均成立。由此，可以切實(shí)地提高已燃?xì)怏w的掃氣性及進(jìn)氣的充填效率。
文檔編號(hào)F02D13/02GK101482063SQ20091000344
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者養(yǎng)祖隆, 山川正尚, 藤川龍也, 西本敏朗 申請(qǐng)人:馬自達(dá)汽車(chē)株式會(huì)社