發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及進行壓縮自點火的發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用以汽油為主成分的燃料的發(fā)動機中，一般采用利用火花塞強制性地使混合氣體點火的火花點火方式。另一方面，最近，為了大幅改善燃耗而有以下的提案:在利用以汽油為主成分的燃料的情況下，將發(fā)動機的幾何壓縮比設(shè)為15以上的高壓縮比，從而使混合氣體壓縮自點火(預(yù)混合壓縮自點火)。
[0003]下述的專利文獻I公開了一種火花點火式發(fā)動機，該發(fā)動機雖然并不是壓縮自點火式發(fā)動機但其幾何壓縮比被設(shè)為13以上的高壓縮比，而且其燃燒室采用了屋脊型的燃燒室。并且，燃燒室等各部分的形狀以如下方式設(shè)定:當以與進氣門的往復(fù)直線運動方向平行且通過進氣門的頭部的相互平行的多個假想截面中的燃燒室的各截面積作為Sil，以上述頭部與氣門座之間的有效開口面積(簾區(qū)域面積)作為Si2時，在進氣門和排氣門均被打開的氣門重疊期間的中間點，任一假想截面中均滿足Sil多Si2。由此，從頭部的周緣部供應(yīng)到燃燒室的進氣能夠順暢地通過頭部的下表面，因此能夠提高掃氣性及填充效率。
[0004]下述的專利文獻2公開了一種兩沖程柴油發(fā)動機，其中，通過使進氣門的軸線相對于氣缸軸線傾斜等，從而使來自進氣門的進氣形成為沿著氣缸內(nèi)壁面流動的環(huán)流。
[0005]此外，為了進行壓縮自點火，較為理想的是在氣缸內(nèi)盡可能形成均勻的混合氣體，因此，較為理想的是將燃料噴射閥設(shè)置在氣缸的中央，以使燃料從該燃料噴射閥均勻地噴射到整個氣缸內(nèi)。
[0006]但是，在上述般的幾何壓縮比極大的發(fā)動機的氣缸內(nèi)形成足量的均勻的混合氣體并不容易。其理由是:在幾何壓縮比高的發(fā)動機中，在活塞的上止點位置及其附近位置，氣缸蓋下表面與活塞頂面之間的間隙極小，進氣門與排氣門均被打開的重疊期間中的掃氣性惡化。尤其，在活塞頂面上設(shè)置有腔部的情況下，該腔部內(nèi)的掃氣會變得不夠充分，從而難以對腔內(nèi)供應(yīng)足夠的進氣。這成為導致填充效率下降、甚而輸出下降的主要原因。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本專利公開公報特開2009-162154號
[0010]專利文獻2:日本專利公開公報特開平05-113120號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明鑒于如上所述的情況而作，其目的在于提供一種燃燒室結(jié)構(gòu)，在幾何壓縮比為15以上的高壓縮比發(fā)動機中，能夠?qū)π纬稍诨钊斆嬷醒氩康那粌?nèi)充分掃氣。
[0012]為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明中，為了將供應(yīng)到燃燒室的進氣，尤其是將從遠離氣缸軸線側(cè)的進氣門的頭部周緣供應(yīng)到燃燒室的進氣順暢地導入腔部內(nèi)，采用了如下的燃燒室結(jié)構(gòu)。
[0013]S卩，本發(fā)明的燃燒室結(jié)構(gòu)應(yīng)用于如下發(fā)動機，該發(fā)動機包括具有一個以上的氣缸的氣缸體、從氣缸軸線方向的一側(cè)覆蓋所述氣缸的氣缸蓋、能夠往復(fù)運動地插入于所述氣缸的活塞、在隔著曲軸軸線的兩個區(qū)域中的一側(cè)以每一氣缸設(shè)有兩個的方式設(shè)置的進氣門、在隔著曲軸軸線的兩個區(qū)域中的另一側(cè)以每一氣缸設(shè)有兩個的方式設(shè)置的排氣門，至少在低負荷區(qū)域進行壓縮自點火。所述氣缸的幾何壓縮比被設(shè)定為15以上，在所述活塞的頂面的中央部形成有腔部。沿氣缸軸線方向觀察時，所述各進氣門的頭部的一部分與所述腔部重疊。用于防止所述各進氣門的頭部與活塞干涉的氣門凹坑以與所述腔部相連的方式形成于所述活塞的頂面。沿曲軸軸線方向觀察時，所述進氣門的軸線以隨著遠離所述頭部而逐漸離開氣缸軸線的方式傾斜，而且，所述頭部的下表面中的至少靠近所述曲軸軸線側(cè)的部分的區(qū)域與所述活塞的頂面之間的間隙越靠近所述曲軸軸線越寬。位于所述進氣門與隔著曲軸軸線而和該進氣門相對的排氣門之間的所述氣缸蓋的下表面、與位于上止點的所述活塞的頂面之間的最小間隙設(shè)為G1，所述進氣門及排氣門均被打開的氣門重疊期間的中間點時的所述進氣門的頭部的下表面與活塞的頂面的間隙中最靠近曲軸軸線的位置的間隙設(shè)為G2時，G2 > Gl的關(guān)系成立。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，具有下述等優(yōu)點:在進行壓縮自點火的高壓縮比發(fā)動機中，通過充分進行腔部內(nèi)的掃氣，能夠有效提高填充效率。
【附圖說明】
[0015]圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的燃燒室結(jié)構(gòu)的發(fā)動機的具體例的概略剖視圖。
[0016]圖2表示本發(fā)明的第一實施方式，是從氣缸軸線方向的一側(cè)(上方側(cè))觀察一個氣缸時的概略俯視圖。
[0017]圖3是表示第一實施方式中所用的活塞的具體形狀的立體圖。
[0018]圖4是從曲軸方向的一側(cè)觀察圖3的活塞時的側(cè)視圖。
[0019]圖5是從上方觀察圖3的活塞時的俯視圖。
[0020]圖6是表示進排氣門與腔部的位置關(guān)系的概略俯視圖。
[0021]圖7是與圖2的VI1-VII線相當?shù)钠室晥D。
[0022]圖8是與圖2的VII1-VIII線相當?shù)钠室晥D。
[0023]圖9是與圖5的IX-1X線相當?shù)钠室晥D。
[0024]圖10是與圖5的X-X線相當?shù)钠室晥D。
[0025]圖11是與圖2的X1-XI線相當?shù)钠室晥D。
[0026]圖12是表示進排氣門的重疊期間的設(shè)定例的特性圖。
[0027]圖13是表示用于規(guī)定進氣門的簾區(qū)域面積和進氣門的頭部下方的間隙面積的假想截面的位置(截切位置)的俯視圖。
[0028]圖14是同時表示簾區(qū)域面積和頭部下方的間隙面積的截面立體圖。
[0029]圖15是表示簾區(qū)域面積和頭部下方的間隙面積的具體設(shè)定例的特性圖。
[0030]圖16是表示截面位置S-12下的簾區(qū)域面積范圍的要部俯視圖。
[0031]圖17是表示截面位置S-8下的簾區(qū)域面積范圍的要部俯視圖。
[0032]圖18是表示截面位置S-4下的簾區(qū)域面積范圍的要部俯視圖。
[0033]圖19是表示截面位置SO下的簾區(qū)域面積范圍的要部俯視圖。
[0034]圖20是表示截面位置S4下的簾區(qū)域面積范圍的要部俯視圖。
[0035]圖21是表示截面位置S8下的簾區(qū)域面積范圍的要部俯視圖。
[0036]圖22是表示截面位置SO下的頭部下方的間隙面積的要部剖視圖。
[0037]圖23是表示截面位置S8下的頭部下方的間隙面積的要部剖視圖。
[0038]圖24表示第二實施方式中所用的活塞，是與圖5對應(yīng)的俯視圖。
[0039]圖25表示第二實施方式中所用的活塞，是與圖3對應(yīng)的立體圖。
[0040]圖26表示第二實施方式，是與圖11對應(yīng)的剖視圖。
[0041]圖27表示第三實施方式中所用的活塞，是與圖5對應(yīng)的俯視圖。
[0042]圖28表示第三實施方式，是與圖11對應(yīng)的剖視圖。
【具體實施方式】
[0043]圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的第一實施方式所涉及的燃燒室結(jié)構(gòu)的發(fā)動機的概略結(jié)構(gòu)的圖。該圖所示的發(fā)動機是搭載于汽車中的直列多缸型的汽油發(fā)動機，包括:氣缸體20，具有沿與紙面正交的方向排列的多個氣缸5(圖1中僅示出其中的一個)；氣缸蓋30，以從上表面覆蓋各氣缸5的方式安裝于氣缸體20 ;活塞10，可往復(fù)運動地插入于各氣缸5內(nèi)。在活塞10的上方，形成有容積視活塞10的上下位置而變化的燃燒室?；钊?0經(jīng)由連桿8而與曲軸9連結(jié)，對應(yīng)于活塞10的往復(fù)運動，曲軸9繞軸旋轉(zhuǎn)。
[0044]各氣缸5的幾何壓縮比，即活塞10位于上止點時的燃燒室容積與活塞10位于下死點時的燃燒室容積之比被設(shè)定為15以上。幾何壓縮比只要為15以上，便能采用適當?shù)闹?，作為更理想的值，例如能夠?qū)缀螇嚎s比設(shè)為18。
[0045]圖2是以俯視的方式表不一個氣缸5的圖。在該圖2及之前的圖1中，標號J表示氣缸5的中心線即氣缸軸線，標號K表示曲軸9的中心線即曲軸軸線。氣缸軸線J與曲軸軸線K相互正交。
[0046]在氣缸蓋30上，對每一個氣缸5設(shè)置有兩個進氣門1A、IB及兩個排氣門2A、2B。進氣門1A、1B分別具有可封閉氣缸蓋30上所設(shè)的進氣口 6的圓板狀的頭部la、及從頭部Ia朝上方延伸的閥軸lb。同樣，排氣門2A、2B分別具有可封閉氣缸蓋30上所設(shè)的排氣口7的圓板狀的頭部2a、及從頭部2a朝上方延伸的閥軸2b。
[0047]當從氣缸軸線J的一側(cè)(上方側(cè))觀察時，進氣門1A、1B以沿著曲軸軸線K排列的方式設(shè)置在通過曲軸軸線K將氣缸5—分為二時的一側(cè)(圖1的左側(cè))的區(qū)域中。同樣，排氣門2A、2B以沿著曲軸軸線K排列的方式設(shè)置在通過曲軸軸線K將氣缸5—分為二時的另一側(cè)(圖1的右側(cè))的區(qū)域中。進氣門IA隔著曲軸軸線K而與排氣門2A相對，進氣門IB隔著曲軸軸線K而與排氣門2B相對。
[0048]如圖12所示，進氣門1A、1B與排氣門2A、2B在夾著壓縮上止點的指定的重疊期間T內(nèi)同時打開。如此般設(shè)置進排氣門同時打開的重疊期間T的一個理由是為了排出來自燃燒室的已燃氣體(即掃氣)。另外，圖中的標號Tc表示重疊期間T的中間點。圖12的例子中，該重疊期間的中間點Tc被設(shè)定在活塞的上止點的稍許提前側(cè)。
[0049]在氣缸蓋30上，對于每一個氣缸5設(shè)置有一個燃料噴射閥3及兩個火花塞(第一、第二火花塞)4A、4B。燃料噴射閥3在各氣缸5中，以沿與氣缸軸線J 一致的方向延伸的方式設(shè)置。第一火花塞4A在各氣缸5中被設(shè)置在兩個進氣門1A、1B之間，第二火花塞4B在各氣缸5中被設(shè)置在兩個排氣門2A、2B之間。
[0050]從燃料噴射閥3，與通常的火花點火式發(fā)動機同樣地噴射以汽油為主成分的燃料。另外，“以汽油為主成分的燃料”表示也可使用含有汽油以外的副成分的燃料。即，本實施方式的發(fā)動機中所用的燃料既可為汽油為100%的燃料，也可為在汽油以外含有乙醇等副成分的燃料。
[0051 ] 在如上所述的發(fā)動機中，在其低負荷區(qū)域，進行基于壓縮自點火的燃燒，更詳細而言，進行基于被稱作 HCCI (Ho