專利名稱:用于內(nèi)燃機的活塞以及使用該活塞的內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車等的內(nèi)燃機的活塞，并且還涉及一種應(yīng)用該活塞的內(nèi)燃機。本發(fā)明尤其涉及對形成在活塞的頂面中的凹部的形狀的改進，以使進氣的翻轉(zhuǎn)流保持在氣缸內(nèi)。
背景技術(shù)：
在混合氣在燃燒室中燃燒以產(chǎn)生動力的常規(guī)內(nèi)燃機(以下有時簡稱為“發(fā)動機”) 中，氣缸中所產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流(縱向渦流)被有效地利用以提高燃料的燃燒效率，從而改善輸出和廢氣排放、燃料消耗率等。也就是說，翻轉(zhuǎn)流在氣缸內(nèi)攪拌以促進燃料的蒸發(fā)和霧化， 實現(xiàn)了燃燒室中的燃料的良好的燃料特性。
迄今為止，已經(jīng)提出了積極地產(chǎn)生這種翻轉(zhuǎn)流的多種結(jié)構(gòu)。例如，公開號為 9-105330 和 11-2180 的日本專利申請(JP-A-9-105330 和 JP-A-11-2180 )公開了將進氣口形成為翻轉(zhuǎn)口。也就是說，通過在通向氣缸的部分處將進氣口的軸線設(shè)定得較靠近垂直方向，而將流入氣缸中的進氣的流線設(shè)定得較靠近垂直方向，這允許獲得大的翻轉(zhuǎn)流。
公開號為7-119472的日本專利申請(JP-A-7-119472)以及TO00/77361公開了在進氣通道中設(shè)置翻轉(zhuǎn)控制閥，所述翻轉(zhuǎn)控制閥按照需要打開和關(guān)閉以在氣缸中產(chǎn)生大的翻轉(zhuǎn)流。具體地，進氣通道被隔壁(隔板)分隔為兩個上流路和下流路，并且設(shè)置了用于打開和關(guān)閉下流路的翻轉(zhuǎn)控制閥。當需要在氣缸中產(chǎn)生大的翻轉(zhuǎn)流時(例如當發(fā)動機冷時)， 翻轉(zhuǎn)控制閥被關(guān)閉而僅從上流路發(fā)送進氣，因此流入氣缸中的進氣的流線被設(shè)定為較靠近垂直方向的方向，這允許獲得大的翻轉(zhuǎn)流。
具有用于積極地產(chǎn)生諸如上述翻轉(zhuǎn)流的器件的發(fā)動機采用了形成有用于使翻轉(zhuǎn)流保持在活塞的頂面(活塞頂頭)中的凹部的活塞。例如，JP-A-9-105330公開了在面向排氣閥的區(qū)域中形成大長度(在沿翻轉(zhuǎn)流軸線(渦流的中心線)的方向上的尺寸)的凹部， 以及在面向進氣閥的區(qū)域中形成具有小長度的凹部。JP-A-11-218(^6公開了在活塞頂面中形成圓形碗狀的凹部。JP-A-7-119472公開了形成一如下的凹部從俯視圖觀察時，其在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的外周形狀大致為弧形，且在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的外周形狀為直線。WO 00/77361公開了在活塞頂面中形成一如下的凹部從俯視圖觀察時，其為大致矩形或大致梯形。通過在活塞頂面中形成這樣的凹部，翻轉(zhuǎn)流被活塞頂面引導(dǎo)以保持翻轉(zhuǎn)流。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)常規(guī)的凹部形狀不能實現(xiàn)最佳的翻轉(zhuǎn)流，因此對將在活塞頂面中形成的凹部的形狀進行了研究。他們還考慮了更適于產(chǎn)生有效的翻轉(zhuǎn)流的活塞頂面的形狀。詳細的描述如下。
在凹部形成在活塞頂面中以保持翻轉(zhuǎn)流的情況下，翻轉(zhuǎn)流沿凹部的形狀(彎曲的凹部的表面的形狀)流動。因此，翻轉(zhuǎn)流的外徑大致是根據(jù)凹部的寬度(在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線(渦流的中心線)的方向上的尺寸在進氣閥和排氣閥面向彼此的方向上的尺寸)來確定的。[0008]在翻轉(zhuǎn)流的軸向上的中心區(qū)中產(chǎn)生的一部分翻轉(zhuǎn)流(在活塞頂面的中心處產(chǎn)生的一部分翻轉(zhuǎn)流，以下稱為“中心翻轉(zhuǎn)流”)在凹部寬度大的區(qū)域中流動，因此幾乎不受缸膛內(nèi)壁的影響而沿著凹部的形狀流動。因此，通過將凹部寬度設(shè)定得較大而在翻轉(zhuǎn)流的軸向上的中心區(qū)中產(chǎn)生具有相對大外徑的翻轉(zhuǎn)流。例如，在JP-A-11-2180 和JP-A-7-119472 中，通過將凹部的外周形狀形成為在從俯視圖觀察到的曲線而在翻轉(zhuǎn)流的軸向上的中心區(qū)中產(chǎn)生大的翻轉(zhuǎn)流。
另一方面，在翻轉(zhuǎn)流的軸向上的兩個外側(cè)區(qū)域中(在軸線的兩側(cè))產(chǎn)生的一部分翻轉(zhuǎn)流(在活塞頂面的兩端處產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流，以下稱為“側(cè)翻轉(zhuǎn)流”)受到在翻轉(zhuǎn)流的軸向上相鄰的缸膛內(nèi)壁的顯著影響。受到缸膛內(nèi)壁影響的側(cè)翻轉(zhuǎn)流包括在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的氣流(與中心翻轉(zhuǎn)流的流線大致平行的氣流)以及由于缸膛內(nèi)壁的影響而朝向活塞頂面的中心側(cè)的氣流。
圖12為具有典型形狀的凹部“a”的活塞頂面的俯視圖，其中，在凹部的表面附近流動的中心翻轉(zhuǎn)流和側(cè)翻轉(zhuǎn)流的方向由箭頭來指示。在附圖中，“SE”表示中心翻轉(zhuǎn)流。 "SAl ”和“SA2”表示側(cè)翻轉(zhuǎn)流，"SAl ”指示在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的氣流，而“SA2” 指示由于缸膛內(nèi)壁的影響而朝向活塞頂面的中心側(cè)的氣流。同樣在圖12中，“b”指示進氣閥的位置，而“ c，，指示排氣閥的位置。
根據(jù)缸膛直徑、活塞運動速度等來均勻地確定給予從進氣口流入氣缸中的氣體 (或混合氣)的能量。也就是說，整個翻轉(zhuǎn)流的流體能量是均勻的。因此，通過利用全部的給予能量來產(chǎn)生有效的翻轉(zhuǎn)流從而在沒有能量損耗的情況下產(chǎn)生在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的氣流。
然而，由于實際上產(chǎn)生了如上所述受到缸膛內(nèi)壁影響的翻轉(zhuǎn)流尤其是側(cè)翻轉(zhuǎn)流 (參見圖12中的側(cè)翻轉(zhuǎn)流SA》，給予能量中的某些能量被消耗以產(chǎn)生朝向活塞頂面的中心側(cè)的氣流。也就是說，一部分能量被消耗以產(chǎn)生除了在垂直于翻轉(zhuǎn)流的軸線的方向上的氣流以外的氣流。
因此，在產(chǎn)生了這種朝向活塞頂面的中心側(cè)的氣流的情況下，不能獲得足夠的在垂直于翻轉(zhuǎn)流的軸線的方向上的氣流。另外，朝向活塞頂面的中心側(cè)的翻轉(zhuǎn)流與中心翻轉(zhuǎn)流互相干涉，這浪費性地消耗了中心翻轉(zhuǎn)流的流體能量。
為了防止產(chǎn)生這種朝向活塞頂面的中心側(cè)的氣流，可以想到其它結(jié)構(gòu)，其中活塞頂面中的凹部不形成在缸膛內(nèi)壁的附近。這種結(jié)構(gòu)的一個示例如圖13所示(活塞頂面的俯視圖)。
然而，使用這種結(jié)構(gòu)，在氣缸中在翻轉(zhuǎn)流的軸向上的兩個外側(cè)區(qū)域(圖13中的陰影區(qū)域“d”)不能執(zhí)行攪拌，難以促進燃料的充分蒸發(fā)和霧化。US 4，770，139公開了一種包括屋脊和關(guān)聯(lián)活塞的燃燒室。US 6，725，擬8公開了一種用于控制發(fā)動機中的燃燒的系統(tǒng)和方法。EP 0851102公開了一種用于I. C.發(fā)動機的燃燒室裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了在氣缸中實際發(fā)生的上述現(xiàn)象(側(cè)翻轉(zhuǎn)流的能量被消耗以產(chǎn)生朝向活塞頂面的中心側(cè)的氣流)，并且把注意力集中在通過限制朝向活塞頂面的中心側(cè)的翻轉(zhuǎn)流的產(chǎn)生能夠由翻轉(zhuǎn)流來顯著地增加燃燒效率的可能性。本發(fā)明的發(fā)明人還考慮到在翻轉(zhuǎn)流的軸向上的兩個外側(cè)區(qū)域中充分地攪拌進氣從而充分促進整個氣缸中的燃料的蒸發(fā)和霧化的可能性。
本發(fā)明提供了一種具有用于保持形成在活塞的頂面中的翻轉(zhuǎn)流的凹部的活塞，其中，凹部具有這樣的形狀其能夠利用給予進氣的大部分的流體能量來產(chǎn)生在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上流動的翻轉(zhuǎn)流，并且能夠大致整個氣缸中促進燃料的蒸發(fā)和霧化。本發(fā)明還提供了一種使用所述活塞的內(nèi)燃機。
也就是說，用于保持形成在活塞頂面中的翻轉(zhuǎn)流的凹部包括用于確保翻轉(zhuǎn)流的直徑在活塞頂面的中心處為大的一部分，以及用于在活塞頂面的兩側(cè)產(chǎn)生不受缸膛內(nèi)壁影響并且與中心翻轉(zhuǎn)流的流線的方向大致平行的翻轉(zhuǎn)流(側(cè)翻轉(zhuǎn)流)的一部分。
本發(fā)明的第一方案提供了一種用于內(nèi)燃機的活塞，所述活塞包括具有凹部的頂面。凹部包括中心區(qū)和側(cè)區(qū)，中心區(qū)在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的中心處形成；側(cè)區(qū)在中心區(qū)的在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的兩外側(cè)上連續(xù)地形成。中心區(qū)具有減小部，在減小部中，中心區(qū)在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的寬度方向上的尺寸在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上朝著活塞外周逐漸減小。側(cè)區(qū)具有恒定部，恒定部與翻轉(zhuǎn)流軸線大致平行地延伸。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，流入氣缸中的進氣產(chǎn)生了翻轉(zhuǎn)流，所述翻轉(zhuǎn)流包括沿“中心區(qū)”流動的中心翻轉(zhuǎn)流和沿“側(cè)區(qū)，，流動的側(cè)翻轉(zhuǎn)流。
在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的“中心區(qū)”的中心處，確保凹部寬度相對大，從而產(chǎn)生的中心翻轉(zhuǎn)流具有大直徑以及在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上延伸的流線。另外，在“減小部”的“中心區(qū)”中，凹部寬度在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上朝著活塞外周逐漸減小，使得翻轉(zhuǎn)流的直徑朝著活塞外周逐漸變小。也就是說，隨著在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的缸內(nèi)長度 (氣缸內(nèi)空間的長度)朝著活塞外周逐漸變小，翻轉(zhuǎn)流的直徑逐漸變小，以便產(chǎn)生理想的中心翻轉(zhuǎn)流(不受缸膛內(nèi)壁影響)，理想的中心翻轉(zhuǎn)流的流線在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上延伸并且不被干擾?！皽p小部”還有助于提高燃燒室中的壓縮比。
另一方面，“側(cè)區(qū)”具有與翻轉(zhuǎn)流軸線大致平行地延伸的“恒定部”。在“側(cè)區(qū)”中流動的側(cè)翻轉(zhuǎn)流的直徑不會朝著活塞外周變小，而是在整個“側(cè)區(qū)”上大致一致。也就是說， 在“側(cè)區(qū)”中產(chǎn)生的側(cè)翻轉(zhuǎn)流具有比中心翻轉(zhuǎn)流的外徑小的大致一致的外徑。因此，在活塞頂面的外周附近產(chǎn)生了幾乎不受在翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上相鄰的缸膛內(nèi)壁影響的側(cè)翻轉(zhuǎn)流， 產(chǎn)生了具有在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上延伸的流線的翻轉(zhuǎn)流。結(jié)果，可以促進整個氣缸中的燃料的蒸發(fā)和霧化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一方案，可以利用給予進氣的大部分的流體能量來產(chǎn)生在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上流動的翻轉(zhuǎn)流，并且可以促進整個氣缸中的燃料的蒸發(fā)和霧化。
本發(fā)明的第二方案提供了一種用于內(nèi)燃機的活塞，所述活塞包括頂面，其具有用于保持翻轉(zhuǎn)流的凹部；以及外周部，其具有待插入活塞銷的活塞銷孔。凹部包括中心區(qū)和側(cè)區(qū)，中心區(qū)在沿活塞銷孔的軸線的方向上的中心處形成；側(cè)區(qū)在中心區(qū)的在沿活塞銷孔的軸線的方向上的兩外側(cè)上連續(xù)地形成。中心區(qū)具有減小部，在減小部中，中心區(qū)在垂直于活塞銷孔的軸線的寬度方向上的尺寸在沿活塞銷孔的軸線的方向上朝著活塞外周逐漸減小。 側(cè)區(qū)具有恒定部，恒定部與活塞銷孔的軸線大致平行地延伸。
同樣根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，能夠獲得與第一方案的效果相同的效果。也就是說，可以利用給予進氣的大部分的流體能量來產(chǎn)生在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線(其與活塞銷孔的軸線平行地延伸)的方向上流動的翻轉(zhuǎn)流，并且可以促進整個氣缸中的燃料的蒸發(fā)和霧化。
此外，本發(fā)明的第三方案提供了一種用于內(nèi)燃機的活塞，所述活塞包括具有凹部的頂面。限定凹部的外周的棱線包括變化棱線和恒定棱線，凹部沿變化棱線在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的寬度方向上的尺寸在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上從在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的中心朝著活塞外周變小，凹部沿恒定棱線在寬度方向上的尺寸在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上朝著活塞外周保持為大致恒定。變化棱線和恒定棱線與設(shè)置在二者之間的曲部連續(xù)地形成。
所述活塞可以進一步包括外周部，外周部具有待插入活塞銷的活塞銷孔，并且限定凹部的外周的棱線包括變化棱線和恒定棱線，凹部沿變化棱線在垂直于活塞銷孔的軸線的寬度方向上的尺寸在沿活塞銷孔的軸線的方向上從在沿活塞銷孔的軸線的方向上的中心朝著活塞外周變小，凹部沿恒定棱線在寬度方向上的尺寸在沿活塞銷孔的軸線的方向上朝著活塞外周保持為大致恒定。變化棱線和恒定棱線與設(shè)置在二者之間的曲部連續(xù)地形成。
根據(jù)這些結(jié)構(gòu)，中心翻轉(zhuǎn)流產(chǎn)生在相對于“曲部”的中心側(cè)上，而側(cè)翻轉(zhuǎn)流產(chǎn)生在相對于“曲部”的外側(cè)上。中心翻轉(zhuǎn)流和側(cè)翻轉(zhuǎn)流的功能與上述方案中的中心翻轉(zhuǎn)流和側(cè)翻轉(zhuǎn)流的功能相同。因此，同樣根據(jù)第三方案，可以利用給予進氣的大部分的流體能量來產(chǎn)生在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線(活塞銷孔的軸線)的方向上流動的翻轉(zhuǎn)流，并且可以促進整個氣缸中的燃料的蒸發(fā)和霧化。
另外，本發(fā)明的第四方案提供了一種用于內(nèi)燃機的活塞，所述活塞包括頂面，其具有用于避免干涉閥的閥龕以及凹部。閥龕形成的區(qū)域與凹部形成的區(qū)域彼此相鄰。限定在閥龕形成的區(qū)域與凹部形成的區(qū)域之間的棱線包括變化棱線、恒定棱線和曲部，凹部沿變化棱線在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的寬度方向上的尺寸在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上從在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的中心朝著活塞外周變小，凹部沿恒定棱線在寬度方向上的尺寸在沿翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上朝著活塞外周保持為大致恒定，曲部連接變化棱線與恒定棱線。
所述活塞可以進一步包括外周部，外周部具有待插入活塞銷的活塞銷孔，并且限定在閥龕形成的區(qū)域與凹部形成的區(qū)域之間的棱線包括變化棱線、恒定棱線和曲部，凹部沿變化棱線在垂直于活塞銷孔的軸線的寬度方向上的尺寸在沿活塞銷孔的軸線的方向上從在沿活塞銷孔的軸線的方向上的中心朝著活塞外周變小，凹部沿恒定棱線在寬度方向上的尺寸在沿活塞銷孔的軸線的方向上朝著活塞外周保持為大致恒定，曲部連接變化棱線與恒定棱線。
同樣根據(jù)這些結(jié)構(gòu)，中心翻轉(zhuǎn)流產(chǎn)生在凹部的由相對于“曲部”而位于中心側(cè)上的 “變化棱線”所限定的部分中，而側(cè)翻轉(zhuǎn)流產(chǎn)生在凹部的由相對于“曲部”而位于外側(cè)上的 “恒定棱線”所限定的部分中。中心翻轉(zhuǎn)流和側(cè)翻轉(zhuǎn)流的功能與上述方案中的中心翻轉(zhuǎn)流和側(cè)翻轉(zhuǎn)流的功能相同。因此，同樣根據(jù)所述方案，可以利用給予進氣的大部分的流體能量來產(chǎn)生在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上流動的翻轉(zhuǎn)流，并且可以促進整個氣缸中的燃料的蒸發(fā)和霧化。
第四方案在使中心翻轉(zhuǎn)流和側(cè)翻轉(zhuǎn)流在活塞中發(fā)揮它們的功能方面尤其有效，在該活塞中閥龕形成的區(qū)域與凹部形成的區(qū)域彼此相鄰(或重疊)。
凹部在橫向上尺寸最大處的部分可以如下設(shè)定。假設(shè)閥龕包括彼此相鄰設(shè)置的兩個進氣側(cè)閥龕以及彼此相鄰設(shè)置的兩個排氣側(cè)閥龕，則凹部在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的寬度方向上的尺寸被設(shè)定為在進氣側(cè)閥龕之間的中間位置與排氣側(cè)閥龕之間的中間位置之間的區(qū)域中最大。
同樣地，凹部在垂直于活塞銷孔的寬度方向上的尺寸被設(shè)定為在進氣側(cè)閥龕之間的中間位置與排氣側(cè)閥龕之間的中間位置之間的區(qū)域中最大。
根據(jù)這些結(jié)構(gòu)，可以在活塞頂面的中心處產(chǎn)生具有最大外徑的翻轉(zhuǎn)流，使得在氣缸中形成對于燃料的蒸發(fā)和霧化來說最佳的理想形狀的翻轉(zhuǎn)流。
本發(fā)明的第五方案提供了一種內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機包括具有缸膛的氣缸；以及布置在所述缸膛中的上述活塞。也就是說，根據(jù)上述第一至第四方案中的任一種方案的活塞布置在缸膛中。隨著混合氣在燃燒室中燃燒，所述活塞在缸膛中往復(fù)運動以產(chǎn)生動力。
本發(fā)明的第六方案提供了一種用于內(nèi)燃機的活塞，所述活塞包括具有凹部的頂面。凹部包括中心區(qū)和側(cè)區(qū)，中心區(qū)在凹部的縱向上的中心處形成；側(cè)區(qū)在中心區(qū)的在縱向上的兩外側(cè)上連續(xù)地形成。中心區(qū)具有減小部，在減小部中，中心區(qū)在垂直于縱向的寬度方向上的尺寸在縱向上朝著活塞外周逐漸減小。側(cè)區(qū)具有恒定部，在恒定部中，側(cè)區(qū)在寬度方向上的尺寸在縱向上實質(zhì)上一致。
根據(jù)本發(fā)明，可以利用給予進氣的大部分的流體能量來產(chǎn)生在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線 (活塞銷孔的軸線)的方向上流動的翻轉(zhuǎn)流，大致在整個氣缸中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)流，并且可以促進整個氣缸中的燃料的蒸發(fā)和霧化。結(jié)果，能夠提高燃燒室中的燃料的燃燒效率，并且能夠改善廢氣排放和燃料消耗率。


通過結(jié)合附圖對示范實施例的下列描述，本發(fā)明的上述以及進一步的目的、特征和優(yōu)點將變得明顯，其中，相似的附圖標記用于表示相似的元件，以及其中圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)動機的燃燒室的構(gòu)造及其周圍部件的截面圖，示出了翻轉(zhuǎn)控制閥被完全關(guān)閉的狀態(tài)；圖2示出了在翻轉(zhuǎn)控制閥完全打開的狀態(tài)下的進氣系統(tǒng)的示意構(gòu)造；圖3為活塞的立體圖；圖4為活塞的俯視圖；圖5為沿圖4中的線V-V截取的截面圖； 圖6為沿圖4中的線VI-VI截取的截面圖；圖7為沿圖4中的線VII-VII截取的截面圖；圖 8為沿圖4中的線VIII-VIII截取的截面圖；圖9為活塞的位于與圖5中的線IX-IX相對應(yīng)的位置處的截面圖；圖IOA示出了所實施的確認延遲極限的實驗的結(jié)果；圖IOB示出了所實施的確認空燃比的稀薄極限的實驗的結(jié)果；圖IlA和圖IlB各自為根據(jù)翻轉(zhuǎn)流保持凹部的一個改進例的活塞頂面的俯視圖；圖12為具有典型常規(guī)形狀的凹部的活塞頂面的俯視圖；以及圖13為具有小凹部的活塞頂面的俯視圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的一個實施例。在所述實施例中，描述了一種在用于汽車的多缸(例如，直列四缸)汽油發(fā)動機中使用的活塞。
圖1為示出了根據(jù)所述實施例的發(fā)動機(內(nèi)燃機)1的燃燒室10的構(gòu)造及其周圍部件的截面圖。如圖1所示，根據(jù)所述實施例的發(fā)動機1為四閥多缸汽油發(fā)動機，每個氣缸包括兩個進氣閥12以及兩個排氣閥22。在圖1中，僅示出了一個氣缸，并且僅示出了一個進氣閥12以及一個排氣閥22。[0043]能夠垂直地往復(fù)運動的活塞2設(shè)置在發(fā)動機1的各個氣缸Ia中?；钊?經(jīng)由連桿8連接到曲軸(未示出)上，使得活塞2的往復(fù)運動通過連桿8變換為曲軸的旋轉(zhuǎn)。
氣缸蓋Ib連接在氣缸Ia的上部上。燃燒室10由氣缸蓋lb、氣缸Ia(缸膛內(nèi)壁) 以及活塞2限定?；鸹ㄈ?布置在燃燒室10的上部。
形成在氣缸蓋Ib中的進氣口 11和排氣口 21分別連接到發(fā)動機1的燃燒室10上。 進氣閥12設(shè)置在進氣口 11與燃燒室10之間。進氣閥12的打開和關(guān)閉允許和切斷進氣口 11與燃燒室10之間的連通。同樣，排氣閥22設(shè)置在排氣口 21與燃燒室10之間。排氣閥 22的打開和關(guān)閉允許和切斷排氣口 21與燃燒室10之間的連通。曲軸的旋轉(zhuǎn)傳遞至進氣曲軸和排氣曲軸，通過進氣曲軸和排氣曲軸的旋轉(zhuǎn)來分別打開和關(guān)閉進氣閥12和排氣閥22。
形成在進氣歧管13中的進氣通道13a連接到進氣口 11上。同樣，形成在排氣歧管(未示出)中的排氣通道連接到排氣口 21上。
空氣濾清器(帶有空氣流量計)5設(shè)置在進氣通道13a的上游。另外，用于調(diào)節(jié)發(fā)動機1的進氣量的電控節(jié)流閥4等布置在進氣通道13a中。
用于燃料噴射的噴射器6布置在進氣口 11處。噴射器6由燃料泵從燃料罐(未示出)以預(yù)定壓力供給燃料，并且將燃料噴射到進氣口 11中。噴射出的燃料與進氣混合從而形成混合氣，混合氣被引入發(fā)動機1的燃燒室10中。在發(fā)動機1的壓縮行程中，引入燃燒室10中的混合氣被壓縮，然后被火花塞3點燃從而燃燒(膨脹沖程)。燃燒室10中的混合氣的燃燒使活塞2進行往復(fù)運動，這使得作為輸出軸的曲軸旋轉(zhuǎn)。
上述發(fā)動機1的運行狀態(tài)由E⑶(電子控制單元)7控制。E⑶7包括CPU、ROM、 RAM、后備RAM等(未示出)。ROM存儲各種控制程序、執(zhí)行這些控制程序時作為參考的設(shè)定表，以及其他數(shù)據(jù)。CPU基于存儲在ROM中的控制程序以及設(shè)定表來執(zhí)行各種操作。RAM是用于暫時地存儲CPU中的操作結(jié)果以及從各個傳感器輸入的數(shù)據(jù)的存儲器。后備RAM是用于例如在發(fā)動機1停止時存儲待保存的數(shù)據(jù)的非易失性存儲器。
E⑶7基于來自諸如水溫傳感器、空氣流量計、進氣溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、曲軸位置傳感器(發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器)、凸輪位置傳感器，以及加速器位置傳感器的各種傳感器(未示出)的輸出，通過控制諸如噴射器6、火花塞3的點火器以及節(jié)流閥4的節(jié)流閥電動機的各種部件來執(zhí)行發(fā)動機1的各種控制。ECU 7進一步控制稍后描述的翻轉(zhuǎn)控制閥15。
現(xiàn)在對通過控制翻轉(zhuǎn)控制閥15來調(diào)節(jié)氣缸中的翻轉(zhuǎn)流的進氣系統(tǒng)進行描述。
如圖1所示，具有預(yù)定長度并且沿進氣口 11的縱向(進氣流的方向)延伸的隔壁 14設(shè)置在進氣口 11中。隔壁14和翻轉(zhuǎn)控制閥15構(gòu)成用于控制翻轉(zhuǎn)流的翻轉(zhuǎn)控制機構(gòu)。 隔壁14布置為不干擾從噴射器6噴射出的燃料噴霧F。
隔壁14將進氣口 11內(nèi)部的一部分空間分隔為兩部分上部和下部，從而在進氣口 11的入口處形成上流路Ila和下流路lib。翻轉(zhuǎn)控制閥15設(shè)置在上述兩個上流路Ila和下流路lib的上游。翻轉(zhuǎn)控制閥15布置在連接至進氣口 11的上游的進氣歧管13中。
翻轉(zhuǎn)控制閥15包括板狀閥元件15a以及支撐閥元件15a的一端的旋轉(zhuǎn)軸15b。致動器15c如電動機連接到旋轉(zhuǎn)軸1 上。當驅(qū)動致動器15c時，閥元件15a的開度即翻轉(zhuǎn)控制閥15的開度被調(diào)節(jié)。
翻轉(zhuǎn)控制閥15的開度由ECU 7控制。在需要翻轉(zhuǎn)流的運行狀態(tài)下(例如，當發(fā)動機1冷或處于低至中轉(zhuǎn)速范圍時)，閥元件1 被控制到圖1所示的位置(半開位置)。例如，當發(fā)動機1已經(jīng)暖機或處于高轉(zhuǎn)速范圍時，閥元件1 被控制到圖2所示的位置(全開位置)。
下面對包括這種進氣系統(tǒng)的發(fā)動機1的操作進行簡要地描述。
首先，當在發(fā)動機1的進氣行程中進氣閥12打開并且活塞2向下移動時，進氣通過進氣閥12周圍的間隙流入燃燒室10中。這時，例如，在發(fā)動機1處于高轉(zhuǎn)速范圍或已經(jīng)暖機的情況下，翻轉(zhuǎn)控制閥15的閥元件1 被控制到圖2所示的全開位置。在翻轉(zhuǎn)控制閥 15位于全開位置的狀態(tài)下，進氣流入上流路Ila和下流路lib 二者中，從而實質(zhì)上均勻地流經(jīng)進氣閥12周圍的間隙。因此，在燃燒室10中產(chǎn)生相對弱的氣流從而僅產(chǎn)生少量翻轉(zhuǎn)流。
相反，例如，在發(fā)動機1處于低至中轉(zhuǎn)速范圍或冷的情況下，翻轉(zhuǎn)控制閥15的閥元件1 被控制到圖1所示的半開位置，使得大部分的進氣通過上流路Ila流入燃燒室10中。 因此，在燃燒室10中產(chǎn)生強的翻轉(zhuǎn)流。產(chǎn)生的這種翻轉(zhuǎn)流在氣缸中攪拌以促進燃料的蒸發(fā)和霧化，在膨脹沖程中在燃燒室10中實現(xiàn)了燃料的良好的燃料特性。
現(xiàn)在對活塞2的構(gòu)造進行描述。根據(jù)所述實施例的活塞2通過鑄造鋁合金而形成。 如圖1所示，連桿8的小端部連接到活塞銷2d上。插入活塞銷2d的活塞銷孔2e形成在活塞2的外周部中。活塞銷孔加的軸線與活塞2的軸線實質(zhì)上垂直?；钊h(huán)h、2b、2c分別安裝在形成在活塞2的外周面中的多個(在所述實施例中為三個)環(huán)形槽中。
下面對活塞頂面的形狀進行具體地描述。
圖3為根據(jù)所述實施例的活塞2的立體圖。圖4為活塞2的俯視圖。在下面的描述中，為了描述的簡明，當在俯視圖(圖4)中觀察活塞2時，沿活塞銷孔加(參見圖3)的軸線Ll (參見圖4)的方向稱為“X方向”，而垂直于活塞銷孔2e的軸線Ll的水平方向稱為 “Y方向”。另外，沿活塞2的軸線的方向(垂直方向)稱為“Z方向”。
如圖3和圖4所示，根據(jù)所述實施例的活塞2的頂面23包括形成在與相應(yīng)的進氣閥12、12相對應(yīng)的位置處的進氣側(cè)閥龕M、24 ；形成在與相應(yīng)的排氣閥22、22相對應(yīng)的位置處的排氣側(cè)閥龕25、25 ；形成在進氣側(cè)閥龕M、24的外側(cè)上的進氣側(cè)擠氣區(qū)沈；形成在排氣側(cè)閥龕25、25的外側(cè)上的排氣側(cè)擠氣區(qū)27 ；以及在活塞頂面23的中心處凹陷而形成的翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀。也就是說，兩個進氣側(cè)閥龕MJ4在X方向上彼此相鄰布置(或沿 X方向?qū)R)。同樣，兩個排氣側(cè)閥龕25、25在X方向上彼此相鄰布置(或沿X方向?qū)R)。 翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀的縱向在X方向上延伸，并且與軸線Ll 一致。
進氣側(cè)閥龕M、24形成為在進氣閥12、12上升時防止相應(yīng)的進氣閥12、12干涉活塞頂面23。由于每個進氣閥12的軸線相對于活塞2的軸線(Z軸)傾斜，因此每個進氣側(cè)閥龕M的面向閥的表面在基本垂直于進氣閥12的軸線的方向上傾斜。
同樣，排氣側(cè)閥龕25、25形成為在排氣閥22、22上升時防止相應(yīng)的排氣閥22、22 干涉活塞頂面23。由于每個排氣閥22的軸線相對于活塞2的軸線(Z軸)傾斜，因此每個排氣側(cè)閥龕25的面向閥的表面在基本垂直于排氣閥22的軸線的方向上傾斜。
如上所述，翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀形成在活塞頂面23中。由于閥不干涉形成翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀的區(qū)域，因此進氣側(cè)閥龕24J4與排氣側(cè)閥龕25、25形成在翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀的外側(cè)并且與翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀相鄰。當各個閥龕M、24、25、25的面向閥的表面朝著活塞的中心向上傾斜時，翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀的內(nèi)表面朝著活塞的外側(cè)向上傾斜。因此，在進氣側(cè)閥龕MJ4與翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀之間以及在排氣側(cè)閥龕25、25與翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀之間限定了預(yù)定形狀的棱線R。稍后將對棱線R的形狀進行描述。
進氣側(cè)擠氣區(qū)沈形成在進氣側(cè)閥龕M、24的外側(cè)，并且朝著活塞2的中心向上 (在Z方向上向上)傾斜。進氣側(cè)擠氣區(qū)沈具有如下功能在發(fā)動機1的壓縮行程中，通過縮小進氣側(cè)擠氣區(qū)26與氣缸蓋Ib之間的空間來產(chǎn)生朝向燃燒室10的中心的氣流(擠氣流)。
排氣側(cè)擠氣區(qū)27形成在排氣側(cè)閥龕25、25的外側(cè)，并且朝著活塞2的中心向上 (在Z方向上向上)傾斜。如同進氣側(cè)擠氣區(qū)沈一樣，排氣側(cè)擠氣區(qū)27具有如下功能在發(fā)動機1的壓縮行程中，通過縮小排氣側(cè)擠氣區(qū)27與氣缸蓋Ib之間的空間來產(chǎn)生朝向燃燒室10的中心的氣流(擠氣流)。
活塞2的翻轉(zhuǎn)流保持凹部28形成在活塞頂面的中心處。詳細描述如下。
圖5為沿圖4中的線V-V截取的截面圖。圖6為沿圖4中的線VI-VI截取的截面圖。圖7為沿圖4中的線VII-VII截取的截面圖。圖8為沿圖4中的線VIII-VIII截取的截面圖。圖9為活塞2的位于與圖5中的線IX-IX相對應(yīng)的位置處的截面圖。
如這些圖所示，翻轉(zhuǎn)流保持凹部28形成為在沿插入活塞銷2d的活塞銷孔2e的軸線Ll的方向(X方向)上延伸跨越活塞2的外周附近，并且在垂直于活塞銷孔加的軸線 Ll的方向(Y方向)上延伸跨越進氣側(cè)閥龕24J4形成的區(qū)域與排氣側(cè)閥龕25、25形成的區(qū)域之間。翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀的最深部分的深度(相對于活塞頂面23的外周的深度；圖 5中的尺寸D)被設(shè)定為活塞2的外徑的大約5%。應(yīng)注意的是，該數(shù)值不局限于此。
翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀包括形成在X方向上的中心處的中心翻轉(zhuǎn)流引導(dǎo)區(qū)(中心區(qū))，以及連續(xù)形成在中心區(qū)28A的兩側(cè)上(相鄰地形成在X方向上的兩側(cè)上)的側(cè)區(qū)^B、 28B.在圖4中，中心區(qū)28A用虛線作陰影線，而側(cè)區(qū)^B、28B用雙點劃線作陰影線。
中心區(qū)28A具有減小部(如圖4中的Al所示)，在減小部中，凹部寬度(在Y方向上的尺寸)在活塞頂面的在X方向上的中心處最大(圖4中的尺寸Tl)，并且凹部寬度(在 Y方向上的尺寸)在X方向上朝著活塞外周逐漸減小。例如，沿圖4中的VI-VI線的部分處的凹部寬度(在Y方向上的尺寸，或圖4中的尺寸T2 ；參見圖6的截面圖)比中心處的寬度(Tl)小。如上所述，在減小部Al中，凹部寬度在X方向上朝著活塞外周逐漸減小。減小部Al中的棱線R可以被認為是本發(fā)明的“變化棱線”。具體地，尺寸Tl被設(shè)定為活塞2的外徑的大約60 %，而尺寸T2被設(shè)定為活塞2的外徑的大約55%。同樣，減小部Al的長度被設(shè)定為活塞2的外徑的大約45%。應(yīng)注意的是，這些數(shù)值不局限于此。在圖4中，兩個進氣側(cè)閥龕之間的范圍(中間位置)由虛線Pl表示，而兩個排氣側(cè)閥龕之間的范圍(中間位置)由虛線P2表示。凹部在Y方向上的尺寸在由虛線Pl和P2以及將Pl和P2的各個相反端彼此連接的線所限定的區(qū)域即Pl與P2之間彼此相對的區(qū)域中最大。
進氣側(cè)擠氣區(qū)沈和排氣側(cè)擠氣區(qū)27優(yōu)選地具有盡可能大的面積。另一方面，如上所述，凹部寬度(在Y方向上的尺寸)被設(shè)定為在X方向上的中心處較大。因此，在進氣側(cè)閥龕24J4之間的區(qū)域中，從中心區(qū)28A的外周延伸到進氣側(cè)擠氣區(qū)沈的斜面Sl的傾角被設(shè)定為比典型的常規(guī)活塞的傾角大(例如，相對于水平方向成50° )。同樣地，在排氣側(cè)閥龕25、25之間的區(qū)域中，從中心區(qū)28A延伸到排氣側(cè)擠氣區(qū)27的斜面S2的傾角被設(shè)定為比典型的常規(guī)活塞的傾角大(例如，相對于水平方向成50° )。
減小部Al中的棱線R是具有恒定曲率的弧形。棱線R不局限于此，并且可以以逐漸變化的曲率彎曲或大致是直的。
另一方面，側(cè)g^B、28B具有恒定部(如圖4中的A2所示)，恒定部的外緣大致平行于X方向延伸。因此，例如，沿圖4中的VII-VII線的部分處的凹部寬度(在Y方向上的尺寸，或圖4中的尺寸T3 ；參見圖7的截面圖)與沿圖4中的VIII-VIII線的部分處的凹部寬度(在Y方向上的尺寸，或圖4中的尺寸T4;參見圖8的截面圖)大致相等。如上所述， 在Y方向上的凹部寬度在恒定部A2中大致一致。恒定部A2中的棱線R可以被認為是本發(fā)明的“恒定棱線”。具體地，尺寸T3和T4被設(shè)定為活塞2的外徑的大約50%。同樣，每個恒定部A2的長度被設(shè)定為活塞2的外徑的大約13%。應(yīng)注意的是，這些數(shù)值不局限于此。
曲部Rl設(shè)置在減小部A2與恒定部A2、A2之間的邊界處，在邊界處，棱線R的曲率在減小部Al的曲率與恒定部A2、A2的曲率之間變化。曲部Rl平滑地連接減小部A2的棱線R與恒定部A2的棱線R。因此，翻轉(zhuǎn)流保持凹部28在相對于曲部Rl而位于中心側(cè)的部分被定義為中心區(qū)28A，而翻轉(zhuǎn)流保持凹部28在相對于曲部Rl而位于外側(cè)(在X方向上) 上的部分被定義為側(cè)區(qū)^BJ8B。曲部Rl存在于進氣側(cè)閥龕MJ4與翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀之間的每個棱線上，以及排氣側(cè)閥龕25、25與翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀之間的棱線上。也就是說， 曲部Rl存在于活塞頂面23上的四個位置處。
圖3中的符號C指示在鑄造活塞2時被推動的部分的外周形狀，所述部分的內(nèi)部區(qū)域(其占據(jù)中心區(qū)^A的大部分)大致平坦。通過將待推動的部分放置在相對大的中心區(qū)28A中來增加活塞2的堅固性。
現(xiàn)在對翻轉(zhuǎn)流如何產(chǎn)生進行描述。由于如上所述翻轉(zhuǎn)流保持凹部28包括中心區(qū) 28A以及側(cè)區(qū)^BJ8B，因此在驅(qū)動發(fā)動機1時流入氣缸中的進氣產(chǎn)生了包括沿中心區(qū)28A 流動的中心翻轉(zhuǎn)流以及沿側(cè)區(qū)^B、28B流動的側(cè)翻轉(zhuǎn)流的翻轉(zhuǎn)流。
在中心區(qū)28A在X方向上的中心處，凹部寬度(在Y方向上的尺寸)被確保為相對大，從而產(chǎn)生具有大直徑以及在Y方向上延伸的流線的中心翻轉(zhuǎn)流(參見圖5所示的翻轉(zhuǎn)流)。另外，在中心區(qū)^A的減小部Al中，凹部寬度(在Y方向上的尺寸)在X方向上朝著外側(cè)逐漸減小，使得翻轉(zhuǎn)流的直徑朝著活塞外周逐漸變小。也就是說，翻轉(zhuǎn)流的直徑隨著 Y方向上的缸內(nèi)長度朝著活塞外周逐漸變小而逐漸變小，以便產(chǎn)生理想的中心翻轉(zhuǎn)流(不受缸膛內(nèi)壁影響)，理想的中心翻轉(zhuǎn)流的流線在Y方向上延伸并且不被干擾(參見圖6所示的翻轉(zhuǎn)流)。
另一方面，由于側(cè)區(qū)^B、28B具有在X方向上延伸的恒定部A2、A2，因此在側(cè)區(qū) 28B.28B中流動的側(cè)翻轉(zhuǎn)流的直徑不會朝著活塞外周變小，而是在整個側(cè)區(qū)^B、28B上大致一致。也就是說，在側(cè)區(qū)^BJSB中產(chǎn)生的側(cè)翻轉(zhuǎn)流具有比中心翻轉(zhuǎn)流的外徑小的大致一致的外徑(參見圖7和圖8所示的翻轉(zhuǎn)流)。因此，側(cè)翻轉(zhuǎn)流幾乎不受在X方向上相鄰的缸膛內(nèi)壁影響，并且具有在Y方向上延伸的流線。另外，由于如上所述幾乎沒有缸膛內(nèi)壁的影響，因此翻轉(zhuǎn)流在活塞頂面23的外周附近產(chǎn)生，翻轉(zhuǎn)流在氣缸的在翻轉(zhuǎn)流的軸向(X方向)上的兩個外側(cè)中良好地攪拌，從而促進了整個氣缸中燃料的蒸發(fā)和霧化。
如上所述，根據(jù)依照所述實施例的活塞2，可以利用給予進氣的大部分的流體能量來產(chǎn)生沿Y方向流動的翻轉(zhuǎn)流，并且可以促進整個氣缸中的燃料的蒸發(fā)和霧化。結(jié)果，能夠提高燃燒室10中的燃料的燃燒效率，并且能夠改善廢氣排放和燃料消耗率。
另外，由于翻轉(zhuǎn)流保持凹部28的總?cè)莘e受到中心區(qū)^A中的減小部Al限制，減小部Al會縮小翻轉(zhuǎn)流保持凹部28的寬度，因此能夠提高燃燒室10的壓縮比。因此，例如，可以在保持上述效果(提高燃燒效率從而改善廢氣排放和燃料消耗率)的同時容易地使發(fā)動機1實現(xiàn)超過10的壓縮比。
現(xiàn)在對所實施的確認上述實施例的效果的實驗以及所述實驗的結(jié)果進行描述。在所述實驗中，頂面具有常規(guī)形狀的凹部的活塞(如圖12所示)與根據(jù)上述實施例的活塞2 各自被裝配到發(fā)動機(直列四缸汽油發(fā)動機)中以通過逐漸延遲火花塞3的點火正時來比較延遲極限(發(fā)動機失速時的極限延遲量)(實驗1)。同樣，通過使得空燃比逐漸稀薄來比較稀薄極限(發(fā)動機失速時的極限空燃比)(實驗2)。
圖IOA示出了實驗1的結(jié)果，而圖IOB示出了實驗2的結(jié)果。
如圖IOA所示，頂面23具有根據(jù)本發(fā)明的形狀的凹部觀的活塞2實現(xiàn)了比由頂面具有常規(guī)形狀的凹部的活塞實現(xiàn)的延遲極限高大約12%的延遲極限。也就是說，確認了 在使用根據(jù)本發(fā)明的活塞2的情況下，與使用常規(guī)活塞的情況相比，可以使得點火正時更顯著地延遲而不使發(fā)動機失速，因此尤其當在發(fā)動機1冷時啟動發(fā)動機1時可以通過增加點火延遲量來快速地激活(加熱)催化轉(zhuǎn)化器。
同樣，如圖IOB所示，頂面23具有根據(jù)本發(fā)明的形狀的凹部觀的活塞2實現(xiàn)了比由頂面具有常規(guī)形狀的凹部的活塞實現(xiàn)的空燃比的稀薄極限高大約30%的空燃比的稀薄極限。也就是說，確認了 在使用根據(jù)本發(fā)明的活塞2的情況下，與使用常規(guī)活塞的情況相比，可以使得空燃比更顯著地稀薄而不使發(fā)動機失速，因此顯著地提高了燃料燃燒比。
現(xiàn)在對翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀的改進例進行描述。圖IlA和圖IlB各自為示出了翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀的改進例的活塞頂面23的俯視圖(其中未示出閥龕)。
在圖IlA所示的改進例中，改變中心區(qū)^A中的棱線R使得曲率半徑在X方向上朝著活塞外周增加，并且在側(cè)區(qū)^BJSB中在Y方向上的凹部寬度被設(shè)定為小于上述實施例的凹部寬度。
同樣，在圖IlB所示的改進例中，限定了翻轉(zhuǎn)流保持凹部觀的外周的棱線R的延伸方向在減小部Al與恒定部A2、A2之間的邊界處的曲部Rl中改變大約90°。
在以上所述的實施例和改進例中，本發(fā)明應(yīng)用于在汽車的多缸汽油發(fā)動機中使用的活塞。本發(fā)明不局限于此，并且可以應(yīng)用于汽車的柴油發(fā)動機。本發(fā)明還可以應(yīng)用于除汽車以外的發(fā)動機。發(fā)動機的規(guī)格如氣缸的數(shù)量以及發(fā)動機是否具有翻轉(zhuǎn)控制閥15沒有特殊的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機的活塞0)，其特征在于包括頂面(23)，其具有用于避免干涉閥的閥龕04、25)以及翻轉(zhuǎn)流保持凹部08)，其中，所述閥龕形成的區(qū)域與所述凹部形成的區(qū)域彼此相鄰，并且限定在所述閥龕形成的所述區(qū)域與所述凹部形成的所述區(qū)域之間的棱線包括變化棱線、恒定棱線和曲部 (Rl)，所述凹部沿所述變化棱線在垂直于翻轉(zhuǎn)流軸線的寬度方向上的尺寸在沿所述翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上從在沿所述翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的中心朝著活塞外周變小，所述凹部沿所述恒定棱線在所述寬度方向上的尺寸在沿所述翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上朝著所述活塞外周保持為大致恒定，所述曲部(Rl)連接所述變化棱線與所述恒定棱線。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的活塞，其中，所述閥龕包括彼此相鄰設(shè)置的兩個進氣側(cè)閥龕04)以及彼此相鄰設(shè)置的兩個排氣側(cè)閥龕05)；并且所述凹部在所述寬度方向上的所述尺寸被設(shè)定為在所述進氣側(cè)閥龕之間的中間位置與所述排氣側(cè)閥龕之間的中間位置之間的區(qū)域中最大。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的活塞，進一步包括外周部，其具有待插入活塞銷Od)的活塞銷孔Ce)，其中，所述活塞銷孔的軸線與所述翻轉(zhuǎn)流軸線平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中任一項所述的活塞，其中，所述凹部在所述寬度方向上的所述尺寸在所述頂面的在沿所述翻轉(zhuǎn)流軸線的方向上的中心處最大。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的活塞，其中，所述凹部在所述寬度方向上的所述尺寸在所述頂面的在沿所述活塞銷孔的所述軸線的方向上的中心處最大。
6.一種用于內(nèi)燃機的活塞O)，其特征在于包括頂面(23)，其具有用于避免干涉閥的閥龕04、25)以及翻轉(zhuǎn)流保持凹部08)；以及外周部，其具有待插入活塞銷Od)的活塞銷孔Ce)，其中，所述閥龕形成的區(qū)域與所述凹部形成的區(qū)域彼此相鄰，并且限定在所述閥龕形成的所述區(qū)域與所述凹部形成的所述區(qū)域之間的棱線包括變化棱線、恒定棱線和曲部 (Rl)，所述凹部沿所述變化棱線在垂直于所述活塞銷孔的軸線的寬度方向上的尺寸在沿所述活塞銷孔的所述軸線的方向上從在沿所述活塞銷孔的所述軸線的方向上的中心朝著活塞外周變小，所述凹部沿所述恒定棱線在所述寬度方向上的尺寸在沿所述活塞銷孔的所述軸線的方向上朝著所述活塞外周保持為大致恒定，所述曲部(Rl)連接所述變化棱線與所述恒定棱線。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的活塞，其中，所述閥龕包括彼此相鄰設(shè)置的兩個進氣側(cè)閥龕以及彼此相鄰設(shè)置的兩個排氣側(cè)閥龕；并且所述凹部在所述寬度方向上的所述尺寸被設(shè)定為在所述進氣側(cè)閥龕之間的中間位置與所述排氣側(cè)閥龕之間的中間位置之間的區(qū)域中最大。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6或7所述的活塞，其中，所述凹部在所述寬度方向上的所述尺寸在所述頂面的在沿所述活塞銷孔的所述軸線的方向上的中心處最大。
9.一種內(nèi)燃機，其特征在于包括具有缸膛的氣缸；以及布置在所述缸膛中的根據(jù)權(quán)利要求
1至8中任一項所述的活塞，其中，隨著混合氣在燃燒室(10)中燃燒，所述活塞在所述缸膛中往復(fù)運動以產(chǎn)生動力。
10.一種用于內(nèi)燃機的活塞0)，其特征在于包括具有翻轉(zhuǎn)流保持凹部08)的頂面 (23),其中，所述凹部包括中心區(qū)08A)和側(cè)區(qū)Q8B)，所述中心區(qū)Q8A)在所述凹部的縱向上的中心處形成；所述側(cè)區(qū)08B)在所述中心區(qū)的在所述縱向上的兩外側(cè)上連續(xù)地形成，所述中心區(qū)具有減小部，在所述減小部中，所述中心區(qū)在垂直于所述縱向的寬度方向上的尺寸在所述縱向上朝著活塞外周逐漸減小，所述側(cè)區(qū)具有恒定部，在所述恒定部中，所述側(cè)區(qū)在所述寬度方向上的尺寸在所述縱向上一致，以及其中，所述頂面進一步包括與所述凹部相鄰的閥龕04、25)，并且限定在所述閥龕與所述凹部之間的棱線包括變化棱線、恒定棱線和曲部(Rl)，所述凹部沿所述變化棱線在所述寬度方向上的尺寸在所述縱向上從在所述縱向上的中心朝著所述活塞外周變小，所述凹部沿所述恒定棱線在所述寬度方向上的尺寸在所述縱向上朝著所述活塞外周保持為大致恒定，所述曲部(Rl)連接所述變化棱線與所述恒定棱線。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的活塞，其中，所述閥龕包括彼此相鄰設(shè)置的兩個進氣側(cè)閥龕04)以及彼此相鄰設(shè)置的兩個排氣側(cè)閥龕05)，所述凹部的底部與所述棱線之間的高度小于所述凹部的所述底部與脊線之間的高度， 所述脊線形成在所述凹部與在所述凹部的外側(cè)上形成的擠氣區(qū)之間并且在所述縱向上形成在所述兩個進氣側(cè)閥龕之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的活塞，其中，所述閥龕包括彼此相鄰設(shè)置的兩個進氣側(cè)閥龕04)以及彼此相鄰設(shè)置的兩個排氣側(cè)閥龕05)，所述凹部的底部與所述棱線之間的高度小于所述凹部的所述底部與脊線之間的高度， 所述脊線形成在所述凹部與在所述凹部的外側(cè)上形成的擠氣區(qū)之間并且在所述縱向上形成在所述兩個排氣側(cè)閥龕之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的活塞，其中，所述凹部的所述縱向與翻轉(zhuǎn)流軸線一致。
14.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的活塞，進一步包括外周部，所述外周部具有待插入活塞銷 (2d)的活塞銷孔(2e)，其中，所述凹部的所述縱向與所述活塞銷孔的軸線一致。
專利摘要
活塞頂面(23)具有凹部。中心區(qū)(28A)形成在凹部的中心處以確保中心翻轉(zhuǎn)流的直徑較大。側(cè)區(qū)(28B)形成在活塞頂面的兩側(cè)上以產(chǎn)生不受缸膛內(nèi)壁影響并且具有與中心翻轉(zhuǎn)流的流線大致平行的流線的側(cè)翻轉(zhuǎn)流。
文檔編號F02B31/08GKCN101600866 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200880003335
公開日2011年12月14日 申請日期2008年1月28日
發(fā)明者土屋富久, 山形光正, 立花良二 申請人:豐田自動車株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (7),