内燃机的活塞的制作方法

本发明涉及一种在冠状面设置有凹穴的内燃机的活塞。

背景技术：

当前，提出了在冠状面设置有凹穴的活塞。例如，专利文献1中公开了如下技术，即，在活塞的冠状面设置有2个凹穴，在全负荷运转时使喷射器的方向朝向一个凹穴，在冷启动时使喷射器的方向朝向另一个凹穴，由此对2个凹穴进行区分使用。

另外，专利文献2中公开了如下技术，即，以沿着滚流的方式在活塞的冠状面设置凹穴，另外，在凹穴内形成衰减部，由此通过衰减部使滚流的翻滚强度局部性降低，实现翻滚强度的均匀化。

专利文献1：日本特开2008-157197号公报

专利文献2：日本特开2009-46985号公报

技术实现要素：

但是，对于发动机而言，有时在低负荷时进行分层稀薄燃烧，如果负荷升高则进行均质燃烧。为了实现分层稀薄燃烧，如专利文献1记载的那样，设置有将以雾的形态喷射的燃料引导至火花塞的凹穴。另外，为了实现均质燃烧，如专利文献2记载的那样，以沿着滚流的方式设置凹穴。

这样，在设置有2个凹穴的情况下，如果滚流的一部分流入至将以雾的形态喷射的燃料引导至火花塞的凹穴，则流入的滚流的流速降低，滚流的流速变得不均匀，滚流的质量下降。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够通过将燃料引导至火花塞的凹穴而抑制由流速的不均匀化引起的滚流的质量下降的内燃机的活塞。

为了解决上述问题，本发明的内燃机的活塞的特征在于，具有：冠状面，其成为燃烧室的内壁面；第1凹穴，其是设置于冠状面的凹部；以及第2凹穴，其是设置于第1凹穴内的凹部，第1凹穴中的、相对于第2凹穴位于沿冠状面流动的滚流的流动方向的上游侧的上游部，在流动方向上比第1凹穴中的、相对于第2凹穴位于流动方向的下游侧的下游部更长地延伸。

第2凹穴可以是短轴沿着流动方向的朝向的椭圆形。

为了解决上述问题，本发明的其他内燃机的活塞的特征在于，具有：冠状面，其与燃烧室相对；第1凹穴，其是设置于冠状面的凹部；以及第2凹穴，其是设置于第1凹穴的凹部，且是短轴沿着沿冠状面流动的滚流的流动方向的朝向的椭圆形。

发明的效果

根据本发明，通过将燃料向火花塞引导的凹穴，能够抑制由流速的不均匀化引起的滚流的质量的下降。

附图说明

图1是发动机(内燃机)的概略说明图。

图2是活塞的冠状面侧的斜视图。

图3是用于对第1凹穴以及第2凹穴的作用进行说明的图。

图4是活塞的冠状面的主视图。

图5是用于对根据上游部的长度实现的作用进行说明的图。

图6是变形例的活塞的冠状面侧的斜视图。

图7是变形例的活塞的冠状面的主视图。

标号的说明

1发动机(内燃机)

2、102活塞

2a、102a冠状面

2d、102d第1凹穴

2d4、102d4上游部

2d5、102d5下游部

2e、102e第2凹穴

6燃烧室

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。上述实施方式中示出的尺寸、材料、其他具体的数值等不过是为了容易理解发明的示例而已，除了特别声明的情况以外，并不对本发明进行限定。此外，在本说明书以及附图中，对具有实质上相同的功能、结构的要素标注相同的标号而将重复的说明省略，另外，将与本发明无直接关系的要素的图示省略。

图1是发动机1(内燃机)的概略说明图，示出了发动机1的从活塞2的中心轴穿过的剖面的概略图。在图1以及后述的图3、图5中，为了容易理解而示出了后述的进气端口7以及排气端口8，但实际上相对于图1、图3、图5所示的剖面，进气端口7以及排气端口8例如分别在近前侧形成有1个、且在后侧形成有1个。发动机1是反复执行进气进程、压缩进程、燃烧进程、排气进程的4冲程发动机，如图1所示，构成为包含气缸体3、气缸盖4以及活塞2。

在气缸体3形成有可自由滑动地收容活塞2的气缸5。此外，在气缸体3可以仅形成1个气缸5，另外，也可以形成多个气缸5。

气缸盖4与气缸体3的形成有气缸5的一端的面连结。在发动机1中，由形成于气缸体3的气缸5、活塞2的冠状面2a、以及气缸盖4包围的空间形成为燃烧室6。即，活塞2的冠状面2a成为燃烧室6的内壁面的一部分。

在气缸盖4形成有1个或多个(例如各2个)进气端口7以及排气端口8，进气端口7以及排气端口8与燃烧室6连通。另外，在气缸盖4设置有进气阀9以及排气阀10。

进气阀9以前端位于进气端口7与燃烧室6之间的方式配置于气缸盖4，利用凸轮机构11a使进气阀9移动而使得进气端口7相对于燃烧室6连通以及封闭。排气阀10以位于排气端口8与燃烧室6之间的方式配置于气缸盖4，利用凸轮机构11b使排气阀10移动而使得排气端口8相对于燃烧室6连通以及封闭。

另外，在气缸体3收容有火花塞13以及喷射器14。作为与燃烧室6连通的孔的连通部12a、12b，以位置不同的方式分别设置于气缸体3。火花塞13的前端插入于连通部12a，喷射器14的前端插入于连通部12b。喷射器14的前端位于燃烧室6的中心附近(所谓的中央喷射器)。

线圈装置15安装于火花塞13的后端部(燃烧室6的相反侧的端部)。在线圈装置15收容有一次线圈以及二次线圈，如果一次线圈的磁场与从电池等供给的电力的变化相应地变化，则在二次线圈产生较高的感应电动势。将在二次线圈所产生的感应电动势供给至火花塞13，使得火花塞13进行火花放电。

在发动机1中，在规定的定时(timing)从喷射器14喷射燃料，然后通过火花塞13进行点火而使得燃料燃烧。通过这样的燃烧而使得活塞2在气缸5内进行往返运动，通过连杆16而将该往返运动变换为曲轴17的旋转运动。

图2是活塞2的冠状面2a侧的斜视图。如图2所示，在冠状面2a形成有4个凹口2b。凹口2b从活塞2的外周面2c向内径侧延伸。在活塞2处于上止点时，利用凹口2b而避免活塞2和上述进气阀9的前端以及排气阀10的前端发生干扰。

另外，在活塞2设置有第1凹穴2d以及第2凹穴2e。第1凹穴2d以及第2凹穴2e是形成于冠状面2a的凹部。在正面中观察活塞2时(从气缸盖4侧观察时)，第1凹穴2d以及第2凹穴2e大致形成为圆形。

第1凹穴2d比冠状面2a中的位于最靠近气缸盖4侧的位置的顶面2f更凹陷(从气缸盖4离开)。另外，第1凹穴2d位于冠状面2a中的比顶面2f靠内径侧的位置。即，第1凹穴2d形成为从活塞2的外周面2c离开。另外，第1凹穴2d的外周2d1与底面2d2之间由曲面2d3连接。

第2凹穴2e是设置于第1凹穴2d内、且比第1凹穴2d深的凹部。第2凹穴2e形成为从第1凹穴2d的外周2d1向径向内侧离开。另外，与第1凹穴2d相同地，第2凹穴2e的外周2e1与底面2e2之间由曲面2e3连接。

4个凹口2b中的2个凹口2b(图2中的右侧的2个)从活塞2的外周面2c延伸至第1凹穴2d的内部，并从第2凹穴2e离开。4个凹口2b中的其他2个凹口2b(图2中的左侧的2个)从活塞2的外周面2c延伸至第1凹穴2d的内部以及第2凹穴2e的内部。

图3是用于对第1凹穴2d以及第2凹穴2e的作用进行说明的图，关于发动机1的从活塞2的中心轴穿过的剖面，示出了燃烧室6附近的概略图。另外，在图3中，示出了活塞2的图2中的iii-iii线剖面。

如图3(a)中箭头所示，在进气进程中从进气端口7流入至燃烧室6的进气朝向燃烧室6中的图3(a)中的右下(排气端口8侧、且是活塞2的冠状面2a侧)流动。然后，进气被沿着排气端口8侧的气缸5的内壁而引导，接着在冠状面2a上沿图3(a)中的左侧(进气端口7侧)流动，被向进气端口7侧的气缸5的内壁引导而返回至图3(a)中的上侧(气缸盖4侧)。这样，在发动机1中，由进气而形成滚流。

如图3(a)所示，第1凹穴2d的曲面2d3的曲率中心位于比活塞2的顶面2f靠上方的位置。图3(a)中的右侧(排气端口8侧)的曲面2d3作为将向右下侧流动的进气沿第1凹穴2d向左侧引导的引导件而起作用。图3(a)中的左侧(进气端口7侧)的曲面2d3作为将沿第1凹穴2d向左侧流动的进气向上侧引导的引导件而起作用。

这样，第1凹穴23作为促进滚流的形成的进气的引导件而起作用。在发动机1中，通过形成滚流，由在滚流遭到破坏时所产生的强烈的紊流而实现燃料的急速燃烧，能够实现油耗的改善、燃烧稳定性的提高。

如图3(b)所示，第2凹穴2e形成于与喷射器14相对的位置。第2凹穴2e的曲面2e3的曲率中心位于比底面2d2靠活塞2上方的位置。

从喷射器14例如以圆锥状(放射状)且以雾的形态喷射的燃料在朝向第2凹穴2e的底面2e2之后，被曲面2e3引导而朝向与喷射器14相邻设置的火花塞13侧。即，第2凹穴2e将以雾的形态喷射的燃料向火花塞13引导。因此，在发动机1中，例如在低负荷时形成燃料的浓度在喷射器14的附近较高的混合气体，能够实现分层稀薄燃烧。

这样，在活塞2设置有：第1凹穴2d，其促进滚流的形成；以及第2凹穴2e，其将燃料向火花塞13引导。然而，如果滚流向第2凹穴2e流入，则流入的滚流的流速下降，在与未流入至第2凹穴2e的滚流之间，流速变得不均匀。其结果，导致滚流的质量下降。因此，活塞2形成为抑制滚流向第2凹穴2e流入的结构。

图4是活塞2的冠状面2a的主视图，且是图2的iv向视图。在图4中，为了容易理解，将上述的凹口2b的图示省略。图4中的箭头表示沿着冠状面2a的滚流的流动。如图4所示，滚流在冠状面2a上从图4中的右侧(排气端口8侧)向左侧(进气端口7侧)流动。

这里，将第1凹穴2d中的比第2凹穴2e靠图4中的右侧的区域称为上游部2d4。换言之，上游部2d4是第1凹穴2d中的比第2凹穴2e靠排气端口8侧的区域。另外，将第1凹穴2d中的比第2凹穴2e靠图4中的左侧的区域称为下游部2d5。换言之，下游部2d5是第1凹穴2d中的比第2凹穴2e靠进气端口7侧的区域。

而且，上游部2d4在沿冠状面2a流动的滚流的流动方向(图4中的左右方向)上比下游部2d5更长地延伸。即，第1凹穴2d设置于冠状面2a的大致中央，第2凹穴2e设置为相对于冠状面2a的中央而偏向进气端口7侧。

图5是用于对根据上游部2d4的长度实现的作用进行说明的图。图5(a)中示出了本实施方式的发动机中1，图5(b)中示出了对比例的发动机e。如图5(b)所示，在对比例的发动机e中，上游部ea以及下游部eb的、在冠状面ec上流动的滚流的流动方向上的长度大致相等。即，在对比例的发动机e中，第1凹穴ed以及第2凹穴ee设置于冠状面ec的大致中央。

在对比例的发动机e中，滚流沿上游部ea流动，但上游部ea的长度不足，在对朝向左侧的滚流充分施压以前会到达第2凹穴ee。因此，滚流流入至第2凹穴ee、且流速降低。

另一方面，在本实施方式中，如图5(a)所示，上游部2d4较长，因此沿上游部2d4流动的滚流在对朝向左侧的滚流充分施压之后到达第2凹穴2e。到达第2凹穴2e的滚流的流速较高，因此从冠状面2a剥离，不会流入至第2凹穴2e，而是保持原样地向左侧流动。

未流入至第2凹穴2e而相对于第2凹穴2e保持有距离的滚流难以受到第2凹穴2e的底面2e2附近的气体的粘性，避免了滚流的局部的速度降低。这样，能够抑制滚流的流速的不均匀化，能够抑制滚流的质量下降。

图6是变形例的活塞102的冠状面102a侧的斜视图。在上述实施方式中，对第1凹穴2d以及第2凹穴2e在正面中观察活塞2时(从气缸盖4侧观察时)大致为圆形的情况进行了说明。在变形例中，如图6所示，第1凹穴102d大致为圆形，第2凹穴102e大致为椭圆形。

图7是变形例的活塞102的冠状面102a的主视图。图7中的箭头表示沿着冠状面102a的滚流的流动。如图7所示，在变形例中，与上述实施方式相同地，上游部102d4在沿冠状面102a流动的滚流的流动方向(图7中的左右方向)上比下游部102d5更长地延伸。

另外，第2凹穴102e如上所述大致为椭圆形，第2凹穴102e的椭圆的短轴的方向沿着滚流的流动方向(图7中的左右方向)。第2凹穴102e的椭圆的长轴的方向与滚流的流动方向正交。

在将第2凹穴102e设为椭圆形的情况下，与第2凹穴102e为圆形的情况相比，在第2凹穴102e设计为相同的容积时，将上游部102d4确保为更长。即，在正面中观察冠状面102a时，即使第2凹穴102e的面积相同，由于椭圆形的短轴比圆形的直径短，因此将上游部102d4确保为更长。其结果，与上述实施方式相同地，沿上游部102d4流动的滚流在对朝向左侧的滚流充分施压之后到达第2凹穴102e，因该流速而从冠状面102a剥离，不会流入至第2凹穴102e。因此，能够更有效地抑制滚流的流速的不均匀化，能够抑制滚流的质量下降。

另外，滚流呈现出如下趋势，即，在到达第2凹穴102e并从冠状面102a剥离时，流向改变为与第2凹穴102e的外周102e1的切线正交的方向。即，如图7中箭头所示，在第2凹穴102e的椭圆形的长轴的两端(图7中的上端和下端)附近流动的滚流的流向改变为略微朝向椭圆形的中心侧。

例如，第2凹穴102e为椭圆形，因此与圆形相比(对上述的面积相同的情况进行比较)，滚流剥离的外周102e1的曲率更大。因此，即使滚流的流向改变为朝向椭圆形的中心侧，也能抑制为流向的微小的变化。其结果，滚流不会紊乱，能抑制滚流的质量下降。

以上参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明当然不限定于这样的实施方式。只要是本领域技术人员，显然能够在权利要求书所记载的范围内想到各种变更例或者修正例，应当理解，这些变更例或者修正例当然也属于本发明的技术范围。

例如，在上述实施方式以及变形例中，对滚流从进气端口7朝向图3(a)中的右下之后顺时针流动的情况进行了说明。然而，滚流也可以在图3(a)中逆时针流动。即，滚流可以在从进气端口7向图3(a)中的下侧流动之后朝向右侧，然后朝向排气端口8侧。这样，在滚流在图3(a)中逆时针流动的情况下，上游部2d4、102d4成为第1凹穴2d、102d中的、比第2凹穴2e、102e靠进气端口7侧的区域。下游部2d5、102d5成为第1凹穴2d、102d中的、比第2凹穴2e、102e靠排气端口8侧的区域。

工业实用性

本发明能够用于在冠状面设置有凹穴的内燃机的活塞。