发动机的燃烧室结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及进行压缩自点火的发动机的燃烧室结构。
【背景技术】
[0002]在使用以汽油为主成分的燃料的发动机中，一般采用利用火花塞强制性地使混合气体点火的火花点火方式。另一方面，最近，为了大幅改善燃耗而有以下的提案:在利用以汽油为主成分的燃料的情况下，将发动机的几何压缩比设为15以上的高压缩比，从而使混合气体压缩自点火(预混合压缩自点火)。
[0003]下述的专利文献I公开了一种火花点火式发动机，该发动机虽然并不是压缩自点火式发动机但其几何压缩比被设为13以上的高压缩比，而且其燃烧室采用了屋脊型的燃烧室。并且，燃烧室等各部分的形状以如下方式设定:当以与进气门的往复直线运动方向平行且通过进气门的头部的相互平行的多个假想截面中的燃烧室的各截面积作为Sil，以上述头部与气门座之间的有效开口面积(帘区域面积)作为Si2时，在进气门和排气门均被打开的气门重叠期间的中间点，任一假想截面中均满足Sil多Si2。由此，从头部的周缘部供应到燃烧室的进气能够顺畅地通过头部的下表面，因此能够提高扫气性及填充效率。
[0004]下述的专利文献2公开了一种两冲程柴油发动机，其中，通过使进气门的轴线相对于气缸轴线倾斜等，从而使来自进气门的进气形成为沿着气缸内壁面流动的环流。
[0005]此外，为了进行压缩自点火，较为理想的是在气缸内尽可能形成均匀的混合气体，因此，较为理想的是将燃料喷射阀设置在气缸的中央，以使燃料从该燃料喷射阀均匀地喷射到整个气缸内。
[0006]但是，在上述般的几何压缩比极大的发动机的气缸内形成足量的均匀的混合气体并不容易。其理由是:在几何压缩比高的发动机中，在活塞的上止点位置及其附近位置，气缸盖下表面与活塞顶面之间的间隙极小，进气门与排气门均被打开的重叠期间中的扫气性恶化。尤其，在活塞顶面上设置有腔部的情况下，该腔部内的扫气会变得不够充分，从而难以对腔内供应足够的进气。这成为导致填充效率下降、甚而输出下降的主要原因。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本专利公开公报特开2009-162154号
[0010]专利文献2:日本专利公开公报特开平05-113120号
【发明内容】
[0011]本发明鉴于如上所述的情况而作，其目的在于提供一种燃烧室结构，在几何压缩比为15以上的高压缩比发动机中，能够对形成在活塞顶面中央部的腔内充分扫气。
[0012]为了实现所述目的，本发明中，为了将供应到燃烧室的进气，尤其是将从远离气缸轴线侧的进气门的头部周缘供应到燃烧室的进气顺畅地导入腔部内，采用了如下的燃烧室结构。
[0013]S卩，本发明的燃烧室结构应用于如下发动机，该发动机包括具有一个以上的气缸的气缸体、从气缸轴线方向的一侧覆盖所述气缸的气缸盖、能够往复运动地插入于所述气缸的活塞、在隔着曲轴轴线的两个区域中的一侧以每一气缸设有两个的方式设置的进气门、在隔着曲轴轴线的两个区域中的另一侧以每一气缸设有两个的方式设置的排气门，至少在低负荷区域进行压缩自点火。所述气缸的几何压缩比被设定为15以上，在所述活塞的顶面的中央部形成有腔部。沿气缸轴线方向观察时，所述各进气门的头部的一部分与所述腔部重叠。用于防止所述各进气门的头部与活塞干涉的气门凹坑以与所述腔部相连的方式形成于所述活塞的顶面。沿曲轴轴线方向观察时，所述进气门的轴线以随着远离所述头部而逐渐离开气缸轴线的方式倾斜，而且，所述头部的下表面中的至少靠近所述曲轴轴线侧的部分的区域与所述活塞的顶面之间的间隙越靠近所述曲轴轴线越宽。位于所述进气门与隔着曲轴轴线而和该进气门相对的排气门之间的所述气缸盖的下表面、与位于上止点的所述活塞的顶面之间的最小间隙设为G1，所述进气门及排气门均被打开的气门重叠期间的中间点时的所述进气门的头部的下表面与活塞的顶面的间隙中最靠近曲轴轴线的位置的间隙设为G2时，G2 > Gl的关系成立。
[0014]根据本发明，具有下述等优点:在进行压缩自点火的高压缩比发动机中，通过充分进行腔部内的扫气，能够有效提高填充效率。
【附图说明】
[0015]图1是表示应用本发明的燃烧室结构的发动机的具体例的概略剖视图。
[0016]图2表示本发明的第一实施方式，是从气缸轴线方向的一侧(上方侧)观察一个气缸时的概略俯视图。
[0017]图3是表示第一实施方式中所用的活塞的具体形状的立体图。
[0018]图4是从曲轴方向的一侧观察图3的活塞时的侧视图。
[0019]图5是从上方观察图3的活塞时的俯视图。
[0020]图6是表示进排气门与腔部的位置关系的概略俯视图。
[0021]图7是与图2的VI1-VII线相当的剖视图。
[0022]图8是与图2的VII1-VIII线相当的剖视图。
[0023]图9是与图5的IX-1X线相当的剖视图。
[0024]图10是与图5的X-X线相当的剖视图。
[0025]图11是与图2的X1-XI线相当的剖视图。
[0026]图12是表示进排气门的重叠期间的设定例的特性图。
[0027]图13是表示用于规定进气门的帘区域面积和进气门的头部下方的间隙面积的假想截面的位置(截切位置)的俯视图。
[0028]图14是同时表示帘区域面积和头部下方的间隙面积的截面立体图。
[0029]图15是表示帘区域面积和头部下方的间隙面积的具体设定例的特性图。
[0030]图16是表示截面位置S-12下的帘区域面积范围的要部俯视图。
[0031]图17是表示截面位置S-8下的帘区域面积范围的要部俯视图。
[0032]图18是表示截面位置S-4下的帘区域面积范围的要部俯视图。
[0033]图19是表示截面位置SO下的帘区域面积范围的要部俯视图。
[0034]图20是表示截面位置S4下的帘区域面积范围的要部俯视图。
[0035]图21是表示截面位置S8下的帘区域面积范围的要部俯视图。
[0036]图22是表示截面位置SO下的头部下方的间隙面积的要部剖视图。
[0037]图23是表示截面位置S8下的头部下方的间隙面积的要部剖视图。
[0038]图24表示第二实施方式中所用的活塞，是与图5对应的俯视图。
[0039]图25表示第二实施方式中所用的活塞，是与图3对应的立体图。
[0040]图26表示第二实施方式，是与图11对应的剖视图。
[0041]图27表示第三实施方式中所用的活塞，是与图5对应的俯视图。
[0042]图28表示第三实施方式，是与图11对应的剖视图。
【具体实施方式】
[0043]图1是表示应用了本发明的第一实施方式所涉及的燃烧室结构的发动机的概略结构的图。该图所示的发动机是搭载于汽车中的直列多缸型的汽油发动机，包括:气缸体20，具有沿与纸面正交的方向排列的多个气缸5(图1中仅示出其中的一个)；气缸盖30，以从上表面覆盖各气缸5的方式安装于气缸体20 ;活塞10，可往复运动地插入于各气缸5内。在活塞10的上方，形成有容积视活塞10的上下位置而变化的燃烧室。活塞10经由连杆8而与曲轴9连结，对应于活塞10的往复运动，曲轴9绕轴旋转。
[0044]各气缸5的几何压缩比，即活塞10位于上止点时的燃烧室容积与活塞10位于下死点时的燃烧室容积之比被设定为15以上。几何压缩比只要为15以上，便能采用适当的值，作为更理想的值，例如能够将几何压缩比设为18。
[0045]图2是以俯视的方式表不一个气缸5的图。在该图2及之前的图1中，标号J表示气缸5的中心线即气缸轴线，标号K表示曲轴9的中心线即曲轴轴线。气缸轴线J与曲轴轴线K相互正交。
[0046]在气缸盖30上，对每一个气缸5设置有两个进气门1A、IB及两个排气门2A、2B。进气门1A、1B分别具有可封闭气缸盖30上所设的进气口 6的圆板状的头部la、及从头部Ia朝上方延伸的阀轴lb。同样，排气门2A、2B分别具有可封闭气缸盖30上所设的排气口7的圆板状的头部2a、及从头部2a朝上方延伸的阀轴2b。
[0047]当从气缸轴线J的一侧(上方侧)观察时，进气门1A、1B以沿着曲轴轴线K排列的方式设置在通过曲轴轴线K将气缸5—分为二时的一侧(图1的左侧)的区域中。同样，排气门2A、2B以沿着曲轴轴线K排列的方式设置在通过曲轴轴线K将气缸5—分为二时的另一侧(图1的右侧)的区域中。进气门IA隔着曲轴轴线K而与排气门2A相对，进气门IB隔着曲轴轴线K而与排气门2B相对。
[0048]如图12所示，进气门1A、1B与排气门2A、2B在夹着压缩上止点的指定的重叠期间T内同时打开。如此般设置进排气门同时打开的重叠期间T的一个理由是为了排出来自燃烧室的已燃气体(即扫气)。另外，图中的标号Tc表示重叠期间T的中间点。图12的例子中，该重叠期间的中间点Tc被设定在活塞的上止点的稍许提前侧。
[0049]在气缸盖30上，对于每一个气缸5设置有一个燃料喷射阀3及两个火花塞(第一、第二火花塞)4A、4B。燃料喷射阀3在各气缸5中，以沿与气缸轴线J 一致的方向延伸的方式设置。第一火花塞4A在各气缸5中被设置在两个进气门1A、1B之间，第二火花塞4B在各气缸5中被设置在两个排气门2A、2B之间。
[0050]从燃料喷射阀3，与通常的火花点火式发动机同样地喷射以汽油为主成分的燃料。另外，“以汽油为主成分的燃料”表示也可使用含有汽油以外的副成分的燃料。即，本实施方式的发动机中所用的燃料既可为汽油为100%的燃料，也可为在汽油以外含有乙醇等副成分的燃料。
[0051 ] 在如上所述的发动机中，在其低负荷区域，进行基于压缩自点火的燃烧，更详细而言，进行基于被称作 HCCI (Ho