内燃机的活塞 |
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| 申请号 | CN201480016746.X | 申请日 | 2014-03-12 | 公开(公告)号 | CN105143653B | 公开(公告)日 | 2017-11-03 |
| 申请人 | 日野自动车株式会社; | 发明人 | 石井森; | ||||
| 摘要 | 在具有设置于 活塞 顶面的 燃烧室 (5)和以包围燃烧室的方式形成的油沟(6)的活塞(1)中，从活塞的滑动侧面到油沟的壁厚在 活塞裙 部侧(B)比活塞顶面侧(A)形成得厚。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种内燃机的活塞，所述活塞具有设置于活塞顶面的燃烧室和以包围所述燃烧室的方式形成的油沟，所述内燃机的活塞的特征在于， |
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| 说明书全文 | 内燃机的活塞技术领域[0001] 本发明的一方面涉及内燃机的活塞。 背景技术[0003] 【在先技术文献】 [0005] 【专利文献1】日本特开2011-17263号公报 发明内容[0006] 【发明要解决的课题】 [0007] 近年来，内燃机的小型化不断进展，为了小型化并得到充分的输出，而进行燃料的高压喷射。然而，当由于燃料的高压喷射而燃烧温度成为高温时，活塞顶面侧与活塞裙部侧的温度存在较大差异，可能会导致由温度差引起的活塞的变形。在活塞中当产生活塞环槽的变形时，产生活塞环的行为不良引起的烧结或密封性的下降，因此成为问题。 [0008] 因此，本发明的一方面的目的在于提供一种能够抑制由温度差引起的活塞的变形的内燃机的活塞。 [0009] 【用于解决课题的方案】 [0010] 为了解决上述课题，本发明的一方面涉及一种活塞，所述活塞具有设置于活塞顶面的燃烧室和以包围燃烧室的方式形成的油沟，其特征在于，从活塞的滑动侧面到油沟的壁厚在活塞裙部侧比活塞顶面侧形成得厚。 [0011] 根据本发明的一方面的内燃机的活塞，从活塞的滑动侧面到油沟的壁厚在活塞裙部侧比活塞顶面侧形成得厚，因此通过在油沟中流动的发动机油，因燃烧而成为高温的活塞顶面侧被充分冷却，另一方面，能避免由燃烧引起的温度上升少的活塞裙部侧被过度冷却的情况，能够减少活塞顶面侧与活塞裙部侧的温度差而抑制活塞的变形。 [0012] 在本发明的一方面的内燃机的活塞中，也可以是，油沟具有随着从活塞顶面侧朝向活塞裙部侧而接近活塞中心轴的外部倾斜面。 [0013] 在本发明的一方面的内燃机的活塞中，也可以是，油沟的内部侧面以沿着燃烧室的侧壁的方式形成。 [0014] 在本发明的一方面的内燃机的活塞中，也可以是，燃烧室的侧壁具有向燃烧室的内侧突出的突出部，油沟的内部侧面具有朝向突出部突出的内部扩大面。 [0015] 【发明效果】 [0017] 图1是表示第一实施方式的活塞的剖视图。 [0018] 图2是表示相对于(B-A)/L的活塞的温度差的例子的坐标图。 [0019] 图3是表示第二实施方式的活塞的剖视图。 [0020] 图4是表示第三实施方式的活塞的剖视图。 [0021] 图5是表示第四实施方式的活塞的剖视图。 [0022] 图6是表示第五实施方式的活塞的剖视图。 具体实施方式[0023] 以下，关于本发明的优选的实施方式，参照附图进行详细说明。 [0024] [第一实施方式] [0025] 如图1所示，第一实施方式的活塞1是设于车辆的柴油发动机等的内燃机且在气缸S的内部沿着中心轴(活塞中心轴)C的延伸方向往复运动的构件。活塞1经由连杆而与内燃机的曲轴连接，活塞1的往复移动能量经由连杆被转换成曲轴的旋转能量。需要说明的是，连杆及曲轴的图示省略。 [0026] 活塞1具备活塞顶面2、滑动侧面3、活塞裙部4。以下，将活塞1中的活塞顶面2侧作为上侧并将活塞裙部4侧作为下侧而使用于说明中。 [0027] 活塞顶面2是在气缸S内形成燃烧的空间E的活塞上端面。在内燃机的驱动时，从燃料喷射部9喷射的燃料在空间E内燃烧，因此活塞顶面2成为高温。活塞1具有燃烧室5。 [0028] 滑动侧面3是与气缸S的内侧面进行滑动的活塞侧面。在滑动侧面3上形成有供活塞环8A～8C分别嵌入的活塞环槽3a～3c。 [0029] 在第一活塞环槽3a配置有位于最靠活塞顶面2侧的位置的第一活塞环8A。在第二活塞环槽3b配置有第二活塞环8B，该第二活塞环8B位于第一活塞环槽3a及第三活塞环槽3c之间。在第三活塞环槽3c配置有第三活塞环8C，该第三活塞环8C位于最靠活塞裙部4侧的位置。 [0030] 活塞裙部4是以沿着滑动侧面3向下侧延伸的方式形成的裙状的部位。在该活塞裙部4的内部空间7中配置连杆的小端部。 [0031] 燃烧室5是与空气混合的燃料进行燃烧的空间E的一部分，是形成于活塞1侧的空间。燃烧室5具有底面5a和侧壁5b。底面5a例如以随着接近中央(中心轴C)而朝向上方倾斜的方式形成。该燃烧室5是侧壁5b朝向内侧(中心轴C侧)倾斜的凹腔型的燃烧室。在燃烧室5的上侧形成有侧壁5b中的最向内侧突出的部分即突出部Lp。需要说明的是，燃烧室5并不局限于凹腔型，也可以是侧壁5b沿着中心轴C垂直形成的环型的燃烧室，还可以是侧壁5b垂直且底面5a也形成为平面的浴盆型的燃烧室。 [0032] 而且，活塞1具有以包围燃烧室5(中心轴C)的方式形成为环状的油沟6。油沟6是在活塞1的内部形成的空洞部，发动机油通过未图示的喷油孔而在内部流动，由此进行活塞1的冷却。 [0033] 该油沟6的沿着中心轴C的截面形状(图1所示的截面形状)呈大致长圆形状。具体而言，油沟6具有外部倾斜面6a、内部扩大面6b及内部倾斜面6c。 [0034] 外部倾斜面6a是油沟6的外部侧面(与燃烧室5相反侧的侧面)。外部倾斜面6a形成作为随着从活塞顶面2侧朝向活塞裙部4侧而接近中心轴C的平面。即，外部倾斜面6a以随着朝向下侧而远离滑动侧面3的方式倾斜。外部倾斜面6a形成在油沟6中的活塞1的滑动侧面3侧(与中心轴C相反的一侧)。需要说明的是，外部倾斜面6a可以是曲面，也可以包括平面和曲面这双方。 [0035] 内部扩大面6b及内部倾斜面6c形成油沟6的内部侧面(燃烧室5侧的侧面)，以沿着燃烧室5的侧壁5b的方式形成。即，油沟6的内部侧面以沿着燃烧室5的侧壁5b的方式形成。 [0036] 内部扩大面6b形成在油沟6的内部侧面的上侧(活塞顶面2侧)。内部扩大面6b是朝向燃烧室5侧(中心轴C侧)而扩大油沟6的部位。即，内部扩大面6b朝向燃烧室5侧突出形成。具体而言，内部扩大面6b以朝向突出部Lp突出的方式形成，该突出部Lp是燃烧室5的侧壁5b中的向中心轴C侧最突出的部分。内部扩大面6b形成为，油沟6的内部侧面和燃烧室5的侧壁 5b之间的壁厚与没有内部扩大面6b的情况相比接近于均等。需要说明的是，油沟6的内部侧面和燃烧室5的侧壁5b之间的壁厚为了确保强度而具有充分的厚度。 [0037] 内部倾斜面6c形成在油沟6的内部侧面的下侧(活塞裙部4侧)，是与外部倾斜面6a大致平行地倾斜的平面。内部倾斜面6c沿着燃烧室5的侧壁5b倾斜地形成。 [0038] 关于该油沟6，中心轴C的延伸方向上的长度设为L、与中心轴C正交的方向上的从活塞1的滑动侧面3到油沟6的壁厚中的上部有效壁厚设为A、下部有效壁厚设为B时，油沟6满足以下的式(1)、(2)。需要说明的是，式(2)中的H是图1所示的燃烧室5的深度(从活塞顶面2到燃烧室5的最底面之间的距离)。 [0039] 【数学式1】 [0040] [0041] L≥0.65H …(2) [0042] 本实施方式的上部有效壁厚A是指从活塞1的滑动侧面3到油沟6的活塞顶面2侧的最薄的壁厚。而且，本实施方式的下部有效壁厚B是指在图1的截面中穿过油沟6的下端且与中心轴C垂直的假想直线V1(与图1的表示L的下侧的尺寸线相同)与沿着外部倾斜面6a的延长线V2的交点设为W的情况下的、从活塞1的滑动侧面3到交点W的壁厚。 [0043] 在此，图2是表示相对于上述的(B-A)/L的活塞1的温度差的例子的坐标图。图2的纵轴是活塞顶面2侧的第一活塞环8A附近与活塞裙部4侧的第三活塞环8C附近的温度差。图2的横轴是(B-A)/L。 [0044] 如图2所示，(B-A)/L的值越大，活塞1内的温度差越小。在本实施方式中，为了将由温度差引起的活塞1的变形抑制成基准值以下，而将(B-A)/Lq设为0.05以上。(B-A)/Lq为0.05以上的范围如箭头P所示。需要说明的是，图2是表示相对于(B-A)/L的活塞1的温度差的一例，本发明没有限定为上述的内容。 [0045] 根据以上说明的第一实施方式的内燃机的活塞1，从滑动侧面3到油沟6的壁厚在活塞裙部4侧比活塞顶面2侧形成得厚，因此通过在油沟6中流动的油将因燃烧而成为高温的活塞顶面2侧充分冷却，另一方面，能避免燃烧引起的温度上升少的活塞裙部4侧被过度冷却的情况，能够减小活塞顶面2侧与活塞裙部4侧的温度差而抑制活塞1的变形。因此，根据该活塞1，由于温度差而在活塞环槽3a～3c产生变形，能够避免活塞环8A～8C的行为不良引起的烧结、密封性的下降，能实现活塞环8A～8C的可靠性提高及密封性提高引起的漏气量的减少等。 [0046] 而且，根据该活塞1，油沟6具有随着从活塞顶面2侧朝向活塞裙部4侧而接近中心轴C的外部倾斜面6a，因此不是通过活塞形状而是通过油沟6的形状，能够将从活塞1的滑动侧面3到油沟6的壁厚越靠下侧形成得越厚，能够避免通过在油沟6中流动的油而活塞裙部4侧被过度冷却的情况。 [0047] 而且，如图1所示，在活塞1中，从活塞顶面2到油沟6的下端的距离HL比从活塞顶面2到第二活塞环槽3b(即第二活塞环8B)的距离Hr长。具体而言，油沟6从比第一活塞环槽3a靠上侧起超过第二活塞环槽3b而到达第三活塞环槽3c的附近地沿上下延伸地形成。由此，在第二活塞环槽3b及第三活塞环槽3c中，也能够适当地得到在油沟6内流动的油的冷却效果。 [0048] 此外，在该活塞1中，朝向燃烧室5的突出部Lp突出的内部扩大面6b形成于油沟6，因此能够将燃烧室5的突出部Lp适当地冷却。即，在凹腔型的燃烧室5中，通过设置突出部Lp而适当地调整空气及与空气混合的燃料的流动，能够提高燃烧室5内的燃烧效率。然而，在燃烧室5的侧壁5b中的最向内侧突出的突出部Lp容易产生热集中引起的恶劣影响。因此，在本实施方式的活塞1中，油沟6具有朝向突出部Lp凹陷的内部扩大面6b，由此通过在油沟6中流动的油而能够将突出部Lp适当地冷却。 [0049] 而且，在该活塞1中，油沟6的内部侧面(内部扩大面6b及内部倾斜面6c)以沿着燃烧室5的侧壁5b的方式形成，因此能够使燃烧室5的侧壁5b与油沟6的内部侧面之间的活塞1的壁厚接近于均等。由此，与油沟6的内部侧面和燃烧室5的侧壁5b之间的壁厚不均匀的情况相比，通过油的冷却能够避免侧壁5b的温度分布变得不均匀的情况。因此，根据该活塞1，能够抑制由于侧壁5b的温度分布变得不均匀而燃烧室5内的空气的温度分布变得不均匀、由于活塞1的温度分布也变得不均匀而产生的温度差所造成的活塞1的变形的情况，并且能够抑制燃烧室5内的燃烧效率的下降。 [0050] [第二～第四实施方式] [0051] 以下，参照图3～图5，说明第二～第四实施方式。第二～第四实施方式的活塞10、20、30与第一实施方式的活塞1相比，仅油沟的形状不同。以下，在各图中，对于同一或相当部分标注同一标号，省略重复的说明。 [0052] 图3所示的第二实施方式的活塞10的油沟11具有长圆状的截面形状(沿着中心轴C的截面形状)。油沟11与第一实施方式同样具有外部倾斜面11a，但是不具有内部扩大面6b那样的部位。油沟11的内部侧面成为沿着外部倾斜面11a的倾斜面。 [0053] 而且，油沟11关于中心轴C的延伸方向上的长度L、从活塞1的滑动侧面3到油沟6的壁厚的上部有效壁厚A、下部有效壁厚B，也与第一实施方式同样，满足上述的式(1)、(2)。 [0054] 需要说明的是，从活塞顶面2到油沟11的下端的距离HL比从活塞顶面2到第二活塞环槽3b(即第二活塞环8B)的距离Hr长的方面也与第一实施方式同样。中心轴C的延伸方向上的长度L、上部有效壁厚A及下部有效壁厚B满足上述的式(1)、(2)的方面和距离HL比距离Hr长的方面对于第三及第四实施方式也同样。 [0055] 接下来，说明图4所示的第三实施方式的活塞20。如图4所示，第三实施方式的活塞20的油沟21具有沿着中心轴C的延伸方向延伸的长圆的下侧朝向中心轴C而折弯成く字型的截面形状(沿着中心轴C的截面形状)。 [0056] 而且，该油沟21具有上侧的外部垂直面21a及下侧的外部倾斜面21b。外部垂直面21a及外部倾斜面21b形成油沟21的外部侧面。外部垂直面21a及外部倾斜面21b形成在油沟 21的滑动侧面3侧(与中心轴C相反的一侧)。外部垂直面21a是沿着中心轴C的延伸方向延伸的平面，外部倾斜面21b是以随着朝向下侧而接近中心轴C的方式倾斜的平面。需要说明的是，外部垂直面21a及外部倾斜面21b可以是曲面，也可以包含平面及曲面。而且，油沟21具有上侧的内部垂直面21c及下侧的内部倾斜面21d。内部垂直面21c及内部倾斜面21d形成油沟21的内部侧面。 [0057] 接下来，说明图5所示的第四实施方式的活塞30。如图5所示，第五实施方式的活塞30的油沟31具有沿着中心轴C的延伸方向延伸的长圆的上侧朝向滑动侧面3侧(中心轴C的相反侧)折弯成く字型的截面形状(沿着中心轴C的截面形状)。 [0058] 而且，该油沟31具有上侧的外部倾斜面31a及下侧的外部垂直面31b。外部倾斜面31a及外部垂直面31b形成在油沟31的滑动侧面3侧(与中心轴C相反的一侧)。外部倾斜面 31a是以越朝向下侧而越接近中心轴C的方式倾斜的平面，外部垂直面31b是沿着中心轴C的延伸方向延伸的平面。需要说明的是，外部倾斜面31a及外部垂直面31b可以是曲面，也可以包含平面及曲面。 [0059] 在以上说明的第二～第四实施方式的活塞10、20、30中，也是从滑动侧面3到油沟11、21、31的壁厚在活塞裙部4侧形成得比活塞顶面2侧厚，能够得到与第一实施方式的活塞 1同样的效果。 [0060] [第五实施方式] [0061] 以下，参照图6，说明第五实施方式。第五实施方式的活塞40与第三实施方式的活塞20相比，仅燃烧室的形状不同。 [0062] 图6所示的第五实施方式的活塞40的燃烧室41是所谓浴盆型的燃烧室。燃烧室41具有例如与中心轴C垂直的底面(与活塞顶面2大致平行的底面)41a和沿着中心轴C延伸的侧壁(与活塞顶面2大致垂直的侧壁)41b。需要说明的是，底面41a也可以以随着接近中央(中心轴C)而朝向上方倾斜的方式形成。在该燃烧室41中，形成于活塞顶面2的燃烧室41的开口上端成为突出部Lp。 [0063] 在该活塞40中，油沟21的内部垂直面21c以沿着燃烧室41的侧壁41b的方式形成。而且，油沟21的内部倾斜面21d以沿着燃烧室41的底面41a与侧壁41b的连接部位的方式倾斜。 [0064] 在以上说明的第五实施方式的活塞40中，油沟21的内部垂直面21c也以沿着燃烧室41的侧壁41b的方式形成，因此能够使燃烧室41的侧壁41b与油沟21的内部侧面之间的活塞40的壁厚接近于均等。由此，与油沟21的内部侧面和燃烧室41的侧壁41b之间的壁厚不均匀的情况相比，能够避免由于油的冷却而侧壁41b的温度分布变得不均匀的情况。因此，根据该活塞40，能够抑制由于侧壁41b的温度分布变得不均匀而燃烧室41内的空气的温度分布变得不均匀、由于活塞1的温度分布也变得不均匀而产生的、温度差所造成的活塞1的变形的情况，并且能够抑制燃烧室41内的燃烧效率的下降。 [0065] 以上，说明了本发明的优选的实施方式，但是本发明没有限定为上述的实施方式。 [0066] 例如，本发明的一方面也可以不适用于上述的柴油发动机专用的活塞，而适用于汽油发动机用的活塞。而且，油沟的形状并不局限于上述的情况，只要是从活塞的滑动侧面到油沟的壁厚在活塞裙部侧比活塞顶面侧形成得厚的形状即可。 [0067] 而且，油沟未必非要延伸至比第二活塞环槽的位置靠下侧处，油沟的下端也可以位于第二活塞环槽的上侧。而且，油沟的外部倾斜面未必非要平滑地倾斜，也可以具有高低差等。而且，在第一实施方式中，若未因侧壁41b的温度分布变得不均匀、活塞1的温度分布也变得不均匀而导致温度差引起的活塞1的变形，则内部扩大面6b与没有内部扩大面6b的情况相比，油沟6的内部侧面和燃烧室5的侧壁5b之间的壁厚也可以不完全均等而接近均等地形成。 [0068] 【工业实用性】 [0069] 根据本发明的一方面，能够提供一种可抑制温度差引起的活塞的变形的内燃机的活塞。 [0070] 【标号说明】 [0071] 1…活塞 2…活塞顶面 3…滑动侧面 3a…第一活塞环槽 3b…第二活塞环槽 3c…第三活塞环槽 4…活塞裙部 5、41…燃烧室 5a、41a…底面 5b、41b…侧壁 6a…外部倾斜面 6b…内部扩大面 6c…内部倾斜面 7…内部空间 8A…活塞环 8B…活塞环 8C…活塞环 9…燃料喷射部 1、10、20、30、40…活塞 6、11、21、31…油沟 11a、21b、31a…外部倾斜面 21a、31b…外部垂直面 21c…内部垂直面 21d…内部倾斜面 A…上部有效壁厚 B…下部有效壁厚 C…中心轴（活塞中心轴）E…空间 S…气缸 V1…假想直线 V2…延长线 W…交点 |
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