[发明专利]活塞及发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞和具有所述活塞的发动机，其由于压力缸内的所谓死区体积而作为未燃气体被排出的燃料混合气的量少，且活塞环由于热负荷而发生胶着的可能性小，且热效率优异。

背景技术

图2 （b）是在以往的发动机中省略一部分的构造而示出的压力缸1的剖视图。在位于压力缸1内的活塞22的外周面上，为了实现压力缸1内的气密保持以及防止润滑油的逆流等的作用，设置多根（在图示的例中为三根）活塞环23。即在活塞22的外周面上形成有多个（在图示的例中为三根）的周槽24，各活塞环23被安装为能够移动且能够滑动地与压力缸套11接触。

对于用于这些活塞环23中配置在最上方的顶环23a的周槽24a的位置L2，以往形成在活塞22的高度L5的大致一半的位置（这是相对于压力缸的直径相当于大致20%的位置），其他的两根的周槽24以及活塞环23配置在比其靠下方。这是由于，在活塞环23的周边存在润滑油，所以该润滑油会由于压力缸1内的燃烧导致的热而碳化，其堆积于顶环23a和周槽24a之间而顶环23a有时胶着而变得无法移动，为了避免这样的不良，从经验工程学的角度出发，将顶环23a的周槽24a的位置L2设定在上述那样地为活塞22的高度L5的大致一半的位置（如前所述地相对于压力缸的直径相当于大致20%的位置）。

在下述专利文献1中，公开有上述的活塞的构造。

专利文献1：日本特开2005-194971号公报

根据上述的以往的活塞的构造，如图2（b）中作为灰暗区域而示出的那样，在活塞22、压力缸套11、和活塞环23的中配置于最上方的顶环23a之间，形成有与压力缸1内的空间连通的环状的空间S。被导入压力缸1内的燃料和空气的混合气在压缩行程中被压缩时进入上述空间S中。在膨胀行程中，火焰不向该空间S内的混合气传播，空间S内的混合气不燃烧而作为未燃气体向压力缸1内排出，最终在排气行程中被放出到排气气体管内。该空间是一般被称为死区体积（以下与上述空间同样地用S表示）的构造上火焰不会到达的区域，构成作为不依存于压力缸1内的火焰的状态等而燃烧的区域的所谓猝熄区域的一部分。

对于由于上述的死区体积S而作为未燃气体被排出的混合气体，例如在气体发动机中将都市气体作为燃料时，含90%左右的甲烷。因此，如果考虑燃料经济性以及甲烷所具有的地球温室化效果，则从社会性出发需要抑制未燃气体的排出。

但是，以往的活塞22的活塞环23的位置如前所述，出于防止由于燃烧带来的热而润滑油碳化而顶环23a发生胶着的目的，基于经验工程学进行设定，对于活塞环23的位置与未燃气体的排出的关系的研究没有进展，以往并没有改善死区体积S而抑制未燃气体的排出并且能够防止顶环23a的胶着的具体的提案。

为了减少死区体积S而令顶环23a的位置更高而接近燃烧面的设想在理论上是可行的，但在高输出且高燃烧压力（例如15MPa左右）的工业用发动机中，显然这样的活塞环配置会马上令活塞环23的由于热负荷导致的胶着发生，所以在实际中没有验证例，结果，对于活塞环23的位置与未燃气体的排出的关系、以及这些对发动机热效率产生怎样的影响，没有任何的认知。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的以往的问题点，其目的在于提供一种活塞和具有该活塞的发动机，令封闭入所谓死区体积中而作为未燃气体被排出的燃料混合气的量少，且活塞环由于热负荷而胶着于压力缸的可能性小，进而热效率比以往有所改善。

技术方案一所记载的活塞为，

在外周面上形成有设置活塞环的多个周槽，其特征在于，

收纳上述活塞的压力缸的内径B和上述活塞的上表面与最上部的上述周槽的上表面的距离L的关系为，L/B≤0.1，并且，接近最上部的上述周槽而形成冷却室。

技术方案二所记载的发动机为，

在形成于外周面的多个周槽中分别安装有活塞环的活塞能够滑动地设置在压力缸1内，其特征在于，

收纳上述活塞的压力缸的内径B和上述活塞的上表面与最上部的上述周槽的上表面的距离L的关系为，L/B≤0.1，并且，接近最上部的上述周槽而形成冷却室。

技术方案三所记载的发动机的特征在于，

上述发动机是实质平均有效压Pme为1.8MPa以上的气体发动机。