內燃機的燃燒室的製作方法

2023-05-26 19:07:56

專利名稱：內燃機的燃燒室的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及內燃機的設計，特別是壓燃式內燃機的設計。
背景技術：
汽車製造商面臨這樣的問題，S卩，提高發動機的運行性能而同時確保發動機滿足 日益嚴格的排放標準，排放標準的每次改變都會導致技術的重大發展以及附加和/或更復 雜的排放控制裝置的使用，這種使用會帶來費用的增加並且可能帶來性能水平的下降。製造商正尋求增大小型發動機的運行性能，所述小型發動機具有日益增大的高功 率係數，尤其是通過恢復雙增壓以便在寬的發動機速度範圍上使進入發動機燃燒室的空氣 的量增加。這種類型的發動機必須以這種方式發展，S卩，在發展高功率係數的同時儘可能排 放最少量的汙染物。

發明內容
本發明的一個目的在於提供一種改進的用於內燃機的燃燒室，該燃燒室可以顯著 地降低排放尾氣中的氮氧化物和顆粒的水平。本發明的一個主題是一種用於內燃機特別是柴油機的活塞，包括由裙部側向地 (橫向地)界定的主體，該主體能與具有迴轉軸線C的氣缸的壁配合，該活塞能在該氣缸中 沿著該軸線C滑動，所述活塞包括橫向端面，所述橫向端面包括中心凸部、外圍冠狀環和具 有迴轉軸線B的碗部，該碗部從中心凸部向外圍冠狀環延伸，該碗部在厚度為Ep的唇狀部 處與該外圍冠狀環相接，所述碗部包括與唇狀部基本垂直對齊的環面，該環面在輪廓上優 選為半拱形、具有最大半徑Rt並且能引導在唇狀部下方在凹入區域R中噴射的燃料燃油朝 向中心凸部，特別在於，該中心凸部的頂部具有以碗部的迴轉軸線B為中心的平坦區域(弄 平的區域)，該平坦區域的寬度Lt在0mm至5mm之間，優選基本等於2. 5mm。使用根據本發明的活塞特別地可以得到如下益處-後處理系統不必做得更複雜和更昂貴；-氮氧化物排放減少，從而符合尾氣排放控制標準。根據一些具體的實施例可以看出，所述活塞具有如下一個或多個特徵-中心凸部的位於碗部的迴轉軸線B上的頂部升高到一高度，該高度為低於外圍 冠狀環，並與之相距5. 4mm到7mm的距離Dt ；-中心凸部以角度A向環面傾斜，從碗部的迴轉軸線B在幾何方向上進行測量，所 述角度A在29. 5°至34. 5°之間；-碗部位於氣缸的中心，碗部的迴轉軸線B與氣缸的迴轉軸線C重合；-環面的最大曲率半徑Rt在5mm至7mm之間；-唇狀部與碗部的迴轉軸線B相距距離De/2，所述距離De在49.5mm至52mm之 間；
3
-環面與碗部的迴轉軸線B相距距離Db/2，所述距離Db在53.5mm至55. 5mm之 間；-所述冠狀環的端部到碗部的迴轉軸線B的距離De/2與環面的端部到碗部的迴轉 軸線B的距離Db/2之間的差值在1. 5mm至3. 5mm之間；-碗部的最大深度P在14.3謹至15. 5謹之間。本發明另一主題是一種內燃機，其針對關於氮氧化物和顆粒排放的嚴格的排放控 制標準而設計，更準確地說，是一種包括至少一個根據本發明的活塞的柴油機類型的發動 機。這種柴油機類型的內燃機包括具有迴轉軸線C的氣缸，該氣缸的上端部被氣缸蓋 封閉，該氣缸蓋的底面與活塞的橫向端面一起限定出一燃燒室，該活塞的碗部以迴轉軸線B 為中心，該迴轉軸線B與軸線C重合，所述發動機包括通向氣缸蓋的底面的至少一個進氣道 和至少一個排氣道，所述進氣道能夠通過進氣閥關閉，所述排氣道能夠通過排氣閥被關閉， 所述發動機還包括預熱塞和燃料噴射器，所述噴射器的頂端基本上沿著氣缸的迴轉軸線C 通向燃燒室。


本發明的其它特徵和優點將從下面對實施例的描述中顯而易見，所述實施例參照 附圖以非限定性方式給出，在附圖中圖1是根據本發明的內燃機的局部截面示意圖；圖2是在包含活塞碗的迴轉軸線的平面上的局部截面圖，其中示出入口側的根據 本發明的活塞冠狀部分的細節。
具體實施例方式圖1示出內燃機100，特別地是柴油機，它包括至少一個具有迴轉軸線C的氣缸1， 氣缸蓋2和活塞3。在本說明書的其餘部分，所述迴轉軸線C被認為向上朝著氣缸蓋2定向。所述活塞3安裝在氣缸1中以便能沿著氣缸的迴轉軸線C滑動，該活塞具有活塞 體，該活塞體設計成接收一銷以使活塞與驅動連杆的較小端部連接，所述活塞體由活塞裙 部31在側向界定並且與氣缸1的內壁相配合，所述活塞裙部31平行於氣缸迴轉軸線C延 伸。該活塞還包括橫向面32，該橫向面與氣缸蓋2的底面20 —起用於限定出氣缸1的燃燒 室。新鮮空氣或新鮮空氣與再循環廢氣的混合氣通過至少一個進氣道5進入到燃燒 室內，該進氣道5形成在氣缸蓋2中並且可以通過至少一個進氣閥50關閉。所引入的空氣燃料混合氣燃燒的殘餘物通過至少一個排氣道6排出，該排氣道6 形成在氣缸蓋2中並且可以被至少一個排氣閥60關閉。氣缸蓋2中裝配有預熱塞4，該預熱塞的端部通向燃燒室，以便能在冷起動期間加 熱所述空氣燃料混合氣。燃料噴射器7裝配在氣缸蓋2中，並且基本上沿氣缸1的迴轉軸線C通向燃燒室。圖2以在軸平面上的局部剖視圖詳細顯示了根據本發明的活塞3的上部部分，如該圖所示出的，橫向面32包括一中心凸部321、一外圍冠狀環322以及一具有迴轉軸線B 的環狀腔或碗部323，所述迴轉軸線B與氣缸的迴轉軸線C重合，所述碗部323從中心凸部 321朝向外圍冠狀環322延伸，該碗部323連接該外圍冠狀環322。作為一種替代方案，碗部323可以在氣缸1中偏置(偏心)，由此氣缸1的迴轉軸 線C與碗部323的迴轉軸線B可以相互偏移一距離，該距離優選短於一基本等於3mm的值。外圍冠狀環322從活塞3的裙部31朝向碗部323的迴轉軸線B橫向地延伸直至一 端部，該端部形成厚度為Ep的唇狀部3220，該厚度與外圍冠狀環322的凹部(凹入部分)R 的距離相對應，在該唇狀部下方，碗部323具有一輪廓為半拱形的環面3230，該環面的最大 曲率半徑Rt在5mm至7mm之間。唇狀部3220的位置與碗部323的迴轉軸線B相距距離De/2，其中距離De在 49. 5mm 至 52mm 之間。環面3230的位置與碗部323的迴轉軸線B相距距離Db/2，其中距離Db在53. 5mm 至55. 5mm之間。噴射器7設計成選擇性地以射流的形式噴射燃料，該射流被引入環面3230的靠近 唇狀部3220的底部邊緣-也是凹部邊緣R-的上部區域，由此通過沿著環面3230的壁朝向 碗部的底部滾動(翻滾，卷繞)來改進燃料射流從該凹部邊緣R向碗部的底部的引導_當 活塞3進行上升行程時該碗部的底部可以出現氧氣，從而降低煙霧，並且使得氣體可以朝 著中心凸部321循環。優選地，凹部邊緣R是通過將冠狀環的端部到碗部323的迴轉軸線B的距離De/2 和環面的端部到碗部323的迴轉軸線B的距離Db/2之間的差值保持在1. 5mm至3. 5mm之 間而被保留的。碗部323以厚度為Ep的唇狀部3220為邊界，該厚度對應於外圍冠狀環322的凹 部邊緣R的距離。碗部323的最大深度P在14. 3mm至15. 5mm之間。比值Db/P使得碗部323具有顯著的寬度，該寬度允許在全負荷下對空氣進行有效 利用，從而能夠實現高的比特性。將凹部邊緣R的這種設計與環面3230以及與最大碗部323深度P進行結合，可以 改進燃料射流的朝向束縛在碗部323底部中的空氣量的引導。中心凸部321的頂部具有平坦區域，該平坦區域以碗部的迴轉軸線B為中心並且 具有寬度Lt，該寬度在0mm至5mm之間，優選基本上等於2. 5mm。中心凸部321的頂部升到 這樣的高度，該高度比外圍冠狀環322的高度低距離Dt，該距離Dt在5. 4mm至7mm之間。 中心凸部321的頂部的削平以及與外圍冠狀環320的頂部的距離Dt使得可以限制噴向碗 部底部的燃料射流與噴向中心凸部321特別是它的頂部的燃料射流之間的相互作用，因此 可以降低煙塵和未燃燒燃料的排放。以這種方式削平中心凸部321的頂部還使得該中心凸部321可以以角度A逐漸地 向環面3230傾斜。從碗部323的迴轉軸線B在幾何方向上測量，傾斜角度A在29. 5°至 34.5°之間。因此，這對燃燒運動的垂直分量有利，所述燃燒運動否則在碗部323的寬度上 將具有主要在水平方向上被引導的傾向。使中心凸部321像這樣以角度A傾斜將允許在碗部323底部燃燒生成的炭煙被抽向中心凸部321，以此改進導致煙塵減少的後氧化。與不含雙增壓裝置的內燃機相比，設有雙增壓裝置和結合了上述特徵的活塞3的 內燃機100在使用時特別有利。實際上已經發現，這種改進的內燃機100使得功率係數可以提高約25%，同時保 持相同的汙染物排放水平。
權利要求
一種用於內燃機的活塞(3)，該內燃機尤其是柴油機，該活塞包括由裙部(31)側向地界定的體部，該體部能夠與具有迴轉軸線C的氣缸(1)的壁配合，活塞(3)能在氣缸中沿該迴轉軸線C滑動，所述活塞(3)包括橫向面(32)，該橫向面包括中心凸部(321)、外圍冠狀環(322)和具有迴轉軸線B的碗部(323)，所述碗部從中心凸部(321)朝向外圍冠狀環(322)延伸，該碗部在厚度為Ep的唇狀部(3220)處連接到該外圍冠狀環，所述碗部(323)包括與唇狀部(3220)基本垂直對齊的環面(3230)，該環面優選具有半拱形輪廓，該環面的最大半徑為Rt並且能將在唇狀部(3220)下的凹入區域R中噴射的燃料引向中心凸部(321)，其特徵在於，該中心凸部(321)的頂部具有平坦區域，該平坦區域以碗部(323)的迴轉軸線B為中心，並且該平坦區域的寬度Lt在0mm至5mm之間，優選基本等於2.5mm。
2.如權利要求1所述的活塞(3)，其特徵在於，該中心凸部的位於碗部(323)的迴轉軸 線B上的頂部上升到一高度，該高度在外圍冠狀環之下的5. 4mm到7mm的距離Dt處。
3.如權利要求1或2所述的用於內燃機的活塞(3)，其特徵在於，所述中心凸部以角 度A向所述環面(3230)傾斜，從碗部(323)的迴轉軸線B在幾何方向上測量，該角度A在 29.5° M 34. 5° 之間。
4.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，所述碗部(323)位於氣缸的中 心，該碗部(323)的迴轉軸線B與氣缸(1)的迴轉軸線C重合。
5.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，所述環面(3230)的最大曲率半 徑Rt在5mm至7mm之間。
6.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，所述唇狀部(3220)與所述碗部(323)的迴轉軸線B隔開距離De/2，其中距離De在49.5mm至52mm之間。
7.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，所述環面(3230)與所述碗部 (323)的迴轉軸線B隔開距離Db/2，其中距離Db在53. 5mm至55. 5mm之間。
8.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，所述冠狀環的端部到碗部(323) 的迴轉軸線B的距離De/2與所述環面的端部到碗部(323)的迴轉軸線B的距離Db/2之間 的差值在1. 5mm至3. 5mm之間。
9.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，碗部(323)的最大深度P在 14. 3mm 至 15. 5mm 之間。
10.一種柴油機類型的內燃機(100)，其特徵在於，它包括至少一個如前述權利要求之 一所述的活塞(3)。
全文摘要
本發明涉及一種用於內燃機特別是柴油機的活塞(3)，包括由裙部(31)側向界定並能與具有迴轉軸線C的氣缸(1)的壁配合的體部，活塞(3)能在該氣缸中沿迴轉軸線C滑動，所述活塞(3)包括橫向面(32)，該橫向面包括中心凸部(321)、外圍冠狀環(322)和具有迴轉軸線B的碗部(323)，所述碗部從中心凸部(321)延伸到外圍冠狀環(322)，該碗部在厚度為Ep的唇狀部(3220)處與該外圍冠狀環相接，所述碗部(323)包括與唇狀部(3220)基本垂直對齊、輪廓上優選為半拱形並且最大半徑為Rt的環面(3230)，該環面能朝向中心凸部(321)引導在唇狀部(3220)下的凹入區域R中噴射的燃料，其特徵在於，中心凸部(321)的頂部具有以碗部(323)的迴轉軸線B為中心且寬度Lt為0-5mm，優選基本等於2.5mm的平坦區域。
文檔編號F02B23/06GK101952566SQ200880127013
公開日2011年1月19日 申請日期2008年12月15日 優先權日2007年12月19日
發明者A-M·多伊斯, G·穆斯克, S·奧古特 申請人:雷諾股份公司