柴油發動機活塞的製作方法
2023-07-14 20:55:36 2
專利名稱：柴油發動機活塞的製作方法
技術領域：
本發明涉及柴油發動機，特別是涉及一種柴油發動機活塞，其通過在噴灑兩股燃料時使噴灑重疊最小化，而可以極大地增加燃燒效率。
背景技術：
一般來說，為了減少有害的排放氣體並且防止燃料效率變差，改進柴油發動機中的燃燒是最為重要的，該柴油發動機通過在預定的溫度或更高的溫度下將燃料噴灑到壓縮空氣中從而點燃並燃燒燃料。 因此，形成在活塞中的燃燒室為這樣的形狀，其形成改進的空氣和燃料混合的流動並且促進燃料霧化。該流動意味著旋流、渦流或滾流。燃料霧化意味著這樣一種技術，其通過使從噴射器噴灑的燃料由液滴群組成，從而提高與大氣的混合性能，所述液滴體群包含有大量小液滴以便增加液滴的表面面積。促進霧化可以通過噴射器噴嘴的物理性狀、與在噴灑中碰撞的空氣相互作用、或者碰撞燃燒室的壁而實現，並且考慮到進一步提高這種現象而確定燃燒室的結構。一般來說，當至少兩股或更多股燃料被同時從噴射器噴灑到燃燒室中時，在燃燒室中噴灑的燃料產生重疊(overlap)的可能性會增加，從而使不完全燃燒的風險相應地增加。實際上，在燃燒室的設計中必然要考慮由於噴灑燃料的重疊導致的不完全燃燒，這是因為其會降低發動機的燃料效率並且會產生大量有害的排放氣體。圖5顯示了具有用於促進流動和燃料霧化的燃燒室的活塞的局部構造。如圖中所示，燃燒室52是從活塞體50的頂部53凹陷預定深度的燃燒空間，該燃燒空間的橫截面形狀通過形成燃燒空間的內壁的輪廓表面55劃定，並且該燃燒空間對於尖頭(pip) 59是對稱的，該尖頭59從燃燒空間的底部突出到燃燒空間中。在燃燒室52的結構中，形成燃燒空間的內壁的輪廓表面55是促進燃燒空間中的流動和燃料霧化的重要因素。為了這樣的構造，輪廓表面55形成有向著燃燒空間內突出的突出部57，從而使從噴射器噴灑的燃料碰撞到燃燒室的壁，並且促進霧化。輪廓表面55在突出部57之下形成有碗狀輪緣(bowl rim) 58，該碗狀輪緣58具有弧形形狀，輪廓表面55還形成有傾斜部分56，該傾斜部分56在碗狀輪緣58之上以一定角度連接至頂部53，從而可以形成燃燒室需要的流動。尖頭59以大體上呈圓錐的形狀從中心傾斜預定的角度aa。
當輪廓表面55和尖頭59關於燃燒室52的整個深度Ha進行優化設計時，燃燒室52可以促進燃燒空間內的流動和燃料霧化，從而提高燃料效率。優化設計例如是對於突出到燃料空間中的尖頭59來說，突出的高度ha設定為與燃料室52的整個深度Ha成特定的比例，並且輪廓表面55 (該輪廓表面55形成燃燒空間的內壁)的碗狀輪緣58形成的高度Laa、突出部57的連接高度Lbb、以及傾斜部分56的延伸高度Lcc設定為與燃料室52的整個深度Ha成特定的比例。突出部57開始傾斜(以在碗狀輪緣58處形成傾斜部分56)的高度La a+Lbb為臨界高度Taa，其意味著更有效率地將碰撞到突出部57的燃料收集到碗狀輪緣58的設定值，在該碗狀輪緣58處會有流動形成。然而，當燃燒室52具有上述的結構時，燃燒空間中的流動和燃料霧化會顯著地提高，但是從噴射器噴灑的至少兩股或更多股燃料的重疊的風險仍然很高。圖6A和圖6B顯示了在圖5所示的燃燒室52中噴灑兩股燃料時發生的噴灑重疊現象。如圖6A中所示，從噴射器噴灑到燃燒室52中的第一和第二噴灑燃料310和320以預定的角度分開，並碰撞到輪廓表面55,但是如圖6B所不,第一和第二噴灑燃料310和320具有相同的噴灑角度(通常為152度)，從而當燃料碰撞到輪廓表面55的突出部57時
會使分散區域重疊。因此，重疊的區域Iab發生在霧化區域Ia和另一霧化區域Ib之間，該霧化區域Ia是第一噴灑燃料310碰撞到突出部57的一部分之處，該另一霧化區域Ib是第二噴灑燃料320碰撞到突出部57的另一部分之處。從噴射器噴灑到燃燒室52中的噴灑燃料的數量越多，重疊區域Iab越大。噴灑燃料的重疊會導致不完全燃燒，而不完全燃燒會進一步降低發動機的燃料效率並且增加有害的排放氣體的量，這隨後在約束性的(嚴格的)車輛法規中形成了限制。韓國專利申請特開10-2009-0025655 (2009年3月11日)涉及一種具有可比壓縮比的柴油發動機的燃燒室結構(參見圖I以及第3頁第16-18段)。公開於該發明背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本發明的一般背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。
發明內容
本發明的各個方面致力於提供一種柴油發動機活塞，其通過將從噴射器噴灑到燃燒室中的噴灑燃料分為在上空間的流動和在下空間的流動，從而能夠極大地增加氣體混合物產生比例，並且其利用彼此接近噴灑的兩股或更多股噴灑燃料之間高度差，以使其彼此分離從而防止重疊發生，進而可以防止不完全燃燒導致的燃料效率降低以及有害排放氣體的量增加。在本發明的一個方面中，提供了一種柴油發動機活塞，其具有燃燒室，該柴油發動機活塞可以包括輪廓表面，所述輪廓表面從所述燃燒室的內壁向著所述燃燒室的中心軸線突出，並且所述輪廓表面可以包括位於所述內壁上的突出部，所述突出部從所述內壁以預定的長度延伸；其中，所述突出部將噴灑燃料分別分為在所述燃燒室的上部分的燃料流和在所述燃燒室的下部分的燃料流，所述噴灑燃料被噴灑到所述突出部上並在所述突出部上被霧化。所述燃燒室可以具有由平坦的基部形成的底部，並且尖頭從所述基部向著所述燃燒室的中心軸線以圓錐的形狀突出預定的角度，並且該尖頭形成為關於所述燃燒室的中心軸線對稱。所述輪廓表面可以包括傾斜部分，所述傾斜部分連接至活塞體的頂部且在所述突出部之上連接到所述突出部，並且形成所述燃燒室的上部分。所述輪廓表面還可以包括碗狀輪緣，所述碗狀輪緣連接至基部和所述突出部，並且在所述突出部之下形成為凹陷的弧形形狀，從而形成所述燃燒室的下部分。所述突出部開始連接所述傾斜部分的位置面對向著所述內壁噴灑的所述噴灑燃料的行進方向。 所述突出部開始連接所述傾斜部分的位置面對向著所述內壁噴灑的第一噴灑燃料的行進方向，其中所述突出部開始連接所述碗狀輪緣的位置面對向著所述內壁噴灑的第二噴灑燃料的行進方向，其中所述輪廓表面還可以包括碗狀輪緣，所述碗狀輪緣連接至所述燃燒室的基部和所述突出部，並且在所述突出部之下形成為凹陷的弧形形狀，從而形成所述燃燒室的下部分。形成高度和連接高度的長度與尖頭的突出部高度基本相同。所述基部的端部部分連接至所述碗狀輪緣，其中，所述基部的另一個端部部分平坦地形成並連接到所述尖頭。所述傾斜部分為平直的傾斜表面，並且所述突出部為與所述燃燒室的中心軸線相對的平直的豎直表面。在所述突出部中，與所述燃燒室的中心軸線相對的所述平直的豎直表面的邊緣具有圓角。在所述突出部中，與所述燃燒室的中心軸線相對的所述平直的豎直表面以銳角或鈍角形成。所述傾斜部分連接至所述頂部，同時相對於所述燃燒室的中心軸線偏離。本發明具有下述的有益效果本發明通過將從噴射器噴灑到燃燒室中的噴灑燃料分為在燃燒室的上空間的流動和在燃燒室的下空間的流動，從而能夠極大地增加氣體混合物產生比例，並且其通過防止彼此接近噴灑的兩股或更多股噴灑燃料之間發生重疊，從而能夠顯著地減少或防止不完全燃燒。此外，本發明還具有下述的有益效果本發明通過顯著地減少或防止不完全燃燒發生，從而可以極大地增加柴油發動機的燃料效率並且顯著地減少有害排放氣體的量。通過納入本文的附圖以及隨後與附圖一起用於說明本發明的某些原理的具體實施方式
，本發明的方法和裝置所具有的其它特徵和優點將變得清楚或更為具體地得以闡明。
圖I是顯示了將相關技術與本發明的示例性實施方式進行比較的具有燃燒室的柴油發動機活塞的橫截面結構的視圖。
圖2是在噴灑單股燃料時根據本發明的示例性實施方式的柴油發動機活塞的燃燒室的操作圖。圖3是在噴灑兩股燃料時根據本發明的示例性實施方式的柴油發動機活塞的燃燒室的操作圖。圖4A和圖4B是顯示了在圖3中沒有發生噴灑重疊時的視圖。圖5是根據相關技術的柴油發動機活塞的燃燒室的構造圖。圖6A和圖6B是顯示了當噴灑兩股燃料時在圖5中發生噴灑重疊時的視圖。應當了解，所附附圖並非按比例地顯示了本發明的基本原理的圖示性的各種特徵的略微簡化的畫法。本文所公開的本發明的具體設計特徵包括例如具體尺寸、方向、位置和外形將部分地由具體所要應用和使用的環境來確定。·
在這些圖形中，貫穿附圖的多幅圖形，附圖標記引用本發明的同樣的或等同的部分。
具體實施例方式現在將對本發明的各個實施方式詳細地作出引用，這些實施方式的實例被顯示在附圖中並描述如下。儘管本發明將與示例性實施方式相結合進行描述，但是應當意識到，本說明書並非旨在將本發明限制為那些示例性實施方式。相反，本發明旨在不但覆蓋這些示例性實施方式，而且覆蓋可以被包括在由所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍之內的各種選擇形式、修改形式、等價形式及其它實施方式。在下文中將參考所附附圖具體描述本發明的示例性實施方式，並且這些示例性實施方式可以由本領域技術人員以各種方法實現，且本發明並不限制於這些示例性實施方式。參考圖I所示，燃燒室2從活塞體I的頂部3到凹陷了預定深度的基部4形成了燃燒空間，輪廓表面5形成了燃燒空間的內壁，從而劃定燃燒空間的橫截面形狀，並且尖頭9從燃燒空間的底部向燃燒空間內突出，從而使燃燒空間關於活塞體I的中心0-0對稱。燃燒空間形成為圓柱的形狀，並且基部4的頂部3和端部部分形成為平面。在如上所述的燃燒室2的結構中，形成燃燒空間的內壁的輪廓表面5同樣是促進燃燒空間中的流動和燃料霧化的重要因素。根據示例性實施方式的輪廓表面5同樣有助於作為能夠極大地減少或防止不完全燃燒的重要因素，這是通過防止兩股或更多股噴灑燃料在彼此接近噴灑時產生重疊而實現的。對於這樣的構造，輪廓表面5包括突出部7、傾斜部分6以及碗狀輪緣8，該突出部7向著燃燒空間的中心突出，從而使從噴射器噴灑的噴灑燃料發生碰撞以產生霧化並且分為上流動和下流動，該傾斜部分6在突出部7之上以一定角度連接至頂部3，從而形成燃燒室的上空間，該碗狀輪緣8在突出部7之下連接至基部4，從而形成燃燒室的下空間。在示例性實施方式中，傾斜部分6通過以平直的直線形成傾斜表面並且相對於活塞體I的中心0-0偏離，從而形成燃燒室的上空間。在突出部7中，與活塞體I的中心0-0相對的豎直表面以平直的直線形成，並且邊緣具有圓角，以提高耐用性。
突出部7可以形成為使得與中心0-0相對的豎直表面以銳角或鈍角形成，角度的改變可以改進燃燒室的上空間或下空間的燃料混合比例。碗狀輪緣8以從突出部7的豎直表面到基部4的凹陷的弧形形狀形成了燃燒室的下空間，該基部4是燃燒室的底部。同時，尖頭9使從活塞體I的中心0-0以預定角度連接至基部4的圓錐形狀具有預定的體積，並且燃燒空間的體積的大小能夠通過該體積而進行設定。示例性實施方式應用的燃燒室2的優化設計用於促進流動和燃料霧化，並且防止燃燒空間中噴灑燃料的重疊。為了這樣的構造，在燃燒空間中輪廓表面5和尖頭9相對於燃燒室2的整個深度H的尺寸比例和位置比例是特定的。
當採用優化設計時，對於突出到燃料空間中的尖頭9來說，突出的高度h設定為與燃料室2的整個深度H成特定的比例，並且輪廓表面5 (該輪廓表面5形成燃燒空間的內壁)的碗狀輪緣8形成的高度La、突出部7的連接高度Lb、以及傾斜部分6的延伸高度Lc設定為與燃料室2的整個深度H成特定的比例，這與相關技術中是相同的。然而，在根據示例性實施方式的優化設計和根據相關技術的優化設計中，所應用的特定比例是不同的，從而相對於圖5所示的燃燒室52形成整體上不同的橫截面形狀。例如參考圖I所示，通過增大突出高度h使其大於突出部高度ha，並且增大傾斜角度a使其大於傾斜角度aa，從而使尖頭9佔據的燃燒空間相對地大於尖頭59。尖頭9的形狀激起旋流、渦流或滾流(該旋流、渦流或滾流是在燃燒空間中的流動)，並且在示例性實施方式中，流入燃燒空間中的燃料和空氣的混合得到改進，並且混合比例可以得到極大地提高。在輪廓表面5中，碗狀輪緣8的形成高度La比形成高度Laa小，並且突出部7的連接高度Lb比連接高度Lbb小，從而從突出部7到頂部3連接的傾斜部分6的延伸高度Lc比延伸高度Lcc大。碗狀輪緣8形成為與基部4具有同樣的底部，從而與碗狀輪緣8的底部相比，其減少了深度差K。然而，如上所述，傾斜部分6的延伸高度Lc相對地增加，從而在示例性實施方式中，燃燒室半徑W(燃燒室半徑W為輪廓表面5和活塞體I的中心0-0之間的距離)比燃燒室半徑Wa大，並且燃燒空間增大，相應地，由於尖頭9而減少的燃燒空間的體積得到補償。這就意味著，當發動機的規格相同時，可能會更大地提高發動機性能。同時，突出部7開始傾斜以在碗狀輪緣8處形成傾斜部分6的高度La+Lb為臨界高度T。在示例性實施方式中，臨界高度T意味著這樣一個位置，在該位置處碰撞突出部7的燃料被引導至燃燒室的上空間和燃燒室的下空間，該燃燒室的上空間通過突出部7之上的傾斜部分6而形成，該燃燒室的下空間通過突出部7之下的碗狀輪緣8而形成。突出部7在臨界高度T處形成，噴灑到燃燒室中的噴灑燃料被分為在燃燒室的上空間的流動和在下空間的流動，從而使氣體混合物的產生比例能夠顯著地增加。參考圖2所示，從噴射器10的噴灑孔以預定的噴灑角度Sa噴灑的噴灑燃料20經行進後碰撞到輪廓表面5，該噴射器10以距離燃燒室2預定的高度Ta進行設置。
噴灑燃料20的行進方向g被設置為向著突出部7的上端部，突出部7的上端部是傾斜部分6開始形成的起始點，從而使噴灑燃料20碰撞到突出部7，並分為上流動gu和下流動gd，該上流動gu在燃燒室的上空間通過傾斜部分6而形成，該下流動gd在燃燒室的下空間通過碗狀輪緣8而形成。根據發動機的運行狀態，噴灑燃料20的行進方向g可以是與突出部7的上端部一致,突出部7的上端部是傾斜部分6開始形成的起始點。然而，在這樣的情形中，其也可以根據發動機的情況而改變，從而在示例性實施方式中，將燃料相對於突出部7分成的上流動gu和下流動gd的比可以不設定為50比50。當噴灑燃料20分為上流動gu和下流動gd並且在燃燒空間中均衡地分散時，通過利用燃燒空間中空氣的流動，噴灑燃料20可以更容易地和空氣混合，從而使氣體混合物產生比例得到很大程度的提高。參考圖3所示，當第一和第二噴灑燃料210和220分別從噴射器100的第一和第 二噴灑孔110和120以預定的角度Sb和Sc噴灑的時候，燃料在從臨界高度T不同的位置碰撞輪廓表面5，這是因為第一噴灑孔110的噴灑角度Sb比第二噴灑孔120的噴灑角度Sc小。也就是說，以相對較小的噴灑角度Sb噴灑的第一噴灑燃料210行進至由碗狀輪緣8形成的燃燒室的下空間，並且以相對較大的噴灑角度Sc噴灑的第二噴灑燃料220行進至由傾斜部分6形成的燃燒室的上空間。第一和第二噴灑孔110和120的噴灑角度Sb和Sc並不是特定的，這是因為根據發動機的規格其最佳的值是不同的。然而，在示例性實施方式中，可以看出，當第一噴灑孔110的噴灑角度Sb為大約146度並且第二噴灑孔120的噴灑角度Sc大約為166度時，燃料行進至距離臨界高度T的輪廓表面5的不同的位置。圖4A和圖4B顯示了即使第一噴灑燃料210和第二噴灑燃料220如圖3所示那樣同時地噴灑，也不會產生噴灑重疊時的情形。如圖中所示，由於燃燒室2通過輪廓表面5的突出部7被分為燃燒室2的上空間和燃燒室2的下空間，因此第一噴灑燃料210能夠行進至燃燒室2的下空間，而第二噴灑燃料220能夠行進至燃燒室2的上空間。因此，在示例性實施方式中，即使第一噴灑燃料210和第二噴灑燃料220同時地噴灑，也會在突出部7的上部分和突出部7的下部分之間產生高度差。第一噴灑燃料210和第二噴灑燃料220同時碰撞到由於高度差導致的輪廓表面5，從而在霧化區域Ia和Ib形成時不會有重疊區域形成。因此在導致不完全燃燒的原因中，可以完全地將由於兩股或更多股噴灑燃料同時噴灑所導致的原因排除。因此，通過裝配具有根據示例性實施方式的燃燒室2的活塞，可以極大地提高柴油發動機的燃料效率，並且極大地減少有害排放氣體的量的性能也能提高。如上所述，在根據示例性實施方式的燃燒室2中，通過利用在輪廓表面5 (輪廓表面5形成了內壁)上向著燃燒空間的中心突出的突出部7，可以在突出部7之上/之下分別形成燃燒空間的上部分和燃燒空間的下部分，從而形成燃燒空間。
因此，向著輪廓表面5噴灑的噴灑燃料能夠對於突出部7被分為在燃燒空間的上部分的流動和在燃燒空間的下部分的流動，從而可以顯著地增大氣體混合物產生比例。此夕卜，同時噴灑的兩股或更多股噴灑燃料並不會產生重疊，從而可以防止不完全燃燒導致的燃料效率降低以及有害排放氣體的量增加。為了便於在所附權利要求中解釋和精確定義，術語「上」、「下」、「內」和「外」等等用於參考在圖中所示的示例性實施方式的特徵的位置來對這些特徵進行描述。前面對本發明具體示例性實施方式所呈現的描述是出於說明和描述的目的。前面的描述並不想要成為毫無遺漏的，也不是想要把本發明限制為所公開的精確形式，顯然，根 據上述教導很多改變和變化都是可能的。選擇示例性實施方式並進行描述是為了解釋本發明的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的其它技術人員能夠實現並利用本發明的各種示例性實施方式及其各種選擇形式和修改形式。本發明的範圍意在由所附權利要求書及其等效形式所限定。
權利要求
1.一種柴油發動機活塞，其具有燃燒室，該柴油發動機活塞包括 輪廓表面，所述輪廓表面從所述燃燒室的內壁向著所述燃燒室的中心軸線突出，並且所述輪廓表面包括位於所述內壁上的突出部，所述突出部從所述內壁以預定的長度延伸， 其中，所述突出部將噴灑燃料分別分為在所述燃燒室的上部分的燃料流和在所述燃燒室的下部分的燃料流，所述噴灑燃料被噴灑到所述突出部上並在所述突出部上被霧化。
2.根據權利要求I所述的柴油發動機活塞， 其中，所述燃燒室具有由平坦的基部形成的底部，並且 其中，尖頭從所述基部向著所述燃燒室的中心軸線以圓錐的形狀突出預定的角度，並且該尖頭形成為關於所述燃燒室的中心軸線對稱。
3.根據權利要求I所述的柴油發動機活塞，其中所述輪廓表面包括傾斜部分，所述傾斜部分連接至活塞體的頂部且在所述突出部之上連接到所述突出部，並且形成所述燃燒室的上部分。
4.根據權利要求3所述的柴油發動機活塞，其中所述輪廓表面還包括 碗狀輪緣，所述碗狀輪緣連接至基部和所述突出部，並且在所述突出部之下形成為凹陷的弧形形狀，從而形成所述燃燒室的下部分。
5.根據權利要求3所述的柴油發動機活塞，其中所述突出部開始連接所述傾斜部分的位置面對向著所述內壁噴灑的所述噴灑燃料的行進方向。
6.根據權利要求3所述的柴油發動機活塞， 其中，所述突出部開始連接所述傾斜部分的位置面對向著所述內壁噴灑的第一噴灑燃料的行進方向，並且 其中，所述突出部開始連接所述碗狀輪緣的位置面對向著所述內壁噴灑的第二噴灑燃料的行進方向。
7.根據權利要求6所述的柴油發動機活塞，其中所述輪廓表面還包括 碗狀輪緣，所述碗狀輪緣連接至所述燃燒室的基部和所述突出部，並且在所述突出部之下形成為凹陷的弧形形狀，從而形成所述燃燒室的下部分。
8.根據權利要求3所述的柴油發動機活塞，其中形成高度和連接高度的長度與尖頭的突出部高度基本相同。
9.根據權利要求4所述的柴油發動機活塞， 其中，所述基部的端部部分連接至所述碗狀輪緣，並且 其中，所述基部的另一個端部部分平坦地形成並連接到所述尖頭。
10.根據權利要求9所述的柴油發動機活塞，其中所述傾斜部分為平直的傾斜表面，並且所述突出部為與所述燃燒室的中心軸線相對的平直的豎直表面。
11.根據權利要求10所述的柴油發動機活塞，其中在所述突出部中，與所述燃燒室的中心軸線相對的所述平直的豎直表面的邊緣具有圓角。
12.根據權利要求10所述的柴油發動機活塞，其中在所述突出部中，與所述燃燒室的中心軸線相對的所述平直的豎直表面以銳角或鈍角形成。
13.根據權利要求3所述的柴油發動機活塞，其中所述傾斜部分連接至所述頂部，同時相對於所述燃燒室的中心軸線偏離。
全文摘要
本發明公開了一種柴油發動機活塞，其具有燃燒室，該柴油發動機活塞可以包括輪廓表面，所述輪廓表面從所述燃燒室的內壁向著所述燃燒室的中心軸線突出，並且所述輪廓表面包括位於所述內壁上的突出部，所述突出部從所述內壁以預定的長度延伸，其中，所述突出部將噴灑燃料分別分為在所述燃燒室的上部分的燃料流和在所述燃燒室的下部分的燃料流，所述噴灑燃料可以被噴灑到所述突出部上並在所述突出部上被霧化。
文檔編號F02B23/06GK102889151SQ20111037567
公開日2013年1月23日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年7月18日
發明者李明俊, 崔坮, 丁玹聲, 奇旼瑩, 李興雨 申請人:現代自動車株式會社