熱機的非對稱燃燒室的製作方法

2023-04-24 10:33:41

專利名稱：熱機的非對稱燃燒室的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及內燃機的設計，尤其是壓燃式內燃機的設計。
背景技術：
限制汽車製造商的排放標準越來越嚴格，標準的每次變化都導致限制的技術發展 以及對昂貴的附加和/或更複雜的排放控制裝置的使用。今後的標準激勵製造商特別減少廢氣排放中氮氧化物和顆粒的水平，尤其是為了 不使顆粒捕集器被過快地堵塞，但是製造商同時希望提高或者至少是保持發動機的性能水 平和操縱性能。通常用以增強對發動機的排放控制的解決方案例如在於採用高級後處理設備例 如顆粒捕集器，或者更改廢氣再循環技術規格_在本領域中其英文簡稱為EGR，但這對發動 機效率有不利影響。

發明內容
本發明的一個目的是提出一種改進的燃燒室，該燃燒室能顯著減少氮氧化物和顆 粒排放。本發明的一個主題是一種用於內燃機尤其是用於柴油機的活塞，它包括側向地 (橫向地)由裙部界定的體部，該體部能與具有迴轉軸線C的氣缸的壁配合，該活塞能在該 氣缸中沿著所述軸線C滑動，所述活塞包括橫向面，該橫向面包括中心凸部、外圍冠狀環和 具有迴轉軸線B的碗部，該迴轉軸線B從中心凸部伸向與該中心凸部在厚度為Ep的唇狀部 處相連的外圍冠狀環，所述碗部包括基本與唇狀部垂直對齊的環面，該環面的輪廓優選為 半拱形並具有最大半徑Rt，該環面能將噴射到唇狀部下的凹入區域R中的燃料引向中心凸 部，尤其是，該中心凸部具有以角度Al傾斜的上斜面和以不同角度A2傾斜的下斜面，角度 為Al的上斜面比角度為A2的下斜面更平緩。本發明的活塞的使用尤其能夠實現下列優點-後處理系統不需要做得更複雜或者更昂貴；-氮氧化物排放物減少，從而符合排放控制標準。根據一些特定實施例，該活塞還具有以下一個或多個特徵-在幾何方向上從碗部的迴轉軸線B測量，上斜面的角度Al為69°至84°，優選 基本等於72° ；-在幾何方向上從碗部的迴轉軸線B測量，下斜面的角度A2為47°至62°，優選 基本等於59° ；_碗部是偏置的，該碗部的迴轉軸線B與氣缸的迴轉軸線C分離並且位於與該迴轉 軸線C間隔一段距離的位置處；-唇狀部的厚度Ep為3mm至5mm，優選基本等於4.5mm ；-唇狀部位於與碗部的迴轉軸線B的距離為De/2的位置處，距離De為45mm至48mm,優選基本等於47_ ；-環面位於與碗部的迴轉軸線B的距離為Db/2的位置處，距離Db為48mm至51mm 之間，優選基本等於49mm;-冠狀環的端部相對於碗部的迴轉軸線B的距離De/2與環面的端部相對於碗部的 迴轉軸線B的距離Db/2之間的差值基本等於Imm ；-碗部的最大深度P為13mm至14.5mm，優選基本等於13. 5mm ；-位於碗部的迴轉軸線B上的中心凸部的頂部上升到一高度處，該高度在外圍冠 狀環的高度以下並與之相距距離Dt，該距離Dt為4. 6mm至6. 1mm，優選基本等於5. 1mm。本發明的另一主題是一種為關於氮氧化物和顆粒的嚴格排放控制標準而設計的 內燃機，更具體地說，是柴油型內燃機，它尤其包括至少一個根據本發明的活塞。該柴油型內燃機具有氣缸，該氣缸具有迴轉軸線C，該氣缸的頂端由氣缸蓋封閉， 該氣缸蓋的底面與活塞的橫向面一起用於界定燃燒室，該活塞的碗部以迴轉軸線B為中 心，所述發動機包括通向氣缸蓋底面的至少一個進氣道和至少一個排氣道，該進氣道可以 由進氣閥關閉(切斷)，該排氣道可以由排氣閥關閉，該發動機還包括預熱塞和燃料噴射 器，該燃料噴射器的末端在平行於氣缸迴轉軸線C且與該迴轉軸線C間隔開的噴射器軸線 I處通向燃燒室，該噴射器與噴射器軸線I之間形成15°至15. 5°的角度Ai，尤其是，氣缸 軸線C、碗部的軸線B和噴射器軸線I是對齊的，氣缸軸線C與碗部的軸線B分開的距離基 本等於1. 25mm，氣缸的軸線C與噴射器軸線I分開的距離基本等於4mm。


從下面對具體實施例的說明中本發明的其它特徵和優點將顯而易見，所述具體實 施例以非限制性方式並參照附圖給出，在附圖中-圖1是本發明的內燃機的局部橫截面示意圖；-圖2是在包含活塞碗迴轉軸線的平面上的局部橫截面示意圖，其中示出本發明 的活塞的冠狀部分在進氣側的詳細結構。
具體實施例方式圖1示出內燃機100，尤其是柴油機，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中，所述迴轉軸線C將被認為向上朝著氣缸蓋2定向。活塞3安裝在氣缸1中以便能沿著該氣缸的迴轉軸線C滑動，該活塞具有設計成 容納一用以連接活塞與傳動連杆的較小端部的銷的活塞體，所述活塞體在側向由與氣缸的 迴轉軸線C平行的活塞裙部31界定，該活塞體或活塞裙部與氣缸1的內壁配合。該活塞還 包括橫向面32，該橫向面與氣缸蓋2的底面20 —起用於界定氣缸1的燃燒室。新鮮空氣或者新鮮空氣與再循環廢氣的混合氣通過至少一個進氣道5進入燃燒 室，該進氣道形成在氣缸蓋2中並且可以通過至少一個進氣閥50關閉。所引入的空氣_燃料混合氣的燃燒剩餘物通過至少一個排氣道6排出，該排氣道 形成在氣缸蓋2中並且可以通過至少一個排氣閥60關閉。預熱塞4安裝在氣缸蓋2中，該預熱塞的端部通向燃燒室，從而該預熱塞能在冷起動期間加熱空氣_燃料混合氣。燃料噴射器7安裝在氣缸蓋2中並且通向燃燒室。根據所示實施例，噴射器7安 裝成相對於氣缸的軸線C偏置。噴射器7的末端在軸線I處開口，該軸線I稱為「噴射器軸 線」並平行於氣缸的對稱軸線C。根據所示的實施例，在反幾何方向上從噴射器軸線I測量，該噴射器7傾斜 15° -15.5° 的角度 Ai。圖2以軸向平面上的局部橫截面詳細示出本發明的活塞3的頂部部分，如該圖所 示，橫向面32包括中心凸部321、外圍冠狀環322和具有迴轉軸線B的環形腔或碗部323， 該迴轉軸線B與氣缸的迴轉軸線C平行並且與其間隔一些距離，從而補償噴射器7的偏置， 所述碗部323從中心凸部321朝向外圍冠狀環322延伸，該碗部與該外圍冠狀環相連。優選地，氣缸軸線C、碗部軸線B和噴射器軸線I在共同的平面中對齊，氣缸軸線C 與碗部軸線B分開的距離大致等於1. 25mm，氣缸軸線C與噴射器軸線I分開的距離大致等 於 4mm。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側向地延伸直至 一端部，該端部形成唇狀部3220，在唇狀部3220的下方，碗部323具有外形為半拱形的環面 3230，該環面的最大曲率半徑Rt在4. 2mm到5. 8mm之間，優選基本等於4. 5mm。唇狀部3220處於與碗部323的迴轉軸線B相距距離De/2的位置，所述距離De在 45mm至48mm之間，優選基本等於47mm。環面3230處於與碗部323的迴轉軸線B相距距離Db/2的位置，所述距離Db在 48mm至51mm之間，優選基本等於49mm。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之間的差值保持為基本等於Imm而被 保留的。優選地，唇狀部3220的厚度Ep對應於凹部邊緣R與外圍冠狀環322之間的距離， 該距離在3mm至5mm之間，優選基本等於4. 5mm。碗部323的最大深度P在13mm至14. 5mm之間，優選基本等於13. 5mm。這種深度 P具有在碗部323的底部截留大量空氣以使其能與燃料混合的優點。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截留在碗部323底部中的空氣量的引導。位於碗部323的迴轉軸線B上的中心凸部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4. 6mm至6. Imm之間，優選基本等於5. Imm0 該距離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。中心凸部321具有角度Al的上斜面和不同角度A2的下斜面，上斜面的角度Al比下斜面的角度A2更平緩。在幾何方向上從碗部323的迴轉軸線B測量，上斜面的角度Al為69°至84°，優 選基本等於72°。在幾何方向上從碗部323的迴轉軸線B測量，下斜面的角度A2為47°至62°，優 選基本等於59°。角度為A2的陡峭下斜面的使用使得有可能在碗部320的底部保存更多的空氣，該 空氣然後能由具有單個斜面的中心凸部321保存。設有組合了這些特徵的活塞3的內燃機100與設有適合現有歐IV排放控制標準 的活塞的內燃機相比，在使用中特別有利。使用該內燃機100進行的試驗還具有下列附加 特徵76mm的孔徑，約15的壓縮比，下止點Nd/N處的漩渦水平約為2。實際上發現，在部分負荷工況下，發動機100排出的氮氧化物和顆粒排放減少約 10%。在相同負荷工況下，還注意到未燃燒的碳氫化合物也減少約20%。在全負荷且發動機轉速高達約4000rpm時，最大功率增加約3%，在煙度極限方 面，也就是說帶有約3fsn的恆定排煙濃度，也即是煙指數的3倍。換句話說，在恆定最大功 率下，合計的數量是煙氣的減少量，煙指數減少的數值為0. 5至lfsn。
權利要求
一種用於內燃機尤其是用於柴油機的活塞(3)，包括由裙部(31)橫向地界定的體部，該體部能與具有迴轉軸線C的氣缸(1)的壁配合，該活塞(3)能在該氣缸中沿著該迴轉軸線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)，該碗部從該中心凸部(321)伸向該外圍冠狀環(322)，該碗部與該外圍冠狀環在厚度為Ep的唇狀部(3220)處相連，所述碗部(323)包括基本與該唇狀部(3220)垂直對齊的環面(3230)，該環面的輪廓優選為半拱形並具有最大半徑Rt，該環面能將噴射到該唇狀部(3220)下的凹入區域R中的燃料引向該中心凸部(321)，其特徵在於，該中心凸部(321)具有上斜面和下斜面，該上斜面具有角度A1，該下斜面具有不同的角度A2，角度為A1的上斜面比角度為A2的下斜面更平緩。
2.如權利要求1所述的用於內燃機的活塞(3)，其特徵在於，在幾何方向上從碗部(323)的迴轉軸線B測量，上斜面的角度Al為69°至84°，優選基本等於72°。
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，在幾何方向上從碗部 (323)的迴轉軸線B測量，下斜面的角度A2為47°至62°，優選基本等於59°。
4.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，該碗部(323)是偏置的，該碗部 (323)的迴轉軸線B與氣缸(1)的迴轉軸線C分離並且位於與該氣缸的迴轉軸線C間隔一 段距離的位置。
5.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，唇狀部(3220)的厚度Ep為3mm 至5mm，優選基本等於4. 5mm。
6.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，環面(3230)的最大曲率半徑Rt 為4. 2mm至5. 8mm,優選基本等於4. 5mm。
7.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，唇狀部(3220)位於與碗部(323) 的迴轉軸線B的距離為De/2的位置處，距離De在45mm至48mm之間，優選基本等於47mm。
8.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，環面(3230)位於與碗部(323) 的迴轉軸線B的距離為Db/2的位置處，距離Db在48mm至51mm之間，優選基本等於49mm。
9.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，冠狀環的端部相對於碗部(323) 的迴轉軸線B的距離De/2與環面的端部相對於碗部(323)的迴轉軸線B的距離Db/2之間 的差值為基本等於1mm。
10.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 13mm至14. 5mm之間，優選基本等於13. 5mm。
11.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特徵在於，位於碗部(323)的迴轉軸線B 上的中心凸部的頂部上升到一高度，該高度在外圍冠狀環(320)的高度以下並與之相距距 離Dt，該距離Dt在4. 6mm至6. Imm之間，優選基本等於5. 1mm。
12.—種柴油型內燃機(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⑶。
全文摘要
本發明涉及一種用於內燃機尤其是柴油機的活塞(3)，包括由裙部側向地界定的活塞體，該活塞體能與具有迴轉軸線C的氣缸的壁配合，該活塞(3)能在該氣缸中沿所述軸線C滑動，所述活塞(3)包括前表面，該前表面包括中心凸部(321)、外圍冠狀環(322)和具有迴轉軸線B的碗部(323)，該迴轉軸線B從該中心凸部(321)伸向與該中心凸部在厚度為Ep的唇狀部(3220)處相連的外圍冠狀環(322)，所述碗部(323)包括基本越過該唇狀部(3220)的環面(3230)，該環面優選為半拱形輪廓並具有最大半徑Rt，該環面能將噴射到該唇狀部(3220)下的凹入區域R的燃料引向所述中心凸部(321)，其特徵在於，該中心凸部具有分開的上斜面A1和下斜面A2，上斜面A1比下斜面A2更平緩。
文檔編號F02B23/06GK101952567SQ200880127014
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·米歇爾, F·萊維 申請人:雷諾股份公司