內燃發動機的活塞的製作方法
2023-10-27 13:51:37 2
內燃發動機的活塞的製作方法
【專利摘要】本發明涉及內燃發動機的活塞(1)。所述活塞(1)可包括具有中心軸線M的活塞裙部(1.1)和在上方界定所述活塞裙部(1.1)的具有直徑D的活塞頂(2)。所述活塞頂(2)可由具有寬度b的活塞頂邊緣(2.1)和具有深度t的活塞頂凹部(2.2)形成。所述活塞頂凹部(2.2)可包括帶有具有直徑d的開口截面的活塞凹部壁(2.2a)。具有內徑dn的至少一個凹槽(3)可設置在所述活塞頂邊緣(2.1)內並相對於所述中心軸線M沿周向U延伸。所述內徑dn可比所述直徑d大。
【專利說明】內燃發動機的活塞
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及內燃發動機一諸如具有外部碳化合的奧託發動機——的活塞。具體地，本發明涉及一種活塞，所述活塞可包括具有中心軸線M的活塞裙部和在上方界定活塞裙部的具有直徑D的活塞頂。所述活塞頂可由具有寬度b的活塞頂邊緣和具有深度t的活塞頂凹部形成。此外，所述活塞頂凹部可包括帶有具有直徑d的開口截面的活塞凹部壁。
[0002]本發明還總體涉及活塞在其中被引導的柴油發動機或奧託發動機或奧託氣體燃料發動機。具體地，在其中被引導的活塞屬於本文描述的類型。所述奧託發動機或奧託氣體燃料發動機可以是具有外部或內部碳化合的發動機。
【背景技術】
[0003]由DE 10 2010 018 930 Al獲知一種用於內燃發動機的活塞。該活塞包括位於活塞頂內的4個氣門凹窩，其確保用於排氣門和進氣門的間隙。
[0004]對於奧託氣體燃料發動機，使用具有不同活塞凹部形狀的活塞。通常，在以下常見變型之間進行區分:
[0005]A)具有屋頂形狀的活塞頂的活塞。活塞頂被設計用於具有氣體-衝掃的預燃室的燃燒過程，使得點火火花儘可能遲地撞擊在燃燒室的壁上。
[0006]B)具有槽狀活塞頂的活塞。活塞頂被設計成使得維持入口側產生的紊流。
[0007]C)具有Ω形活塞頂凹部的活塞。活塞頂被設計用於柴油機運轉的最佳直接噴射並且還由於成本方面的原因和為簡單起見而不變地用於奧託氣體燃料發動機。但是，後者卻是可能更加不良的燃燒過程。
[0008]D)具有罐狀活塞頂凹部的活塞。活塞頂被設計成使得在活塞邊緣與氣缸蓋之間存在沿徑向的擠流。此外，罐狀活塞頂凹部中的旋轉流升壓。
[0009]具有罐狀活塞頂凹部的活塞非常適合具有旋轉輸入通道和室塞的發動機。在壓縮行程期間，混合物經由活塞的活塞頂的邊緣(擠氣邊緣)移位到罐狀活塞頂凹部中。在膨脹行程期間，混合物從罐狀活塞頂凹部被再次吸出。所述過程尤其是在上死點附近引起強擠流。
[0010]除擠流外，罐狀活塞頂凹部還引起入口側產生的旋轉流的加速。由於角動量的保持，旋轉流的角速度在混合物朝罐狀活塞頂凹部向內移位的情況下升高。
[0011]本發明至少部分針對於改善或克服現有技術系統的一個或多個方面。
【發明內容】
[0012]在本發明的一方面，內燃發動機的活塞可包括具有中心軸線M的活塞裙部和在上方界定活塞裙部的具有直徑D的活塞頂。所述活塞頂可由具有寬度b的活塞頂邊緣和具有深度t的活塞頂凹部形成。所述活塞頂凹部可包括帶有具有直徑d的開口截面的活塞凹部壁。具有內徑dn的至少一個凹槽可設置在所述活塞頂邊緣內並相對於中心軸線M沿周向U延伸。內徑dn可比活塞頂凹部的開口截面的直徑d大。
[0013]在本發明的另一方面，柴油發動機或奧託發動機或奧託氣體燃料發動機可具有在其中被引導的至少一個活塞。所述活塞可如上所述地設計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]本發明的其它優點和特徵在說明書中說明並在附圖中示出。在附圖中:
[0015]圖1示出活塞的透視圖；
[0016]圖2a_2c示出凹槽的不同的基本形狀；
[0017]圖3示出具有凹部的活塞的剖視圖；
[0018]圖4示出具有多個活塞的發動機。
【具體實施方式】
[0019]圖1所示的活塞I由具有中心軸線M和直徑D的活塞裙部1.1和在上方界定活塞裙部1.1的具有對應的相同直徑D的活塞頂2形成。活塞頂2本身由具有寬度b的活塞頂邊緣2.1和相對於活塞I的中心軸線M共軸地設置的活塞頂凹部2.2形成。活塞頂凹部2.2具有開口截面。這大致對應於最大內徑dn，因為活塞頂凹部2.2具有幾乎圓柱形的形式。活塞凹部2.2具有深度T並在下方由活塞凹部底面5和與該活塞凹部底面5連接的活塞凹部壁4界定。
[0020]在活塞頂邊緣2.1內設置有具有約2mm的半徑R的周向凹槽3。凹槽3具有內徑dn，其比活塞凹部2.2的開口截面的直徑d大出約15%。凹槽3在到活塞頂邊緣2.1的過渡區域內具有半徑Rl、R2，其中內半徑Rl的尺寸為約2.5mm且外半徑R2的尺寸為約2mm。
[0021]根據圖2a，設置了兩個凹槽3、3』。每個凹槽3、3』都具有圓形的基本形狀G、G』，並且如根據圖1所示地與凹槽3、3』的對稱軸線S相對於中心軸線M共軸地設置。
[0022]根據圖2b的實施例，凹槽3具有橢圓形/扁圓形/卵形(oval)的基本形狀G並且相對於中心軸線M對稱地設置。凹槽3的兩條對稱軸線S、S』由此相對於中心軸線M偏心地設置。
[0023]根據圖3的實施例，參見該圖的左半部分，凹槽3的高度h為活塞凹部2.2的深度T的約12%。此外，凹槽3的徑向延伸範圍r為活塞頂邊緣2.1的寬度b的約20%。
[0024]根據圖3的實施例，參見該圖的右半部分，在活塞頂邊緣2.1內設置有兩個凹槽3、3』。兩個凹槽的相應凹槽3、3』的對稱軸線S相對於中心軸線M共軸地設置。
[0025]在活塞I內還設置有冷卻通路7，其同樣相對於中心軸線M共軸地設置。
[0026]根據圖4，發動機6包括6個上述類型的活塞1、1』。
[0027]工業適用性
[0028]根據本發明且如本文所述的活塞可被設計成使得可實現改善的燃燒。特別地，擠流的產生和旋轉流的增加對燃燒產生積極效果。由於所公開的活塞，可以受控方式將所述定向流轉變為紊流。這可以進一步改善燃燒。
[0029]在本發明的一個示例性實施例中，內徑可滿足以下要求:dn> = 1.ld，其比直徑d、即開口截面的直徑大至少10%。由於具有內徑dn的至少一個凹槽一其可以稱為紊流凹槽，在活塞頂邊緣上方發生的擠流可終止並且可建立紊流部分。燃燒可以通過紊流部分而優化。擠流可在與該擠流垂直的方向上被活塞頂邊緣上的一個或多個凹槽中斷並轉變成紊流。
[0030]在本發明又一示例性實施例中，所述至少一個紊流凹槽可以例如靠近活塞頂凹部設置、設置在活塞頂邊緣的中心和/或設置於在活塞裙部或氣缸壁附近的外徑上。後者也可引起點火環區(firing land)死空間容積的減小。這種情況下，凹槽的外徑可對應於活塞的直徑D。
[0031]在本發明另一示例性實施例中，也可以使位於活塞頂邊緣內側的凹槽朝向活塞凹部壁移位，使得內徑dn將與活塞凹部的開口截面的直徑d—樣大。然而，可以此方式實現的效果可與擴大的活塞凹部所獲得的效果相同並且或許是可忽略的。
[0032]在本發明的又一示例性實施例中，凹槽可在到活塞頂邊緣的過渡區域內具有半徑R1、R2,其中內半徑Rl和外半徑R2兩者的尺寸可介於Imm與5mm之間，優選2mm至3mm。所述半徑不會太小，使得邊緣不會過熱。由於幾何形狀的不連續性和進而可實現的紊流效果降低，所述半徑也不會太大。上述措施可增強燃燒室中的紊流。增強的紊流可在氣缸中引起加速的燃燒以及更快和改善的燃燒。這可以提高發動機的效率和爆震裕度。在本發明的該示例性實施例中，活塞頂的直徑D可對應於活塞直徑。活塞頂凹部的開口截面的直徑d加上兩倍的活塞頂邊緣的寬度b可等於活塞直徑D。開口截面的直徑d或凹部直徑與活塞頂的直徑D或活塞直徑之比d/D可介於0.4與0.6之間。活塞頂凹部的深度t與活塞頂的直徑D或活塞直徑之比t/D可介於0.15與0.35之間。
[0033]在本發明另一示例性實施例中，出於該目的也有利的是，凹槽具有關於中心軸線M的徑向延伸範圍r,且lmm〈 = r〈 = 0.5b或2mm〈 = r< = 0.4b。紊流的效果可取決於凹槽的徑向延伸範圍r。可假設徑向延伸範圍r的最小尺寸是約Imm至2mm,使得可實現的紊流效果有效。徑向延伸範圍r越小，則可在活塞頂邊緣上設置越多的凹槽。
[0034]此外，在本發明另一示例性實施例中，可以有利的是凹槽關於中心軸線M的軸向方向(即，在中心軸線M的軸向方向上)具有高度h,其中lmm〈 = h〈 = 0.2t或2mm〈 = h〈=0.1t。這同樣適用於凹槽的高度h。凹槽的高度h不應小於約Imm至2mm的最小尺寸，使得可實現的紊流效果有效。
[0035]在本發明的另一示例性實施例中，也可以有利的是設置分布在活塞頂邊緣的寬度b上的兩個、三個、四個或更多個凹槽。在形成多個凹槽的情況下，可增強紊流效果。參數徑向延伸範圍r、高度h和數目的哪種組合確保最大紊流效果可取決於相應的燃燒室條件。
[0036]此外，在本發明又一示例性實施例中，可有利的是凹槽沿著整個周向U延伸。對稱的安裝空間條件有時可以是有利的，其中也可設置與對稱的偏差。凹槽在周向U上的延伸範圍可適合相應的流動條件。凹槽可在整個周向U上延伸，或者可以局部區段的形式設置在周向U的一部分上，在後一種情況下尤其是設置在進氣門的區域內。
[0037]此外，在本發明又一示例性實施例中，可有利的是凹槽具有相對於中心軸線M共軸或偏心地設置的對稱軸線S。對稱的安裝空間條件有時是有利的，其中也可設置與對稱的偏差-例如在對稱軸線S、S』相對於中心軸線M偏心地布置的橢圓形活塞凹部的情況中。對於偏心布置，可為進氣門和排氣門的區域確保不同的流動條件。
[0038]在本發明另一示例性實施例中，也可有利的是凹槽具有基本幾何形狀G，其中基本幾何形狀G具有圓形或橢圓形/扁圓形/卵形的形式。周向上的不同流動條件可通過即使凹槽相對於中心軸線M對稱地布置也與圓形形式有偏差來確保。
[0039]在本發明又一示例性實施例中，還可有利的是設置至少兩個凹槽，其中所述凹槽可具有相同或不同的基本形狀G、G』。不同凹槽幾何形狀的組合確保了對特定的安裝空間和流動條件的最佳適應。
【權利要求】
1.一種內燃發動機的活塞(I)，該活塞包括: 具有中心軸線M的活塞裙部(1.1);和 在上方界定所述活塞裙部(1.D的具有直徑D的活塞頂(2)，其中所述活塞頂(2)由具有寬度b的活塞頂邊緣(2.1)和具有深度t的活塞頂凹部(2.2)形成，所述活塞頂凹部(2.2)包括帶有具有直徑d的開口截面的活塞凹部壁(2.2a)； 具有內徑dn的至少一個凹槽(3)，所述凹槽(3)設置在所述活塞頂邊緣(2.1)內並相對於所述中心軸線M沿周向U延伸，其中所述內徑dn比所述活塞頂凹部(2.2)的開口截面的直徑d大。
2.根據權利要求1所述的活塞(I)，其特徵在於，所述凹槽(3)關于于中心軸線M具有徑向延伸範圍r且lmm〈 = r〈 = 0.5b。
3.根據前述權利要求中任一項所述的活塞(I)，其特徵在於，所述凹槽(3)在所述中心軸線M的軸向方向上具有高度h,其中lmm〈 = h< = 0.2t。
4.根據前述權利要求中任一項所述的活塞(I)，其特徵在於，設置了分布在所述活塞頂邊緣(2.1)的寬度b上的兩個、三個、四個或更多個凹槽(3，3』)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的活塞(I)，其特徵在於，所述凹槽(3)沿整個周向U延伸。
6.根據前述權利要求中任一項所述的活塞(I)，其特徵在於，所述凹槽(3)具有相對於所述中心軸線M共軸或偏心地設置的對稱軸線S。
7.根據前述權利要求中任一項所述的活塞(I)，其特徵在於，所述凹槽(3)具有圓形形式的基本幾何形狀(G)。
8.根據權利要求1至4中任一項所述的活塞(I)，其特徵在於，所述凹槽(3)具有橢圓形形式的基本幾何形狀(G)。
9.根據權利要求7或8所述的活塞(I)，其特徵在於，設置了至少兩個凹槽(3，3』)，其中所述兩個凹槽具有相同或不同的基本形狀(G，G』)。
10.一種柴油發動機(6)或奧託發動機(6)或奧託氣體燃料發動機￠)，其具有在其中被引導的根據前述權利要求中任一項所述的活塞(I)。
【文檔編號】F02B23/06GK104271916SQ201380019685
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年4月12日 優先權日:2012年4月13日
【發明者】R·伯溫, E·德雷霍布爾, C·德雷科斯勒, M·拉普 申請人:卡特彼勒能源方案有限公司