專利名稱：內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，該內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件包括至少ー個氣缸、氣缸蓋以及活塞，所述氣缸蓋與所述氣缸結(jié)合布置且設(shè)置有至少ー個進氣閥和至少ー個排氣閥，所述活塞布置在所述氣缸中并且能在其上死點和下死點之間移動，其中碗狀部設(shè)置在所述活塞的頂部上且設(shè)置有關(guān)于所述活塞的縱向中心軸線的旋轉(zhuǎn)對稱頂面，所述碗狀部包括中間區(qū)域和大致錐形區(qū)域，所述錐形區(qū)域朝向所述活塞的外周區(qū)域徑向延伸，使得所述碗狀部的深度朝向所述活塞的所述外周區(qū)域増大，并且所述外周區(qū)域的頂面高于所述碗狀部的底部。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機的活塞將通過燃燒燃料而釋放的能量經(jīng)由活塞銷傳遞到連桿并進ー步傳 遞到曲柄機構(gòu)?；钊柚诨钊h(huán)被密封到發(fā)動機的氣缸，使得能量的傳遞將在沒有不必要的損失的情況下發(fā)生。內(nèi)燃機的燃燒室由活塞的上部、氣缸套部分限定并且由氣缸蓋部分限定。該區(qū)域經(jīng)受大量的熱應(yīng)力?；钊难貧飧椎目v向延伸并且定位在活塞環(huán)下方的壁引導(dǎo)活塞的運動并且用作潤滑表面。在現(xiàn)代壓縮機充氣發(fā)動機中，活塞處于甚至更嚴(yán)苛的情況下?；钊柚谶B桿連接到發(fā)動機的曲軸，該連桿借助在其一端處的銷連接到活塞，并且借助大端軸承連接到曲軸。發(fā)動機的主要構(gòu)造因素是缸徑/沖程比，桿長/沖程比。其中重要的功能特征是壓縮比、閥定時、轉(zhuǎn)速、增壓和燃料輸送問題。壓縮點火內(nèi)燃機中的燃料燃燒和將燃料的能量轉(zhuǎn)換成機械功受各種因素影響，這些因素中的一些是過程相關(guān)的，而ー些因素與發(fā)動機的機械結(jié)構(gòu)有夫。壓縮點火發(fā)動機中燃燒過程在很大程度上受燃燒室的形狀影響。因此活塞的上部的形狀對發(fā)動機的性能有非常重大的意義?，F(xiàn)有技術(shù)中存在各種公開物，它們描述了布置在活塞的頂部的旋轉(zhuǎn)對稱碗狀部。例如美國專利6，732，703,6, 966，294和7，210, 448示出了這種活塞的上部的形狀。上述專利著手解決與環(huán)境問題的最近要求有關(guān)的問題，這些最近要求涉及廢氣以及碳煙跨過活塞環(huán)到潤滑油的遷移。這些文獻主要涉及活塞頂?shù)男螤钜约盎钊腿剂蠂娚淦髦g的合作，其中活塞碗狀部的形狀和噴射角導(dǎo)致噴霧煙羽在離開噴射孔后以一定方式撞擊并接觸活塞碗狀部表面。這些專利主要涉及的是排放控制，尤其是NOx排放。壓縮比對發(fā)動機的性能有很大影響。通過允許活塞的頂部接近氣缸蓋，可以增大發(fā)動機的壓縮比。對于提升活塞頂?shù)南拗仆桥c換氣閥的間隙，尤其是當(dāng)在發(fā)動機的排氣沖程和進氣沖程之間執(zhí)行燃燒室的掃氣吋。已知現(xiàn)有技術(shù)中提供用于閥進入活塞頂內(nèi)的空間(閥套)，該空間對于閥裝配在其中來說正好足夠大。圍繞該空間，活塞頂可以被更高地舉起以増大壓縮比。這種不連續(xù)的部位(例如，閥空間的邊緣，即套)限制掃氣氣體繞閥流動并且導(dǎo)致較低劣的氣體交換。這種不連續(xù)的部位影響燃燒過程，從而不能夠在活塞的燃燒室中形成漩渦。
這種套還抑制氣缸中的氣體漩渦并且這導(dǎo)致具有較高排放的惡化的燃燒。而且當(dāng)使用這種閥套時在活塞頂上形成有熱點是常見的。例如，公布JP 2007309176示出了這樣的活塞頂，在每個閥的位置處，用于閥的空間設(shè)置在該活塞頂中。在該情況下，空間基本上與閥的形狀相符，但是活塞的頂面由于閥空間導(dǎo)致的不連續(xù)性而不再旋轉(zhuǎn)對稱?，F(xiàn)在已經(jīng)顯現(xiàn)出對進ー步開發(fā)壓縮點火四沖程發(fā)動機的構(gòu)造和操作的需要，使得可以提供甚至更改進的發(fā)動機性能。本發(fā)明的具體目的在于提供一種壓縮點火四沖程發(fā)動機，其中在沒有損害燃燒過程和所述發(fā)動機的性能的情況下增大壓縮比。本發(fā)明的另ー個目的在于提供一種制造燃料噴嘴的方法，該方法實施簡單并且借助于該方法能生產(chǎn)高壓燃料噴射器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的基本上由內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件來滿足，所述內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件包括至少ー個氣缸、氣缸蓋以及活塞，所述氣缸蓋結(jié)合所述氣缸布置且設(shè)置有至少ー個進氣閥和至少ー個排氣閥，所述活塞布置在所述氣缸中并且能在其上死點和下死點之間移動，其中碗狀部設(shè)置在所述活塞的頂部上且設(shè)有關(guān)于所述活塞的縱向中心線旋轉(zhuǎn)対稱的頂面，所述碗狀部包括中間區(qū)域和大致錐形區(qū)域，所述錐形區(qū)域朝向所述活塞的外周區(qū)域徑向延伸，使得所述碗狀部的深度朝向所述活塞的所述外周區(qū)域増大，并且所述外周區(qū)域的頂面高于所述碗狀部的底部。本發(fā)明的特征在于，每個閥均設(shè)有包括延伸部的底面，所述延 伸部從由閥盤邊緣的棱邊形成的平面朝向與閥桿相反的方向延伸，使得在所述組件中所述延伸部裝配到所述氣缸蓋和所述活塞碗狀部之間的空間中。由于由此獲得増大的壓縮比和燃燒室的提高的流動特性，這使得可以具有増大的發(fā)動機效率。根據(jù)實施方式，所述閥設(shè)有具有凸面的底面，使得所述凸面布置成面對所述活塞頂?shù)乃鲥F形區(qū)域的旋轉(zhuǎn)對稱的活塞頂面。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述閥的所述底面與所述活塞頂部在所述活塞頂?shù)腻F形區(qū)域處的形狀相符。所述活塞碗狀部優(yōu)選地在每個徑向位置具有旋轉(zhuǎn)對稱的深度，從而形成光滑且連續(xù)的表面。所述閥的面向所述活塞的所述底面中的所述延伸部布置成在該閥的關(guān)閉位置處從所述氣缸蓋的水平面朝向該活塞的頂部延伸。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述閥的縱向軸線平行于所述活塞的縱向軸線。根據(jù)本發(fā)明的另ー實施方式，所述閥的所述縱向軸線相對于所述活塞的所述縱向軸線成一定角度，即，所述閥的所述縱向軸線相對于所述活塞的所述縱向軸線是傾斜的。壓縮容積由旋轉(zhuǎn)對稱的活塞頂碗狀部和氣缸蓋表面限定，并且所述壓縮容積局部由所述閥的從所述氣缸蓋的所述水平面延伸的凸起底面限制，以增強燃燒。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述氣缸蓋設(shè)有至少ー個燃料噴嘴，所述至少ー個燃料噴嘴至少具有第一燃料供給孔和第二燃料供給孔，所述第一燃料供給孔相對于所述活塞的所述縱向軸線以第一角度取向，并且所述第二燃料供給孔相對于所述活塞的所述縱向軸線以第二角度取向。此外，所述第一燃料供給孔布置成沿所述閥的所述凸面的方向指引燃料射流，并且所述第二燃料供給孔布置成指引燃料射流穿過所述閥的所述凸面的方向。另外，所述閥的所述底面中的所述延伸部在該閥的中心増加厚度，這增大了所述閥盤的剛度。此外氣體流出和流入氣缸實際上不受所述盤的加強的影響。另外，所述閥的壽命由于以下事實而更長，即，在所述閥減小到最小厚度之前，在所述閥的中心區(qū)域中存在待燒掉的更多材料。


在下文中，將參照附隨的示例性示意圖來描述本發(fā)明，其中圖I示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的活塞式發(fā)動機的氣缸的一部分；圖2示出了從氣缸的上方看到的氣缸中的活塞的頂部， 圖3示出了本發(fā)明的另ー實施方式，以及圖4示出了本發(fā)明的又一個實施方式。
具體實施例方式圖I示意地示出了活塞式發(fā)動機的一部分。示出有組件,該組件包括氣缸12、氣缸蓋16以及布置在氣缸12中的活塞14。氣缸蓋16設(shè)置有至少ー個進氣閥18和至少ー個排氣閥20，但是典型地在氣缸蓋16中每種閥都布置有兩個。活塞14布置成在活塞式發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間在氣缸12中往復(fù)運動。還存在結(jié)合氣缸蓋16布置的至少ー個燃料噴嘴22?；钊?4的頂部設(shè)置有碗狀部142?；钊械耐霠畈肯鄬τ诨钊?4和氣缸12缸徑的公共縱向中心軸線基本上旋轉(zhuǎn)對稱。活塞14布置在氣缸中并且能在氣缸的上死點(TDC)和下死點(BDC)之間移動。活塞在上死點處的位置用實線示出并且在下死點處的位置用虛線示出。由活塞14在在上死點(TDC)和下死點(BDC)之間的運動掃過的容積是排量容積Vd，并且保留在位于其上死點(TDC)處的活塞上方的容積是余隙容積V。。因此壓縮比CR等于(I+VJ/V。。活塞的碗狀部142繼而包括中間區(qū)域143和朝向活塞的外周徑向延伸的錐形區(qū)域144。錐形區(qū)域徑向包圍活塞頂?shù)闹虚g區(qū)域。錐形區(qū)域以角度α指向下，使得碗狀部的深度朝向活塞14的外周増大。錐形區(qū)域144用作閥的底面所面向的表面?；钊?4的頂部還設(shè)置有外周區(qū)域146，該外周區(qū)域146的頂面高于碗狀部的底部。在本文中，術(shù)語“較高”和“向下”等是指相對于縱向中心軸線12’的位置。現(xiàn)在，閥18、20中的每個均設(shè)置有包括有延伸部181、201的底面，該延伸部從由閥邊緣182的棱邊形成的平面朝向與閥桿相反的方向延伸。實際上這意味著朝向活塞14的頂部向下延伸。在圖I中，延伸部形成凸面181、201，該凸面布置成面向活塞碗狀部的連續(xù)頂面。凸面的實際形狀可以根據(jù)具體應(yīng)用而變化。根據(jù)有利的實施方式，活塞碗狀部142是旋轉(zhuǎn)對稱且連續(xù)的，即，連續(xù)旋轉(zhuǎn)對稱。實際上這意味著碗狀部142表面布置成不包括像獨特的閥套的任何基本上不連續(xù)部位。換言之，碗狀部142表面布置成不存在基本上不連續(xù)部位。碗狀部的頂面是連續(xù)的，這尤其意味著沒有用于閥的專用空腔(例如，閥套)，但是碗狀部的形狀還起用于閥的所需空間的作用。
在該組件中，碗狀部的連續(xù)表面和閥的向下延伸表面181的組合使得可以將活塞布置成在上死點位置總體上更接近氣缸蓋16。延伸部181、201布置成使得在該組件中這些延伸部裝配在氣缸蓋16和活塞14的碗狀部之間的空間內(nèi)。因此余隙容積V。保留得較小。同吋，組件提供光滑活塞表面以便維持燃燒室的合適流動特性。較小的余隙容積V。増大了壓縮比。這還使得可以維持較高壓縮比，且具有通過稍微打開閥提供掃氣操作的可能性，而沒有閥撞擊活塞頂?shù)娘L(fēng)險并且不使用閥套。由于在燃燒室中形成氣體的基本上無阻礙的漩渦，這還為有效燃燒提供了有利的環(huán)境。
因此由該組件獲得的組合效果提供增強的燃料燃燒以及發(fā)動機的更高效率，在該組件中，活塞碗狀部142和閥布置成彼此合作，其中，活塞碗狀部142具有中間區(qū)域143和錐形區(qū)域144，該錐形區(qū)域朝向活塞的外周以角度α徑向延伸，使得碗狀部的深度朝向活塞14的外周増大，并且閥設(shè)置有包括延伸部181、201的底面，該延伸部從由閥邊緣182的棱邊形成的平面朝向與閥桿相反的方向延伸。應(yīng)該理解，角度α描述了活塞頂?shù)腻F形區(qū)域144的總體取向，并且角度通常不是恒定的。閥的延伸部181、201可以由與閥相同的材料構(gòu)成。該延伸部可以是實心結(jié)構(gòu)或者它可以包括內(nèi)部的空腔，使得延伸部和閥盤形成中空結(jié)構(gòu)?？涨豢梢蕴畛溆刑囟ㄎ镔|(zhì)以對閥的熱和/或強度特性有影響。在圖2中，示出從氣缸12上方看到的該氣缸中的活塞14的頂部。而且活塞上方的閥18、20 (虛線)在圖2中被繪出。燃料噴嘴22設(shè)置有燃料噴射孔24。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，存在設(shè)置在燃料噴嘴中的至少兩組孔24. 1、24.2。每組孔中的實際孔數(shù)可以變化。第一組噴射孔24. I基本上指向由閥覆蓋的區(qū)域之外的扇區(qū)D1。換言之，第一組噴射孔24. I指向為使得燃料射流基本上在兩個相鄰閥之間穿過。第二組噴射孔24. 2基本上指向由閥覆蓋的區(qū)域之內(nèi)的扇區(qū)D2。換言之，第二組噴射孔24. 2被指向為使得燃料射流基本上在閥的延伸部181、201下方通過。第一組和第二組噴射孔優(yōu)選地被相對于氣缸12和活塞14的縱向軸線12’以不同角度取向。在圖3中，示出有本發(fā)明的另ー實施方式，其中閥18的延伸部181的截面和活塞碗狀部142凸面閥的連續(xù)頂面的截面形成具有彼此對應(yīng)的形狀的相反表面。而且在該實施方式中，碗狀部142的頂面是旋轉(zhuǎn)對稱的。這里，可以使活塞顯著接近氣缸蓋，從而提供相當(dāng)小的余隙容積V。。從圖3還可見，閥18的向下延伸表面181在活塞的外周區(qū)域146的頂面下面延伸ー距離17。在圖4中，示出有本發(fā)明的又ー實施方式。在該實施方式中，閥相對于氣缸12和活塞14的縱向軸線12’傾斜。活塞的中間區(qū)域143高于其外周區(qū)域，并且氣缸蓋相應(yīng)地形成有較高的中間區(qū)域。燃料噴嘴22布置到氣缸蓋的中間區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，閥的凸面181、201相對于閥的中心軸線18’、20’旋
轉(zhuǎn)對稱。雖然已經(jīng)通過示例結(jié)合目前被認(rèn)為是最優(yōu)選的實施方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的實施方式，而是g在涵蓋其特征的各種組合或修改、以及被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)若干其它應(yīng)用，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。當(dāng)與上述任何實施方式結(jié)合提及的細(xì)節(jié)與另ー實施方式的結(jié)合是可行的時，可以采用這種結(jié)合。
權(quán)利要求
1.ー種內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，所述內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件包括至少ー個氣缸(12)并包括氣缸蓋(16)以及活塞(14)，所述氣缸蓋與所述氣缸關(guān)聯(lián)布置并且設(shè)置有至少ー個進氣閥(18)和至少ー個排氣閥(20)，所述活塞能在其上死點(TDC)和下死點(BDC)之間移動地布置在所述氣缸中，其中，碗狀部(142)布置在所述活塞(14)的頂部上且設(shè)置有關(guān)于所述活塞的縱向中心軸線(12’)旋轉(zhuǎn)對稱的頂面，所述碗狀部(142)包括中間區(qū)域(143)和大致錐形區(qū)域(144)，所述錐形區(qū)域朝向所述活塞的外周區(qū)域徑向延伸，使得所述碗狀部的深度朝向所述活塞(14)的所述外周區(qū)域増大，并且所述外周區(qū)域的頂面高于所述碗狀部的底部，所述內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件的特征在于，每個閥均設(shè)置有底面，所述底面包括延伸部(181、201)，所述延伸部從由閥盤邊緣(182)的棱邊形成的平面朝向與閥桿相反的方向延イ申，使得在所述組件中所述延伸部(181、201)裝配到所述氣缸蓋(16)與所述活塞(14)的所述碗狀部的所述旋轉(zhuǎn)對稱的頂面之間的空間中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，其特征在于，所述閥設(shè)置有具有凸面(181、201)的所述底面，使得所述凸面布置成面向活塞頂?shù)乃鲥F形區(qū)域的旋轉(zhuǎn)對稱活塞(14)頂面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，其特征在于，所述閥的所述底面與所述活塞(14)的頂部在活塞頂?shù)乃鲥F形區(qū)域處的形狀相符。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，其特征在于，所述活塞碗狀部的表面在每個徑向位置均具有旋轉(zhuǎn)對稱的深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，其特征在于，所述閥(18)的所述延伸部(181)在所述活塞的所述外周區(qū)域(146)的所述頂面下方延伸ー距離(17)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，其特征在于，所述閥的面向所述活塞(14)的所述底面布置成在該閥的關(guān)閉位置處從所述氣缸蓋(16)的水平面朝向該活塞(14)的頂部延伸。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，其特征在于，所述閥的縱向軸線平行于所述活塞(14)的所述縱向軸線。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，其特征在于，所述閥的縱向軸線相對于所述活塞(14)的所述縱向軸線傾斜。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，其特征在于，所述氣缸的壓縮容積由所述連續(xù)旋轉(zhuǎn)對稱的活塞頂碗狀部和所述氣缸蓋(16)表面限定，并且所述壓縮容積局部由所述閥的從所述氣缸蓋(16)的水平面延伸的凸起底面限制，以增強燃燒。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機組件，其特征在于，所述氣缸蓋(16)設(shè)置有至少ー個燃料噴嘴(22)，所述至少ー個燃料噴嘴至少具有第一燃料供給孔(24. I)和第二燃料供給孔(24. 2)，并且所述第一燃料供給孔相對于所述活塞(14)的所述縱向軸線以第一角度取向，并且所述第二燃料供給孔相對于所述活塞(14)的所述縱向軸線以第二角度取向，并且所述第一燃料供給孔布置成沿所述閥的所述凸面的方向指引燃料射流，并且所述第二燃料供給孔布置成指引燃料射流穿過所述閥的所述凸面的方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及活塞式發(fā)動機，所述活塞式發(fā)動機包括至少一個氣缸(12)、氣缸蓋(16)以及活塞(14)，所述氣缸蓋與所述氣缸結(jié)合且設(shè)置有至少一個進氣閥(18)和至少一個排氣閥(20)，所述活塞在所述氣缸中可動地布置在其上死點(TDC)和下死點(BDC)之間，其中，所述活塞(14)設(shè)置有碗狀部(142)，所述碗狀部設(shè)置有關(guān)于所述活塞的縱向軸線的旋轉(zhuǎn)對稱的頂面。所述碗狀部(142)包括中間區(qū)域(143)和徑向在所述中間區(qū)域之后的錐形區(qū)域(144)，所述錐形區(qū)域以一定角度(α)朝向所述活塞的外周徑向延伸，使得所述碗狀部的深度朝向所述活塞(14)的所述外周增大，并且所述閥設(shè)置有包括延伸部(181、201)的底面，所述延伸部從由閥邊緣(182)的棱邊形成的平面朝向與閥桿相反的方向延伸。
文檔編號F01L3/20GK102667093SQ201080056832
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者H·妮娜斯, H·林塔-托萊拉, P·庫拉, 哈里·薩爾斯 申請人:瓦錫蘭芬蘭有限公司