用于內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸的活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活塞。更具體地，本發(fā)明涉及一種在內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸中使用的活塞，其中，該活塞的形狀減少了內(nèi)燃發(fā)動機的碳煙排放。
【背景技術(shù)】
[0002]碳煙顆?；蝾w粒物是可以在燃燒期間形成并隨后被氧化為二氧化碳(CO2)的產(chǎn)物。燃料的燃燒，即，濃的燃料/空氣混合物在高溫下的不良混合造成了大量的碳煙形成。如果所形成的碳煙顆粒可以在用于良好氧化速度的足夠高溫下用諸如氧原子、氧分子、氫氧化物等的氧化物質(zhì)匯集在一起，則更大部分的碳煙顆粒能夠被氧化。在柴油機中，該氧化過程被認為與形成過程處于相同的數(shù)量級，這意味著:凈碳煙產(chǎn)生量是碳煙的形成量與碳煙的氧化量之間的差值。因此，可以通過如下方式來影響碳煙的凈排放:首先，減少碳煙的形成，其次，增加碳煙的氧化。來自柴油機的一氧化碳排放和碳氫化合物排放通常非常低。然而，如果未燃燒的燃料結(jié)束于相對冷的區(qū)域中，其百分比可能上升。這種區(qū)域例如是靠近氣缸壁的帶有強冷卻的區(qū)域。
[0003]其中燃料被直接噴射到氣缸內(nèi)并利用氣缸內(nèi)的升高的溫度和壓力點燃的燃燒過程通常被稱為柴油機過程。當燃料在氣缸內(nèi)點燃時，氣缸內(nèi)存在的燃燒氣體經(jīng)受與燃燒燃料的湍流混合，從而形成了混合物控制的擴散火焰。氣缸內(nèi)的該燃料/氣體的燃燒導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生，它使氣缸內(nèi)的氣體膨脹并因此使活塞在氣缸內(nèi)移動。取決于多個參數(shù)(例如燃料的噴射壓力、再循環(huán)至氣缸內(nèi)的排氣量、燃料的噴射時間、以及氣缸內(nèi)主要存在的湍流)，可以獲得不同的效率和發(fā)動機排放值。
[0004]WO 2009/058055中公開了解決減少碳煙排放問題的方法，其描述了一種內(nèi)燃發(fā)動機。WO 2009/058055中的內(nèi)燃發(fā)動機包括活塞，該活塞具有在活塞的圓周方向上彼此相互間隔開的凸起。這些凸起被構(gòu)造為接收燃燒的燃料的火焰。當火焰沖擊一對凸起之間的壁時，該火焰將被朝著所述凸起引導(dǎo)，這些凸起將把火焰朝著氣缸的中心往回引導(dǎo)。由此，可以通過火焰的再循環(huán)來減少碳煙的量。
[0005]盡管WO 2009/058055中描述的活塞減少了碳煙排放，但仍需進一步改進，例如，為該活塞所在的內(nèi)燃發(fā)動機提供更高程度的燃燒效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有這種形狀和功能的活塞，當使用時，該活塞進一步減少了來自內(nèi)燃發(fā)動機的碳煙排放。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸的活塞，該活塞包括:活塞冠，該活塞冠包括由面向上的空腔形成的活塞碗；該活塞碗包括具有中心頂點的底部部分、從該頂點向下延伸的內(nèi)側(cè)部分、以及側(cè)面部分，該側(cè)面部分將所述內(nèi)側(cè)部分與活塞冠的上表面相連，其中，該側(cè)面部分形成有朝著所述頂點突出的相互間隔開的凸脊，并且其中，在該側(cè)面部分的將該側(cè)面部分與活塞冠的上表面相連的上端處，該側(cè)面部分具有至少一個凹部。
[0008]本發(fā)明基于以下思路:在點火期間，在內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸中，在所述至少一個凹部下方?jīng)_擊所述側(cè)面部分的火焰將不僅被朝著所述凸脊引導(dǎo)，而且還將在向上方向上被朝著氣缸套引導(dǎo)。通過在活塞冠中提供凹部，被朝著氣缸套引導(dǎo)的火焰的大部分將變成朝著氣缸蓋引導(dǎo)并因此被朝著氣缸的中心往回引導(dǎo)。本發(fā)明的優(yōu)點至少是:為設(shè)有該活塞的內(nèi)燃發(fā)動機提供了碳煙排放的減少，因為所述凸脊和凹部的組合增加了被朝著氣缸中心往回引導(dǎo)的火焰的量。而且，通過提供根據(jù)本發(fā)明的凹部，允許噴霧軸線角(即，噴霧被噴射到氣缸內(nèi)的角度)的減小，下文將對此進一步描述。噴霧軸線角的減小提供了氣缸中的燃燒室的改進的燃燒過程，因為更大量的火焰將被朝著所述凸脊引導(dǎo)并由此被朝著氣缸的中心引導(dǎo)，這減少了火焰的動能損失。所述凹部也將火焰的向上部分朝著氣缸的中心引導(dǎo)。
[0009]本發(fā)明涉及被構(gòu)造成布置在內(nèi)燃發(fā)動機中的活塞，其在工作期間沒有或僅具有低的旋流效應(yīng)。內(nèi)燃發(fā)動機中的旋流比是圍繞燃燒室旋轉(zhuǎn)的空氣的切向速度除以發(fā)動機轉(zhuǎn)速的比值。因此，旋流比是從氣缸蓋的進氣口進入發(fā)動機氣缸的空氣的切向移動的量度。本發(fā)明的旋流比低于0.7，這被認為是低旋流。
[0010]術(shù)語“上表面”應(yīng)理解為活塞的如下表面:當活塞布置在內(nèi)燃機的氣缸中時，該表面面向氣缸蓋，因此是活塞的最靠近氣缸蓋的部分。類似地，術(shù)語“向上面向”應(yīng)理解為當活塞安裝在氣缸中時面向氣缸蓋。因此，術(shù)語“上”和“向上”對應(yīng)于當活塞位于氣缸中時離開發(fā)動機曲軸的方向。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述凸脊和凹部可以沿所述側(cè)面部分的圓周方向交替地形成。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述至少一個凹部可以定位成與離其最近的凸脊處于相同的距離。
[0013]由此，這些凸脊相對于所述至少一個凹部對稱地布置。因此，火焰將沖擊所述側(cè)面部分，并且不僅被引導(dǎo)至所述凹部，而且被朝著每個鄰近的凸脊引導(dǎo)。由于所述至少一個凹部和相應(yīng)的凸脊之間的相同距離，火焰將在大約相同的時間點到達每個鄰近的凸脊。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述側(cè)面部分可以在截面中具有凹形曲線形狀。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述至少一個凹部可以關(guān)于在活塞冠的軸向和徑向方向上延伸的相應(yīng)平面對稱地形成，該幾何平面在圓周方向上在所述凹部的中心處穿過所述凹部。
[0015]在沒有旋流效應(yīng)或具有低旋流效應(yīng)的氣缸中，火焰將與所述側(cè)面部分基本垂直地沖擊所述側(cè)面部分。具有對稱凹部的一個優(yōu)點是:可以控制火焰，使得該火焰在收容于所述凹部中之后被朝著氣缸的中心引導(dǎo)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，每個凸脊可以關(guān)于在所述活塞冠的軸向和徑向方向上延伸的相應(yīng)平面對稱地形成，該幾何平面在圓周方向上在所述凸脊的中心處穿過所述凸脊。
[0017]一個優(yōu)點是，被朝著所述凸脊引導(dǎo)的一部分火焰在火焰到達凸脊時，也將與引導(dǎo)至所述凹部中的一部分火焰一樣被朝著氣缸的中心引導(dǎo)。
[0018]通過控制火焰使得在沖擊所述側(cè)面部分之后大部分火焰被提供至氣缸的中心，改善了燃燒過程，即，提高了內(nèi)燃發(fā)動機的效率。而且，如上所述，由于該火焰被離開活塞環(huán)朝著氣缸的中心提供，碳煙排放將減少，并且，對例如活塞環(huán)造成污染的風(fēng)險將減小。另外，通過根據(jù)上文所述地控制火焰，可以更佳地執(zhí)行該燃燒過程，其相對于在循環(huán)中“過遲”執(zhí)行的燃燒(該“過遲”執(zhí)行的燃燒降低了熱力效率)是有益的。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述凸脊中的至少一個可以延伸到所述內(nèi)側(cè)部分的至少一部分中。由此，所述凸脊可以設(shè)計得足夠大，以將火焰朝著氣缸的中心引導(dǎo)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述凸脊中的至少一個可以從上表面朝著內(nèi)側(cè)部分延伸。
[0021]因此，在設(shè)計所述凸脊時存在靈活性，所述凸脊可以根據(jù)例如活塞和/或氣缸(活塞被構(gòu)造成設(shè)置在該氣缸內(nèi))的尺寸和構(gòu)造而被不同地設(shè)計。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述凹部中的每一個可以具有水平座部分和豎直壁部分，其中，該水平座部分經(jīng)由半徑部連接到該豎直壁部分。根據(jù)示例性實施例，該豎直壁部分可以約為活塞深度的15-30%，并且該水平座部分可以具有在以下范圍內(nèi)的長度:從豎直壁部分的一倍長度最高至豎直壁部分的兩倍長度。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種內(nèi)燃發(fā)動機，其包括氣缸和根據(jù)上述實施例中的任一個的活塞。
[0024]此第二方面的效果和特征很大程度上類似于關(guān)于本發(fā)明的第一方面所述的那些效果和特征。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該內(nèi)燃發(fā)動機是低旋流內(nèi)燃發(fā)動機。
[0026]當研宄所附權(quán)利要求和以下描述時，本發(fā)明的其他特征及其優(yōu)點將變得很明顯。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明的不同特征可以相互組合，以形成除了下文描述的實施例以外的實施例。
【附圖說明】
[0027]通過以下對本發(fā)明示例性實施例的示例性且非限制性的詳細描述，將更好地理解本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點，其中:
[0028]圖1示出了當布置在發(fā)動機的氣缸內(nèi)時、活塞的示例性實施例的側(cè)視圖；
[0029]圖2詳細示出了圖1中的活塞的一部分；
[0030]圖3示出了圖1和2中的實施例的俯視圖，其中示出了燃燒期間的火焰；
[0031]圖4示出了發(fā)動機燃燒期間的、圖1-3中的實施例的側(cè)視圖的一部分；并且
[0032]圖5示出了本發(fā)明的活塞的示例性實施例的透視圖。
【具體實施方式】
[0033]現(xiàn)在，將在下文中參照附圖來更全面地描述本發(fā)明，這些附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施