CN101918691A - 用于直接喷射增压式内燃机的燃烧室 - Google Patents
用于直接喷射增压式内燃机的燃烧室 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于内燃机尤其是用于柴油发动机的活塞(3),该活塞包括活塞体部,所述活塞体部在侧向上被裙部限定并能与气缸的壁配合,该气缸具有回转轴线C,其中活塞(3)能沿该轴线C滑动,所述活塞(3)包括横向面,该横向面包括中心凸头(321)、周向环(322)和碗状部(323),该碗状部具有回转轴线B并从中心凸头(321)朝周向环(322)延伸,以便在厚度为Ep的唇状部(3220)处连接到周向环(322)上,所述碗状部(323)包括基本与唇状部(3220)垂直对准的圆环面(3230),该圆环面的剖面优选为圆顶形并具有最大半径Rt,它能将在唇状部(323a)之下在凹入区域R中喷射的燃料引向中心凸头(321),其特征在于,该凸头的位于碗状部(323)的回转轴线B上的顶点上升到一高度,该高度处在周向环的高度之下并与之相距距离Dt,该距离Dt在4.8mm和5.5mm之间,优选基本等于5.4mm。
Description
技术领域
本发明总体上涉及内燃机,尤其是压燃式内燃机。
背景技术
对机动车辆制造商所提出的排放标准变得越来越严格,标准的每个改变都导致相当大的技术改进以及更多和/或更复杂的排放控制装置的使用,所述排放控制装置被证明价格昂贵。
未来的标准尤其是促使制造商减少氮氧化物和颗粒物的废气排放水平,特别是以便不会过快地堵塞颗粒物过滤器,但制造商同时希望增加或至少保持发动机性能水平和驾驶性。
为增加发动机的排放控制而一般采取的解决方案例如包括依靠先进的后处理装置如颗粒物过滤器,或者修改废气再循环(本领域中将其称为“EGR”)技术规格,但这对发动机效率有不利的影响。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种改进的燃烧室,该燃烧室能显著地减少氮氧化物和颗粒物的废气排放量。
本发明的一个目的是用于内燃机尤其是用于柴油发动机的活塞,该活塞包括活塞体部,该活塞体部在侧向上由裙部限定并能与气缸的壁配合,该气缸具有回转轴线C,其中活塞能沿该轴线C滑动,所述活塞包括横向面,该横向面包括中心凸头、周向冠状环和具有回转轴线B的碗状部,所述碗状部从中心凸头朝向冠状环延伸,并在唇状部处连接到该冠状环上,所述唇状部具有厚度Ep,所述碗状部包括基本与唇状部垂直对准的圆环面,该圆环面的剖面优选地为半圆顶形并具有最大半径为Rt,该圆环面能将在唇状部之下在凹入区域R中喷射的燃料引向中心凸头,特别之处在于,该凸头的位于碗状部的回转轴线B上的顶点(最高点)上升到这样的高度,即,该高度处于周向冠状环的高度下方并与之相距距离Dt,该距离Dt在4.8mm和5.5mm之间,优选基本等于5.4mm。
使用本发明的活塞尤其能实现下列优点:
-后处理系统不必制造得更复杂且更昂贵;
-减少了氮氧化物的排放,从而可遵守排放控制标准。
按照某些特定的实施例,该活塞具有下列特征中的一项或多项:
-中心凸头朝向圆环面倾斜一角度A,该角度A从碗状部的回转轴线B沿几何方向测得为在62.5°和65°之间,优选基本等于64.6°;
-该碗状部在气缸内居中,该碗状部的回转轴线B与气缸的回转轴线C重合;
-唇状部的厚度Ep在3mm和4.2mm之间,优选基本等于3.8mm;
-圆环面的最大曲率半径Rt在5mm和6mm之间,优选基本上等于5.2mm;
-唇状部与碗状部的回转轴线B相隔De/2的距离,该距离De在49mm和51.5mm之间,优选基本上等于50mm;
-圆环面与碗状部的回转轴线B相隔Db/2的距离,该距离Db在52.5mm和56mm之间,优选基本上等于54mm;
-冠状环的端部相对于碗状部的回转轴线B的距离De/2与圆环面的端部相对于碗状部的回轴B的距离Db/2之间的差值基本上等于2mm;
-碗状部的最大深度P在13mm和14.5mm之间,优选基本等于14mm。
本发明的另一个目的是为在氮氧化物和颗粒物的排放方面严格的排放控制标准而设计的内燃机,更准确地说,是包括至少一个本发明的活塞的柴油型发动机。
这种柴油型内燃机具有气缸,该气缸具有回转轴线C,该气缸的上端用气缸盖封闭,该气缸盖设有用于与活塞的横向面一起限定燃烧室的下侧,该活塞的碗状部定中心于回转轴线B,该回转轴线B与上述回转轴线C重合,所述发动机包括通到气缸盖下侧的能通过进气阀封闭的至少一个进气道和能通过排气阀封闭的至少一个排气道,还包括预热器插塞和燃料喷射器,该燃料喷射器的末端(尖端)基本在回转轴线C处通到燃烧室中。
附图说明
本发明的其它特征和优点从下面参照附图作为整体非限制性示例给出的实施例的说明变得显而易见,在附图中:
-图1是本发明的内燃机的局部示意剖视图;
-图2是在包含活塞碗的回转轴线的平面上的局部剖视图,其中示出进气口侧的本发明的活塞的冠状部分的细部图。
具体实施方式
图1示出内燃机100,该内燃机100特别用于柴油发动机,它包括至少一个气缸1、气缸盖2和活塞3,所述气缸1具有回转轴线C。
在说明书的其余部分中,该回转轴线C将认为是向上朝向气缸盖2取向。另外,称为“侧向”的距离代表在垂直于气缸1的回转轴线C的平面中延伸的距离。
活塞3安装在气缸1中以便能沿该气缸的回转轴线C滑动,并具有活塞体部,该活塞体部用于接纳一销,以便将活塞连接到传动连杆的小头上,所述体部在侧向上由活塞裙部31界定,该活塞裙部31平行于气缸的回转轴线C延伸并与该气缸1的内壁配合。该活塞还包括横向面32,该横向面32-与气缸盖2的底侧20一起-有助于界定气缸1的燃烧室。
新鲜空气或新鲜空气与再循环废气的混合气通过至少一个进气道5进入燃烧室中,该进气道5形成在气缸盖2中并且能通过至少一个进气阀50关闭。
所引入的空气-燃料混合物的燃烧残留物通过至少一个排气道6除去,该排气道6形成在气缸盖2中并且能通过至少一个排气阀60关闭。
气缸盖2中装配有预热器插塞4,该预热器插塞的端部通入燃烧室中,以使该预热器插塞能在冷起动期间加热该空气-燃料混合物。
燃料喷射器7装配在气缸盖2中,并基本上沿气缸1的回转轴线C通入燃烧室中。
如图2所示-该图以轴向平面上的局部剖视图详细示出本发明的活塞3的上部,横向面32包括中心凸头321、周向冠状环322和具有回转轴线B的环形凹腔或碗状部323,该回转轴线B与气缸的回转轴线C重合,所述碗状部323从中心凸头321向与该中心凸头连接的周向冠状环322延伸。
作为可供选择的方案,碗状部323可以在气缸1中偏置,从而气缸1的回转轴线C与碗状部323的回转轴线B能相互偏置一距离,该距离优选小于一基本等于3mm的数值。
周向冠状环322在侧向上从活塞3的裙部31朝向碗状部323的回转轴线B延伸至一形成唇状部3220的端部,碗状部323在该唇状部3220的下方具有圆环面3230,该圆环面的轮廓为半圆顶形,该半圆顶形的最大曲率半径Rt在5mm和6mm之间,优选基本等于5.2mm。
唇状部3220与碗状部323回转轴线B相距De/2的距离,所述距离De在49mm和51.5mm之间,优选地基本等于50mm。
圆环面3230与碗状部323的回转轴线B相距Db/2的距离,所述距离Db在52.5mm和56mm之间,优选地基本等于54mm。
喷射器7选择性地以射流的形式喷射燃料,该射流流向圆环面3230的邻近唇状部3220的底部边缘-也称为凹入边缘R-的上部区域,以便通过在圆环面3230的壁上滚动来改善对从该凹入边缘R朝向碗状部底部的燃料射流的引导-此处在活塞3上升时存在氧气,由此减少烟雾并能使气体朝向中心凸头321循环。
优选地,凹入边缘R保持为使得冠状环的端部相对于碗状部323的回转轴线B的距离De/2与圆环面的端部相对于碗状部323的回转轴线B的距离Db/2之差基本等于2mm。
优选地,唇状部3220的与周向冠状环322的凹入边缘R的距离相对应的厚度Ep在3mm和4.2mm之间,优选地基本等于3.8mm。
碗状部323的最大深度P在13mm和14.5mm之间,优选基本等于14mm。比值Db/P使碗状部323具有相当大的宽度,该宽度可供在全负荷状况下有效地利用空气,从而即使在低的涡流比下也有可能达到高的比特性,由此限制了由喷射器7所发射的射流重叠的危险。
这种凹入边缘R的限定与圆环面3230和最大碗状部323深度P的组合使得可改善对燃料射流的、朝向束缚在碗状部323的底部中的空气体积的引导。
中心凸头321的位于碗状部的回转轴线B上的顶点上升到这样的高度:该高度在周向冠状环的高度之下并与之相距距离Dt,该距离Dt在4.8mm和5.5mm之间,优选基本等于5.4mm。与周向冠状环的顶点隔开距离Dt使得有可能限制喷向碗状部底部的燃料射流与中心凸头321且尤其是与其顶点之间的相互作用,由此能减少烟雾和未燃烧的燃料的排放。
中心凸头321的倾斜角度A当从碗状部的回转轴线B沿几何方向测量时为在62.5°至65°之间,优选地基本等于64.6°。
使中心凸头321以角度A如此倾斜能将在碗状部323的底部处燃烧形成的炭烟抽向中心凸头321,以用于改善后氧化作用,从而导致烟雾减少。
与装备有适合现行欧洲4号排放控制标准的活塞的内燃机相比,装备有结合了上述特征的活塞的内燃机100被证明在使用时特别有利。可通过具有下列附加特征的发动机100进行测试:孔径为84mm,压缩比约为15,在下止点Nd/N处的涡流的水平约为2。
实际上发现,在部分负荷状况下和针对相同的颗粒物排放水平,该发动机100排放的氮氧化物大约少15%。
对于涡轮机TAVT之前的恒定功率和温度,在4000rpm和满负荷下,烟雾的量更低,且烟度指度减少的值基本等于0.5fsn。
Claims (10)
1.一种用于内燃机的活塞(3),尤其是用于柴油发动机的活塞,包括活塞体部,该活塞体部在侧向上由裙部(31)界定并能与气缸(1)的壁配合,该气缸具有回转轴线C,其中,该活塞(3)能沿该轴线C滑动,所述活塞(3)包括横向面(32),该横向面包括中心凸头(321)、周向冠状环(322)和碗状部(323),该碗状部(323)具有回转轴线B,该碗状部从中心凸头(321)朝向周向冠状环(322)延伸,以便在唇状部(3220)处连接到冠状环(322)上,该唇状部(3220)具有厚度Ep,所述碗状部(323)包括基本与唇状部(3220)垂直对齐的圆环面(3230),所述圆环面(3230)的轮廓优选为半圆顶形并具有最大曲率半径Rt,该圆环面能将在唇状部(3220)下方在凹入区域R处喷射的燃料引向中心凸头(321),其特征在于,该凸头的位于碗状部(323)的回转轴线B上的顶点达到这样的高度:该高度处于周向冠状环的高度下方并与之相距距离Dt,所述距离Dt在4.8mm和5.5mm之间,优选基本等于5.4mm。
2.如权利要求1所述用于内燃机的活塞(3),其特征在于,中心凸头朝向圆环面(323)倾斜一角度A,该角度A从碗状部的回转轴线B沿几何方向测得为在62.5°和65°之间,优选基本等于64.6°。
3.如前述权利要求之一所述的活塞(3),其特征在于,碗状部(323)在气缸内居中,该碗状部(323)的回转轴线B与气缸(1)的回转轴线C重合。
4.如前述权利要求之一所述的活塞(3),其特征在于,唇状部(3220)的厚度Ep在3mm和4.2mm之间,优选基本等于3.8mm。
5.如前述权利要求之一所述的活塞(3),其特征在于,圆环面(3230)的最大曲率半径Rt在5mm和6mm之间,优选基本等于5.2mm。
6.如前述权利要求之一所述的活塞(3),其特征在于,唇状部(3220)与碗状部(323)的回转轴线B相距距离De/2,该距离De在49mm和51.5mm之间,优选基本等于50mm。
7.如前述权利要求之一所述的活塞(3),其特征在于,圆环面(3230)与碗状部(323)的回转轴线B相距距离Db/2,该距离Db在52.5mm和56mm之间,优选基本等于54mm。
8.如前述权利要求之一所述的活塞(3),其特征在于,冠状环的端部相对于碗状部(323)的回转轴线B的距离De/2和圆环面的端部相对于碗状部(323)的回转轴线B的距离Db/2之间的差值基本等于2mm。
9.如前述权利要求之一所述的活塞(3),其特征在于,碗状部(323)的最大深度P在13mm和14.5mm之间,优选基本等于14mm。
10.一种柴油型内燃机(100),其特征在于,它包括至少一个如前述权利要求之一所述的活塞(3)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130306 Termination date: 20181215 |
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