CN101952566A - 内燃机的燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机特别是柴油机的活塞(3)，包括由裙部(31)侧向界定并能与具有回转轴线C的气缸(1)的壁配合的体部，活塞(3)能在该气缸中沿回转轴线C滑动，所述活塞(3)包括横向面(32)，该横向面包括中心凸部(321)、外围冠状环(322)和具有回转轴线B的碗部(323)，所述碗部从中心凸部(321)延伸到外围冠状环(322)，该碗部在厚度为Ep的唇状部(3220)处与该外围冠状环相接，所述碗部(323)包括与唇状部(3220)基本垂直对齐、轮廓上优选为半拱形并且最大半径为Rt的环面(3230)，该环面能朝向中心凸部(321)引导在唇状部(3220)下的凹入区域R中喷射的燃料，其特征在于，中心凸部(321)的顶部具有以碗部(323)的回转轴线B为中心且宽度Lt为0-5mm，优选基本等于2.5mm的平坦区域。

Description

内燃机的燃烧室
技术领域
本发明总体上涉及内燃机的设计，特别是压燃式内燃机的设计。
背景技术
汽车制造商面临这样的问题，即，提高发动机的运行性能而同时确保发动机满足日益严格的排放标准，排放标准的每次改变都会导致技术的重大发展以及附加和/或更复杂的排放控制装置的使用，这种使用会带来费用的增加并且可能带来性能水平的下降。
制造商正寻求增大小型发动机的运行性能，所述小型发动机具有日益增大的高功率系数，尤其是通过恢复双增压以便在宽的发动机速度范围上使进入发动机燃烧室的空气的量增加。
这种类型的发动机必须以这种方式发展，即，在发展高功率系数的同时尽可能排放最少量的污染物。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种改进的用于内燃机的燃烧室，该燃烧室可以显著地降低排放尾气中的氮氧化物和颗粒的水平。
本发明的一个主题是一种用于内燃机特别是柴油机的活塞，包括由裙部侧向地(横向地)界定的主体，该主体能与具有回转轴线C的气缸的壁配合，该活塞能在该气缸中沿着该轴线C滑动，所述活塞包括横向端面，所述横向端面包括中心凸部、外围冠状环和具有回转轴线B的碗部，该碗部从中心凸部向外围冠状环延伸，该碗部在厚度为Ep的唇状部处与该外围冠状环相接，所述碗部包括与唇状部基本垂直对齐的环面，该环面在轮廓上优选为半拱形、具有最大半径Rt并且能引导在唇状部下方在凹入区域R中喷射的燃料燃油朝向中心凸部，特别在于，该中心凸部的顶部具有以碗部的回转轴线B为中心的平坦区域(弄平的区域)，该平坦区域的宽度Lt在0mm至5mm之间，优选基本等于2.5mm。
使用根据本发明的活塞特别地可以得到如下益处：
-后处理系统不必做得更复杂和更昂贵；
-氮氧化物排放减少，从而符合尾气排放控制标准。
根据一些具体的实施例可以看出，所述活塞具有如下一个或多个特征：
-中心凸部的位于碗部的回转轴线B上的顶部升高到一高度，该高度为低于外围冠状环，并与之相距5.4mm到7mm的距离Dt；
-中心凸部以角度A向环面倾斜，从碗部的回转轴线B在几何方向上进行测量，所述角度A在29.5°至34.5°之间；
-碗部位于气缸的中心，碗部的回转轴线B与气缸的回转轴线C重合；
-环面的最大曲率半径Rt在5mm至7mm之间；
-唇状部与碗部的回转轴线B相距距离De/2，所述距离De在49.5mm至52mm之间；
-环面与碗部的回转轴线B相距距离Db/2，所述距离Db在53.5mm至55.5mm之间；
-所述冠状环的端部到碗部的回转轴线B的距离De/2与环面的端部到碗部的回转轴线B的距离Db/2之间的差值在1.5mm至3.5mm之间；
-碗部的最大深度P在14.3mm至15.5mm之间。
本发明另一主题是一种内燃机，其针对关于氮氧化物和颗粒排放的严格的排放控制标准而设计，更准确地说，是一种包括至少一个根据本发明的活塞的柴油机类型的发动机。
这种柴油机类型的内燃机包括具有回转轴线C的气缸，该气缸的上端部被气缸盖封闭，该气缸盖的底面与活塞的横向端面一起限定出一燃烧室，该活塞的碗部以回转轴线B为中心，该回转轴线B与轴线C重合，所述发动机包括通向气缸盖的底面的至少一个进气道和至少一个排气道，所述进气道能够通过进气阀关闭，所述排气道能够通过排气阀被关闭，所述发动机还包括预热塞和燃料喷射器，所述喷射器的顶端基本上沿着气缸的回转轴线C通向燃烧室。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从下面对实施例的描述中显而易见，所述实施例参照附图以非限定性方式给出，在附图中：
图1是根据本发明的内燃机的局部截面示意图；
图2是在包含活塞碗的回转轴线的平面上的局部截面图，其中示出入口侧的根据本发明的活塞冠状部分的细节。
具体实施方式
图1示出内燃机100，特别地是柴油机，它包括至少一个具有回转轴线C的气缸1，气缸盖2和活塞3。
在本说明书的其余部分，所述回转轴线C被认为向上朝着气缸盖2定向。
所述活塞3安装在气缸1中以便能沿着气缸的回转轴线C滑动，该活塞具有活塞体，该活塞体设计成接收一销以使活塞与驱动连杆的较小端部连接，所述活塞体由活塞裙部31在侧向界定并且与气缸1的内壁相配合，所述活塞裙部31平行于气缸回转轴线C延伸。该活塞还包括横向面32，该横向面与气缸盖2的底面20一起用于限定出气缸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进入到燃烧室内，该进气道5形成在气缸盖2中并且可以通过至少一个进气阀50关闭。
所引入的空气燃料混合气燃烧的残余物通过至少一个排气道6排出，该排气道6形成在气缸盖2中并且可以被至少一个排气阀60关闭。
气缸盖2中装配有预热塞4，该预热塞的端部通向燃烧室，以便能在冷起动期间加热所述空气燃料混合气。
燃料喷射器7装配在气缸盖2中，并且基本上沿气缸1的回转轴线C通向燃烧室。
图2以在轴平面上的局部剖视图详细显示了根据本发明的活塞3的上部部分，如该图所示出的，横向面32包括一中心凸部321、一外围冠状环322以及一具有回转轴线B的环状腔或碗部323，所述回转轴线B与气缸的回转轴线C重合，所述碗部323从中心凸部321朝向外围冠状环322延伸，该碗部323连接该外围冠状环322。
作为一种替代方案，碗部323可以在气缸1中偏置(偏心)，由此气缸1的回转轴线C与碗部323的回转轴线B可以相互偏移一距离，该距离优选短于一基本等于3mm的值。
外围冠状环322从活塞3的裙部31朝向碗部323的回转轴线B横向地延伸直至一端部，该端部形成厚度为Ep的唇状部3220，该厚度与外围冠状环322的凹部(凹入部分)R的距离相对应，在该唇状部下方，碗部323具有一轮廓为半拱形的环面3230，该环面的最大曲率半径Rt在5mm至7mm之间。
唇状部3220的位置与碗部323的回转轴线B相距距离De/2，其中距离De在49.5mm至52mm之间。
环面3230的位置与碗部323的回转轴线B相距距离Db/2，其中距离Db在53.5mm至55.5mm之间。
喷射器7设计成选择性地以射流的形式喷射燃料，该射流被引入环面3230的靠近唇状部3220的底部边缘-也是凹部边缘R-的上部区域，由此通过沿着环面3230的壁朝向碗部的底部滚动(翻滚，卷绕)来改进燃料射流从该凹部边缘R向碗部的底部的引导-当活塞3进行上升行程时该碗部的底部可以出现氧气，从而降低烟雾，并且使得气体可以朝着中心凸部321循环。
优选地，凹部边缘R是通过将冠状环的端部到碗部323的回转轴线B的距离De/2和环面的端部到碗部323的回转轴线B的距离Db/2之间的差值保持在1.5mm至3.5mm之间而被保留的。
碗部323以厚度为Ep的唇状部3220为边界，该厚度对应于外围冠状环322的凹部边缘R的距离。
碗部323的最大深度P在14.3mm至15.5mm之间。
比值Db/P使得碗部323具有显著的宽度，该宽度允许在全负荷下对空气进行有效利用，从而能够实现高的比特性。
将凹部边缘R的这种设计与环面3230以及与最大碗部323深度P进行结合，可以改进燃料射流的朝向束缚在碗部323底部中的空气量的引导。
中心凸部321的顶部具有平坦区域，该平坦区域以碗部的回转轴线B为中心并且具有宽度Lt，该宽度在0mm至5mm之间，优选基本上等于2.5mm。中心凸部321的顶部升到这样的高度，该高度比外围冠状环322的高度低距离Dt，该距离Dt在5.4mm至7mm之间。中心凸部321的顶部的削平以及与外围冠状环320的顶部的距离Dt使得可以限制喷向碗部底部的燃料射流与喷向中心凸部321特别是它的顶部的燃料射流之间的相互作用，因此可以降低烟尘和未燃烧燃料的排放。
以这种方式削平中心凸部321的顶部还使得该中心凸部321可以以角度A逐渐地向环面3230倾斜。从碗部323的回转轴线B在几何方向上测量，倾斜角度A在29.5°至34.5°之间。因此，这对燃烧运动的垂直分量有利，所述燃烧运动否则在碗部323的宽度上将具有主要在水平方向上被引导的倾向。
使中心凸部321像这样以角度A倾斜将允许在碗部323底部燃烧生成的炭烟被抽向中心凸部321，以此改进导致烟尘减少的后氧化。
与不含双增压装置的内燃机相比，设有双增压装置和结合了上述特征的活塞3的内燃机100在使用时特别有利。
实际上已经发现，这种改进的内燃机100使得功率系数可以提高约25％，同时保持相同的污染物排放水平。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的活塞(3)，该内燃机尤其是柴油机，该活塞包括由裙部(31)侧向地界定的体部，该体部能够与具有回转轴线C的气缸(1)的壁配合，活塞(3)能在气缸中沿该回转轴线C滑动，所述活塞(3)包括横向面(32)，该横向面包括中心凸部(321)、外围冠状环(322)和具有回转轴线B的碗部(323)，所述碗部从中心凸部(321)朝向外围冠状环(322)延伸，该碗部在厚度为Ep的唇状部(3220)处连接到该外围冠状环，所述碗部(323)包括与唇状部(3220)基本垂直对齐的环面(3230)，该环面优选具有半拱形轮廓，该环面的最大半径为Rt并且能将在唇状部(3220)下的凹入区域R中喷射的燃料引向中心凸部(321)，其特征在于，该中心凸部(321)的顶部具有平坦区域，该平坦区域以碗部(323)的回转轴线B为中心，并且该平坦区域的宽度Lt在0mm至5mm之间，优选基本等于2.5mm。
2.如权利要求1所述的活塞(3)，其特征在于，该中心凸部的位于碗部(323)的回转轴线B上的顶部上升到一高度，该高度在外围冠状环之下的5.4mm到7mm的距离Dt处。
3.如权利要求1或2所述的用于内燃机的活塞(3)，其特征在于，所述中心凸部以角度A向所述环面(3230)倾斜，从碗部(323)的回转轴线B在几何方向上测量，该角度A在29.5°至34.5°之间。
4.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，所述碗部(323)位于气缸的中心，该碗部(323)的回转轴线B与气缸(1)的回转轴线C重合。
5.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，所述环面(3230)的最大曲率半径Rt在5mm至7mm之间。
6.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，所述唇状部(3220)与所述碗部(323)的回转轴线B隔开距离De/2，其中距离De在49.5mm至52mm之间。
7.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，所述环面(3230)与所述碗部(323)的回转轴线B隔开距离Db/2，其中距离Db在53.5mm至55.5mm之间。
8.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，所述冠状环的端部到碗部(323)的回转轴线B的距离De/2与所述环面的端部到碗部(323)的回转轴线B的距离Db/2之间的差值在1.5mm至3.5mm之间。
9.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，碗部(323)的最大深度P在14.3mm至15.5mm之间。
10.一种柴油机类型的内燃机(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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