CN101952567A - 热机的非对称燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机尤其是柴油机的活塞(3)，包括由裙部侧向地界定的活塞体，该活塞体能与具有回转轴线C的气缸的壁配合，该活塞(3)能在该气缸中沿所述轴线C滑动，所述活塞(3)包括前表面，该前表面包括中心凸部(321)、外围冠状环(322)和具有回转轴线B的碗部(323)，该回转轴线B从该中心凸部(321)伸向与该中心凸部在厚度为Ep的唇状部(3220)处相连的外围冠状环(322)，所述碗部(323)包括基本越过该唇状部(3220)的环面(3230)，该环面优选为半拱形轮廓并具有最大半径Rt，该环面能将喷射到该唇状部(3220)下的凹入区域R的燃料引向所述中心凸部(321)，其特征在于，该中心凸部具有分开的上斜面A1和下斜面A2，上斜面A1比下斜面A2更平缓。

Description

热机的非对称燃烧室
技术领域
本发明总体上涉及内燃机的设计，尤其是压燃式内燃机的设计。
背景技术
限制汽车制造商的排放标准越来越严格，标准的每次变化都导致限制的技术发展以及对昂贵的附加和/或更复杂的排放控制装置的使用。
今后的标准激励制造商特别减少废气排放中氮氧化物和颗粒的水平，尤其是为了不使颗粒捕集器被过快地堵塞，但是制造商同时希望提高或者至少是保持发动机的性能水平和操纵性能。
通常用以增强对发动机的排放控制的解决方案例如在于采用高级后处理设备例如颗粒捕集器，或者更改废气再循环技术规格-在本领域中其英文简称为EGR，但这对发动机效率有不利影响。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种改进的燃烧室，该燃烧室能显著减少氮氧化物和颗粒排放。
本发明的一个主题是一种用于内燃机尤其是用于柴油机的活塞，它包括侧向地(横向地)由裙部界定的体部，该体部能与具有回转轴线C的气缸的壁配合，该活塞能在该气缸中沿着所述轴线C滑动，所述活塞包括横向面，该横向面包括中心凸部、外围冠状环和具有回转轴线B的碗部，该回转轴线B从中心凸部伸向与该中心凸部在厚度为Ep的唇状部处相连的外围冠状环，所述碗部包括基本与唇状部垂直对齐的环面，该环面的轮廓优选为半拱形并具有最大半径Rt，该环面能将喷射到唇状部下的凹入区域R中的燃料引向中心凸部，尤其是，该中心凸部具有以角度A1倾斜的上斜面和以不同角度A2倾斜的下斜面，角度为A1的上斜面比角度为A2的下斜面更平缓。
本发明的活塞的使用尤其能够实现下列优点：
-后处理系统不需要做得更复杂或者更昂贵；
-氮氧化物排放物减少，从而符合排放控制标准。
根据一些特定实施例，该活塞还具有以下一个或多个特征：
-在几何方向上从碗部的回转轴线B测量，上斜面的角度A1为69°至84°，优选基本等于72°；
-在几何方向上从碗部的回转轴线B测量，下斜面的角度A2为47°至62°，优选基本等于59°；
-碗部是偏置的，该碗部的回转轴线B与气缸的回转轴线C分离并且位于与该回转轴线C间隔一段距离的位置处；
-唇状部的厚度Ep为3mm至5mm，优选基本等于4.5mm；
-唇状部位于与碗部的回转轴线B的距离为De/2的位置处，距离De为45mm至48mm，优选基本等于47mm；
-环面位于与碗部的回转轴线B的距离为Db/2的位置处，距离Db为48mm至51mm之间，优选基本等于49mm；
-冠状环的端部相对于碗部的回转轴线B的距离De/2与环面的端部相对于碗部的回转轴线B的距离Db/2之间的差值基本等于1mm；
-碗部的最大深度P为13mm至14.5mm，优选基本等于13.5mm；
-位于碗部的回转轴线B上的中心凸部的顶部上升到一高度处，该高度在外围冠状环的高度以下并与之相距距离Dt，该距离Dt为4.6mm至6.1mm，优选基本等于5.1mm。
本发明的另一主题是一种为关于氮氧化物和颗粒的严格排放控制标准而设计的内燃机，更具体地说，是柴油型内燃机，它尤其包括至少一个根据本发明的活塞。
该柴油型内燃机具有气缸，该气缸具有回转轴线C，该气缸的顶端由气缸盖封闭，该气缸盖的底面与活塞的横向面一起用于界定燃烧室，该活塞的碗部以回转轴线B为中心，所述发动机包括通向气缸盖底面的至少一个进气道和至少一个排气道，该进气道可以由进气阀关闭(切断)，该排气道可以由排气阀关闭，该发动机还包括预热塞和燃料喷射器，该燃料喷射器的末端在平行于气缸回转轴线C且与该回转轴线C间隔开的喷射器轴线I处通向燃烧室，该喷射器与喷射器轴线I之间形成15°至15.5°的角度Ai，尤其是，气缸轴线C、碗部的轴线B和喷射器轴线I是对齐的，气缸轴线C与碗部的轴线B分开的距离基本等于1.25mm，气缸的轴线C与喷射器轴线I分开的距离基本等于4mm。
附图说明
从下面对具体实施例的说明中本发明的其它特征和优点将显而易见，所述具体实施例以非限制性方式并参照附图给出，在附图中：
-图1是本发明的内燃机的局部横截面示意图；
-图2是在包含活塞碗回转轴线的平面上的局部横截面示意图，其中示出本发明的活塞的冠状部分在进气侧的详细结构。
具体实施方式
图1示出内燃机100，尤其是柴油机，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中，所述回转轴线C将被认为向上朝着气缸盖2定向。
活塞3安装在气缸1中以便能沿着该气缸的回转轴线C滑动，该活塞具有设计成容纳一用以连接活塞与传动连杆的较小端部的销的活塞体，所述活塞体在侧向由与气缸的回转轴线C平行的活塞裙部31界定，该活塞体或活塞裙部与气缸1的内壁配合。该活塞还包括横向面32，该横向面与气缸盖2的底面20一起用于界定气缸1的燃烧室。
新鲜空气或者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，该进气道形成在气缸盖2中并且可以通过至少一个进气阀50关闭。
所引入的空气-燃料混合气的燃烧剩余物通过至少一个排气道6排出，该排气道形成在气缸盖2中并且可以通过至少一个排气阀60关闭。
预热塞4安装在气缸盖2中，该预热塞的端部通向燃烧室，从而该预热塞能在冷起动期间加热空气-燃料混合气。
燃料喷射器7安装在气缸盖2中并且通向燃烧室。根据所示实施例，喷射器7安装成相对于气缸的轴线C偏置。喷射器7的末端在轴线I处开口，该轴线I称为“喷射器轴线”并平行于气缸的对称轴线C。
根据所示的实施例，在反几何方向上从喷射器轴线I测量，该喷射器7倾斜15°-15.5°的角度Ai。
图2以轴向平面上的局部横截面详细示出本发明的活塞3的顶部部分，如该图所示，横向面32包括中心凸部321、外围冠状环322和具有回转轴线B的环形腔或碗部323，该回转轴线B与气缸的回转轴线C平行并且与其间隔一些距离，从而补偿喷射器7的偏置，所述碗部323从中心凸部321朝向外围冠状环322延伸，该碗部与该外围冠状环相连。
优选地，气缸轴线C、碗部轴线B和喷射器轴线I在共同的平面中对齐，气缸轴线C与碗部轴线B分开的距离大致等于1.25mm，气缸轴线C与喷射器轴线I分开的距离大致等于4mm。
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侧向地延伸直至一端部，该端部形成唇状部3220，在唇状部3220的下方，碗部323具有外形为半拱形的环面3230，该环面的最大曲率半径Rt在4.2mm到5.8mm之间，优选基本等于4.5mm。
唇状部3220处于与碗部323的回转轴线B相距距离De/2的位置，所述距离De在45mm至48mm之间，优选基本等于47mm。
环面3230处于与碗部323的回转轴线B相距距离Db/2的位置，所述距离Db在48mm至51mm之间，优选基本等于49mm。
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之间的差值保持为基本等于1mm而被保留的。
优选地，唇状部3220的厚度Ep对应于凹部边缘R与外围冠状环322之间的距离，该距离在3mm至5mm之间，优选基本等于4.5mm。
碗部323的最大深度P在13mm至14.5mm之间，优选基本等于13.5mm。这种深度P具有在碗部323的底部截留大量空气以使其能与燃料混合的优点。
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截留在碗部323底部中的空气量的引导。
位于碗部323的回转轴线B上的中心凸部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4.6mm至6.1mm之间，优选基本等于5.1mm。该距离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。
中心凸部321具有角度A1的上斜面和不同角度A2的下斜面，上斜面的角度A1比下斜面的角度A2更平缓。
在几何方向上从碗部323的回转轴线B测量，上斜面的角度A1为69°至84°，优选基本等于72°。
在几何方向上从碗部323的回转轴线B测量，下斜面的角度A2为47°至62°，优选基本等于59°。
角度为A2的陡峭下斜面的使用使得有可能在碗部320的底部保存更多的空气，该空气然后能由具有单个斜面的中心凸部321保存。
设有组合了这些特征的活塞3的内燃机100与设有适合现有欧IV排放控制标准的活塞的内燃机相比，在使用中特别有利。使用该内燃机100进行的试验还具有下列附加特征：76mm的孔径，约15的压缩比，下止点Nd/N处的漩涡水平约为2。
实际上发现，在部分负荷工况下，发动机100排出的氮氧化物和颗粒排放减少约10％。在相同负荷工况下，还注意到未燃烧的碳氢化合物也减少约20％。
在全负荷且发动机转速高达约4000rpm时，最大功率增加约3％，在烟度极限方面，也就是说带有约3fsn的恒定排烟浓度，也即是烟指数的3倍。换句话说，在恒定最大功率下，合计的数量是烟气的减少量，烟指数减少的数值为0.5至1fsn。

Claims (12)

1.一种用于内燃机尤其是用于柴油机的活塞(3)，包括由裙部(31)横向地界定的体部，该体部能与具有回转轴线C的气缸(1)的壁配合，该活塞(3)能在该气缸中沿着该回转轴线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)，该碗部从该中心凸部(321)伸向该外围冠状环(322)，该碗部与该外围冠状环在厚度为Ep的唇状部(3220)处相连，所述碗部(323)包括基本与该唇状部(3220)垂直对齐的环面(3230)，该环面的轮廓优选为半拱形并具有最大半径Rt，该环面能将喷射到该唇状部(3220)下的凹入区域R中的燃料引向该中心凸部(321)，其特征在于，该中心凸部(321)具有上斜面和下斜面，该上斜面具有角度A1，该下斜面具有不同的角度A2，角度为A1的上斜面比角度为A2的下斜面更平缓。
2.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞(3)，其特征在于，在几何方向上从碗部(323)的回转轴线B测量，上斜面的角度A1为69°至84°，优选基本等于72°。
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，在几何方向上从碗部(323)的回转轴线B测量，下斜面的角度A2为47°至62°，优选基本等于59°。
4.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，该碗部(323)是偏置的，该碗部(323)的回转轴线B与气缸(1)的回转轴线C分离并且位于与该气缸的回转轴线C间隔一段距离的位置。
5.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为3mm至5mm，优选基本等于4.5mm。
6.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，环面(3230)的最大曲率半径Rt为4.2mm至5.8mm，优选基本等于4.5mm。
7.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，唇状部(3220)位于与碗部(323)的回转轴线B的距离为De/2的位置处，距离De在45mm至48mm之间，优选基本等于47mm。
8.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，环面(3230)位于与碗部(323)的回转轴线B的距离为Db/2的位置处，距离Db在48mm至51mm之间，优选基本等于49mm。
9.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部(323)的回转轴线B的距离De/2与环面的端部相对于碗部(323)的回转轴线B的距离Db/2之间的差值为基本等于1mm。
10.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13mm至14.5mm之间，优选基本等于13.5mm。
11.如前述权利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，位于碗部(323)的回转轴线B上的中心凸部的顶部上升到一高度，该高度在外围冠状环(320)的高度以下并与之相距距离Dt，该距离Dt在4.6mm至6.1mm之间，优选基本等于5.1mm。
12.一种柴油型内燃机(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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