CN102498279A - 用于具有egr系统的二冲程机车柴油机的活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有独特的凹腔几何结构的活塞，用于优化具有废气再循环(“EGR”)系统的二冲程机车柴油机。该活塞实现减少水平的烟和颗粒物；促进发动机气缸中的混合过程；并且提供用于减少NOX排放的较低压缩比。

Description

用于具有EGR系统的二冲程机车柴油机的活塞
相关申请的交叉引用
本申请是要求于2009年8月1日提交的题为“Exhaust GasRecirculation System for a Locomotive Two-Stroke Uniflow ScavengedDiesel Engine”的美国临时申请No.61/230698的权益的PCT专利申请，该美国临时申请的全部公开内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种机车柴油机，并且更特别地，涉及一种用于具有废气再循环系统的二冲程机车柴油机的带独特凹腔几何结构的活塞。
背景技术
本发明整体涉及一种机车柴油机，并且更特别地，涉及一种具有用于优化具有废气再循环(“EGR”)系统的二冲程机车柴油机的独特的凹腔几何结构的活塞。该活塞实现减少水平的烟和颗粒物质；促进发动机气缸中的混合过程；并且为减少NOX排放提供较低的压缩比。
图1图示了包括单向流动的二冲程柴油机系统200的机车100。如图2和3所示，机车柴油机系统200通常包括空气系统，空气系统具有涡轮增压器300，涡轮增压器300具有压缩机302和涡轮机304，用于向具有风箱308、动力总成310、排气歧管312和曲轴箱314的发动机306供应压缩空气。在一种典型的机车柴油机系统200中，涡轮增压器300通过压缩和增加输送到发动机306的空气量来增大发动机306的功率密度。
更特别地，涡轮增压器300从大气316抽吸空气，该空气使用传统的空气过滤器318过滤。过滤的空气由压缩机302压缩。压缩机302由涡轮机304提供动力，如以下将要进一步讨论的。压缩空气(或增压空气)的较大部分被输送到后冷却器320(或者被称为换热器、增压空气冷却器或中间冷却器)，在该处，增压空气被冷却到选择温度。增压空气的另一较小部分被输送到曲轴箱通风油分离器322，该曲轴箱通风油分离器322排空曲轴箱314、夹带曲轴箱气体并且在将曲轴箱气体和压缩空气的混合物释放到大气316之前过滤夹带的曲轴箱油。
来自后冷却器320的冷却增压空气经由风箱308进入发动机306。增压空气进气温度的降低向发动机提供更密集的进气充量，在改进燃料经济性的同时降低了NOX排放。风箱308是将冷却增压空气经由进气口分配到多个气缸(例如324)的单个附件。每个气缸(例如324)都由气缸盖(例如326)封闭。气缸盖(例如326)中的燃料喷射器(未示出)将燃料引入每个气缸(例如324)中，在该处，燃料与冷却增压空气混合并燃烧。每个气缸(例如324)包括将燃烧造成的合力经由连杆(例如332)传递到曲轴330的活塞(例如328)。活塞(例如328)包括活塞凹腔，该活塞凹腔有利于燃烧所需的燃料和积存气体(包括冷却增压空气)的混合。气缸盖(例如326)包括由安装在气缸盖(例如326)中的排气阀(例如334)控制的排气口，该排气口调节在燃烧过后从气缸(例如324)排出的废气的量。
柴油机的燃烧循环包括所谓的驱气过程。在驱气过程中，从风箱308的进气口到排气歧管312保持正压力梯度，使得来自风箱308的冷却增压空气为气缸(例如324)充气并清除来自之前的燃烧循环的大部分燃烧气体。更特别地，在动力总成310中的驱气过程中，冷却增压空气进入由相联的活塞(例如328)控制的气缸(例如324)的一端以及进气口。冷却增压空气与之前的循环中余下的少量燃烧气体混合。同时，大量的燃烧气体经由四个排气阀(例如334)离开气缸(例如324)的另一端，并且作为废气进入排气歧管312。这些驱气和混合过程的控制在降低排放以及获得希望水平的燃料经济性方面是有帮助的。
来自燃烧循环的废气经由排气歧管312离开发动机306。来自发动机306的废气流用于向涡轮增压器300的涡轮机304供以动力并由此向涡轮增压器300的压缩机302供以动力。在向涡轮增压器300的涡轮机304供以动力之后，废气经由排气管336或消声器释放到大气316中。
通过使一些废气反向再循环经过发动机系统可以实现排放降低。再循环的废气的主要成分包括N2、CO2和水蒸气，其通过稀释和热效应影响燃烧过程。稀释效应是由于进气中的氧浓度降低引起的，并且热效应是由于充气的比热容增加引起的。
通过柴油机释放到大气中的废气包括颗粒、氮氧化物(NOX)和其它污染物。已经有法规通过以减少可以释放到大气中的污染物量。已经实施了减少这些污染物的传统系统，但以燃料效率为代价。因此，本发明的目的是提供一种减少由柴油机释放的污染物的量而同时获得希望的燃料效率的系统。
本发明的另一目的是提供一种用于单向流动的二冲程柴油机的EGR系统，其管理前述驱气和混合过程以减少NOX，同时获得希望的燃料经济性。因此，本发明的目的是提供一种可以与EGR系统一起使用的活塞。希望的是，活塞实现减少水平的烟和颗粒物；促进发动机气缸中的混合过程；并且提供用于减少NOX排放的较低压缩比。
本发明EGR系统的各种实施方式能够超出行业中所称的环境保护局(EPA)的Tier II(40 CFR 92)和Tier III(40 CFR 1033)NOX排放要求，以及更严格的欧洲委员会(EURO)Tier IIIb NOX排放要求。这些各种排放要求通过参考引用在此并且作为本专利申请的一部分。
发明内容
本发明整体涉及一种柴油机，更具体地，涉及一种用于具有EGR系统的单向流动的二冲程机车柴油机的活塞。活塞具有独特的凹腔几何结构，其实现减少水平的烟和颗粒物；促进发动机气缸中的混合过程；并且提供用于减少NOX排放的较低压缩比。
特别地，一种活塞凹腔几何结构配置被提供用于具有废气再循环(EGR)系统的柴油机，该废气再循环(EGR)系统适于通过使废气再循环经过发动机来减少NOX排放并实现希望的燃料经济性。活塞凹腔几何结构配置包括在大约4.795英寸到大约5.045英寸之间的复曲面大直径；在大约0.595英寸到大约0.665英寸之间的复曲面小半径；在大约0.787英寸到大约0.867英寸之间的挤压面下方的复曲面下沉；在大约26度到大约34度之间的中心锥角；大约0.375英寸的冠边缘半径；在大约0.196英寸到大约0.240英寸之间的冠厚度、大约0.79英寸的中心球面半径；大约8.50英寸的活塞直径；大约1.647英寸到大约1.707英寸之间的活塞凹腔深度和大约0.305立方英寸的活塞凹腔容积，其中，活塞凹腔几何结构配置促进燃料和包括再循环废气的气体在其容积中混合，并且其中活塞凹腔容积限定大约17∶1的发动机压缩比，以限制最大燃烧压力并降低NOX排放。
以下说明用于使得本领域普通技术人员作出并使用本发明，并且在专利申请及其要求的内容中给出。本领域普通技术人员将很容易想到对在这里描述的优选实施方式和一般原理和特征的多种变型。因此，本发明不意于限制为所示的实施方式，而是要保护与这里描述的原理和特征一致的最宽的范围。
附图说明
图1是包括二冲程柴油机系统的机车的立体图。
图2是图1的二冲程柴油机系统的部分剖视立体图。
图3是图2的具有传统空气系统的二冲程柴油机的系统框图。
图4是具有EGR系统的二冲程柴油机的系统框图。
图5A是图4的二冲程柴油机的剖视图。
图5B是图4的二冲程内燃柴油机的示意性局部剖开剖视图，示出了排气阀。
图5C是图4的二冲程内燃柴油机的示意性局部剖开剖视图，示出了燃料喷射器。
图6是根据本发明的活塞的局部侧面剖视图。
图7A是根据本发明的燃料喷射器喷嘴的细节局部剖开截面侧视图。
图7B是图7A的燃料喷射器喷嘴的第一优选实施方式的截面图。
图7C是图7A的燃料喷射器喷嘴的第二优选实施方式的截面图。
图8A是根据本发明用于优化二冲程柴油机的定时图。
图8B是显示针对整个发动机循环的废气的升程和速度分布的曲线图。
图8C是根据本发明的排气凸轮轮廓的剖视图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于具有EGR系统的单向流动的二冲程机车柴油机的活塞。该活塞具有独特的凹腔几何结构，实现了减少水平的烟和颗粒物；促进发动机气缸中的混合过程；并且提供用于减少NOX排放的较低压缩比。
为了满足至少U.S.EPA Tier III排放标准，以及更严格的欧洲委员会Tier IIIb NOX排放要求，已经对图3的机车系统作出若干关键设计改变。如图4所示，显示EGR系统450，其使来自发动机406的排气歧管412的废气再循环经过发动机406、使废气与后冷却器420的冷却增压空气混合并且将其输送至风箱408。在这种EGR系统中，仅选择百分比的废气再循环并且与进气增压空气混合，以便选择性地减少污染物排放(包括NOX)，同时实现希望的燃料效率。待再循环的废气的百分比还取决于给涡轮增压器400的压缩机402供以动力所需的废气流的量。希望的是，足够的废气给涡轮增压器400的涡轮机404供以动力，使得最佳量的新鲜空气为了燃烧目的输送到发动机406。对于机车柴油机应用，希望的是，输送到风箱408的总的气体(包括来自涡轮增压器的压缩新鲜空气和再循环废气)的少于大约35％再循环。这种配置使得污染物排放(包括NOX)减少，同时实现希望的燃料效率。
可以设置流量调节装置用于调节待再循环的废气的量。在一种实施方式中，流量调节装置是如图4中所示的阀452。替代地，流量调节装置可以是正流量装置460，其中没有阀(未示出)或阀452可以用作开/关阀，如以下将更加详细讨论的。
待再循环的选择百分比的废气可以任选地过滤。过滤用于减少在再循环过程中引入发动机406中的颗粒。颗粒引入发动机406中导致加速磨损，特别是在单向流动的二冲程柴油机应用中。如果废气未被过滤并且再循环到发动机中，来自燃烧循环的未过滤的颗粒将加速发动机部件的磨损。例如，由于硬颗粒在经过进气口之后被活塞环沿着气缸套壁拖拉，单向流动的二冲程柴油机对气缸套壁刮伤特别敏感。氧化和过滤也可以用于防止其它EGR系统部件(例如冷却器458和正流量装置460)或发动机系统部件生污和磨损。在图4中，为了过滤目的提供柴油氧化催化器(DOC)454和柴油颗粒过滤器(DPF)456。DOC 454利用氧化过程来减少废气中的颗粒物(PM)、碳氢化合物和/或一氧化碳排放。DPF 456包括过滤器以减少来自废气的PM和/或煤烟。DOC/DPF配置可以适于被动地再生和氧化煤烟。虽然示出了DOC 454和DPF 456，可以使用其它可比的过滤器。
过滤的废气任选地使用冷却器458冷却。冷却器458用于降低再循环废气的温度，由此向发动机提供更密集的进气充量。再循环废气的进气温度的降低减少了NOX排放并且改进了燃料经济性。由于容易产能并容易与下游EGR系统和发动机部件兼容，与EGR系统中这一点处具有较热废气相比最好具有冷却的废气。
冷却废气流向正流量装置460，其提供必要的压力增大以克服EGR系统450本身内的压力损失并且克服排气歧管412和再循环废气的引入位置之间的逆压梯度。特别地，正流量装置460增大再循环废气的静压，使得足以引入动力总成410上游的废气。替代地，正流量装置460减小引入位置处动力总成410上游的静压，使得足以在排气歧管412和动力总成上游的引入位置之间施加正静压梯度。正流量装置460可以是罗茨鼓风机、文丘里管、叶轮、螺旋桨、涡轮增压器、泵等形式。正流量装置460可以内部地密封，使得油不污染待再循环废气。
如图4所示，在一个例子中，在风箱408(例如大约94.39英寸汞柱)到排气歧管412(例如大约85.46英寸汞柱)之间存在正压梯度，以得到必要水平的气缸驱气和混合。为了再循环废气，增加再循环废气的压力以至少匹配后冷却器排放压力以及克服通过EGR系统450的额外压降。因此，废气由正流量装置460压缩并且与来自后冷却器420的新鲜空气混合，以便减少NOX排放，同时实现希望的燃料经济性。优选的是，废气的引入以促进再循环废气与新鲜空气混合的方式执行。
作为如上所讨论的调节待再循环废气的量的阀452的替代，正流量装置460可以代替用于调节待再循环废气的量。例如，正流量装置460可以适于控制废气从发动机406、经过EGR系统450并返回到发动机406中的再循环流速。在另一例子中，阀452可以用作开/关式阀，其中，正流量装置460通过适应装置的循环速度来调节再循环流速。在这种配置中，通过改变正流量装置460的速度，可以使变化量的废气再循环。在又一例子中，正流量装置460是正排量泵(例如罗茨鼓风机)，其通过调整其速度来调节再循环流速。
提供新的涡轮增压器400，其压力比比现有技术的单向流动的二冲程柴油机涡轮增压器的压力比高。新的涡轮增压器提供更高压缩的新鲜空气充量，该新鲜空气与来自正流量装置460的再循环废气混合。考虑到新鲜空气和冷却废气的积存混合物的低氧浓度，输送到发动机406的新鲜空气与废气的这种高压混合提供燃烧所需的希望的积存氧质量。
图4的EGR系统450仅出于示意的目的示出。其它可比EGR系统可以类似地被实施，以便为了减少NOX排放的目的使废气在发动机中再循环。例如，再循环的废气可以替代地在被引导至发动机的风箱之前在后冷却器的上游引入并由此冷却。在另一实施方式中，过滤的废气可以任选地被引导至后冷却器，而不在EGR系统中增加冷却器。在又一实施方式中，还可以提供控制系统，其控制EGR系统的选择部件。在一个例子中，控制系统控制流量调节装置，以基于机车的各种操作状况适应性地调节被再循环的废气量。
为了进一步优化图4中所示的EGR系统450，若干发动机部件已经被重新设计，导致增加的燃料效率和减少的NOX排放。特别地，本发明发动机包括：(1)具有独特的凹腔几何结构的新活塞；(2)优化的燃料喷射器系统；和(3)新的排气凸轮。图5A-5C是与图4的EGR系统450一起使用的被重新设计的单向流动的二冲程柴油机的各种剖视图。
被重新设计用于与EGR系统一起使用的第一新的发动机部件是活塞。如图5A-5C所示，活塞583由活塞载体承载。活塞包括大致环形侧壁，在侧壁上具有多个凹槽。凹槽593接收多个环，以相对于气缸套的侧壁密封活塞583，如本领域中已熟知的。连杆595也可以以传统方式枢转地紧固到活塞。
新的活塞凹腔几何结构在与下面描述的燃料喷射系统配对时促进气缸中燃料和积存气体(包括进气增压空气和再循环废气)的混合。此外，活塞凹腔通过其新的独特的几何结构有助于减少烟和颗粒物的量。活塞凹腔容积、气缸、气缸盖和排气阀限定活塞上止点(TDC)处的容积优选地等于大约0.3053立方英寸，由此限定压缩比为约17∶1。较低的压缩比抵消较高的风箱压力，由此限制最大燃烧压力并降低NOX。
特别地，如图6所示，活塞凹腔683包括具有大致球形形状的中心部分。优选地，中心部分具有优选地等于大约0.79英寸的中心球面半径RC(620)。锥形部分连接到中心部分并且优选地以优选等于30度加减4度的角度(中心锥角AC(616))形成。环形复曲面邻近锥形部分形成，并且部分地通过优选地等于4.92英寸加减0.125英寸的复曲面大直径Dtm(610)和优选地等于0.63英寸加减0.035英寸的复曲面小半径Rtm(612)限定。冠边缘邻近环形复曲面形成，并且连接到侧壁的上方平的边缘面。冠边缘半径Rcr(618)优选地等于大约0.375英寸。
优选地形成环形复曲面，其中复曲面小半径Rtm(612)从在上方平的边缘面下方下沉0.827英寸加减0.04英寸的点测量。这也已知为挤压面下方的复曲面下沉并且在图6中标识为Ts(614)。
因此，新的活塞凹腔683设计包括以下：优选地等于4.92英寸加减0.125英寸的复曲面大直径Dtm(610)；优选地等于0.63英寸加减0.035英寸的复曲面小半径Rtm(612)；优选地等于0.827英寸加减0.04英寸的挤压面下方的复曲面下沉Ts(614)；优选地等于30度加减4度的中心锥角Ac(616)；优选地等于0.375英寸的冠边缘半径RCR(618)；优选地在大约0.196英寸和大约0.240英寸之间的冠厚度；优选地等于0.79英寸的中心球面半径Rc(620)；优选地等于8.50英寸的活塞直径D以及优选地等于1.677英寸加减0.03英寸的活塞凹腔深度B。相应地，复曲面大直径Dtm(610)相对于活塞直径D之比是1∶1.73；复曲面小半径Rtm(612)相对于活塞直径D之比是1∶13.49；并且活塞凹腔深度B与活塞直径D之比是1∶5.07。
活塞配置还具有大约0.305立方英寸的增大的挤压容积(和活塞凹腔容积)。另外，挤压面积优选地为大约2.827平方英寸，并且挤压高度优选地为大约0.108英寸。由于增大的挤压容积，发动机压缩比从大约18.4∶1下降到大约17∶1。较低的压缩比抵消较高的风箱压力，由此限制最大燃烧压力并降低NOX。
重新设计的活塞与在图5A和5C中以587示出的燃料喷射器系统配对。如图7A-7C中进一步的细节，燃料喷射器787具有燃料喷射器喷嘴主体788，该燃料喷射器喷嘴主体788具有六个或七个燃料喷射孔790。燃料喷射孔790具有互相相等的尺寸，并且围绕喷嘴中心线N同心地等距离间隔。每个燃料喷射孔790设置有减小直径的孔尺寸，孔直径在优选地0.0133英寸和0.0152英寸之间的范围内。燃料喷射孔的夹角A优选为150度加减4度。减小直径的孔尺寸提供减小的燃料喷射率连同增大的燃料喷射持续时间以及升高的峰值燃料喷射压力，并且用于降低在燃料燃烧过程中的NOX形成，因为其将燃料喷洒在新的活塞凹腔几何结构上以降低烟和颗粒水平。
被重新设计用于与EGR系统一起使用的下一个新的发动机部件是新的发动机排气阀定时和提升系统。特别地，图5A-5C示出了发动机的两个气缸排599A、599B，每个具有由气缸盖597封闭的多个气缸。气缸盖597包含与燃烧室连通并且通过安装在气缸盖597中的排气阀553控制的排气口。在该系统中，排气阀553调节从燃烧室排出的废气的量。排气阀打开和关闭的定时、升程和速度被控制，以便获得希望的NOX排放水平和希望水平的气缸驱气和混合。
如图5A和5B所示，排气阀553通过驱动诸如摇臂582的相联阀致动机构的凸轮轴的排气凸轮580机械地致动。特别地，图5A示出二冲程柴油机的剖视图，示出了由排气凸轮580致动的两个排气阀553。排气凸轮580通常包括确定排气阀致动的升程、定时和速度的选择形状。为了打开排气阀553，排气凸轮580的凸角接合定位在摇臂582上的滚子584。一旦凸轮凸角经由滚子584接合摇臂582，摇臂582接合阀桥585，其导致邻近弹簧压缩并导致排气阀553打开。排气凸轮580控制排气阀打开和关闭的定时、升程和速度，以便获得希望的NOX排放水平和希望水平的气缸驱气和混合。
被重新设计用于与上述EGR一起使用的发动机部件的操作详细示出在图8A的发动机定时图表中。特别地，发动机定时图表图示被重新设计的发动机部件对EGR系统的影响。如图所示，燃烧发生在活塞TDC处或附近。到气缸中的燃料喷射在TDC附近开始并且在TDC之后结束，特定定时取决于机车操作状况。例如，在满负荷处，燃料喷射定时在TDC之前大约7度处开始，并且在TDC之后大约13度处结束。气缸气体的膨胀在TDC处开始并且继续直到排气阀打开。排气阀在经过TDC大约79度处打开。直到经过TDC大约108度，排气阀如将相对于图8B进一步详细说明那样以慢的恒速打开。在经过TDC大约108度和125度之间，由于气缸压力高于排气压力，废气离开气缸。进气口在经过TDC大约125度处打开，在此时气缸压力一般高于风箱压力。气缸压力导致大多数废气流过排气阀，同时一些废气可以流入风箱中。当气缸压力达到风箱压力时，从进气口到排气阀的正压梯度由此使气缸充有来自风箱的冷却增压空气(和再循环废气)并且清除来自之前循环的大多数废气。冷却增压空气(和再循环废气)与之前循环剩余的少量废气混合。在驱气过程中的峰值阀升程出现在经过TDC大约177度处的下止点附近，在此处压缩开始。冷却增压空气(和再循环废气)继续进入气缸，直到进气口在经过TDC大约235度处关闭。当排气阀关闭时，废气和冷却增压空气(和再循环废气)被压缩，并且驱气继续直到在TDC之后大约261度。重要的是要注意，在经过DTC大约248度时，排气阀几乎关闭。气缸压缩继续直到TDC，在该处附近，燃烧循环再次开始。
新的活塞凹腔(图6中所示)和进气口的几何结构促进气缸中燃料和被捕集气体(包括冷却增压空气和再循环废气)的混合。活塞凹腔容积、气缸、气缸盖和排气阀在TDC处限定容积，由此限定大约16.7至大约17.5的压缩比。如上所讨论的，较低的压缩比抵消较高的风箱压力，由此限制最大燃烧压力并降低NOX。
如上所讨论的，阀通过凸轮轴的排气凸轮机械地致动。由于所有排气阀事件的定时和升程都由凸轮确定，提供用于排气阀的新的凸轮凸角配置以根据新的EGR系统获得外部EGR。阀致动的定时和升程部分地取决于凸轮的哪个部分(即，凸轮角)在给定时间点接合滚子。阀打开和关闭的定时和升程对于获得希望的NOX排放水平和希望水平的气缸驱气和混合是重要的。当凸轮转动到TDC之后大约177度时，凸轮的排气轮廓具有峰值滚子升程，如图8A-8C所示。阀随着凸轮转动到TDC之后大约261度而关闭。由于排气阀在较长时间段保持打开，与图3的系统相比，这提供较长时间段用于气缸驱气。
特别地，图8B和8C还示出凸轮角和排气阀升程之间的相关性。此外，由于凸轮的选择形状，凸轮的陡度对应于阀打开和关闭的速度。如图8C所示，凸轮通常包括基圈和凸轮轮廓凸角。当基圈接合摇臂滚子时，阀关闭。一旦凸轮转动使得凸轮轮廓凸角并且特别是凸角的倾斜部分接合滚子，排气阀开始提升。虽然基圈是圆形的，凸角是椭圆形。因此，随着凸轮的接合摇臂的部分的角度和陡度改变，阀打开的速度相应地改变。
现在参照图8B和8C，当凸轮转动到79度的角度(在800处所示)时，排气阀开始打开。阀以低的恒速(在800和810之间所示)打开大约29度，直到凸轮转动到108度(在810处所示)。在阀打开和关闭过程中保持低的恒速是避免阀系统的机械失效的重要因素。当阀以高速打开和关闭时，阀和其它系统部件经受高冲击负荷，这经常导致机械阀系统失效。相应地，打开和关闭斜面被设计成使得阀落座和阀离座的速度低。打开和/或关闭速度越低，施加在阀系系统上的阀落座和阀离座负荷越低。
当凸轮转动到大约108度时，在此时凸轮凸角的陡峭部分(或侧面)接合并提升滚子，低的恒速终止。随着凸轮从大约108度的曲柄转角转动到大约138度的曲柄转角，阀打开速度急剧增大超过10倍(在图8B中810和830之间所示)。随着滚子接近凸轮尖(nose)，阀打开速度降低。当凸轮达到大约177度(在840处所示)的转动时，其导致滚子达到其峰值升程，对应于峰值阀升程。当阀处于其峰值升程(840处)时，凸轮凸角尖接合滚子，并且阀速度返回到0英寸/度(850处所示)。随着凸轮继续转动，阀开始最初地以较高速度关闭，直到其达到大约248度。当凸轮转动到大约248度的角度(860处所示)时，在此时阀关闭速度降到恒速(870处所示)，阀几乎关闭。该低的恒速保持大约13度，直到凸轮转动到大约261度的角度，在此时，阀完全关闭(890处所示)。
本发明的各种实施方式可以应用于低压回路EGR系统和高压回路EGR系统。本发明的各种实施方式可以应用于具有各种数量气缸(例如8气缸、12气缸、16气缸、18气缸、20气缸等)的机车二冲程柴油机。除了机车应用，各种实施方式还可以应用于其它二冲程单向流动驱气的柴油机应用(例如海用)。
如上所讨论的，通过EGR系统实现了NOX减少，同时新的发动机部件在单向流动驱气的二冲程柴油机中保持希望水平的气缸驱气和混合。本发明的实施方式涉及机车柴油机，更具体地，涉及用于具有废气再循环系统的二冲程机车柴油机的活塞。上述说明给出以使本领域普通技术人员做出并使用本发明，并且给出在专利申请及其要求的内容中。本领域普通技术人员将容易地想到对这里描述的各种实施方式和通用原理和特征的变型。本发明不意于限制为所示的实施方式，而是要保护与这里描述的原理和特征一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种用于具有废气再循环(EGR)系统的柴油机的活塞凹腔几何结构配置，所述废气再循环系统能够通过使废气再循环经过发动机来减少NOX排放并实现希望的燃料经济性，所述活塞凹腔几何结构配置包括：
在大约4.795英寸到大约5.045英寸之间的复曲面大直径；
在大约0.595英寸到大约0.665英寸之间的复曲面小半径；
在大约0.787英寸到大约0.867英寸之间的挤压面下方的复曲面下沉；
在大约26度到大约34度之间的中心锥角；
大约0.375英寸的冠边缘半径；
在大约0.196英寸到大约0.240英寸之间的冠厚度；
大约0.79英寸的中心球面半径；
大约8.50英寸的活塞直径；
大约1.647英寸到大约1.707英寸之间的活塞凹腔深度；和
大约0.305立方英寸的活塞凹腔容积，其中，活塞凹腔几何结构配置促进燃料和包括再循环废气的气体在其容积中混合，并且其中活塞凹腔容积限定大约17∶1的发动机压缩比，以限制最大燃烧压力并降低NOX排放。
2.根据权利要求1所述的活塞凹腔几何结构，其中，所述活塞凹腔容积限定挤压容积。
3.根据权利要求1所述的活塞凹腔几何结构，还包括大约2.827平方英寸的挤压面积。
4.根据权利要求1所述的活塞凹腔几何结构，还包括大约0.108英寸的挤压高度。
5.根据权利要求1所述的活塞凹腔几何结构，其中，所述复曲面大直径为大约4.92英寸。
6.根据权利要求1所述的活塞凹腔几何结构，其中，所述复曲面小半径为大约0.63英寸。
7.根据权利要求1所述的活塞凹腔几何结构，其中，挤压面下方的复曲面下沉为大约0.827英寸。
8.根据权利要求1所述的活塞凹腔几何结构，其中，所述中心锥角为大约30度。
9.根据权利要求1所述的活塞凹腔几何结构，其中，所述活塞凹腔深度为大约1.677英寸。
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