CN102562350A - 具有碗部的活塞 - Google Patents

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CN102562350A CN201110406529XA CN201110406529A CN102562350A CN 102562350 A CN102562350 A CN 102562350A CN 201110406529X A CN201110406529X A CN 201110406529XA CN 201110406529 A CN201110406529 A CN 201110406529A CN 102562350 A CN102562350 A CN 102562350A
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Abstract

本发明公开了一种具有碗部的活塞，根据本发明的示例性实施方式，该活塞内部形成有唇缘倾斜表面，该唇缘倾斜表面沿着中心轴线方向从活塞的上表面的边缘倾斜；其中：从唇缘倾斜表面的端部部分形成有底部边缘凹槽；所述底部边缘凹槽的凹槽内部表面具有从中心轴线沿着外部方向形成为曲线的形状；底部边缘凹槽的凹槽底部表面具有沿着下方向形成为曲线的形状；唇缘倾斜表面和所述底部边缘凹槽形成为围绕中心轴线而置于中心，从而形成碗部；并且碗部的底部表面突出来，以形成对应于中心轴线的抬升部分。因此，根据本发明的内部形成有碗部的活塞增大了该碗部中形成的火焰的使用率，并进行稳定的燃烧，且控制了燃料喷射从而增加混合率。

Description

具有碗部的活塞
与相关申请的交叉引用
本申请要求2010年12月10日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2010-0126512号的优先权及利益，上述申请的全部内容结合于此用于这种引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种内部形成有碗部的活塞，该活塞的热量损失较小，压力损失较小，燃烧效率较高，燃料消耗较低，并且燃烧冲程能够稳定地进行。
背景技术
图8显示了传统的活塞800的上部横截面视图。
燃烧室802形成在活塞800的上部侧表面中，并且其包括有碗状形状的空间，其中，燃烧室802的横截面视图的一侧在竖直的方向上具有S形斜面形状，从而形成碗部。
燃料被喷射到燃烧室内并在被压缩的情形下进行点燃，从而执行燃烧冲程并输出动力，用于处理排放气体(该排放气体是从燃烧室排放的)的后处理设备是必需的，以确保排放气体满足最近已经修订的排放气体法规。
然而，如上所述的后处理设备会增加车辆的成本，因此，用于改善排放气体质量以及减少燃料消耗的研究正持续地展开。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明已经致力于提供一种内部形成有碗部的活塞，其具有的优点在于：增加碗部中形成的火焰的空气的使用率，对于燃料的喷射角度而言进行稳定的燃烧，并且能够精确地控制燃料喷射，从而增加了和空气的混合率。
根据本发明的示例性实施方式，一种在内部形成有碗部的活塞，该活塞中形成有唇缘倾斜表面，该唇缘倾斜表面沿着中心轴线方向从活塞的上表面的边缘倾斜，其中：从所述唇缘倾斜表面的端部部分形成有底部边缘凹槽；所述底部边缘凹槽的凹槽内部表面具有从中心轴线沿着外部方向形成为曲线的形状；所述底部边缘凹槽的凹槽底部表面具有沿着下方向形成为曲线的形状；所述唇缘倾斜表面和所述底部边缘凹槽形成为围绕中心轴线而置于中心，从而形成碗部；并且所述碗部的底部表面突出，以形成对应于中心轴线的抬升部分。
所述唇缘倾斜表面具有预定长度L的平面结构，并且所述唇缘倾斜表面和所述上表面形成的角度θ大于30度。
边界突出部沿着中心轴线方向在所述唇缘倾斜表面和所述底部边缘凹槽之间突出，并且所述边界突出部的端部部分之间的距离D3除以凹槽内部表面之间的距离D2而得到的比值大于0.95。
所述凹槽底部表面形成在所述底部边缘凹槽的碗部中的最低部分处，所述凹槽底部表面和所述上表面之间形成有高度h，并且[3.14/4×(碗部的最大内径D1)^2×h/碗部容积V]大于1.5。
所述唇缘倾斜表面和上表面之间的边界部分具有圆形部分，该圆形部分具有预定的曲率半径R1。
边界突出部在所述唇缘倾斜表面和所述底部边缘凹槽之间沿着中心轴线方向突出，并且所述边界突出部的端部部分之间的距离D3除以所述唇缘倾斜表面和所述上表面相接处的边界部分之间的距离D1的值的范围是0.78至0.82。
如上所述的根据本发明的内部形成有碗部的活塞，增加了该碗部中形成的火焰的使用率，并执行了稳定的燃烧，且控制了燃料喷射从而增加混合率。
附图说明
图1是根据本发明示例性实施方式的活塞的横截面视图，该活塞内部形成有碗部。
图2是显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，燃料消耗以及排放气体的特征的视图。
图3显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，热释放率以及汽缸压力的特征的曲线。
图4显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，汽缸压力以及氮氧化物的特征的曲线。
图5是显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，燃料消耗特征(当量比)以及温度特征的视图。
图6是显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，在满负载的情形中输出、燃料消耗以及排放气体的特征的视图。
图7是显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，在部分负载的情形中排放气体以及燃料消耗的特征的视图。
图8是显示了传统活塞的形状的横截面视图。
部分附图标记说明：
具体实施方式
在下文中，将参考所附附图对本发明的示例性实施方式进行详细说明。
图1是根据本发明示例性实施方式的活塞的横截面视图，该活塞内部形成有碗部。
参考图1所示，碗部110形成在活塞100的上表面中，并且碗部110形成为围绕活塞100的中心轴线180而置于中心。
下面参考所附附图对本发明示例性实施方式中的碗部110的形状进行描述。
形成有唇缘倾斜表面140，该唇缘倾斜表面140在活塞100的上表面160中从其边缘朝向中心轴线180向下倾斜。
所述的唇缘倾斜表面140为平面，并且理想地，该唇缘倾斜表面140与上表面160之间形成的角度θ大于30度。
在附图中，唇缘倾斜表面140以40度的角度向下倾斜。圆形部分170形成在唇缘倾斜表面140和活塞100的上表面160之间的边界部分处。
底部边缘凹槽120形成在唇缘倾斜表面140的下部分处。边界突出部150形成在底部边缘凹槽120和唇缘倾斜表面140之间。边界突出部150在活塞100的中心轴线方向上突出。
凹槽底部表面135形成在底部边缘凹槽120的底部处，并且凹槽底部表面135具有在下侧凹陷的圆弧形状。
进一步地，凹槽内部表面130形成在底部边缘凹槽120的内部，并且凹槽内部表面130具有从中心轴线180沿着外部方向凹陷的圆弧形状。
底部边缘凹槽120基于中心轴线和抬升部分115而形成，该抬升部分115从所述碗部的底部表面沿着中心轴线180的方向向上倾斜。
如附图中所示，所述唇缘倾斜表面140的平的部分具有预定的长度L，并且活塞100具有预定的外直径(孔径)。
最大距离D1在唇缘倾斜表面140在活塞100的上表面160中开始形成的那两部分之间形成，最大距离D3在边界突出部150之间形成，该边界突出部150形成在唇缘倾斜表面140和底部边缘凹槽120之间的边界部分上。
最大距离D2在底部边缘凹槽120的多个凹槽内部表面130之间形成，最大高度h在底部边缘凹槽120的凹槽底部表面135和活塞100的上表面160之间形成。
进一步地，在唇缘倾斜表面140和活塞100的上表面160之间的边界部分处形成的圆形部分170具有预定的曲率半径R1。如附图中所示，上述的长度或高度具有下述的关系：孔径＞D1＞D2＞D3＞h＞L＞R1。
在本发明的示例性实施方式中，理想地是：D3/D2大于0.95，并且3.14/4×(碗部的最大内径D1)^2×h/碗部容积V大于1.5。
此外，理想地，D3/D1的范围是0.78至0.82，并且唇部倾斜表面140的倾斜角度θ大于30度。活塞100的耐用性通过圆形部分的曲率半径R1而得到提高，并且空气的使用率得到提高。
图2显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，燃料消耗以及排放气体的特征的曲线。
参考图2的左侧的图，水平轴线表示氮氧化物(NOx)的量，并且竖直轴线表示每单位输出的制动比燃料消耗(brake specific fuelconsumption，BSFC)的量。
根据本发明的活塞(100，SD)减少了制动比燃料消耗(BSFC)和氮氧化物(NOx)的量。
参考图2的右侧的图，水平轴线表示氮氧化物(NOx)的量，并且竖直轴线表示排放气体的微粒物质(烟尘)的量，其中根据本发明的活塞(SD)减少了微粒物质的量。
图3显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，热释放率以及汽缸压力的特征的曲线。
参考图3的上侧的图，水平轴线表示曲轴的旋转角度，并且竖直轴线表示热释放率。如附图中所示，根据本发明的活塞(100，SD)减少了热释放量。
参考图3的下侧的图，水平轴线表示曲轴的旋转角度，并且竖直轴线表示汽缸压力。如附图中所示，根据本发明的活塞(100，SD)的压力显示为趋向于升高。
由于根据本发明的活塞100的燃烧室的表面热释放比较低，所以具有表面减少大概10％的效果，并且通过较低的热释放而使得燃料压力增大以及节省燃料消耗。
图4显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，汽缸压力以及氮氧化物的特征的曲线。
参考图4所示，水平轴线表示曲轴的曲柄角度，并且竖直轴线表示排放气体的氮氧化物(NOx)的量和微粒物质(烟尘)的量。
如附图中所示，不难看出当使用了根据本发明示例性实施方式的活塞(SD)时，氮氧化物的量和微粒物质减少了。
图5是显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，燃料消耗特征(当量比)以及温度特征的视图。
参考图5所示，水平轴线表示燃烧温度(当量比)，并且竖直轴线表示燃料/空气混合比，并且其显示出在根据本发明的活塞中，燃烧反应可以在比传统的燃烧室更低的温度下进行。
图6是显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，在满负载的情形中输出、燃料消耗以及排放气体的特征的视图。
参考图6所示，Eu-5RB代表比较活塞，而SD160代表根据本发明的活塞100，其中竖直轴线分别表示动力、制动比燃料消耗(BSFC)的量以及烟，并且在上侧的图中显示的是满负载情形中的结果，下侧的图中显示的是1000rpm情形中的结果。
如附图中所示，在根据本发明的活塞(100，SD160)中动力较高，并且制动比燃料消耗的量以及烟趋向于减少。
图7是显示了当应用了根据本发明示例性实施方式的内部形成有碗部的活塞时，在部分负载的情形中排放气体以及燃料消耗的特征的视图。
参考图7所示，水平轴线表示活塞的种类，并且竖直轴线分别表示制动比氮氧化物(BSNOx)的量以及制动比燃料消耗(BSFC)的量，从图中可以看出，在根据本发明的活塞(100，DS160)中，制动比氮氧化物(BSNOx)的量以及制动比燃料消耗(BSFC)的量都比较低。
虽然本发明以当前的考虑被描述为上述示例性实施方式，但是应当了解的是，本发明并不应被限制于所公开的实施方式，而相反的，其意指将包括在权利要求书的精神和范围内的各种实施方式和等效替换覆盖。

Claims (6)

1.一种内部形成有碗部的活塞，该活塞中形成有唇缘倾斜表面，该唇缘倾斜表面沿着中心轴线方向从活塞的上表面的边缘倾斜，
其中：
从所述唇缘倾斜表面的端部部分形成了底部边缘凹槽；
所述底部边缘凹槽的凹槽内部表面具有从中心轴线沿着外部方向形成为曲线的形状；
所述底部边缘凹槽的凹槽底部表面具有沿着下方向形成为曲线的形状；
所述唇缘倾斜表面和所述底部边缘凹槽形成为围绕中心轴线而置于中心，从而形成碗部；并且
所述碗部的底部表面突出，以形成对应于中心轴线的抬升部分。
2.根据权利要求1所述的内部形成有碗部的活塞，其中所述唇缘倾斜表面具有预定长度L的平面结构，并且所述唇缘倾斜表面和所述上表面形成的角度θ大于30度。
3.根据权利要求1所述的内部形成有碗部的活塞，其中边界突出部沿着中心轴线方向在所述唇缘倾斜表面和所述底部边缘凹槽之间突出，并且所述边界突出部的端部部分之间的距离D3除以凹槽内部表面之间的距离D2而得到的比值大于0.95。
4.根据权利要求1所述的内部形成有碗部的活塞，其中所述凹槽底部表面形成在所述底部边缘凹槽的碗部中的最低部分处，所述凹槽底部表面和所述上表面之间形成有高度h，并且[3.14/4×(碗部的最大内直径D1)^2×h/碗部容积V]大于1.5。
5.根据权利要求1所述的内部形成有碗部的活塞，其中所述唇缘倾斜表面和所述上表面之间的边界部分具有圆形部分，该圆形部分具有预定的曲率半径R1。
6.根据权利要求1所述的内部形成有碗部的活塞，其中边界突出部在所述唇缘倾斜表面和所述底部边缘凹槽之间沿着中心轴线方向突出，并且所述边界突出部的端部部分之间的距离D3除以所述唇缘倾斜表面和所述上表面相接处的边界部分之间的距离D1而得到的值的范围是0.78至0.82。
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