CN108457766A - 具有阶梯式碗状部的柴油机活塞 - Google Patents

Abstract

一种用于柴油发动机的活塞，该活塞包括活塞体，该活塞体具有大致平坦的冠部和从该冠部延伸的裙部。阶梯式燃烧碗状部凹入该冠部中，且包括相对于该冠部凹入的外部碗状部和相对于该外部碗状部凹入的内部碗状部。

Description

具有阶梯式碗状部的柴油机活塞

技术领域

本发明涉及一种具有用于改善排放的阶梯式碗状部的柴油机活塞。

背景技术

本节提供涉及本发明的背景信息，并不一定构成现有技术。

在有关柴油发动机领域中已知的是：政府制定的排放物法规要求对发动机设计加以改进，以便减少排放物以满足或胜过这些规定。例如，增强型空气系统设计可提供较高的冷却EGR(废气再循环)速率，因而减少了NO_x排放物，同时增强型燃料喷射系统可减少不可避免的较高碳烟排放物(这源自使用较高的EGR速率)。同样，组合的碳烟和NO_x排放物后处理系统的可减少来自柴油发动机的排放物。然而，废气后处理系统可能是昂贵的且因此并非是用于实现排放物减少的最期望的装置。

相反，燃烧系统设计中的改进能够减少排放物，同时使得对昂贵的和未经检验的柴油机废气后处理系统的需求最小化。另外，柴油机燃烧系统的燃料经济性、废气排放物和性能受到发动机活塞的设计以及燃料喷射和空气处理设备(例如，涡轮增压器、EGR系统等)的选择的很大影响。因此，对柴油发动机活塞设计的改进可有利地导致排放物水平降低，且无需显著地增加成本。

发明内容

本节提供本发明的一般性内容，而不是它的全部范围或它的所有特征的全面公开。

本发明提供一种改进的柴油发动机燃烧碗状部设计，这允许增强汽缸中可获得的燃烧产物与过量空气的混合，同时减少了碳烟和NO_x排放物。更具体地，本发明提供一种具有改进的阶梯式碗状部设计的活塞。该改进的阶梯式碗状部设计导致减少NO_x气体的生成。本发明还实现优越的碳烟(即，颗粒物质)与NO_x排放物的权衡以及燃料消耗与NO_x排放物的权衡。

根据本发明，用于柴油发动机的活塞包括活塞体，该活塞体具有大致平坦的冠部和从该冠部延伸的裙部。阶梯式燃烧碗状部凹入该冠部中并包括相对于该冠部凹入的外部碗状部以及相对于该外部碗状部凹入的内部碗状部。

从在此提供的说明，应用的其它领域将变得显而易见。发明内容中的描述和具体实例仅仅旨在示出目的且并不意于限制本发明的范围。

附图说明

在此描述的附图仅仅旨在对所选择的实施例的示出目的，而并非所有可能的实施方式，且并不意于限制本发明的范围。

图1时具有在发动机的汽缸缸膛之内设置的阶梯式燃烧碗状部的活塞的剖视图；

图2是具有根据本发明的原理的阶梯式燃烧碗状部的活塞的透视图；以及

图3是具有根据本发明的原理的阶梯式燃烧碗状部的活塞的剖视图。

在所有的附图中，对应的附图标记都指代相应的部件。

具体实施方式

现参考附图将更全面地描述实例性实施例。提供了实例性实施例以使得本发明是详尽的，且将向本领域技术人员充分地传达该范围。提出了大量具体细节，例如具体部件、设备和方法的实例，以提供对本发明的实施例的详尽理解。本领域技术人员将理解的是，并不需要采用具体细节，实例性实施例可实施为许多不同的形式，而且不应当视作为限制本发明的范围。在一些实例性实施例中，已知的过程、已知的设备结构和已知的技术并未详细描述。

本文使用的术语仅仅旨在描述特定实例性实施例的目的，且并不意于限制。如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“该”也可能意于包括多数形式，除非上下文中有另外明确地指示。术语“包括(comprises)”、“”“包含”和“具有”是包含性的且因此明确说明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除这些特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组中的一个或多个的存在或附加。在此描述的方法步骤、过程和操作不应解释为必需按照所讨论或示出的特定顺序进行，除非特别指出按照顺序进行。还可以理解的是，可采用附加的或可选的步骤。

当元件或层被称作为“在另一元件或层之上”、“接合至”、“连接至”或“耦接至”另一元件或层，它可以直接的位于其它元件或层之上、接合、连接或耦接至其它元件或层，或者可存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接地在另一元件或层之上”、“直接地连接至”或“直接地耦接至”另一元件或层时，不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其他用语应当以同样的方式进行解释(例如，“位于……之间”对“直接地位于……之间”，“邻近于”对“直接地邻近于”等)。如在此使用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。

空间相关术语，例如“内部”、“外部”、“在……之下”、“在……下面”、“低于”、“在……上面”、“高于”等类似术语，在此用于容易地表述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。空间相对术语可以意于包括除了图中描绘的方位之外的使用或操作中的设备的不同方位。例如，倘若将图中装置翻转时，则描述为“在其它元件或特征下面”或“在其它元件或特征下方”将定位成“在其它元件或特征上面”。因而，实例性术语“在……下面”可包含“在……上面”和“在……下面”的两个定向。装置可以另外得以定向(旋转90度或者处于其它方位)，并且在此使用的空间相对描述语言应得以相应地解释。

首先参考附图的图1，附图标记10通常指示包括汽缸12的柴油发动机，该汽缸具有闭合的上端部14。活塞16沿着中心轴线18在汽缸12中可往复运动。活塞16通常具有中心位于轴线18上的圆柱形形状，且包括冠部20、具有活塞环槽的环带22和从环带22轴向延伸的裙部24。冠部20具有大致平坦的上边缘26，该上边缘从侧壁27向内延伸并通常限定活塞16的顶部。阶梯式圆形燃烧碗状部28凹入冠部边缘26之内的冠部20中并以中心轴线18为中心。

参考图2和图3，阶梯式圆形燃烧碗状部28包括外部碗状部28A和内部碗状部28B。外部碗状部28A从冠部20以大致恒定的阶梯深度D凹入，且包括圆形外部壁30，该圆形外部壁相对于冠部20径向向内呈角α。深度D可以为1mm与4mm之间。角α可以为90°与135°之间。外部碗状部外部碗状部28A包括从外部壁30向内径向延伸的底部表面32。内部碗状部28B相对于外部碗状部28A的底部表面32凹入，并具有弓状环形外部壁34，该弓状环形外部壁从上部边缘36向外径向弯曲并向内径向地过渡有具有半埋设的中心区域40的底部表面38。内部碗状部28B具有相对于外部碗状部28A的8mm到12mm之间的最大深度。半埋设的中心区域40相对于内部碗状部的最底部表面可升起6mm与9mm之间的距离。活塞16的冠部20还可包括多个向外径向延伸的浮凸部44。浮凸部44可等间距的间隔开，并具有侧壁46，由于浮凸部向外径向地延伸，该侧壁使得该浮凸部44变窄。从燃料喷射器(未示出)喷出的燃料从中心轴线18朝向内部碗状部28B的环形外部壁34喷出。

阶梯式碗状部设计28为轴对称的，且因此，只需示出中心轴线18的右侧和左侧的碗状部36的配置，以示出阶梯式碗状部设计28的形状。可通过绕着中心轴线18将图1的剖视图旋转360度来获取阶梯式燃烧碗状部28的三维配置。

阶梯式燃烧碗状部28的改进设计通过提供汽缸中可获得的燃烧产物与过量空气的增强混合来实现碳烟和NO_x排放物的同时减少。另外，阶梯式燃烧碗状部28实现减少碳烟和NO_x排放物的同时，还通过使用常用的燃料喷射和空气处理设备来维持或改进燃料燃烧。另外，阶梯式燃烧碗状部28可通过减少碳烟排放物来潜在地增加动力密度，因而允许实现更高的燃烧率同时还满足政府要求的碳烟排放物水平。外部碗状部28A的外部壁30限制高负载下的过量喷射贯穿。本发明的阶梯式燃烧碗状部28还有利地实现这些优点，而无需附加成本。

出于示出和描述的目的，已经提供了前述的实施例说明。它并不意图是穷举的或者限制本发明。特定实施例的各个元件或特征不必受限于该特定实施例，而是可以在其应用情形中互换的，并能应用于所选择的实施例，即使未具体示出或描述。其还可以以许多方式变化。这些变型并不被视作为脱离本发明，且所有这些修改旨在包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于柴油发动机的活塞，包括：

活塞体，所述活塞体具有大致平坦的冠部和从所述冠部延伸的裙部；以及

凹入所述冠部中的阶梯式燃烧碗状部，所述阶梯式燃烧碗状部具有相对于所述冠部凹入的外部碗状部和相对于所述外部碗状部凹入的内部碗状部。

2.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述外部碗状部具有相对于所述冠部呈角度的环形外部壁。

3.根据权利要求2所述的活塞，其中，所述外部碗状部的环形外部壁相对于所述冠部呈90°与135°之间的角度。

4.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述外部碗状部具有大致平坦的底部表面，该底部表面相对于所述冠部具有1mm与5mm之间的深度。

5.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述内部碗状部相对于所述外部碗状部具有8mm到12mm之间的最大深度。

6.根据权利要求5所述的活塞，其中，所述内部碗状部具有半埋设的中心区域。

7.根据权利要求6所述的活塞，其中，所述半埋设的中心区域相对于所述内部碗状部的所述最大深度升起6mm与9mm之间的值。

8.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述内部碗状部具有弓状环形外部壁，所述弓状环形外部壁具有从所述外部碗状部的底部表面过渡并向外径向延伸的上部边缘。

9.根据权利要求1所述的活塞，其中，所述冠部包括从所述阶梯式燃烧碗状部延伸至所述活塞的外部边缘的多个径向延伸的浮凸部。

10.根据权利要求9所述的活塞，其中，所述浮凸部包括一对侧壁，且所述浮凸部在径向向外方向上变窄。