CN108474290B - 内燃机装置及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于包括气缸(2)的内燃机装置中的活塞(5)的活塞冠(3),所述活塞冠(3)具有适于面向所述气缸(2)中的燃烧室(7)的活塞碗表面(6),其中,所述活塞碗表面包括:周向边缘部分(34)、连接到所述周向边缘部分(34)并被所述周向边缘部分(34)包围的底板部(31)、位于所述周向边缘内部分中的多个周向间隔开的突出部(331)、位于两个相邻突出部之间的至少一个喷射冲击部分。所述喷射冲击部分包括反射表面(330),所述反射表面被限定为使得所述反射表面(330)的每个可能的法线被朝着所述活塞的中心轴线(A)引导,并且与所述中心轴线(A)形成恒定角度±10°范围内的角度(β'),其中,所述恒定角度是至少50°。
Description
技术领域
本发明涉及活塞冠,所述活塞冠用于包括气缸的内燃机装置中的活塞,所述活塞冠具有适于面对所述气缸中的燃烧室的活塞碗表面,其中所述活塞碗表面包括:周向边缘部分、连接到所述周向边缘部分并被所述周向边缘部分包围的底板部、位于所述周向边缘部分中的多个周向间隔开的突出部和位于两个相邻突出部之间的至少一个喷射冲击部分。
本发明可以被应用在所有类型车辆的内燃机装置中,尤其是在柴油发动机中。这样,本发明可以应用在用于重型车辆诸如货车或卡车、建筑设备车辆、船舶或小汽车的内燃机中。
背景技术
在内燃机装置的领域,虽然自然也会对一氧化碳排放和碳氢化合物排放进行考虑考虑,但大量工作用于实现残余产物(特别是烟灰颗粒和氮氧化物排放)令人满意的有效燃烧。
燃料被直接喷射到气缸中并且被气缸中增大的温度和压力点燃的燃烧过程通常称为燃烧过程。当燃料在气缸中被点燃时,气缸中存在的燃烧气体与燃烧的燃料的湍流发生混合,使得形成受混合物控制的扩散火焰。气缸中的燃料/气体混合物的燃烧生成热量,这导致气缸中的气体膨胀,因此导致活塞在气缸中移动。根据参数的数目,诸如燃料的喷射压力、重新循环到气缸的排气量、燃料的喷射时间和气缸中存在的湍流,获得不同的发动机效率和排放值。
燃烧期间烟灰颗粒的产生是复杂的过程,其中烟灰颗粒量是形成的烟灰与被氧化的烟灰之间的净差。一般地,用未充分混合并且处在高度下的富燃料的燃料/空气混合物进行燃烧产生大量烟灰形成物。然而,如果可以促进烟灰氧化,则可以抵消烟灰颗粒的形成。
在燃烧期间,氮氧化物(NOx)在具有强的温度依赖性的热过程中由空气中的氮含量形成,并且尤其取决于加热的体积的大小和过程的持续时间。
此外,特别是,如果未燃烧的燃料在燃烧室的相对冷的区域中结束,诸如靠近气缸壁或位于活塞和气缸衬里之间的腔中,则可能出现一氧化碳排放(CO)和碳氢化合物排放(HC)。
为了控制并且特别是减少内燃机中的燃烧过程的排放,已经提出使用朝向燃烧室的活塞碗表面的形状。所述活塞碗表面是气缸中的往复活塞的活塞冠的一部分。为此,所述活塞碗表面可以被设计成影响燃烧室内侧的各种参数诸如火焰传播、混合能量、动能分布和/或旋涡。一般地,已经期望减少燃烧室中停滞区域的出现。
对于某些应用,已经提出使用包括用于影响燃烧室内侧条件的周向布置突出部或脊部的活塞冠。
例如,WO 2011/101154描述一种被布置用于内燃机气缸中的往复移动的活塞,其中,在火焰羽流冲击区域之间的半途中并且在与所述往复移动垂直的平面中,布置有突出到燃烧室中的突出部或脊部。
US 8499735描述另一活塞,其中,在喷雾/火焰羽流冲击区域之间并且在与往复活塞移动大体垂直的平面中,布置有第一类型的突出部,所述突出部突出到燃烧室中,具有光滑形状,用于保存火焰中的动能和用于在最小火焰间相互作用的情况下重新引导周向火焰主要朝向活塞的中心轴线行进。此外,第二类型的突出部被布置在冲击区域中,其适于重新引导火焰朝向周向火焰行进方向。
需要进一步提高内燃机装置中的燃烧过程的控制,或提供有用的替选方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种满足上述需要的活塞冠。通过根据本发明的实施例的活塞冠来实现目的。提供一种用于内燃机布置中的活塞的活塞冠,所述活塞冠具有适于面向所述气缸中的燃烧室的活塞碗表面,其中所述活塞碗表面包括:周向边缘部分、连接到所述周向边缘部分并被所述周向边缘部分包围的底板部、在周向边缘内部分中的多个周向间隔开的突出部和位于两个相邻突出部之间的至少一个喷射冲击部分。
喷射冲击部分包括反射表面,其被限定使得反射表面的每个可能的法线被引导为朝向活塞的中心轴线(A),并且其与所述中心轴线形成恒定角度±10°范围内的角度。
进一步地,恒定角度是至少50°。
如上述定义所表明的,反射表面被限定为边缘表明的一部分,其显示关于恒定角度的±10°的变化。而且,术语“表面”表明:所述反射表面应具有沿着中心轴线并且周向围绕中心轴线的至少一些延伸。
所述喷射冲击部分中的反射表面源自喷射器中的孔的喷射至少冲击到的、引起喷射被反射的表面。通过影响所述喷射被反射的方式,反射表面的形状将影响燃烧室内侧的动能的分布。
在喷射冲击部分中设置如上限定的反射表面,可以与用于沿着至少一个喷射矢量喷射喷射的喷射器一起制成在活塞冠的布置中。因此,喷射矢量将与中心轴线形成角度。反射表面应被设计成与期望的喷射矢量一致,使得反射表面的恒定角度对应于喷射矢量和中心轴线形成的角度。
在该情形中,反射表面将通常垂直于喷射矢量,导致冲击喷射被朝向喷射矢量的反方向往回反射。位于冲击在反射表面上的喷射矢量与通常反射喷射方向之间所限定的反射角度将因此近似为零。
在与被如上所述的突出部靠近的喷射冲击区域的结合中,这被认为是特别有利的。
事实上,利用内燃机布置中的这样的活塞冠,已经获得指示有利的燃料消耗性能的结果,如关于内燃机布置的压缩体积所见的。此外,这样的布置已知就烟灰排放而言是有利的。
至少50°的恒定角度表明喷射矢量可以与中心轴线形成至少50°的角度。
相应地,设想在中心轴线与喷射喷射矢量之间使用相对大的角度。在如这里描述的突出部与喷射冲击区域的组合中,这被认为是特别有利的,允许有利的燃烧条件。可选地,反射表面大体上具有假想锥形,优选正圆锥形的包络表面的一部分的形状。反射表面的上述形状表明冲击喷射可以在期望的方向上被反射。
可选地,假想锥形具有锥顶和锥底。圆锥顶点和圆锥基部位于底板部的相反侧上,其中底板部面向圆锥基部。可选地,恒定角度可以是至少60°,优选至少70°,最优选在70°和80°之间。
可选地,恒定角度可以小于85°,优选小于80°。根据实施例,反射表面可以被限定使得反射表面的每个可能的法线被朝向活塞的中心轴线指向,并且与所述中心轴线形成恒定角度±5°的范围内的角度,优选与所述中心轴线形成恒定角度±2°的范围内的角度。
如果这样的活塞冠被布置有提供与中心轴线形成所述恒定角度的喷射矢量的喷射器,这意味着限定在冲击在反射表面上的喷射矢量与通常反射喷射方向之间的反射角度将被相应地限制到5°或2°(考虑整个反射表面)。
特别地,反射表面可以被限定为:使得反射表面的每个可能的法线形成恒定角度的角度。在该情形中,与同样与中心轴线形成恒定角度的喷射矢量结合,在整个反射表面上,反射角度可以近似0°。
在第二方面中,通过一种内燃机布置来实现上述目的,所述内燃机布置包括发动机气缸、具有在面向所述气缸中的燃烧室的活塞碗表面的活塞冠,所述活塞碗表面包括:周向边缘部分、连接到所述周向边缘部分并且被所述周向边缘部分包围的底板部、在边缘部分中的多个周向间隔开的突出部、位于两个相邻突出部之间的至少一个喷射冲击部分和包括至少一个孔的喷射器,所述孔被布置成朝向所述喷射冲击部分沿着燃料喷射矢量喷射燃料。
在内燃机装置中,喷射冲击部分包括反射表面,反射表面被限定为:使得反射表面的每个可能的法线与对应喷射器孔的喷射矢量形成角度γ,如在通过中心轴线的平面中看到的,角度小于10°。
相应地,朝向反射表面喷射的喷射矢量与已经朝向反射表面冲击之后离开反射表面的喷射之间的差作为理论反射角度,其应当小于10 °。
有利地,如在通过中心轴线的平面中所见到的,反射表面的每个可能法线与对应喷射器孔的喷射矢量之间的角度小于5°,优选小于2 °。
特别地,如在通过中心轴线的平面中所见到的,反射表面的每个可能法线与对应喷射器孔的喷射矢量之间的角度可以基本为零。在该情形中,发射表面将形成锥形表面的一部分,对于所述锥形表面,所有可能的法线平行于喷射矢量。
作为替选,燃料喷射矢量与中心轴线形成喷射角度,并且恒定角度是至少2°,优选至少5°,小于喷射角度。这进而表明,燃料将被朝向喷射器孔上方的位置反射,结果,燃烧期间的燃烧火焰将与中心轴线形成稍微尖的角度,并且这可以提高内燃机布置的效率。
对于本发明的两个方面,仅考虑活塞冠或者考虑内燃机装置,可以提供以下特征。
一般地,边缘部分限定所述活塞碗表面沿着中心轴线的最高位,并且底板部限定所述活塞碗沿着中心轴线的最低位,活塞碗具有沿着所述中心轴线的作为所述最高位和所述最低位之间的差的活塞碗延伸,并且其中所述反射表面具有沿着中心轴线的反射表面延伸。
根据实施例,反射表面延伸是所述活塞碗延伸的至少10%,优选是所述活塞碗延伸的至少15%。
根据实施例,反射表面延伸在所述活塞碗延伸的15%和30%之间,优选在20%和30%之间,优选约25%。
反射表面的轴向延伸(反射表面延伸)应该优选使得至少在喷射时间段的主要部分期间喷射矢量将冲击在反射表面上。优选地,喷射矢量将在整个喷射时间段期间冲击在反射表面上。相应地,可以考虑喷射时间段和在所述喷射时间段期间活塞冠将关于喷射器孔移动的沿着中心轴线的距离,来选择反射表面的适当轴向延伸。
根据实施例,反射表面延伸在沿着中心轴线自所述活塞碗的最低位的第一距离处延伸,所述第一距离是所述活塞碗延伸的至少15%,优选是所述活塞碗延伸的至少25%,最优选至少30%。有利地,第一距离可以小于所述活塞碗延伸的50%,优选小于40%。
反射表面将进一步具有沿着边缘部分的轴向方向的延伸。沿着周向方向的延伸可以按照关于中心轴线在垂直于所述中心轴线的平面中的角度来表达。
反射表面的周向延伸应当通常被选择使得反射表面提供的区域足以让整个喷射流冲击在其上。在实施例中,反射表面可以具有在与所述轴心轴线垂直的平面中绕所述中心轴线至少5°的周向延伸。优选地,周向延伸是至少10°,最优选在10°至40°的范围中。可选地,周向延伸小于50°,优选小于40°。
在实施例中,边缘部分可以包括至少两个反射表面,更优选2至 10个反射表面,更优选4至8个,最优选5至7个。反射表面的数量可以自然地调整到喷射流的数目,即对应的喷射器的喷射器孔的数目。
在实施例中,反射表面可以绕中心轴线以均匀角间距定位。并且反射表面的位置可以自然地调整,以对应于对应的喷射器的喷射器孔的位置。在实施例中,活塞冠的反射表面是一致的。
在实施例中,至少一些突出部是一致的,优选活塞冠的所有所述突出部是一致的。
在实施例中,至少最靠近所述突出部中的至少一个的中心轴线定位的部分形成这样的表面:每个可能的法线相对于作为反射表面的所述表面形成相同角度。
有利地,活塞碗的内形状可以被设计使得反射表面与突出部平滑地结合。例如,反射表面可以被视为周向延伸带上的部分,所述周向延伸带具有轴向延伸Da,并且被布置成形成活塞碗的内轮廓的一部分,绕其圆周延伸。因此,这样的带可以被施加为形成突出部的轮廓以及突出部之间的反射表面。
突出部将从反射表面朝向中轴线A延伸至少距离Ddiff。例如,距离Ddiff可以是活塞碗表面的最大内半径的10%,有利地,至少20%。优选地,距离Ddiff可以小于活塞碗表面的最大内半径的50%。
并且,突出部将具有沿着活塞碗的圆周的延伸。所述延伸可以是至少5°,优选至少10°,最优选在10°和30°之间。
在实施例中,所述活塞碗的内周壁可以由所述突出部和反射表面组成。
可选地,活塞碗表面可以包括位于底板部和反射表面之间的凹面和位于反射表面和周向边缘部分之间的凸面。在另一方面中,本公开涉及一种包括根据上述的活塞冠的活塞。
在另一方面中,本公开涉及一种内燃机布置,其包括:发动机气缸和活塞,所述活塞被定位用于在下死点位置和上死点位置之间沿着中心轴线(A)在发动机气缸中的往复移动,其中活塞包括如上所述的活塞冠。
优选地,活塞冠被关于所述内燃机装置的喷射器布置,所述喷射器包括至少一个孔,所述孔被布置成朝向所述喷射冲击部分沿着燃料喷射矢量喷射燃料,使得反射表面的每个可能的法线与对应喷射器孔的喷射矢量形成角度,如在通过中心轴线的平面中所见的,角度小于 10°,优选小于5°,优选小于2°,最优选大体上为0°。
如上已经描述的,可以可选地使用活塞冠来实现内燃机布置,其中反射表面的法线与对应喷射器孔的喷射矢量之间的角度小于10°,优选小于5°,优选小于2°,最优选大体上为0°,其中恒定角度大于或等于50°。
在另一方面中,提供一种车辆,优选卡车,其包括具有如上所述的活塞冠的内燃机装置和/或如上所述的内燃机装置。应理解的是,本公开可以被应用到卡车中的车辆发动机以外的其他发动机,例如公共汽车、挖掘机、装载机或其他车辆中的发动机,或者海洋应用的发动机,用于提供备用电力等。
在以下描述和从属权利要求中公开本发明的进一步的优点和有利特征。
附图说明
参考附图,下文对用作示例的本发明的实施例进行更详细的描述。
在图中:
图1是发动机装置的示意性截面图,所述发动机装置包括根据本发明实施例的活塞冠的活塞;
图2a是根据本发明实施例的活塞冠的实施例的俯视图;
图2b是图2a所示活塞冠的立体图;
图3a是从穿过根据图2a所示活塞冠的横截纵向平面观看的侧视图;
图3b示出图3a所示实施例的其它特征;
图3c示出活塞冠的另一实施例,其进一步示出延伸穿过活塞冠的假想圆锥;
图4a是根据所示图2a的活塞冠的一部分的另一示意性截面图,其中,突出部处的截面与喷射冲击区域处的截面进行对比,
图4b是活塞冠的另一实施例的一部分的另一示意性截面图,其中,突出部处的截面与喷射冲击区域处的截面进行对比;
图5是根据图2a所示的活塞冠的一部分的示意性截面图;
图6是其中可以布置根据图1所示的发动机装置的车辆的示意图。
具体实施方式
图6示出一种车辆,例如卡车100,其中可以布置包括发动机装置1的发动机101,所述发动机装置1包括下述活塞冠3。
图1示意性地示出了用于内燃机的发动机装置。
所述发动机装置1包括气缸2,其中,活塞5被布置为用于沿着中心轴线A进行往复移动。所述活塞5被机械连接到发动机的曲轴4,使得所述活塞5可以在所述气缸2中在上死点位置和下死点位置之间移动。
所述气缸腔体的一端被发动机气缸头14封闭。
所述活塞5的燃烧室面向部分包括活塞冠3,其具有面向燃烧室的活塞碗表面6。
因此,在图1中,所述活塞碗表面6与所述气缸头14的内表面以及气缸2的侧壁形成燃烧室7。
在所述气缸头14中,布置有一个或多个进气端口9,所述进气端口9具有对应的进气阀10。所述气缸头中还布置有一个或多个排气端口11,所述排气端口11具有对应的排气阀12。
此外,在所述气缸头14中,布置有至少一个燃料喷射器13,燃料通过所述燃料喷射器作为燃料喷雾喷射到所述气缸2中。优选地,所述燃料以600至3000巴范围中的压力进行喷射。一般地,对于使用 EGR的发动机系统,优选为约1000至2500巴,对于未使用EGR的发动机系统,则约800至1400巴。
点燃的燃料喷雾在所述燃烧室7中形成羽流。
所述喷射器13包括至少一个、优选为多个喷射孔,用于允许加压燃料流动到所述燃烧室中。被喷射的燃料将由此向燃烧室7中提供动能,以使得燃料与其中所容纳的空气彻底混合。
所述喷射器13可以是能够喷射燃料的任何适当类型的喷射器。
优选地,所述燃料喷射器13被布置在所述气缸头的中心,使得所述燃料喷射器的几何中心轴线A与所述气缸的几何中心轴线A一致,所述气缸的几何中心轴线A也是所述活塞3的往复轴线。
有利的是,所述内燃机可以是四冲程发动机,包括多个气缸2,每个气缸设置有活塞5,其中,每个活塞5例如可以被连接到共同曲轴 4。
在图示实施例中,活塞冠3形成活塞5的一体部分。然而,也可设想将活塞冠3作为独立单元来提供,以联接到一个或多个活塞基部,从而形成完整活塞5。
图2a、2b和3更详细地示出了活塞冠3。在图1所示的发动机装置1中,面向所述燃烧室7的活塞碗表面6包括周向边缘部分34和底板部31,所述底板部31被连接到所述周向边缘部分34,并被所述周向边缘部分34包围。
如从图3a和4中可见,所述底板部31可以基本是圆顶形,其中心顶点与所述活塞3的中心轴线A一致。所述底板部31可以形成圆顶侧表面32,其从所述圆顶形状沿着周向延伸,并且其间所形成的圆顶角度是角度α的2倍。所述角度α可以有利地为60°和85°之间。在图示实施例中,所述角度α是约75°。
所述周向边缘部分34可以包括多个周向间隔的突出部331。每个突出部331从所述边缘部分34的相邻侧朝向所述活塞冠的中心轴线A 延伸,从而形成朝向所述中心轴线A的顶点。
在所示实施例中,所述边缘部分34包括总共六个突出部331,所述六个突出部围绕所述活塞冠的外周均匀分布。然而,如上文所释,可以设想其他数目的突出部331。
如图2中所示,所述边缘部分34形成与所述突出部331交替布置的反射表面330,其意在组成喷射冲击区域。因此,在所示实施例中,形成六个喷射冲击区域。
一般而言,优选地交替布置所述突出部331与反射表面330,从而得到相等数目的所述突出部331和反射表面330。
然而,所述反射表面330也可以仅被设置在形成于所述边缘34中的、可能的成对突出部331的一些之间。例如,在设置六个突出部331 的情况下,可以仅布置三个反射表面330。
可以自然地确定所述反射表面330的适当数目和位置,以对应于将与所述活塞冠结合使用的喷射器中的喷射孔330的数目和位置。
如上所述,所述反射表面330的目的是:通过朝向所述突出部进行导流,从而增强所述燃烧室中的动能分布,这意味着每个反射表面 330应位于两个这种突出部331之间。
图4a是穿过所述活塞冠3的、位于所述反射表面330处的局部截面,其更详细地示出了所述反射表面330。根据其定义,所述反射表面 330是所述边缘34的一部分,其中,形成在所述边缘表面34的所有法线N与所述中心轴线A之间的所有角度(β')位于被选恒定角度的± 10°的范围中,并且其中,所述被选恒定角度是至少50°。
如果考虑示出从喷射器孔130喷射的燃料喷雾的方向的喷射矢量 v,则这样的喷射矢量v将冲击在所述边缘部分34上。应理解的是,因为所述反射表面330的所有法线N对于所述喷射矢量v形成基本相同(±10°)的角度,从而无论沿着所述基本圆锥部分在何处发生与所述边缘部分34的冲击,则所述喷射矢量v都将以相同的方式反射。
回到图3b,其示出所述活塞碗表面6可以包括凹面337和凸面 338,所述凹面337位于所述底板部31和反射表面330之间,所述凸面338位于所述反射表面330和周向边缘部分334之间。仅通过举例方式,所述凹面337和/或凸面338可适于在适当方向上引导未冲击所述反射表面330的燃料。
图3b示出所述中心轴线A形成平面轴线之一的平面中的活塞冠的截面。其他平面轴线是径向轴线R。
从上述平面中可见,并且如图3b中示例,所述凹面337可以被设置为:使得连接所述凹面337上的两点的线条(未示出)位于所述活塞冠的外侧。另外,作为另一非限制性示例,所述凸面338可以被设置为:使得连接所述凸面338上的两点的线条(未示出)位于所述活塞冠内。
作为非限制性示例,并且如图3b中所示,所述凹面337可以位于所述反射表面330附近。而且,所述反射表面330可以位于所述凸面 338附近。
优选地,基本圆锥部分30的、沿着所述中心轴线A的延伸Da被设置为:使得经由所述孔130喷射的喷雾在整个喷射时段内冲击所述基本圆锥部分上的某处。
为此,图3c示出了这样的活塞冠实施例:其中,所述反射表面330 大体上具有假想圆锥333的包络表面332的一部分的形状,所述假想圆锥333优选为正圆锥。
如本文所述,术语“正圆锥”意于表明:所述圆锥具有圆形基部和圆锥轴线,所述圆锥轴线相对于所述基部平面以直角穿过所述基部的中心。
例如,如图3c示例中所示,所述假想圆锥333具有圆锥顶点334 和圆锥基部335,图3c示例中的圆周基部335为圆形。所述圆锥顶点 334和圆锥基部335位于所述底板部31的相反侧上,并且所述底板部 31面向所述圆锥基部335。此外,所述假想圆锥333具有圆周轴线336,所述圆周轴线从所述圆锥基部335的中心以直角朝向所述圆锥顶点334 延伸。在图3c示例中,所述圆锥轴线336与所述中心轴线A一致。
如图4a中所示,所述喷射矢量v与中心轴线A形成喷射角度β,所述喷射角度β由喷射孔130确定。所述恒定角度应被调节至所述喷射冲击角度β,使得所述恒定角度等于所述喷射冲击角度β。在该情形下,反射角度γ是形成在所述恒定角度和喷射冲击角度β之间的角度,其应相对较小,优选在±5°的范围内,最优选大体上为零。
例如,零反射角γ对应于如下情形:在所述喷雾冲击在所述活塞冠3的边缘部分24上之后,所述喷雾朝向所述喷射矢量角度被往回引导。这增强了动能的分布,并且尤其增强了所述燃烧室中的突起的效果。
图4b示出了内燃机装置1的另一实施例。在图4b中,所述燃料喷射矢量与所述中心轴线再次形成喷射角度β。然而,在图4b实施例中,所述恒定角度β'比喷射角度β小至少2°,优选小至少5°。这样,如图4b中所示,同与所述燃料喷射矢量的方向相反的方向相比,从图4b所示反射表面330反射的燃料将稍微更加倾斜向上,如图4b图中所示。
从术语“反射表面”可以得知,该区段必须具有沿着所述中心轴线A的特定轴向延伸Da和围绕所述中心轴线A的、沿着外周的特定周向延伸Dc,否则不会存在任何反射表面。
可以考虑所述内燃机的预期操作来确定这些延伸量,即,使得由所述喷射器喷射的喷雾将能够至少在喷射时段期间冲击在所述反射表面上,同时所述活塞将相对于所述喷射器移动。
因此,可以考虑喷射时段、喷射开始、在燃料喷射期间活塞关于喷射器的位置和速度来设定所述反射表面的适当的轴向延伸Da。
为此,作为非限制性示例,并使用示出这样示例的图4a,所述反射表面的轴向延伸Da可以被设置为:当所述活塞5位于其顶部位置、即上死点处时,由所述喷射器喷射的喷雾将能够冲击在所述反射表面 330的下部上,如图4a所示。在到达上死点之后,所述活塞从所述喷射器移离,并且当所述喷射器13将要停止燃料排放(例如可以被设定成在上死点之后约20-25°的曲柄角处发生所述停止)时,从喷射器13 排出的燃料的最后部分将冲击在所述反射表面330的上部上。
如本文所述,所述反射表面330的下部可以被定义为所述反射表面330的最靠近所述底板部31的部分,且沿着从底板部31到反射表面330的活塞碗表面6。类似地,所述反射表面330的上部可以被定义为所述反射表面330的、最远离所述底板部31的部分,且沿着从底板部31经过反射表面330的活塞碗表面6。
如图4a所示,所述活塞碗表面6的底板部31限定了沿着轴线A 看去时所述活塞碗表面6的最低位,并且所述边缘部分34限定了所述活塞碗表面6的最高位。所述最高位和所述最低位之间的距离被称为活塞碗延伸Dmax。
所述反射表面的轴向延伸Da可以关于所述活塞碗延伸Dmax来加以表达,并且可以是所述活塞碗延伸的至少10%。在所示实施例中,所述反射表面的轴向延伸Da约为所述活塞碗延伸Dmax的25%。
如图4a所示,所述反射表面330可以被定位成:使得在与所述活塞碗表面6的最低位相距距离D1处开始其延伸。这可以是优选的,因为所述距离D1在所述燃料喷雾将要冲击的反射表面330和所述活塞碗表面6的底板部31之间提供空间。这样的空间可能对于喷雾中形成湍流很重要。
为此,所述反射表面330可以被定位成:使得在所述活塞碗延伸 Dmax的至少15%的距离D1处开始其延伸。在所示实施例中,D1约为所述活塞碗延伸Dmax的20%。
类似地,所述反射表面330可以定位成:使得在从活塞碗表面6 的最高位相距距离D2处结束其延伸。所述距离D2可以是所述活塞碗延伸Dmax的至少10%,优选为15%和60%之间。
如图2中的示例性反射表面330之一所示,所述反射表面330可以具有围绕中心轴线(A)的周向延伸(Dc)。从与中心轴线A相垂直的平面中可见,所述周向延伸(Dc)可以表达为周向延伸角度(δ)。
所述周向延伸角度(δ)可以是至少5°,优选为至少10°,最优选在10°和40°之间,或者甚至在20°和35°之间。在所示实施例中,所述周向延伸角度(δ)是约30°。
在图2所示实施例中,所述反射表面330可以被定位为围绕所述中心轴线(A)具有均匀的角间隔。对于将被确定的反射表面330的位置,应考虑这样的区段的中心,即,所述周向延伸Dc和轴向延伸Da 的中点之间的交叉。
应理解的是,围绕所述反射表面330的中心轴线(A)的位置应被确定成对应于将与所述活塞冠使用的喷射器13的喷射孔130的位置。
在图2所示实施例中,所述反射表面330围绕所述中心轴线A以 60°间隔分布。
优选地,如图2所示,所有的反射表面330是一致的。换言之,所述反射表面330具有相同的被选角度(β'),具有相同的变化,它们具有相同的轴向延伸Da和周向延伸Dc。
此外,优选的是,所述反射表面330组成所述活塞冠的所有的冲击区域。换言之,在具有喷射器13的装置中,由所述喷射器13喷射的所有燃料喷雾将冲击在所述反射表面330上。
根据已知技术,每个突出部331形成朝向中心轴线A的顶点。已经发现,如果所述突出部331的顶点的至少一部分形成这样的表面:所述表面的法线相对于所述中心轴线A形成与反射表面330相同的被选角度,则是有利的。
如图5中所示,这将意味着:所述突出部顶点的法线将基本平行于反射表面330的法线延伸。
所述突出部331的这样的表面的轴向延伸和位置可以优选对应于所述反射表面330的轴向延伸Da和位置,或者至少与其重叠。
如图5中所示,所述突出部将从所述反射表面朝向中轴线A延伸至少距离Ddiff。例如,径向距离Ddiff可以是所述活塞碗表面6的最大内半径的10%,有利地为至少20%。优选地,所述径向距离Ddiff 可以小于所述活塞碗表面6的最大内半径的50%。
并且,所述突出部将具有沿着所述活塞碗的周向的延伸。所述延伸可以是至少5°,优选至少10°,最优选在10°和30°之间。
在所示实施例中,所述活塞碗表面6的内周壁由所述突出部331 和反射表面330组成。
如图中所示,应理解的是,本文所涉及角度α、β、β'都涉及与所述活塞冠3的中心轴线A所形成的角度,并且均在朝向所述中心轴线A的活塞5的方向观察时进行测量。
应理解的是,本发明不限于图中所示和上述实施例;相反,本领域的技术人员将意识到,在所附权利要求的范围内,可以做出许多改变和变型。
特别地,如上所述,所述反射表面和突出部的数目可以改变。此外,各种特征的尺寸可以调整,以适合特定场景。
Claims (15)
1.一种内燃机装置(1),包括:
发动机气缸(2)和
活塞(5),所述活塞(5)被定位为用于在下死点位置和上死点位置之间沿着中心轴线(A)在所述发动机气缸(2)中进行往复移动,其中,所述活塞(5)包括活塞冠(3),所述活塞冠(3)具有活塞碗表面(6),所述活塞碗表面适于面向所述气缸(2)中的燃烧室(7),其中,所述活塞冠(3)相对于所述内燃机装置的喷射器(13)进行布置,所述喷射器(13)包括至少一个孔(130),所述孔(130)被布置成沿着燃料喷雾矢量朝向喷射冲击部分(330)喷射燃料,
其中,所述活塞碗表面(6)包括:
周向边缘部分(34),
底板部(31),所述底板部被连接到所述周向边缘部分(34),并且被所述周向边缘部分(34)包围,
位于所述周向边缘部分中的、多个周向间隔开的突出部(331),
位于两个相邻突出部(331)之间的至少一个喷射冲击部分,
其中,
所述喷射冲击部分包括反射表面(330),所述反射表面大体上具有假想圆锥(333)的包络表面(332)的一部分的形状,其被限定为:所述反射表面(330)的每个可能的法线被引导为朝着所述活塞的中心轴线(A),并且与所述中心轴线(A)形成恒定角度±2°范围内的角度(β'),
其中,所述恒定角度是至少50°,
所述边缘部分(34)限定了所述活塞碗表面(6)沿着所述中心轴线(A)的最高位,所述底板部(31)限定了所述活塞碗表面(6)沿着所述中心轴线(A)的最低位,所述活塞冠(3)具有沿着所述中心轴线(A)的活塞碗延伸(Dmax),所述活塞碗延伸是所述最高位和所述最低位之间的差,并且
其中,所述反射表面(330)具有沿着所述中心轴线(A)的反射表面延伸(Da),
所述反射表面延伸(Da)是所述活塞碗延伸(Dmax)的至少10%,
其特征在于,所述燃料喷雾矢量与所述中心轴线(A)形成喷射角度(β),所述恒定角度比所述喷射角度(β)至少小2°。
2.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述假想圆锥为正圆锥。
3.根据权利要求2所述的内燃机装置,其中,所述假想圆锥(333)具有圆锥顶点(334)和圆锥基部(335),所述圆锥顶点(334)和所述圆锥基部(335)位于所述底板部(31)的相反侧上,所述底板部(31)面向所述圆锥基部(335)。
4.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述反射表面延伸(Da)是所述活塞碗延伸(Dmax)的15%至30%。
5.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述反射表面延伸(Da)在沿着所述中心轴线(A)、与所述活塞碗表面(6)的所述最低位相距第一距离(D1)处延伸,所述第一距离(D1)是所述活塞碗延伸(Dmax)的至少15%。
6.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述恒定角度是至少60°。
7.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述恒定角度小于85°。
8.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述反射表面(330)具有沿着所述边缘部分(34)的周向方向的延伸,其对应于在与所述中心轴线(A)相垂直的平面中围绕所述中心轴线(A)至少5°的角度(δ)。
9.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述边缘部分(34)包括至少两个反射表面(330)。
10.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述反射表面(330)围绕所述中心轴线(A)以均匀的角间隔定位。
11.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述活塞冠(3)的所有反射表面(330)是一致的。
12.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述突出部(331)中的至少一些是一致的。
13.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,至少最靠近所述突出部(331)中的至少一个的所述中心轴线(A)的部分形成这样的表面:每个可能的法线相对于作为所述反射表面(330)的所述表面形成相同角度(β')。
14.根据权利要求1所述的内燃机装置,其中,所述活塞碗表面(6)包括位于所述底板部(31)和所述反射表面(330)之间的凹面(337)和位于所述反射表面(330)和所述周向边缘部分(34)之间的凸面(338)。
15.一种车辆,包括内燃机装置,所述内燃机装置包括根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机装置。
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