專利名稱：用于直接噴射增壓式內燃機的燃燒室的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及內燃機，尤其是壓燃式內燃機。
背景技術：
對機動車輛制造商所提出的排放標準變得越來越嚴格，標準的每個改變都導致相 當大的技術改進以及更多和/或更復雜的排放控制裝置的使用，所述排放控制裝置被證明
價格昂貴。未來的標準尤其是促使制造商減少氮氧化物和顆粒物的廢氣排放水平，特別是以 便不會過快地堵塞顆粒物過濾器，但制造商同時希望增加或至少保持發(fā)動機性能水平和駕 駛性。為增加發(fā)動機的排放控制而一般采取的解決方案例如包括依靠先進的后處理裝 置如顆粒物過濾器，或者修改廢氣再循環(huán)(本領域中將其稱為“EGR”)技術規(guī)格，但這對發(fā) 動機效率有不利的影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提出一種改進的燃燒室，該燃燒室能顯著地減少氮氧化物和 顆粒物的廢氣排放量。本發(fā)明的一個目的是用于內燃機尤其是用于柴油發(fā)動機的活塞，該活塞包括活塞 體部，該活塞體部在側向上由裙部限定并能與氣缸的壁配合，該氣缸具有回轉軸線C，其中 活塞能沿該軸線C滑動，所述活塞包括橫向面，該橫向面包括中心凸頭、周向冠狀環(huán)和具有 回轉軸線B的碗狀部，所述碗狀部從中心凸頭朝向冠狀環(huán)延伸，并在唇狀部處連接到該冠 狀環(huán)上，所述唇狀部具有厚度Ep，所述碗狀部包括基本與唇狀部垂直對準的圓環(huán)面，該圓環(huán) 面的剖面優(yōu)選地為半圓頂形并具有最大半徑為Rt，該圓環(huán)面能將在唇狀部之下在凹入區(qū)域 R中噴射的燃料引向中心凸頭，特別之處在于，該凸頭的位于碗狀部的回轉軸線B上的頂點 (最高點)上升到這樣的高度，即，該高度處于周向冠狀環(huán)的高度下方并與之相距距離Dt， 該距離Dt在4. 8mm和5. 5mm之間，優(yōu)選基本等于5. 4mm。使用本發(fā)明的活塞尤其能實現(xiàn)下列優(yōu)點-后處理系統(tǒng)不必制造得更復雜且更昂貴；-減少了氮氧化物的排放，從而可遵守排放控制標準。按照某些特定的實施例，該活塞具有下列特征中的一項或多項-中心凸頭朝向圓環(huán)面傾斜一角度A，該角度A從碗狀部的回轉軸線B沿幾何方向 測得為在62. 5°和65°之間，優(yōu)選基本等于64. 6° ；-該碗狀部在氣缸內居中，該碗狀部的回轉軸線B與氣缸的回轉軸線C重合；-唇狀部的厚度Ep在3mm和4.2mm之間，優(yōu)選基本等于3. 8mm ；-圓環(huán)面的最大曲率半徑Rt在5mm和6mm之間，優(yōu)選基本上等于5.2mm ；-唇狀部與碗狀部的回轉軸線B相隔De/2的距離，該距離De在49mm和51.5mm之間，優(yōu)選基本上等于50mm;-圓環(huán)面與碗狀部的回轉軸線B相隔Db/2的距離，該距離Db在52.5mm和56mm之 間，優(yōu)選基本上等于54mm;-冠狀環(huán)的端部相對于碗狀部的回轉軸線B的距離De/2與圓環(huán)面的端部相對于碗 狀部的回軸B的距離Db/2之間的差值基本上等于2mm ；-碗狀部的最大深度P在13mm和14.5mm之間，優(yōu)選基本等于14mm。本發(fā)明的另一個目的是為在氮氧化物和顆粒物的排放方面嚴格的排放控制標準 而設計的內燃機，更準確地說，是包括至少一個本發(fā)明的活塞的柴油型發(fā)動機。這種柴油型內燃機具有氣缸，該氣缸具有回轉軸線C，該氣缸的上端用氣缸蓋封 閉，該氣缸蓋設有用于與活塞的橫向面一起限定燃燒室的下側，該活塞的碗狀部定中心于 回轉軸線B，該回轉軸線B與上述回轉軸線C重合，所述發(fā)動機包括通到氣缸蓋下側的能通 過進氣閥封閉的至少一個進氣道和能通過排氣閥封閉的至少一個排氣道，還包括預熱器插 塞和燃料噴射器，該燃料噴射器的末端(尖端)基本在回轉軸線C處通到燃燒室中。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點從下面參照附圖作為整體非限制性示例給出的實施例 的說明變得顯而易見，在附圖中-圖1是本發(fā)明的內燃機的局部示意剖視圖；-圖2是在包含活塞碗的回轉軸線的平面上的局部剖視圖，其中示出進氣口側的 本發(fā)明的活塞的冠狀部分的細部圖。
具體實施例方式圖1示出內燃機100，該內燃機100特別用于柴油發(fā)動機，它包括至少一個氣缸1、 氣缸蓋2和活塞3，所述氣缸1具有回轉軸線C。在說明書的其余部分中，該回轉軸線C將認為是向上朝向氣缸蓋2取向。另外，稱 為“側向”的距離代表在垂直于氣缸1的回轉軸線C的平面中延伸的距離。活塞3安裝在氣缸1中以便能沿該氣缸的回轉軸線C滑動，并具有活塞體部，該活 塞體部用于接納一銷，以便將活塞連接到傳動連桿的小頭上，所述體部在側向上由活塞裙 部31界定，該活塞裙部31平行于氣缸的回轉軸線C延伸并與該氣缸1的內壁配合。該活 塞還包括橫向面32，該橫向面32-與氣缸蓋2的底側20 —起-有助于界定氣缸1的燃燒 室。新鮮空氣或新鮮空氣與再循環(huán)廢氣的混合氣通過至少一個進氣道5進入燃燒室 中，該進氣道5形成在氣缸蓋2中并且能通過至少一個進氣閥50關閉。所引入的空氣-燃料混合物的燃燒殘留物通過至少一個排氣道6除去，該排氣道 6形成在氣缸蓋2中并且能通過至少一個排氣閥60關閉。氣缸蓋2中裝配有預熱器插塞4，該預熱器插塞的端部通入燃燒室中，以使該預熱 器插塞能在冷起動期間加熱該空氣_燃料混合物。燃料噴射器7裝配在氣缸蓋2中，并基本上沿氣缸1的回轉軸線C通入燃燒室中。如圖2所示-該圖以軸向平面上的局部剖視圖詳細示出本發(fā)明的活塞3的上部，橫向面32包括中心凸頭321、周向冠狀環(huán)322和具有回轉軸線B的環(huán)形凹腔或碗狀部323， 該回轉軸線B與氣缸的回轉軸線C重合，所述碗狀部323從中心凸頭321向與該中心凸頭 連接的周向冠狀環(huán)322延伸。作為可供選擇的方案，碗狀部323可以在氣缸1中偏置，從而氣缸1的回轉軸線C 與碗狀部323的回轉軸線B能相互偏置一距離，該距離優(yōu)選小于一基本等于3mm的數值。周向冠狀環(huán)322在側向上從活塞3的裙部31朝向碗狀部323的回轉軸線B延伸 至一形成唇狀部3220的端部，碗狀部323在該唇狀部3220的下方具有圓環(huán)面3230，該圓 環(huán)面的輪廓為半圓頂形，該半圓頂形的最大曲率半徑Rt在5mm和6mm之間，優(yōu)選基本等于 5. 2mm。唇狀部3220與碗狀部323回轉軸線B相距De/2的距離，所述距離De在49mm和 51. 5mm之間，優(yōu)選地基本等于50mm。圓環(huán)面3230與碗狀部323的回轉軸線B相距Db/2的距離，所述距離Db在52. 5mm 和56mm之間，優(yōu)選地基本等于54mm。噴射器7選擇性地以射流的形式噴射燃料，該射流流向圓環(huán)面3230的鄰近唇狀部 3220的底部邊緣-也稱為凹入邊緣R-的上部區(qū)域，以便通過在圓環(huán)面3230的壁上滾動來 改善對從該凹入邊緣R朝向碗狀部底部的燃料射流的引導-此處在活塞3上升時存在氧 氣，由此減少煙霧并能使氣體朝向中心凸頭321循環(huán)。優(yōu)選地，凹入邊緣R保持為使得冠狀環(huán)的端部相對于碗狀部323的回轉軸線B的 距離De/2與圓環(huán)面的端部相對于碗狀部323的回轉軸線B的距離Db/2之差基本等于2mm。優(yōu)選地，唇狀部3220的與周向冠狀環(huán)322的凹入邊緣R的距離相對應的厚度Ep 在3mm和4. 2mm之間，優(yōu)選地基本等于3. 8mm。碗狀部323的最大深度P在13mm和14. 5mm之間，優(yōu)選基本等于14mm。比值Db/ P使碗狀部323具有相當大的寬度，該寬度可供在全負荷狀況下有效地利用空氣，從而即使 在低的渦流比下也有可能達到高的比特性，由此限制了由噴射器7所發(fā)射的射流重疊的危險。這種凹入邊緣R的限定與圓環(huán)面3230和最大碗狀部323深度P的組合使得可改 善對燃料射流的、朝向束縛在碗狀部323的底部中的空氣體積的引導。中心凸頭321的位于碗狀部的回轉軸線B上的頂點上升到這樣的高度該高度在 周向冠狀環(huán)的高度之下并與之相距距離Dt，該距離Dt在4. 8mm和5. 5mm之間，優(yōu)選基本等 于5. 4mm。與周向冠狀環(huán)的頂點隔開距離Dt使得有可能限制噴向碗狀部底部的燃料射流 與中心凸頭321且尤其是與其頂點之間的相互作用，由此能減少煙霧和未燃燒的燃料的排 放。中心凸頭321的傾斜角度A當從碗狀部的回轉軸線B沿幾何方向測量時為在 62.5°至65°之間，優(yōu)選地基本等于64. 6°。使中心凸頭321以角度A如此傾斜能將在碗狀部323的底部處燃燒形成的炭煙抽 向中心凸頭321，以用于改善后氧化作用，從而導致煙霧減少。與裝備有適合現(xiàn)行歐洲4號排放控制標準的活塞的內燃機相比，裝備有結合了上 述特征的活塞的內燃機100被證明在使用時特別有利。可通過具有下列附加特征的發(fā)動機 100進行測試孔徑為84mm，壓縮比約為15，在下止點Nd/N處的渦流的水平約為2。
實際上發(fā)現(xiàn)，在部分負荷狀況下和針對相同的顆粒物排放水平，該發(fā)動機100排 放的氮氧化物大約少15%。對于渦輪機TAVT之前的恒定功率和溫度，在4000rpm和滿負荷下，煙霧的量更低， 且煙度指度減少的值基本等于0. 5fsn。
權利要求
一種用于內燃機的活塞(3)，尤其是用于柴油發(fā)動機的活塞，包括活塞體部，該活塞體部在側向上由裙部(31)界定并能與氣缸(1)的壁配合，該氣缸具有回轉軸線C，其中，該活塞(3)能沿該軸線C滑動，所述活塞(3)包括橫向面(32)，該橫向面包括中心凸頭(321)、周向冠狀環(huán)(322)和碗狀部(323)，該碗狀部(323)具有回轉軸線B，該碗狀部從中心凸頭(321)朝向周向冠狀環(huán)(322)延伸，以便在唇狀部(3220)處連接到冠狀環(huán)(322)上，該唇狀部(3220)具有厚度Ep，所述碗狀部(323)包括基本與唇狀部(3220)垂直對齊的圓環(huán)面(3230)，所述圓環(huán)面(3230)的輪廓優(yōu)選為半圓頂形并具有最大曲率半徑Rt，該圓環(huán)面能將在唇狀部(3220)下方在凹入區(qū)域R處噴射的燃料引向中心凸頭(321)，其特征在于，該凸頭的位于碗狀部(323)的回轉軸線B上的頂點達到這樣的高度該高度處于周向冠狀環(huán)的高度下方并與之相距距離Dt，所述距離Dt在4.8mm和5.5mm之間，優(yōu)選基本等于5.4mm。
2.如權利要求1所述用于內燃機的活塞(3)，其特征在于，中心凸頭朝向圓環(huán)面(323) 傾斜一角度A，該角度A從碗狀部的回轉軸線B沿幾何方向測得為在62. 5°和65°之間，優(yōu) 選基本等于64. 6°。
3.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，碗狀部(323)在氣缸內居中，該 碗狀部(323)的回轉軸線B與氣缸(1)的回轉軸線C重合。
4.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，唇狀部(3220)的厚度Ep在3mm 和4. 2mm之間，優(yōu)選基本等于3. 8mm。
5.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，圓環(huán)面(3230)的最大曲率半徑 Rt在5mm和6mm之間，優(yōu)選基本等于5. 2mm。
6.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，唇狀部(3220)與碗狀部(323) 的回轉軸線B相距距離De/2，該距離De在49mm和51. 5mm之間，優(yōu)選基本等于50mm。
7.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，圓環(huán)面(3230)與碗狀部(323) 的回轉軸線B相距距離Db/2，該距離Db在52. 5mm和56mm之間，優(yōu)選基本等于54mm。
8.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，冠狀環(huán)的端部相對于碗狀部 (323)的回轉軸線B的距離De/2和圓環(huán)面的端部相對于碗狀部(323)的回轉軸線B的距離 Db/2之間的差值基本等于2mm。
9.如前述權利要求之一所述的活塞(3)，其特征在于，碗狀部(323)的最大深度P在 13mm和14. 5mm之間，優(yōu)選基本等于14mm。
10.一種柴油型內燃機(100)，其特征在于，它包括至少一個如前述權利要求之一所述 的活塞⑶。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于內燃機尤其是用于柴油發(fā)動機的活塞(3)，該活塞包括活塞體部，所述活塞體部在側向上被裙部限定并能與氣缸的壁配合，該氣缸具有回轉軸線C，其中活塞(3)能沿該軸線C滑動，所述活塞(3)包括橫向面，該橫向面包括中心凸頭(321)、周向環(huán)(322)和碗狀部(323)，該碗狀部具有回轉軸線B并從中心凸頭(321)朝周向環(huán)(322)延伸，以便在厚度為Ep的唇狀部(3220)處連接到周向環(huán)(322)上，所述碗狀部(323)包括基本與唇狀部(3220)垂直對準的圓環(huán)面(3230)，該圓環(huán)面的剖面優(yōu)選為圓頂形并具有最大半徑Rt，它能將在唇狀部(323a)之下在凹入區(qū)域R中噴射的燃料引向中心凸頭(321)，其特征在于，該凸頭的位于碗狀部(323)的回轉軸線B上的頂點上升到一高度，該高度處在周向環(huán)的高度之下并與之相距距離Dt，該距離Dt在4.8mm和5.5mm之間，優(yōu)選基本等于5.4mm。
文檔編號F02B23/06GK101918691SQ200880125114
公開日2010年12月15日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權日2007年12月19日
發(fā)明者F·拉沃伊斯爾, F·萊徹利, M·丁萊維勒 申請人:雷諾股份公司