專(zhuān)利名稱(chēng)：用于穩(wěn)健的自燃的活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞。
背景技術(shù)：
本部分的陳述僅提供與本公開(kāi)相關(guān)的背景信息。因此，這些陳述不應(yīng)被理解為構(gòu)成對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)?；鸹c(diǎn)火(SI)發(fā)動(dòng)機(jī)將空/燃混合物引入到每個(gè)氣缸中，該混合物在壓縮沖程中被壓縮并且由火花塞點(diǎn)火。壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮沖程的上止點(diǎn)(TDC)附近將加壓燃料噴入燃燒氣缸，燃料在被噴入后就開(kāi)始燃燒。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)兩者的燃燒都包括由流體力學(xué)控制的預(yù)混火焰或者擴(kuò)散火焰。SI發(fā)動(dòng)機(jī)能以各種不同的燃燒模式運(yùn)行,包括均質(zhì)充氣SI燃燒模式和分層充氣SI燃燒模式。SI發(fā)動(dòng)機(jī)可被構(gòu)造成在預(yù)定的速度/載荷運(yùn)行條件下以均質(zhì)充氣壓燃(HCCI)燃燒模式運(yùn)行，該模式也被稱(chēng)為受控的自燃燃燒。HCCI燃燒模式包括由氧化化學(xué)控制的分布式的、無(wú)火焰的、自燃燃燒過(guò)程。以HCCI燃燒模式運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)具有在進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻在成分、溫度和殘余廢氣方面優(yōu)選均質(zhì)的氣缸充氣。HCCI燃燒是分布式的通過(guò)運(yùn)動(dòng)受控的燃燒過(guò)程，其中發(fā)動(dòng)機(jī)以稀空/燃混合物運(yùn)行，即在化學(xué)當(dāng)量空/燃點(diǎn)的貧側(cè)運(yùn)行，峰值燃燒溫度相對(duì)低，從而產(chǎn)生低NOx排放物。均質(zhì)的空/燃混合物最小化了形成煙和顆粒排放物的富區(qū)的發(fā)生。以HCCI燃燒模式運(yùn)行很大程度上依賴(lài)于燃燒室內(nèi)的條件，在該模式中燃燒基于將充氣壓縮到在整個(gè)燃燒室內(nèi)基本上一致的燃燒點(diǎn)而發(fā)生。如果在燃燒室內(nèi)存在不足夠的熱量和/或壓力，那么充氣可能就不能開(kāi)始燃燒或者可能缺火，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定的燃燒和/或燃燒效率的下降。如果在燃燒室內(nèi)存在過(guò)量的熱量和/或壓力，那么充氣可能在預(yù)期的燃燒始點(diǎn)之前就燃燒，從而導(dǎo)致錯(cuò)亂的燃燒和/或氣缸中的鳴響。

發(fā)明內(nèi)容
用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞定位在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)?；钊ㄔ诒┞督o氣缸的燃燒室的活塞面中的盤(pán)形凹陷，其提供了從活塞的名義頂部的凹部。這個(gè)凹陷包括位于活塞的名義頂部且緊鄰活塞的外徑的凹陷邊界、頂點(diǎn)和連接頂點(diǎn)到凹陷邊界的斜壁。本發(fā)明還提供了如下方案
方案I. 一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，所述活塞位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)，所述活塞包
括
在活塞的暴露給氣缸的燃燒室的表面中的盤(pán)形凹陷，從而提供從所述活塞的名義頂部的凹部，所述凹陷包括
位于所述活塞的所述名義頂部的凹陷邊界，其緊鄰所述活塞的外徑地定位；
所述凹陷的頂點(diǎn)；和
所述凹陷的斜壁，其連接所述頂點(diǎn)和所述凹陷邊界。方案2.如方案I的活塞，其中所述斜壁包括從所述凹陷邊界到所述頂點(diǎn)的直線(xiàn)輪廓。方案3.如方案2的活塞，其中所述斜壁包括從所述斜壁到所述頂點(diǎn)和所述凹部邊界中的其中ー個(gè)的圓滑過(guò)渡。方案4.如方案I的活塞，還包括在所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面上的多 個(gè)氣門(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)。方案5.如方案I的活塞，其中所述盤(pán)形凹陷基本上覆蓋了所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面的全部。方案6.如方案I的活塞，還包括圍繞所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面的邊沿；并且
其中所述邊沿和所述盤(pán)形凹陷一起基本覆蓋所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面的全部。方案7.如方案I的活塞，還包括
圍繞所述活塞的所述表面的邊沿；和
圍繞所述活塞的所述表面的平坦邊界區(qū)域；并且
其中所述邊沿、所述平坦邊界區(qū)域和所述盤(pán)形凹陷一起基本覆蓋所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面的全部。方案8.如方案I的活塞，其中所述頂點(diǎn)位于所述活塞的所述表面的幾何中心。方案9.如方案I的活塞，其中所述頂點(diǎn)偏離于所述活塞的所述表面的幾何中心。方案10.如方案I的活塞，其中所述頂點(diǎn)定位成緊鄰所述氣缸的火花塞。方案11.如方案10的活塞，其中基于所述頂點(diǎn)和所述火花塞的中心電極之間的期望空隙來(lái)定位所述頂點(diǎn)。方案12.如方案11的活塞，其中所述期望空隙是在3毫米和10毫米之間。方案13.如方案11的活塞，其中基于所述氣缸的期望壓縮比來(lái)定位所述活塞的名義頂部。方案14.如方案I的活塞，其中所述斜壁包括60度的最大傾斜角。方案15.如方案14的活塞，其中所述斜壁包括30度和60度之間的傾斜角。方案16.如方案I的活塞，其中所述斜壁包括30度和60度之間的傾斜角。方案17. —種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，所述活塞位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)，所述活塞包括
在活塞的暴露給氣缸的燃燒室的表面中的盤(pán)形凹陷，從而提供從所述活塞的名義頂部的凹部，所述凹陷包括帶有形成所述凹陷的頂點(diǎn)的狹窄端部和位于所述活塞的名義頂部、緊鄰所述活塞的外徑并形成所述凹陷的寬闊端部的凹陷邊界的大體圓錐形凹陷。方案18. —種用于在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)燃燒燃料的方法,該方法包括
提供所述氣缸內(nèi)的活塞，所述活塞包括在活塞的暴露給氣缸的燃燒室的表面中的盤(pán)形凹陷，從而提供從所述活塞的名義頂部的凹部，所述凹陷包括帶有形成所述凹陷的頂點(diǎn)的狹窄端部和位于所述活塞的名義頂部、緊鄰所述活塞的外徑并形成所述凹陷的寬闊端部的凹陷邊界的大體圓錐形凹陷；
將燃料噴霧噴射到所述盤(pán)形凹陷內(nèi)；和
在所述燃料噴霧保持集中在所述盤(pán)形凹陷內(nèi)時(shí)用火花塞點(diǎn)燃所述燃料。


現(xiàn)在參照附圖，通過(guò)舉例方式來(lái)描述ー個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，附圖中
圖I示出了根據(jù)本公開(kāi)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和附屬的控制模塊；
圖2示出了根據(jù)本公開(kāi)的包括盤(pán)形凹陷的示例性活塞； 圖3示出了根據(jù)本公開(kāi)的包括盤(pán)形凹陷的示例性活塞；
圖4示出了根據(jù)本公開(kāi)的在燃燒室內(nèi)疊置的多個(gè)活塞構(gòu)造；
圖5示出了根據(jù)本公開(kāi)的在燃燒室內(nèi)疊置的多個(gè)活塞構(gòu)造；
圖6用曲線(xiàn)示出了根據(jù)本公開(kāi)的對(duì)于三個(gè)不同的活塞設(shè)計(jì)在ー個(gè)燃燒循環(huán)過(guò)程中的作為熱釋放率的燃燒計(jì)算結(jié)果；
圖7用曲線(xiàn)示出了根據(jù)本公開(kāi)的對(duì)于兩個(gè)不同的活塞設(shè)計(jì)在ー個(gè)燃燒循環(huán)過(guò)程中的作為熱釋放率的燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
圖8用曲線(xiàn)示出了根據(jù)本公開(kāi)的對(duì)于兩個(gè)不同的活塞設(shè)計(jì)在一系列燃燒循環(huán)過(guò)程中的燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
圖9示出了根據(jù)本公開(kāi)的盤(pán)形凹陷，其帶有位于活塞的暴露給燃燒室的面的幾何中心處的頂點(diǎn)；和
圖10示出了根據(jù)本公開(kāi)的盤(pán)形凹陷，其帶有位于活塞的暴露給燃燒室的面的幾何中心之外位置的頂點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中所示的內(nèi)容僅用于圖示某些示例性實(shí)施例的目的而不是用于限制這些實(shí)施例的目的，圖I示意地示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10和附屬的控制模塊5。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10可選擇性運(yùn)行在受控的自燃(HCCI)燃燒模式、均質(zhì)充氣火花點(diǎn)火(SI-均質(zhì)充氣)燃燒模式、分層充氣火花點(diǎn)火燃燒模式、或者分層充氣壓燃模式。示例性的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10包括多缸直噴四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有在氣缸15中可滑動(dòng)地移動(dòng)的往復(fù)活塞14，氣缸15限定了可變?nèi)莘e的燃燒室16。每個(gè)活塞14被連接到旋轉(zhuǎn)的曲軸12，通過(guò)曲軸活塞的線(xiàn)性往復(fù)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)氣系統(tǒng)向進(jìn)氣歧管29提供進(jìn)氣空氣，進(jìn)氣歧管29引導(dǎo)和分配空氣到進(jìn)氣分支管并到達(dá)每個(gè)燃燒室16。進(jìn)氣系統(tǒng)包括氣流管道系統(tǒng)和用于監(jiān)測(cè)和控制空氣流的裝置。這些進(jìn)氣裝置優(yōu)選包括用于監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量流量和進(jìn)氣空氣溫度的空氣質(zhì)量流量傳感器32。節(jié)氣門(mén)34優(yōu)選地包括電子受控的裝置，該裝置響應(yīng)于來(lái)自控制模塊5的控制信號(hào)(ETC)來(lái)控制到達(dá)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣流。該歧管中的壓カ傳感器36適于監(jiān)測(cè)歧管絕對(duì)壓力和大氣壓力。外部流動(dòng)通道將廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置再循環(huán)到進(jìn)氣歧管，其具有流動(dòng)控制閥，稱(chēng)為EGR閥38?？刂颇K5可操作以通過(guò)控制EGR閥38的打開(kāi)來(lái)控制到達(dá)進(jìn)氣歧管29的廢氣質(zhì)量流量。發(fā)動(dòng)機(jī)可接收自然吸入的進(jìn)氣空氣或者通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的泵送作用經(jīng)由進(jìn)氣系統(tǒng)抽入的空氣。替換地，發(fā)動(dòng)機(jī)可接收充入的進(jìn)氣空氣或者由渦輪增壓器裝置或者進(jìn)氣增壓器裝置加壓的進(jìn)氣空氣。本文公開(kāi)的活塞構(gòu)造和方法可用于自然吸入的進(jìn)氣空氣或者充入的進(jìn)氣空氣，并且并不意在使本公開(kāi)限制于本文公開(kāi)的特定示例性實(shí)施例。從進(jìn)氣歧管29進(jìn)入每個(gè)燃燒室16的空氣流由ー個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣門(mén)20控制。從每個(gè)燃燒室16到排氣歧管39的廢氣流由ー個(gè)或多個(gè)排氣門(mén)18控制。進(jìn)氣門(mén)20和排氣門(mén)18的打開(kāi)和關(guān)閉優(yōu)選地通過(guò)雙凸輪軸控制(如所示)，雙凸輪軸的旋轉(zhuǎn)與曲軸12的旋轉(zhuǎn)相聯(lián)系并由曲軸12的旋轉(zhuǎn)指示。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10配備有用于控制進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的氣門(mén)升程的裝置，稱(chēng)為可變升程控制(VLC)裝置。在本實(shí)施例中的可變升程控制裝置可操作以控制到達(dá)兩個(gè)不同梯級(jí)中的一個(gè)的氣門(mén)升程(或者開(kāi)度)，例如，用于低速、低負(fù)載的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的低升程氣門(mén)開(kāi)度(約4-6_)，和用于高速、高負(fù)載的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的高升程氣門(mén)開(kāi)度(約8-10_)。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)ー步配備有用于控制進(jìn)氣門(mén)20和排氣門(mén)18的打開(kāi)和關(guān)閉的相位(即，相對(duì)正時(shí)) 的裝置，稱(chēng)為可變凸輪相位(VCP)，以控制超過(guò)由兩梯級(jí)VLC升程實(shí)現(xiàn)的相位的相位。存在用于進(jìn)氣門(mén)20的VCP/VLC系統(tǒng)22和用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門(mén)18的VCP/VLC系統(tǒng)24。VCP/VLC系統(tǒng)22和VCP/VLC系統(tǒng)24由控制模塊5控制，并且向控制模塊5提供信號(hào)反饋，例如通過(guò)用于進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸的凸輪軸旋轉(zhuǎn)位置傳感器。當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10以廢氣再壓縮氣門(mén)策略運(yùn)行在HCCI燃燒模式吋，VCP/VLC系統(tǒng)22和VCP/VLC系統(tǒng)24優(yōu)選地被控制到低升程氣門(mén)開(kāi)度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在均質(zhì)充氣火花點(diǎn)火燃燒模式吋，VCP/VLC系統(tǒng)22和VCP/VLC系統(tǒng)24優(yōu)選被控制到高升程氣門(mén)開(kāi)度以最小化泵送損失。當(dāng)運(yùn)行在HCCI燃燒模式時(shí)，低升程氣門(mén)開(kāi)度和負(fù)氣門(mén)疊開(kāi)可被命令以在燃燒室16內(nèi)產(chǎn)生重整產(chǎn)物。在改變VCP/VLC系統(tǒng)22和VCP/VLC系統(tǒng)24中的其中一者的凸輪相位和/或氣門(mén)升程的命令和執(zhí)行轉(zhuǎn)換之間可能因系統(tǒng)的物理和機(jī)械性質(zhì)而存在時(shí)間滯后。進(jìn)氣和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和24在可以控制排氣門(mén)18和進(jìn)氣門(mén)20的打開(kāi)和關(guān)閉方面具有有限范圍的權(quán)カ。VCP系統(tǒng)可具有范圍是大約60-90度凸輪軸旋轉(zhuǎn)的相位權(quán)カ，因此允許控制模塊5提前或延后氣門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉。相位權(quán)カ的范圍由VCP的硬件和致動(dòng)該VCP的控制系統(tǒng)來(lái)限定和限制。進(jìn)氣和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和24可由控制模塊5控制，用電-液壓、液壓和電控カ中的ー個(gè)來(lái)致動(dòng)。進(jìn)氣門(mén)20和排氣門(mén)18的氣門(mén)疊開(kāi)指的是ー種時(shí)長(zhǎng)，其對(duì)于ー個(gè)氣缸來(lái)說(shuō)相對(duì)于進(jìn)氣門(mén)20的打開(kāi)規(guī)定了排氣門(mén)18的關(guān)閉。氣門(mén)疊開(kāi)可以以曲柄角度的度數(shù)來(lái)測(cè)量，其中正氣門(mén)疊開(kāi)(PVO)指的是這樣的時(shí)長(zhǎng)，其中排氣門(mén)18和進(jìn)氣門(mén)20都處于打開(kāi)，而負(fù)氣門(mén)疊開(kāi)(NVO)指的是排氣門(mén)18的關(guān)閉和隨后的進(jìn)氣門(mén)20的打開(kāi)之間的時(shí)長(zhǎng)，在該時(shí)長(zhǎng)中進(jìn)氣門(mén)20和排氣門(mén)18都處于關(guān)閉。當(dāng)運(yùn)行在HCCI燃燒模式時(shí)，進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)可具有作為廢氣再壓縮策略的一部分的NV0。在SI-均質(zhì)充氣燃燒模式中，進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)可具有NV0，但更通常的情況是具有PV0。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10包括燃料噴射系統(tǒng)，其包括多個(gè)高壓燃料噴射器28，其中每ー個(gè)都適于，響應(yīng)于來(lái)自控制模塊5的信號(hào)(INJ_PW)，直接地將一定質(zhì)量的燃料噴射到其中ー個(gè)燃燒室16內(nèi)。從燃料分配系統(tǒng)向燃料噴射器28提供加壓燃料。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10包括火花點(diǎn)火系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)火花能量被提供到火花塞26以響應(yīng)于來(lái)自控制模塊5的信號(hào)(IGN)來(lái)對(duì)每個(gè)燃燒室16內(nèi)的氣缸充氣進(jìn)行點(diǎn)火或者輔助其點(diǎn)火?；鸹ㄈ?6例如對(duì)于HCCI燃燒模式來(lái)說(shuō)可增強(qiáng)在某些狀況下的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過(guò)程(例如，在冷發(fā)動(dòng)機(jī)狀況期間和接近低負(fù)載運(yùn)行極限時(shí))。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10配備有各種感測(cè)裝置以用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，包括監(jiān)測(cè)曲軸旋轉(zhuǎn)位置，即曲柄角度和速度。感測(cè)裝置包括曲軸旋轉(zhuǎn)速度傳感器(曲柄傳感器)44、適于監(jiān)測(cè)燃燒的燃燒傳感器30和適于監(jiān)測(cè)廢氣的廢氣傳感器80，例如使用空/燃比傳感器。燃燒傳感器30包括可操作以監(jiān)測(cè)燃燒參數(shù)狀態(tài)的傳感器裝置，并且其被描述為可操作以監(jiān)測(cè)缸內(nèi)燃燒壓カ的氣缸壓カ傳感器。燃燒傳感器30、廢氣傳感器80和曲柄傳感器44的輸出被控制模塊5監(jiān)測(cè)，控制模塊5決定燃燒相位，即對(duì)于每個(gè)氣缸15的每個(gè)燃燒循環(huán)來(lái)說(shuō)燃燒壓カ相對(duì)于曲軸12的曲柄角度的正吋。燃燒傳感器30還可以被控制模塊5監(jiān)測(cè)以確定每個(gè)氣缸15的每個(gè)燃燒循環(huán)的平均有效壓カ(MEP)。優(yōu)選地，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10和控制模塊5被機(jī)械化以監(jiān)測(cè)和確定在每個(gè)氣缸點(diǎn)火事件期間每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸15的IMEP的狀態(tài)。替換地，在本公開(kāi)的范圍內(nèi)可以使用其它感測(cè)系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)其它燃燒參數(shù)的狀態(tài)，例如離子-感測(cè)點(diǎn)火系統(tǒng)，和非侵入式氣缸壓カ傳感器。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10被設(shè)計(jì)成在擴(kuò)展的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載的區(qū)域上的受控自燃燃燒模式中，以汽油或類(lèi)似燃料共混物節(jié)氣門(mén)不關(guān)閉地運(yùn)行。不過(guò)，在不會(huì)招致受控自燃燃燒模式 的狀況下可采用火花點(diǎn)火且節(jié)氣門(mén)受控的運(yùn)行，并且從而獲得最大的發(fā)動(dòng)機(jī)功率以用由發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載定義的發(fā)動(dòng)機(jī)功率滿(mǎn)足操作者轉(zhuǎn)矩要求。大量可獲得等級(jí)的汽油及其輕質(zhì)(light)こ醇共混物是優(yōu)選的燃料；不過(guò)，替換的液體和氣體燃料，例如更高的こ醇共混物(例如，E80, E85)、純こ醇(E99)、純甲醇(M100)、天然氣、氫氣、沼氣、各種重整產(chǎn)物、合成氣或其它均可被使用。本文公開(kāi)的方法可與上述燃料的任ー種一起使用。此外，本文公開(kāi)的方法可用于以其中采用火花塞的構(gòu)造使用其它燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如柴油燃料。與本文中的方法相關(guān)地被公開(kāi)的是在HCCI燃燒模式的運(yùn)行；不過(guò)，所公開(kāi)的方法可以和其中采用自燃的其它燃燒模式一起使用。控制模塊5執(zhí)行存儲(chǔ)在其中的例程以控制前述的致動(dòng)器從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，包括節(jié)氣門(mén)位置、火花正時(shí)、燃料噴射質(zhì)量和正吋、進(jìn)氣門(mén)和/或排氣門(mén)正時(shí)和相位、以及控制再循環(huán)廢氣流的EGR閥位置。氣門(mén)正時(shí)和相位可包括預(yù)定的氣門(mén)疊開(kāi)，包括NVO和在廢氣再吸入策略中的進(jìn)氣門(mén)20和排氣門(mén)18的低升程?？刂颇K5適于接收來(lái)自操作者的輸入信號(hào)，例如來(lái)自節(jié)氣門(mén)踏板位置和制動(dòng)器踏板位置，從而確定操作者轉(zhuǎn)矩要求，還接收來(lái)自指示發(fā)動(dòng)機(jī)速度、進(jìn)氣溫度、冷卻劑溫度和其它環(huán)境狀況的傳感器的信號(hào)?？刂颇K5是整體車(chē)輛控制系統(tǒng)的元件，該系統(tǒng)優(yōu)選地包括分布式的控制模塊架構(gòu)，該架構(gòu)可操作以提供協(xié)調(diào)的系統(tǒng)控制?？刂颇K5可操作以綜合來(lái)自前述感測(cè)裝置的相關(guān)信息和輸入，并執(zhí)行算法以控制各種致動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性、排放物、性能、可駕駛性的控制，以及對(duì)硬件的保護(hù)，如下文所述?？刂颇K、模塊、控制、控制器、控制單元、處理器和類(lèi)似術(shù)語(yǔ)意思指專(zhuān)用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序或例程的中央處理單元(優(yōu)選為微處理器)和相關(guān)內(nèi)存和存儲(chǔ)器(只讀、可編程只讀、隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等)、組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、合適的信號(hào)調(diào)節(jié)和緩沖電路、和其它提供所描述功能的部件中的一個(gè)或多個(gè)中的任ー個(gè)或各種組合。軟件、固件、程序、指令、例程、代碼、算法和類(lèi)似術(shù)語(yǔ)意思指任何的控制器可執(zhí)行的指令集，其中包括標(biāo)定值和查詢(xún)表?？刂颇K具有一組控制例程，這些例程被執(zhí)行以提供期望的性能。這些例程例如由中央處理單元來(lái)執(zhí)行，并且可操作以監(jiān)測(cè)來(lái)自感測(cè)裝置和其它聯(lián)網(wǎng)的控制模塊的輸入，并且以執(zhí)行控制和診斷例程從而控制致動(dòng)器的運(yùn)行。這些例程可以在正在進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輛操作期間以規(guī)則的時(shí)間間隔被執(zhí)行，例如每3. 125,6. 25、12. 5、25和100毫秒。替換地，這些例程可以響應(yīng)于事件的發(fā)生而被執(zhí)行。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在HCCI燃燒模式時(shí)，燃燒室內(nèi)燃燒的性質(zhì)取決于數(shù)個(gè)因素，包括燃料在燃燒室內(nèi)如何分布以及在燃燒室內(nèi)存在多少熱量。在以HCCI燃燒模式運(yùn)行期間，燃料和空氣以基本均質(zhì)的混合物的形式被分散在整個(gè)燃燒室內(nèi)。不過(guò)，在某些情況下，其中燃燒室內(nèi)的狀況并不會(huì)招致自燃，例如，在低發(fā)動(dòng)機(jī)速度和低負(fù)載情況下，可利用方法來(lái)改善燃燒的穩(wěn)定性。例如，火花輔助方法可利用火花塞來(lái)在燃燒室內(nèi)形成火焰，由此增加燃燒室內(nèi)的熱量并使得火焰波傳播通過(guò)燃燒室，壓縮其余的充氣并提高可用于使均質(zhì)充氣自燃的能量。
在一個(gè)實(shí)施例中，代替利用在燃燒室內(nèi)的燃料和空氣的均質(zhì)混合物，燃料可被包含在燃燒室內(nèi)的集中區(qū)域中并且通過(guò)自燃、火花，或者通過(guò)由火花輔助的自燃來(lái)燃燒。凹陷或者凹入的碗狀物可被用于在燃燒室內(nèi)容納燃料。在美國(guó)專(zhuān)利6971365中公開(kāi)了利用活塞中的凹入的碗形凹陷的在燃燒室內(nèi)的集中燃料的示例性使用，該專(zhuān)利通過(guò)引用并入本文。通過(guò)使用選定噴射幾何形狀，燃料可被噴霧入凹入的碗狀物并且在集中噴霧燃燒模式中火花被用來(lái)在燃燒室內(nèi)燃燒集中的燃料。在活塞中的碗狀物或類(lèi)似的凹陷或凹部可被用于在燃燒室的一定區(qū)域內(nèi)容納燃料，從而建立可被燃燒的燃料的局部、容納集中。這個(gè)利用集中燃料的集中噴霧燃燒模式可在同一氣缸中與利用自燃的燃燒模式可互換地使用。燃料集中可通過(guò)直接噴射直接地噴霧到凹部?jī)?nèi)，或者例如通過(guò)端ロ噴射或其它類(lèi)似裝置混合的預(yù)混合充氣可被引導(dǎo)到凹部?jī)?nèi)。取決于被監(jiān)測(cè)的運(yùn)行狀況，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊能可選擇地改變模式，例如，基于發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定和本領(lǐng)域已知的用于選擇發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模式的方法。在利用自燃或火花輔助的自燃來(lái)燃燒燃料的模式中，燃燒室內(nèi)存留的熱量或者燃燒室的熱歷史對(duì)于維持穩(wěn)定燃燒是重要的。從燃燒室到活塞的熱損失的増加會(huì)降低燃燒充氣的最終溫度，由此使得自燃實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加困難或者只能在更小的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載的范圍內(nèi)可行。測(cè)試已說(shuō)明，從燃燒室通過(guò)活塞到周?chē)h(huán)境的熱傳遞隨著活塞暴露給燃燒室的表面積的增加而增加。因此，在原本平坦的活塞表面上包括凹陷的凹入的碗狀物設(shè)計(jì)會(huì)包括相對(duì)大的表面積，并且對(duì)應(yīng)的燃燒室會(huì)通過(guò)活塞損失相對(duì)大量的熱，從而使得該氣缸在自燃模式下的運(yùn)行與帶有平坦表面的活塞相比越發(fā)困難。包括盤(pán)形凹陷的活塞構(gòu)造，由于帶有占據(jù)了活塞面的大部分或者幾乎全部的大的而相對(duì)淺的凹陷，會(huì)建立臨近火花塞的容納一定量的燃料集中的凹部，從而有利于集中噴霧燃燒模式，同時(shí)減少了活塞面上的復(fù)雜形狀，由此減少了從燃燒室到活塞的熱傳遞并有利于以自燃燃燒模式運(yùn)行。盤(pán)形凹陷或者限定該盤(pán)形凹陷的周長(zhǎng)的凹陷邊界可圍繞活塞面的幾乎全部。盤(pán)形凹陷在輪廓方面包括從活塞的位于或緊鄰活塞名義頂部的一側(cè)開(kāi)始、并從該名義頂部向后傾斜直到到達(dá)最大凹陷的斜壁，并且然后包括在活塞的相對(duì)側(cè)伸向活塞的名義頂部的向上斜壁。因?yàn)楸P(pán)形凹陷的輪廓是漸變的并且不包括由相對(duì)深的碗狀物凹陷中斷的平坦活塞，所以盤(pán)形凹陷可在該凹陷內(nèi)包括特定容積，而與帶有碗形凹陷、且碗內(nèi)的容積相同的活塞相比，將更少的表面積暴露給燃燒室。
包括盤(pán)形凹陷的活塞符合燃燒室內(nèi)的其它期望特征。例如，必須出現(xiàn)與燃料空氣充氣被壓縮程度相關(guān)的期望壓縮比。如果燃燒室內(nèi)的其它幾何形狀保持不變，當(dāng)活塞處于上止點(diǎn)或者最大壓縮點(diǎn)時(shí)，活塞中的凹陷越大，就越増加燃燒室內(nèi)所得到的容積。在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，示例性的期望壓縮比可以在約10 1和14 1之間。盤(pán)形凹陷的幾何形狀和所得到的凹陷容積可基于期望的壓縮比。凹陷在燃燒室的一定區(qū)域內(nèi)容納燃料，從而有利于由火花塞引起的燃料穩(wěn)定燃燒，同時(shí)最小化被捕獲在位于活塞的外周和氣缸膛壁之間的狹縫容積中的過(guò)量燃料。優(yōu)選的是，火花塞接近活塞上的頂點(diǎn)或最大凹陷點(diǎn)。 此外，利用實(shí)現(xiàn)期望噴霧樣式且產(chǎn)生燃燒室內(nèi)的燃料集中的燃料噴射器將燃料噴射到燃燒室內(nèi)要求燃燒室包括在噴霧周?chē)淖銐虻拈g隙或開(kāi)闊容積。在一個(gè)實(shí)施例中，這種間隙或容積可被描述為在火花塞，例如從火花塞的中心電極的尖端起測(cè)量，與凹陷的緊鄰表面之間的期望空隙。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，該空隙可被設(shè)置為在3-10mm之間的值。在一個(gè)實(shí)施例中，該空隙是盤(pán)形凹陷的幾何形狀和所選用于燃燒室的火花塞的函數(shù)。在燃燒室內(nèi)的燃料流動(dòng)和相關(guān)的流動(dòng)動(dòng)力學(xué)是本領(lǐng)域已知的，因此在此不再詳細(xì)描述。盤(pán)形凹陷的幾何形狀、定位凹陷的頂點(diǎn)和確定凹陷的深度可基于火花塞的定位和在燃燒室內(nèi)的期望燃料噴霧樣式?；谄谕膲嚎s比和燃燒室的其余部分的已知幾何形狀，尤其是氣缸蓋的幾何形狀，可以確定期望的凹陷容積或者期望的總?cè)紵胰莘e?；诨鸹ㄈ囊阎恢煤腿紵覂?nèi)的期望燃料噴霧樣式，可以確定凹陷的頂點(diǎn)相對(duì)于圓形活塞的中心的位置。在本文中作為術(shù)語(yǔ)使用的頂點(diǎn)，應(yīng)理解為指的是作為各斜壁的基本匯聚處的幾何構(gòu)造的凹陷最低點(diǎn)或局部表面。而且，可以確定火花塞周?chē)钠谕障痘蛉莘e?；谧钚』瘡娜紵业交钊臒醾鬟f，期望的是活塞暴露給燃燒室的表面積最小?？紤]到活塞中的凹陷在頂點(diǎn)處達(dá)到最大深度，所以最小表面積包括將活塞的表面的周長(zhǎng)連接到頂點(diǎn)的帶有直線(xiàn)輪廓的表面?？紤]到頂點(diǎn)相對(duì)于活塞的表面的周長(zhǎng)下陷，用于最小化表面積的凹陷理想形狀是圓錐或圓錐形凹陷。在一個(gè)實(shí)施例中，圓錐形可以在頂點(diǎn)處、在位于或接近活塞表面的周長(zhǎng)的凹陷邊緣處是圓的，或者在這上述兩處都是圓的。由凹陷邊界限定的凹陷可以在活塞表面的周長(zhǎng)處直接開(kāi)始形成，在該周長(zhǎng)處活塞的垂直側(cè)壁從活塞表面垂下。在另ー個(gè)實(shí)施例中，活塞可包括圍繞活塞表面的周長(zhǎng)的邊沿或帶斜面形狀，并且凹陷邊界可始于該邊沿處。在另ー個(gè)實(shí)施例中，可圍繞活塞表面的周長(zhǎng)地包括環(huán)或平坦表面，并且凹陷邊界可始于從活塞表面的周長(zhǎng)向內(nèi)的一定的小徑向距離處。凹陷邊界可以是圓的、長(zhǎng)圓的，或者包括一些其它的復(fù)雜形狀。凹陷邊界可以盡可能地接近活塞表面的周長(zhǎng)，從而最小化活塞暴露給燃燒室的表面積。根據(jù)期望特性的活塞可通過(guò)基于火花塞的位置和期望的燃料流設(shè)置相對(duì)于活塞中心的頂點(diǎn)位置以及期望的空隙、基于壓縮比確定期望的燃燒室容積、以及構(gòu)造橋接頂點(diǎn)位置和活塞周長(zhǎng)的盤(pán)形凹陷從而使得活塞暴露給燃燒室的總表面積盡可能小來(lái)構(gòu)造。在確定了凹陷頂點(diǎn)的位置、已知期望壓縮比、和已知?dú)飧咨w構(gòu)造的情況下，并且基于帶有直線(xiàn)壁輪廓的凹陷頂點(diǎn)到活塞名義頂部的直接連接，可以根據(jù)本領(lǐng)域已知的方法選擇活塞名義頂部的位置以產(chǎn)生期望的燃燒室最終容積。圖2示出了包括盤(pán)形凹陷的示例性活塞。燃燒室110包括氣缸蓋115和活塞120。火花塞130包括火花塞空隙132?；钊?20包括活塞邊沿124和位于活塞的暴露給燃燒室110的表面上的盤(pán)形凹陷122。盤(pán)形凹陷122提供從活塞120的名義頂部的凹部，使得該凹部可接收燃料噴射噴霧并且該噴霧可以被該凹部在燃燒室內(nèi)局部化或容納?；诨鸹ㄈ?30的位置，可以確定活塞120上的盤(pán)形凹陷122的頂點(diǎn)125相對(duì)于圓形活塞的中心的位置。圖示了頂點(diǎn)125和火花塞130之間的所選空隙134。為了最小化活塞120和盤(pán)形凹陷122的最終表面積，可通過(guò)直接連接頂點(diǎn)125到活塞120的周長(zhǎng)或外徑，例如利用端點(diǎn)在頂點(diǎn)125處和活塞周長(zhǎng)處的直壁或者在頂點(diǎn)和周長(zhǎng)之間的直線(xiàn)輪廓，來(lái)確定凹陷的輪廓。盤(pán)形凹陷122可包括帶有在頂點(diǎn)125的狹窄端部和在或緊鄰活塞的外徑處終止的寬闊端部的大體圓錐形凹陷。在活塞的外徑和限定盤(pán)形凹陷的起始處的凹陷邊界之間可存在特征，例如包括活塞120的邊沿124。在示出的實(shí)施例中，在邊沿124和盤(pán)形凹陷122之間是包括在活塞120上的平坦表面或平坦邊界區(qū)域126的特征，其中從平坦邊界區(qū)域126到盤(pán)形凹陷122的過(guò)渡由凹陷邊界128限定。凹陷邊界128圖示為帶有直徑118的圓。凹陷邊界128可以是圓、橢圓、或任何其它的幾何或復(fù)雜形狀。類(lèi)似地，頂點(diǎn)125可以是圓的或任何其它形狀，并且根據(jù)本文公開(kāi)的活塞實(shí)施例，頂點(diǎn)125可以是平坦的或者可以是小凹陷或其它非平坦的形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，鑒于活塞120的特征，其可以盡可能地寬。根據(jù)另ー實(shí)施例，其可以基于期望壓縮比和/或凹陷的期望容積而被選擇或調(diào)整。圖示的凹陷邊界128 和圖示的從盤(pán)形凹陷122到頂點(diǎn)125的過(guò)渡每一個(gè)都被示出為急劇的拐角。根據(jù)本公開(kāi)，任一個(gè)過(guò)渡都可被圓滑化。在一個(gè)實(shí)施例中邊沿124和平坦邊界區(qū)域126圍繞著活塞暴露給燃燒室110的表面可以是一致的。在另ー個(gè)實(shí)施例中，邊沿124和/或平坦邊界區(qū)域126圍繞著活塞的該表面在尺寸或輪廓方面可以變化。盤(pán)形凹陷可以覆蓋活塞的暴露給燃燒室的表面的幾乎全部。盤(pán)形凹陷可以由位于圍繞活塞的周長(zhǎng)的邊沿處的凹陷邊界限定。在這樣的實(shí)施例中，盤(pán)形凹陷和邊沿一起可覆蓋活塞的暴露給燃燒室的表面的幾乎全部。盤(pán)形凹陷可以由位于平坦邊界區(qū)域的凹陷邊界限定，平坦邊界區(qū)域由圍繞活塞周長(zhǎng)的邊沿環(huán)繞。在這樣的實(shí)施例中，盤(pán)形凹陷、平坦邊界區(qū)域和邊沿一起可覆蓋活塞的暴露給燃燒室的表面的幾乎全部。優(yōu)選的是，盤(pán)形凹陷的表面積包括活塞的暴露給燃燒室的表面全部的大部分。因此，被描述為緊鄰活塞的外徑的凹陷邊界應(yīng)理解為對(duì)應(yīng)于盤(pán)形凹陷的包括活塞的暴露給燃燒室的表面全部的大部分的表面積。圖3示出了包括盤(pán)形凹陷的示例性活塞的等距視圖?；钊?20包括凹陷表面322和凹陷邊界328。凹陷表面322包括基于帶有在頂點(diǎn)325處的狹窄端部和對(duì)應(yīng)于凹陷邊界328的寬闊端部的圓錐形狀的弧形表面。燃燒室至少包括ー個(gè)進(jìn)氣門(mén)和ー個(gè)排氣門(mén)。當(dāng)氣門(mén)都打開(kāi)時(shí)，它們向下延伸進(jìn)入燃燒室并且可延伸進(jìn)入本來(lái)是活塞的一部分的區(qū)域。氣門(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)340被描述為在活塞的頂部中，其中活塞中的間隙被形成為使得四個(gè)氣門(mén)可打開(kāi)并延伸進(jìn)入燃燒室而不接觸活塞。凹陷表面322不形成完整的圓錐形凹陷，因?yàn)闅忾T(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)340被形成為比凹陷表面322更深入活塞表面。測(cè)試已經(jīng)表明，只要?dú)忾T(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)340不改變凹陷表面322在頂點(diǎn)325附近的形狀，該凹陷在燃燒室的一定區(qū)域內(nèi)容納燃料的功能就不受影響。氣門(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)340包括的容積必須被考慮以計(jì)算壓縮比，所以凹陷表面322的形狀必須被調(diào)節(jié)以維持期望的壓縮比。注意到，在圖3的實(shí)施例中，可以看到凹陷邊界328圍繞周長(zhǎng)，其中其沒(méi)有被氣門(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)340中斷，該邊界在其沒(méi)有被氣門(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)340中斷的情況下限定了凹陷表面322的幾何形狀。在另ー個(gè)實(shí)施例中，在緊鄰的氣門(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)之間的以及在氣門(mén)形狀的關(guān)閉機(jī)構(gòu)和活塞外徑之間的小部分中的薄區(qū)域可脫離盤(pán)形凹陷的形狀，而不會(huì)影響盤(pán)形凹陷在頂點(diǎn)附近的幾何形狀和功能。限定盤(pán)形凹陷的寬闊端部的凹陷邊界可以完整地繞著活塞的被定義為與活塞表面同心的圓的表面延伸。在一些實(shí)施例中，凹陷邊界可被一些特征，例如氣門(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)打斷。在這樣的實(shí)施例中，凹陷邊界可包括至少ー個(gè)在活塞外徑的一部分上延伸的圓弧。這種ー個(gè)或多個(gè)圓弧可以是如果這些圓弧沒(méi)有被活塞表面的其它特征中斷的話(huà)會(huì)與活塞的外徑同心并緊鄰該外徑的圓的部分。圖4示出了在示例性燃燒室內(nèi)疊置的多個(gè)活塞構(gòu)造。圖4示出了燃燒室410和三個(gè)替換的包括平坦活塞表面455、碗形凹陷表面450、和盤(pán)形凹陷422的活塞設(shè)計(jì)。平坦活塞表面455是沒(méi)有任何凹陷并且缺少緊鄰火花塞地容納燃料噴射的能力的活塞。碗形凹陷表面450包括帶有陡壁(S卩，基本垂直的)的、能在燃燒室的一定區(qū)域內(nèi)容納燃料噴射的凹陷，但是活塞表面的復(fù)雜形狀包括了允許從燃燒室到活塞內(nèi)的大熱傳遞的大表面積。另ー方面，盤(pán)形凹陷表面422包括圓錐形凹陷，如本文所公開(kāi)地實(shí)現(xiàn)了燃料容納，同時(shí)維持了最 小的表面積。另外，如上述美國(guó)專(zhuān)利6971365中所公開(kāi)的，碗形凹陷表面450會(huì)要求噴射角度匹配或?qū)?yīng)碗狀物的拐角以確保噴霧容納。測(cè)試已經(jīng)表明，盤(pán)形凹陷表明422對(duì)燃料噴射角度不敏感并且沒(méi)有使燃料噴射噴霧樣式控制復(fù)雜化的碗狀物拐角。圖5示出了第二個(gè)示例性燃燒室內(nèi)的疊置的多個(gè)活塞構(gòu)造。圖5示出了第二燃燒室510和平坦活塞表面555、碗形凹陷表面552和碗形凹陷522，示出了替換的氣缸設(shè)計(jì)和本文公開(kāi)的活塞可如何被包含在氣缸內(nèi)。在圖4和圖5的兩個(gè)燃燒室內(nèi)，帶有盤(pán)形凹陷表面422、522的活塞的周長(zhǎng)邊緣在活塞接近各自的燃燒室的頂部的情況下要比平坦活塞表面455、555在燃燒室中更高。不管活塞形狀如何，燃燒室必須對(duì)應(yīng)于期望的壓縮比，所以，假設(shè)燃燒室的其余部分保持不變，由在活塞中心處或附近形成凹陷所產(chǎn)生的燃燒室中的過(guò)量容積必須被活塞的比對(duì)應(yīng)平坦活塞表面更高的周長(zhǎng)抵消。圖6用曲線(xiàn)示出了三個(gè)不同活塞設(shè)計(jì)的作為在燃燒循環(huán)過(guò)程中的熱釋放率的燃燒計(jì)算結(jié)果。垂直I軸表示以J/deg為單位的燃燒循環(huán)的熱釋放率，而水平X軸表示作為上止點(diǎn)之后的以度數(shù)表示的曲軸的曲柄角度的燃燒循環(huán)進(jìn)度，其中在上止點(diǎn)之后的720度表示活塞在氣缸內(nèi)達(dá)到其行程最高點(diǎn)的位置。圖線(xiàn)202說(shuō)明用平坦頂部活塞設(shè)計(jì)得到的燃燒。圖線(xiàn)204說(shuō)明用活塞中具有碗形凹陷得到的燃燒。圖線(xiàn)200說(shuō)明用活塞中具有盤(pán)形凹陷得到的燃燒。圖線(xiàn)200說(shuō)明了快速且完全的燃燒事件，其中燃料被接近火花塞和其活塞點(diǎn)火地容納著允許燃料與整個(gè)燃燒室內(nèi)的氧的快速且徹底的燃燒。帶有其復(fù)雜形狀的碗形凹陷會(huì)分離燃燒室，從而將燃燒室內(nèi)的一些氧與燃料隔開(kāi)，并由此抑制了快速燃燒。通過(guò)在火花塞的區(qū)域內(nèi)容納燃料同時(shí)維持未被占用的燃燒室能使燃燒室內(nèi)的氧有相對(duì)良好的流動(dòng)，可利用盤(pán)形凹陷實(shí)現(xiàn)更高的熱釋放率。圖7用曲線(xiàn)示出了兩個(gè)不同活塞設(shè)計(jì)的作為在燃燒循環(huán)過(guò)程中的熱釋放率的燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果。垂直I軸表示以J/deg為單位的燃燒循環(huán)的熱釋放率，而水平X軸表示作為上止點(diǎn)之后的以度數(shù)表示的曲軸的曲柄角度的燃燒循環(huán)進(jìn)度，其中上止點(diǎn)之后的零度表示活塞在氣缸內(nèi)達(dá)到其行程最高點(diǎn)的位置。圖線(xiàn)222說(shuō)明了用活塞中具有碗形凹陷得到的燃燒。圖線(xiàn)220說(shuō)明了用活塞中具有盤(pán)形凹陷得到的燃燒。圖線(xiàn)220說(shuō)明了更加快速和完全的燃燒事件，其中接近火花塞地容納著的燃料與燃燒室內(nèi)的氧具有無(wú)遮攔的接觸，允許燃料與整個(gè)燃燒室內(nèi)的氧的快速且徹底的燃燒。圖8用曲線(xiàn)示出了利用兩個(gè)不同的活塞設(shè)計(jì)的經(jīng)過(guò)一系列燃燒循環(huán)的燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果。垂直y軸表示以kPa為單位的燃燒循環(huán)的MEP，其為燃燒循環(huán)做功多少的量度，而水平X軸表示一系列的順序燃燒循環(huán)，IMEP值是經(jīng)過(guò)這些循環(huán)采集的。圖線(xiàn)230說(shuō)明了用于具有碗形凹陷的活塞得到的燃燒，而圖線(xiàn)232說(shuō)明了用帶有盤(pán)形凹陷的活塞得到的燃燒。圖線(xiàn)230說(shuō)明了在所得到的燃燒的功輸出中的順序變化，而圖線(xiàn)232，與盤(pán)形凹陷相關(guān)聯(lián)，說(shuō)明了由于一致的穩(wěn)定燃燒而產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)多個(gè)燃燒循環(huán)的更加一致的MEP值。預(yù)見(jiàn)到盤(pán)形凹陷的多個(gè)特征。如上所述，在活塞表面中需要具有一定實(shí)質(zhì)容積的凹陷以容納燃料噴射。僅對(duì)本來(lái)平坦的活塞表面影響最小但滿(mǎn)足所需要的容積的任何凹陷都很可能在凹陷的側(cè)面包括陡峭地傾斜的壁，這增加了活塞暴露給燃燒室的表面積。盤(pán)形凹陷很可能包括活塞的表面的大部分或者幾乎全部。盤(pán)形凹陷的ー個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)將凹陷邊界內(nèi)的區(qū)域的表面積與活塞的表面積或活塞的表面積減去圍繞活塞的外周的邊沿的表面積比較來(lái)量化凹陷的有效性。因?yàn)樵摪枷菔贡砻娣e最小化并避免了不必要的復(fù)雜形狀，所以 盤(pán)形凹陷很可能包括平坦的或接近平坦的將活塞的外周或凹陷邊界連接到凹陷的頂點(diǎn)的斜面?？梢詸z查凹陷的斜壁的最大傾斜度。最大傾斜將受頂點(diǎn)的位置距離圓形活塞的中心多遠(yuǎn)影響，其中如果頂點(diǎn)越接近活塞的周長(zhǎng)，那么所能接受的閾值最大傾斜越大。例如，在頂點(diǎn)位于活塞的幾何中心的活塞中，可用如下公式作為約束來(lái)構(gòu)造盤(pán)形凹陷
凹陷的最大傾斜S3tr:ii|。在頂點(diǎn)位于活塞的中心和活塞的周長(zhǎng)之間的中點(diǎn)的活塞中，盤(pán)形凹陷可被約束如下
凹陷的最大傾斜S 60 PI?；钊男北诘膬A斜角被相對(duì)于垂直于活塞的水平面或者定義為垂直于氣缸膛壁的表面定義。根據(jù)盤(pán)形凹陷的類(lèi)似特點(diǎn)，從頂點(diǎn)的底部到凹陷邊界中的最高點(diǎn)按照氣缸膛的縱向方向測(cè)得的凹陷高度可與凹陷邊界的最大寬度進(jìn)行比較，并且這些項(xiàng)的比值可以與閾值進(jìn)行比較。示例性的盤(pán)形凹陷可被約束如下
高度與寬度的比值￡ 1/3,5I3|0可以想到數(shù)個(gè)類(lèi)似的特點(diǎn)來(lái)確定活塞中的盤(pán)形凹陷，從而最小化活塞的表面積同時(shí)提供足夠的凹陷以實(shí)現(xiàn)燃料容納，并且并不有意使本公開(kāi)限制于本文提供的具體的示例性實(shí)施例。圖9示出了帶有位于活塞的暴露給燃燒室的表面的幾何中心處的頂點(diǎn)的盤(pán)形凹陷。構(gòu)造600包括活塞610。活塞610示出為穿過(guò)活塞中心的輪廓。活塞610包括盤(pán)形凹陷620，盤(pán)形凹陷620包括頂點(diǎn)640和在活塞的外徑處的凹陷邊界的第一示例630和凹陷邊界的第二示例632。示出的凹陷邊界圍繞在活塞的名義頂部660處的活塞610的外徑的外圍延伸。盤(pán)形凹陷620由將頂點(diǎn)640分別直接連接到凹陷邊界的第一示例630和第二示例632的凹陷壁650和652形成。凹陷的最大傾斜670可被定義在由活塞的名義頂部660定義的平面和盤(pán)形凹陷620的最傾斜的壁之間。因?yàn)槭境龅捻旤c(diǎn)640位于活塞610的幾何中心并且由壁650和652示意的活塞610的凹陷壁終止于活塞的名義頂部660，所以圍繞凹陷的壁具有一致的傾斜角。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，為了約束活塞610暴露給燃燒室的面的總表面積，凹陷的最大傾斜670可以被約束為小于閾值角度。圖10示出了帶有偏離活塞的暴露給燃燒室的表面的幾何中心的頂點(diǎn)的盤(pán)形凹陷。構(gòu)造700包括活塞710。活塞710示出為穿過(guò)活塞中心的輪廓?；钊?10包括盤(pán)形凹陷720，盤(pán)形凹陷720包括頂點(diǎn)740和在活塞的外徑處的凹陷邊界的第一示例730和凹陷邊界的第二示例732。示出的凹陷邊界圍繞在活塞的名義頂部760處的活塞710的外徑的外圍延伸。盤(pán)形凹陷720由將頂點(diǎn)740分別直接連接到凹陷邊界的第一示例730和第二示例732的凹陷壁750和752形成。凹陷的最大傾斜770可被定義在由活塞的名義頂部760定義的平面和盤(pán)形凹陷720的最傾斜的壁之間。因?yàn)槭境龅捻旤c(diǎn)740相比另ー側(cè)更靠近活塞710的一側(cè)并且由壁750和752示意的活塞710的凹陷壁終止于活塞的名義頂部760，所以可選擇壁750為具有凹陷的最高或最大傾斜770的凹陷壁。基于將軸線(xiàn)740定位在活塞的非中心位置的需要，與示出的對(duì)應(yīng)于頂點(diǎn)位于相應(yīng)的活塞610的幾何中心處的凹陷的最大傾斜670相比，所能容忍的凹陷的最大傾斜770更大。盤(pán)形凹陷的邊界可以是圓形的。盤(pán)形凹陷的邊界可以是長(zhǎng)圓的或包括一些其它的 復(fù)雜形狀。凹陷可包括源于或符合活塞的頂面的一些小凹部或者其它浮凸。凹陷的壁在輪廓方面可以是連接頂點(diǎn)到凹陷邊界的直線(xiàn)，或者壁可以是更復(fù)雜的形狀，例如，具有使從凹陷邊界到壁的或壁到頂點(diǎn)的過(guò)渡圓滑的拋物線(xiàn)過(guò)渡。周長(zhǎng)邊界在本文中被公開(kāi)為存在于活塞的名義頂部。通常，周長(zhǎng)邊界可存在于垂直于氣缸膛的單個(gè)平面內(nèi)。不過(guò)，周長(zhǎng)邊界和最終的盤(pán)形凹陷可在凹陷的ー側(cè)處更高或在凹陷的ー側(cè)處更低從而產(chǎn)生不規(guī)則的外圍或者替換地可存在于不垂直于氣缸膛的平面內(nèi)，并且仍然包括如本文所公開(kāi)的盤(pán)形凹陷。凹陷和活塞的最終幾何形狀可以采用根據(jù)本文所公開(kāi)的盤(pán)形凹陷的多個(gè)示例性實(shí)施例，并且并不有意使本公開(kāi)限制于本文所提供的具體的示例性實(shí)施例。本公開(kāi)描述了某些優(yōu)選的實(shí)施例及其變型。在閱讀和理解本說(shuō)明書(shū)后，其它人還會(huì)意識(shí)到更多的變型和改變。因此，有意不便本公開(kāi)限制于作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而構(gòu)思的最佳模式而公開(kāi)的具體實(shí)施例，相反，本公開(kāi)將包括在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，所述活塞位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)，所述活塞包括 在活塞的暴露給氣缸的燃燒室的表面中的盤(pán)形凹陷，從而提供從所述活塞的名義頂部的凹部，所述凹陷包括 位于所述活塞的所述名義頂部的凹陷邊界，其緊鄰所述活塞的外徑地定位； 所述凹陷的頂點(diǎn)；和 所述凹陷的斜壁，其連接所述頂點(diǎn)和所述凹陷邊界。
2.如權(quán)利要求I的活塞，其中所述斜壁包括從所述凹陷邊界到所述頂點(diǎn)的直線(xiàn)輪廓。
3.如權(quán)利要求2的活塞，其中所述斜壁包括從所述斜壁到所述頂點(diǎn)和所述凹部邊界中的其中一個(gè)的圓滑過(guò)渡。
4.如權(quán)利要求I的活塞，還包括在所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面上的多個(gè)氣門(mén)關(guān)閉機(jī)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求I的活塞，其中所述盤(pán)形凹陷基本上覆蓋了所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面的全部。
6.如權(quán)利要求I的活塞，還包括圍繞所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面的邊沿；并且 其中所述邊沿和所述盤(pán)形凹陷一起基本覆蓋所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面的全部。
7.如權(quán)利要求I的活塞，還包括 圍繞所述活塞的所述表面的邊沿；和 圍繞所述活塞的所述表面的平坦邊界區(qū)域；并且 其中所述邊沿、所述平坦邊界區(qū)域和所述盤(pán)形凹陷一起基本覆蓋所述活塞的暴露給所述燃燒室的表面的全部。
8.如權(quán)利要求I的活塞，其中所述頂點(diǎn)位于所述活塞的所述表面的幾何中心。
9.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，所述活塞位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)，所述活塞包括 在活塞的暴露給氣缸的燃燒室的表面中的盤(pán)形凹陷，從而提供從所述活塞的名義頂部的凹部，所述凹陷包括帶有形成所述凹陷的頂點(diǎn)的狹窄端部和位于所述活塞的名義頂部、緊鄰所述活塞的外徑并形成所述凹陷的寬闊端部的凹陷邊界的大體圓錐形凹陷。
10.一種用于在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)燃燒燃料的方法，該方法包括 提供所述氣缸內(nèi)的活塞，所述活塞包括在活塞的暴露給氣缸的燃燒室的表面中的盤(pán)形凹陷，從而提供從所述活塞的名義頂部的凹部，所述凹陷包括帶有形成所述凹陷的頂點(diǎn)的狹窄端部和位于所述活塞的名義頂部、緊鄰所述活塞的外徑并形成所述凹陷的寬闊端部的凹陷邊界的大體圓錐形凹陷； 將燃料噴霧噴射到所述盤(pán)形凹陷內(nèi)；和 在所述燃料噴霧保持集中在所述盤(pán)形凹陷內(nèi)時(shí)用火花塞點(diǎn)燃所述燃料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于穩(wěn)健的自燃的活塞。用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞位于發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)?；钊ㄔ诨钊谋┞督o氣缸的燃燒室的表面內(nèi)的盤(pán)形凹陷，從而提供從活塞的名義頂部的凹部。凹陷包括位于所述活塞的名義頂部且緊鄰活塞的外徑的凹陷邊界、頂點(diǎn)和連接頂點(diǎn)和凹陷邊界的斜壁。
文檔編號(hào)F02F3/00GK102733986SQ20121009900
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者H.允, P.M.納特, R.O.小格羅弗, T.R.赫夫曼 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司