014的一個(gè)氣缸內(nèi)的多個(gè)燃料噴射器1016中的每一者流體連接。 未示出氣缸套，但一般會(huì)用到氣缸套，因此氣缸套將確定對(duì)象氣缸孔直徑。燃料系統(tǒng)1040 還包括高壓累1044,其與燃料供應(yīng)源或儲(chǔ)罐1046流體連接，且配置為轉(zhuǎn)換并加壓來(lái)自供應(yīng) 源1046的燃料用W傳遞至共軌1042。燃料系統(tǒng)1010還可包括排氣再循環(huán)回路，其流體地 連接在排氣通道和進(jìn)氣通道之間，類(lèi)似于圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。圖4的發(fā)動(dòng)機(jī)7還包 括共軌發(fā)動(dòng)機(jī)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)1040。在一些實(shí)例中，共軌技術(shù)提供較少含量的某些排放物，例 如PM。相應(yīng)地，盡管本發(fā)明并未因此受限制，但共軌系統(tǒng)為發(fā)動(dòng)機(jī)7,也可能為子類(lèi)的其他 發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種切實(shí)可行的實(shí)施策略。 陽(yáng)化5] 工業(yè)實(shí)用性
[0056] 回到圖1，所示的發(fā)動(dòng)機(jī)10設(shè)置有活塞18,因?yàn)樵趬嚎s沖程結(jié)束時(shí)，其似乎可能已 經(jīng)前進(jìn)到氣缸15的上止點(diǎn)中屯、位置?？諝庖呀?jīng)輸送到氣缸15,使得空氣W縱軸Z的外周方 向圍繞氣缸15旋動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，含有空氣的氣體與再循環(huán)廢氣的混合物可W通過(guò)進(jìn) 氣通道70輸送到氣缸15中，使得氣體混合物W小于或等于發(fā)動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)速的速度旋動(dòng)， 也就是說(shuō)，其具有的滿(mǎn)流比大約為1或W下。滿(mǎn)流比在本文中可W理解為旋動(dòng)氣體的切向 速度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（RPM)之商。在活塞18的壓縮沖程期間，氣缸15中的氣體混合物可被 壓縮，使得氣體混合物的壓力增加15到17倍。
[0057] 在活塞18快要前進(jìn)到氣缸15中的上止點(diǎn)中屯、位置時(shí)，可W開(kāi)始直接噴射燃料到 氣缸15內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，燃料噴射可W在發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)之時(shí)開(kāi)始，使得來(lái)自燃料噴射器 16中噴孔的全部五或六股燃料噴射煙縷的每一股的中屯、軸線(xiàn)都指向突變過(guò)渡部48。圖示 是燃料噴射開(kāi)始時(shí)氣缸15中活塞18的一個(gè)快照，燃料噴射煙縷的中屯、軸線(xiàn)預(yù)期可W與碗 邊緣80相交。在圖1中，從噴射器16向外延伸的虛線(xiàn)表示燃料噴射煙縷的中屯、軸線(xiàn)。如 上所述，錐角Al可W小于噴射角Az。通?？赡芟Ｍ麑⑷剂蠌较虻叵蛲庖龑?dǎo)到燃燒碗30中， 使得從根本上限制或避免燃料噴射對(duì)凸?fàn)顑?nèi)表面34的碰撞。相對(duì)較小的錐角AlW及其他 特征（例如碗形狀和體積）、噴射正時(shí)、化及噴射角都可W促成該目標(biāo)。在活塞18到達(dá)上止 點(diǎn)中屯、位置之時(shí)或之前，氣體可W在活塞18到達(dá)上止點(diǎn)中屯、位置之時(shí)從部分地由氣缸蓋 14所限定且部分地由復(fù)合邊緣38所限定的裂縫82處被擠壓?？蒞注意到，裂縫82包括在 徑向向外方向上的縮小錐形。特別地，采用據(jù)認(rèn)為是誘導(dǎo)或至少增強(qiáng)氣體旋動(dòng)W及燃料霧 化和蒸發(fā)的方式，氣體可W通過(guò)突變過(guò)渡部48向內(nèi)朝向并擠壓到燃燒碗30內(nèi)。氣體從裂 縫82處的擠壓所導(dǎo)致的旋動(dòng)可W在大體上沿著燃燒碗30的輪廓和氣缸蓋14的暴露內(nèi)表 面的路徑發(fā)生。因而，在圖1中Z軸右側(cè)的燃燒碗30的部分中，氣體可W按逆時(shí)針?lè)较蛐?動(dòng)，而在Z軸的另一側(cè)則按順時(shí)針?lè)较蛐齽?dòng)。運(yùn)不同于將進(jìn)氣輸送到氣缸15相關(guān)聯(lián)的旋動(dòng) 方式（其是沿Z軸周向旋動(dòng)）。在活塞18到達(dá)上止點(diǎn)中屯、位置之時(shí)或之后很短時(shí)間內(nèi)，氣 缸15中的氣體和燃料的混合物開(kāi)始自燃。
[0058] 圖5a包括將斜面邊緣活塞（虛線(xiàn)）相對(duì)于本文所公開(kāi)類(lèi)型的弧形邊緣活塞（實(shí) 線(xiàn)）的煙霧與NOx相對(duì)比的曲線(xiàn)圖。圖化包括將相同的斜面和弧形邊緣活塞的制動(dòng) 耗油率度SFC)與NOx相對(duì)比的曲線(xiàn)圖。圖5a和化中所示的數(shù)據(jù)取自本專(zhuān)利申請(qǐng)案的受 讓人采用排氣再循環(huán)而制造的C15發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)在約1800RPM和1050牛米下在大約 100%的負(fù)載條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)清除排氣再循環(huán)量，實(shí)現(xiàn)不同的NOx含量，同時(shí)保持開(kāi)始噴 射的壓力和主噴射正時(shí)恒定。從圖5a和化可W注意到，對(duì)于斜面邊緣活塞與弧形邊緣活 塞，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的煙塵率或煙霧率W及BSFC非常相似。在圖5a中，其相應(yīng)末端之間的兩條 曲線(xiàn)中的每一者指示所測(cè)量的煙霧值大約共計(jì)變化2倍，而所測(cè)量的NOx值變化2. 5倍。在 圖化中，兩條曲線(xiàn)各指示所測(cè)量的BSFC值變化了大約2倍，而所測(cè)量的NOx值變化了大約 2%-3%。所述曲線(xiàn)圖僅為說(shuō)明性的，且其他測(cè)試條件可能產(chǎn)生不同的結(jié)果，然而，對(duì)于獨(dú)立 于某些其他幾何因素的活塞碗的設(shè)計(jì)而言，從圖5a和化的曲線(xiàn)圖中所得的結(jié)論至少在某 種程度上預(yù)期是概括性的。
[0059] 圖6a和圖化分別包括對(duì)于每一個(gè)直式碗（實(shí)線(xiàn)）和凹角碗（虛線(xiàn)）的活塞設(shè)計(jì)， 將煙霧產(chǎn)生和NOx產(chǎn)生進(jìn)行比較和將BSFC與NOx產(chǎn)生進(jìn)行比較的曲線(xiàn)圖。在類(lèi)似于獲得圖 5a和圖化中的數(shù)據(jù)所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)并且是在類(lèi)似的條件下進(jìn)行操作的發(fā)動(dòng)機(jī)上獲得在圖 6a和圖化中示出的數(shù)據(jù)?？蒞注意到，相比于直式碗設(shè)計(jì)，在凹角碗設(shè)計(jì)上的煙霧的改進(jìn) 是易于顯而易見(jiàn)的，并且BSFC的改變是可忽略的，即在測(cè)量能力內(nèi)。在圖化的曲線(xiàn)圖中， 每條曲線(xiàn)圖示了大約為所測(cè)量煙霧值的兩倍的總變化，和大約1到1. 5倍的所測(cè)量NOx值 的總變化。在圖6a的曲線(xiàn)圖中，直式碗曲線(xiàn)示出了所測(cè)量BSFC值的極小的總變化，W及凹 人碗曲線(xiàn)示出了測(cè)量能力內(nèi)的總BSFC變化。在圖化中的每一條曲線(xiàn)示出了所測(cè)量NOx值 中的大約兩倍的變化。相比于直式碗設(shè)計(jì)，通過(guò)凹角碗設(shè)計(jì)獲得的煙霧的改進(jìn)相當(dāng)于用于 獲得在圖6a和圖化中所示的數(shù)據(jù)并在所描述的操作條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)的至少10%。 與圖5a和圖化的曲線(xiàn)圖一樣，從圖6a和圖化得出的結(jié)論預(yù)期至少在某種程度上是概括 性的。
[0060] 如上所論述，活塞和壓縮式內(nèi)燃機(jī)的各種幾何特征W及發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件和策略可 W顯著影響效率和排放。許多運(yùn)些參數(shù)的具體效果相對(duì)知之甚少，并且參數(shù)的交叉禪合往 往意味著切換任何個(gè)別參數(shù)可能產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的后果。將運(yùn)些挑戰(zhàn)混合是制造商之間的 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和操作中的某些變化，運(yùn)些變化可能不具體地旨在解決效率和/或排放，而是 對(duì)任何特定發(fā)動(dòng)機(jī)或活塞可如何配置產(chǎn)生固定的外部約束，并且從而限制了可用的設(shè)計(jì)選 項(xiàng)。例如，滿(mǎn)旋比是可W部分地取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)的組件的幾何結(jié)構(gòu)的一個(gè)因素。在 重新設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)不是可行選項(xiàng)的情況下，開(kāi)發(fā)一種具備合適的效率和排放的活塞可能需 要加工在由進(jìn)氣系統(tǒng)施加的某些不可變的約束內(nèi)工作的活塞。類(lèi)似地，當(dāng)選擇排氣再循環(huán) 為基本NOx減少策略，可在基于EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)中加工提供合適性能的活塞可W不同于在系 統(tǒng)中執(zhí)行最佳的活塞，其中使用了一些其他的NOx減少策略。換句話(huà)說(shuō)，既然已知EGR可W 與至少某些實(shí)施方案中的NOx和煙霧的一定的平衡相關(guān)聯(lián)，為基于EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)可協(xié) 助減少NOx和煙霧的活塞需要達(dá)到的平衡不同于非EGR發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的活塞所需要達(dá)到的 平衡，運(yùn)在其他方面往往會(huì)產(chǎn)生NOx和煙霧的不同平衡。如氣缸孔尺寸和壓縮比的其他因 素仍然可W作為基本上是固定的外部的約束。
[0061] 因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，在"X"型發(fā)動(dòng)機(jī)中開(kāi)發(fā)一種具備可接受的性能的活 塞中所作的努力可W非常不同于在開(kāi)發(fā)一種適合于"Y"型發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞中所作的努力。然 而，依據(jù)W上所闡明的某些概括可W根據(jù)本發(fā)明對(duì)開(kāi)發(fā)活塞、發(fā)動(dòng)機(jī)或操作方法做的決策 進(jìn)行指導(dǎo)。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)EGR在減少NOx的許多情況下是有效的，但在一些情況下，使用 EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒條件可能導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)量的煙霧。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，形成過(guò)渡部48對(duì)于更高 量的EGR是相對(duì)更突然的而對(duì)于較低量或零量的EGR是相對(duì)較不突然的，運(yùn)可在沒(méi)有NCV消 耗的情況下協(xié)助保持煙霧含量低。關(guān)于邊緣的幾何結(jié)構(gòu)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在某些早期設(shè)計(jì)中的平 坦邊緣可W與比在當(dāng)前所公開(kāi)的設(shè)計(jì)中使用弧形邊緣產(chǎn)生的煙霧相對(duì)更高的煙霧相關(guān)聯(lián)。 可W從圖4的圖表中注意到，某些活塞被設(shè)計(jì)成具有凹角燃燒碗，而其他的活塞包括直邊 燃燒碗。在一些情況下，與直邊碗的設(shè)計(jì)相比，凹角碗的設(shè)計(jì)可與較低煙量相關(guān)聯(lián)。然而， 如上所論述，發(fā)動(dòng)機(jī)占空比可能會(huì)影響運(yùn)些和其他性質(zhì)。因此，對(duì)于預(yù)期在更高的速度或負(fù) 載下操作的發(fā)動(dòng)機(jī)，一般的燃燒條件可使得不管使用的是直邊還是凹角燃燒碗，產(chǎn)生的煙 霧含量均可接受。
[0062] 鑒于前述內(nèi)容，將了解，幾何結(jié)構(gòu)中看似微小的變化（特別是在燃燒碗的邊緣處 或附近）可W對(duì)排放和/或效率產(chǎn)生顯著影響。由于運(yùn)些性質(zhì)在重要部分中也可W取決于 如何操作發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)配置W在具有第一占空比的一種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的活塞在具有不 同占空比的另一種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)中可能不會(huì)成功。在圖4的圖表中闡述的示例包括表示本 發(fā)明的實(shí)際實(shí)施方案的九種不同發(fā)動(dòng)機(jī)。圖4的圖表中列出的不同的參數(shù)可具有相對(duì)較低 或較高的有效性，其有關(guān)效率、NOx和煙霧的平衡，并且應(yīng)被視為關(guān)鍵的參數(shù)可W取決于所 尋求的特定平衡。
[0063] 本說(shuō)明書(shū)僅用于說(shuō)明的目的，且不應(yīng)當(dāng)解釋為W任何方式來(lái)限制本發(fā)明的寬度。 因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，在不背離本發(fā)明的全部和合理范圍W及精神的情況下可對(duì) 本文所公開(kāi)的實(shí)施例做出各種修改。在檢查附圖和所附權(quán)利要求書(shū)后，其他方面、特征和優(yōu) 點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種活塞（718、818、918、1018)，其用于在具有15 :1至16 :1的壓縮比的直接噴射 壓燃式內(nèi)燃機(jī)（1010)中平衡燃燒效率與NOx產(chǎn)生和煙霧產(chǎn)生，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)（1010)具 有1或小于1的渦旋比，燃燒碗直徑與氣缸孔直徑的比為0. 68到0. 74,并且其中燃料噴射 的噴射角大于由所述燃燒碗（730、830、930、1030)內(nèi)的所述活塞（718、818、918、1018)的圓 錐形突出部限定的錐角，所述活塞（718、818、918、1018)包括： 活塞體（720、820、920、1020)，其具有限定縱向活塞軸線(xiàn)的外圓柱形表面；軸向活塞 端，其包括限定復(fù)合燃燒碗（730、830、930、1030)的燃燒面（728、828、928、1028);以及復(fù) 合邊緣（738、838、938、1038)，其位于所述軸向活塞端上且從所述燃燒碗（730、830、930、 1030)徑向向外延伸至所述外圓柱形表面； 所述復(fù)合燃燒碗（730、830、930、1030