活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，尤其涉及用于柴油機(jī)的活塞。更具體地，本發(fā)明涉及一種限定在活塞的冠部中的燃燒碗狀結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的燃燒室中燃燒可產(chǎn)生顆粒物質(zhì)，例如煤煙和氮氧化物排放。人們?cè)絹?lái)越關(guān)注在產(chǎn)生足夠發(fā)動(dòng)機(jī)功率的同時(shí)，最小化廢氣中氮氧化物的排放以及最小化保留在燃燒室中并通過(guò)廢氣釋放的顆粒物質(zhì)的量。通常采用包括催化劑和顆粒過(guò)濾器的廢氣后處理裝置來(lái)減少?gòu)U氣中氮氧化物和微粒物質(zhì)的排放。
[0003]顆粒物質(zhì)和氮氧化物排放可能取決于與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行有關(guān)的因素。這些因素可包括發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比、燃燒室結(jié)構(gòu)和燃料噴射噴霧樣式。可利用這些因素來(lái)進(jìn)一步減少氮氧化物和顆粒物質(zhì)排放的水平。
[0004]空氣和燃料混合物的分布和流動(dòng)對(duì)顆粒物質(zhì)和氮氧化物排放的影響可由燃燒室的結(jié)構(gòu)確定。
[0005]US2007199538公開(kāi)了一種用于直噴式柴油機(jī)的燃燒室，其中空氣和燃料的混合物可最佳通過(guò)燃燒室改善，由此實(shí)現(xiàn)顆粒物質(zhì)減少和氮氧化物減少之間的平衡。燃燒室可形成于活塞的頂端且可關(guān)于中心軸線對(duì)稱(chēng)。燃燒室可在其末端具有開(kāi)口，所述開(kāi)口與圓形部分和平直部分結(jié)合形成大致多邊形形狀。顆粒物質(zhì)和氮氧化物的減少可通過(guò)改進(jìn)燃料注射計(jì)時(shí)方面的延遲限制以及加速高廢氣再循環(huán)時(shí)的燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明至少部分地旨在改進(jìn)或克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的一方面或多方面。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明描述一種用于柴油機(jī)的活塞，所述活塞包括:本體，其具有圍繞中心軸線的冠部；燃燒室，其橫向設(shè)置在本體中并從冠部凹入；中心突起，其圍繞中心軸線設(shè)置在燃燒室中；唇部，其相對(duì)于冠部以一定角度傾斜；碗狀結(jié)構(gòu)，其從中心突起延伸到唇部；以及壁，其連接在唇部和冠部之間用于限制燃料蒸汽離開(kāi)燃燒室的角度分布。
【附圖說(shuō)明】
[0008]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，根據(jù)以下各實(shí)施例的描述將更全面地理解本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的活塞的剖視圖；
[0010]圖2是設(shè)置在圖1的活塞中的燃燒室的剖視圖；
[0011]圖3a是圖2的燃燒室的局部剖視圖；
[0012]圖3b是圖3a的燃燒室的一部分的放大剖視圖。
[0013]圖4是圖2的燃燒室的平面視圖；以及
[0014]圖5是具有燃料蒸汽和燃燒產(chǎn)物的路徑的指示的燃燒室的一部分的放大剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]圖1圖示了柴油機(jī)的活塞10的橫截面圖?；钊?0可滑動(dòng)地組裝到汽缸柱內(nèi)的汽缸13中?；钊?0可具有中心軸線P。汽缸13可具有汽缸蓋15。汽缸13的壁可設(shè)置有汽缸襯套(未示出)。燃料噴射器17可設(shè)置在汽缸蓋15中。燃料噴射器17可具有多個(gè)配置成將燃料噴射到汽缸13的噴嘴。
[0016]汽缸13可具有縱向軸線C。隨著活塞10組裝到汽缸13中，活塞10的中心軸線P可與汽缸13的縱向軸線C在一條直線上。
[0017]燃料噴射器17可配置為以噴射角(未示出)噴射燃料。噴射角可定義為活塞中心軸線P和燃料噴射器17中的噴嘴之間的角。噴射角可以確定活塞10之內(nèi)的噴霧覆蓋范圍。
[0018]活塞10可具有本體12。本體12可具有第一端部21和第二端部23。本體12可由從第一端部21延伸到第二端部23的外表面25定界。活塞10可在第二端部23處具有活塞裙19。
[0019]本體12可具有冠部14。冠部14可以是大體平坦的。冠部14可圍繞中心軸線P設(shè)置。冠部14可關(guān)于中心軸線P對(duì)稱(chēng)。冠部14可設(shè)置在第一端部21處。冠部14可從外表面25朝向中心軸線P延伸。冠部14可在相對(duì)于中心軸線P的大致橫向方向上延伸。冠部14可垂直于外表面25。
[0020]圖4圖示了活塞10的平面圖。冠部14可為具有內(nèi)半徑R2和外半徑Rl的孔環(huán)。內(nèi)半徑R2可從中心軸線P到冠部14的內(nèi)邊緣27測(cè)得。冠部14的外半徑Rl可從外邊緣29到中心軸線P測(cè)得。外邊緣29可以形成在外表面25上。內(nèi)半徑R2可具有38.35mm的長(zhǎng)度。
[0021]圖2圖示了燃燒室11的一部分?；钊?0可具有燃燒室11。燃燒室11可橫向設(shè)置在本體12中。燃燒室11可在第一端部21處凹入到本體12中。燃燒室11可從冠部14凹入。燃燒室11可關(guān)于中心軸線P對(duì)稱(chēng)。燃燒室11可設(shè)置在第一端部21處。
[0022]燃燒室11可在第一端部分21處具有開(kāi)口 28。開(kāi)口 28可由冠部14的內(nèi)邊緣27定界。開(kāi)口 28可具有等于冠部?jī)?nèi)半徑R2的半徑。開(kāi)口 28可具有長(zhǎng)度為38.35mm的半徑。開(kāi)口 28可與冠部14在一條直線上。開(kāi)口 28可與冠部14在同一高度。
[0023]在汽缸13之內(nèi)，活塞10可放置成使得燃料噴射器17可大量向燃燒室11中噴射燃料。噴射到燃燒室11中的燃料蒸汽可與之后在燃燒室11中燃燒的進(jìn)入空氣混合。燃燒室11可配置為接收以相對(duì)于中心軸線P大約67.5°到70°的噴射角噴射的燃料蒸汽。
[0024]參照?qǐng)D2，活塞10可具有中心突起22。中心突起22可設(shè)置在燃燒室11中。中心突起22可沿朝向開(kāi)口 28的方向從燃燒室11凸出。中心突起22可為凸形凸起部。中心突起22可形成燃燒室11底部的中央部分。中心突起22可圍繞中心軸線P設(shè)置。中心突起22可關(guān)于中心軸線P對(duì)稱(chēng)。中心突起22可為環(huán)形。中心突起22可至少部分地為圓錐形或半球形。
[0025]中心突起22可具有凹入部24。凹入部24可面向開(kāi)口 28。凹入部24可由凹入底部31定界。凹入底部31可為部分球面表面。凹入底部31橫截面可為凹弧。凹入底部31橫截面可為圓形凹弧。
[0026]參照?qǐng)D3a，凹入底部31可具有最大凹入深度HI。最大凹入深度Hl可與中心軸線P重合。最大凹入深度Hl從開(kāi)口 28計(jì)可為9.38mm。凹入底部31的半徑R3可為9.0mm0開(kāi)始測(cè)量半徑R3的中心C3可重合在中心軸線P上。
[0027]參照?qǐng)D2，中心突起22可具有凹入轉(zhuǎn)變部26。凹入轉(zhuǎn)變部26可為環(huán)形并與凹入部24同心。凹入轉(zhuǎn)變部26具有孔環(huán)形式。環(huán)形凹入轉(zhuǎn)變部26可表示凹入部24的開(kāi)口。凹入轉(zhuǎn)變部26可面向開(kāi)口 28。凹入轉(zhuǎn)變部26可具有相對(duì)于開(kāi)口 28大體垂直的對(duì)稱(chēng)軸線。凹入轉(zhuǎn)變部26可具有相對(duì)于冠部14大體垂直的對(duì)稱(chēng)軸線。凹入轉(zhuǎn)變部22可關(guān)于中心軸線P對(duì)稱(chēng)。
[0028]在橫截面中，凹入轉(zhuǎn)變部26可形成遠(yuǎn)離的凸弧對(duì)。在橫截面中，凹入轉(zhuǎn)變部26可形成遠(yuǎn)離的圓形凸弧對(duì)。遠(yuǎn)離的圓形凸弧對(duì)可由凹入部24間隔開(kāi)。每一圓形凸弧可具有大體垂直于冠部14和開(kāi)口 28的對(duì)稱(chēng)軸線。
[0029]參照?qǐng)D3a和圖4，凹入轉(zhuǎn)變部26可具有凹入轉(zhuǎn)變頂部44。凹入轉(zhuǎn)變頂部44可為凹入轉(zhuǎn)變部26上的連續(xù)圓形峰的形式。凹入轉(zhuǎn)變頂部44可為中心突起22上相對(duì)于開(kāi)口28的最高點(diǎn)。從凹入轉(zhuǎn)變頂部44到中心軸線P的距離可為6.75mm。
[0030]參照?qǐng)D3a，在凹入轉(zhuǎn)變部26的每一個(gè)部分中，凹入轉(zhuǎn)變頂部44可具有頂點(diǎn)。頂點(diǎn)處的中心突起22和開(kāi)口 28之間的距離可為從中心突起22到開(kāi)口 28的最小直線距離。
[0031]凹入轉(zhuǎn)變部26的半徑R4可為3mm。半徑R4可從中心C4測(cè)得。從中心軸線P到中心C4的距離D4可為6.75mm。從中心軸線P到圓形凸弧形式的凹入轉(zhuǎn)變部26的一部分的中心C4的距離D4可為6.75_。
[0032]參照?qǐng)D2，中心突起22可具有底部部分30。凹入轉(zhuǎn)變部26可將凹入部24連接到底部部分30。底部部分30可為環(huán)形并與凹入部24和凹入轉(zhuǎn)變部26同心。底部部分30可從凹入轉(zhuǎn)變部26遠(yuǎn)離中心軸線P延伸。底部部分30可從凹入轉(zhuǎn)變部26徑向延伸。底部部分30可關(guān)于中心軸線P對(duì)稱(chēng)。
[0033]參照?qǐng)D3a，底部部分30可相對(duì)于冠部14和開(kāi)口 28傾斜。底部部分30可以傾斜成遠(yuǎn)離冠部14和開(kāi)口 28。底部部分30可相對(duì)于中心軸線P傾斜。底部部分30可朝向中心軸線P傾斜。底部部分30可相對(duì)于中心軸線P以70°的底部角Al傾斜。底部部分30和冠部14之間的角可為20°。
[0034]底部部分30可具有傾斜側(cè)部。在橫截面中，底部部分30可具有傾斜的筆直側(cè)部。一對(duì)傾斜的筆直側(cè)部可由凹入部24和凹入轉(zhuǎn)變部26間隔開(kāi)。
[0035]參照?qǐng)D2，中心突起22可具有底部轉(zhuǎn)變部32。底部轉(zhuǎn)變部32可為環(huán)形并與底部部分30同心。
[0036]在橫截面中，底部轉(zhuǎn)變部32可形成為遠(yuǎn)離的凸弧對(duì)。在橫截面中，底部轉(zhuǎn)變部32可形成為遠(yuǎn)離的圓形凸弧對(duì)。每一個(gè)圓形凸弧可具有明顯向開(kāi)口 28和冠部14傾斜的對(duì)稱(chēng)軸線。遠(yuǎn)離的圓形凸弧對(duì)可由凹入部24、凹入轉(zhuǎn)變部26和底部部分30間隔開(kāi)。底部轉(zhuǎn)變部32可關(guān)于中心軸線P對(duì)稱(chēng)。
[0037]參照?qǐng)D3a和圖4，底部轉(zhuǎn)變部32可具有底部轉(zhuǎn)變部頂部34。底部轉(zhuǎn)變部頂部34可為連續(xù)圓形峰。底部轉(zhuǎn)變部頂部34可為相對(duì)于開(kāi)口 28在中心凸起22上最低的點(diǎn)。在每一個(gè)部分中，底部轉(zhuǎn)變部頂部34都可具有頂點(diǎn)。頂點(diǎn)處中心凸起22和開(kāi)口 28之間的距離可為從中心凸起22到開(kāi)口 28的最大直線距離。
[0038]參照?qǐng)D3a，底部轉(zhuǎn)變部32的半徑R5可為3.0mm。半徑R5可從中心C5測(cè)得。
[0039]參照?qǐng)D1，活塞10可具有碗狀結(jié)構(gòu)20。碗狀結(jié)構(gòu)20可設(shè)置在燃燒室11中。碗狀結(jié)構(gòu)20可形成為沿大致遠(yuǎn)離開(kāi)口 28的方向伸入燃燒室11中的溝槽。碗狀結(jié)構(gòu)20可形成燃燒室11的底部的一部分。碗狀結(jié)構(gòu)20可關(guān)于中心軸線P對(duì)稱(chēng)。
[0040]參照?qǐng)D2，碗狀結(jié)構(gòu)20可形成圓形凹槽。碗狀結(jié)構(gòu)20可為環(huán)形并可與中心凸起22同心。碗狀結(jié)構(gòu)20可圍繞中心凸起22設(shè)置。碗狀結(jié)構(gòu)20可通過(guò)底部轉(zhuǎn)變部32連接到中心凸起22。碗狀結(jié)構(gòu)20可圍繞中心凸起22形成部分環(huán)狀。碗狀結(jié)構(gòu)20可徑向從中心凸起22延伸出。
[0041]碗狀結(jié)構(gòu)20可由碗狀結(jié)構(gòu)表面33定界。碗狀結(jié)構(gòu)表面33可與底部部分30和凹入底部31形成燃燒室11的底部的一部分。碗狀結(jié)構(gòu)表面33可朝向開(kāi)口 28和冠部14延伸，從而部分地形成燃燒室11的側(cè)壁。
[0042]參照?qǐng)D3a和圖3b，碗狀結(jié)構(gòu)表面33可為部分環(huán)狀表面。碗狀結(jié)構(gòu)表面33在橫截面中可為凹弧。碗狀結(jié)構(gòu)表面33在橫截面中可形成為遠(yuǎn)離的圓形凹弧對(duì)。所述遠(yuǎn)離的圓形凹弧對(duì)由中心凸起22間隔開(kāi)。
[0043]碗狀結(jié)構(gòu)20的半徑R6可為9.0mm。半徑R6可從中心C6測(cè)得。從中心軸線P到中心C5的距離D6可為28.06mm。從中心軸線P到以圓形凹弧形式的碗狀結(jié)構(gòu)20的一部分的中心C6的距離D6可為28.06mm。中心C6可具有深度H6。深度H6從開(kāi)口 28計(jì)可為8.25mm0
[0044]碗狀結(jié)構(gòu)20可具有碗狀結(jié)構(gòu)底端35。碗狀結(jié)構(gòu)底端35可形成碗狀結(jié)構(gòu)20上的連續(xù)圓形線。相對(duì)于開(kāi)口 28和冠部14，碗狀結(jié)構(gòu)底端35可為碗狀結(jié)構(gòu)20上的最低點(diǎn)。碗狀結(jié)構(gòu)底端35的最大碗狀結(jié)構(gòu)深度H2從冠部14計(jì)可為17.2