专利名称：用于增压式直喷内燃机的燃烧室的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及内燃发动机的设计，特别是压燃式内燃发动机。
背景技术：
汽车生厂商需强制执行的排放标准正变得日益严格，标准的每次改变都导致显著 的技术进步以及附加和/或更复杂的排放控制装置的使用，而这种排放控制装置被证明是
昂贵的。未来的标准将特别鼓励生产商减少氮氧化物和颗粒物的尾气排放水平，特别是为 了不过快堵塞颗粒过滤器，但生产商同时希望提升或至少保持发动机的性能水平以及操控 性。通常用于增进发动机排放控制的技术方案例如包括求助于先进的后处理装置例 如颗粒过滤器，或者修改排气再循环规范-本领域中广泛已知的英文缩写为EGR，但它对发 动机效率具有不利的影响。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的燃烧室，该燃烧室可以显著减少尾气排放中 的氮氧化物和颗粒物的水平。本发明的一个主题是一种用于内燃发动机特别是用于柴油发动机的活塞，该活塞 包括由裙部侧向地(横向地)界定的体部，该体部能与具有回转轴线C的气缸的壁配合，该 活塞能沿轴线C在该气缸中滑动，所述活塞包括横向面，该横向面包括中心凸部、外围冠状 环以及具有回转轴线B的碗部，该碗部从中心凸部向外围冠状环延伸，并在厚度为Ep的唇 状部与之连接，所述碗部包括与唇状部基本垂直对齐的环面，该环面的轮廓优选为半拱形， 该环面具有最大半径Rt，并能将在唇状部下方的凹入区域R内喷射的燃料导向中心凸部， 特别地，位于所述碗部回转轴线B上的中心凸部的顶部上升到一高度，该高度在外围冠状 环的高度以下，并与之相距5. 4mm到8mm且优选基本等于7. 2mm的距离Dt。使用根据本发明的活塞可特别地带来以下优点-不需要更复杂和昂贵的后处理系统；-氮氧化物排放量减少以达到排放控制标准的要求。根据一些具体实施例，所述活塞具有一个或多个以下特征_所述中心凸部以角度A向所述环面倾斜，在几何方向上从所述碗部的回转轴线B 测量，该角度为65°至65. 7°之间，优选基本等于65° ；-所述碗部处在所述气缸的中心，所述碗部的回转轴线B与所述气缸的回转轴线C
重合；-所述唇状部的厚度Ep为4mm至6mm之间，优选基本等于5.3mm ；-所述环面的最大曲率半径Rt为5mm至6mm之间，优选基本等于5.2mm ；-所述唇状部位于与所述碗部的回转轴线B相距距离De/2的位置处，距离De为
349. 6mm至51. 5mm之间，优选基本等于50mm ；-所述环面位于与所述碗部的回转轴线B相距距离Db/2的位置处，距离Db为 53. 8mm至55. 4mm之间，优选基本等于54mm ；-所述冠状环的端部相对于所述碗部回转轴线B的距离De/2和所述环面的端部相 对于所述碗部回转轴线B的距离Db/2之间的差值基本等于2mm ；-所述碗部的最大深度P为14.8mm至16. 2mm之间，优选基本等于16. 2mm。本发明的再一主题是一种为氮氧化物和颗粒物严格排放控制标准而设计的内燃 发动机，更具体地，一种具有至少一个根据本发明的活塞的柴油机类型的发动机。这种柴油机类型的内燃发动机具有以回转轴线C为轴线的气缸，该气缸的上端被 气缸盖封闭，该气缸盖具有底面(下表面)，该底面与活塞的横向面一起界定燃烧室，该活 塞的活塞碗部以回转轴线B为中心，该回转轴线B与回转轴线C重合，所述发动机包括通向 气缸盖的底面的至少一个进气道和至少一个排气道，该进气道可被进气阀关闭，该排气道 可被排气阀关闭，该发动机还包括预热器塞和燃料喷射器，该燃料喷射器的尖端基本在气 缸的回转轴线C处伸入该燃烧室。
本发明的其它特征和优点通过后面的实施例的描述将变得清楚地显而易见，所述 描述参考附图以非限制性的方式给出图1为根据本发明的内燃发动机的局部截面示意图；图2是在包含活塞碗的回转轴线的平面上的局部截面图，其中示出入口侧的根据 本发明的活塞冠状部分的细节。
具体实施例方式图1示出内燃发动机100，特别是柴油发动机，它包括至少一个具有回转轴线C的 气缸1、气缸盖2和活塞3。在本说明书的其余部分中，回转轴线C将被认为向上朝向气缸盖2定向。活塞3安装在气缸1中以便能沿气缸的回转轴线C滑动，该活塞具有活塞体，该 活塞体设计成接纳一销以使活塞与驱动连接杆的较小端部连接，所述活塞体被活塞裙部31 侧向界定，该活塞裙部与气缸的回转轴线C平行并与气缸1的内壁配合。该活塞还包括横 向面32，该横向面与气缸盖2的底面(下表面)20—起界定气缸1的燃烧室。新鲜空气或新鲜空气与再循环排气的混合气通过至少一个进气道5进入燃烧室， 该进气道形成在气缸盖2中并且可以被至少一个进气阀50关闭。所引入的空气_燃料混合物的燃烧残余物通过至少一个排气道6排出，该排气道 形成在气缸盖2中并且可以被至少一个排气阀60关闭。气缸盖2内装配有预热器塞4，该预热器塞的端部通向燃烧室，以便能在冷启动时 加热空气-燃料混合物。燃料喷射器7安装于气缸盖2内，并且基本沿着气缸1的回转轴线C通向燃烧室 内。图2以轴平面上的局部剖视图详细示出根据本发明的活塞3的上部部分，如该图
4所示出的，横向面32包括中心凸部321、外围冠状环322和环状空腔或碗部323，该环状空 腔或碗部具有与气缸的回转轴线C重合的回转轴线B，所述碗部323从该中心凸部321朝向 外围冠状环322延伸，并与该外围冠状环连接。作为一种替代方案，碗部323可以在气缸1中偏置(偏心)，由此气缸1的回转轴 线C和碗部323的回转轴线B可以相互偏移一距离，该距离优选短于一基本等于3mm的值。外围冠状环322从活塞3的裙部31朝向碗部323的回转轴线B侧向地延伸直至 一形成唇状部3220的端部，在该唇状部下方，碗部323具有环面3230，该环面的轮廓为半拱 形，并具有在5mm至7mm之间且优选基本等于6mm的最大曲率半径Rt。唇状部3220位于与碗部323的回转轴线B相距距离De/2的位置，其中距离De在 49. 6mm至51. 5mm之间，优选基本等于50mm。环面3230位于与碗部323的回转轴线B相距距离Db/2的位置，其中距离Db在 53. 8mm至55. 4mm之间，优选基本等于54mm。喷射器7设计成选择性地以射流的形式喷射燃料，该射流指向环面3230的邻近唇 状部3220的底部边缘-也就是凹部边缘R-的上部区域，由此通过沿环面3230的壁朝向碗 部的底部滚动(翻滚，卷绕)来改进燃料射流从该凹部边缘R向碗部的底部引导的方式-已 发现当活塞3上移时该碗部的底部存在氧气，从而减少碳烟，并能使气体朝向中心凸部321 循环。优选的，凹部边缘R是通过将冠状环的端部相对于碗部323的回转轴线B的距离 De/2与环面的端部相对于碗部323的回转轴线B的距离Db/2之间的差值保持基本等于2mm 而被保留的。优选的，唇状部3220的厚度Ep-该厚度对应于外围冠状环322的凹部边缘R的距 离-在4mm到6mm之间，优选基本等于5. 3mm。碗部323的最大深度P在14. 8mm到16. 2mm之间，并优选基本等于16. 2mm。比值 Db/P使得碗部323具有充分的宽度，该宽度使其在满负荷状态下对空气进行有效利用，从 而能实现高的比特性，即使涡流速度较低以便限制由喷射器7喷射的燃料重叠的风险时也 是这样。将凹部边缘R的这种设计与环面3230以及与最大碗部323深度P进行结合，可以 改善燃料射流的朝向碗部323底部所存留的空气量的引导。中心凸部321的位于碗部的回转轴线B上的顶部上升到这样的高度，即，该高度 处于外围冠状环的高度以下的距离Dt处，该距离Dt在5. 4mm到8mm之间，优选基本等于 7. 2mm。到外围冠状环的顶部的距离Dt使得有可能限制喷向碗部底部的燃料射流与喷向中 心凸部321尤其是其顶部的燃料射流之间的相互作用，从而有可能减少烟尘和未燃烧燃料 的排放。中心凸部321以角度A倾斜，在几何方向上从回转轴线B测量，该角度在65°到 65.7°之间，优选基本等于65°。使中心凸部321像这样以角度A倾斜将允许在碗部323底部燃烧形成的炭烟被抽 向中心凸部321，用于改进的后氧化处理，从而减少烟气产生。已经证明，与设有满足现行Euro 4型排放控制标准的活塞的内燃发动机相比，设 有结合了上述特征的活塞3的内燃发动机100具有特别的优势。这些测试是在使用具有如下附加特征的发动机100的情况下进行的口径85mm，压缩比约为15，以及底部下止点处的 涡流水平Nd/N约为3。实际上发现，在部分负荷状态下，以及对于同样的颗粒物排放水平，该发动机100 排放的氮氧化物减少约15%。在涡轮机TAVT之前，对于同样功率和同样温度，在4000rpm和满负荷时，烟气量更 小，烟气指数减小到基本等于0. 5fsn。
权利要求
一种用于内燃发动机尤其是柴油发动机的活塞(3)，该活塞包括由裙部(31)侧向地界定的体部，该裙部能与具有回转轴线C的气缸(1)的壁配合，该活塞(3)能在该气缸中沿该轴线C滑动，所述活塞(3)包括横向面(32)，该横向面包括中心凸部(321)、外围冠状环(322)以及具有回转轴线B的碗部(323)，所述碗部从中心凸部(321)朝向外围冠状环(322)延伸，该碗部在厚度为Ep的唇状部(3220)处连接到该外围冠状环，所述碗部(323)包括与唇状部(3220)基本垂直对齐的环面(3230)，该环面具有优选为半拱形的轮廓并具有最大半径Rt，该环面能将在唇状部(3220)下方的凹入区域R中喷射的燃料引向该中心凸部(321)，其特征在于，该中心凸部的位于所述碗部(323)的回转轴线B上的顶部上升到一高度，该高度在外围冠状环的高度以下并与之隔开5.4mm到8mm且优选基本等于7.2mm的距离Dt。
2.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的活塞(3)，其特征在于，所述中心凸部以 角度A向环面(323)倾斜，在几何方向上从所述碗部的回转轴线B测量，该角度在65°至 65.7°之间，优选基本等于65°。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃发动机的活塞(3)，其特征在于，所述碗部(323)在所述气缸内居中，该碗部(323)的回转轴线B与气缸(1)的回转轴线C重合。
4.根据前述权利要求之一所述的用于内燃发动机的活塞(3)，其特征在于，所述唇状 部(3220)的厚度Ep在4mm至6mm之间，优选基本等于5. 3mm。
5.根据前述权利要求之一所述的用于内燃发动机的活塞(3)，其特征在于，所述环面 (3230)的最大曲率半径Rt在5mm至7mm之间，优选基本等于6mm。
6.根据前述权利要求之一所述的用于内燃发动机的活塞(3)，其特征在于，所述唇状 部(3220)与所述碗部(323)的回转轴线B隔开距离De/2，其中距离De在49. 6mm至51. 5mm 之间，优选基本等于50mm。
7.根据前述权利要求之一所述的用于内燃发动机的活塞(3)，其特征在于，所述环面 (3230)与所述碗部(323)的回转轴线B隔开距离Db/2，其中距离Db在53. 8mm至55. 4mm 之间，优选基本等于54mm。
8.根据前述权利要求之一所述的用于内燃发动机的活塞(3)，其特征在于，所述冠状 环的端部相对于所述碗部(323)回转轴线B的距离De/2和所述环面的端部相对于所述碗 部(323)回转轴线B的距离Db/2之间的差值基本等于2mm。
9.根据前述权利要求之一所述的用于内燃发动机的活塞(3)，其特征在于，所述碗部 (323)的最大深度P在14. 8mm至16. 2mm之间，优选基本等于16.2mm。
10.一种柴油机类型的内燃发动机(100)，其特征在于，它包括至少一个根据前述权利 要求之一所述的活塞(3)。
全文摘要
本发明涉及一种用于内燃机特别是柴油机的活塞(3)，包括由裙部侧向界定的体部，该体部能与具有回转轴线C的气缸的壁配合，该活塞能沿该轴线C在气缸中滑动，所述活塞(3)包括横向面，该横向面包括中心凸部(321)、外围冠状环(322)及具有回转轴线B的碗部(323)，该碗部从中心凸部(321)朝外围冠状环(322)延伸，并在厚度为Ep的唇状部(3220)处与其连接，所述碗部(323)包括基本与唇状部(3220)垂直对齐的环面(3230)，该环面具有优选为半拱形的轮廓以及最大半径Rt，该环面能将在唇状部(3220)下方在凹入区域R中喷射的燃料导向中心凸部(321)，其特征在于，该中心凸部的在碗部(323)的回转轴线B上的顶部上升到一高度，该高度在外围冠状环的高度以下并与之相距5.4mm到8mm，且优选基本等于7.2mm的距离Dt。
文档编号F02B23/06GK101952565SQ200880127012
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月15日 优先权日2007年12月19日
发明者F·拉姆帕纳里弗, G·加科米洛, M·比森 申请人:雷诺股份公司