具有旋转诱导燃烧室的用于发动机的燃烧系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于具有旋转诱导燃烧室的发动机的燃烧系统，包括限定多个偏转金属薄片的成型表面。所述成型表面将燃料喷雾分配成朝向偏转金属薄片中的一个引导的部分。每个偏转金属薄片重新引导它们相应的燃料喷雾的部分进入围绕所述燃烧室的中心旋转的组合径向路径。所述偏转金属薄片中的每一个限定流动路径和金属薄片轴线。所述流动路径包括入口段和出口段。所述入口段引导所述燃料喷雾的一部分径向远离所述燃烧室的中心，并且所述出口段引导所述燃料喷雾的部分相对于所述燃料喷雾的被重新引导的部分的组合径向路径大致相切。
【专利说明】具有旋转诱导燃烧室的用于发动机的燃烧系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明总体涉及用于内燃发动机的燃烧室。
【背景技术】
[0002]现代发动机总成，包括但不限于柴油发动机，可以包括直喷燃料系统，该直喷燃料系统具有直接将燃料流体(即，燃料喷雾)喷射到发动机总成的燃烧室内的燃料喷射器。燃料喷雾在燃烧之前与燃烧室内的空气在混合。燃料喷雾和燃烧室内的空气之间所达到的混合程度影响内燃发动机的燃料经济性和碳氢化合物的排放。
【发明内容】
[0003]提供一种内燃发动机机。所述内燃发动机机包括限定沿中心汽缸筒轴线延伸的汽缸筒的发动机总成。活塞被设置在所述汽缸筒内。所述活塞可在所述汽缸筒内沿着中心汽缸筒轴线往复运动。所述活塞和发动机总成配合以限定燃烧室。所述内燃发动机还包括直喷燃料系统，该直喷燃料系统具有用于将燃料喷雾喷射到所述燃烧室内的燃料喷射器。所述燃料喷雾沿着一路径被喷射到所述燃烧室内。所述燃烧室包括限定多个偏转金属薄片的成型表面。所述成型表面接收燃料喷雾的路径并且将所述燃料喷雾的路径重新分配为多个部分，所述燃料喷雾的每个部分被引导朝向所述多个偏转金属薄片中的一个。所述多个偏转金属薄片中的每一个重新引导它们相应的燃料喷雾部分进入围绕所述燃烧室的中心旋转的组合径向路径。
[0004]还提供一种内燃发动机的燃烧室。所述燃烧室包括限定了多个偏转金属薄片的成型表面。所述成型表面被成形用以接收被喷射的燃料喷雾，并且将被喷射的燃料喷雾分配到多个部分中。所述燃料喷雾的每一部分被朝向所述多个偏转金属薄片中的一个引导。所述多个偏转金属薄片中的每一个重新引导它们相应的燃料喷雾的部分进入围绕所述燃烧室的中心旋转的组合径向路径。所述多个偏转金属薄片中的每一个包括从所述燃烧室的中心通过每个偏转金属薄片的中心向外径向延伸的金属薄片轴线，和流动路径。所述流动路径包括入口段、出口段和过渡段。所述入口段和所述偏转金属薄片的相应的金属薄片轴线形成入射角。所述出口段和所述偏转金属薄片的相应的金属薄片轴线形成出射角。所述过渡段在所述入口段和所述出口段之间转换。所述入射角在7°至20°范围内，并且所述出射角在30°至60°范围内。所述出射角大于所述入射角。每个偏转金属薄片的所述流动路径的入口段径向远离所述燃烧室的中心引导燃料喷雾的相应部分，并且每个偏转金属薄片的所述流动路径的出口段相对于所述燃料喷雾的被重新引导的部分的组合径向路径大致相切地引导燃料喷雾的相应部分。
[0005]因此，所述偏转金属薄片围绕所述中心汽缸筒轴线成角度间隔开，每个所述偏转金属薄片重新引导所述燃料喷雾的一部分进入所述燃料喷雾的被重新引导的部分的组合径向路径中。所述燃料喷雾分散到多个部分中以及随后每个部分的重新引导和各个部分重组成一个围绕所述燃烧室的中心旋转的组合径向路径，提高了所述燃料喷雾和所述燃烧室内的所述空气之间的混合，从而提高燃料效率以及改善碳氢化合物、烟尘和一氧化碳的排放。
[0006]当结合附图时，通过对实施本发明的最佳方式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是发动机总成的剖视图；
[0008]图2是发动机总成的活塞的平面图，示出了垂直于中心汽缸筒轴线的成型表面的第一实施例；
[0009]图3是平行于该中心汽缸筒轴线的该活塞的剖视图，示出了该成型表面的第一实施例；
[0010]图4是该活塞的局部示意平面图，示出了垂直于中心汽缸筒轴线的成型表面的第二实施例。
【具体实施方式】
[0011]本领域的普通技术人员将认识到，如“上面”，“下面”，“向上”，“向下”，“顶部”，“底部”，等等术语用于描述附图，而并不代表对本发明保护范围的限制，如所附权利要求书所限定的。此外，本发明可以根据功能和/或逻辑模块组件和/或各种处理步骤在本文中描述。应当认识到，这样的模块组件可通过任何数目的硬件、软件和/或被配置为执行指定功能的固件组件来实现。
[0012]参照附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同的部件，内燃发动机总体显示在图1中20处。内燃发动机20可包括但不限于汽油发动机或柴油发动机。
[0013]参照图1，所述内燃发动机20包括发动机总成22。所述发动机总成22包括但不限于发动机缸体24和汽缸盖26。发动机缸体24限定了沿中心汽缸筒轴线30延伸的汽缸筒28。汽缸盖26在汽缸筒28之上并靠近汽缸筒28附接到发动机缸体24。活塞32布置在汽缸筒28内，并可在汽缸筒28内沿着中心汽缸筒轴线30往复运动，以驱动曲轴34转动。活塞32包括与中心汽缸筒轴线30对齐并同轴的径向中心36。活塞32和发动机总成22 (特别是活塞32、发动机缸体24以及汽缸盖26)配合以在其之间限定燃烧室38。
[0014]内燃发动机机20还包括直喷燃料系统40。直喷燃料系统40包括与燃烧室38流体连通的燃料喷射器42。燃料喷射器42喷射燃料流体(即燃料喷雾44)到燃烧室38内。燃料喷雾44沿着线性路径46被喷射到燃烧室38内。虽然应当理解的是，喷射的燃料喷雾44可散开一段距离以限定一缕缕的被喷射的燃料喷雾44，但是所述缕的中心线沿平直、无弯曲的线性路径46延伸。一旦被喷射到燃烧室38内，燃料喷雾44可与燃烧空气混合以形成燃料/空气混合物。直喷燃料系统40还包括燃料泵48。燃料泵48提供给燃料喷射器42加压燃料。例如，燃料泵48可以以至少120兆帕，并且更优选地大于200兆帕的压力向燃料喷射器42提供燃料。
[0015]如图1至4所示，燃料喷射器42相对于汽缸筒28和活塞32定位，以喷射燃料喷雾44到燃烧室38内，以使线性路径46大致与中心汽缸筒轴线30平行。燃料喷射器42被定位成使燃料喷雾44的中心线与中心汽缸筒轴线30大致共轴定位在燃烧室38的中心处。因此,燃料喷雾44的线性路径46的中心线被定中心在活塞32的径向中心36处。
[0016]所述燃烧室38包括成型表面50。优选地且如图所示，成型表面50由朝向汽缸盖26的活塞32的轴向端面52限定。然而，应当理解的是，成型表面50可被例如由气缸盖26的直接布置在汽缸筒28之上并朝向活塞32的轴向端面52的下部垂直表面54限定。
[0017]参照图2,成型表面50限定了多个偏转金属薄片56。如图2和4所不,成型表面50限定了 6个偏转金属薄片56。然而，应当理解的是，偏转金属薄片56的数量可大于或小于如所述示例性实施例中所示的六个偏转金属薄片56。每个偏转金属薄片56包括金属薄片轴线58，其从燃烧室38的中心(即中心汽缸筒轴线30)向外通过所述偏转金属薄片56的中心60并朝向活塞32的径向边缘62延伸。偏转金属薄片56以及它们相应的金属薄片轴线58彼此围绕中心汽缸筒轴线30有角度地间隔开相等的角度。因此，偏转金属薄片56以及它们相应的金属薄片轴线58彼此围绕中心汽缸筒轴线30和燃烧室38的中心有角度等距离间隔开。
[0018]参照图2和图3，所述燃烧室38的成型表面50被成形和/或形成以将来自燃料喷射器42的燃料喷雾44分配为多个大致相等的部分(通常用附图标记64标识)。燃料喷雾44的每一部分64被朝向偏转金属薄片56中的一个引导。每个偏转金属薄片56限定流动路径66，以接收和重新引导燃料喷雾44的引导至此的部分64。每个偏转金属薄片56的流动路径66重新引导它们相应的燃料喷雾44的部分进入围绕燃烧室38的中心(即围绕中心汽缸筒轴线30)旋转的组合径向路径68。因此，燃料喷雾44的被重新引导的部分64的组合径向路径68与活塞32的径向中心36大致是同心的。
[0019]每个偏转金属薄片56围绕中心汽缸筒轴线30沿共同的旋转方向重新引导它们相应的燃料喷雾44的部分64。如图所示，每个偏转金属薄片56沿相对于中心汽缸筒轴线30的顺时针旋转方向重新引导它们相应的燃料喷雾44的部分64，以使组合径向路径68沿围绕所述中心汽缸筒轴线30的顺时针方向循环。应当理解的是，偏转金属薄片56可以被反转，以使所有偏转金属薄片56沿相对于中心汽缸筒轴线30旋转的逆时针方向重新引导它们相应的燃料喷雾44的部分64，以使组合径向路径68沿围绕中心汽缸筒轴线30的逆时针方向循环。
[0020]因此，参照图3，随着所述燃料喷雾44被喷射到燃烧室38中，燃料喷雾44沿着线性路径46正交地朝向活塞32运动，直到燃料喷雾44接触成型表面50。参照图2，一旦燃料喷雾44开始接触成型表面50，所述成型表面50引导燃料喷雾44的流体成为部分64，所述部分64被朝向偏转金属薄片56中的一个相对于中心汽缸筒轴线30径向向外导向。每个偏转金属薄片56进一步重新引导在其中接收的燃料喷雾44的流动进入组合径向路径68，所述组合径向路径68围绕中心汽缸筒轴线30旋转或环绕。喷射的燃料喷雾44分流为部分64、部分64的重新引导以及燃料喷雾44的各个部分64重新汇合到组合径向路径68中提高了燃料/空气混合，以提供更均匀和完全混合的燃料/空气混合物。
[0021]参照图2，燃料喷雾44的每个部分64的流动路径66包括入口段70、出口段72和过渡段74。燃料喷雾44的每个部分64的入口段70被从喷射的线性路径46朝向活塞32的径向边缘62且远离活塞32的径向中心36径向向外引导。燃料喷雾44的每个部分64的出口段72被沿着相对于燃料喷雾44的重新引导部分64的组合径向路径68大致相切的路径向内引导进入燃烧室38中。过渡段74在入口段70和出口段72之间转换燃料喷雾44的部分64的流动方向。
[0022]参照图2，流动路径66的入口段70和每个偏转金属薄片56的金属薄片轴线58在其之间形成入射角76，具有大致位于活塞32的径向中心36处的顶点，流动路径66的出口段72和每个偏转金属薄片56的金属薄片轴线58在其之间形成出射角78，具有大致位于燃烧室38的外部径向边缘80处的顶点。因此，入射角76和出射角78沿相反的方向张开。出射角78大于所述入射角76。优选地，入射角76在7°至20°的范围内，出射角78在30°至60°的范围内。入射角76和出射角78的总和小于90度(90° )。
[0023]参照图3，每个偏转金属薄片56包括边缘壁82。每个偏转金属薄片56的边缘壁82与中心汽缸筒轴线30大致平行延伸。参照图2和图4，边缘壁82包括第一壁部84、第二壁部86和入口部87。第一壁部84从流动路径66的入口段70向流动路径66的出口段72重新引导燃料喷雾44的部分64。第二壁部86沿着流动路径66的出口段72朝向燃料喷雾44的被重新引导的部分64的组合径向路径68重新引导燃料喷雾44的部分64，并且重新引导到燃料喷雾44的被重新引导的部分64的组合径向路径68中。
[0024]边缘壁82的第一壁部84可以包括垂直于中心汽缸筒轴线30的弯曲的横截面，或垂直于中心汽缸筒轴线30的线性横截面。边缘壁82的第二壁部86可以包括垂直于中心汽缸筒轴线30的弯曲的横截面，或垂直于中心汽缸筒轴线30的线性横截面。图2示出了每个偏转金属薄片56的边缘壁82具有弯曲的第一壁部84和线性的第二壁部86。图4示出了每个偏转金属薄片56的边缘壁82具有线性的第一壁部84和弯曲的第二壁部86。应当理解的是，边缘壁82可以以不同于这里所示的和所描述的方式配置，其能够从流动路径66的入口段70向出口段72并朝向组合径向路径68引导燃料流动的部分64。
[0025]入射角76可以被选择，以使燃料喷雾44的每个部分64的入口段70进入偏转金属薄片56的第一壁部84,其中整个喷雾位于偏转金属薄片56的中心60和边缘壁82的入口部87之间。入射角76可相对于进入偏转金属薄片56的燃料喷雾44的宽度和可能存在于燃烧室38内的任何预先存在的旋转水平或空气运动被实验地或分析地调节。在优选的实施例中，燃料喷雾44的每个部分64的入口部分70被朝向偏转金属薄片56的边缘壁82的入口段87偏置。
[0026]详细的描述和图或附图支持和描述本发明，但是本发明的保护范围仅由权利要求限定。虽然用于实施所要求保护的发明的一些最佳方式和其他实施例已经详细地描述，但是仍存在用于实践所附的权利要求限定的本发明的各种替代设计和实施例。
【权利要求】
1.一种内燃发动机，包括: 发动机总成，限定沿中心汽缸筒轴线延伸的汽缸筒； 活塞，布置在所述汽缸筒内并在所述汽缸筒内沿所述中心汽缸筒轴线往复运动； 其中，所述活塞和所述发动机总成配合以限定燃烧室； 直喷燃料系统，具有用于沿一路径将燃料喷雾喷射到所述燃烧室内的燃料喷射器； 其中，所述燃烧室包括限定多个偏转金属薄片的成型表面；并且 其中，所述成型表面接收燃料喷雾并且将所述燃料喷雾重新分配成多个部分，所述燃料喷雾的每个部分被引导朝向所述多个偏转金属薄片中的一个，并且所述多个偏转金属薄片中的每一个重新引导它们燃料喷雾的相应部分进入围绕所述燃烧室的中心旋转的组合径向路径。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述成型表面由所述活塞的轴向端面限定。
3.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，每个所述偏转金属薄片限定了用于所述燃料喷雾的一部分的流动路径； 每个所述偏转金属薄片限定了金属薄片轴线，所述金属薄片轴线从所述燃烧室的中心通过每个偏转金属薄片的中心径向向外延伸； 每个所述偏转金属薄片的所述流动路径包括与所述偏转金属薄片的相应的金属薄片轴线形成入射角的入口段，和与所述偏转金属薄片的相应的金属薄片轴线形成出射角的出口段。
4.如权利要求3所述的内燃发动机，其中，所述出射角大于所述入射角。
5.如权利要求3所述的内燃发动机，其中，所述入射角在7°至20°的范围内，并且其中所述出射角在30°至60°的范围内。
6.如权利要求3所述的内燃发动机，其中，所述入射角和所述出射角的总和小于90度(90。)。
7.如权利要求3所述的内燃发动机，其中，每个偏转金属薄片的所述流动路径的入口段径向远离所述燃烧室的中心引导，并且其中，每个偏转金属薄片的所述流动路径的出口段相对于所述燃料喷雾的被重新引导的部分的组合径向路径大致相切。
8.如权利要求3所述的内燃发动机，其中，每个所述偏转金属薄片包括与所述中心汽缸筒轴线大致平行延伸的边缘壁，所述边缘壁包括第一壁部和第二壁部，第一壁部从所述流动路径的入口段向所述流动路径的出口段重新引导所述燃料喷雾的部分，第二壁部用于沿着所述流动路径的出口段朝向所述燃料喷雾的被重新引导的部分的组合径向路径重新引导燃料喷雾的所述部分，并且将燃料喷雾的所述部分重新引导到所述燃料喷雾的被重新引导的部分组合径向路径中。
9.如权利要求8所述的内燃发动机，其中，所述边缘壁的第一壁部包括垂直于所述中心汽缸筒轴线的弯曲的横截面。
10.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述多个偏转金属薄片中的每一个围绕所述中心汽缸筒轴线沿共同的旋转方向重新引导它们相应的燃料喷雾的部分。
【文档编号】F02B23/00GK104005834SQ201410065839
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2013年2月26日
【发明者】R.D.斯特劳布 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司