用在发动机中的活塞的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及一种用于发动机的活塞。
【背景技术】
[0002]发动机包括发动机本体、气缸盖、燃烧室以及活塞。活塞通过一个连接杆被连接到发动机的曲轴。燃烧室中的燃烧活动导致活塞在气缸中沿着直线路径往复运动。燃烧室形成在气缸的端部，并且在第一端由气缸盖限定，并且在第二端由活塞的顶部限定。已知的发动机使用各种用于增加燃料的燃烧率的方法，列举几个示例，包括旋流、燃料冲击在表面上以及多个喷头。这些方法通过活塞、气缸和气缸盖导致非期望的、不必要的热损失。
【发明内容】
[0003]公开了一种具有外表面和底表面的活塞。底表面包括突起区域、凹陷区域和圆周边缘。所述突起区域与由活塞限定的纵向活塞轴线相交。所述突起区域径向地位于凹陷区域的内侧并且与凹陷区域接触，所述凹陷区域径向地位于圆周边缘的内侧并且与圆周边缘接触，所述圆周边缘径向地位于所述外表面的内侧并且与所述外表面接触。通过将燃料股流喷射到此种活塞上，燃料股流与活塞的表面、气缸盖的表面的接触最少，导致给定量的燃料具有更大的动力(即，燃料产生动力，而不是产生废热)，并且同时导致了朝向活塞和气缸盖的更低的热传导率。另外，通过使用此种活塞，产生的热量通过废气排出，产生了热循环利用的机会。
【附图说明】
[0004]以下将对附图做出详细说明，其中:
[0005]图1是用在机器中的发动机的视图，该机器被示出为农业拖拉机；
[0006]图2是活塞和气缸盖的示例的透视图，活塞被示出为稍稍位于上死点位置之下；
[0007]图3是沿图2的线3-3截取的处于上死点位置的活塞的中心剖视图；以及
[0008]图4是活塞、进气阀、排气阀和燃料股流的中心剖视图，燃油股流被示出为处于燃烧活动期间。
[0009]在各个附图中类似的附图标记表示类似的元件。
【具体实施方式】
[0010]参考图1，示出了用于向多种机器提供动力的发动机104的视图，这些机器包括公路货车、建筑车辆、海运船舰、静态发电机、机动车、农用车辆以及休闲旅游车。在示出的示例中，车辆100是农用拖拉机。发动机104可以是任意尺寸和任意构造(例如，“V”型、直列式以及星形)，并且具有任意数量的气缸。发动机104可以是柴油发动机。
[0011]接着，参考图2和3，发动机104包括发动机本体108、气缸盖106、燃烧室126和活塞112。活塞112通过连接杆130被连接到发动机104的曲轴。燃烧活动导致活塞112在气缸110中沿着直线路径往复运动，并且气缸110在至少一些实施例中部分地由套筒119形成。燃烧室126形成在气缸110的端部处，并且在第一端由气缸盖106界定并且在第二端由活塞112的顶面界定。燃料喷嘴116例如将柴油燃料喷到燃烧室126中。
[0012]发动机104可以包括进气系统113，该进气系统113包括用于在活塞112的进气冲程期间在箭头146的方向上引入新鲜的吸入气体的部件。此外，发动机104包括排气系统115，该排气系统115具有用于在活塞112的排气冲程中在箭头148的方向上将废气从发动机104排放到大气中的部件。排气系统115可以包括后处理系统。在此种实施例中，废气中的至少一些流动通过后处理系统，从而其能够去除存在于废气中的各种化学成分和颗粒排放物。
[0013]活塞112可以是由耐热材料形成的一体式金属结构。然而，本公开内容设想活塞112能够是各种其他样式，包括(但不限于)铰接式活塞、整体活塞、锻制活塞、多件式活塞和本领域的技术人员已知的其他构造。活塞112可以由金属材料、金属间化合物材料、陶瓷材料或复合材料中的至少一个形成，从而活塞112能够忍受与燃烧室126相关的温度和压力。活塞112还包括径向朝向外的且与发动机104的气缸110配合的多个活塞环槽124。活塞环槽124被构造为将活塞环容纳在其中。发动机本体108包括气缸110。包括进气阀座144的气缸盖106被安装到发动机本体108。燃烧室126至少部分地由气缸110和气缸盖106形成。
[0014]活塞112包括外表面150、底表面152和侧壁147，设置成使得外表面150和底表面152形成燃烧室126的一部分。侧壁147径向朝向外，从而与气缸110配合。底表面152包括突起区域154、凹陷区域156和圆周边缘166。突起区域154与由活塞112限定的纵向活塞轴线118相交叉。突起区域154径向地位于凹陷区域156内侧并且与凹陷区域156接触，凹陷区域156径向地位于圆周边缘166内侧并且与圆周边缘166接触，圆周边缘166径向地位于外表面150内侧并且与外表面150接触。在示出的示例中，突起区域154和圆周边缘166是底表面152的仅有的突起状区域，并且凹陷区域156是底表面152的仅有的凹陷状区域。
[0015]底表面152不包括与纵向活塞轴线118对齐的竖直区域。竖直区域可能影响燃烧活动，从而燃烧活动不必要地接触活塞112，并且因此导致不必要的热损失。此外，外表面150和底表面152轴向地朝向上，并且外表面150和底表面152可以被定位成轴向地位于活塞环槽124上方。通过具有此种浅的底表面152，降低了从燃烧活动到活塞112的热损失，其中，同时增大了燃料效率和动力。
[0016]突起区域154和凹陷区域156可以都是平滑的并具有圆形轮廓形状。在一些实施例中，突起区域154和凹陷区域156可以例如有助于柴油燃料的燃烧均匀地和快速地发生，这将最大化活塞112的顶部上的动力分布，并且避免活塞112、发动机本体108和气缸盖106处的热损耗。
[0017]喷嘴116被定位在气缸盖106中以用于将诸如柴油燃料等的燃料提供到燃烧室126中。气缸盖106包括限定本体安装平面178的本体安装面176，同时喷嘴116限定燃料喷嘴轴线174，该燃料喷嘴轴线174可以基本上垂直于本体安装平面178。此外，喷嘴116包括多个喷口 188，这些喷口 188可以以由角度189所表示的在160°至175°之间的圆锥形图案，在一些实施例中，以在166°和170°之间的圆锥形图案，周期性地喷射燃料。喷嘴116包括10至14个喷口 188，并且具体地，在至少一些实施例中，包括12个喷口 188。在一些实施例中，喷嘴116和圆锥形图案的方位有利于燃料的平稳燃烧，从而最大化动力分布，同时最小化燃烧室126的热损耗。
[0018]发动机104包括进气阀136，该进气阀136在座靠进气阀座144的全闭合位置和移离进气阀座144的打开位置之间移动，由此允许进气流动通过进气阀座144并且进入到燃烧室126。进气阀136限定可以基本上垂直于本体安装平面178的进气轴线190。当从垂直于进气表面196的方向观察时，进气阀136的进气表面196可以与外表面150的至少一部分重叠。当进气阀136处于就座位置时，进气表面196可以与本体安装平面178平齐。
[0019]在示出的实施例中，发动机104包括第二进气阀138，该第二进气阀138在座靠第二进气阀座145的全闭合位置和移离第二进气阀座145的打开位置之间移动。这允许进气流动通过第二进气阀座145并且进入到燃烧室126。第二进气阀138限定第二进气轴线192。本体安装平面178和第二进气轴线192可以基本上彼此垂直。此外，进气轴线190和第二进气轴线192可以都径向地位于外表面150内侧并且也径向地位于圆周边缘166内侦k当第二进气阀138处于就座位置时，它的进气表面可以与本体安装平面178平齐。
[0020]发动机104包括排气阀140，气缸盖106包括排气阀座149。排气阀140在座靠排气阀座149的全闭合位置和移离排气阀座149的打开位置之间移动，由此允许废气流出到燃烧室126之外并且流动通过排气阀座149。排气阀140限定排气轴线197，并且在示出的实施例中，本体安装平面178和排气轴线197是基本上彼此垂直的。当从垂直于排气表面199的方向观察时，排气阀140的排气表面190可以与外表面150的至少一部分重叠。圆周边缘166在燃烧活动期间可以阻止燃料越过外表面150。当排气阀140处于就座位置时，排气表面199可以与本体安装平面178平齐。
[0021]发动机104包括第二排气阀142。第二排气阀142在座靠第二排气阀座151的全闭合位置和移离第二排气阀座151的打开位置之间移动，由此允许废气流动通过第二排气阀座151并且流入到燃烧室126中。第二排气阀142限定第二排气轴线198。本体安装平面178和第二排气轴线198是基本上彼此垂直的，并且排气轴线197和第二排气轴线198相对于活塞轴线118都径向地位于外表面150内侧。当第二排气阀142处于就座位置时，它的排气表面可以与本体安装平面178