往复活塞式内燃发动机的制作方法
【专利摘要】往复活塞式内燃发动机设置气缸；和在气缸中可向上和向下运动的、具有活塞底部的活塞。往复活塞式内燃发动机还具有：用于将气态的介质导入燃烧室中的器件、用于将气态的介质从燃烧室中导出的器件、用于将燃料沿着一条注入束轴线注入燃烧室中的器件和用于点燃在燃烧室中的燃料?气体混合物的器件。在活塞底部中形成具有凹槽平面的凹槽，活塞底部用于支持在燃烧室内的燃料?气体混合物的翻滚式流动的产生和维持。该凹槽表面的形状形成为长形的、基本旋转对称的主体的外表面的一部分，该主体具有纵轴线，纵轴线形成主体的旋转轴线并且旋转轴线取向为横向于活塞的向上和向下运动。旋转对称的主体的旋转轴线或纵轴线横向于燃料注入束轴线延伸。
【专利说明】
往复活塞式内燃发动机
技术领域
[0001] 本发明涉及一种往复活塞式内燃发动机且尤其一种如下的往复活塞式内燃发动 机，在其燃烧室中在导入燃料和气体(尤其空气）时以及在压缩该燃料-气体混合物时产生 并维持一种翻滚式流动(Tumble-Strdmuug 乂.
【背景技术】
[0002] 已知的是，在一个往复活塞式内燃发动机的气缸的燃烧室中的活塞底部设置有一 个专门形成的凹槽，该凹槽将流入的气体与注入的燃料尽可能均匀地混合，并且为混合和 燃烧产生一个尽可能有效的、涡流的流动。在现有技术中已知的、该活塞底部的这些凹槽一 般形成为不对称的，并且具有不对称安排的碰撞面或偏转面，该流入的气体在流动方向突 然改变的情况下与引入的燃料一起沿这些碰撞面或偏转面流动。
[0003] 在DE 103 54 682 A1、EP 0 937 890 A2、EP 0 997 622 A1、W0 01/49996 A1和US 2003/0056748 A1中描述了在该往复活塞式内燃发动机的活塞底部中的不同的凹槽形状的 示例。
[0004] 从DE 10 2012 103 195 A1已知一种用于往复活塞式内燃发动机的活塞，该活塞 具有碗状的、关于一条垂直轴线对称的形状或具有椭球形的形状。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于:在引入燃料和气体并在燃烧室中压缩该燃料-气体混合物的 过程中改善该燃烧室中的燃料-气体混合物的均匀化方面，改善用于往复活塞式内燃发动 机的活塞的凹槽形状。
[0006] 为了实现该目的，借助本发明提供一种如下的往复活塞式内燃发动机，该往复活 塞式内燃发动机设置有
[0007] -至少一个气缸，该气缸具有一个周壁和一个气缸盖壁，
[0008] -在该气缸中可向上和向下运动的、具有活塞底部的一个活塞，
[0009 ]-其中该气缸的该周壁及该气缸的气缸盖壁和该活塞底部形成一个燃烧室，
[0010] -用于将一种气态的介质导入该燃烧室中的器件，
[0011] -用于将一种气态的介质从该燃烧室中导出的器件，
[0012] -用于将燃料沿着一条注入束轴线注入该燃烧室中的器件以及
[0013] -用于点燃在该燃烧室中的燃料-气体混合物的器件，
[0014] -其中在该活塞底部中形成具有凹槽表面的一个凹槽，用于支持在该燃烧室内的 燃料-气体混合物的翻滚式流动的产生和维持。
[0015] 根据本发明，在该往复活塞式内燃发动机中设置，
[0016] -该凹槽表面的形状形成为一个长形的、基本旋转对称的主体的外表面的一部分， 该主体具有一条纵轴线，该纵轴线形成该主体的旋转轴线并且该纵轴线取向为横向于该活 塞的向上和向下运动，并且
[0017] -该旋转对称的主体的该旋转轴线或纵轴线横向于该燃料注入束轴线延伸。
[0018] 该根据本发明的往复活塞式内燃发动机设置有至少一个气缸，该气缸通常在一个 发动机模块中具有气缸盖。在该气缸或在每个气缸中安排有可向上和向下运动的、具有活 塞底部的一个活塞。该气缸的周壁及该气缸的气缸盖壁(作为气缸盖的一部分)和该活塞底 部形成该气缸的燃烧室。
[0019] 根据本发明的往复活塞式内燃发动机还具有用于将一种气态的介质、尤其空气导 入该燃烧器中的器件以及用于将一种气态的介质、即该燃烧气体从该燃烧器中导出的器 件。一般情况下，这些器件是进气阀和出气阀，其中每个气缸设置有至少一个进气阀和出气 阀。通过另一个器件、并且沿着一条注入束轴线将燃料注入该燃烧室中。这大多通过一个通 向该燃烧室中的注入通道实现。最后，根据本发明的往复活塞式内燃发动机中，每个气缸都 具有用于点燃在该燃烧室中的燃料-气体混合物的器件。
[0020] 对于在该燃烧室中的该燃料-气体混合物的尽可能均匀的燃烧有利的是，使该燃 料与该气态的介质尽可能均匀地混合。为了实现均匀混合，大体上确保的是，使得流入的气 态的介质在该燃烧室中尽可能涡流地流动。在此在现有技术中大体上证实了两个流动原 贝1J，即除了旋转式流动（Drall-StWimung)还有一种所谓的翻滚式流动，其中该流入的 气态的介质形成一种具有水平取向的轴线的滚动(Walze)。确切地说，该滚动的轴线横向于 该活塞的往复运动取向。
[0021] 现在为了在该燃烧室中形成该所谓的翻滚式流动并且尽可能地维持直到最大限 度地压缩该燃料-气体混合物，该活塞底部具有一个凹槽，该凹槽具有一个专门成型的凹槽 表面。
[0022] 现在根据本发明，该凹槽表面以如下方式成型，使得该凹槽表面形成为一个长形 的、基本旋转对称的主体的外表面的一部分。该主体优选是一个椭球体、圆柱体或球形的桶 (Tonne)。该主体的纵轴线在此同时也形成该主体的旋转对称轴线。除此之外，现在根据本 发明，该主体的该纵轴线或旋转对称轴线以如下方式取向，使得该纵轴线或旋转对称轴线 既横向于该活塞的往复运动延伸也基本横向于该燃料注入束轴线延伸。
[0023] 通过该凹槽表面的根据本发明的形状以特别有利的方式确保的是，在该燃烧室中 形成翻滚式流动。根据本发明，通过一个对称地形成的凹槽表面来代替在现有技术中已知 的、基本不对称地成型的这些凹槽。这根据本发明以如下方式实现:该凹槽表面形成为一个 长形的、基本旋转对称的主体的外表面的一部分。由此实现，使得该翻滚式流动更密集地形 成并且维持得更久。通过使用现代的、用于向该燃烧室中引入空气的喷射器以及由于较高 的注入压力，在使用根据本发明的凹槽的情况下实现了比迄今为止可能的雾化更好的雾 化。出于这种原因，一个较短的注入长度就足以形成混合物和在该气体流中携带较小的液 滴，其中该主体(通过该主体的外表面的一部分形成该凹槽表面的形状）的、横向于该燃料 注入束轴线(并且朝向气体流入方向），取向的纵轴线或旋转对称轴线产生良好的混合物制 备，尽管该燃料注入束的长度较短。因此借助于根据本发明的概念可能的是，横向于该凹槽 表面的纵轴线或旋转对称轴线来引入该气体或该燃料，并且具有如下优点，使得该翻滚式 流动密集化并且维持得更久。
[0024] 在本发明的另一个有利的构型中提出的是，该旋转对称的主体基本是椭球形、或 圆柱形、或球形的，并且由此该凹槽表面形成为一个椭球体、圆柱体或球形的桶的外表面的 一部分。
[0025]替代性地可能有利的是:该凹槽表面具有一个沟道的表面的形状，该沟道的深度 和/或宽度朝向这两个对置的轴向末端减小。
[0026]正如上面已经提及的，该燃料注入束轴线横向于该凹槽的对称轴取向。便利的是， 该燃料注入束轴线相对于气缸或活塞的径向延伸以至少20°的角度、优选至少25°的角度取 向。即能够以相对于气缸或活塞的径向延伸平面的相对平坦的角度来引入该燃料。该角度 原理上是一个锐角并且因此为0°和90°之间。
[0027] 在本发明的另一个便利的构型中能够提出的是，该气态的介质在一个进气流方向 上流入该燃烧室中并且该进气流方向基本同样横向于限定该凹槽表面的、旋转对称的主体 的纵轴线或旋转轴线延伸。
[0028] 典型地，该活塞底部设置有(根据侧视图看)基本梯形的隆起。由此产生两个倾斜 的、在其间具有一个第一区域的斜面。在此，这些斜面与进气阀或出气阀对置并且具有多个 挤压面。相应地，该气缸盖壁在其朝向该燃烧室的底侧处设施有两个倾斜的顶部斜面和在 这两个顶部斜面之间的一个第一区域，其中在这两个顶部斜面中安排有进气阀和出气阀。
[0029] 该凹槽在前述类型的活塞底部中居中地安排在该第一区域中，其中该凹槽的旋转 轴线长度或形成该凹槽表面的旋转主体的旋转轴线被安排为在其长度上具有相对于该活 塞底部的这些斜面恒定的、对应相等的距离。该凹槽的旋转轴线因此与该第一区域是近似 对角的或相同取向的，也就是说，该凹槽的旋转轴线基本通过该旋转主体的（在该旋转轴线 长度上看)最大横截面的中间延伸。
[0030] 在本发明的一个优选的构型中，本发明涉及一种如下的往复活塞式内燃发动机， 该往复活塞式内燃发动机设置有
[0031] -至少一个气缸，该气缸具有一个气缸壁，
[0032] -在该气缸中可向上和向下运动的、具有活塞底部的一个活塞，
[0033] -其中通过该气缸壁、这些活塞底部和与该活塞底部对置的、具有两个斜置的顶壁 和在其间的第一区域的一个气缸盖形成一个燃烧室，
[0034] -至少一个进气开口，该进气开口具有在该气缸盖的一个顶壁中的多个进气阀，用 于在一个流入方向上向该燃烧室中导入空气;和至少一个出气开口，该出气开口具有在该 气缸盖的另一个顶壁上的出气阀，
[0035]-至少一个点火单元，
[0036] -通向该燃烧室中的一个燃料注入通道，用于沿着一条注入束轴线向该燃烧室中 注入燃料以及
[0037] -在这些活塞底部中形成的一个凹槽，用于支持在该燃烧室中的燃料-气体混合物 的翻滚式流动的产生和维持，
[0038] -其中该凹槽基本成型为相对于一条旋转轴线旋转对称的主体的一部分，
[0039] -其中该旋转轴线横向于该注入束轴线以及基本横向于空气流入该燃烧室中的方 向并且还横向于该活塞的往复运动延伸。
【附图说明】
[0040] 以下借助于一个实施例并且参照附图对本发明进行更详细的解释。在此在各图中 示出：
[0041] 图1示意性地示出了通过具有多个邻接的结构单元的往复活塞式内燃发动机的气 缸的一个纵截面视图，
[0042] 图2示出了在根据图1的气缸中的活塞的活塞底部的一个俯视图以及
[0043] 图3示出了沿着图2中的线III-III通过这些活塞的一个截面图。
【具体实施方式】
[0044] 图1示出了通过往复活塞式内燃发动机10的一个纵截面，该往复活塞式内燃发动 机具有一个发动机模块12,该发动机模块具有安装在其上的气缸盖14。该气缸16由一个周 壁18和一个气缸盖壁20形成。在该气缸16中有一个活塞22,该活塞能够借助于在该气缸16 内的一个连杆23和一个(未示出的）曲轴向上和向下运动。该活塞22的上侧由活塞底部24形 成，该活塞底部与该周壁18和该气缸盖壁20-起形成一个燃烧室26。在该气缸盖14中形成 一个空气供给通道28和一个燃烧气体排放通道30。这两个通道通向该燃烧室26中并且选择 性地分别被至少一个进气阀32或出气阀34关闭。这些通道28和30以及阀门32和34-方面形 成用于将一种气态的介质导入该燃烧室26中的器件36或用于将气态的介质从该燃烧室26 中导出的器件38。
[0045] 该往复活塞式内燃发动机10的每个气缸16还设置有一个用于将燃料注入该燃烧 室26的器件40。在此，该燃料沿着一条注入束轴线42通过通向该燃烧室26的一条注入通道 44被注入。
[0046]此外正如尤其借助于图1能够看到的，该气缸盖壁20的底侧46形成为屋顶状的并 且设置有两个相对彼此倾斜的顶部斜面48、50和一个第一区域52。在该第一区域52中安排 有一个用于在燃烧室26中点燃该燃料-气体混合物的器件54。
[0047]相应地，该活塞底部24同样具有一个凸起的、屋顶状的构型，该构型设置有两个斜 面56、58和在其间的一个第一区域60。
[0048]在如在图1中所示出的，该燃料注入束α以相对平坦的角度(例如20°或更大)进入 该燃烧室26中。该燃料与导入该燃烧室26中的空气以均匀的方式混合，这将在下文中进行 说明。
[0049]正如在图2和3中所示出的，根据图1的往复活塞式内燃发动机10的特别之处在于 活塞底部24的形成。在该第一区域60中，该活塞底部24具有一个凹槽62,该凹槽具有长形 的、旋转对称的主体的子平面的类型的一个凹槽表面63,该主体的纵轴线64形成该旋转对 称轴线。在该实施例中，该旋转主体基本是椭球体，以便使该凹槽62在宽度和深度方面朝向 该凹槽的轴向对置的末端66、68减小。即该凹槽62在其在这两个轴向末端66、68之间的中部 是最深和最宽的。该主体或该凹槽62的纵轴线或旋转对称轴线64相对于该燃料注入束轴线 42(参见图2)的取向是直角的。该纵轴线或旋转对称轴线64还横向于该活塞22(参见图3)的 往复运动或向上和向下运动70延伸。流入该燃烧室26中的空气也基本横向于该凹槽纵向延 伸而流入，即横向于该纵轴线或旋转对称轴线64而流入。基于高的注入压力和现代的喷射 器技术，该专门的凹槽形状(根据一个球形的桶的外表面的一部分或一个椭球体的外表面 的一部分的类型)可能实现的是，使得在该燃烧室26内通过保留密集的翻滚式流动72(参见 图1)在一个尽可能长的时间段内实现该燃料-空气混合物的均匀化。由于在压缩过程中密 集的翻滚式流动的产生和维持，该燃料-空气混合物的改善的均匀化导致均匀的燃烧并且 由此导致燃烧过程的改善，这改善了该往复活塞式内燃发动机的效率并且减少了在这些燃 烧气体中的有害物含量。
[0050] 附图标记清单
[0051] 10往复活塞式内燃发动机
[0052] 12发动机模块
[0053] 14气缸盖
[0054] 16 气缸
[0055] 18 周壁
[0056] 20气缸盖壁
[0057] 22 活塞
[0058] 23 连杆
[0059] 24活塞底部
[0060] 26燃烧室 [0061] 28空气供给通道
[0062] 30燃烧气体排放通道
[0063] 32进气阀
[0064] 34出气阀
[0065] 36用于将气体导入该燃烧室的器件
[0066] 38用于出气的器件
[0067] 40用于将燃料注入该燃烧室的器件
[0068] 42燃料注入束轴线
[0069] 44注入通道
[0070] 46气缸盖底侧
[0071] 48在气缸盖底侧处的顶部斜面
[0072] 50在气缸盖底侧处的顶部斜面
[0073] 52第一区域
[0074] 54用于点燃的器件
[0075] 56活塞底部上的斜面
[0076] 58活塞底部上的斜面
[0077] 60第一区域
[0078] 62 凹槽
[0079] 63凹槽表面
[0080] 64形成凹槽表面的主体的纵轴线或旋转对称轴线
[0081 ] 66凹槽的轴向末端
[0082] 68凹槽的轴向末端
[0083] 70活塞的向上和向下运动
[0084] 72翻滚式流动
【主权项】
1. 往复活塞式内燃发动机，具有 -至少一个气缸(16)，该气缸具有一个周壁(18)和一个气缸盖壁(20)， -在该气缸(16)中能够向上和向下运动的、具有活塞底部(24)的一个活塞(22)， -其中该气缸（16)的该周壁（18)及该气缸的气缸盖壁(20)和该活塞底部（24)形成一个 燃烧室(26)， -用于将一种气态的介质导入该燃烧室(26)中的器件(36)， -用于将一种气态的介质从该燃烧室(26)中导出的器件(38)， -用于将燃料沿着一条注入束轴线(42)注入该燃烧室(26)中的器件(40)以及 -用于点燃在该燃烧室(26)中的燃料-气体混合物的器件(54)， -其中在该活塞底部(24)中形成具有凹槽平面(63)的一个凹槽(62)，用于支持在该燃 烧室(26)内的燃料-气体混合物的翻滚式流动(72)的产生和维持， 其特征在于， -该凹槽表面(63)的形状形成为一个长形的、基本旋转对称的主体的外表面的一部分， 该主体具有一条纵轴线，该纵轴线形成该主体的旋转轴线(64)并且该旋转轴线取向为横向 于该活塞(22)的向上和向下运动(70)，并且 -该旋转对称的主体的该旋转轴线或纵轴线(64)横向于该燃料注入束轴线(42)延伸。2. 根据权利要求1所述的往复活塞式内燃发动机，其特征在于，该旋转对称的主体基本 是椭球形、或圆柱形、或球形的，并且由此该凹槽表面(63)形成为一个椭球体、圆柱体（16) 或球形的桶的外表面的一部分。3. 根据权利要求1或2所述的往复活塞式内燃发动机，其特征在于，该凹槽表面(63)具 有一个沟道的表面的形状，该沟道的深度和/或宽度朝向两个对置的轴向末端减小。4. 根据权利要求1至3之一所述的往复活塞式内燃发动机，其特征在于，该燃料注入束 轴线(42)相对于气缸(16)或活塞(22)的径向延伸以锐角取向。5. 根据权利要求1至4之一所述的往复活塞式内燃发动机，其特征在于，该气态的介质 在一个进气流方向上流入该燃烧室(26)中，并且该进气流方向基本同样横向于限定该凹槽 表面(63)的、旋转对称的主体的纵轴线或旋转轴线延伸。6. 根据权利要求1至5之一所述的往复活塞式内燃发动机，其特征在于，该气缸盖壁 (20)在其与该活塞(22)对置的底侧处具有在其间带有一个第一区域(52)的两个倾斜的顶 部斜面(48，50)，并且用于将气态的介质导入该燃烧室（26)中和从该燃烧室中导出的这些 器件(36，38)安排在该气缸盖壁(20)的这些顶部斜面(48，50)中。7. 根据权利要求1至6之一所述的往复活塞式内燃发动机，其特征在于，该活塞底部 (24)具有一个屋顶状的、凸起的上侧，该上侧具有两个倾斜的斜面(56,58)和在这两个斜面 (56.58) 之间的一个第一区域(52)，并且该凹槽(62)居中地安排在该活塞底部（24)的上侧 的该第一区域(60)中，该凹槽在其旋转轴线长度上具有相对于这些斜面(56,58)恒定的、对 应相等的距离。8. 根据权利要求1至6之一所述的往复活塞式内燃发动机，其特征在于，该活塞底部 (24)具有一个屋顶状的、凸起的上侧，该上侧具有两个倾斜的斜面(56,58)和在这两个斜面 (56.58) 之间的一个第一区域(52)，并且该凹槽(62)的该旋转轴线(64)近似于限定该凹槽 表面(63)的旋转主体的最大横截面的中点的高度并且与该第一区域(60)的纵向延伸取向 相同地延伸。9.根据权利要求6和8或者7和8所述的往复活塞式内燃发动机，其特征在于，该活塞底 部（24)的该上侧的这些倾斜的斜面(56，58)与该气缸盖壁(20)的这些顶部斜面(48，50)成 对地对置。
【文档编号】F02F3/26GK105863817SQ201610073301
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月2日
【发明人】延斯·埃瓦尔德
【申请人】Fev有限责任公司