发动机活塞的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及一种内燃发动机，并且更具体地涉及一种在发动机孔口内操作的活塞。
【背景技术】
[0002]如已知，内燃发动机包括通过连接杆互连到曲轴并通常布置成在形成在曲轴箱内的孔口内往复的一个或多个活塞。典型的活塞包括至少部分限定每个孔口内的燃烧室的头部分，以及通常包括销开口和用于连接到发动机的连接杆的其他支承结构的裙部。通常，活塞形成为具有大致杯形形状，其中活塞头形成基部，并且裙部部分连接到基部并围绕活塞的封闭通道。在典型的应用中，来自发动机的润滑油在操作期间被提供到活塞的通道内，以便对流地冷却和润滑活塞的多个部分。
[0003]典型的活塞头还包括具有形成其中的一个或多个周向连续凹槽的外部柱形壁。这些凹槽通常彼此平行延伸，并且设置适当尺寸以便在其中容纳密封环。这些密封环在每个活塞和它在其中操作的曲轴箱孔口之间生成滑动密封。通常，更靠近活塞的裙部定位的凹槽容纳刮擦环，刮擦环配置成在活塞下冲程期间刮擦粘结在活塞孔口壁上的油。随着活塞的下冲程可以保持孔口壁湿润的油会进入燃烧室，并且在发动机操作期间燃烧。
[0004]通常，活塞通过在形成在发动机的缸体内的孔口内往复，生成可以压缩提供到其中的燃料/空气混合物的可变体积。燃烧的燃料/空气混合物扩张并推动活塞以增加可变体积，因此产生动力。燃料可直接或间接提供到可变体积内，同时空气和排气经过将可变体积选择性地流体连接到进气和排气收集器的一个或多个进气和排气阀提供到可变体积或从中移除。
[0005]用来构造发动机缸壁、活塞、与可变体积相关的各种阀以及其他周围的发动机结构的材料被选择成经受发动机操作期间存在的高温和压力。但是，总是希望增加这些和其他发动机部件的可靠性和寿命。
【发明内容】
[0006]在一个方面，本发明描述一种用于内燃发动机的活塞。活塞包括形成冠部部分和裙部部分的活塞主体。裙部部分包括接收用于将活塞连接到连接杆的销的孔口，并且冠部部分形成通过具有环形形状并沿着平面布置的平冠部表面围绕的碗部。碗部和平冠部表面沿着围绕碗部的边沿的圆形边缘相遇。活塞还包括邻近边沿布置在碗部内的环形突出部。环形突出部在通过沿着凸出顶点相遇的上部向内延伸表面和下部向内延伸表面生成的横截面内具有大致凸出形状。活塞还包括形成在平冠部表面内的翼面表面。翼面表面具有凸出形状并围绕碗部的边沿环形延伸。
【附图说明】
[0007]图1是根据本发明的发动机活塞的侧视图。
[0008]图2和3是来自两个不同透视图的图1的发动机活塞的局部视图。
[0009]图4是图1的发动机活塞的冠部部分的放大局部详细视图。
[0010]图5-7是用于图1的发动机活塞的三个不同实施方式的活塞碗部和冠部之间的界面的放大局部视图。
[0011]图8和9是用于根据本发明的发动机活塞的第一替代实施方式的局部视图。
[0012]图10和11是用于根据本发明的发动机活塞的第二替代实施方式的局部视图。
[0013]图12和13是用于根据本发明的发动机活塞的第三替代实施方式的局部视图。
[0014]图14和15是用于根据本发明的发动机活塞的第四替代实施方式的局部视图。
[0015]图16是示出在以多种发动机活塞实施方式操作期间多种发动机操作参数的图集。
【具体实施方式】
[0016]本发明涉及用于内燃发动机的活塞，并且更具体地，用于直喷压缩点火发动机的活塞。特别是，本发明提供用于具有如下特征的发动机活塞的多种实施方式，这些特征是:可以引导喷射到缸内的燃料流，在喷射进行的同时或在喷射已经出现之后引导缸内的燃料雾化云雾，或者引导点火之后和动力冲程扩张期间的燃烧火焰。这种引导、燃料喷射构型和其他参数可以使用活塞的多种物理特征，和/或重新引导包括活塞内的物质的多种燃料远离活塞壁和/或缸阀，以增加发动机效率，减小排热，影响例如烟灰和NOx的排放物，并且还控制部件温度，因此增加部件的可靠性和寿命。如这里讨论，缸内材料的引导可至少瞬时出现，并且可持续不大于几千分之一秒，同时燃料喷射和/或火焰燃烧存在于缸内或该周期的各个部分上。
[0017]为了根据本发明的发动机活塞的某些特征的说明目的，发动机活塞100从图1的侧透视图示出，以及从图2和3的局部视图中的两个不同透视图示出。参考这些附图，活塞100包括冠部部分102和裙部部分104。裙部部分104形成容置用来将活塞枢转地连接到连接杆(未示出)的销(未示出)的销孔106，连接杆以已知方式连接到发动机曲轴(未示出)。冠部部分102在外部缸表面109内形成多个凹槽108，凹槽108容置环密封(未示出)，环密封能够滑动且大致密封接合活塞100在其中往复布置的发动机缸的壁。参考附图所示的活塞100的定向，冠部102形成沿着活塞的最顶部表面具有凹入形状的碗部110。碗部通过邻近活塞100的外周边的环形平冠部表面112围绕。在所示实施方式中，碗部110还形成任选的中央凹部111。
[0018]活塞100形成进行操作以便在操作期间重新引导和/或容纳缸内的多种运动物质的多种特征。在多种实施方式中，这些特征进行操作以便划分热喷射器燃料流，热喷射器燃料流在活塞靠近上止点位置时提供给缸，并且也可在活塞接近上止点位置(例如导引喷射事件)提供，和/或运动离开上止点位置(例如燃烧冲程期间的后喷射事件)。发动机操作的这些时刻期间的燃料流、燃料雾化云雾和/或燃烧燃料火焰可以针对流动方向和材料消耗通过减小多个缸内周围燃烧表面暴露于火焰温度的方式来重新引导。通过将缸表面与火焰温度隔离，可以减小残留的热量和与周围发动机部件的金属的热传递，继而可以提供较高的动力输出和/或较高的功率密度到发动机，并同样改善部件的可靠性和寿命。
[0019]这里对于已经发现有效地重新引导多种描述的发动机缸燃烧产品的活塞特征给出多种实施方式，这些特征与形成在顶部冠部表面上的翼面表面、放置在活塞碗部内的结构以及与活塞碗部的形状相关的特征和/或这些特征的一种或多种组合相关。
[0020]图4示出翼面表面200的放大详细视图，图2示出翼面表面沿着冠部表面112的外周边放置。翼面表面200具有围绕活塞100的最顶部部分的外周边的至少一部分环形延伸的大致凹入形状。翼面表面200具有在远离冠部中心线的径向上增加的负弯度，如图4所示。如所示，翼面表面200的中心弦202与顶表面112重合，使得翼面表面200包括相对于活塞100向外径向延伸并远离容纳平表面112的平面下沉的扩张表面204。汇合表面206相对于扩张表面204径向向外布置，并朝着容纳平表面112的平面升高。屈曲表面208布置在扩张表面204和汇合表面206之间，以形成翼面表面200的底部沟槽。扩张表面204的曲率半径大于汇合表面206的曲率半径，以生成翼面效应，翼面效应将进入翼面表面200的运动流体相对于活塞和缸重新向上引导远离活塞和缸壁。
[0021]在操作期间，例如在活塞在燃烧冲程期间运动远离发动机缸内的上止点位置时，可以容纳喷射到缸内的一种或多种燃料的扩张物质、雾化或蒸发燃料、燃烧燃料和空气的物质以及其他燃烧产品至少瞬间地相对于缸的中央区域在向下和向外方向上朝着活塞冠部以及朝着缸壁运动。在典型状况中，扩张物质可接触活塞冠部并在径向向外方向上跟随冠部表面112。在翼面表面200存在于活塞100上时，向外运动的物质将首先遇到扩张表面204，并且至少短周期地朝着屈曲表面208扩张到翼面表面200内形成的凹入沟槽内。在它遇到屈曲表面208时，扩张物质将接触汇合表面206并由此向上并远离活塞100重新引导。在离开翼面表面200内生成的凹入沟槽时，扩张物质将趋于运动进入相对于缸壁向内径向定位的缸的周边外部内，并占据其中，因此减小燃烧产品和缸壁之间的接触，如附图所示的虚线箭头定性示出。
[0022]活塞100的另一特征在图5-7的三个替代实施方式中示出。如图5所示，套筒210沿着碗部110的边沿212连接到活塞冠部102。套筒210 (考虑到形成的结构可以省略，由此一体形成在活塞100的母体材料内)具有大致L形横截面，其沿着顶部冠部表面112延伸，并还形成碗部110的向下延伸进入碗部110的径向外壁。在图5所示的实施方式中，碗部110的径向外壁形成在向下方向上延伸离开边沿212进入碗部110的大致柱形表面214。边沿212与最顶部冠部表面112形成尖锐边缘过渡，使得如上所述的运动物质(可进入碗部11