专利名称：直喷式柴油机的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种每气缸四个气门的直喷式柴油机，这四个气门即为两个进气门及两个排气门。
背景技术：
设计柴油机时最重要的一个考虑因素是其排放水平，特别是未燃尽的碳氢化合物、氮氧化合物(NOx)及碳烟颗粒的排放水平，日益严格的排放法规推动发动机开发者在以最具成本效益的方式减少发动机的排放方面作出更大的努力。关于这一点通常更倾向于基于发动机的措施以免去与排气后处理系统相关的资金及运行成本，比如催化剂及过滤系统。 在柴油机中，燃烧室的形状及其与燃料喷射系统的交互作用对减排是至关重要的。直喷式柴油机的燃烧室一般位于活塞的顶部内。每气缸两个气门(即一个进气门及一个排气门)的发动机必然具有相对于气缸和活塞的轴线偏置且倾斜的燃料喷射器，这就意味着活塞顶内的燃烧室必须类似地偏置以使其大致位于燃料喷射器的下方。由于室内的燃料/空气混合物的旋转运动关于气缸的轴线不均匀且来自燃料喷射器中不同喷射孔的燃料的喷射路径的长度通常是不同的，因此这样的偏置燃烧室对发动机的排放及燃料经济性都具有负面影响。为此，通常优选每气缸四个气门的直喷式柴油机，因为这允许燃烧室同轴地定位并同样允许燃料喷射器同轴地定位和定向。众所周知，四气门直喷式柴油机的燃烧室有着许多不同的形状，其中一些的轴截面为大致ω形状，这是本发明所涉及的燃烧室的形状。更具体地，本发明涉及此类活塞，其中构成燃烧室的凹部在轴截面上关于活塞的轴线旋转对称并由基底及侧壁限定，大致圆锥形或截头圆锥形的突起直立在所述基底上，所述凹部包括离所述活塞顶最远的环形下部以及离所述活塞顶最近的上部，所述上部的直径朝向所述活塞顶逐渐增大，所述上部及下部由延伸到所述凹部中的环状的在轴截面上为弓形的凸缘分开。申请号为2010745567的东风中国专利申请公开了这种一般类型的活塞。然而，这种活塞的目的是用于两气门直喷式发动机，因此燃烧室偏心地定位在活塞顶内，出于上述原因这在任何情况下都是不利的。然而，即便将该文献中所公开的燃烧室定位于所述活塞顶的中心，由此使所述活塞固有地适用于四气门柴油机，也同样认为燃料和空气的混合是不够完全的，也认为排放水平，例如未燃尽的碳氢化合物、NOx及碳烟颗粒的排放水平之高令人无法接受。US 7210448Β2及US 6732703Β2公开了大致相似类型的另一种活塞，但是在这两个专利中都不存在环状凸缘，因此所述凹部的上部及下部之间没有明确隔开。同样在这些燃烧室中，空气和燃料的混合被认为小于最佳混合，并认为污染物的排放水平不再如理想的那样低。此外，发现燃料/空气混合物在相当大的程度上与气缸壁接触，导致气缸壁上的润滑油被燃料稀释，从而导致发动机的使用寿命缩短。如上所述，在上述所有已有文献的燃烧室中碳烟颗粒的生产水平之高令人无法接受。这表示燃料不完全燃烧、效率低，碳烟颗粒向大气层的排放量只能通过成本昂贵的后处理，比如过滤，减少到可接受的或法定允许水平。碳烟或部分燃烧的碳氢化合物颗粒令人意想不到的坚硬，因此比较耐磨，实践表明在已有文献的燃烧系统中，高得令人无法接受的一部分碳烟颗粒与气缸壁接触并且截留或夹带在存在于壁上的油层中。所述油及夹带的颗粒随后返回发动机的主油路，其中耐磨颗粒从长远来看会对油泵及供应有油的其他组件造成严重损害，从而增加发动机的维修成本和/或缩短其使用寿命。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种四气门直喷式柴油机以及一种用于此发动机的活塞，其中使燃料/空气混合物混合得比之前更加强烈、彻底，从而导致排放量减少，发动机效率增加。本发明的另一个目的不仅是要减少所产生的碳烟颗粒的量，而且还要减少气缸壁上的油层中夹带的碳烟颗粒的比例，从而降低发动机的维修成本并延长发动机的使用寿命。
根据本发明，上述类型四气门直喷式柴油机活塞的特征在于所述圆锥形或截头圆锥形突起的夹角为104° -108°，所述凹部从所述基底到所述活塞顶的平面的最大深度为所述活塞的直径的13% -22%、优选18-22%，所述圆锥形或截头圆锥形突起沿直径为所述活塞的直径的38% -44%、优选38-42%的圆形线并入基底，所述凸缘的直径为所述活塞的直径的54% -59%，所述凸缘的最小直径线位于距所述活塞顶的平面的距离为所述活塞的直径的5% -10%处，且所述凹部的上部的直径从在所述凸缘的最小直径线处的所述活塞的直径的54% -59%增加至在所述凹部的侧壁与所述活塞顶的平面相交的线处的所述活塞的直径的72% -76%。燃烧室的大量尺寸参数全部对空气和燃料混合的强度及彻底性产生影响，由此对发动机的效率及排放产生影响，因此必须相对于彼此优化所有的参数，穷举测试表明上述尺寸范围是最优的，产生明显较低的排放并实现较高的效率。相对于上述已知燃烧室的最大区别在于环状凸缘明显较大，也就是说更凸入所述燃烧室，使所述燃烧室更明显地分为上部及下部。四气门直喷式柴油机的进气门一般属于被构造并设置为使所述燃烧室内的流入空气基本上绕气缸的轴线旋转的类型，认为较大的环状凸缘导致旋转的空气及燃料在凸缘下方的燃烧室下部的滞留时间较长，由此在所述活塞离开上止点位置之后，在向上移到所述燃烧室的上部中并随后移到所述气缸的上部之前导致空气和燃料混合得更加彻底。较大的环状凸缘还导致流出所述燃烧室的下部的被赋予径向向内的运动分量，这就意味着较小部分的燃烧混合物冲击相应的冷的气缸壁。这减少了燃料/空气混合物与气缸壁接触的范围，着转而减少气缸壁上的润滑油通过燃料稀释。较大的环状凸缘还减少了通过接触气缸壁而骤冷或快速冷却的燃烧混合物的比例，这转而使NOx的生成减少。空气和燃料的更彻底的混合导致更完全燃烧，由此导致未燃尽的碳氢化合物、尤其是碳烟颗粒的排放减少。因此，不但产生了较少的碳烟颗粒，而且主要由于较大的环状凸缘的缘故，所述气缸壁表面上的油层中夹带较小比例的碳烟颗粒。侧壁的限定所述凹部的上部的部分优选在轴截面上是凹形的。发现该凹面附加地促使燃烧的燃料/空气混合物沿大致轴向移动且不与所述气缸壁接触，该混合物在所述气缸壁上将通过气缸壁相对较低的温度而局部骤冷，这进一步减少了所述气缸壁上的油层中夹带的碳烟颗粒的比例。本发明还涉及一种直喷式柴油机，包括限定由气缸盖封闭并往复接收上述类型的相应活塞的至少一个气缸的气缸体，所述气缸与气缸盖中的两个进气门及两个排气门连通，所述进气门属于被设置为使所述气缸内的流入空气基本上绕所述气缸的轴线旋转的类型，所述气缸盖另外携带有基本上位于所述气缸的轴线上且包括多个燃料喷射孔的燃料喷射器，所述孔被设置为使得穿过该孔的燃料射流以偏离所述突起的表面15° -19°的角延伸，由此所述燃料射流首先冲击所述凹部的下部的弓形侧壁。发现将所述喷射器孔定向为使得从所述孔射出的燃料射流偏离所述突起的相邻倾斜面进一步提高了发动机的效率，进一步减少了污染物的排放并减少所述气缸壁上的油中的碳烟颗粒的夹带。本发明不受任何特殊原因的限制，至于为什么如此，认为有如下原因在这类发动机中燃料喷射器孔通常被定向成使得燃料射流首先冲击所述突起的圆锥形表面。该射流弹出圆锥形表面，然后直接移动到所述燃烧室外，或更通常的是与所述燃烧室的环形下部的弓形侧壁的下部接触。然后该射流固有地向上偏转，也就是说朝活塞顶偏转，然后至少大部分从所述燃烧室流出并进入所述气缸。因此，燃料在所述燃烧室内绕沿基本上垂直于气缸轴线的切线方向延伸的轴短暂地旋转。要了解的是，该旋转运动叠加到由进气口引起的绕气缸的轴线的旋转运动上。因此燃料在所述燃烧室内的滞留时间相对短暂。然而，在根据本发明的发动机中，燃料射流的方向旋转大约20° -40°，射流的方向偏离所述突起的相邻表面。这意味着燃料射流首先固有地冲击所述凹部的环形下部的曲线形侧壁的上部，其曲率固有地使得燃料射流向下偏转，也就是说远离所述活塞顶且不朝向所述活塞顶。这意味着燃料绕垂直于气缸轴线的轴线的二次旋转运动与已知发动机中的旋转运动相反。这固有地导致燃料在其二次旋转运动中所覆盖的距离增加，从而导致燃料在所述燃烧室的下部内的滞留时间也增加。这固有地导致改善燃料混合及蒸发，由此减少污染物及碳烟颗粒的产生。此外，如上所述，数量减少的碳烟颗粒被环状凸缘引导离开所述气缸壁，以使比例减少的碳烟颗粒夹带在机油中。
根据下面对根据本发明的一种特定四气门直喷式柴油机进行的描述，本发明的其他特征和详情将变得显而易见，只通过实例的方式参照附图进行描述，其中图1是根据本发明的活塞的上部的轴截面视图；图2是四气门直喷式多缸柴油机的一部分的截面图，仅示出了一个气缸的上部和气缸内位于上止点位置的活塞以及相关气缸盖的一部分。
具体实施例方式图I中所示的活塞一般为常规形状并具有大致平坦的上表面或顶部2。在所述活塞顶2内形成有相对于活塞的轴线4旋转对称并构成燃烧室的凹部。所述凹部在轴截面上由基底6及侧壁限定，所述凹部如下文所述被分成两部分，同轴的、大致圆锥形的突起5直立在所述基底上。所述凹部为大致ω形，包括离所述活塞顶2最远的环形下部8以及离所述活塞顶最近的上部10，该上部的直径向所述活塞顶逐渐增大。所述上部6及下部10由凸入所述燃烧室的环状的截面为弓形的凸缘12分开。所述凸缘的弓形平滑并入所述侧壁的上部14，所述侧壁的上部限定所述凹部的上部10，同样平滑并入所述侧壁的弓形下部13，所述侧壁的弓形下部13限定所述凹部的环形下部8。所述活塞的直径D在该具体实施例中为103mm。所述凹部的上部10在与所述顶部2结合的圆形线处的最大直径A在O. 72D-0. 76D之间，在该具体实施例中为76_。所述弓形环状凸缘12的最小直径B，即在其最高峰或顶点上的直径在O. 54D-0. 58D之间，在该具体实施例中为58mm。所述突起5的外表面在横截面上是线性的并在直径C在O. 38-0. 42D之间的圆形线处并入基底6。所述凹部的最大深度H，即所述顶部2的平面与所述凹部的最深处之间的距离在O. 18D-0. 22D之间，在该具体实施例中为19. 6mm。所述凹部的上部10的深度h，即所述顶部2的平面与所述弓形凹部12的最高峰之间的距离在O. 06D-0. IOD之间，在该具体实施例中为6. 63mm。所述圆锥形突起5的夹角在104° -108°之间。凹部的侧壁部14的限定其上部10的部分在轴截面上是凹形的。图2示出了示意性地在图I中示出的在多缸直喷式柴油机一个气缸中的合适位置 的活塞。所述发动机包括限定气缸的气缸体20,所有气缸由气缸盖22封闭。所述气缸盖22限定两个进气通道24，其中只有一个可见，进气通道24由进气门26以常见方式进行控制。进气管24及进气门26以已知方式构造以使准许通过该进气管及进气门的进入空气在所述气缸及由所述活塞顶中的凹部构成的燃烧室内大致绕活塞和气缸的轴线4旋转。所述气缸盖还限定两个排气通道28，其中只有一个可见，排气通道28由排气门30以常规方式进行控制。在所述气缸盖22内部也容纳有燃料喷射器34，该燃料喷射器设置为与气缸的轴线4平行并同轴。当所述活塞位于上止点位置时，所述燃料喷射器34终止于顶端34，该顶端34定位为略低于所述气缸盖下侧的平面，并因此稍微延伸到活塞中的凹部中，如图2所示。在所述燃料喷射器的顶端34形成有多个燃料喷射孔，所述燃料喷射孔定位成以一角度排出各自的燃料射流，该角度相对于所述圆锥形突起5的表面倾斜15° -19°的角度β。在使用时，所述燃料喷射器被操作以在所述活塞位于或非常靠近上止点位置时通过燃料喷射器孔将燃料喷射到活塞顶的凹部中。准许通过进气通道24的空气在所述燃烧室内绕轴线4迅速旋转，喷射到所述燃烧室中的燃料36的射流以偏离所述突起5表面的角度喷射。因此，这些射流不直接冲击所述突起5的表面，而是冲击所述凹部的侧壁的限定所述凹部的环形下部8的弓形部。这部分侧壁的曲率及燃料射流在这部分上的入射角使得所述燃料射流向下偏转，即朝所述凹部的基底偏离，因此使燃料沿如图I和图2右手边所示的顺时针方向旋转，当然同时也使该燃料另外绕轴线4旋转。因此，该燃料沿所述凹部的侧壁的下部向下旋转，然后在转向向上移动之前沿所述凹部的基底大致水平向内旋转，如图2右手边的箭头示意性地所示。因此，延长了该燃料在所述燃烧室内的滞留时间，与最优化所述燃烧室的尺寸参数相关的该情况使燃料和空气极其高效地混合，由此燃烧基本上完全，且非常高效，最大程度上减少了未燃尽碳氢化合物的量，同样最大程度上减少了碳烟颗粒的生成。燃烧的燃料和空气混合物然后离开燃烧室，进入气缸的上部，该上部现在是可进入的，这事因为所述活塞远离图2所示的上止点位置向下移动。然而，环状凸缘12凸入燃烧室与侧壁的所述部分14的凹形结合意味着离开燃烧室的燃烧的燃料/空气混合物在仅与气缸侧壁略微接触的基本上竖直延伸的圆柱中离开，从而最大程度减少燃烧的燃料/空气混合物在气缸壁上局部骤冷，转而最大程度减少NOx的生成。此外，燃烧的燃料/空气混合物几乎不与气缸壁接触意味着只有所产生的极少比例的数量减少的碳烟颗粒夹带在涂覆 气缸壁的油层中。
权利要求
1.一种四气门直喷式柴油机活塞，所述活塞限定出包括形成在活塞顶中的凹部在内的燃烧室，所述凹部在轴截面上关于所述活塞的轴线旋转对称并由基底及侧壁限定，大致圆锥形或截头圆锥形的突起直立在所述基底上，所述凹部包括离所述活塞顶最远的环形下部以及离所述活塞顶最近的上部，所述上部的直径朝向所述活塞顶逐渐增大，所述上部及下部由延伸到所述凹部中的环状的轴截面为弓形的凸缘分开，其特征在于，所述圆锥形或截头圆锥形突起的夹角在104° -108°之间，所述凹部从所述基底到所述活塞顶的平面的最大深度为所述活塞的直径的13% _22%，所述圆锥形或截头圆锥形突起沿直径为所述活塞的直径的38% -44%的圆形线并入所述基底，所述凸缘的直径为所述活塞的直径的54% -59%，所述凸缘的最小直径线位于距所述活塞顶的平面的距离为所述活塞的直径的5% -10%处，且所述凹部的上部的直径从在所述凸缘的最小直径线处的所述活塞的直径的54% -59%增加至在所述凹部的侧壁与所述活塞顶的平面相交的线处的所述活塞的直径的72% -76%。
2.根据权利要求I所述的活塞，其中所述圆锥形或截头圆锥形突起的夹角大致为106。。
3.根据权利要求I或2所述的活塞，其中所述侧壁的限定所述凹部的上部的部分的轴截面是凹形的。
4.一种直喷式柴油机,包括限定由气缸盖封闭并往复接收如权利要求1、2或3所述的相应活塞的至少一个气缸的气缸体，所述气缸与所述气缸盖中的两个进气门及两个排气门连通，所述进气门属于被设置为使所述气缸内的流入空气基本上绕所述气缸的轴线旋转的类型，所述气缸盖另外携带有基本上位于所述气缸的轴线上且包括多个燃料喷射孔的燃料喷射器，所述孔被设置为使得穿过该孔的燃料射流以偏离所述突起的表面15° -19°的角延伸，由此所述燃料射流首先冲击所述凹部的下部的弓形侧壁。
全文摘要
一种四气门直喷式柴油机活塞，限定了包括活塞顶中的凹部(10)的燃烧室，该凹部(10)在轴截面上关于活塞的轴线旋转对称并由基底及侧壁限定。大致圆锥形的突起(5)直立在所述基底上。所述凹部(10)包括环形下部(8)以及上部(10)，该上部(10)的直径向所述活塞顶逐渐增大。所述凹部的上部及下部由延伸到所述凹部中的环状弓形凸缘(12)分开。所述圆锥形突起(5)的夹角在104°-108°之间，所述凹部(10)的最大深度为活塞直径的13％-22％，所述圆锥形突起(5)沿直径为活塞直径的38％-44％的圆形线并入所述凹部的基底，所述凸缘(12)的直径为所述活塞的直径的54％-59％，所述凸缘(12)的最小直径线位于距所述活塞顶的平面的距离为所述活塞的直径的5％-10％处，且所述凹部的上部(10)的直径从所述凸缘的最小直径线处的所述活塞的直径的54％-59％增加至在所述凹部的侧壁与所述活塞顶的平面相交的线处的所述活塞的直径的72％-76％。
文档编号F02B23/06GK102892992SQ201180007736
公开日2013年1月23日 申请日期2011年1月26日 优先权日2010年1月29日
发明者R·康沃尔, F·康尼赛乐 申请人:里卡多英国有限公司