內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞(1)。所述活塞(1)可包括具有中心軸線M的活塞裙部(1.1)和在上方界定所述活塞裙部(1.1)的具有直徑D的活塞頂(2)。所述活塞頂(2)可由具有寬度b的活塞頂邊緣(2.1)和具有深度t的活塞頂凹部(2.2)形成。所述活塞頂凹部(2.2)可包括帶有具有直徑d的開(kāi)口截面的活塞凹部壁(2.2a)。具有內(nèi)徑dn的至少一個(gè)凹槽(3)可設(shè)置在所述活塞頂邊緣(2.1)內(nèi)并相對(duì)于所述中心軸線M沿周向U延伸。所述內(nèi)徑dn可比所述直徑d大。
【專(zhuān)利說(shuō)明】?jī)?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)一諸如具有外部碳化合的奧托發(fā)動(dòng)機(jī)——的活塞。具體地，本發(fā)明涉及一種活塞，所述活塞可包括具有中心軸線M的活塞裙部和在上方界定活塞裙部的具有直徑D的活塞頂。所述活塞頂可由具有寬度b的活塞頂邊緣和具有深度t的活塞頂凹部形成。此外，所述活塞頂凹部可包括帶有具有直徑d的開(kāi)口截面的活塞凹部壁。
[0002]本發(fā)明還總體涉及活塞在其中被引導(dǎo)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或奧托發(fā)動(dòng)機(jī)或奧托氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。具體地，在其中被引導(dǎo)的活塞屬于本文描述的類(lèi)型。所述奧托發(fā)動(dòng)機(jī)或奧托氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以是具有外部或內(nèi)部碳化合的發(fā)動(dòng)機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0003]由DE 10 2010 018 930 Al獲知一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞。該活塞包括位于活塞頂內(nèi)的4個(gè)氣門(mén)凹窩，其確保用于排氣門(mén)和進(jìn)氣門(mén)的間隙。
[0004]對(duì)于奧托氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，使用具有不同活塞凹部形狀的活塞。通常，在以下常見(jiàn)變型之間進(jìn)行區(qū)分:
[0005]A)具有屋頂形狀的活塞頂?shù)幕钊；钊敱辉O(shè)計(jì)用于具有氣體-沖掃的預(yù)燃室的燃燒過(guò)程，使得點(diǎn)火火花盡可能遲地撞擊在燃燒室的壁上。
[0006]B)具有槽狀活塞頂?shù)幕钊?。活塞頂被設(shè)計(jì)成使得維持入口側(cè)產(chǎn)生的紊流。
[0007]C)具有Ω形活塞頂凹部的活塞?；钊敱辉O(shè)計(jì)用于柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最佳直接噴射并且還由于成本方面的原因和為簡(jiǎn)單起見(jiàn)而不變地用于奧托氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，后者卻是可能更加不良的燃燒過(guò)程。
[0008]D)具有罐狀活塞頂凹部的活塞?；钊敱辉O(shè)計(jì)成使得在活塞邊緣與氣缸蓋之間存在沿徑向的擠流。此外，罐狀活塞頂凹部中的旋轉(zhuǎn)流升壓。
[0009]具有罐狀活塞頂凹部的活塞非常適合具有旋轉(zhuǎn)輸入通道和室塞的發(fā)動(dòng)機(jī)。在壓縮行程期間，混合物經(jīng)由活塞的活塞頂?shù)倪吘?擠氣邊緣)移位到罐狀活塞頂凹部中。在膨脹行程期間，混合物從罐狀活塞頂凹部被再次吸出。所述過(guò)程尤其是在上死點(diǎn)附近引起強(qiáng)擠流。
[0010]除擠流外，罐狀活塞頂凹部還引起入口側(cè)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)流的加速。由于角動(dòng)量的保持，旋轉(zhuǎn)流的角速度在混合物朝罐狀活塞頂凹部向內(nèi)移位的情況下升高。
[0011]本發(fā)明至少部分針對(duì)于改善或克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)方面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]在本發(fā)明的一方面，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞可包括具有中心軸線M的活塞裙部和在上方界定活塞裙部的具有直徑D的活塞頂。所述活塞頂可由具有寬度b的活塞頂邊緣和具有深度t的活塞頂凹部形成。所述活塞頂凹部可包括帶有具有直徑d的開(kāi)口截面的活塞凹部壁。具有內(nèi)徑dn的至少一個(gè)凹槽可設(shè)置在所述活塞頂邊緣內(nèi)并相對(duì)于中心軸線M沿周向U延伸。內(nèi)徑dn可比活塞頂凹部的開(kāi)口截面的直徑d大。
[0013]在本發(fā)明的另一方面，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或奧托發(fā)動(dòng)機(jī)或奧托氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可具有在其中被引導(dǎo)的至少一個(gè)活塞。所述活塞可如上所述地設(shè)計(jì)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征在說(shuō)明書(shū)中說(shuō)明并在附圖中示出。在附圖中:
[0015]圖1示出活塞的透視圖；
[0016]圖2a_2c示出凹槽的不同的基本形狀；
[0017]圖3示出具有凹部的活塞的剖視圖；
[0018]圖4示出具有多個(gè)活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1所示的活塞I由具有中心軸線M和直徑D的活塞裙部1.1和在上方界定活塞裙部1.1的具有對(duì)應(yīng)的相同直徑D的活塞頂2形成?；钊?本身由具有寬度b的活塞頂邊緣2.1和相對(duì)于活塞I的中心軸線M共軸地設(shè)置的活塞頂凹部2.2形成?；钊敯疾?.2具有開(kāi)口截面。這大致對(duì)應(yīng)于最大內(nèi)徑dn，因?yàn)榛钊敯疾?.2具有幾乎圓柱形的形式?；钊疾?.2具有深度T并在下方由活塞凹部底面5和與該活塞凹部底面5連接的活塞凹部壁4界定。
[0020]在活塞頂邊緣2.1內(nèi)設(shè)置有具有約2mm的半徑R的周向凹槽3。凹槽3具有內(nèi)徑dn，其比活塞凹部2.2的開(kāi)口截面的直徑d大出約15%。凹槽3在到活塞頂邊緣2.1的過(guò)渡區(qū)域內(nèi)具有半徑Rl、R2，其中內(nèi)半徑Rl的尺寸為約2.5mm且外半徑R2的尺寸為約2mm。
[0021]根據(jù)圖2a，設(shè)置了兩個(gè)凹槽3、3’。每個(gè)凹槽3、3’都具有圓形的基本形狀G、G’，并且如根據(jù)圖1所示地與凹槽3、3’的對(duì)稱(chēng)軸線S相對(duì)于中心軸線M共軸地設(shè)置。
[0022]根據(jù)圖2b的實(shí)施例，凹槽3具有橢圓形/扁圓形/卵形(oval)的基本形狀G并且相對(duì)于中心軸線M對(duì)稱(chēng)地設(shè)置。凹槽3的兩條對(duì)稱(chēng)軸線S、S’由此相對(duì)于中心軸線M偏心地設(shè)置。
[0023]根據(jù)圖3的實(shí)施例，參見(jiàn)該圖的左半部分，凹槽3的高度h為活塞凹部2.2的深度T的約12%。此外，凹槽3的徑向延伸范圍r為活塞頂邊緣2.1的寬度b的約20%。
[0024]根據(jù)圖3的實(shí)施例，參見(jiàn)該圖的右半部分，在活塞頂邊緣2.1內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)凹槽3、3’。兩個(gè)凹槽的相應(yīng)凹槽3、3’的對(duì)稱(chēng)軸線S相對(duì)于中心軸線M共軸地設(shè)置。
[0025]在活塞I內(nèi)還設(shè)置有冷卻通路7，其同樣相對(duì)于中心軸線M共軸地設(shè)置。
[0026]根據(jù)圖4，發(fā)動(dòng)機(jī)6包括6個(gè)上述類(lèi)型的活塞1、1’。
[0027]工業(yè)適用性
[0028]根據(jù)本發(fā)明且如本文所述的活塞可被設(shè)計(jì)成使得可實(shí)現(xiàn)改善的燃燒。特別地，擠流的產(chǎn)生和旋轉(zhuǎn)流的增加對(duì)燃燒產(chǎn)生積極效果。由于所公開(kāi)的活塞，可以受控方式將所述定向流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳌＿@可以進(jìn)一步改善燃燒。
[0029]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，內(nèi)徑可滿足以下要求:dn> = 1.ld，其比直徑d、即開(kāi)口截面的直徑大至少10%。由于具有內(nèi)徑dn的至少一個(gè)凹槽一其可以稱(chēng)為紊流凹槽，在活塞頂邊緣上方發(fā)生的擠流可終止并且可建立紊流部分。燃燒可以通過(guò)紊流部分而優(yōu)化。擠流可在與該擠流垂直的方向上被活塞頂邊緣上的一個(gè)或多個(gè)凹槽中斷并轉(zhuǎn)變成紊流。
[0030]在本發(fā)明又一示例性實(shí)施例中，所述至少一個(gè)紊流凹槽可以例如靠近活塞頂凹部設(shè)置、設(shè)置在活塞頂邊緣的中心和/或設(shè)置于在活塞裙部或氣缸壁附近的外徑上。后者也可引起點(diǎn)火環(huán)區(qū)(firing land)死空間容積的減小。這種情況下，凹槽的外徑可對(duì)應(yīng)于活塞的直徑D。
[0031]在本發(fā)明另一示例性實(shí)施例中，也可以使位于活塞頂邊緣內(nèi)側(cè)的凹槽朝向活塞凹部壁移位，使得內(nèi)徑dn將與活塞凹部的開(kāi)口截面的直徑d—樣大。然而，可以此方式實(shí)現(xiàn)的效果可與擴(kuò)大的活塞凹部所獲得的效果相同并且或許是可忽略的。
[0032]在本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例中，凹槽可在到活塞頂邊緣的過(guò)渡區(qū)域內(nèi)具有半徑R1、R2,其中內(nèi)半徑Rl和外半徑R2兩者的尺寸可介于Imm與5mm之間，優(yōu)選2mm至3mm。所述半徑不會(huì)太小，使得邊緣不會(huì)過(guò)熱。由于幾何形狀的不連續(xù)性和進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)的紊流效果降低，所述半徑也不會(huì)太大。上述措施可增強(qiáng)燃燒室中的紊流。增強(qiáng)的紊流可在氣缸中引起加速的燃燒以及更快和改善的燃燒。這可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和爆震裕度。在本發(fā)明的該示例性實(shí)施例中，活塞頂?shù)闹睆紻可對(duì)應(yīng)于活塞直徑。活塞頂凹部的開(kāi)口截面的直徑d加上兩倍的活塞頂邊緣的寬度b可等于活塞直徑D。開(kāi)口截面的直徑d或凹部直徑與活塞頂?shù)闹睆紻或活塞直徑之比d/D可介于0.4與0.6之間?；钊敯疾康纳疃萾與活塞頂?shù)闹睆紻或活塞直徑之比t/D可介于0.15與0.35之間。
[0033]在本發(fā)明另一示例性實(shí)施例中，出于該目的也有利的是，凹槽具有關(guān)于中心軸線M的徑向延伸范圍r,且lmm〈 = r〈 = 0.5b或2mm〈 = r< = 0.4b。紊流的效果可取決于凹槽的徑向延伸范圍r。可假設(shè)徑向延伸范圍r的最小尺寸是約Imm至2mm,使得可實(shí)現(xiàn)的紊流效果有效。徑向延伸范圍r越小，則可在活塞頂邊緣上設(shè)置越多的凹槽。
[0034]此外，在本發(fā)明另一示例性實(shí)施例中，可以有利的是凹槽關(guān)于中心軸線M的軸向方向(即，在中心軸線M的軸向方向上)具有高度h,其中l(wèi)mm〈 = h〈 = 0.2t或2mm〈 = h〈=0.1t。這同樣適用于凹槽的高度h。凹槽的高度h不應(yīng)小于約Imm至2mm的最小尺寸，使得可實(shí)現(xiàn)的紊流效果有效。
[0035]在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例中，也可以有利的是設(shè)置分布在活塞頂邊緣的寬度b上的兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)凹槽。在形成多個(gè)凹槽的情況下，可增強(qiáng)紊流效果。參數(shù)徑向延伸范圍r、高度h和數(shù)目的哪種組合確保最大紊流效果可取決于相應(yīng)的燃燒室條件。
[0036]此外，在本發(fā)明又一示例性實(shí)施例中，可有利的是凹槽沿著整個(gè)周向U延伸。對(duì)稱(chēng)的安裝空間條件有時(shí)可以是有利的，其中也可設(shè)置與對(duì)稱(chēng)的偏差。凹槽在周向U上的延伸范圍可適合相應(yīng)的流動(dòng)條件。凹槽可在整個(gè)周向U上延伸，或者可以局部區(qū)段的形式設(shè)置在周向U的一部分上，在后一種情況下尤其是設(shè)置在進(jìn)氣門(mén)的區(qū)域內(nèi)。
[0037]此外，在本發(fā)明又一示例性實(shí)施例中，可有利的是凹槽具有相對(duì)于中心軸線M共軸或偏心地設(shè)置的對(duì)稱(chēng)軸線S。對(duì)稱(chēng)的安裝空間條件有時(shí)是有利的，其中也可設(shè)置與對(duì)稱(chēng)的偏差-例如在對(duì)稱(chēng)軸線S、S’相對(duì)于中心軸線M偏心地布置的橢圓形活塞凹部的情況中。對(duì)于偏心布置，可為進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的區(qū)域確保不同的流動(dòng)條件。
[0038]在本發(fā)明另一示例性實(shí)施例中，也可有利的是凹槽具有基本幾何形狀G，其中基本幾何形狀G具有圓形或橢圓形/扁圓形/卵形的形式。周向上的不同流動(dòng)條件可通過(guò)即使凹槽相對(duì)于中心軸線M對(duì)稱(chēng)地布置也與圓形形式有偏差來(lái)確保。
[0039]在本發(fā)明又一示例性實(shí)施例中，還可有利的是設(shè)置至少兩個(gè)凹槽，其中所述凹槽可具有相同或不同的基本形狀G、G’。不同凹槽幾何形狀的組合確保了對(duì)特定的安裝空間和流動(dòng)條件的最佳適應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞(I)，該活塞包括: 具有中心軸線M的活塞裙部(1.1);和 在上方界定所述活塞裙部(1.D的具有直徑D的活塞頂(2)，其中所述活塞頂(2)由具有寬度b的活塞頂邊緣(2.1)和具有深度t的活塞頂凹部(2.2)形成，所述活塞頂凹部(2.2)包括帶有具有直徑d的開(kāi)口截面的活塞凹部壁(2.2a)； 具有內(nèi)徑dn的至少一個(gè)凹槽(3)，所述凹槽(3)設(shè)置在所述活塞頂邊緣(2.1)內(nèi)并相對(duì)于所述中心軸線M沿周向U延伸，其中所述內(nèi)徑dn比所述活塞頂凹部(2.2)的開(kāi)口截面的直徑d大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞(I)，其特征在于，所述凹槽(3)關(guān)于于中心軸線M具有徑向延伸范圍r且lmm〈 = r〈 = 0.5b。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的活塞(I)，其特征在于，所述凹槽(3)在所述中心軸線M的軸向方向上具有高度h,其中l(wèi)mm〈 = h< = 0.2t。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的活塞(I)，其特征在于，設(shè)置了分布在所述活塞頂邊緣(2.1)的寬度b上的兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)凹槽(3，3’)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的活塞(I)，其特征在于，所述凹槽(3)沿整個(gè)周向U延伸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的活塞(I)，其特征在于，所述凹槽(3)具有相對(duì)于所述中心軸線M共軸或偏心地設(shè)置的對(duì)稱(chēng)軸線S。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的活塞(I)，其特征在于，所述凹槽(3)具有圓形形式的基本幾何形狀(G)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的活塞(I)，其特征在于，所述凹槽(3)具有橢圓形形式的基本幾何形狀(G)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的活塞(I)，其特征在于，設(shè)置了至少兩個(gè)凹槽(3，3’)，其中所述兩個(gè)凹槽具有相同或不同的基本形狀(G，G’)。
10.一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(6)或奧托發(fā)動(dòng)機(jī)(6)或奧托氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)￠)，其具有在其中被引導(dǎo)的根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的活塞(I)。
【文檔編號(hào)】F02B23/06GK104271916SQ201380019685
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月13日
【發(fā)明者】R·伯溫, E·德雷霍布爾, C·德雷科斯勒, M·拉普 申請(qǐng)人:卡特彼勒能源方案有限公司