專利名稱：燃油直接噴射式四沖程內燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求1前序部分所述的火花點火式四沖程內燃機，燃料借助一噴油嘴直接噴入燃燒室，該內燃機帶有至少一個進氣通道及一個進氣門，至少一個排氣通道和一個排氣門，其中進氣門和排氣門布置在燃燒室的相對的兩側，噴油嘴位于進氣門側，還有至少一個成型于活塞頂部的凹坑，其中活塞的中心縱軸線沿其運動方向延伸。
為了在直接噴射式四沖程內燃機的燃燒室中產生一種適當的空氣燃油混合氣，公知的是，備有產生特定的翻滾氣流或旋轉氣流的進氣通道，并且活塞頂部設有相應的凹坑和導向肋。在旋轉氣流情況下是汽缸燃料例如基于進氣通道形狀而繞汽缸軸線旋轉，而在翻滾氣流情況下是產生一種繞平行于曲軸的一軸線的旋轉。
DE 197 13 030 A1，DE 197 13 029 A1和DE 197 13 028 A1分別公開了一種火花點火直接噴射式四沖程內燃機，其中汽缸的每個活塞的活塞上表面分別有一個H形的、T形的或U形的導向肋結構。
EP 0 639 703 A1和EP 0 694 682 A1分別公開了直接噴射式內燃機的另一種實施形式，其中通過進氣通道的造型在汽缸腔內產生旋轉氣流。這里活塞上表面有一個鑄造出的凹坑，凹坑四周具有擠壓面，其中凹坑這樣偏心布置，使得位于燃燒室中央的火花塞和徑向布置的噴油嘴分別位于凹坑邊緣。燃油有利地噴到為此目的成型的凹坑邊緣?；钊媳砻嬖诖颂幍娜蝿罩饕庆F化燃油射束。旋轉氣流的任務是將凹坑霧化并反射回來的燃油送到火花塞。
EP 0 558 072 A1公開了另一種發(fā)動機實施形式，其中通過進氣通道的形狀和布置使燃燒室氣流產生一種相反的翻滾運動，這種運動通過活塞上表面的一種掩體狀構形而加強。該活塞上表面同時用于使燃油射束偏轉向位于汽缸中央的火花塞。由此燃油射束和燃燒室氣流以相同方向掠過活塞上表面。但是，燃油射束或者在轉到活塞上后由此產生的混合氣霧團在到達汽缸頂壁后在火花塞附近可以在任何方向幾乎無阻礙地擴散。因此為在轉向活塞后達到盡可能強的混合氣霧團濃度并不費勁。另外在活塞上表面上形成的掩體在排氣門下方產生一個擠壓面。這盡管在發(fā)動機壓縮過程中接近上死點時產生了一種理想的附加氣流運動。但在通過死點之后卻導致了壓縮過程中建立起來的混合氣濃度的分散。
另外所有這些結構還有一個缺點，即不能在四沖程內燃機的整個特性曲線范圍產生一種最佳的混合氣。
本發(fā)明的任務是，提供一種改進的上述類型的活塞，可克服上述缺點。
根據本發(fā)明通過一種具有權利要求1特征部分特征的上述類型四沖程內燃機來解決。本發(fā)明的優(yōu)選設計方案在從屬權利要求給出。
為此，根據本發(fā)明設定，凹坑布置在進氣門側，凹坑相對進氣門和噴油嘴具有至少一個形成活塞頂部最高點的邊緣部分，使得從以相應方式構成的進氣通道經進氣門進入燃燒室的氣流和從噴油嘴進入燃燒室的燃油射束在相對的兩側進入凹坑。
這樣設計的優(yōu)點是，混合氣形成過程通過部分的壁吸附作用加上與之結合的空氣引導來實現(xiàn)。借助噴射器或噴油嘴的空間布置和點火部位或火花塞的空間布置精確協(xié)調，在很寬的特性曲線范圍EN達到最佳的等高線。從而避免了混合氣的形成對噴射器的連續(xù)控制和使用條件的變化的敏感性。燃燒過程顯示了一種連續(xù)的能量轉換，同時考慮到最佳滿負荷能力的所有要求。另外本發(fā)明可簡單地集成到目前已有的多氣門汽缸蓋概念中。
在一種優(yōu)選實施例中，活塞頂部有一個突起，該突起將凹坑垂直噴射方向分成一個燃油凹坑和一個空氣凹坑，使得燃油射束在與突起相對的一側進入燃油凹坑，空氣流在與突起相對的一側以與燃油射束相反的方向進入空氣凹坑。
本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點和優(yōu)選設計方案由從屬權利要求以及下面借助附圖對本發(fā)明的描述給出。圖示為

圖1 根據本發(fā)明的四沖程內燃機的優(yōu)選實施例，圖2 活塞幾何尺寸的第一優(yōu)選實施例原理圖，圖3 活塞幾何尺寸的第二優(yōu)選實施例原理圖，圖4至9 分別以立體圖、平面圖和按照各個視圖中的線的相應剖視圖示出了圖2所示活塞幾何尺寸的具體實施例，圖10至13 分別以立體圖、平面圖和按照各個視圖中的線的相應剖視圖示出了圖3所示活塞幾何尺寸的具體實施例。
圖1所示的本發(fā)明四沖程內燃機的優(yōu)選實施例包括一個可在汽缸13中上下運動的帶有活塞頂部12的活塞10、一個具有進氣門軸線15的進氣通道14、一個具有排氣門軸線17的排氣通道16以及一個點火位置為20的火花塞18。借助一個噴油嘴22可沿噴射軸線25方向以燃油射束24噴射燃油。新鮮空氣通過進氣通道14以翻滾氣流26流入燃燒室28。
活塞限定一條中心縱軸線30，該縱軸線與火花塞18的縱軸線對齊或接近火花塞18的縱軸線，其中點火位置20位于中心縱軸線30上或就在其附近?；钊敳?2具有一個凹坑32，燃油射束24對準該凹坑。如圖1中所示，噴油嘴22位于進氣通道側并在進氣通道14的下方。這里也可以設有兩個或更多個進氣通道或排氣通道14，16。這些通道例如可以設計成進氣通道分開關閉。凹坑32以及進氣通道和排氣通道14，16和噴油嘴22的布置這樣選擇，使得或者只產生一種翻滾氣流或者產生一種翻滾氣流結合旋轉氣流。多個排氣通道16的結構最好是暹羅的。
圖2示出了根據本發(fā)明的帶有一個凹坑32的活塞10的預定流動情況。燃油射束24在進氣門側進入凹坑32，而通過進氣通道14流入的空氣在相對側即例如排氣通道側以翻滾流和/或旋轉流形式進入凹坑32，并且是以與燃油射束24相反的方向進入凹坑?？諝饬?6繞到燃油射束下方，阻止燃油射束并產生一種虛線所示的對燃燒室28的加載，點火位置20位于該燃燒室內。
圖3示出了根據本發(fā)明的具有一個凹坑32的活塞10的預定流動情況，其中該凹坑32被一個突起34分成了一個燃油凹坑36和一個空氣凹坑38。燃油射束24和空氣26如前所述從兩個相反的方向進入雙凹坑36，38中，被突起34轉向并在突起上方混合，相應地在點火位置20處形成可燃混合氣。這里，凹坑36，38以及突起34的幾何尺寸，以及突起側面角度α和β以及燃油噴射角的位置，對混合氣的形成起決定性的影響。
圖4至13示出了本發(fā)明四沖程內燃機的活塞幾何尺寸的不同實施例，其中尤其在各個截面A-A中用幾個標注尺寸標示出主要的活塞幾何形狀的特征尺寸。另外示出了空穴40，進氣通道或排氣通道14，16的未示出的閥盤在活塞10的上死點處伸入到該空穴中。
根據圖4至9所示的實施形式分別只有一個凹坑32。在圖1或相關的圖4C至圖9C中，噴油嘴22、進氣通道14、排氣通道16和中間縱軸線30與之相交的一個截平面中，凹坑32相對凹坑的最高處有一個深度t(圖4C)為7mm至18mm，尤其是8mm，16.56mm，11.82mm，11.77mm或9.65mm。另外形成活塞頂部12的最高點的凹坑32邊緣部分到中心縱軸線30的垂直距離x(圖4C)為6mm至30mm，尤其是9.27mm，9.33mm，8.97mm，10.25mm，25.59mm，或者6.17mm。在該截平面內，凹坑壁在形成活塞頂部12最高點的邊緣部分的切線與中心縱軸線30的夾角γ(圖4C)為3度至33度，尤其是3.3度，7.4度，8.9度，19.7度，30.9度，或3 1.1度，凹坑壁在與γ角相對的邊緣部分的切線與中心縱軸線30的夾角γ’(圖4C)為20度至51度，尤其是23.6度，26.5度，28.8度，32度，47.6度或50.2度，活塞頂部緊鄰活塞頂部12的最高點處的切線與垂直于中心縱軸線30的平面的夾角γ”(圖4C)為10度至25度，尤其是12度或21度。
圖10至13所示的實施形式中，活塞頂部12上面伸出一個將凹坑32分成一個燃油凹坑36和一個空氣凹坑38的突起34，其中在一個優(yōu)選實施形式中突起34超出了活塞頂部12。在圖1或相關的圖10C至13C中的一個截平面中，燃油凹坑36在突起34和燃油凹坑底部邊緣之間的最大深度tKa(圖10C)為約4至13mm，尤其是11.1mm(圖10C)，11.41mm(圖11C)，11.47mm(圖12C)和4.6mm(圖13C)。在最高點和空氣凹坑底部邊緣之間的尺寸tKh在4和8mm之間，尤其是6mm，7.61mm和4.6mm。另外空氣凹坑38還有一個相對于突起34對面的空氣凹坑邊緣的深度tL(圖10C)，為2mm至10mm，尤其是8mm，3.07mm，2.5mm或8.5mm。突起34對面的該空氣凹坑邊緣具有一個到中心縱軸線30的垂直距離xL(圖10C)，為33mm至36mm，尤其是35.76mm，33.2mm，34.6mm，35.75mm或33.27mm。突起34到中心縱軸線30有一個垂直距離xE(圖10C)，為0mm至7mm，尤其是0.5mm，6.85mm，4.14mm或2mm。燃油凹坑壁在突起34對面的燃油凹坑邊緣處的切線與中心縱軸線30的夾角γK1(圖10C)為40度至62度，尤其是56.4度，48.9度，49.8度，或60.4度。燃油凹坑壁在突起34處的切線與中心縱軸線30的夾角γK2(圖10C)為8度至50度，尤其是20.9度，12.5度，18.7度或45.5度。空氣凹坑壁在突起34處的切線與中心縱軸線30的夾角γL2(圖10C)為0度至80度，尤其是23.2度，64.6度，77.3度或47.7度。空氣凹坑壁在突起34對面的燃油凹坑邊緣處的切線與中心縱軸線30的夾角γL1(圖10C)為30度至62度，尤其是50.6度，54.2度，60.4度或34.8度。
權利要求
1.火花點火式四沖程內燃機，燃料借助一噴油嘴(22)直接噴入燃燒室，該內燃機帶有至少一個進氣通道(14)及一個進氣門(15)，至少一個排氣通道(16)和一個排氣門(17)，其中進氣門(15)和排氣門(17)布置在燃燒室(28)的相對的兩側，噴油嘴(22)位于進氣門側，還有至少一個成型于活塞頂部(12)的凹坑(32；36，38)，其中活塞(10)的中心縱軸線(30)沿其運動方向延伸，其特征在于，凹坑(32；36，38)位于進氣門側，并且凹坑(32；36，38)相對進氣門(15)和噴油嘴(22)具有至少一個形成活塞頂部(12)的最高點的邊緣部分，使得從以相應方式構成的進氣通道(14)經進氣門(15)進入燃燒室(28)的氣流(26)和從噴油嘴(22)進入燃燒室(28)的燃油射束(24)在相對的兩側進入凹坑(32；36，38)。
2.根據權利要求1所述的四沖程內燃機，其特征在于，在噴油嘴(22)、進氣通道(14)、排氣通道(16)和中間縱軸線(30)與之相交的一個截平面中，凹坑(32)相對凹坑的最高處有一個深度t為7mm至18mm，尤其是8mm，16.56mm，11.82mm，11.77mm或9.65mm。
3.根據權利要求2所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，形成活塞頂部(12)的最高點的凹坑(32)邊緣部分到中心縱軸線的垂直距離x為6mm至30mm，尤其是9.27mm，9.33mm，8.97mm，10.25mm，25.59mm，或者6.17mm。
4.根據權利要求2或3所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，凹坑壁在形成活塞頂部(12)最高點的邊緣部分的切線與中心縱軸線(30)的夾角γ為3度至33度，尤其是3.3度，7.4度，8.9度，19.7度，30.9度，或31.1度。
5.根據權利要求4所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，凹坑壁在與γ角相對的邊緣部分的切線與中心縱軸線(30)的夾角γ’為20度至51度，尤其是23.6度，26.5度，28.8度，32度，47.6度或50.2度。
6.根據權利要求2至5之一所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，活塞頂部緊鄰活塞頂部(12)的最高點處的切線與垂直于中心縱軸線(30)的平面的夾角γ”為10度至25度，尤其是12度或21度。
7.根據權利要求1所述的四沖程內燃機，其特征在于，在活塞頂部(12)上有一個突起(34)，該突起將凹坑(32)垂直噴射方向分成一個燃油凹坑(36)和一個空氣凹坑(38)，使得燃油射束(24)在與突起(34)相對的一側進入燃油凹坑(36)，空氣流(26)在與突起(34)相對的一側以與燃油射束(24)相反的方向進入空氣凹坑(38)。
8.根據權利要求7所述的四沖程內燃機，其特征在于，突起(34)伸出超過了活塞頂部(12)。
9.根據權利要求7或8所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，燃油凹坑(36)在突起(34)和燃油凹坑底部邊緣之間的深度tKa為4至12mm，尤其是11.1mm，11.41mm，11.47mm和4.6mm。
10.根據權利要求7至9之一所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，空氣凹坑(38)相對于突起(34)對面的空氣凹坑邊緣的深度tL為2mm至10mm，尤其是8mm，3.07mm，2.5mm或8.5mm。
11.根據權利要求7至10之一所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，突起(34)對面的空氣凹坑邊緣具有一個到中心縱軸線(30)的垂直距離xL，為33mm至36mm，尤其是35.76mm，34.6mm，35.75mm或33.27mm。
12.根據權利要求7至11之一所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，突起(34)到中心縱軸線(30)有一個垂直距離xE，為0mm至7mm，尤其是0.5mm，6.85mm，4.14mm或2mm。
13.根據權利要求7至12之一所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，燃油凹坑壁在突起(34)對面的燃油凹坑邊緣處的切線與中心縱軸線(30)的夾角γK1為40度至62度，尤其是56.4度，48.9度，49.8度，或60.4度。
14.根據權利要求7至13之一所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，燃油凹坑壁在突起(34)處的切線與中心縱軸線(30)的夾角γK2為10度至50度，尤其是20.9度，12.5度，18.7度或45.5度。
15.根據權利要求7至14之一所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，空氣凹坑壁在突起(34)處的切線與中心縱軸線(30)的夾角γL2為0度至80度，尤其是23.2度，64.6度，77.3度或47.7度。
16.根據權利要求7至15之一所述的四沖程內燃機，其特征在于，在該截平面內，空氣凹坑壁在突起(34)對面的燃油凹坑邊緣處的切線與中心縱軸線(30)的夾角γL1為30度至62度，尤其是50.6度，54.2度，60.4度或34.8度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種火花點火式四沖程內燃機，燃料借助一噴油嘴(22)直接噴入燃燒室，該內燃機帶有至少一個進氣通道(14)及一個進氣門(15)，至少一個排氣通道(16)和一個排氣門(17)，其中進氣門(15)和排氣門(17)布置在燃燒室(28)的相對的兩側，噴油嘴(22)位于進氣門側，還有至少一個成型于活塞頂部(12)的凹坑(32；36，38)，其中活塞(10)的中心縱軸線(30)沿其運動方向延伸。這里凹坑(32；36，38)位于進氣門側，并且凹坑(32；36，38)相對進氣門(15)和噴油嘴(22)具有至少一個形成活塞頂部(12)的最高點的邊緣部分，使得從以相應方式構成的進氣通道(14)經進氣門(15)進入燃燒室(28)的氣流(26)和從噴油嘴(22)進入燃燒室(28)的燃油射束(24)在相對的兩側進入凹坑(32；36，38)。
文檔編號F02F1/24GK1406313SQ99809390
公開日2003年3月26日 申請日期1999年5月14日 優(yōu)先權日1998年8月6日
發(fā)明者L·斯皮格爾, O·弗拉敦, M·林德勞, E·利佩爾特, B·斯蒂貝爾斯, J·特奧巴爾德 申請人:大眾汽車有限公司