柴油发动机活塞
阅读：763发布：2020-05-13
专利汇可以提供柴油发动机活塞专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种柴油 发动机 活塞 ，其具有 燃烧室 ，该 柴油发动机 活塞可以包括：轮廓表面，所述轮廓表面从所述燃烧室的内壁向着所述燃烧室的中 心轴 线突出，并且所述轮廓表面包括位于所述内壁上的突出部，所述突出部从所述内壁以预定的长度延伸，其中，所述突出部将喷洒 燃料 分别分为在所述燃烧室的上部分的燃料流和在所述燃烧室的下部分的燃料流，所述喷洒燃料可以被喷洒到所述突出部上并在所述突出部上被雾化。，下面是柴油发动机活塞专利的具体信息内容。
1.一种柴油发动机活塞，其具有燃烧室，该柴油发动机活塞包括：
轮廓表面，所述轮廓表面从所述燃烧室的内壁向着所述燃烧室的中心轴线突出，并且所述轮廓表面包括位于所述内壁上的突出部，所述突出部从所述内壁以预定的长度延伸，其中，所述突出部将喷洒燃料分别分为在所述燃烧室的上部分的燃料流和在所述燃烧室的下部分的燃料流，所述喷洒燃料被喷洒到所述突出部上并在所述突出部上被雾化。
2.根据权利要求1所述的柴油发动机活塞，
其中，所述燃烧室具有由平坦的基部形成的底部，并且
其中，尖头从所述基部向着所述燃烧室的中心轴线以圆锥的形状突出预定的角度，并且该尖头形成为关于所述燃烧室的中心轴线对称。
3.根据权利要求1所述的柴油发动机活塞，其中所述轮廓表面包括倾斜部分，所述倾斜部分连接至活塞体的顶部且在所述突出部之上连接到所述突出部，并且形成所述燃烧室的上部分。
4.根据权利要求3所述的柴油发动机活塞，其中所述轮廓表面还包括：
碗状轮缘，所述碗状轮缘连接至基部和所述突出部，并且在所述突出部之下形成为凹陷的弧形形状，从而形成所述燃烧室的下部分。
5.根据权利要求3所述的柴油发动机活塞，其中所述突出部开始连接所述倾斜部分的位置面对向着所述内壁喷洒的所述喷洒燃料的行进方向。
6.根据权利要求3所述的柴油发动机活塞，
其中，所述突出部开始连接所述倾斜部分的位置面对向着所述内壁喷洒的第一喷洒燃料的行进方向，并且
其中，所述突出部开始连接所述碗状轮缘的位置面对向着所述内壁喷洒的第二喷洒燃料的行进方向。
7.根据权利要求6所述的柴油发动机活塞，其中所述轮廓表面还包括：
碗状轮缘，所述碗状轮缘连接至所述燃烧室的基部和所述突出部，并且在所述突出部之下形成为凹陷的弧形形状，从而形成所述燃烧室的下部分。
8.根据权利要求3所述的柴油发动机活塞，其中形成高度和连接高度的长度与尖头的突出部高度基本相同。
9.根据权利要求4所述的柴油发动机活塞，
其中，所述基部的端部部分连接至所述碗状轮缘，并且
其中，所述基部的另一个端部部分平坦地形成并连接到所述尖头。
10.根据权利要求9所述的柴油发动机活塞，其中所述倾斜部分为平直的倾斜表面，并且所述突出部为与所述燃烧室的中心轴线相对的平直的竖直表面。
11.根据权利要求10所述的柴油发动机活塞，其中在所述突出部中，与所述燃烧室的中心轴线相对的所述平直的竖直表面的边缘具有圆角。
12.根据权利要求10所述的柴油发动机活塞，其中在所述突出部中，与所述燃烧室的中心轴线相对的所述平直的竖直表面以锐角或钝角形成。
13.根据权利要求3所述的柴油发动机活塞，其中所述倾斜部分连接至所述顶部，同时相对于所述燃烧室的中心轴线偏离。
柴油发动机活塞
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
背景技术
[0004] 一般来说，为了减少有害的排放气体并且防止燃料效率变差，改进柴油发动机中的燃烧是最为重要的，该柴油发动机通过在预定的温度或更高的温度下将燃料喷洒到压缩空气中从而点燃并燃烧燃料。
[0005] 因此，形成在活塞中的燃烧室为这样的形状，其形成改进的空气和燃料混合的流动并且促进燃料雾化。
[0007] 燃料雾化意味着这样一种技术，其通过使从喷射器喷洒的燃料由液滴群组成，从而提高与大气的混合性能，所述液滴体群包含有大量小液滴以便增加液滴的表面面积。
[0010] 实际上，在燃烧室的设计中必然要考虑由于喷洒燃料的重叠导致的不完全燃烧，这是因为其会降低发动机的燃料效率并且会产生大量有害的排放气体。
[0011] 图5显示了具有用于促进流动和燃料雾化的燃烧室的活塞的局部构造。
[0012] 如图中所示，燃烧室52是从活塞体50的顶部53凹陷预定深度的燃烧空间，该燃烧空间的横截面形状通过形成燃烧空间的内壁的轮廓表面55划定，并且该燃烧空间对于尖头(pip)59是对称的，该尖头59从燃烧空间的底部突出到燃烧空间中。
[0013] 在燃烧室52的结构中，形成燃烧空间的内壁的轮廓表面55是促进燃烧空间中的流动和燃料雾化的重要因素。
[0014] 为了这样的构造，轮廓表面55形成有向着燃烧空间内突出的突出部57，从而使从喷射器喷洒的燃料碰撞到燃烧室的壁，并且促进雾化。
[0015] 轮廓表面55在突出部57之下形成有碗状轮缘(bowl rim)58，该碗状轮缘58具有弧形形状，轮廓表面55还形成有倾斜部分56，该倾斜部分56在碗状轮缘58之上以一定角度连接至顶部53，从而可以形成燃烧室需要的流动。
[0016] 尖头59以大体上呈圆锥的形状从中心倾斜预定的角度aa。
[0017] 当轮廓表面55和尖头59关于燃烧室52的整个深度Ha进行优化设计时，燃烧室52可以促进燃烧空间内的流动和燃料雾化，从而提高燃料效率。
[0018] 优化设计例如是：对于突出到燃料空间中的尖头59来说，突出的高度ha设定为与燃料室52的整个深度Ha成特定的比例，并且轮廓表面55(该轮廓表面55形成燃烧空间的内壁)的碗状轮缘58形成的高度Laa、突出部57的连接高度Lbb、以及倾斜部分56的延伸高度Lcc设定为与燃料室52的整个深度Ha成特定的比例。
[0019] 突出部57开始倾斜(以在碗状轮缘58处形成倾斜部分56)的高度Laa+Lbb为临界高度Taa，其意味着更有效率地将碰撞到突出部57的燃料收集到碗状轮缘58的设定值，在该碗状轮缘58处会有流动形成。
[0020] 然而，当燃烧室52具有上述的结构时，燃烧空间中的流动和燃料雾化会显著地提高，但是从喷射器喷洒的至少两股或更多股燃料的重叠的风险仍然很高。
[0021] 图6A和图6B显示了在图5所示的燃烧室52中喷洒两股燃料时发生的喷洒重叠现象。
[0022] 如图6A中所示，从喷射器喷洒到燃烧室52中的第一和第二喷洒燃料310和320以预定的角度分开，并碰撞到轮廓表面55，但是如图6B所示，第一和第二喷洒燃料310和320具有相同的喷洒角度(通常为152度)，从而当燃料碰撞到轮廓表面55的突出部57时会使分散区域重叠。
[0023] 因此，重叠的区域Iab发生在雾化区域Ia和另一雾化区域Ib之间，该雾化区域Ia是第一喷洒燃料310碰撞到突出部57的一部分之处，该另一雾化区域Ib是第二喷洒燃料320碰撞到突出部57的另一部分之处。
[0024] 从喷射器喷洒到燃烧室52中的喷洒燃料的数量越多，重叠区域Iab越大。
[0025] 喷洒燃料的重叠会导致不完全燃烧，而不完全燃烧会进一步降低发动机的燃料效率并且增加有害的排放气体的量，这随后在约束性的(严格的)车辆法规中形成了限制。
[0026] 韩国专利申请特开10-2009-0025655(2009年3月11日)涉及一种具有可比压缩比的柴油发动机的燃烧室结构(参见图1以及第3页第16-18段)。
[0027] 公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
[0028] 本发明的各个方面致力于提供一种柴油发动机活塞，其通过将从喷射器喷洒到燃烧室中的喷洒燃料分为在上空间的流动和在下空间的流动，从而能够极大地增加气体混合物产生比例，并且其利用彼此接近喷洒的两股或更多股喷洒燃料之间高度差，以使其彼此分离从而防止重叠发生，进而可以防止不完全燃烧导致的燃料效率降低以及有害排放气体的量增加。
[0029] 在本发明的一个方面中，提供了一种柴油发动机活塞，其具有燃烧室，该柴油发动机活塞可以包括：轮廓表面，所述轮廓表面从所述燃烧室的内壁向着所述燃烧室的中心轴线突出，并且所述轮廓表面可以包括位于所述内壁上的突出部，所述突出部从所述内壁以预定的长度延伸；其中，所述突出部将喷洒燃料分别分为在所述燃烧室的上部分的燃料流和在所述燃烧室的下部分的燃料流，所述喷洒燃料被喷洒到所述突出部上并在所述突出部上被雾化。
[0030] 所述燃烧室可以具有由平坦的基部形成的底部，并且尖头从所述基部向着所述燃烧室的中心轴线以圆锥的形状突出预定的角度，并且该尖头形成为关于所述燃烧室的中心轴线对称。
[0031] 所述轮廓表面可以包括倾斜部分，所述倾斜部分连接至活塞体的顶部且在所述突出部之上连接到所述突出部，并且形成所述燃烧室的上部分。
[0032] 所述轮廓表面还可以包括：碗状轮缘，所述碗状轮缘连接至基部和所述突出部，并且在所述突出部之下形成为凹陷的弧形形状，从而形成所述燃烧室的下部分。
[0033] 所述突出部开始连接所述倾斜部分的位置面对向着所述内壁喷洒的所述喷洒燃料的行进方向。
[0034] 所述突出部开始连接所述倾斜部分的位置面对向着所述内壁喷洒的第一喷洒燃料的行进方向，其中所述突出部开始连接所述碗状轮缘的位置面对向着所述内壁喷洒的第二喷洒燃料的行进方向，其中所述轮廓表面还可以包括：碗状轮缘，所述碗状轮缘连接至所述燃烧室的基部和所述突出部，并且在所述突出部之下形成为凹陷的弧形形状，从而形成所述燃烧室的下部分。
[0035] 形成高度和连接高度的长度与尖头的突出部高度基本相同。
[0036] 所述基部的端部部分连接至所述碗状轮缘，其中，所述基部的另一个端部部分平坦地形成并连接到所述尖头。
[0037] 所述倾斜部分为平直的倾斜表面，并且所述突出部为与所述燃烧室的中心轴线相对的平直的竖直表面。
[0038] 在所述突出部中，与所述燃烧室的中心轴线相对的所述平直的竖直表面的边缘具有圆角。
[0039] 在所述突出部中，与所述燃烧室的中心轴线相对的所述平直的竖直表面以锐角或钝角形成。
[0040] 所述倾斜部分连接至所述顶部，同时相对于所述燃烧室的中心轴线偏离。
[0041] 本发明具有下述的有益效果：本发明通过将从喷射器喷洒到燃烧室中的喷洒燃料分为在燃烧室的上空间的流动和在燃烧室的下空间的流动，从而能够极大地增加气体混合物产生比例，并且其通过防止彼此接近喷洒的两股或更多股喷洒燃料之间发生重叠，从而能够显著地减少或防止不完全燃烧。
[0042] 此外，本发明还具有下述的有益效果：本发明通过显著地减少或防止不完全燃烧发生，从而可以极大地增加柴油发动机的燃料效率并且显著地减少有害排放气体的量。
附图说明
[0044] 图1是显示了将相关技术与本发明的示例性实施方式进行比较的具有燃烧室的柴油发动机活塞的横截面结构的视图。
[0045] 图2是在喷洒单股燃料时根据本发明的示例性实施方式的柴油发动机活塞的燃烧室的操作图。
[0046] 图3是在喷洒两股燃料时根据本发明的示例性实施方式的柴油发动机活塞的燃烧室的操作图。
[0047] 图4A和图4B是显示了在图3中没有发生喷洒重叠时的视图。
[0048] 图5是根据相关技术的柴油发动机活塞的燃烧室的构造图。
[0049] 图6A和图6B是显示了当喷洒两股燃料时在图5中发生喷洒重叠时的视图。
[0050] 应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
[0051] 在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
[0052] 现在将对本发明的各个实施方式详细地作出引用，这些实施方式的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方式相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方式，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方式。
[0053] 在下文中将参考所附附图具体描述本发明的示例性实施方式，并且这些示例性实施方式可以由本领域技术人员以各种方法实现，且本发明并不限制于这些示例性实施方式。
[0054] 参考图1所示，燃烧室2从活塞体1的顶部3到凹陷了预定深度的基部4形成了燃烧空间，轮廓表面5形成了燃烧空间的内壁，从而划定燃烧空间的横截面形状，并且尖头9从燃烧空间的底部向燃烧空间内突出，从而使燃烧空间关于活塞体1的中心0-0对称。
[0055] 燃烧空间形成为圆柱的形状，并且基部4的顶部3和端部部分形成为平面。
[0056] 在如上所述的燃烧室2的结构中，形成燃烧空间的内壁的轮廓表面5同样是促进燃烧空间中的流动和燃料雾化的重要因素。
[0057] 根据示例性实施方式的轮廓表面5同样有助于作为能够极大地减少或防止不完全燃烧的重要因素，这是通过防止两股或更多股喷洒燃料在彼此接近喷洒时产生重叠而实现的。
[0058] 对于这样的构造，轮廓表面5包括突出部7、倾斜部分6以及碗状轮缘8，该突出部7向着燃烧空间的中心突出，从而使从喷射器喷洒的喷洒燃料发生碰撞以产生雾化并且分为上流动和下流动，该倾斜部分6在突出部7之上以一定角度连接至顶部3，从而形成燃烧室的上空间，该碗状轮缘8在突出部7之下连接至基部4，从而形成燃烧室的下空间。
[0059] 在示例性实施方式中，倾斜部分6通过以平直的直线形成倾斜表面并且相对于活塞体1的中心0-0偏离，从而形成燃烧室的上空间。
[0060] 在突出部7中，与活塞体1的中心0-0相对的竖直表面以平直的直线形成，并且边缘具有圆角，以提高耐用性。
[0061] 突出部7可以形成为使得与中心0-0相对的竖直表面以锐角或钝角形成，角度的改变可以改进燃烧室的上空间或下空间的燃料混合比例。
[0062] 碗状轮缘8以从突出部7的竖直表面到基部4的凹陷的弧形形状形成了燃烧室的下空间，该基部4是燃烧室的底部。
[0063] 同时，尖头9使从活塞体1的中心0-0以预定角度连接至基部4的圆锥形状具有预定的体积，并且燃烧空间的体积的大小能够通过该体积而进行设定。
[0064] 示例性实施方式应用的燃烧室2的优化设计用于促进流动和燃料雾化，并且防止燃烧空间中喷洒燃料的重叠。
[0065] 为了这样的构造，在燃烧空间中轮廓表面5和尖头9相对于燃烧室2的整个深度H的尺寸比例和位置比例是特定的。
[0066] 当采用优化设计时，对于突出到燃料空间中的尖头9来说，突出的高度h设定为与燃料室2的整个深度H成特定的比例，并且轮廓表面5(该轮廓表面5形成燃烧空间的内壁)的碗状轮缘8形成的高度La、突出部7的连接高度Lb、以及倾斜部分6的延伸高度Lc设定为与燃料室2的整个深度H成特定的比例，这与相关技术中是相同的。
[0067] 然而，在根据示例性实施方式的优化设计和根据相关技术的优化设计中，所应用的特定比例是不同的，从而相对于图5所示的燃烧室52形成整体上不同的横截面形状。
[0068] 例如参考图1所示，通过增大突出高度h使其大于突出部高度ha，并且增大倾斜角度a使其大于倾斜角度aa，从而使尖头9占据的燃烧空间相对地大于尖头59。
[0069] 尖头9的形状激起旋流、涡流或滚流(该旋流、涡流或滚流是在燃烧空间中的流动)，并且在示例性实施方式中，流入燃烧空间中的燃料和空气的混合得到改进，并且混合比例可以得到极大地提高。
[0070] 在轮廓表面5中，碗状轮缘8的形成高度La比形成高度Laa小，并且突出部7的连接高度Lb比连接高度Lbb小，从而从突出部7到顶部3连接的倾斜部分6的延伸高度Lc比延伸高度Lcc大。
[0071] 碗状轮缘8形成为与基部4具有同样的底部，从而与碗状轮缘8的底部相比，其减少了深度差K。
[0072] 然而，如上所述，倾斜部分6的延伸高度Lc相对地增加，从而在示例性实施方式中，燃烧室半径W(燃烧室半径W为轮廓表面5和活塞体1的中心0-0之间的距离)比燃烧室半径Wa大，并且燃烧空间增大，相应地，由于尖头9而减少的燃烧空间的体积得到补偿。
[0073] 这就意味着，当发动机的规格相同时，可能会更大地提高发动机性能。
[0074] 同时，突出部7开始倾斜以在碗状轮缘8处形成倾斜部分6的高度La+Lb为临界高度T。
[0075] 在示例性实施方式中，临界高度T意味着这样一个位置，在该位置处碰撞突出部7的燃料被引导至燃烧室的上空间和燃烧室的下空间，该燃烧室的上空间通过突出部7之上的倾斜部分6而形成，该燃烧室的下空间通过突出部7之下的碗状轮缘8而形成。
[0076] 突出部7在临界高度T处形成，喷洒到燃烧室中的喷洒燃料被分为在燃烧室的上空间的流动和在下空间的流动，从而使气体混合物的产生比例能够显著地增加。
[0077] 参考图2所示，从喷射器10的喷洒孔以预定的喷洒角度Sa喷洒的喷洒燃料20经行进后碰撞到轮廓表面5，该喷射器10以距离燃烧室2预定的高度Ta进行设置。
[0078] 喷洒燃料20的行进方向g被设置为向着突出部7的上端部，突出部7的上端部是倾斜部分6开始形成的起始点，从而使喷洒燃料20碰撞到突出部7，并分为上流动gu和下流动gd，该上流动gu在燃烧室的上空间通过倾斜部分6而形成，该下流动gd在燃烧室的下空间通过碗状轮缘8而形成。
[0079] 根据发动机的运行状态，喷洒燃料20的行进方向g可以是与突出部7的上端部一致，突出部7的上端部是倾斜部分6开始形成的起始点。
[0080] 然而，在这样的情形中，其也可以根据发动机的情况而改变，从而在示例性实施方式中，将燃料相对于突出部7分成的上流动gu和下流动gd的比可以不设定为50比50。
[0081] 当喷洒燃料20分为上流动gu和下流动gd并且在燃烧空间中均衡地分散时，通过利用燃烧空间中空气的流动，喷洒燃料20可以更容易地和空气混合，从而使气体混合物产生比例得到很大程度的提高。
[0082] 参考图3所示，当第一和第二喷洒燃料210和220分别从喷射器100的第一和第二喷洒孔110和120以预定的角度Sb和Sc喷洒的时候，燃料在从临界高度T不同的位置碰撞轮廓表面5，这是因为第一喷洒孔110的喷洒角度Sb比第二喷洒孔120的喷洒角度Sc小。
[0083] 也就是说，以相对较小的喷洒角度Sb喷洒的第一喷洒燃料210行进至由碗状轮缘8形成的燃烧室的下空间，并且以相对较大的喷洒角度Sc喷洒的第二喷洒燃料220行进至由倾斜部分6形成的燃烧室的上空间。
[0084] 第一和第二喷洒孔110和120的喷洒角度Sb和Sc并不是特定的，这是因为根据发动机的规格其最佳的值是不同的。
[0085] 然而，在示例性实施方式中，可以看出，当第一喷洒孔110的喷洒角度Sb为大约146度并且第二喷洒孔120的喷洒角度Sc大约为166度时，燃料行进至距离临界高度T的轮廓表面5的不同的位置。
[0086] 图4A和图4B显示了即使第一喷洒燃料210和第二喷洒燃料220如图3所示那样同时地喷洒，也不会产生喷洒重叠时的情形。
[0087] 如图中所示，由于燃烧室2通过轮廓表面5的突出部7被分为燃烧室2的上空间和燃烧室2的下空间，因此第一喷洒燃料210能够行进至燃烧室2的下空间，而第二喷洒燃料220能够行进至燃烧室2的上空间。
[0088] 因此，在示例性实施方式中，即使第一喷洒燃料210和第二喷洒燃料220同时地喷洒，也会在突出部7的上部分和突出部7的下部分之间产生高度差。
[0089] 第一喷洒燃料210和第二喷洒燃料220同时碰撞到由于高度差导致的轮廓表面5，从而在雾化区域Ia和Ib形成时不会有重叠区域形成。
[0090] 因此在导致不完全燃烧的原因中，可以完全地将由于两股或更多股喷洒燃料同时喷洒所导致的原因排除。
[0091] 因此，通过装配具有根据示例性实施方式的燃烧室2的活塞，可以极大地提高柴油发动机的燃料效率，并且极大地减少有害排放气体的量的性能也能提高。
[0092] 如上所述，在根据示例性实施方式的燃烧室2中，通过利用在轮廓表面5(轮廓表面5形成了内壁)上向着燃烧空间的中心突出的突出部7，可以在突出部7之上/之下分别形成燃烧空间的上部分和燃烧空间的下部分，从而形成燃烧空间。
[0093] 因此，向着轮廓表面5喷洒的喷洒燃料能够对于突出部7被分为在燃烧空间的上部分的流动和在燃烧空间的下部分的流动，从而可以显著地增大气体混合物产生比例。此外，同时喷洒的两股或更多股喷洒燃料并不会产生重叠，从而可以防止不完全燃烧导致的燃料效率降低以及有害排放气体的量增加。
[0094] 为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语“上”、“下”、“内”和“外”等等用于参考在图中所示的示例性实施方式的特征的位置来对这些特征进行描述。
[0095] 前面对本发明具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。
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