一种用于压燃式内燃机(1010)的活塞(718、818、918、1018)包括具有限定燃烧碗(730、830、930、1030)的燃烧面(728、828、928、1028)的活塞体(720、820、920、1020)，且该燃烧面(728、828、928、1028)包括复合碗表面和复合边缘表面。所述燃烧面(728、828、928、1028)被成型为平衡所述活塞(718、818、918、1018)的燃烧效率性能与所述活塞(718、818、918、1018)的排放性能。所述燃烧碗(730、830、930、1030)的直径与气缸筒钻孔的直径的比是0.68至0.74。所述活塞(718、818、918、1018)的其他尺寸和比例特征支持在操作期间产生低烟雾和NOx。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有燃烧碗形状从平衡燃烧效率和排放性质的活塞 相关申请的交叉引用 本申请案是2011年4月18日提交的美国专利申请案第13088659号的继续部分， 其请求于2010年4月20日提交的美国临时专利申请案第61/326, 161号的申请日的权益。
本专利技术总体设及用于压燃式内燃机中的类型的活塞，并且更具体地设及一种具有 弧形内边缘表面和在弧形内边缘表面与燃烧碗之间的突然过渡的活塞燃烧面。
技术介绍
多种操作策略和组件几何结构在内燃机领域是已知的。工程师用了数十年试验不 同的方法来操作燃料加注、排气、进气和其他发动机系统，W及不同的方法来设置发动机组 件的形状和比例。运种试验背后的一个动机已平衡了减少发动机排气口某些排放的通常的 竞争顾虑，W及优化效率。内燃机通常燃烧空气和碳氨化合物燃料。燃料和空气的燃烧产 生来自内燃机的排气，其可包括各种化合物和物质，例如烟灰、粉尘、未燃烧的碳氨化合物、 水、二氧化碳、一氧化碳和各种其他有机和无机物质。 阳0化]近年来，减少氮氧化物（统称为"NOx")的排放和减少一般包括烟灰和粉尘的颗粒 物已经成为了内燃机研究的特别关注点。遗憾的是，减少运些不需要的排气成分通常会W 降低效率性质（例如燃料效率和/或可达到的发动机速度或功率）为代价。如上所述，发 动机的组件形状和操作参数运些年来W几乎无数的方式变化。特别关注的一个领域设及尝 试将活塞燃烧面的成型为使得某种排气排放减少，而不会降低效率。 一种设及减少排放而不会过分牺牲效率的常见活塞设计包括由活塞的燃烧面限 定的燃烧碗，所述燃烧面暴露于且限定发动机燃烧室的一部分。据信，在燃烧过程中，燃烧 碗可能影响气体和雾化液体燃料的流动和燃烧性质，使得燃烧产物的组成可针对不同目的 进行调整。如上所述，通常期望的是，减少NOx和颗粒物，而不过分影响燃烧效率。 目前，尽管针对活塞燃烧碗进行了大量研究和商业设计，但是在燃烧过程中设及 碗形状或形状组合的燃烧学还未被充分了解。众所周知的是，即使对于燃烧碗几何结构做 出的相对小的修改可对燃烧产物的类型和相对比例产生显著影响。由于缺少足够了解，本 领域对于如何实现任何特定目标集合提供相对较少指导。工程师已经发现很多不同变量， 其知道运些变量将对排放和/或效率产生一些影响，但是运些变量W及其他因素的分组却 通常不会产生令人满意且可预测的结果。开发一种合适的设计通常需要数年的研究和开 发，包括充分应用、测试和领域分析。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种活塞，其用于在具有15:1至16:1的压缩比的直接喷 射压燃式内燃机中平衡燃烧效率与NOx产生和烟雾产生，其中所述发动机具有1或小于1 的满旋比，燃烧碗直径与气缸孔直径的比为0. 68到0. 74,并且其中燃料喷射喷雾角大于由 燃烧碗内的活塞的圆锥形突出部限定的锥角。活塞包括活塞体，其具有限定纵向活塞轴线 的外圆柱形表面；轴向活塞端，其包括限定复合燃烧碗的燃烧面；W及位于轴向活塞端且 从燃烧碗径向向外延伸至外圆柱形表面的复合边缘。复合燃烧碗包括位于圆锥形突出部上 的凸状内碗表面和凹状外碗表面，且所述复合边缘包括邻接外圆柱形表面的平坦外边缘表 面和邻接复合燃烧碗的凸状内边缘表面。锥角等于约135°或小于135°，凹状外碗表面限 定13mm至16mm的第一曲率半径，且凸状内碗表面与凹状外碗表面连续过渡。凸状内边缘表 面与凹状外碗表面在复合燃烧碗的边缘处突然过渡，且凸状内边缘表面限定40mm至70mm 的第二曲率半径，从而碗边缘从由平坦外边缘表面限定的平面轴向凹陷，使得当活塞处于 发动机中的上止点中屯、位置时，气体从裂缝被挤压，所述裂缝具有向外缩小的锥形且部分 地由气缸盖限定且部分由复合边缘限定。 在另一个方面，提供一种活塞，其用于在直接喷射压燃式内燃机中平衡燃烧效率 与NOx产生和烟雾产生。活塞包括活塞体，其具有限定纵向活塞轴线的外圆柱形表面；轴向 活塞端，其包括限定复合燃烧碗的燃烧面；W及复合边缘，其位于轴向活塞端上且从燃烧碗 径向向外延伸至外圆柱形表面。复合燃烧碗包括凸状内碗表面，其位于圆锥形突出部上并 限定锥角，W及凹状外碗表面，其从内碗表面径向向外延伸并限定第一曲率半径。复合边缘 包括平坦外边缘表面，其邻接外圆柱形表面，W及凸状内边缘表面，其邻接复合燃烧碗并限 定第二曲率半径。凸状内碗表面与凹状外碗表面连续过渡，且凸状内边缘表面与凹状外碗 表面在复合燃烧碗的边缘处突然过渡。复合燃烧碗限定碗直径，且活塞体限定活塞体直径， 其大于碗直径的约33%。锥角为约135°或小于135°，第一曲率半径为13mm至16mm，且 第二曲率半径为40mm至70mm。 在另一个方面，直接喷射压燃式内燃机包括发动机壳体，其限定具有138mm至 146mm的气缸孔直径的气缸孔且包括均与气缸孔流体连通的进气通道和排气通道，W及与 发动机壳体禪合的气缸盖。燃料喷射器安装在气缸盖中并配置成直接将燃料喷射到气缸孔 中，所述燃料喷射器具有限定喷射角的多个喷射孔。发动机还包括活塞，其用于在气缸中燃 烧燃料和空气的混合物期间平衡燃烧效率与NOx产生和烟雾产生。活塞包括活塞体，其具 有限定纵向活塞轴线的外圆柱形表面，及轴向活塞端，其包括限定复合燃烧碗的燃烧面，且 其中燃烧碗的直径与气缸孔的直径的比为0. 68至0. 74。活塞进一步包括在燃烧碗内的圆 锥形突出部，和在径向向外方向上从燃烧碗延伸至外圆柱形表面的复合边缘。燃烧碗包括 位于圆锥形突出部上的凸状内碗表面和凹状外碗表面，且复合边缘包括邻接外圆柱形表面 的平坦外边缘表面和邻接燃烧碗的凸状内边缘表面。圆锥形突出部限定锥角，所述锥角小 于喷射角且约为135°或小于135°，凹状外碗表面限定13mm至16mm的第一曲率半径，且 凸状内碗表面与凹状外碗表面连续过渡。凸状内边缘表面与凹状外碗表面在燃烧碗的边缘 处突然过渡，且凸状内边缘表面限定40mm至70mm的第二曲率半径，使得当活塞处于上止点 中屯、位置处时，具有在径向向外方向上缩小的锥形的裂缝部分由气缸盖限定且部分由复合 边缘限定。【附图说明】 图1是根据一个实施例的具有活塞的压燃式内燃机的侧剖视示意图； 图2是由图1的活塞的外表面限定的轮廓的侧面示意图； 图3是图2所示的轮廓的一部分的详细示意图； 图4是示出了根据本专利技术的压燃式内燃机的某些几何参数的图表； 图5a是图示了对于斜面边缘活塞和弧形边缘活塞的NOx与AVL烟雾的权衡的曲 线图； 图化是图示了对于斜面边缘活塞和弧形边缘活塞的NOx与BSFC的权衡的曲线 图； 阳017] 图6a是图示了对于竖直碗状活塞和凹角碗状活塞的NOx与A化烟的权衡的曲线 图； 图化是图示了对于竖直碗状活塞和凹角碗状活塞的NOx与BSFC的权衡的曲线 图； 图7a是根据一个实施例的活塞的一部分的侧剖视不意图； 图化是类似于图7a的侧剖视示意图，其指示额外几何属性且包括详细放大部 分； 图8是根据一个实施例的活塞的一部分的侧剖视示意图，且包括详细放大部分； 图9是根据一个实施例的活塞的一部分的侧剖视示意图，且包括详细放大部分； 图10是根据一个实施例的活塞的一部分的侧剖视示意图，且包括详细放大部分； 图11是根据一个实施例的活塞本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种活塞(718、818、918、1018)，其用于在具有15：1至16：1的压缩比的直接喷射压燃式内燃机(1010)中平衡燃烧效率与NOx产生和烟雾产生，其中所述发动机(1010)具有1或小于1的涡旋比，燃烧碗直径与气缸孔直径的比为0.68到0.74，并且其中燃料喷射的喷射角大于由所述燃烧碗(730、830、930、1030)内的所述活塞(718、818、918、1018)的圆锥形突出部限定的锥角，所述活塞(718、818、918、1018)包括：活塞体(720、820、920、1020)，其具有限定纵向活塞轴线的外圆柱形表面；轴向活塞端，其包括限定复合燃烧碗(730、830、930、1030)的燃烧面(728、828、928、1028)；以及复合边缘(738、838、938、1038)，其位于所述轴向活塞端上且从所述燃烧碗(730、830、930、1030)径向向外延伸至所述外圆柱形表面；所述复合燃烧碗(730、830、930、1030)包括位于所述圆锥形突出部上的凸状内碗表面(1024)和凹状外碗表面(1026)，且所述复合边缘(738、838、938、1038)包括邻接所述外圆柱形表面的平坦外边缘表面和邻接所述复合燃烧碗(730、830、930、1030)的凸状内边缘表面(1048)；其中所述锥角等于约135°或小于135°，所述凹状外碗表面(1026)限定13mm至16mm的第一曲率半径，且所述凸状内碗表面(1024)与所述凹状外碗表面(1026)连续过渡；且其中所述凸状内边缘表面(1048)与所述凹状外碗表面(1026)在所述复合燃烧碗(730、830、930、1030)的边缘处突然过渡，且所述凸状内边缘表面(1048)限定40mm至70mm的第二曲率半径，从而所述燃烧碗(730、830、930、1030)的所述边缘从由所述平坦外边缘表面限定的平面轴向凹陷，使得当所述活塞(718、818、918、1018)处于所述发动机(1010)的上止点中心位置处时，气体从裂缝被挤压，所述裂缝具有向外缩小锥形且部分由所述气缸盖(1014)限定并部分由所述复合边缘(738、838、938、1038)限定。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·考尔施，D·A·皮尔庞特，D·朗，J·A·小索巴特施，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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