[發明專利]用于內燃機的活塞

在審

• 申請號: 201880017167.5
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN110392771A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: H·登賓斯基
• 申請（專利權）人: 斯堪尼亞商用車有限公司
• 主分類號: F02B23/06
• 分類號: F02B23/06;F02F3/26;F02F3/24
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王麗軍

一種用于內燃機的活塞(2)，其具有活塞碗(3)，活塞碗包括：環形底部(15)、升高的中心底部(16)、環形上側壁部(18)和環形下側壁部(19)，該環形下側壁部從環形底部(15)向上朝向上側壁部延伸。活塞碗還包括環形脊(20)，其形成在上側壁部和下側壁部之間的過渡部分中，以及多個成角度間隔的突起(21)，每個突起具有凹面部(22)。活塞碗配置成使得朝向目標位置噴射的流體噴霧被環形脊分開成上流動部分和下流動部分，該目標位置位于突起的一個下方，其中，上流動部分被突起的凹面部偏移，使得其有助于燃燒室中渦旋運動的產生。

技術領域

本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的用于內燃機的活塞，并涉及一種內燃機，其包括具有這種活塞的至少一個汽缸。本發明還涉及一種包括內燃機的機動車輛以及一種用于在內燃機中汽缸的燃燒室中產生渦旋運動的方法。

雖然主要參考柴油機討論活塞，但應理解，活塞可用于任何類型的內燃機中，其中燃料或其他流體被直接噴射到燃燒室中，例如通過裝置噴射燃料之后燃料點火以提供活塞運動。例如，活塞可以用于二沖程和四沖程發動機中，諸如奧托(Otto)發動機、均質充量壓縮點火(HCCI)發動機和反應活性控制壓縮點火(RCCI)發動機。

內燃機也可以是例如用在泵或發電機中的固定內燃機。

背景技術

內燃機，諸如柴油機，也稱為壓縮點火發動機，以及奧托發動機，或火花點火發動機，經常用于不同類型的機動車輛中，諸如卡車和公共汽車、汽車、船舶等。內燃機也用于許多工業應用中。

內燃機(下文也稱為發動機)可由多種不同類型的燃料驅動，諸如柴油、汽油、乙醇、氣體燃料和生物燃料。發動機具有多個汽缸，其中設置有往復活塞。在活塞的上端中設置有活塞碗。活塞碗與汽缸的上部和汽缸蓋一起形成燃燒室，在燃燒室中噴射和燃料燃燒。活塞碗設計成有助于空氣和燃料的混合，并產生影響燃燒室內燃燒和排放形成的流動模式。

在柴油機中，在活塞的動力沖程期間正常地噴射燃料。由壓縮熱點火燃料，并在噴射之后幾乎立即燃燒。因此，空氣和燃料必須在非常短的時間中混合，并且希望確保混合是有效率的并且燃料在燃燒室內變成分布良好以實現完全燃燒。在燃燒期間，由于非預混柴油火焰中缺氧，產生大量煙灰。噴射結束和排氣閥打開之間的時間從而對于氧化汽缸中剩余的煙灰顆粒是至關重要的。在所謂的后氧化階段期間，四個重要參數控制煙灰氧化，也就是時間、溫度、氧氣和湍流。從而可以通過控制那些參數來最小化存在在廢氣中的煙灰顆粒的量。

越來越嚴格的排放規定，主要涉及煙灰和氮氧化物(NOx)的排放，使得有必要致力于進一步改進內燃機的排放控制。然而，更有效率的排放控制經常需要更復雜和能量要求更高的后處理和燃燒系統，這造成燃料消耗的增加。例如，可以產生渦旋運動以在燃燒室中形成湍流并有效率地將燃料與空氣混合。渦旋運動是圍繞汽缸軸線的大規模渦旋運動，其典型地在活塞的進氣沖程期間通過進氣端口產生。渦旋運動改進了燃燒條件并增加后氧化階段的湍流，從而降低排放水平。然而，在進氣沖程期間渦旋運動的產生是能量要求高的并且還增加在隨后的壓縮沖程期間到燃燒室壁的熱傳遞。因此，在進氣沖程期間通過進氣端口產生的渦旋運動一般會降低發動機的效率。另一方面，如果進氣端口設計成不產生渦旋，則煙灰排放水平可能增加，以及因此例如更高的噴射壓力或在發動機下游柴油機顆粒過濾器(DPF)要求增加。這種更高的噴射壓力和過濾器一般地會增加生產成本和燃料消耗。

已知有用于通過調整活塞碗來改進空氣/燃料混合物的解決方案。例如，FR2898638公開了一種用于內燃機的活塞，其具有活塞碗，其中設置有螺旋槳狀底部結構。該底部結構在燃料噴射時在燃燒室中產生渦旋運動。然而，存在燃料在底部結構中的腔內受阻的風險，因此導致空氣和燃料不充分混合。從而可能產生煙灰和碳氫化合物(HC)并增加排放水平。

US2011/0253095公開了一種用于內燃機的活塞，其具有活塞碗，活塞碗中設置有多個突起，所述突起從活塞碗的側壁突起。燃料被噴射進入燃燒室中并且在與突起撞擊時被再引導，使得可以引起旋轉運動。