提供活塞顶部的结构单元制造技术

本发明专利技术涉及一种用于内燃发动机的活塞的提供活塞顶部的结构单元。提供活塞顶部的结构单元包括提供活塞顶部的结构单元的顶面和周面的活塞冠部结构，关于活塞的中心轴线，顶面构造成相对于内燃发动机的燃烧室轴向地界定出提供活塞顶部的结构单元且周面构造成径向地界定出提供活塞顶部的结构单元。顶面包括围绕中心轴线延伸的边沿面和在周面内径向地界定出活塞碗的内表面。内表面包括活塞碗的最低位置的区域、沿中心轴线的方向从最低位置的区域的第一边界区段延伸到边沿面的第一侧壁面、从最低位置的区域的第二边界区段凸起而形成不对称的活塞碗底部的偏斜底面、沿中心轴线的方向从所述偏离底面的相应边界区段延伸到所述边沿面的至少一个第二侧壁面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于内燃发动机的活塞，并且具体涉及用于流体动态调节的内燃发动机的影响流动的活塞顶部构型。
技术介绍
内燃发动机在运转期间会排放有害的氮氧化物(“NOx”)。这些氧化物在氮和氧——用于燃烧的进气中存在这两者——在主燃烧室内反应时形成。一般地，NOx形成的水平随着燃烧室内的峰值燃烧温度上升而增加。因此，最大限度地降低主燃烧室内的峰值燃烧温度通常减少NOx的排放。例如，在运行气态燃料的内燃发动机中可以使用较稀的进气-气态燃料混合物以降低主燃烧室内的峰值燃烧温度，因而它们可降低有害NOx的排放量。尽管稀进气-气态燃料混合物可——由于其与具有理论空燃比的气体混合物相比通过使用混合物中的更多空气而相对大的空燃比——而有利地降低NOx排放，但它也会引起主燃烧室内的不完全燃烧和进气-气态燃料混合物的不良点火性能。一般而言，可使用预燃室系统来最大限度地减少不完全燃烧的发生。一般而言，预燃室经由小的流传递通路与内燃发动机的主燃烧室流体连通。预燃室内的燃料的点火形成经流传递通路喷射到主燃烧室内的燃烧燃料的火焰前沿，其中相应的点火射流点燃主燃烧室内的稀进气-气态燃料混合物。尽管燃烧的点火射流的火焰前沿通常可足以引起主燃烧室内的稀进气-气态燃料混合物的完全燃烧，但一般而言，增浓的预燃室自身可产生由于预燃室内的理论配比或低于理论配比的燃烧而导致的大量NOx排放物。类似的考虑应用于使用燃料喷射器以用于将燃料射流喷射到燃烧室内的运行液体燃料的内燃发动机。特别地，对于中速内燃发动机而言，活塞组件的特征包括具有提供活塞顶部的结构单元和活塞裙部结构单元的活塞自身、安装在例如设置于提供活塞顶部的结构单元的外表面处并通过环岸分离的环槽上的一个或多个活塞环、和用于经由活塞销将活塞安装在活塞杆上的活塞销孔。活塞顶部包含活塞的顶面(最接近气缸盖)。活塞在上死点位置(TDC)与下死点位置(BDC)之间在气缸或气缸套内往复移动，由此界定出燃烧室。在发动机运转期间，活塞顶面承受燃烧过程和相应产生的热。在中速四冲程燃烧发动机中，活塞顶部可包括包围活塞碗的冠部结构。由于该冠部结构，顶面包括在活塞TDC尽可能接近相对的气缸盖表面以减小不承受燃烧的容积的边沿面。由此，避免或至少减小了任何死容积。顶面还包含活塞碗的内表面。该内表面包含沿着冠部结构延伸的侧壁面和碗底部处的底面。在TDC处，活塞碗连同气缸盖表面的相应部分一起大致界定出于其最小尺寸的燃烧室。一般而言，中速四冲程内燃发动机可利用液体燃料如柴油或重燃料油和气态燃料如天然气运行。此外，已知利用液体燃料或气态燃料运行的中速双燃料发动机。在相应液体燃料运行期间，液体燃料在TDC之前被提供给燃烧室——例如经由点火喷嘴——以形成燃料空气混合物。燃料空气混合物可以自行点燃或可通过火花塞点燃。在相应的气态燃料运行期间，可通过喷射点火量的液体燃料如柴油——其然后由于燃烧发动机内的压力而点燃——来点燃进气-气态燃料混合物。或者，如上所述，预燃室构型允许点燃预燃室内的少量燃烧混合物并且将点燃的混合物释放到(主)燃烧室内。一般而言，一项任务是提供明确限定并使用例如全部或至少大部分燃料的燃烧过程。特别地，燃烧的起始阶段在这方面影响燃烧过程。本专利技术至少部分针对于改善或克服现有系统的一个或多个方面。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，一种用于内燃发动机的活塞的提供活塞顶部的结构单元包括活塞冠部结构，该活塞冠部结构提供该提供活塞顶部的结构单元的顶面和周面，其中，关于活塞的中心轴线，顶面构造成相对于内燃发动机的燃烧室轴向地界定出提供活塞顶部的结构单元并且周面构造成径向地界定出提供活塞顶部的结构单元。此外，顶面包括围绕中心轴线延伸的边沿面和在周面内径向地界定出活塞碗的内表面。内表面包括活塞碗的最低位置的区域、大致沿中心轴线的方向从最低位置的区域的第一边界区段延伸到边沿面的第一侧壁面、从最低位置的区域的第二边界区段凸起以形成不对称的活塞碗底部的偏斜底面、和大致沿中心轴线的方向从偏斜底面的相应边界区段延伸到边沿面的至少一个第二侧壁面。根据本专利技术的另一方面，一种内燃发动机包括气缸单元、与气缸单元相关的至少一个进气阀(气门)、与气缸单元相关的至少一个排气阀、以及设置在气缸单元内并具有如上所述的提供活塞顶部的结构单元和活塞裙部单元的活塞。本专利技术的其它特征和方面将从下文的描述和附图而显而易见。附图说明结合在本文中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的示例性实施例，并连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。在附图中：图1示出用于内燃发动机的活塞的第一示例性构型的俯视图；图2示出图1的活塞的侧视图；图3示出用于内燃发动机的活塞的第二示例性构型的俯视图；图4示出图3的活塞的侧视图；图5示出用于内燃发动机的活塞的第三示例性构型的侧视图；图6示出用于在TDC之前产生滚流的气缸单元的第一示例性构型的
剖视图；图7示出用于在TDC产生滚流的气缸单元的第二示例性构型的剖视图；图8示出具有不对称的凸起的碗底部的活塞的冷却构型的第一示例性构型的剖视图；以及图9示出具有不对称的凸起的碗底部的活塞的冷却构型的第二示例性构型的剖视图。具体实施方式以下是本专利技术的示例性实施例的详细描述。文中所述和附图所示的示例性实施例旨在教导本专利技术的原理，从而使本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中并针对许多不同应用实施并使用本专利技术。因此，示例性实施例并非旨在成为且不应该被认为是对专利保护范围的限制性说明。确切而言，专利保护范围应该通过所附权利要求来限定。本专利技术可至少部分基于以下认识：提供活塞碗的不对称的凸起的碗底部可支持更有效的燃烧，特别是通过在燃烧室的大容积部分上开始燃烧。此外，认识到这种不对称的凸起的碗底部可改善燃烧混合物或进气与点火射流或液体燃料射流的混合。此外，认识到在用于中型到大型内燃发动机的活塞中——例如，在具有处于从180mm至600mm的范围内的直径的活塞中——实施不对称的凸起的碗底部还可允许提供碗底部的补偿冷却、活塞的平衡重量和/或由于大尺寸而引起的刚性结构，因为这些可允许提供不对称结构，特别是冷却结构。以下尤其结合图1至6说明尤其用于中型到大型内燃发动机的活塞的不对称的凸起的碗底部的各种示例性构型。结合图6和7描述利用这种不对称的凸起的碗底部而在燃烧室中的滚流的可能产生。图8和9涉及冷却构型。在各图中，同样的附图标记可用于相同或相似的结构构件或区段，以简化理解。图1和2分别示出用于内燃发动机的活塞的第一构型的俯视图和侧视图。具体地，图1示出用于内燃发动机的活塞组件的示例性活塞100。安装在气缸单元(还参见图6和7)内的活塞100连同气缸盖的对向区段和例如气缸套的内侧壁一起界定出燃烧室。通过燃烧室内的燃烧而被反复驱动，活塞100在TDC与BDC之间在气缸(或气缸套)内往复移动。例如，内燃发动机可以是气态燃料奥托发动机、柴油发动机、可利用液体燃料和气态燃料运行的双燃料发动机、或可使用例如重燃料油、柴油、气态燃料和/或替代燃料运行的多燃料发动机。如图2中特别示出的，活塞100包括提供活塞顶部的结构单元102和活塞裙部结构单元104。提供活塞顶部的结构单元102的顶面106界定出燃烧室，而提供活塞顶部的结构单元102(和活塞裙部结构单元104本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃发动机的活塞(100)的提供活塞顶部的结构单元(102)，包括：活塞冠部结构(116)，所述活塞冠部结构提供所述提供活塞顶部的结构单元(102)的顶面(106)和周面(108)，其中，关于所述活塞(100)的中心轴线(119)，所述顶面(106)构造成相对于所述内燃发动机的燃烧室轴向地界定出所述提供活塞顶部的结构单元(102)并且所述周面(108)构造成径向地界定出所述提供活塞顶部的结构单元(102)，其中所述顶面(106)包括围绕所述中心轴线(119)延伸的边沿面(120)和在所述周面(108)内径向地界定出活塞碗(118)的内表面(122)，并且所述内表面(122)包括所述活塞碗(118)的最低位置(124)的区域(126)，第一侧壁面(130)，所述第一侧壁面大致沿所述中心轴线(119)的方向从所述最低位置(124)的所述区域(126)的第一边界区段延伸到所述边沿面(120)，偏斜底面(132)，所述偏斜底面从所述最低位置(124)的所述区域(126)的第二边界区段凸起以形成不对称的活塞碗底部，和至少一个第二侧壁面(134)，所述第二侧壁面大致沿所述中心轴线(119)的方向从所述偏斜底面(132)的相应边界区段延伸到所述边沿面(120)。...

【技术特征摘要】
2015.05.22 DE 102015006642.01.一种用于内燃发动机的活塞(100)的提供活塞顶部的结构单元(102)，包括：活塞冠部结构(116)，所述活塞冠部结构提供所述提供活塞顶部的结构单元(102)的顶面(106)和周面(108)，其中，关于所述活塞(100)的中心轴线(119)，所述顶面(106)构造成相对于所述内燃发动机的燃烧室轴向地界定出所述提供活塞顶部的结构单元(102)并且所述周面(108)构造成径向地界定出所述提供活塞顶部的结构单元(102)，其中所述顶面(106)包括围绕所述中心轴线(119)延伸的边沿面(120)和在所述周面(108)内径向地界定出活塞碗(118)的内表面(122)，并且所述内表面(122)包括所述活塞碗(118)的最低位置(124)的区域(126)，第一侧壁面(130)，所述第一侧壁面大致沿所述中心轴线(119)的方向从所述最低位置(124)的所述区域(126)的第一边界区段延伸到所述边沿面(120)，偏斜底面(132)，所述偏斜底面从所述最低位置(124)的所述区域(126)的第二边界区段凸起以形成不对称的活塞碗底部，和至少一个第二侧壁面(134)，所述第二侧壁面大致沿所述中心轴线(119)的方向从所述偏斜底面(132)的相应边界区段延伸到所述边沿面(120)。2.根据权利要求1所述的提供活塞顶部的结构单元(102)，其中，所述最低位置(124)的所述区域(126)和/或所述偏斜底面(132)被构造为平面，并且尤其所述最低位置(124)的所述区域(126)的所述第二边界区段在两个端点之间直线延伸，和/或所述最低位置(124)的所述区域(126)的所述第一边界区段以弯曲方式——例如圆形的一段或类似物——将所述两个端点连接，和/或所述偏斜底面(132)构造成相对于中心轴线(119)和正交于所述中心轴线(119)的平面倾斜。3.根据权利要求1或权利要求2所述的提供活塞顶部的结构单元(102)，其中，所述偏斜底面(132)过渡到所述边沿面(120)中，或过渡到在所述偏斜底面(132)与所述边沿面(120)之间形成的台阶状过渡部中。4.根据前述权利要求中任一项所述的提供活塞顶部的结构单元(102)，其中，所述偏斜底面(132)、所述区域(126)、所述第一侧壁面(130)、所述第二侧壁面(134)和所述边沿面(120)之间的过渡部中的至少一个设置有曲率以形成平滑过渡部，和/或其中，所述边沿面(120)包括一个或多个形成阀凹窝的凹部(12’，16’)。5.根据前述权利要求中任一项所述的提供活塞顶部的结构单元(102)，其中，相对于由边沿面(120)包围的开口区域(138)，所述区域(126)扩大到高达例如所述偏斜底面(132)的尺寸的约50％，并且尤其其中所述偏斜底面(132)相对于所述中心轴线(119)...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·布克哈特，D·穆斯尔，I·朗士瓦格尔，E·J·斯克塞尔，K·鲁施克迈尔，M·沃尔夫格莱姆，H·J·朗格，M·斯图尔姆，
申请(专利权)人：卡特彼勒发动机有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE