发动机及活塞制造技术

本实用新型专利技术提供了发动机及活塞。所述发动机包括具有至少一个汽缸膛的发动机缸体，活塞具有面向火焰板表面的活塞顶部，使得主燃烧室限定在汽缸膛内并且位于所述活塞顶部和所述火焰板表面之间，所述活塞顶部还包括具有大致凹形形状的活塞碗以及具有设置成与所述主燃烧室流体连通的喷嘴尖端的预燃室，所述喷嘴尖端具有至少一个喷嘴开口，其被配置成将燃料射流喷射到所述主燃烧室中，其中所述活塞包括围绕所述活塞碗的圆周定位的活塞壁，所述活塞壁包括至少一个腔。本实用新型专利技术配置构造的腔，能够使主燃烧室比如果不具有腔时燃烧的更加充分完全，提高了发动机效率并减少排放。

【技术实现步骤摘要】
发动机及活塞
本技术总体涉及内燃机，尤其是天然气发动机。
技术介绍
内燃机众所周知。那些使用汽油作为燃料的内燃机通常采用多个汽缸，其压缩汽油和空气混合物，使得在与每个汽缸相关联的火花塞点火时，点燃压缩混合物。由点火产生的膨胀的燃烧气体使活塞在汽缸内运动。当到达汽缸内一个方向上行程的末端时，活塞反转方向以压缩另一汽油和空气混合物的体积。运动活塞所产生的能量可以且已被利用用于无数应用中，其中最主要的是车辆的推进。另一种类型的内燃机使用天然气作为燃料源。例如，已知提供一种压缩天然气发动机，其中活塞在汽缸内往复运动。火花塞定位在与每个汽缸相关联的汽缸盖内，并且每个相应的火花塞由定时回路控制，使得当活塞接近到达其压缩冲程的上止点时，火花塞点火，从而点燃压缩混合物。在其它类型的内燃机中，预燃室与天然气发动机结合使用。预燃室与天然气发动机的每个汽缸相关联，并且设置有火花塞以在预燃室中开始燃烧，然后可以将其连通到主燃烧室。一些发动机可具有不同形状的活塞以增强燃烧。在HayesJr.的美国专利公布No.2010/0326400公开了这种燃烧系统的一个示例。美国专利公布No.2010/0326400中的系统包括具有预燃室的燃烧系统，所述预燃室适于以产生高效燃烧过程的方式与活塞协作。预燃室具有通道，所述通道具有相对于预燃室主体的中心线可变的横截面和可变的角方位。活塞设置有多个有助于燃料和空气在燃烧室内流动的表面。此外，活塞表面通常与燃烧室的角度对准，例如进气阀和排气阀的角度。活塞还具有适于与预燃室的尖端配合的表面。以提高发动机效率和/或减少排放的要求，特别是鉴于增加的燃料成本和对发动机排放的更严格的规定，经常期望有任意特定发动机设计的改进。因此，需要改良的发动机系统。
技术实现思路
在一个方面，本技术提供了一种括发动机，所述发动机包括具有至少一个汽缸膛的发动机缸体，具有设置在汽缸膛一端的火焰板表面的汽缸盖，配置在汽缸膛内往复运动的活塞，活塞具有面向火焰板表面的活塞顶部，使得主燃烧室限定在汽缸膛内并且位于活塞顶部和火焰板表面之间，活塞顶部还包括具有大致凹形形状的活塞碗，以及预燃室具有配置成与所述主燃烧室流体连通的喷嘴尖端，所述喷嘴尖端具有配置成将燃料射流喷射到所述主燃烧室中的至少一个喷嘴开口，其中所述活塞包括围绕所述活塞碗的圆周定位的活塞壁，所述活塞壁包括至少一个腔，所述至少一个腔具有与所述活塞碗流体连通的入口。所述至少一个腔包括与所述主燃烧室流体连通的出口。所述至少一个喷嘴开口配置成沿着燃料射流中心线喷射所述燃料射流。所述至少一个腔包括大致圆形的横截面并且相对于所述汽缸膛沿径向延伸。所述至少一个腔的所述入口与所述至少一个喷嘴开口对准，使得所述燃料射流中心线在所述至少一个喷嘴开口和所述至少一个腔的所述入口之间延伸，其中所述出口位于所述活塞的活塞顶部上，并且其中所述至少一个腔的所述出口具有多个腔喷嘴。所述多个腔喷嘴中的两个配置为在垂直于来自所述预燃室的燃料射流的中心线的方向上分别喷射第一和第二腔燃料射流，并且其中所述多个腔喷嘴中的另一个配置为在垂直于所述第一腔燃料射流的中心线的方向上喷射第三腔燃料射流。所述至少一个腔相对于所述汽缸膛在径向方向上延伸穿过所述活塞壁，使得所述出口位于所述活塞的外表面上。所述至少一个腔的横截面形状在所述入口和所述出口之间是恒定的。所述至少一个腔的横截面形状在所述入口和所述出口之间是变化的。在另一方面，本技术提供了一种活塞，所述活塞用于发动机，其包括：主体部分，其具有大致圆柱形形状，并且被配置成在发动机的汽缸膛内往复运动，以及顶部，其联接到主体部分，所述顶部还包括具有大致凹形形状的活塞碗，其中所述活塞包括围绕所述活塞碗的圆周定位的活塞壁，所述活塞壁包括至少一个腔，所述至少一个腔具有与所述活塞碗流体连通的入口。在另一方面，本技术提供了一种燃烧系统的操作方法，包括以下步骤：使活塞在发动机的汽缸膛内往复运动，所述活塞具有面向汽缸盖的火焰板表面的活塞顶部，使得主燃烧室限定在汽缸膛内并且位于活塞顶部和火焰板表面之间，活塞顶部还包括具有大致凹形形状的活塞碗，其中活塞包括围绕活塞碗的圆周定位的活塞壁，所述活塞壁包括至少一个腔，所述至少一个腔具有与所述活塞碗流体连通的入口，将燃料射流从预燃室的喷嘴尖端沿着燃料射流中心线喷射到主燃烧室中并且将所述燃料射流至少部分地引导到所述至少一个腔中。在燃烧膨胀作功过程中，燃料通过尖端中的喷嘴开口喷射。每个喷嘴开口可产生燃料射流，充分扩散开并燃烧主燃烧室中的燃料和空气混合物。燃料射流能够点燃腔中的燃料和空气混合物，使燃料射流充分扩散并进一步燃烧主燃烧室中的燃料和空气混合物。这可使主燃烧室比如果不具有腔时燃烧的更加充分完全，提高了发动机效率并减少排放。从以下详细描述和附图中将理解所公开原理的其他和可替代方面及特征。如将理解的，本文公开的发动机及活塞、气体燃料系统，多点点火燃气机系统及方法能够在其他和不同方面进行实施，并且能够在各方面进行修改。因此，应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是限制所附权利要求的范围。附图说明图1为示出根据本技术的一方面的发动机燃烧室的横截面。图2为示出根据本技术的另一方面的发动机活塞和预燃室的等距俯视图。图3为示出根据本技术的另一方面的发动机活塞和预燃室的俯视图。图4为示出根据本技术的另一方面的发动机活塞和预燃室的俯视图。图5为示出根据本技术原理的燃烧系统的操作方法的步骤的流程图。图6为示出根据本技术的另一方面的发动机活塞的横截面。图7为示出根据本技术的另一方面的发动机活塞的横截面。图8为示出根据本技术的另一方面的发动机活塞的等距俯视图。图9是表示用于产生活塞的三维模型的系统的示意图。具体实施方式通过参考本技术的以下具体实施方式和其中包括的实施例，可以更容易地理解本技术。在公开和描述本技术的化合物、组合物、制品、系统、装置和/或方法之前，应当理解，除非另有说明，否则它们不限于特定的合成方法，或特定的试剂，因此当然可以变化。还应当理解，本文使用的术语旨在描述特定方面，而非意图限制性。本技术中包括本技术的元件的各种组合，例如，从属于相同独立权利要求的从属权利要求的元件的组合。还应当理解，本文所使用的术语仅用于描述特定方面的目的，而不意在限制。如本说明书和权利要求书中所使用的，术语“包括”可包括“由……组成”和“基本上由……组成”的实施方式。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语与本技术所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。在本说明书和随后的权利要求书中，将参考本文中定义的多个术语。本文公开的每种材料可商购获得和/或其生产方法是本领域技术人员已知的。应当理解，本文公开的组合物具有某些功能。本文公开了用于执行所公开的功能的某些结构参数，并且应当理解，存在可以执行与所公开结构相关的功能相同的各种结构，并且这些结构通常将获得相同的结果。诸如大缸径贫燃发动机的天然气发动机可具有不稳定燃烧问题，例如当燃料用过量的空气燃烧时或当制动平均有效压力（BMEP）增加时的失火。为了改善燃烧稳定性、速度、效率和减少排放，可能期望燃料在燃烧室中燃烧更完全。本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机（10），其特征在于，所述发动机包括：发动机缸体（104），所述发动机缸体（104）具有至少一个汽缸膛（102）；汽缸盖（108），所述汽缸盖（108）具有设置在所述汽缸膛（102）一端处的火焰板表面（106）；配置成在所述汽缸膛（102）内往复运动的活塞（112），所述活塞（112）具有面向所述火焰板表面（106）的活塞顶部（110），使得主燃烧室（101）被限定在所述汽缸膛（102）内部并且位于所述活塞顶部（110）和所述火焰板表面（106）之间，所述活塞顶部（110）还包括具有凹形形状的活塞碗（103）；和预燃室（114），所述预燃室（114）具有设置成与所述主燃烧室（101）流体连通的喷嘴尖端（121），所述喷嘴尖端（121）具有配置成将燃料射流（118）喷射到所述主燃烧室（101）中的至少一个喷嘴开口（127）；其中，所述活塞（112）包括围绕所述活塞碗（103）的圆周定位的活塞壁（112a），所述活塞壁（112a）包括至少一个腔（116），所述至少一个腔（116）具有与所述活塞碗（103）流体连通的入口（116a）。

【技术特征摘要】
2015.11.19 US 14/9455601.一种发动机（10），其特征在于，所述发动机包括：发动机缸体（104），所述发动机缸体（104）具有至少一个汽缸膛（102）；汽缸盖（108），所述汽缸盖（108）具有设置在所述汽缸膛（102）一端处的火焰板表面（106）；配置成在所述汽缸膛（102）内往复运动的活塞（112），所述活塞（112）具有面向所述火焰板表面（106）的活塞顶部（110），使得主燃烧室（101）被限定在所述汽缸膛（102）内部并且位于所述活塞顶部（110）和所述火焰板表面（106）之间，所述活塞顶部（110）还包括具有凹形形状的活塞碗（103）；和预燃室（114），所述预燃室（114）具有设置成与所述主燃烧室（101）流体连通的喷嘴尖端（121），所述喷嘴尖端（121）具有配置成将燃料射流（118）喷射到所述主燃烧室（101）中的至少一个喷嘴开口（127）；其中，所述活塞（112）包括围绕所述活塞碗（103）的圆周定位的活塞壁（112a），所述活塞壁（112a）包括至少一个腔（116），所述至少一个腔（116）具有与所述活塞碗（103）流体连通的入口（116a）。2.根据权利要求1所述的发动机（10），其特征在于，所述至少一个腔（116）包括与所述主燃烧室（101）流体连通的出口（116b）。3.根据权利要求2所述的发动机（10），其特征在于，所述至少一个喷嘴开口（127）配置成沿着燃料射流中心线（128）喷射所述燃料射流（118）。4.根据权利要求1所述的发动机（10），其特征在于，所述至少一个腔（116）包括大致圆形的横截面并且相对于所述汽缸膛（102）沿径向延伸。5.根据权利要求3所述的发动机（10），其特征在于，所述至少一个腔（116）的所述入口（116a）与所述至少一个喷嘴开口（127）对准，使得所述燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·辛格，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：新型
国别省市：美国,US