专利名称：内燃活塞式发动机组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃活塞式发动机组件，该内燃活塞式发动机组件包括至少ー个气缸、气缸盖以及活塞，所述气缸盖与所述气缸结合布置且设置有至少ー个进气阀和至少ー个排气阀，所述活塞布置在所述气缸中并且能在其上死点和下死点之间移动，其中碗状部设置在所述活塞的顶部上且设置有关于所述活塞的纵向中心轴线的旋转对称顶面，所述碗状部包括中间区域和大致锥形区域，所述锥形区域朝向所述活塞的外周区域径向延伸，使得所述碗状部的深度朝向所述活塞的所述外周区域増大，并且所述外周区域的顶面高于所述碗状部的底部。
背景技术：
内燃机的活塞将通过燃烧燃料而释放的能量经由活塞销传递到连杆并进ー步传 递到曲柄机构。活塞借助于活塞环被密封到发动机的气缸，使得能量的传递将在没有不必要的损失的情况下发生。内燃机的燃烧室由活塞的上部、气缸套部分限定并且由气缸盖部分限定。该区域经受大量的热应力。活塞的沿气缸的纵向延伸并且定位在活塞环下方的壁引导活塞的运动并且用作润滑表面。在现代压缩机充气发动机中，活塞处于甚至更严苛的情况下。活塞借助于连杆连接到发动机的曲轴，该连杆借助在其一端处的销连接到活塞，并且借助大端轴承连接到曲轴。发动机的主要构造因素是缸径/冲程比，杆长/冲程比。其中重要的功能特征是压缩比、阀定时、转速、增压和燃料输送问题。压缩点火内燃机中的燃料燃烧和将燃料的能量转换成机械功受各种因素影响，这些因素中的一些是过程相关的，而ー些因素与发动机的机械结构有夫。压缩点火发动机中燃烧过程在很大程度上受燃烧室的形状影响。因此活塞的上部的形状对发动机的性能有非常重大的意义。现有技术中存在各种公开物，它们描述了布置在活塞的顶部的旋转对称碗状部。例如美国专利6，732，703,6, 966，294和7，210, 448示出了这种活塞的上部的形状。上述专利着手解决与环境问题的最近要求有关的问题，这些最近要求涉及废气以及碳烟跨过活塞环到润滑油的迁移。这些文献主要涉及活塞顶的形状以及活塞和燃料喷射器之间的合作，其中活塞碗状部的形状和喷射角导致喷雾烟羽在离开喷射孔后以一定方式撞击并接触活塞碗状部表面。这些专利主要涉及的是排放控制，尤其是NOx排放。压缩比对发动机的性能有很大影响。通过允许活塞的顶部接近气缸盖，可以增大发动机的压缩比。对于提升活塞顶的限制往往是与换气阀的间隙，尤其是当在发动机的排气冲程和进气冲程之间执行燃烧室的扫气吋。已知现有技术中提供用于阀进入活塞顶内的空间(阀套)，该空间对于阀装配在其中来说正好足够大。围绕该空间，活塞顶可以被更高地举起以増大压缩比。这种不连续的部位(例如，阀空间的边缘，即套)限制扫气气体绕阀流动并且导致较低劣的气体交換。这种不连续的部位影响燃烧过程，从而不能够在活塞的燃烧室中形成漩涡。
这种套还抑制气缸中的气体漩涡并且这导致具有较高排放的恶化的燃烧。而且当使用这种阀套时在活塞顶上形成有热点是常见的。例如，公布JP 2007309176示出了这样的活塞顶，在每个阀的位置处，用于阀的空间设置在该活塞顶中。在该情况下，空间基本上与阀的形状相符，但是活塞的顶面由于阀空间导致的不连续性而不再旋转对称。现在已经显现出对进ー步开发压缩点火四冲程发动机的构造和操作的需要，使得可以提供甚至更改进的发动机性能。本发明的具体目的在于提供一种压缩点火四冲程发动机，其中在没有损害燃烧过程和所述发动机的性能的情况下增大压缩比。本发明的另ー个目的在于提供一种制造燃料喷嘴的方法，该方法实施简单并且借助于该方法能生产高压燃料喷射器。
发明内容
本发明的目的基本上由内燃活塞式发动机组件来满足，所述内燃活塞式发动机组件包括至少ー个气缸、气缸盖以及活塞，所述气缸盖结合所述气缸布置且设置有至少ー个进气阀和至少ー个排气阀，所述活塞布置在所述气缸中并且能在其上死点和下死点之间移动，其中碗状部设置在所述活塞的顶部上且设有关于所述活塞的纵向中心线旋转対称的顶面，所述碗状部包括中间区域和大致锥形区域，所述锥形区域朝向所述活塞的外周区域径向延伸，使得所述碗状部的深度朝向所述活塞的所述外周区域増大，并且所述外周区域的顶面高于所述碗状部的底部。本发明的特征在于，每个阀均设有包括延伸部的底面，所述延 伸部从由阀盘边缘的棱边形成的平面朝向与阀杆相反的方向延伸，使得在所述组件中所述延伸部装配到所述气缸盖和所述活塞碗状部之间的空间中。由于由此获得増大的压缩比和燃烧室的提高的流动特性，这使得可以具有増大的发动机效率。根据实施方式，所述阀设有具有凸面的底面，使得所述凸面布置成面对所述活塞顶的所述锥形区域的旋转对称的活塞顶面。根据本发明的优选实施方式，所述阀的所述底面与所述活塞顶部在所述活塞顶的锥形区域处的形状相符。所述活塞碗状部优选地在每个径向位置具有旋转对称的深度，从而形成光滑且连续的表面。所述阀的面向所述活塞的所述底面中的所述延伸部布置成在该阀的关闭位置处从所述气缸盖的水平面朝向该活塞的顶部延伸。根据本发明的实施方式，所述阀的纵向轴线平行于所述活塞的纵向轴线。根据本发明的另ー实施方式，所述阀的所述纵向轴线相对于所述活塞的所述纵向轴线成一定角度，即，所述阀的所述纵向轴线相对于所述活塞的所述纵向轴线是倾斜的。压缩容积由旋转对称的活塞顶碗状部和气缸盖表面限定，并且所述压缩容积局部由所述阀的从所述气缸盖的所述水平面延伸的凸起底面限制，以增强燃烧。根据本发明的实施方式，所述气缸盖设有至少ー个燃料喷嘴，所述至少ー个燃料喷嘴至少具有第一燃料供给孔和第二燃料供给孔，所述第一燃料供给孔相对于所述活塞的所述纵向轴线以第一角度取向，并且所述第二燃料供给孔相对于所述活塞的所述纵向轴线以第二角度取向。此外，所述第一燃料供给孔布置成沿所述阀的所述凸面的方向指引燃料射流，并且所述第二燃料供给孔布置成指引燃料射流穿过所述阀的所述凸面的方向。另外，所述阀的所述底面中的所述延伸部在该阀的中心増加厚度，这增大了所述阀盘的刚度。此外气体流出和流入气缸实际上不受所述盘的加强的影响。另外，所述阀的寿命由于以下事实而更长，即，在所述阀减小到最小厚度之前，在所述阀的中心区域中存在待烧掉的更多材料。
在下文中，将參照附随的示例性示意图来描述本发明，其中图I示意地示出了根据本发明的实施方式的活塞式发动机的气缸的一部分；图2示出了从气缸的上方看到的气缸中的活塞的顶部， 图3示出了本发明的另ー实施方式，以及图4示出了本发明的又一个实施方式。
具体实施例方式图I示意地示出了活塞式发动机的一部分。示出有组件,该组件包括气缸12、气缸盖16以及布置在气缸12中的活塞14。气缸盖16设置有至少ー个进气阀18和至少ー个排气阀20，但是典型地在气缸盖16中每种阀都布置有两个。活塞14布置成在活塞式发动机运转期间在气缸12中往复运动。还存在结合气缸盖16布置的至少ー个燃料喷嘴22。活塞14的顶部设置有碗状部142。活塞中的碗状部相对于活塞14和气缸12缸径的公共纵向中心轴线基本上旋转对称。活塞14布置在气缸中并且能在气缸的上死点(TDC)和下死点(BDC)之间移动。活塞在上死点处的位置用实线示出并且在下死点处的位置用虚线示出。由活塞14在在上死点(TDC)和下死点(BDC)之间的运动扫过的容积是排量容积Vd，并且保留在位于其上死点(TDC)处的活塞上方的容积是余隙容积V。。因此压缩比CR等于(I+VJ/V。。活塞的碗状部142继而包括中间区域143和朝向活塞的外周径向延伸的锥形区域144。锥形区域径向包围活塞顶的中间区域。锥形区域以角度α指向下，使得碗状部的深度朝向活塞14的外周増大。锥形区域144用作阀的底面所面向的表面。活塞14的顶部还设置有外周区域146，该外周区域146的顶面高于碗状部的底部。在本文中，术语“较高”和“向下”等是指相对于纵向中心轴线12’的位置。现在，阀18、20中的每个均设置有包括有延伸部181、201的底面，该延伸部从由阀边缘182的棱边形成的平面朝向与阀杆相反的方向延伸。实际上这意味着朝向活塞14的顶部向下延伸。在图I中，延伸部形成凸面181、201，该凸面布置成面向活塞碗状部的连续顶面。凸面的实际形状可以根据具体应用而变化。根据有利的实施方式，活塞碗状部142是旋转对称且连续的，即，连续旋转对称。实际上这意味着碗状部142表面布置成不包括像独特的阀套的任何基本上不连续部位。换言之，碗状部142表面布置成不存在基本上不连续部位。碗状部的顶面是连续的，这尤其意味着没有用于阀的专用空腔(例如，阀套)，但是碗状部的形状还起用于阀的所需空间的作用。
在该组件中，碗状部的连续表面和阀的向下延伸表面181的组合使得可以将活塞布置成在上死点位置总体上更接近气缸盖16。延伸部181、201布置成使得在该组件中这些延伸部装配在气缸盖16和活塞14的碗状部之间的空间内。因此余隙容积V。保留得较小。同吋，组件提供光滑活塞表面以便维持燃烧室的合适流动特性。较小的余隙容积V。増大了压缩比。这还使得可以维持较高压缩比，且具有通过稍微打开阀提供扫气操作的可能性，而没有阀撞击活塞顶的风险并且不使用阀套。由于在燃烧室中形成气体的基本上无阻碍的漩涡，这还为有效燃烧提供了有利的环境。
因此由该组件获得的组合效果提供增强的燃料燃烧以及发动机的更高效率，在该组件中，活塞碗状部142和阀布置成彼此合作，其中，活塞碗状部142具有中间区域143和锥形区域144，该锥形区域朝向活塞的外周以角度α径向延伸，使得碗状部的深度朝向活塞14的外周増大，并且阀设置有包括延伸部181、201的底面，该延伸部从由阀边缘182的棱边形成的平面朝向与阀杆相反的方向延伸。应该理解，角度α描述了活塞顶的锥形区域144的总体取向，并且角度通常不是恒定的。阀的延伸部181、201可以由与阀相同的材料构成。该延伸部可以是实心结构或者它可以包括内部的空腔，使得延伸部和阀盘形成中空结构。空腔可以填充有特定物质以对阀的热和/或強度特性有影响。在图2中，示出从气缸12上方看到的该气缸中的活塞14的顶部。而且活塞上方的阀18、20 (虚线)在图2中被绘出。燃料喷嘴22设置有燃料喷射孔24。根据本发明的实施方式，存在设置在燃料喷嘴中的至少两组孔24. 1、24.2。每组孔中的实际孔数可以变化。第一组喷射孔24. I基本上指向由阀覆盖的区域之外的扇区D1。換言之，第一组喷射孔24. I指向为使得燃料射流基本上在两个相邻阀之间穿过。第二组喷射孔24. 2基本上指向由阀覆盖的区域之内的扇区D2。换言之，第二组喷射孔24. 2被指向为使得燃料射流基本上在阀的延伸部181、201下方通过。第一组和第二组喷射孔优选地被相对于气缸12和活塞14的纵向轴线12’以不同角度取向。在图3中，示出有本发明的另ー实施方式，其中阀18的延伸部181的截面和活塞碗状部142凸面阀的连续顶面的截面形成具有彼此对应的形状的相反表面。而且在该实施方式中，碗状部142的顶面是旋转对称的。这里，可以使活塞显著接近气缸盖，从而提供相当小的余隙容积V。。从图3还可见，阀18的向下延伸表面181在活塞的外周区域146的顶面下面延伸ー距离17。在图4中，示出有本发明的又ー实施方式。在该实施方式中，阀相对于气缸12和活塞14的纵向轴线12’傾斜。活塞的中间区域143高于其外周区域，并且气缸盖相应地形成有较高的中间区域。燃料喷嘴22布置到气缸盖的中间区域。根据本发明的优选实施方式，阀的凸面181、201相对于阀的中心轴线18’、20’旋
转对称。虽然已经通过示例结合目前被认为是最优选的实施方式描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是g在涵盖其特征的各种组合或修改、以及被包括在本发明的范围内若干其它应用，本发明的范围由所附的权利要求限定。当与上述任何实施方式结合提及的细节与另ー实施方式的结合是可行的时，可以采用这种结合。
权利要求
1.ー种内燃活塞式发动机组件，所述内燃活塞式发动机组件包括至少ー个气缸(12)并包括气缸盖(16)以及活塞(14)，所述气缸盖与所述气缸关联布置并且设置有至少ー个进气阀(18)和至少ー个排气阀(20)，所述活塞能在其上死点(TDC)和下死点(BDC)之间移动地布置在所述气缸中，其中，碗状部(142)布置在所述活塞(14)的顶部上且设置有关于所述活塞的纵向中心轴线(12’)旋转对称的顶面，所述碗状部(142)包括中间区域(143)和大致锥形区域(144)，所述锥形区域朝向所述活塞的外周区域径向延伸，使得所述碗状部的深度朝向所述活塞(14)的所述外周区域増大，并且所述外周区域的顶面高于所述碗状部的底部，所述内燃活塞式发动机组件的特征在于，每个阀均设置有底面，所述底面包括延伸部(181、201)，所述延伸部从由阀盘边缘(182)的棱边形成的平面朝向与阀杆相反的方向延イ申，使得在所述组件中所述延伸部(181、201)装配到所述气缸盖(16)与所述活塞(14)的所述碗状部的所述旋转对称的顶面之间的空间中。
2.根据权利要求I所述的内燃活塞式发动机组件，其特征在于，所述阀设置有具有凸面(181、201)的所述底面，使得所述凸面布置成面向活塞顶的所述锥形区域的旋转对称活塞(14)顶面。
3.根据权利要求I所述的内燃活塞式发动机组件，其特征在于，所述阀的所述底面与所述活塞(14)的顶部在活塞顶的所述锥形区域处的形状相符。
4.根据权利要求I所述的内燃活塞式发动机组件，其特征在于，所述活塞碗状部的表面在每个径向位置均具有旋转对称的深度。
5.根据权利要求I所述的内燃活塞式发动机组件，其特征在于，所述阀(18)的所述延伸部(181)在所述活塞的所述外周区域(146)的所述顶面下方延伸ー距离(17)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的内燃活塞式发动机组件，其特征在于，所述阀的面向所述活塞(14)的所述底面布置成在该阀的关闭位置处从所述气缸盖(16)的水平面朝向该活塞(14)的顶部延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的内燃活塞式发动机组件，其特征在于，所述阀的纵向轴线平行于所述活塞(14)的所述纵向轴线。
8.根据前述权利要求中任一项所述的内燃活塞式发动机组件，其特征在于，所述阀的纵向轴线相对于所述活塞(14)的所述纵向轴线傾斜。
9.根据权利要求4所述的内燃活塞式发动机组件，其特征在于，所述气缸的压缩容积由所述连续旋转对称的活塞顶碗状部和所述气缸盖(16)表面限定，并且所述压缩容积局部由所述阀的从所述气缸盖(16)的水平面延伸的凸起底面限制，以增强燃烧。
10.根据前述权利要求中任一项所述的内燃活塞式发动机组件，其特征在于，所述气缸盖(16)设置有至少ー个燃料喷嘴(22)，所述至少ー个燃料喷嘴至少具有第一燃料供给孔(24. I)和第二燃料供给孔(24. 2)，并且所述第一燃料供给孔相对于所述活塞(14)的所述纵向轴线以第一角度取向，并且所述第二燃料供给孔相对于所述活塞(14)的所述纵向轴线以第二角度取向，并且所述第一燃料供给孔布置成沿所述阀的所述凸面的方向指引燃料射流，并且所述第二燃料供给孔布置成指引燃料射流穿过所述阀的所述凸面的方向。
全文摘要
本发明涉及活塞式发动机，所述活塞式发动机包括至少一个气缸(12)、气缸盖(16)以及活塞(14)，所述气缸盖与所述气缸结合且设置有至少一个进气阀(18)和至少一个排气阀(20)，所述活塞在所述气缸中可动地布置在其上死点(TDC)和下死点(BDC)之间，其中，所述活塞(14)设置有碗状部(142)，所述碗状部设置有关于所述活塞的纵向轴线的旋转对称的顶面。所述碗状部(142)包括中间区域(143)和径向在所述中间区域之后的锥形区域(144)，所述锥形区域以一定角度(α)朝向所述活塞的外周径向延伸，使得所述碗状部的深度朝向所述活塞(14)的所述外周增大，并且所述阀设置有包括延伸部(181、201)的底面，所述延伸部从由阀边缘(182)的棱边形成的平面朝向与阀杆相反的方向延伸。
文档编号F01L3/20GK102667093SQ201080056832
公开日2012年9月12日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月16日
发明者H·妮娜斯, H·林塔-托莱拉, P·库拉, 哈里·萨尔斯 申请人:瓦锡兰芬兰有限公司