用在發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體、氣缸蓋、燃燒室以及活塞?；钊ㄟ^一個(gè)連接桿被連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸。燃燒室中的燃燒活動(dòng)導(dǎo)致活塞在氣缸中沿著直線路徑往復(fù)運(yùn)動(dòng)。燃燒室形成在氣缸的端部，并且在第一端由氣缸蓋限定，并且在第二端由活塞的頂部限定。已知的發(fā)動(dòng)機(jī)使用各種用于增加燃料的燃燒率的方法，列舉幾個(gè)示例，包括旋流、燃料沖擊在表面上以及多個(gè)噴頭。這些方法通過活塞、氣缸和氣缸蓋導(dǎo)致非期望的、不必要的熱損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]公開了一種具有外表面和底表面的活塞。底表面包括突起區(qū)域、凹陷區(qū)域和圓周邊緣。所述突起區(qū)域與由活塞限定的縱向活塞軸線相交。所述突起區(qū)域徑向地位于凹陷區(qū)域的內(nèi)側(cè)并且與凹陷區(qū)域接觸，所述凹陷區(qū)域徑向地位于圓周邊緣的內(nèi)側(cè)并且與圓周邊緣接觸，所述圓周邊緣徑向地位于所述外表面的內(nèi)側(cè)并且與所述外表面接觸。通過將燃料股流噴射到此種活塞上，燃料股流與活塞的表面、氣缸蓋的表面的接觸最少，導(dǎo)致給定量的燃料具有更大的動(dòng)力(即，燃料產(chǎn)生動(dòng)力，而不是產(chǎn)生廢熱)，并且同時(shí)導(dǎo)致了朝向活塞和氣缸蓋的更低的熱傳導(dǎo)率。另外，通過使用此種活塞，產(chǎn)生的熱量通過廢氣排出，產(chǎn)生了熱循環(huán)利用的機(jī)會(huì)。
【附圖說明】
[0004]以下將對(duì)附圖做出詳細(xì)說明，其中:
[0005]圖1是用在機(jī)器中的發(fā)動(dòng)機(jī)的視圖，該機(jī)器被示出為農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)；
[0006]圖2是活塞和氣缸蓋的示例的透視圖，活塞被示出為稍稍位于上死點(diǎn)位置之下；
[0007]圖3是沿圖2的線3-3截取的處于上死點(diǎn)位置的活塞的中心剖視圖；以及
[0008]圖4是活塞、進(jìn)氣閥、排氣閥和燃料股流的中心剖視圖，燃油股流被示出為處于燃燒活動(dòng)期間。
[0009]在各個(gè)附圖中類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0010]參考圖1，示出了用于向多種機(jī)器提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)104的視圖，這些機(jī)器包括公路貨車、建筑車輛、海運(yùn)船艦、靜態(tài)發(fā)電機(jī)、機(jī)動(dòng)車、農(nóng)用車輛以及休閑旅游車。在示出的示例中，車輛100是農(nóng)用拖拉機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)104可以是任意尺寸和任意構(gòu)造(例如，“V”型、直列式以及星形)，并且具有任意數(shù)量的氣缸。發(fā)動(dòng)機(jī)104可以是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0011]接著，參考圖2和3，發(fā)動(dòng)機(jī)104包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體108、氣缸蓋106、燃燒室126和活塞112。活塞112通過連接桿130被連接到發(fā)動(dòng)機(jī)104的曲軸。燃燒活動(dòng)導(dǎo)致活塞112在氣缸110中沿著直線路徑往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且氣缸110在至少一些實(shí)施例中部分地由套筒119形成。燃燒室126形成在氣缸110的端部處，并且在第一端由氣缸蓋106界定并且在第二端由活塞112的頂面界定。燃料噴嘴116例如將柴油燃料噴到燃燒室126中。
[0012]發(fā)動(dòng)機(jī)104可以包括進(jìn)氣系統(tǒng)113，該進(jìn)氣系統(tǒng)113包括用于在活塞112的進(jìn)氣沖程期間在箭頭146的方向上引入新鮮的吸入氣體的部件。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)104包括排氣系統(tǒng)115，該排氣系統(tǒng)115具有用于在活塞112的排氣沖程中在箭頭148的方向上將廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)104排放到大氣中的部件。排氣系統(tǒng)115可以包括后處理系統(tǒng)。在此種實(shí)施例中，廢氣中的至少一些流動(dòng)通過后處理系統(tǒng)，從而其能夠去除存在于廢氣中的各種化學(xué)成分和顆粒排放物。
[0013]活塞112可以是由耐熱材料形成的一體式金屬結(jié)構(gòu)。然而，本公開內(nèi)容設(shè)想活塞112能夠是各種其他樣式，包括(但不限于)鉸接式活塞、整體活塞、鍛制活塞、多件式活塞和本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其他構(gòu)造。活塞112可以由金屬材料、金屬間化合物材料、陶瓷材料或復(fù)合材料中的至少一個(gè)形成，從而活塞112能夠忍受與燃燒室126相關(guān)的溫度和壓力?；钊?12還包括徑向朝向外的且與發(fā)動(dòng)機(jī)104的氣缸110配合的多個(gè)活塞環(huán)槽124?；钊h(huán)槽124被構(gòu)造為將活塞環(huán)容納在其中。發(fā)動(dòng)機(jī)本體108包括氣缸110。包括進(jìn)氣閥座144的氣缸蓋106被安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)本體108。燃燒室126至少部分地由氣缸110和氣缸蓋106形成。
[0014]活塞112包括外表面150、底表面152和側(cè)壁147，設(shè)置成使得外表面150和底表面152形成燃燒室126的一部分。側(cè)壁147徑向朝向外，從而與氣缸110配合。底表面152包括突起區(qū)域154、凹陷區(qū)域156和圓周邊緣166。突起區(qū)域154與由活塞112限定的縱向活塞軸線118相交叉。突起區(qū)域154徑向地位于凹陷區(qū)域156內(nèi)側(cè)并且與凹陷區(qū)域156接觸，凹陷區(qū)域156徑向地位于圓周邊緣166內(nèi)側(cè)并且與圓周邊緣166接觸，圓周邊緣166徑向地位于外表面150內(nèi)側(cè)并且與外表面150接觸。在示出的示例中，突起區(qū)域154和圓周邊緣166是底表面152的僅有的突起狀區(qū)域，并且凹陷區(qū)域156是底表面152的僅有的凹陷狀區(qū)域。
[0015]底表面152不包括與縱向活塞軸線118對(duì)齊的豎直區(qū)域。豎直區(qū)域可能影響燃燒活動(dòng)，從而燃燒活動(dòng)不必要地接觸活塞112，并且因此導(dǎo)致不必要的熱損失。此外，外表面150和底表面152軸向地朝向上，并且外表面150和底表面152可以被定位成軸向地位于活塞環(huán)槽124上方。通過具有此種淺的底表面152，降低了從燃燒活動(dòng)到活塞112的熱損失，其中，同時(shí)增大了燃料效率和動(dòng)力。
[0016]突起區(qū)域154和凹陷區(qū)域156可以都是平滑的并具有圓形輪廓形狀。在一些實(shí)施例中，突起區(qū)域154和凹陷區(qū)域156可以例如有助于柴油燃料的燃燒均勻地和快速地發(fā)生，這將最大化活塞112的頂部上的動(dòng)力分布，并且避免活塞112、發(fā)動(dòng)機(jī)本體108和氣缸蓋106處的熱損耗。
[0017]噴嘴116被定位在氣缸蓋106中以用于將諸如柴油燃料等的燃料提供到燃燒室126中。氣缸蓋106包括限定本體安裝平面178的本體安裝面176，同時(shí)噴嘴116限定燃料噴嘴軸線174，該燃料噴嘴軸線174可以基本上垂直于本體安裝平面178。此外，噴嘴116包括多個(gè)噴口 188，這些噴口 188可以以由角度189所表示的在160°至175°之間的圓錐形圖案，在一些實(shí)施例中，以在166°和170°之間的圓錐形圖案，周期性地噴射燃料。噴嘴116包括10至14個(gè)噴口 188，并且具體地，在至少一些實(shí)施例中，包括12個(gè)噴口 188。在一些實(shí)施例中，噴嘴116和圓錐形圖案的方位有利于燃料的平穩(wěn)燃燒，從而最大化動(dòng)力分布，同時(shí)最小化燃燒室126的熱損耗。
[0018]發(fā)動(dòng)機(jī)104包括進(jìn)氣閥136，該進(jìn)氣閥136在座靠進(jìn)氣閥座144的全閉合位置和移離進(jìn)氣閥座144的打開位置之間移動(dòng)，由此允許進(jìn)氣流動(dòng)通過進(jìn)氣閥座144并且進(jìn)入到燃燒室126。進(jìn)氣閥136限定可以基本上垂直于本體安裝平面178的進(jìn)氣軸線190。當(dāng)從垂直于進(jìn)氣表面196的方向觀察時(shí)，進(jìn)氣閥136的進(jìn)氣表面196可以與外表面150的至少一部分重疊。當(dāng)進(jìn)氣閥136處于就座位置時(shí)，進(jìn)氣表面196可以與本體安裝平面178平齊。
[0019]在示出的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)104包括第二進(jìn)氣閥138，該第二進(jìn)氣閥138在座靠第二進(jìn)氣閥座145的全閉合位置和移離第二進(jìn)氣閥座145的打開位置之間移動(dòng)。這允許進(jìn)氣流動(dòng)通過第二進(jìn)氣閥座145并且進(jìn)入到燃燒室126。第二進(jìn)氣閥138限定第二進(jìn)氣軸線192。本體安裝平面178和第二進(jìn)氣軸線192可以基本上彼此垂直。此外，進(jìn)氣軸線190和第二進(jìn)氣軸線192可以都徑向地位于外表面150內(nèi)側(cè)并且也徑向地位于圓周邊緣166內(nèi)偵k當(dāng)?shù)诙M(jìn)氣閥138處于就座位置時(shí)，它的進(jìn)氣表面可以與本體安裝平面178平齊。
[0020]發(fā)動(dòng)機(jī)104包括排氣閥140，氣缸蓋106包括排氣閥座149。排氣閥140在座靠排氣閥座149的全閉合位置和移離排氣閥座149的打開位置之間移動(dòng)，由此允許廢氣流出到燃燒室126之外并且流動(dòng)通過排氣閥座149。排氣閥140限定排氣軸線197，并且在示出的實(shí)施例中，本體安裝平面178和排氣軸線197是基本上彼此垂直的。當(dāng)從垂直于排氣表面199的方向觀察時(shí)，排氣閥140的排氣表面190可以與外表面150的至少一部分重疊。圓周邊緣166在燃燒活動(dòng)期間可以阻止燃料越過外表面150。當(dāng)排氣閥140處于就座位置時(shí)，排氣表面199可以與本體安裝平面178平齊。
[0021]發(fā)動(dòng)機(jī)104包括第二排氣閥142。第二排氣閥142在座靠第二排氣閥座151的全閉合位置和移離第二排氣閥座151的打開位置之間移動(dòng)，由此允許廢氣流動(dòng)通過第二排氣閥座151并且流入到燃燒室126中。第二排氣閥142限定第二排氣軸線198。本體安裝平面178和第二排氣軸線198是基本上彼此垂直的，并且排氣軸線197和第二排氣軸線198相對(duì)于活塞軸線118都徑向地位于外表面150內(nèi)側(cè)。當(dāng)?shù)诙艢忾y142處于就座位置時(shí)，它的排氣表面可以與本體安裝平面178