內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和使用該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)眾所周知用于將來(lái)自燃料源的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為往復(fù)的或旋轉(zhuǎn)的軸功率。在往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣體在由活塞、氣缸內(nèi)壁以及氣缸蓋限定的氣缸容積內(nèi)被壓縮，由此均增加所述氣體的壓力和溫度，其中所述氣體可包括例如燃料、如空氣之類的氧化劑或其組合。在火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料和氧化劑在所述氣缸容積的上游或所述氣缸容積內(nèi)預(yù)混合，使得所述預(yù)混合的燃料和氧化劑的點(diǎn)火是通過(guò)電火花電弧穿過(guò)所述氣缸容積內(nèi)的空隙所啟動(dòng)。在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中，在所述氣缸容積內(nèi)的燃料-氧化劑混合物響應(yīng)于所述容積內(nèi)的溫度和壓力的時(shí)間歷程而自動(dòng)點(diǎn)火。更具體地，在直噴式壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料在靠近所述壓縮循環(huán)的峰值處噴入所述氣缸容積中，并且所述燃料和氧化劑的點(diǎn)火在點(diǎn)火延遲時(shí)間后發(fā)生。從燃料-空氣混合物燃燒中釋放的熱量對(duì)抗活塞做功，所述活塞通常經(jīng)由連桿將所述功轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)的曲軸。
[0003]加拿大專利公開2，178，012(以下稱為“'012公開”)，標(biāo)題為“活塞”，致力于解決降低往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒排放的問題。'012公開描述了一種活塞，其具有在其上表面中的燃燒室。在'012公開中的所述燃燒室是大體圓筒形而具有圓弧上邊緣和下邊緣，其中所述燃燒室的壁連接(me e t)所述燃燒室的基部。然而，在' 012公開中描述的所述燃燒室結(jié)構(gòu)將所述燃燒室的深度聯(lián)系至目標(biāo)壓縮比和所述活塞的頂表面上的目標(biāo)擠氣帶區(qū)域的選擇，從而限制可獲得的自由幾何度以達(dá)到其他目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)度量(metric)。
[0004]因此，需要一種改進(jìn)的活塞，其提供用于滿足目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)度量的幾何自由度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)方面，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，該活塞包括具有至少一個(gè)圓柱形表面的冠部，所述至少一個(gè)圓柱形表面定心于所述活塞的縱向軸線上，所述至少一個(gè)圓柱形表面的直徑限定所述活塞的外徑；和上表面，該上表面被配置為至少部分地面向所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋。所述上表面包括燃燒碗表面和擠氣面，所述擠氣面具有沿著徑向方向相距所述縱向軸線第一距離安置的內(nèi)邊緣，所述徑向方向與所述縱向軸線垂直。所述燃燒碗表面包括:平面型表面，其從所述活塞的所述縱向軸線徑向向外延伸;第一凹形表面，其沿徑向方向安置在所述平面型表面外側(cè)，所述第一凹形表面具有第一曲率半徑;和第二凹形表面，其沿徑向方向安置在所述第一凹形表面外側(cè)，所述第二凹形表面具有第二曲率半徑，所述第二曲率半徑小于所述第一曲率半徑。
[0006]在另一方面，本發(fā)明描述了一種往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括安置在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的活塞。所述活塞包括具有至少一個(gè)圓柱形表面的冠部，所述至少一個(gè)圓柱形表面定心于所述活塞的縱向軸線上，所述至少一個(gè)圓柱形表面的直徑限定所述活塞的外徑;和上表面，被配置為至少部分地面向所述往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋。所述上表面包括燃燒碗表面和擠氣面，所述擠氣面具有沿著徑向方向相距所述縱向軸線第一距離安置的內(nèi)邊緣，所述徑向方向與所述縱向軸線垂直。所述燃燒碗表面包括:平面型表面，其從所述活塞的所述縱向軸線徑向向外延伸;第一凹形表面，其沿徑向方向安置在所述平面型表面外側(cè)，所述第一凹形表面具有第一曲率半徑;和第二凹形表面，其沿徑向方向安置在所述第一凹形表面外側(cè)，所述第二凹形表面具有第二曲率半徑，所述第二曲率半徑小于所述第一曲率半徑。
[0007]在另一個(gè)方面，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，該活塞包括具有至少一個(gè)圓柱形表面的冠部，所述至少一個(gè)圓柱形表面定心于所述活塞的縱向軸線上，所述至少一個(gè)圓柱形表面的直徑限定所述活塞的外徑；和上表面，被配置為至少部分地面向所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋。所述上表面包括燃燒碗表面和擠氣面，所述擠氣面具有沿著徑向方向相距所述縱向軸線第一距離安置的內(nèi)邊緣，所述徑向方向與所述縱向軸線垂直。所述燃燒碗表面包括:具有第一曲率半徑的第一凹形表面;沿徑向方向安置在所述第一凹形表面外側(cè)的第二凹形表面，所述第二凹形表面具有第二曲率半徑，所述第二曲率半徑小于所述第一曲率半徑;和安置在所述第二凹形表面和所述擠氣面之間的截頭圓錐形表面，所述截頭圓錐形表面朝向所述縱向軸線，所述截頭圓錐形表面的直徑沿著從第二凹形表面朝著所述擠氣面延伸出去的縱向軸線方向減小。
[0008]在另一方面，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，所述活塞包括冠部和上表面，所述冠部具有定心于所述活塞的縱向軸線上的至少一個(gè)圓柱形表面，所述至少一個(gè)圓柱形表面的直徑限定所述活塞的外徑，所述上表面配置為至少部分地面向所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋。所述上表面包括燃燒碗表面和擠氣面，所述擠氣面具有沿著徑向方向相距所述縱向軸線第一距離安置的內(nèi)邊緣，所述徑向方向與所述縱向軸線垂直。所述燃燒碗表面包括:從所述活塞的縱向軸線徑向向外延伸的平面型表面;沿徑向方向安置在所述平面型表面外側(cè)的第一凹形表面，該第一凹形表面具有第一曲率半徑；以及安置在所述第一凹形表面和所述擠氣面之間的截頭圓錐形表面，所述截頭圓錐形表面面向所述縱向軸線，該截頭圓錐形表面的直徑沿從所述第一凹形表面朝所述擠氣面延伸出去的所述縱向軸線的方向減小。
[0009]在另一方面，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，所述活塞包括冠部和上表面，所述冠部具有定心于所述活塞的縱向軸線上的至少一個(gè)圓柱形表面，所述至少一個(gè)圓柱形表面的直徑限定所述活塞的外徑，所述冠部在其中限定油道，所述上表面配置為至少部分地面向所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋。所述上表面包括:限定燃燒碗容積的燃燒碗表面和擠氣面，所述擠氣面具有沿著徑向方向相距所述縱向軸線第一距離安置的內(nèi)邊緣，所述徑向方向與所述縱向軸線垂直。所述燃燒碗表面包括:具有第一曲率半徑的第一凹形表面；以及沿徑向方向安置在所述第一凹形表面外側(cè)的第二凹形表面，該第二凹形表面具有第二曲率半徑，第二曲率半徑小于所述第一曲率半徑。所述油道通過(guò)壁與所述燃燒碗容積分開；該壁的第一面至少部分地由所述第二凹形表面限定，該壁的第二面至少部分地限定所述油道;所述壁的第二面與所述壁的第一面相對(duì)。
[0010]在另一方面，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，所述活塞包括冠部和上表面，所述冠部具有至少一個(gè)圓柱形表面，至少一個(gè)圓柱形表面定心于所述活塞的縱向軸線上，所述至少一個(gè)圓柱形表面的直徑限定所述活塞的外徑，所述冠部在其中限定油道，所述上表面配置為至少部分地面向所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋。所述上表面包括:限定燃燒碗容積的燃燒碗表面和擠氣面，所述擠氣面具有沿著徑向方向相距所述縱向軸線第一距離安置的內(nèi)邊緣，所述徑向方向與所述縱向軸線垂直。所述燃燒碗表面包括:具有第一曲率半徑的第一凹形表面；以及安置在所述第一凹形表面和所述擠氣面之間的截頭圓錐形表面，所述截頭圓錐形表面朝向所述縱向軸線，所述截頭圓錐形表面的直徑沿從所述第一凹形表面朝所述擠氣面延伸出去的所述縱向軸線的方向減小。所述油道通過(guò)壁與所述燃燒碗容積分開;所述壁的第一面至少部分地由所述第一凹形表面限定，所述壁的第二面至少部分地限定所述油道;所述壁的第二面與所述壁的第一面相對(duì)。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的活塞的側(cè)視圖。
[0012]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的活塞的俯視圖。
[0013]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的發(fā)動(dòng)機(jī)的橫截面示意圖。
[0014]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的圖2所示活塞沿剖面線4一4的橫截面圖。
[0015]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的圖2所示活塞沿剖面線4一4橫截面圖。
[0016]圖6示出了圖5中標(biāo)注為細(xì)節(jié)A的活塞的橫截面圖的一部分。
[0017]圖7示出了圖5中標(biāo)注為細(xì)節(jié)A的活塞的橫截面圖的一部分。
[0018]圖8示出了圖5中標(biāo)注為細(xì)節(jié)A的活塞的橫截面圖的一部分。
【具體實(shí)施方式】
[0019]應(yīng)理解，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的活塞100的側(cè)視圖，以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的活塞100的俯視圖。所述活塞100包括冠部102，且可包括裙部104。所述冠部102限定圍繞所述活塞100的周向周邊的周向環(huán)帶106。所述周向環(huán)帶106可包括兩個(gè)或更多個(gè)圓柱形表面108，所述圓柱形表面108在其之間限定至少一個(gè)周向環(huán)槽110。每一周向環(huán)槽110可配置為保持壓縮環(huán)、油環(huán)或其他本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的活塞環(huán)。
[0020]至少一個(gè)所述圓柱形表面108以所述活塞100的縱向軸線112定心。所述活塞100的徑向方向114垂直于所述縱向軸線112延伸，且所述活塞100的壓縮方向116沿所述縱向軸線112遠(yuǎn)離該活塞100的頂表面118延伸。周向方向120圍繞所述活塞100的周邊延伸并垂直于所述徑向方向114。
[0021]活塞100的外徑122可通過(guò)圓柱形表面108之一的直徑來(lái)限定。然而，應(yīng)理解，兩個(gè)或多個(gè)圓柱形表面108各自可具有不同的直徑或相同的直徑。頂表面118的外徑124可相對(duì)于壓縮方向116通過(guò)最上面的圓柱形表面126的直徑來(lái)限定。
[0022]活塞100的頂表面118從縱向軸線112延伸至頂表面118的外徑124。應(yīng)理解，活塞100的頂表面118可包括:在縱向軸線112與頂表面118的外徑124之間、沿縱向方向112、徑向方向114、周向方向120或其組合延伸的特征。
[0023]活塞100的頂表面118可包括擠氣面128和燃燒碗表面130。根據(jù)本發(fā)明的一方面，擠氣面128的至少部分和燃燒碗表面130的至少部分面向壓縮方向116。這里，面向壓縮方向116的表面可能表不垂直于該表面的矢量在壓縮方向116上具有分量。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，擠氣面128的整體面向壓縮方向116。例如，擠氣面128的內(nèi)徑132可通過(guò)擠氣面128的內(nèi)邊緣134來(lái)限定，并且在頂表面118的內(nèi)徑132與外徑124之間延伸的擠氣面128的整體可面向壓縮方向116。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，燃燒碗表面130的至少部分背對(duì)壓縮方向116。例如，安置在擠氣面128內(nèi)邊緣134與燃燒碗表面130直徑136之間的燃燒碗表面130的部分可