[发明专利]用于稳健的自燃的活塞

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月6日提交的美国临时申请61/472582的权益，其通过引入并入本文。

技术领域

本公开涉及在内燃发动机中的活塞。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息。因此，这些陈述不应被理解为构成对现有技术的承认。

火花点火（SI）发动机将空/燃混合物引入到每个气缸中，该混合物在压缩冲程中被压缩并且由火花塞点火。压燃发动机在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压燃料喷入燃烧气缸，燃料在被喷入后就开始燃烧。汽油发动机和柴油发动机两者的燃烧都包括由流体力学控制的预混火焰或者扩散火焰。

SI发动机能以各种不同的燃烧模式运行，包括均质充气SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机可被构造成在预定的速度/载荷运行条件下以均质充气压燃（HCCI）燃烧模式运行，该模式也被称为受控的自燃燃烧。HCCI燃烧模式包括由氧化化学控制的分布式的、无火焰的、自燃燃烧过程。以HCCI燃烧模式运行的发动机具有在进气门关闭时刻在成分、温度和残余废气方面优选均质的气缸充气。HCCI燃烧是分布式的通过运动受控的燃烧过程，其中发动机以稀空/燃混合物运行，即在化学当量空/燃点的贫侧运行，峰值燃烧温度相对低，从而产生低NOx排放物。均质的空/燃混合物最小化了形成烟和颗粒排放物的富区的发生。

以HCCI燃烧模式运行很大程度上依赖于燃烧室内的条件，在该模式中燃烧基于将充气压缩到在整个燃烧室内基本上一致的燃烧点而发生。如果在燃烧室内存在不足够的热量和/或压力，那么充气可能就不能开始燃烧或者可能缺火，从而导致不稳定的燃烧和/或燃烧效率的下降。如果在燃烧室内存在过量的热量和/或压力，那么充气可能在预期的燃烧始点之前就燃烧，从而导致错乱的燃烧和/或气缸中的鸣响。

发明内容

用于内燃发动机的活塞定位在发动机的气缸内。活塞包括在暴露给气缸的燃烧室的活塞面中的盘形凹陷，其提供了从活塞的名义顶部的凹部。这个凹陷包括位于活塞的名义顶部且紧邻活塞的外径的凹陷边界、顶点和连接顶点到凹陷边界的斜壁。

本发明还提供了如下方案：

方案1. 一种用于内燃发动机的活塞，所述活塞位于所述发动机的气缸内，所述活塞包括：

在活塞的暴露给气缸的燃烧室的表面中的盘形凹陷，从而提供从所述活塞的名义顶部的凹部，所述凹陷包括：

位于所述活塞的所述名义顶部的凹陷边界，其紧邻所述活塞的外径地定位；

所述凹陷的顶点；和

所述凹陷的斜壁，其连接所述顶点和所述凹陷边界。

方案2. 如方案1的活塞，其中所述斜壁包括从所述凹陷边界到所述顶点的直线轮廓。

方案3. 如方案2的活塞，其中所述斜壁包括从所述斜壁到所述顶点和所述凹部边界中的其中一个的圆滑过渡。

方案4. 如方案1的活塞，还包括在所述活塞的暴露给所述燃烧室的表面上的多个气门关闭机构。

方案5. 如方案1的活塞，其中所述盘形凹陷基本上覆盖了所述活塞的暴露给所述燃烧室的表面的全部。

方案6. 如方案1的活塞，还包括围绕所述活塞的暴露给所述燃烧室的表面的边沿；并且

其中所述边沿和所述盘形凹陷一起基本覆盖所述活塞的暴露给所述燃烧室的表面的全部。

方案7. 如方案1的活塞，还包括：

围绕所述活塞的所述表面的边沿；和

围绕所述活塞的所述表面的平坦边界区域；并且

其中所述边沿、所述平坦边界区域和所述盘形凹陷一起基本覆盖所述活塞的暴露给所述燃烧室的表面的全部。

方案8. 如方案1的活塞，其中所述顶点位于所述活塞的所述表面的几何中心。

方案9. 如方案1的活塞，其中所述顶点偏离于所述活塞的所述表面的几何中心。

方案10. 如方案1的活塞，其中所述顶点定位成紧邻所述气缸的火花塞。

方案11. 如方案10的活塞，其中基于所述顶点和所述火花塞的中心电极之间的期望空隙来定位所述顶点。

方案12. 如方案11的活塞，其中所述期望空隙是在3毫米和10毫米之间。

方案13. 如方案11的活塞，其中基于所述气缸的期望压缩比来定位所述活塞的名义顶部。

方案14. 如方案1的活塞，其中所述斜壁包括60度的最大倾斜角。