[发明专利]具有用于减慢燃烧气体流动的阀套台阶的内燃机的活塞

说明书

一种用于内燃机的活塞包括多个形成在活塞边沿中的阀套，该阀套形成穿过活塞边沿的流体流动路径。每个阀套包括突出套底板的中心台阶，以限制穿过该套的流体流动区域和从燃烧碗朝向气缸衬套的减慢的燃烧气体流动，从而减少其上的发动机油膜的位移。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于内燃机的活塞，并且更具体地涉及经构造减慢燃烧气体从燃烧碗流向气缸衬套的活塞边沿中的阀套。

背景技术

在内燃机领域中已知多种操作策略和部件几何形状。数十年来，工程师们一直在实验以不同的方式操作燃料供给、排气、进气和其他发动机系统，以及改变发动机部件的形状和比例以达到各种目的。这种实验背后的动机之一是在减少发动机排气中的某些排放物和优化效率的经常竞争的利益之间取得平衡。燃料和空气在内燃机中燃烧产生排气包括各种化合物，例如烟炱、灰烬、未燃烧的烃、水、二氧化碳和一氧化碳以及其他有机和无机物质。

某些内燃机配置试图在发动机循环期间的各个点处严格地控制部件之间的功能和空间关系。例如，当活塞位于发动机循环中的上止点位置处时，总体上称为“挤压”的体积在活塞边沿的顶面与发动机盖的炉膛表面之间延伸。由于各种原因，发动机中的挤压体积宜非常小。由于活塞可以接近上止点位置处的发动机阀，并且在一些情况下，通过设计或以其他方式，存在与上止点位置处的发动机阀碰撞的风险，因此一些活塞在活塞边沿中形成有阀套。阀套可以容纳在活塞的上止点位置打开或部分打开的发动机阀，而没有实际碰撞的危风险。由于阀套的存在与否以及特定的阀套配置会影响例如几何压缩比和挤压体积等因素，因此围绕或影响阀套几何形状的活塞设计的变化有时会对发动机性能或排放产生巨大的影响，或者这些影响可能无法预测。在Gladden等人的美国专利申请公开第2013/0319372A1号中提出了一种已知的具有阀套的活塞。

发明内容

在一方面，一种发动机包括气缸体，其具有定位在其中并且形成燃烧气缸的气缸衬套。该发动机进一步包括：气缸盖，其具有形成在其中的气体交换管道；以及燃料喷射器，其支撑在气缸盖中并且包括定位在燃烧气缸内的燃料喷雾孔。该发动机进一步包括发动机阀，其经支撑用于在气缸盖中往复运动并且从关闭位置至打开位置可移动以将气体交换管道流体连接至燃烧气缸。活塞定位在燃烧气缸中且在下止点位置与上止点位置之间可移动以将燃烧气缸中的流体压力增加到自燃阈值。该活塞包括活塞顶，其具有形成燃烧碗的碗表面以及定位在燃烧碗的径向向外并且围绕活塞中心轴线周向地延伸的活塞边沿。阀套形成在活塞边沿中并且经定位当发动机阀处于打开位置时接收发动机阀。该阀套形成了穿过活塞边沿的流体流动路径并且包括阀套底板，以及中心台阶，该中心台阶突出阀套底板并且定位在流体流动路径中以减慢燃烧气体从燃烧碗流向气缸衬套。

在另一方面，用于内燃机的活塞包括具有活塞裙的活塞主体和附接到活塞裙的活塞顶。该活塞顶具有形成燃烧碗的碗表面，以及定位在燃烧碗的径向向外并且围绕活塞中心轴线周向地延伸并且在燃烧碗与活塞顶外周表面之间径向地延伸的活塞边沿。在活塞边沿中形成多个阀套。该多个阀套形成了穿过活塞边沿的流体流动路径，并且每个阀套包括阀套底板、在燃烧碗与外周表面之间延伸的阀套壁，以及中心台阶。该中心台阶突出阀套底板以限制相应的流体流动路径的流体流动区域并且包括内台阶壁和外台阶壁，该外台阶壁与阀套壁以及与活塞顶外周表面间隔开。

在又一方面，用于内燃机中的活塞的活塞顶包括活塞顶主体，该活塞顶主体限定在第一活塞顶轴向端和包括燃烧面的第二活塞顶轴向端之间延伸的活塞中心轴线。该燃烧面包括形成燃烧碗的碗表面，以及定位在燃烧碗的径向向外并且围绕活塞中心轴线周向地延伸并且在燃烧碗与活塞顶外周表面之间径向地延伸的活塞边沿。在活塞边沿中形成多个阀套并且其围绕活塞中心轴线周向地分布，以在内燃机中接收多个发动机阀。该多个阀套形成了穿过活塞边沿的流体流动路径，并且每个阀套包括阀套底板，以及在燃烧碗与外周表面之间延伸的阀套壁。多个阀套中的至少一个进一步包括经构造限制相应的流体流动路径的流体流动区域的中心台阶。该中心台阶突出阀套底板并且包括相对于活塞边沿凹陷的台阶顶表面。该中心台阶进一步包括邻近燃烧碗的内台阶壁，和与阀套壁以及与活塞顶外周表面间隔开的外台阶壁。

附图说明