CN1302200C

CN1302200C - 燃烧室

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Publication number: CN1302200C
Application number: CNB028184750A
Authority: CN
Inventors: Z·刘; X·贵
Original assignee: International Engine Intellectual Property Co LLC
Current assignee: International Engine Intellectual Property Co LLC
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: JP2004536992A; EP1409858A4; CA2454719A1; KR20040021645A; MXPA04000642A; BR0211398A; CN1556894A; WO2003010423A1; EP1409858A1

Abstract

一诸用于柴油机的燃烧室组件，它包括一形成在活塞(10)顶部(12)的燃烧室(14)，该活塞(10)具有一中心轴线(16，18，518，524)，该燃烧室(14)具有形成一柱体的一中心部分，该中心部分至少部分地由一球体的一部分形成，该球体具有一半径，球心落在活塞中心轴线(16，18，518，524)上，且燃烧室(14)还具有多个具有在诸邻接的平滑表面之间平滑切线过渡的曲面，平滑表面包括一球形中心部分和至少一环形面，燃烧室(14)相对于燃烧室纵向轴线(16，216，316，416)对称。本发明还包括一具有前述燃烧室(14)的活塞(10)以及一形成燃烧室(14)用的方法。

Description

燃烧室

技术领域

本发明涉及一燃烧室，它设计用于一压缩点火(柴油机)的内燃机。更确切地说，本发明涉及一具有形成在其顶部的燃烧室的活塞。

发明背景

人们已进行多种尝试，以求在内燃机的燃烧室内产生用于空气和燃料进料的一理想的流型。必须考虑的效果包括但不限于提供产生足够的功率、发动机排气中夹带的NOx最小化以及发动机排气中夹带的烟尘微粒量最小化。

众所周知，发动机设计/操作的多种变量，诸如发动机压缩比、燃烧室形状、燃料注入喷流形式和其他的变量，其任一变量的改变会对排放和产生的功率有影响。

发动机排气中排出的烟尘量不雅观，由此产生公众压力要求清除柴油发动机。此外，夹带在发动机润滑油内的烟尘量可对发动机可靠性具有有害作用。烟尘非常会引起磨蚀，从而可造成发动机的高度磨损。

此外，还有大量的压力要求减少发动机的NOx排放。日益严格的管理规章要求不断颁布了法令以减少NOx的水平。通常地，已找到一种燃烧室设计能有效地减少NOx水平而却增加了烟尘水平，反之亦然。此外，作任一项前述的内容一般会减少发动机转矩和功率输出。

有许多形成在活塞顶部的燃烧室的实例。尽管有这些现有技术的设计，但人们仍持有这样的需求：既能减少NOx又能减少夹带的烟尘，而且同时保持或提高发动机转矩和功率输出。

发明概要

本发明的活塞基本上满足上述的工业需求。形成在活塞顶上的燃烧室已显示出减少烟尘夹带物和Nox的排放，与此同时略微地增加发动机功率输出。活塞已表明有效地用于带有两个或更多个阀门的气缸头。本发明燃烧室的另一优点是：燃烧室相对于活塞的中心轴线对称，燃烧室相对容易地在活塞的顶部形成。

本发明是一种用于柴油机的燃烧室组件，它包括一形成在活塞顶部的燃烧室，活塞具有一中心轴线，该燃烧室具有形成一柱体的一中心部分，中心部分至少部分地由一球体的一部分形成，该球体具有一半径，球心落在活塞中心轴线上，且燃烧室还具有多个具有在邻接平滑表面之间平滑切线过渡的曲面，平滑表面包括球形中心部分和至少一环形面，燃烧室相对于燃烧室纵向轴线对称。本发明还包括一具有前述燃烧室组件的活塞以及形成前述燃烧室的方法。

附图的简要说明

图1是本发明的活塞的截面图；

图2是现有技术活塞和燃烧室的功率与本发明的活塞和燃烧室的功率的比较的图示；

图3是由现有技术活塞和燃烧室产生的NOx和本发明的活塞和燃烧室产生的NOx的比较的图示；

图4是由现有技术活塞和燃烧室产生的烟尘和本发明的活塞和燃烧室产生的烟尘的比较的图示；

图5是本发明的第二实施例的活塞的截面图；

图6是现有技术活塞和燃烧室的功率与本发明第二实施例的活塞和燃烧室的功率的比较的图示；

图7是由现有技术活塞和燃烧室产生的NOx和本发明第二实施例的活塞和燃烧室产生的NOx的比较的图示；

图8是由现有技术活塞和燃烧室产生的烟尘和本发明第二实施例的活塞和燃烧室产生的烟尘的比较的图示；

图9是本发明的第三实施例的活塞的截面图；

图10是由现有技术活塞和燃烧室产生的NOx和本发明第三实施例的活塞和燃烧室产生的NOx的比较的图示；

图11是由现有技术活塞和燃烧室产生的烟尘和本发明第三实施例的活塞和燃烧室产生的烟尘的比较的图示；

图12是本发明的第四实施例的活塞和燃烧室的截面图；

图13是对于现有技术发动机经验数据的曲柄角的压力B0(同一发动机的一种模拟以体现模拟有效性)，与一带有本发明的第四实施例的活塞和燃烧室的发动机的模拟B44a的图示；

图14是由现有技术B0活塞和燃烧室产生的NOx和本发明第四实施例B44a的活塞和燃烧室产生的NOx的比较的图示；

图15是由现有技术B0活塞和燃烧室产生的烟尘和本发明第四实施例B44a的活塞和燃烧室产生的烟尘的比较的图示；

图16是本发明的第五实施例的活塞和燃烧室的截面图；

图17是对于现有技术发动机经验数据的曲柄角产生的Nox的B0(同一发动机的一种模拟B0以体现模拟有效性，基本上重叠经验数据)，与一带有本发明的第五实施例的活塞和燃烧室的发动机的模拟的B27的图示；以及

图18是由现有技术B0活塞和燃烧室产生的烟尘和本发明第五实施例B27的活塞和燃烧室产生的烟尘的比较的图示。

附图的详细说明

第一实施例

本发明的活塞在图1中通常以标号″10″示出。活塞10的顶部12部分形成活塞10的顶部边距。本发明的燃烧室14形成在顶12内。应该注意到：燃烧室14相对于纵向轴线16对称，且纵向轴线16与活塞10的中心轴线重合。下面将描述的各种半径(R)、直径(D)和高度(H)在图1的描绘中清晰地示出。

本发明的活塞10主要地设计用于重型柴油机，但也适用于较轻型柴油机。活塞10可使用2阀或多阀的头。理想的是，燃料在接近活塞中心处喷出，且喷射图案沿径向对称。在一较佳的实施例中，喷射器喷射出一燃料喷雾流，它具有6股相对轴线16等角度地排出的细喷雾流。

形成在活塞10的顶12内的燃烧室14由包括球面和环形面的曲面组成。球面由半径RS表示，且环形面由半径R表示。燃烧室14没有平的表面。在形成燃烧室14的各种曲面之间有一平滑的、切线的过渡，下面将更详细地描述。

通常，燃烧室14由两球面RS1和RS2组成，球面RS1形成一中心球柱17。两球面RS1和RS2由在燃烧室14底部的环形面R1连接。球面RS2由两环形面R2、R3过渡到活塞顶部12，环形面具有相对小的弯曲，且与顶部12形成一凹腔连接。直径尺寸以D示出，而高度尺寸以H示出。

已有许多控制燃烧室14几何形状的参数，由此，可控制柴油机燃烧性能以及NOx和烟尘的排放。由半径RS1形成的一部分球面位于燃烧室14的中心空间(中心部分)。球面RS1的球心18位于活塞10的中心轴线16上。球面RS1的球心18和轴线16与燃烧室14的底表面20的交点之间的距离等于或大于0，并应小于0.25D2。如图1所描述，球心18在燃烧室14的轴线16和燃烧室14的底表面20的交点22上。换言之，球心18与交点22重合。这是球心18在燃烧室14的轴线16与燃烧室的底表面20的交点22上的较佳的部署，但在球心1与和交点22之间也可有一垂直的高度距离。

具有半径RS2的第二球面位于第一(中心部分)球面RS1的外侧，并部分形成燃烧室14的一外部边距(outer margin)。外部边距球面RS2具有一在中心轴线16上的球心23。中心部分球面RS1与外部边距球面RS2的对应的两个球心22，23之间的距离等于或大于0.0且小于±2(R1)。较佳地，所述的距离为零，两球心22，23同心，且较佳地位于燃烧室14的中心轴线16和底表面20的交点。应该注意到：当球心23相对于球心22提升时距离值是正的，图1示出一正的距离H1。此外，RS2/RS1的比值等于或大于1.0，并小于3.0。RS2/RS1较佳地约为2.0，尤其是2.073。

以下的比值限定燃烧室14的某几个参数。

a.RS1/D2的比值大于0.10，并小于0.45，且较佳地为0.253。

b.D2/D1的比值大于0.45，并小于0.85，且较佳地为0.619。

c.D3/D2的比值大于0.75，并小于0.95，且较佳地为0.849。

d.H/D2的比值大于0.15，并小于0.45，且较佳地为0.337。

e.R1/D2的比值大于0.11，并小于0.45，且较佳地为0.136。

f.R2/D2的比值大于0.0，并小于0.35，且较佳地为0.11。

g.R3/D2的比值大于0.0，并小于0.2，且较佳地为0.14。

如前所述的燃烧室14由球面和环形面结合组成。应该注意到，RS1与R1之间的过渡是平滑的和切线的，R1与RS2之间的过渡是平滑的和切线的，RS2与R2之间过渡是平滑的和切线的，以及R2与R3之间的过渡是平滑的和切线的。因此，没有平的表面来形成燃烧室14。如前所述的曲线和平滑过渡促使燃烧室14内的平稳流动，并用来减少在燃烧室14内的热载荷。此外，燃烧室14相对于轴线16对称。因此，与形成在一活塞内的一不对称的燃烧室相比，远较容易地转动(turn)燃烧室14。

还应该认识到：半径R2、R3在与顶12相交处形成一凹腔燃烧室14，显然不同于一些现有技术描述的开口的燃烧室。

在图2-4中示出燃烧性能的改进和污染物排放的减少。参照图2，功率输出是每一曲线之下的区域。一已知的燃烧室的一第一实际的实验以曲线24示出。接近曲线24的峰值，已知的燃烧室的模拟轨迹导致曲线24紧密地与曲线24重叠。紧密地与曲线24重叠的轨迹26证实了模拟的正确性。接着，该相同的模拟用于模拟燃烧室14的性能。燃烧室14的模拟以曲线28示出。应该注意到：在曲线28下方的区域比曲线24下方的区域略大，说明从燃烧室14的输出比已知的燃烧室的功率输出略大。

图3示出一已知燃烧室产生的NOx(如线26所示)以及本发明的燃烧室14产生的NOx的模拟结果(如线28所示)。应该注意到：本发明的燃烧室14所产生的NOx明显地小于线6所示的已知燃烧室产生的NOx。

图4示出一已知的燃烧室产生的模拟的烟尘(如线26所示)与本发明的燃烧室14产生的模拟的烟尘(如线28所示)的比较。应该注意到：本发明的燃烧室14所产生的烟尘明显地小于已知燃烧室产生的烟尘。应该明显地注意到：参照图2-4，燃烧室14与已知的燃烧室相比，其导致功率输出增加且同时减少了燃烧室产生的NOx和烟尘。

第二实施例

本发明的活塞在图5中通常以标号″210″示出。活塞210的顶212部分形成活塞210的顶部边距。本发明的燃烧室214形成在顶部212内。应该注意到：燃烧室214相对于纵向轴线216对称，且纵向轴线216与活塞210的中心轴线重合。下面将描述的各种半径(R)、直径(D)和高度(H)在图5的描绘中清晰地示出。

本发明的活塞210主要地设计用于重型柴油机，但也适用于较轻型柴油机。活塞210可使用2阀或多阀的头。理想的是燃料在接近活塞中心处喷出，且喷射图案沿径向对称。在一较佳的实施例中，喷射器喷射出一燃料喷雾流，它具有6股相对轴线216等角度地排出的细喷雾流。

形成在活塞210的顶部212内的燃烧室214由包括球面和环形面的曲面组成。燃烧室214没有平的表面。在形成燃烧室214的各种曲面之间有一平滑的、切线的过渡，下面将更详细地描述。

已有许多控制燃烧室214几何形状的参数，由此，能控制柴油机燃烧性能以及NOx和烟尘的排放。由半径R1形成的一部分球面位于燃烧室214的中心空间，并形成一中心球柱217。球面R1的球心218位于活塞210的中心轴线216上。球面R1的球心218与轴线216与燃烧室214的底表面220的交点之间的距离等于或大于0，并应小于0.2D。如图5所描述，球心218在燃烧室214的轴线216和燃烧室214的底表面220的交点222上。换言之，球心218与交点222重合。这是球心218在燃烧室214的轴线216与燃烧室的底表面220的交点222上的较佳的部署，但在球心218与交点222之间也可有一垂直的高度距离。

以下的比值限定燃烧室214的某几个参数。

a.D1/D的比值大于0.49，并小于0.81，且较佳地为0.6065。

b.D2/D1的比值大于0.81，并小于0.99，且较佳地为0.908。

c.H1/D1的比值大于0.17，并小于0.47，且较佳地为0.344。

d.H2/H1的比值大于0.05，并小于0.45，且较佳地为0.253。

e.R1/D1的比值大于0.13，并小于0.43，且较佳地为0.257。

f.R2/D1的比值大于0.09，并小于0.25，且较佳地为0.133。

g.R3/D1的比值大于0.17，并小于0.55，且较佳地为0.36。

h.R4/D1的比值大于0.08，并小于0.33，且较佳地为0.142。

i.R5/D1的比值大于0.01，并小于0.02，且较佳地为0.14。

如前所述的燃烧室214由球面和环形面结合组成。球面R1由半径R1形成。环形面由半径R2-R5形成。应该注意到：球面R1与环形面R2之间的过渡是平滑的和切线的，环形面R2与环形面R3之间的过渡是平滑的和切线的，环形面R3与环形面R4之间过渡是平滑的和切线的，以及环形面R4与环形面R5之间的过渡是平滑的和切线的。因此，没有平的表面来形成燃烧室214。如前所述的曲线和平滑过渡促使燃烧室214内的平稳流动，并用来减少在燃烧室214内的热载荷。此外，燃烧室214相对于轴线216对称。因此，与形成在一活塞内的一不对称的燃烧室相比，远较容易地转动燃烧室214。

还应该认识到：面R3-R5形成一凹腔燃烧室214，明显不同于现有技术描述的开口的燃烧室。

在图6-8中示出了燃烧性能的改进和污染物排放的减少。参照图6，功率输出是每一曲线之下的区域。一已知的燃烧室的一第一实际的实验以曲线224示出。接近曲线224的峰值，已知的燃烧室的模拟轨迹产生曲线224紧密地与曲线224重叠。紧密地与曲线224重叠的轨迹226证实了模拟的正确性。接着，该相同的模拟用于模拟燃烧室214的性能。燃烧室214的模拟以曲线228示出。应该注意到：在曲线228下方的区域比曲线224下方的区域略大，说明从燃烧室214的输出比已知的燃烧室的功率输出略大。

图7示出一已知燃烧室产生的NOx(如线226所示)以及本发明的燃烧室214产生的NOx的模拟结果(如线228所示)。应该注意到：本发明的燃烧室214所产生的NOx明显地小于线226所示的已知燃烧室产生的NOx。

图8示出一已知的燃烧室产生的模拟的烟尘(如线226所示)与本发明的燃烧室214产生的模拟的烟尘(如线228所示)的比较。应该注意到：本发明的燃烧室214所产生的烟尘明显地小于已知燃烧室产生的烟尘。应该明显地注意到：参照图6-8，燃烧室214与已知的燃烧室相比，它导致功率输出增加且同时减少燃烧室产生的NOx和烟尘。

第三实施例

本发明的活塞和本发明的燃烧室在图9中通常以标号″310″，″314″示出。通常，活塞310具有一中心定位的对称的朝上的凹穴，它用来形成在柴油机的汽缸内燃烧皿的一主要部分，发动机具有一用于形成一燃料喷射流的燃料喷射器。活塞310可使用2阀或多阀的头。理想的是燃料在接近活塞310中心处喷出，且喷射图案沿径向对称。在一较佳的实施例中，喷射器喷射出一燃料喷雾流，它具有6股相对轴线316等角度地排出的细喷雾流。带有燃烧室314的活塞310有效减少了诸如NOx和烟尘的柴油机污染物排放。活塞310较佳地适用于重型和中型柴油机。

活塞310的顶部312部分形成活塞310的顶部边距。本发明的燃烧室314形成在顶部312内。应该注意到：燃烧室314相对于室的纵向轴线316对称，且纵向轴线316与活塞310的中心轴线重合。下面将描述的各种半径(R)、直径(D)和高度(H)在图9的描绘中清晰地示出。

形成在活塞310的顶部312内的燃烧室314由包括球面和环形面的曲面组成。球面由半径RS表示，且可能是环形面的曲面由半径R指示。燃烧室314没有平的表面。在形成燃烧室314的各种曲面之间有一平滑的，一般为切线的过渡，下面将更详细地描述。

通常，燃烧室314由两球面RS1和RS2组成，RS1形成一凸球面，且RS2形成一凹球面。球面RS1形成在形成一中心短柱317的燃烧室314的中心，同时球面RS2在球面RS1外面沿径向形成。两球面RS1和RS2由在燃烧室314底部具有半径R2的一小的环形面连接。燃烧室侧壁由一具有R1半径的曲环形面形成。侧壁曲面R1由一具有半径R3的曲面连接至球面RS2。侧壁曲面R1借助于一小的曲面(诸如，R4)过渡至与顶部312相交的交点。

已有许多控制燃烧室314几何形状的参数，由此，能控制柴油机燃烧性能以及NOx和烟尘的排放。由半径RS1形成的凸球面RS1位于燃烧室14的中心底空间(中心部分)。球面RS1的球心318位于较佳地与活塞310的纵向轴线重合的燃烧室纵向轴线316上。球面RS1的球心318和轴线316与燃烧室314的底表面320的交点之间的距离等于或大于0(如图9中所示，从球心向上测量的距离为正值)，并应小于0.3D1(D1为活塞310的直径)。所述的距离较佳地为零，其中，球心318与底表面320和轴线16的交点322重合。

具有直径RS2的凹球面使其球心324在轴线316上，且如图9所示，在活塞310的上方。球面RS2的球心324与底表面320和轴线316的交点322之间的距离等于或大于1.0D1，并小于8.0D1，且较佳地为2.5D1(如图9所示，从底表面320和轴线316的交点向上测量的距离为正值)。

以下的比值限定了燃烧室314的某几个参数，D2为燃烧室314的最大直径，D3为燃烧室314在与顶312的交点处的直径，H1为燃烧室314的最大高度，以及H2为从凸球面RS1的顶点至顶312的高度。

a.RS1/D2的比值大于0.11，并小于0.44，且较佳地为0.245。

b.RS2/D2的比值大于1.5，并小于30.0，且较佳地为3.432。

c.D2/D1的比值大于0.42，并小于0.88，且较佳地为0.635。

d.D3/D2的比值大于0.7，并小于0.995，且较佳地为0.832。

e.H1/D2的比值大于0.13，并小于0.49，且较佳地为0.318。

f.H2/D2的比值大于0.005，并小于0.49，且较佳地为0.073。

g.R1/D2的比值大于0.11，并小于0.65，且较佳地为0.412。

h.R2/D2的比值大于0.01，并小于0.33，且较佳地为0.068。

i.R3/D2的比值大于0.01，并小于0.33，且较佳地为0.068。

如前所述的燃烧室314的曲线和平滑过渡促使燃烧室314内的平稳流动，并用来减少在燃烧室314内的热载荷。此外，燃烧室314相对于轴线316对称。因此，与形成在一活塞内的一不对称的燃烧室相比，远较容易地转动燃烧室314。

在图10和图11中示出燃烧性能的改进和污染物排放的减少。图10示出一已知燃烧室产生的NOx(如线328所示)以及本发明的燃烧室314产生的NOx的模拟结果(如线330所示)。应该注意到：本发明的燃烧室314所产生的NOx(线330)明显地小于线328所示的已知燃烧室产生的NOx。

图11示出一已知的燃烧室产生的模拟的烟尘(如线328所示)与本发明的燃烧室314产生的模拟的烟尘(如线330所示)的比较。应该注意到：本发明的燃烧室314所产生的烟尘(线330)明显地小于已知燃烧室产生的烟尘(线328)。

第四实施例

本发明的活塞和燃烧室在图12中通常各自地以标号″410″，″414″示出。通常，活塞410具有一中心定位的对称的朝上的凹穴，它用来形成在柴油机的汽缸内一完整的燃烧室的一部分。燃烧室414形成在活塞410的顶部412内。发动机具有一用于形成相对燃烧室414的一燃料喷射流的燃料喷射器。活塞410可使用2阀或多阀的头。理想的是燃料在接近活塞410中心处喷出，且喷射图案相对于轴线416沿径向对称。活塞410有效减少了诸如NOx和烟尘的柴油机污染物排放(如图14和15的曲线所示)。活塞410较佳地适用于重型和中型柴油机。

活塞410的顶部412部分形成活塞410的顶部边距。本发明的燃烧室414形成在顶部412内。应该注意到：燃烧室414相对于燃烧室纵向轴线416对称，且纵向轴线416与活塞410的中心轴线较佳地重合。下面将描述的各种半径(R)、直径(D)和高度(H)在图12的描绘中清晰地示出。RS表示球面半径，且环形面由半径R指示。

活塞410的燃烧室414由包括球面和环形面的曲面组成。燃烧室414没有平的表面。在形成燃烧室414的各种曲面之间有一平滑的，一般为切线的过渡，下面将更详细地描述。

通常地，燃烧室414由三个参数的四个组合组成，如图12所示，它们包括：

(1)直径组(group)；

(2)球形组；

(3)高度组；以及

(4)环形组。

直径组包括三个直径参数，其中，D1是活塞410的直径，D2是燃烧室414的直径，以及D3是燃烧室414与顶412相交的燃烧室414的凹腔的直径。球形组包括分别具有半径RS1、RS2和RS3的三个球面。高度组包括三个高度参数，其中，H1是燃烧室414的深度，H2是活塞顶部412和凸球面RS1的顶点之间的距离，以及H3是燃烧室414的凹腔的厚度。环形组包括分别包括半径R1、R2和R3的三个环形面。

凸球面RS1位于形成一中心短柱417的燃烧室414底部的中心处。两球面RS2和RS3分别形成燃烧室414的侧壁。两球面RS1和RS2由环形面R1连接。环形面R1形成燃烧室414的底部。两球形面RS2和RS3由一小的环形面R2连接，因此，在两球面RS2与RS3之间形成一平滑的过渡。球面RS3借助于一小的环形面R3过渡到顶部412。三个球面RS1、RS2和RS3的中心都位于燃烧室纵向轴线416上，形成燃烧室414的中心线。

以下诸参数的相互关系控制了燃烧室14的几何形状以及使用活塞410和燃烧室414的柴油机的排放结果。

a.D2/D1的比值大于0.43，并小于0.83，且较佳地为0.631。

b.D3/D2的比值大于0.68，并小于0.998，且较佳地为0.883。

c.RS1/D1的比值大于0.08，并小于0.38，且较佳地为0.181。

d.RS2/D2的比值大于0.16，并小于0.56，且较佳地为0.364。

e.RS3/D1的比值大于0.18，并小于0.48，且较佳地为0.282。

f.H1/D2的比值大于0.12，并小于0.52，且较佳地为0.321。

g.H2/D1的比值大于0.006，并小于0.256，且较佳地为0.056。

h.H3/D1的比值大于0.01，并小于0.45，且较佳地为0.05。

i.R1/D1的比值大于0.02，并小于0.28，且较佳地为0.081。

j.R2/D1的比值等于或大于0，并小于0.31，且较佳地为0.017。

k.R3/D1的比值等于或大于0，并小于0.31，且较佳地为0.009。

如前所述的燃烧室414的曲线和平滑过渡促使燃烧室414内的平稳流动，并用来减少在燃烧室414内的热载荷。此外，燃烧室414相对于轴线416对称。因此，与形成在一活塞内的一不对称的燃烧室相比，远较容易地转动燃烧室414。

图13示出由汽缸内压力指示的燃烧性能的比较，其中，压力曲线下方的区域代表一柴油机的功率输出。应该认识到：在图13，14和15中，现有技术发动机的模拟结果和现有技术发动机的实验结果基本一致，说明了模拟的准确性。回到图13中，本发明的压力曲线B44a比现有技术发动机的压力曲线B0略大，这说明本发明发动机的性能比现有技术发动机的性能略好，本发明的功率输出比现有技术发动机略大。

在图14和图15中示出燃烧性能的改进和污染物排放的减少。图14示出了一已知燃烧室产生的NOx(如线B0所示)以及本发明的燃烧室414产生的NOx的模拟结果(如线B44a所示)。应该注意到：本发明的燃烧室414所产生的NOx明显地小于线B0所示的已知燃烧室产生的NOx。

图15示出一已知的燃烧室产生的模拟的烟尘(如线B0所示)与本发明的燃烧室414产生的模拟的烟尘(如线B44a所示)的比较。应该注意到：本发明的燃烧室414所产生的烟尘(线B44a)明显地小于已知燃烧室产生的烟尘(线B0)。

第五实施例

本发明的活塞和燃烧室在图16中通常各自地以标号″510″，″512″示出。通常，活塞510具有一中心定位的对称的朝上的凹穴，它用来形成在柴油机的汽缸内的燃烧室的一部分。燃烧室512形成在活塞510的顶部512内。发动机具有用于形成相对燃烧室512一燃料喷射流的燃料喷射器。活塞510可使用2阀或多阀的头。活塞510有效减少了诸如NOx和烟尘的柴油机污染物排放，如图17和18的图示所示。活塞510较佳地适用于重型和中型柴油机。

活塞510具有一对称的朝上开口燃烧室512，它用来形成在柴油机的汽缸内一完整的燃烧室的一主要部分，发动机具有一用于形成一燃料喷射流的燃料喷射器，以便减少诸如NOx和烟尘的柴油机污染物排放而不损害燃料经济性和功率输出。

燃烧室512位于柴油机的活塞顶部514内，且主要地包括一组球面，如图16所示。使同中心516位于燃烧室轴线518上的两球面RS1和RS2形成燃烧室512的主要部分。内球面RS1位于燃烧室512的中心底部，以形成一短柱520，且具有一RS1的半径。外球面RS2形成燃烧室512的侧壁的下部，并具有一RS2的半径。具有RS3半径的一第三球面RS3形成燃烧室512的外部底部边距。具有RS4半径的一第四球面RS4形成燃烧室512的侧壁的较高部分。

四个小的环形面R1-R4作为邻近球面之间过渡面和与顶部514的连接。内球面RS1和外底部球面RS3由具有R1半径的一环形面连接。下侧壁球面RS2和外底部球面RS3由具有R2半径的一环形面连接。下侧壁球面RS2和上侧壁球面RS4由具有半径R3的一环形面连接。较高侧壁球面RS4通过具有半径R4的一小的环形面R4过渡至或再接入活塞顶部514。

球面RS1和RS2的球心彼此重合，就是说，它们具有一共同中心516，且该共同中心516位于燃烧室512的中心轴线518上。球面RS1和RS2的共同中心516与燃烧室轴线518和燃烧室底表面522交点之间的距离等于或大于0，且小于0.28D1，D1为活塞的直径，且较佳地为0.073D1。球面RS3的球心位于燃烧室的中心轴线518上，且球面RS3的球心与燃烧室轴线518和燃烧室512的底表面522的交点之间的距离大于0.75D1，并小于3.0D1，且较佳地为2.178D1。球面RS4的球心位于燃烧室512的中心轴线518上，且球面RS4的球心与燃烧室轴线518和活塞510的顶514的交点之间的距离等于H3。H3/D1的比值大于0.02，并小于0.42，且较佳地为0.051。

燃烧室512的中心轴线518可与活塞510的中心轴线524重合，或具有一偏移量，就是说，燃烧室512的中心轴线518与活塞510的中心轴线524之间的距离H4等于或大于0，并小于0.1D1，且较佳地为0。较佳地，轴线518和524重合。

诸参数的其他的关系也控制了燃烧室的几何形状以及柴油机的燃烧性能和柴油机内的排放物，如以下所列：

1.D2/D1的比值大于0.43，并小于0.83，且较佳地为0.637，D2为燃烧室的最大直径。

2.D3/D1的比值大于0.33，并小于0.83，且较佳地为0.548，D3为燃烧室的最小直径。

3.RS1/D1的比值大于0.05，并小于0.35，且较佳地为0.18。

4.RS2/D1的比值大于0.23，并小于0.53，且较佳地为0.334。

5.RS3/D1的比值大于1.18，并小于4.18，且较佳地为2.18。

6.RS4/D1的比值大于0.18，并小于0.38，且较佳地为0.28。

7.H1/D1的比值大于0.1，并小于0.4，且较佳地为0.2，H1为燃烧室的深度。

8.H2/D1的比值大于0.04，并小于0.24，且较佳地为0.144，H2为活塞的高度。

9.环形面R1的半径等于环形面R2的半径。R1/D1和R2/D1的比值都大于0.03，并小于0.25，且较佳地为0.051。

10.环形面R3和R4的半径非常小。因此，R3/D1和R4/D1的比值都大于0，并小于0.1。

如前所述的燃烧室512的曲线和平滑过渡促使燃烧室512内的平稳流动，并用来减少在燃烧室512内的热载荷。此外，燃烧室512较佳地相对于活塞轴线524对称，但可偏移如图16所示的距离H4。因此，与形成在一活塞内的一不对称的燃烧室相比，远较容易地转动(形成)燃烧室512。

应该认识到：在图17和18中，现有技术发动机的模拟结果和现有技术发动机的实验结果基本一致(经验轨迹和模拟轨迹，B0和B0基本重合)，说明了模拟的准确性。在图17和图18中示出燃烧性能的改进和污染物排放的减少。图17示出一已知燃烧室产生的NOx(如线B0所示)以及本发明的燃烧室512产生的NOx的模拟结果(如线B27所示)。应该注意到：本发明的燃烧室512所产生的NOx明显地小于线B0所示的已知燃烧室产生的NOx。

图18示出一已知的燃烧室产生的模拟的烟尘(如线B0所示)与本发明的燃烧室512产生的模拟的烟尘(如线B27所示)的比较。应该注意到：燃烧室512所产生的烟尘(线B27)明显地小于已知燃烧室产生的烟尘(线B0)。

显然，本技术领域内的那些熟练人士会认识到，除了在此描述的实施例之外，在本申请的范围和宽度内还可指出其它各种实施例。因此，本申请人意图仅由附后的权利要求书予以限定。

Claims

1.一种用于柴油机内的具有燃烧室的活塞包括：

一形成在一活塞顶部的燃烧室，该活塞具有一中心轴线，该燃烧室具有一侧壁面和形成一柱体的一中心部分，该中心部分至少部分地由一球体的一部分形成，该球体具有一半径，球心落在活塞中心轴线上，该侧壁面由连接至底表面的一球面形成；燃烧室还具有若干在诸邻接的平滑表面之间的平滑切线过渡，平滑表面包括球形中心部分和侧壁面，燃烧室相对于燃烧室纵向轴线对称。

2.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，中心部分球面的球心位于燃烧室的底表面或位于燃烧室的底表面的下方。

3.如权利要求2所述的活塞，其特征在于，中心部分球面的球心与底表面和活塞中心轴线的交点重合。

4.如权利要求1，2和3中任一项所述的活塞，其特征在于，所述燃烧室没有平的表面。

5.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，一曲面形成一与活塞顶部接界的凹形面。

6.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，燃烧室的底表面由一与柱体结合的球面形成。

7.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，燃烧室的底表面由一与柱体结合的环形面形成。

8.一种形成一用于柴油机内的燃烧室的方法，它包括：

在一活塞顶部形成一燃烧室，该活塞具有一中心轴线；

形成一具有一燃烧室中心部分的柱体；中心部分至少部分地由一球体的一部分形成，该球体具有一半径；

使球心设置在活塞的中心轴线上；

用连接至底表面的球面形成燃烧室的一侧壁面，并还在诸邻接的平滑表面之间设置若干平滑切线过渡，平滑表面包括球形中心部分和侧壁面；以及

使燃烧室相对于燃烧室纵向轴线对称地设置。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括设置中心部分球面的球心，该球心在燃烧室的底平面内或位于燃烧室底平面下方。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括设置中心部分球面的球心，该球心与底平面和活塞中心轴线的交点重合。

11.如权利要求8，9，10中的任何一项所述的方法，其特征在于，包括形成的燃烧室没有平的表面。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括用一曲面形成一与活塞顶部接界的凹形面。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括由一与柱体结合的球面形成燃烧室的一底表面。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括由一与柱体结合的环形面形成燃烧室的一底表面。