CN205135827U - 用于内燃机的活塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于内燃机的活塞，其包括形成有顶部和裙部的活塞主体。裙部包括孔，所述孔被布置成接纳用于将活塞连接至连杆上的活塞销。顶部形成由平坦顶表面围绕而成的碗部，该顶表面为环形。碗部和平坦顶表面沿着圆形边缘相交，该圆形边缘围绕碗部边沿。活塞还包括环形突起，该环形突起布置在碗部内部临近边沿。所述环形突起在横截面具有大致凸起的形状，所述大致凸起的形状由沿凸起顶点会合的上部向内延伸的表面和下部向内延伸的表面形成。本实用新型可包含和/或重新定向活塞内包含大质量的各种燃料以使其远离活塞壁和/或气缸壁，并且降低热消耗。

Description

用于内燃机的活塞

技术领域

本实用新型涉及在内燃机气缸孔内工作的活塞。

背景技术

内燃机包括通过连杆与曲轴相连的一个或多个活塞，并且该活塞通常被设置成在气缸体中形成的气缸孔内往复运动，这正如已知的那样。典型的活塞包括头部和裙部，头部在每个孔内至少部分地限定燃烧室，裙部通常包含销开口和用于连接到发动机连杆的其他支撑结构。通常，活塞被形成为具有大致杯形，其中活塞头形成基部，并且裙部被连接到基部并环绕活塞的封闭通道。在典型的应用中，运行期间在活塞的通道内提供来自发动机的润滑油，以对活塞的各个部分进行对流冷却和润滑。

典型的活塞头还包括圆柱形外壁，其具有在其中形成的一个或多个周向连续凹槽。这些凹槽典型地彼此平行地延伸，并且具有适当尺寸以将密封环容纳于其中。这些密封环在每个活塞和其运行时所处的气缸孔之间产生滑动密封。典型地，最靠近活塞裙部的凹槽容纳刮油环，该刮油环被布置成在活塞的下冲程期间刮擦粘附在气缸孔壁上的油。在活塞的下冲程之后可能仍然保持润湿孔壁的油会进入燃烧室，并且在发动机工作期间燃烧。

通常，活塞通过在发动机缸体中形成的孔内往复运动而工作，这产生能够对提供于其中的燃料/空气混合物形成压缩的可变容积。燃烧的燃料/空气混合物膨胀并推动活塞以增大该可变容积，从而产生动力。燃料可以被直接或间接提供到可变容积内，而空气和排气通过一个或多个进气阀和排气阀被提供到可变容积或从可变容积排出，其中该进气阀和排气阀选择性地将可变容积与进气收集器和排气收集器流体地连接。

用于构造发动机气缸壁、活塞、与可变容积相关联的各种阀、以及其他周围的发动机结构的材料经过选择，从而能够承受发动机运行期间存在的高温和高压。然而，总是期望提高这些和其他发动机部件的可靠性和使用寿命。

实用新型内容

本实用新型旨在改变包含大质量的燃料的流动方向，以影响燃烧室内的部件温度。

在一个方面，本实用新型描述了一种用于内燃机的活塞。该活塞包括形成顶部和裙部的活塞主体。裙部包括孔，该孔被布置成接纳将活塞连接到连杆上的活塞销。顶部形成由具有环形形状的平坦顶表面围绕的碗部。碗部和平坦顶表面沿着围绕该碗部边沿的圆形边缘相交。活塞还包括环形突起，该环形突起位于碗部内部邻近该边沿。环形突起在横截面具有大致凸起的形状，所述大致凸起的形状由沿凸起顶点会合的上部向内延伸的表面和下部向内延伸的表面形成.。

所述环形突起围绕所述碗部沿周向延伸。

所述环形突起沿所述碗部的径向向外的壁延伸。

所述环形突起设置在低于所述边沿的高度处。

所述上部向内延伸的表面为汇聚表面。

所述上部向内延伸的表面为扩展表面。

所述下部向内延伸的表面为汇聚表面。

所述下部向内延伸的表面为扩展表面。

所述环形突起形成在套筒上，所述套筒为环形形状且沿所述边沿连接到所述活塞。

所述套筒具有大致L形的横截面。

所述环形突起用所述活塞的原材料一体形成。

所述上部向内延伸的表面形成在第一横截面半径处，其中所述下部向内延伸的表面形成在第二横截面半径处。

所述第一横截面半径大于所述第二横截面半径。

所述环形突起设置成更靠近所述碗部的边沿而非所述碗部的底部。

所述环形突起设置成更靠近所述碗部的底部而非所述碗部的所述边沿。

所述碗部进一步形成具有大致圆形横截面且围绕所述碗部的整个外周延伸的再循环表面，所述再循环表面设置在所述环形突起下方且限定所述碗部内的环形腔。

所述碗部还形成有转折区域，所述转折区域形成在所述再循环表面和所述环形突起的所述下部向内延伸的表面之间。

进一步包括围绕所述碗部的所述边沿设置的翼表面，所述翼表面具有沿凹槽会合的内部发散表面和外部汇聚表面。

上述技术方案对活塞的物理特征进行了改进，以包含和/或重定向活塞内的包含大质量的各种燃料，使其远离活塞壁和/或气缸壁，从而在减小热量排放的同时提高发动机的效率。

附图说明

图1是根据本实用新型的发动机活塞的侧视图；

图2和图3是从两个不同视角观察的图1所示的发动机活塞的局部剖视图；

图4是图2中A2部分的局部详细放大视图；

图5至图7是图2中A1部分的三个不同实施例的活塞碗部和冠部之间的界面的局部放大剖视图；

图8是根据本实用新型的发动机活塞的第一可选实施例的局部剖视图；

图9是图8中A3部分的局部详细放大视图；

图10是根据本实用新型的发动机活塞的第二可选实施例的局部剖视图；

图11是图10中A4部分的局部详细放大视图；

图12是根据本实用新型的发动机活塞的第三可选实施例的局部剖视图；

图13是图12中A5部分的局部详细放大视图；

图14是根据本实用新型的发动机活塞的第四可选实施例的局部剖视图；

图15是图14中A6部分的局部详细放大视图；

图16是示出使用各种发动机活塞实施例工作期间的各种发动机工作参数的图示汇总。

具体实施方式

本实用新型涉及用于内燃机的活塞，更具体地涉及直喷式压燃发动机。具体地，本实用新型提供关于发动机活塞的各种实施例，该发动机活塞具有如下特征：其能够引导喷射到气缸内的燃料流，在喷射发生时或在喷射已经发生之后气缸内的燃料雾化云，或者在点火后和动力冲程膨胀期间的燃烧火焰。这种引导、燃料喷射构造以及其他参数，能够使用活塞的各种物理特征以包含和/或重定向活塞内的包含大质量的各种燃料，使其远离活塞壁和/或气缸阀，以提高发动机效率，减小热量排放，影响例如碳黑和NOx等排放物，并且还控制部件温度，从而提高部件的可靠性和使用寿命。如本文所述，当燃料喷射和/或燃烧火焰存在于气缸内的时候，或在该段时间中的一部分内，气缸内工质的引导可以在至少一个瞬间发生，并且可以持续不超过千分之几秒。

出于图示说明根据本实用新型的发动机活塞的某些特征的目的，在图1中通过侧透视图，并且在图2和图3中从不同的视角以局部视图示出了发动机活塞100。参考这些附图，活塞100包括顶部102和裙部104。裙部104形成了容纳销（未示出）的销孔106，所述销用于可枢转地将活塞连接到连杆（未示出），所述连杆以已知的方式连接到发动机曲轴（未示出）。顶部102在容纳活塞环（未示出）的圆柱形外表面109中形成了各种活塞环槽108，所述活塞环可滑动地及大致密封地接合发动机汽缸的壁，活塞100以可往复运动的方式设置在该发动机气缸中。参考如图所示的活塞100的定向，顶部102形成了沿活塞的最顶部表面具有凹面形状的碗部110。在邻近活塞100的外圆周处，所述碗部由环状的平坦顶表面112围绕。在示出的实施例中，碗部110进一步形成了可选的中部凹陷111。

活塞100形成了各种特征，这些特征用于在运行期间的气缸内重新定向和/或包含各种移动工质。在各种实施例中，这些特征用于分流热喷射器燃料流，其中所述热喷射器燃料流在活塞接近气缸中的上止点位置时被提供给气缸，还可以在活塞正接近上止点位置时（例如，引燃喷射情况）和/或正远离上止点位置移动时（例如，燃烧冲程期间的后喷射情况）被提供。根据流动方向和工质耗散，可以通过减少将各种周围缸内燃烧表面暴露于火焰温度的方式，重新定向这些发动机运行时期内的燃料流、燃料雾化云和/或燃烧燃料的火焰。通过将气缸表面与火焰温度隔绝，可以减少保留的热量和传递到周围的发动机部件的金属的热量，而这继而可以给发动机提供更高的功率输出和/或更高的有效功率，并且还可以提高部件可靠性和使用寿命。

本文提供了活塞特征的各种实施例，其中已发现这些活塞特征业可以有效地重新定向各种所述的发动机汽缸燃烧产物，所述特征涉及形成在顶部顶表面上的翼表面，放置在活塞的碗部内的结构，以及有关活塞碗部的形状的特征和/或这些特征的一种或多种组合。下面描述所述各种特征和它们的操作。

图4示出了翼表面200的放大详细视图，在图2中示出了翼表面200沿顶表面112的外圆周的设置。翼表面200具有大致凹面形状，其围绕活塞100的最顶部的至少一部分外圆周环形地延伸。如图4所示，翼表面200具有负曲率，负曲率在远离冠部中心线的径向方向上增加。如图4所示，翼表面200的中心弦202与顶表面112重合，使得翼表面200包括扩展表面204，其相对于活塞100向外径向延伸并且远离包含平坦表面112的平面下降。相对于扩展表面204向外径向地设置汇聚表面206，并且朝向包含平坦表面112的平面上升。弯折表面208设置在扩展表面204和汇聚表面206之间，以形成翼表面200的底部槽。扩展表面204的曲率半径大于汇聚表面206的曲率半径，以形成这样的翼效应：相对于活塞和气缸使重新定向进入翼表面200的移动流体向上并远离活塞和气缸。

运行期间，例如，在燃烧冲程期间当活塞正远离发动机气缸中的上止点位置移动时，包含喷射到气缸中的燃料中的一种或多种的膨胀工质、雾化或汽化的燃料、燃烧的燃料和空气以及其他燃烧产物，至少在一瞬间会相对于气缸中央区域沿向下和向外的方向朝向活塞冠部并且朝向气缸壁移动。在典型的条件下，膨胀工质可以接触活塞冠部并按照径向向外的方向跟随顶表面112。当翼表面200形成在活塞100上时，向外移动的工质将首先遇到扩展表面204，并至少在短暂的时间段内朝向弯折表面208膨胀到翼表面200内形成的凹槽中。当其遇到弯折表面208时，膨胀工质将接触汇聚表面206，并由汇聚表面206重新定向向上并远离活塞100。当离开翼表面200内形成的凹槽时，膨胀工质将趋于移入并占据相对于气缸壁位于径向向内位置上的气缸的***向外的部分，从而减少燃烧产物和气缸壁的接触，正如由附图4中示出的虚线箭头指引地表示的那样。

活塞100的另一个特征在图5-图7中的三个可选实施例中示出。如图5所示，套筒210沿着碗部110的边沿212连接到活塞冠部102。套筒210具有近似L形的横截面，所述横截面沿着顶部顶表面112延伸且还形成向下延伸至碗部110中的碗部110的径向向外的壁，其中套筒210可以省略，而采用以活塞100的原材料一体形成的形成结构。在图5所示的实施例中，碗部110的径向向外的壁形成近似圆柱形的表面214，表面214从边沿212往下延伸到碗部110中。边沿212与最顶端的顶表面112形成锐角边缘过渡，使得可以将前述的可能至少一瞬间进入碗部110中心部分并且相对于碗部径向向外流动的流动工质相对于活塞向上且远离气缸壁地引导，正如图5中虚线指引示意的一样。

在图6中所示的实施例中，套筒210包括环形突起216，其在沿活塞中心线相对于平坦顶表面112的深度d1处沿外周围绕碗部110延伸。深度d1可以是离顶表面112约12mm。在图7中，显示了环形突起218的可选实施例，其在该实施例中设置于深度d2处，深度d2小于图6的实施例中所示的深度d1。尽管显示的是形成在套筒210上，但是环形突起216或者环形突起218可以可选地形成为由活塞原材料一体形成的结构。环形突起216和环形突起218中的每一个都有大致呈凸形形状的横截面，所述截面包括位于顶点222两侧的两个径向向内延伸的表面220。这些结构引起如上所述的沿径向向外流动的工质，所述流动工质从大约碗部110的中心出发，以便在接触到较低的向内延伸的表面220时被重新定向的时候朝向碗部110的中心回流。当工质按照这种方式朝向碗部中心回流时，它会至少暂时形成环形流动干扰或者涡流，已经发现这样会将燃烧过程中的燃烧产物围在其中，或者换言之，是会限制燃烧产物的扩散，至少是暂时的。

限制燃烧产物的扩散对于发动机运行而言具有明显的好处。其中一些好处包括：更加完全的燃烧，因为燃料集中于中心气缸部分；避免燃烧产物与气缸壁及气缸头的接触；降低排放；以及提高发动机的功率输出以及减少热量排放的其他好处。上部往内延伸的表面220可以进一步与下部往内延伸的表面220配合以在相应的突起216与突起218的上侧形成第二涡流，如图6与图7中用虚线箭头所大致标示的那样，以提供阻止燃烧过程中燃烧产物朝向气缸的外部径向部分流动和转移的第二屏障。环形突起216或者环形突起218的在碗部中的设置位置的高低选择，一般情况下取决于喷射到气缸中的燃料量以及喷射时间。也就是说，这种设置位置可以由发动机设计师来进行选择来适应特定发动机应用场合的特殊要求。

翼表面200与环形突起216或者环形突起218可以在不同的活塞实施例中选择性地一起使用或者单独使用，这取决于它们对经改善的发动机运行的作用和贡献。下面讨论各种不同的活塞实施例，其结合有这些特征的一部分。在后续的图示中，出于简洁的目的，所描述的活塞的与前面描述的相应特征、结构和/或元件相同或类似的特征、结构和/或元件可以标以与之前所用相同的参考数字，但是这种共用标记不应被解释成对本实用新型范围的限制。

在图8的局部视图中示出了活塞100的第一可选实施例，它的一部分在图9的放大的详细视图中示出。该实施例中的活塞100包括环形突起300，正如在图8中最佳示出的那样，其具有沿凸面顶点306会合的上部汇聚表面302和下部汇聚表面304。在附图中标以“REF”的参考曲线被覆盖以突显活塞100与基准活塞之间在结构上的差异。在图9中示出的实施例中，上部汇聚表面302的半径R1大于下部汇聚表面304的半径R2。在一个实施例中，R1约为13.5mm，R2约为6.9mm。当然，所示的活塞实施例适于特定的发动机压缩比，且某些尺寸可以根据特定发动机构造所需要的压缩比而变化。相应地，在所示的实施例中，活塞的碗部110的底部半径R约为28mm，但是对于具有更高压缩比的发动机而言，其可以可选地更浅些，例如为35mm。在工作过程中，下部汇聚表面304的较小半径R2导致沿着碗部110行进的前述燃烧材料的移动工质朝向碗部110的中心部分回流。移动工质所具有的相对较高的速度可以至少在一瞬间沿上部汇聚表面302形成低压区域，所述低压区域将引入来自气缸容积内部的周边工质并将其朝向气缸中心部分来引导。

由环形突起300在气缸内产生的流动效应的定性说明在图8中用箭头表示。在该图示中，假定例如在燃烧冲程期间和当燃料被喷入气缸时（诸如在续燃喷射事件过程中），活塞100移动进入气缸更深处。在这种情况下，燃料喷射器308被示出将一个或多个燃料流310注入到气缸中。可能开始雾化、与周围空气混合、和/或燃烧的燃料流310可沿着碗部110的表面沿着路径312前进，直至到达环形突起300。当到达环形突起300时，路径312至少一瞬间会向内卷曲，因为它们被突起300的下部汇聚表面304改变方向。同时，周围的工质（其可包括空气）可沿着漩涡路径314沿上部汇聚表面302被吸引以跟随沿着路径312移动的工质。沿着漩涡路径314和跟随沿着路径312的移动工质的周围空气可以在某些条件下通过围绕移动的燃烧工质形成移动的空气幕来进一步隔绝和包含燃烧的移动工质以免其在气缸容积的径向向外部分中扩散。燃烧工质周围增添的空气可进一步用来提供氧气，令移动工质中存在的燃料进行更充分的燃烧，从而提高发动机的效率。

图10的局部视图中示出了活塞100的第二可选实施例，并且其一部分在图11的详细视图中示出。该实施例中的活塞100包括上面关于图8和图9所示实施例所讨论的环形突起300，且进一步包括翼表面400。翼表面400由沿凹槽406会合的内发散表面402和外汇聚表面404形成。附图中标以“REF.”的参考曲线被覆盖以突显活塞100和基准活塞设计之间在结构上的不同。在图11所示的实施例中，内发散表面402的半径R3大于外汇聚表面404的半径R4。在所示实施例中，R3约为47.3毫米，R4约为2.6毫米。翼表面400径向的总宽度约为13.9毫米。

在运行过程中，外汇聚表面404的较小半径R4导致之前所述的可沿平坦顶表面112行进的燃烧材料的移动工质被重新导向成朝上和远离活塞100及活塞100在其中往复运动的气缸的壁。被重新导向的移动工质所具有的相对较高的速度在一定程度上归因于相对较浅的内发散表面402，其导致流体朝向并沿着外汇聚表面404行进。通过将移动工质重新导向为向上和远离活塞，能够避免燃烧产物接触气缸壁以及活塞的位于活塞顶部与最顶端活塞环密封件之间的区域408，其中所述活塞环设置在活塞环槽108内且该区域易于沉积物的聚集和积聚。

由翼表面400连同突起300在气缸内产生的流动效应的定性说明由图10的箭头表示。在该说明中，假定例如在燃烧冲程期间和当燃料被喷入气缸时（诸如在续燃喷射过程中），活塞100移动进入气缸更深处。在这种情况下，燃料喷射器308被示出将一个或多个燃料流310注入到气缸中。可能开始雾化、与周围空气混合、和/或燃烧的燃料流310可沿着碗部110的表面沿着路径312前进，直至到达突起300。当到达突起300时，路径312会向内卷曲，因为它们至少一瞬间被环形突起300的下部汇聚表面304改变方向。同时，周围的工质（其可包括空气）可沿着漩涡路径314沿上部汇聚表面302被拉动以跟随沿着路径312移动的工质。沿着漩涡路径314和跟随沿着路径312的移动工质的周围空气可以在某些条件下通过围绕移动的燃烧工质形成移动的空气幕来进一步隔绝和包含燃烧的移动工质以免其在气缸容积的径向向外部分中扩散。

除了环形突起300的这些流动效应，工质的进一步循环可沿着路径316进行，其在流入并通过翼表面400时向上且远离活塞100地卷曲。围绕翼表面400并沿活塞100的外部上方周边设置的壁410形成斜坡，该斜坡使得存在于该区域中的任何燃烧产物移离区域408。所添加的围绕燃烧工质向上运动的空气可进一步用来提供氧气以令移动工质中存在的燃料进行更充分的燃烧，从而提高发动机的效率，并且还可进一步用来将气缸壁和区域408与燃烧产物隔绝。

在图12的局部视图中示出了活塞100的第三可选实施例，并且其一部分在图13的详细视图中示出。该实施例中的活塞100包括比先前描述的实施例中示出的环形突起300更显著的环形突起500，以及形成于碗部110内的再循环表面600。环形突起500包括沿凸面顶点会合的下部部分发散表面502和上部发散表面504。换句话说，不同于环形突起300的两个汇聚表面302和304（例如图9所示），环形突起500包括围绕顶点506的两个发散表面，其中所述发散表面与再循环表面600相配合。

再循环表面600具有大致圆形的横截面，该圆形横截面形成环形腔602，所述环形腔602置于碗部110内的较低处。在可选的实施例中，该再循环表面可以具有椭圆形横截面。再循环表面600的一部分在转折区域604处与环形突起500的下部部分发散表面502相交，所述转折区域604围绕再循环表面600与环形突起500的下部部分发散表面502之间的环形腔602的边缘沿周边延伸。当与其轮廓由线（REF.）标示的基准活塞碗部相比较时，再循环表面600进入活塞更深，并以R5的半径形成，半径R5小于活塞在该区域中的基准半径R6。如图所示，R5为约23.3mm。在图13所示的横截面中，再循环表面600的半径的中心点在相对于活塞中心线的轴向方向和远离平坦冠部表面112的方向上低于转折区域604。

在图12中用箭头指示由明显突起500和再循环表面600在气缸内形成的流动效应的定性说明。在该说明中，如同之前的说明，假定例如在燃烧冲程期间和当燃料被喷入气缸时（诸如在续燃喷射过程中），活塞100移动进入气缸更深处。在这种情况下，燃料喷射器308被示出将一个或多个燃料流310注入到气缸中。可能开始雾化、与周围空气混合、和/或燃烧的燃料流310可沿着碗部110的内部较浅表面606沿着路径312前进，直至到达再循环表面600。当到达再循环表面600时，当到达再循环表面600时，燃烧工质将沉入环形腔602内，并假设漩涡图案608至少暂时存在于环形腔602内且大致在转折区域604下方。由下部部分发散表面502引起的次级涡流610可以增强环形腔602内工质的旋涡流动608。为了强化和环形腔602中的涡动工质，周围工质（可以包括空气）可以沿着涡流路径314沿上部表面504被拉动以跟随沿着路径608和610移动的工质。在沿涡流路径314移动之后，周围空气、或者含有空气、相同或不同燃料和/或排气的混合物可以在一些条件下通过围绕移动的燃烧工质形成移动的空气幕来进一步隔绝和包含燃烧的移动工质以免其在气缸容积的径向向外部分中扩散。

在图14的局部视图中示出了活塞100的第四可选实施方式，并且其中的一部分在图15的详细视图中示出。该实施例中的活塞100包括显著的环形突起500、在碗部110内形成的再循环表面600，并进一步包括翼表面400。翼表面400类似于（图10）翼表面400，其由沿凹槽406会合的内部发散表面402和外部汇聚表面404形成。在附图中标为REF.的参考曲线被覆盖以突出活塞100与基准活塞设计之间在结构上的不同。运行期间，翼表面400导致之前所述的可沿平坦顶表面112行进的燃烧材料的移动工质被重新导向成朝上和远离活塞100及活塞100在其中往复运动的气缸的壁。这种运动是环形腔602内的漩涡图案608、由下部部分发散表面502引起的次级漩涡610、沿着涡流路径314沿上部表面504被引流以跟随沿路径608和610移动的工质的周围工质的补充。围绕翼表面700并沿活塞100的外部上方周边设置的壁410形成斜坡，该斜坡使得移动流体远离区域408。所添加的围绕燃烧工质向上运动的空气可进一步用来提供氧气以令移动工质中存在的燃料进行更充分的燃烧，从而提高发动机的热效率，并且还可进一步用来将气缸壁和区域408与燃烧产物隔绝。

工业实用性

本实用新型适用于内燃机的活塞，所述内燃机可以用于任何应用，例如基于陆地或海洋的应用，也可以用于移动或固定应用。已发现本文中描述的活塞特征的各个实施例具有以下优点：通过提高功率输出改善了发动机运行，降低了燃料消耗，并且还减少了排放物。在图16中示出了不同的曲线图，所述曲线图示出了各种实施例中在发动机运行过程中气缸部件工作温度及排放物（用NOx和烟尘排放物表示）的变化。考虑的各个实施方式包括上述特征的不同组合，所述特征包括翼表面、环形突起和再循环腔，这些特征可以单独使用或组合使用，也可以分别在几何特征上发生改变，这种改变包括改变各个相关表面的曲率半径（例如半径R1-R5）、特征之间的相对位置、以及其他特性。从这些曲线图中可以看出，与基准活塞相比，这些特征的存在和结构可以对部件温度、NOx和烟尘排放物产生明显影响。

更具体地，图16示出用于19种不同活塞构造的四种不同的发动机运行参数，其中每种活塞构造包括设定为各种尺寸的各种特征。检测目的是为了确定各种特征对所监控的发动机运行参数的影响，以及优化在特定参数（功率、燃料定时、点火定时和其它参数）下工作的特定发动机应用的活塞设计。在这些曲线图中，19个可选活塞构造中的每一个均沿水平轴700布置。沿最上面的竖轴702在最上面的图表中描绘了总的热消耗（以J/循环为单位），其是气缸头的火焰甲板、气缸壁或内衬、以及活塞顶部的温度的指示。沿着中间的竖轴704在中间的图表中描绘了NOx的浓度（以g/kW-hr.为单位），沿着最下面的竖轴706在最下面的图表中描绘了烟尘的浓度（同样以g/kW-hr.为单位）。

参照图16的曲线图所示的信息，对于所施加的测试条件，用方框708标识的最左侧的活塞设计显示出约2791J/循环的总热消耗、约15.4g/kw-hr.的NOx输出、以及约0.607g/kw-hr.的烟尘输出。如曲线图所示，在所测试的各种其它可选构造中，热消耗在约2630J/循环（在构造710处）和2000J/循环（在构造712处）之间，但NOx和烟尘排放存在不同。在所测试的构造中，出现了最佳的构造714，其中总的热消耗为约2148J/循环（其表示23%的减少），NOx为约16.2g/kw-hr.（其表示5.2%的增加），烟尘为约0.157g/kw-hr.（其表示75%的减少）。最佳构造714表现出热消耗充分下降以避免超过周围发动机部件的温度限制，以及烟尘的动态减少、甚至NOx存在轻微增加，而这两个方面都可通过发动机后处理***来解决。在使用模拟技术对各种活塞设计进行的考虑方案中，活塞构造714包括翼表面和再循环腔，其类似于图14和图15所示的实施例。

Claims (18)

1.一种用于内燃机的活塞，其特征在于包括：

活塞主体，其形成顶部和裙部，所述裙部包括孔，所述孔被布置成接纳用于将所述活塞连接到连杆的活塞销，所述顶部形成由具有环形形状的平坦顶表面包围的碗部，所述碗部和所述平坦顶表面沿包围所述碗部边沿的圆形边缘会合；和

环形突起，其设置在所述碗部内且邻近所述边沿，所述环形突起在横截面具有大致凸起的形状，所述大致凸起的形状由沿凸起顶点会合的上部向内延伸的表面和下部向内延伸的表面形成。

2.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述环形突起围绕所述碗部沿周向延伸。

3.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述环形突起沿所述碗部的径向向外的壁延伸。

4.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述环形突起设置在低于所述边沿的高度处。

5.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述上部向内延伸的表面为汇聚表面。

6.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述上部向内延伸的表面为扩展表面。

7.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述下部向内延伸的表面为汇聚表面。

8.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述下部向内延伸的表面为扩展表面。

9.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述环形突起形成在套筒上，所述套筒为环形形状且沿所述边沿连接到所述活塞。

10.如权利要求9所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述套筒具有大致L形的横截面。

11.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述环形突起用所述活塞的原材料一体形成。

12.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述上部向内延伸的表面形成在第一横截面半径处，其中所述下部向内延伸的表面形成在第二横截面半径处。

13.如权利要求12所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述第一横截面半径大于所述第二横截面半径。

14.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述环形突起设置成更靠近所述碗部的边沿而非所述碗部的底部。

15.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述环形突起设置成更靠近所述碗部的底部而非所述碗部的所述边沿。

16.如权利要求1所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述碗部进一步形成具有大致圆形横截面且围绕所述碗部的整个外周延伸的再循环表面，所述再循环表面设置在所述环形突起下方且限定所述碗部内的环形腔。

17.如权利要求16所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，所述碗部还形成有转折区域，所述转折区域形成在所述再循环表面和所述环形突起的所述下部向内延伸的表面之间。

18.如权利要求1至17中任一项所述的用于内燃机的活塞，其特征在于，进一步包括围绕所述碗部的所述边沿设置的翼表面，所述翼表面具有沿凹槽会合的内部发散表面和外部汇聚表面。