本发明涉及具有由燃料喷射导致的燃烧室混合的发动机。一种发动机组件可包括发动机结构、活塞和直接喷射燃料系统。发动机结构可限定气缸孔和与气缸孔连通且适于减轻气缸孔内的进气涡流的进气口。活塞可布置在气缸孔内，以用于在上止点位置和下止点位置之间的往复行程。活塞可在其轴向端部表面上限定环形凹陷部分。直接喷射燃料系统可包括燃料喷射器，所述燃料喷射器将燃料喷雾提供到由活塞和气缸孔限定的燃烧室。燃料喷雾可限定环形羽流，当活塞处于与上止点位置相距往复行程的百分之二十内的喷射位置时，所述环形羽流与活塞内的环形凹陷部分相交。
发动机结构，所述发动机结构限定气缸孔和与气缸孔连通且适于减轻气缸孔内的进气涡流的进气口；
布置在气缸孔内的活塞，用于在上止点位置和下止点位置之间的往复行程，所述活塞在其轴向端部表面限定环形凹陷部分；和直接喷射燃料系统，所述直接喷射燃料系统包括将燃料喷雾提供到燃烧室的燃料喷射器，所述燃烧室由活塞和发动机结构限定，所述燃料喷雾限定环形羽流，当活塞处于与上止点位置相距往复行程的百分之二十内的喷射位置时，所述环形羽流与活塞中的环形凹陷部分相交；
其中环形羽流限定内径向周界和外径向周界，当活塞处于所述喷射位置时，所述环形羽流的在内径向周界和外径向周界之间的环形中心线相对于环形凹陷部分的环形中心径向向内延伸，以限定在旋转方向上的滚动燃料喷雾模式，所述旋转方向从环形凹陷部分的内径向表面到环形凹陷部分的外径向表面。
2.根据权利要求1所述的发动机组件，其中活塞的轴向端部表面限定了包括环形凹陷部分的环面燃烧凹腔。
3.根据权利要求1所述的发动机组件，其中燃料喷射器包括提升阀式喷嘴，所述提升阀式喷嘴限定了提供连续环形羽流的连续环形开口。
4.根据权利要求1所述的发动机组件，其中燃料喷射器包括多孔喷嘴，所述多孔喷嘴限定了相互周向间隔开的一系列离散的羽流以形成环形羽流。
5.根据权利要求1所述的发动机组件，其中活塞限定中心凹陷，所述中心凹陷具有在限定中心凹陷的外径向表面内的大体连续的径向范围，所述中心凹陷包括环形凹陷部分。
6.根据权利要求1所述的发动机组件，其中发动机结构限定了与燃烧室连通的且朝着燃烧室的中心区域指向的单个进气口，以减轻进气涡流。
7.根据权利要求1所述的发动机组件，其中发动机结构限定了与燃烧室连通且大体彼此相对定向的第一进气口和第二进气口，从而在相对的方向上引导进气流以减轻进气涡流。
8.根据权利要求1所述的发动机组件，其中燃料喷射器相对于燃烧室中心地定向。
9.根据权利要求1所述的发动机组件，其中燃料喷射器与加压燃料供给流体源连通，所述加压燃料供给源处于至少100兆帕（MPa）的运行压力。
提供直接喷射燃料喷射器，所述直接喷射燃料喷射器与内燃机的燃烧室连通，所述燃烧室由发动机结构中的气缸孔和布置在气缸孔内的用于在上止点位置和下止点位置之间的往复行程的活塞限定；
将进气流提供到燃烧室，且减轻燃烧室内的进气涡流；和
当活塞处于与上止点位置相距往复行程的百分之二十内的喷射位置时，将限定环形羽流的燃料喷雾从燃料喷射器直接喷射到燃烧室内，且将所述燃料喷雾指向活塞的轴向端部表面中的环形凹陷部分；
其中所述喷射在环形凹陷部分内沿旋转方向生成旋转的燃料喷雾，所述旋转方向从环形凹陷部分的内径向表面到环形凹陷部分的外径向表面。
11.根据权利要求10所述的方法，其中活塞的轴向端部表面限定了包括环形凹陷部分的环面燃烧凹腔。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述喷射包括：所述环形羽流限定内径向周界和外径向周界，当活塞处于所述喷射位置时，所述环形羽流的在内径向周界和外径向周界之间的环形中心线相对于环形凹陷部分的环形中心径向向内延伸，以限定在旋转方向上的滚动燃料喷雾模式，所述旋转方向从环形凹陷部分的内径向表面到环形凹陷部分的外径向表面。
13.根据权利要求12所述的方法，其中环形羽流是连续环形羽流。
14.根据权利要求12所述的方法，其中环形羽流包括相互周向间隔的一系列离散的羽流。
15.根据权利要求10所述的方法，其中活塞限定了中心凹陷，所述中心凹陷具有在限定中心凹陷的外径向表面内的大体连续的径向范围，所述中心凹陷包括环形凹陷部分。
16.根据权利要求10所述的方法，其中提供进气流包括单个进气口，所述进气口将进气流引向燃烧室的中心区域。
17.根据权利要求10所述的方法，其中提供进气流包括与燃烧室连通且在相互相对的方向上引导进气流的第一进气口和第二进气口。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述喷射在燃烧室的中心区域处发生，且包括处于大于100兆帕（MPa）的运行压力下的加压燃料供给源。
具有由燃料喷射导致的燃烧室混合的发动机
技术领域
[0001] 本发明涉及包括直接喷射燃料系统的内燃机。
背景技术
[0002] 本部分提供了涉及本发明的背景信息，所述背景信息不一定是现有技术。
[0003] 发动机组件可包括直接发动机燃料系统，所述直接发动机燃料系统将燃料供给直接供应至发动机的燃烧室。通常，直接喷射燃料系统可包括位于中心的燃料喷射器。在喷射期间，燃料喷射器可直接向燃烧室壁提供多重径向燃料喷射流。燃料喷射器的定向和由此产生的燃料喷射会导致燃料冲击燃烧室壁，并因此限制在燃烧室内的混合。
发明内容
[0004] 发动机组件可包括发动机结构、活塞和直接喷射燃料系统。发动机结构可限定气缸孔和与气缸孔连通的且适于减轻气缸孔内的进气涡流的进气口。活塞可布置在气缸孔内，以用于在上止点位置和下止点位置之间的往复行程。活塞可在其轴向端部表面限定环形凹陷部分。直接喷射燃料系统可包括燃料喷射器，所述燃料喷射器将燃料喷雾提供到由活塞和发动机结构限定的燃烧室。燃料喷雾可形成环形羽流（plume），当活塞位于与上止点位置相距往复行程的百分之二十内的喷射位置时，所述环形羽流与活塞内的环形凹陷部分相交。
[0005] 方法可包括提供直接喷射燃料喷射器，所述直接喷射燃料喷射器与内燃机的燃烧室连通，所述燃烧室由发动机结构内的气缸孔和布置在气缸孔内用于在上止点位置和下止点位置之间的往复行程的活塞限定。方法可进一步包括将进气流提供到燃烧室，并且减轻燃烧室内的进气涡流。燃料喷雾可从燃料喷射器直接喷射到燃烧室内。当活塞位于与上止点位置相距往复行程的百分之二十内的喷射位置时，喷射到燃烧室内的燃料可形成朝向活塞的轴向端部表面中的环形凹陷部分的环形羽流。
[0006] 本发明提供以下技术方案：
[0007] 方案1.一种发动机组件，包括：
[0008] 发动机结构，所述发动机结构限定气缸孔和与气缸孔连通且适于减轻气缸孔内的进气涡流的进气口；
[0009] 布置在气缸孔内的活塞，用于在上止点位置和下止点位置之间的往复行程，所述活塞在其轴向端部表面限定环形凹陷部分；和
[0010] 直接喷射燃料系统，所述直接喷射燃料系统包括将燃料喷雾提供到燃烧室的燃料喷射器，所述燃烧室由活塞和发动机结构限定，所述燃料喷雾限定环形羽流，当活塞处于与上止点位置相距往复行程的百分之二十内的喷射位置时，所述环形羽流与活塞中的环形凹陷部分相交。
[0011] 方案2.根据方案1所述的发动机组件，其中活塞的轴向端部表面限定了包括环形凹陷部分的环面燃烧凹腔。
[0012] 方案3.根据方案1所述的发动机组件，其中环形羽流限定内径向周界和外径向周界，当活塞处于所述喷射位置时，所述环形羽流的在内径向周界和外径向周界之间的环形中心线相对于环形凹陷部分的环形中心径向向内延伸，以限定在旋转方向上的滚动燃料喷雾模式，所述旋转方向从环形凹陷部分的内径向表面到环形凹陷部分的外径向表面。
[0013] 方案4.根据方案3所述的发动机组件，其中燃料喷射器包括提升阀式喷嘴，所述提升阀式喷嘴限定了提供连续环形羽流的连续环形开口。
[0014] 方案5.根据方案3所述的发动机组件，其中燃料喷射器包括多孔喷嘴，所述多孔喷嘴限定了相互周向间隔开的一系列离散的羽流以形成环形羽流。
[0015] 方案6.根据方案1所述的发动机组件，其中活塞限定中心凹陷，所述中心凹陷具有在限定中心凹陷的外径向表面内的大体连续的径向范围，所述中心凹陷包括环形凹陷部分。
[0016] 方案7.根据方案1所述的发动机组件，其中发动机结构限定了与燃烧室连通的且朝着燃烧室的中心区域指向的单个进气口，以减轻进气涡流。
[0017] 方案8.根据方案1所述的发动机组件，其中发动机结构限定了与燃烧室连通且大体彼此相对定向的第一进气口和第二进气口，从而在相对的方向上引导进气流以减轻进气涡流。
[0018] 方案9.根据方案1所述的发动机组件，其中燃料喷射器相对于燃烧室中心地定向。
[0019] 方案10.根据方案1所述的发动机组件，其中燃料喷射器与加压燃料供给流体源连通，所述加压燃料供给源处于至少100兆帕（MPa）的运行压力。
[0020] 方案11.一种方法，包括：
[0021] 提供直接喷射燃料喷射器，所述直接喷射燃料喷射器与内燃机的燃烧室连通，所述燃烧室由发动机结构中的气缸孔和布置在气缸孔内的用于在上止点位置和下止点位置之间的往复行程的活塞限定；
[0022] 将进气流提供到燃烧室，且减轻燃烧室内的进气涡流；和
[0023] 当活塞处于与上止点位置相距往复行程的百分之二十内的喷射位置时，将限定环形羽流的燃料喷雾从燃料喷射器直接喷射到燃烧室内，且将所述燃料喷雾指向活塞的轴向端部表面中的环形凹陷部分。
[0024] 方案12.根据方案11所述的方法，其中所述喷射在环形凹陷部分内沿旋转方向生成旋转的燃料喷雾，所述旋转方向从环形凹陷部分的内径向表面到环形凹陷部分的外径向表面。
[0025] 方案13.根据方案11所述的方法，其中活塞的轴向端部表面限定了包括环形凹陷部分的环面燃烧凹腔。
[0026] 方案14.根据方案11所述的方法，其中所述喷射包括：所述环形羽流限定内径向周界和外径向周界，当活塞处于所述喷射位置时，所述环形羽流的在内径向周界和外径向周界之间的环形中心线相对于环形凹陷部分的环形中心径向向内延伸，以限定在旋转方向上的滚动燃料喷雾模式，所述旋转方向从环形凹陷部分的内径向表面到环形凹陷部分的外径向表面。
[0027] 方案15.根据方案14所述的方法，其中环形羽流是连续环形羽流。
[0028] 方案16.根据方案14所述的方法，其中环形羽流包括相互周向间隔的一系列离散的羽流。
[0029] 方案17.根据方案11所述的方法，其中活塞限定了中心凹陷，所述中心凹陷具有在限定中心凹陷的外径向表面内的大体连续的径向范围，所述中心凹陷包括环形凹陷部分。
[0030] 方案18.根据方案11所述的方法，其中提供进气流包括单个进气口，所述进气口将进气流引向燃烧室的中心区域。
[0031] 方案19.根据方案11所述的方法，其中提供进气流包括与燃烧室连通且在相互相对的方向上引导进气流的第一进气口和第二进气口。
[0032] 方案20.根据方案11所述的方法，其中所述喷射在燃烧室的中心区域处发生，且包括处于大于100兆帕（MPa）的运行压力下的加压燃料供给源。
[0033] 可应用性的其他方面将从这里提供的描述中显而易见。在本发明内容部分的描述和具体示例仅出于说明的目的，并不意图限制本发明的范围。
附图说明
[0034] 在此所描述的附图仅出于说明的目的，并不意图以任何方式限制本发明的范围。
[0035] 图1是根据本发明的发动机组件的示意性截面图；
[0036] 图2是根据本发明的第一进气和排气口布置的示意性图示；
[0037] 图3是根据本发明的第二进气和排气口布置的示意性图示；
[0038] 图4是根据本发明的第三进气和排气口布置的示意性图示；
[0039] 图5是根据本发明的第一燃料喷射器喷嘴的示意性图示；
[0040] 图6是根据本发明的第二燃料喷射器喷嘴的示意性图示；以及
[0041] 图7是根据本发明的替代的发动机组件的示意性截面视图。
[0042] 在所有附图中，相应的附图标记指示相应的部分。
具体实施方式
[0043] 现在将参考附图更充分地描述本发明的示例。如下描述在本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本发明、应用或用途。
[0044] 提供示例性实施例使得本公开将是详尽的，并向本领域技术人员充分地表达其范围。阐述了多个具体细节，例如具体部件、装置和方法的示例，以提供对于本公开的实施例的完全理解。对本领域技术人员来说显而易见的是：不需要采用具体细节，示例性实施例可以以多种不同的方式实施，且不应解释为限制本发明的范围。在一些示例性实施例中，已熟知的过程、已熟知的装置结构以及已熟知的技术没有做详细描述。
[0045] 当元件或层被称为“位于其上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层时，所述元件或层可直接位于其上、接合、连接或联接到另一个元件或层，或可存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接位于其上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间的相互关系的其他用语应以类似方式解释（例如，“在……之间”与“直接在……之间”，“邻近”与“直接邻近”，等）。如在此所使用，术语“和/或”包括相关列出的项的一个或多个的任何和所有组合。
[0046] 虽然术语第一、第二、第三等可在此用于描述多种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应由这些术语限制。这些术语仅可用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。例如“第一”、“第二”的术语和其他数字术语当在此使用时并不意味次序或序列，除非通过上下文清楚地指示。因此，下文论述的第一元件、部件、区域、层或部分，在不偏离示例性实施例的教导的情况下，可称为第二元件、部件、区域、层或部分。
[0047] 参考图1和图2，内燃机组件10可包括发动机结构12，直接喷射燃料系统14和活塞16，所述活塞16通过连杆20联接到曲轴18。发动机结构12可包括限定气缸孔24的气缸体22和限定进气口28和排气口30的气缸盖26。活塞16可布置在气缸孔24内，且可在上止点（TDC）位置和下止点（BDC）位置之间往复位移，以驱动曲轴18的旋转。本发明等同地应用于包括任何数量的活塞/气缸布置的发动机，以及顶置式凸轮和气缸体内置式凸轮布置。本发明也等同地应用于柴油发动机和直接喷射汽油发动机。
[0048] 活塞16和发动机结构12协作以限定燃烧室32。直接喷射燃料系统14包括燃料泵34，所述燃料泵34将加压燃料供给提供到直接喷射燃料喷射器36。在本非限制性示例中，提供到直接喷射燃料喷射器36的燃料可处于至少100兆帕（100 MPa）的运行压力。直接喷射燃料喷射器36与燃烧室32直接连通，从而形成直接喷射布置。直接喷射燃料喷射器36可合并到具有多个直接喷射燃料喷射器的燃料轨（未示出）内。
[0049] 直接喷射燃料喷射器36可轴向延伸到燃烧室32内。活塞16可在面向直接喷射燃料喷射器36的轴向端部表面40内限定环面（toroidal）燃烧凹腔38。环面燃烧凹腔38可包括径向限定在内径向表面43和外径向表面45之间的环形凹陷部分42。直接喷射燃料喷射器36可相对于燃烧室32中心地定位，且当活塞16位于与TDC位置相距往复行程的百分之二十内的喷射位置时，可将燃料喷雾（F1）引导到环形凹陷部分42内。燃料喷雾（F1）可限定环形羽流。
[0050] 在第一非限制性示例中，燃料喷雾（F1）包括多个羽流。多个羽流可由直接喷射燃料喷射器36的多孔喷嘴44生成，多孔喷嘴44限定多个开孔46，如图5所示。多孔喷嘴44可包括至少十个开孔46，更具体地至少十八个开孔46。多个羽流可包括周向相互分开的离散的一系列羽流，以形成环形羽流。然而，应理解的是燃料喷雾（F1）可替代地包括连续的环形羽流。连续的环形羽流可由直接喷射燃料喷射器36的喷嘴48生成，喷嘴48限定连续的环形开孔50以及提升阀54，如图6所示。替代地，针阀可与连续环形开口50结合使用，以生成连续环形羽流。
[0051] 在任一个布置中，由燃料喷雾（F1）形成的环形羽流限定燃料喷雾（F1）的内径向周界（P1i）和外径向周界（P1o）之间的环形中心线（C1）。燃料喷雾（F1）的环形中心线（C1）可延伸到环形凹陷部分42的环形中心（C2）和环形凹陷部分42的内径向表面43之间的环面燃烧凹腔38内。环形中心（C2）可限定环面燃烧凹腔38的环面中心。
[0052] 垂直于燃料喷雾（F1）的环形中心线（C1）且通过环形中心（C2）的线（L1）可与内径向表面43在点（P2）处相交。燃料喷雾（F1）可限定喷雾角度（θ1）。喷雾角度（θ1）可被定义为环形中心线（C1）的夹角。内径向周界（P1i）可在朝着活塞16的方向上以相对于环形中心线（C1）的角度（θ2）延伸，且外径向周界（P1o）可朝着活塞16以相对于环形中心线（C1）的角度（θ2）延伸。
[0053] 喷雾角度（θ1）可调整为使得内径向周界（P1i）在朝着活塞16的方向延伸且在环形中心线（C1）和点（P2）之间径向延伸。通过非限制性示例，内径向周界（P1i）可朝着活塞16的方向延伸，从而当活塞16处于喷射位置时与活塞16的内径向表面43上的点（P2）相交。应理解的是，由于角度（θ2）随喷射压力和燃烧室32内的燃料－空气质量（燃烧室充量密度）而略微改变，喷雾角度（θ1）可被调整到用于在所有负荷和速度下所期望的总体运行的位置。
[0054] 替代的发动机组件110如图7中所示。发动机组件110可类似于发动机组件10，其差异在下文中提及。发动机组件110可包括在活塞116的轴向端部表面140上的大体连续的中心凹陷141。中心凹陷141可具有在外径向表面145径向内部的大体连续的径向范围，所述外径向表面145限定中心凹陷141。中心凹陷141可包括处于其外径向周界处的环形凹陷部分142。燃料喷雾（F7）可对准环形凹陷部分142，以类似于图1中的燃料喷雾（F1）相对于环形凹陷部分42的方向的方式。更具体地，燃料喷雾（F7）可对准为如同存在图1的环面燃烧凹腔38的径向内表面43。
[0055] 燃料喷雾（F1）的高运行压力和燃料喷雾（F1）相对于燃烧室32的定向可在燃烧室32内产生滚动的燃料喷雾模式（滚动环面流动）并提供混合。燃料喷雾（F1）可形成旋转的燃料喷雾，即沿旋转方向（R1）围绕环形凹陷部分42的环形中心（C2）旋转，其旋转方向（R1）从环形凹陷部分42的内径向表面43轴向地朝着活塞16且到环形凹陷部分42的外径向表面45。旋转方向（R1）可限定为围绕大体垂直于活塞16的往复方向的轴线。通过非限制性示例，对于高负荷运行下的相应的燃烧事件（对应于做功行程的缸内燃烧），在喷射事件开始时提供到燃烧室的燃料可在旋转方向（R1）上行进至少三百六十度直到喷射事件结束。
[0056] 进气口28可设置为将由进气流生成的涡流流动最小化。在图2的非限制性示例中，发动机组件10包括用于燃烧室32的单个进气口28。进气口28可限定向着燃烧室32的中心区域的流动路径（F2）以减轻进气涡流。
[0057] 图3示出了替代的非限制性示例，所述示例包括用于燃烧室232的第一进气口228和第二进气口229。第一进气口228和第二进气口229可大体相互相对地定向，限定了相互径向向外延伸的进气流路径（F3、F4）。替代地，如在图4的非限制性示例中所示，用于燃烧室332的第一进气口328和第二进气口329可大体相互相对地定向，限定了相互径向向内延伸的进气流路径（F5、F6）。
[0058] 第一进气口228、328相对于第二进气口229、329的相等且相对的定向抵消了燃烧室232、332内的进气涡流的趋势。因此，空气和燃料在燃烧室内的混合主要通过燃料喷雾（F1）生成。
