用于气体燃料的内燃机的制作方法

1.本发明涉及一种用于气体燃料的内燃机。此外，本发明涉及一种车辆。
2.本发明可以应用于重型车辆，诸如卡车、公共汽车和建筑设备。虽然本发明将针对卡车进行描述，但是本发明不限于该特定车辆，而是也可以用于其它交通工具，诸如作业机器和海船，诸如船艇。此外，本发明可用于固定应用，诸如发电机等。


背景技术：

3.近年来人们对开发用于气体燃料的内燃机产生了兴趣。仅作为示例，气体燃料可以包含氢气或由氢气组成。为了实现气体燃料的适当燃烧，通常期望气体燃料在燃烧室中适当混合。对于气体燃料，这可能是具有挑战性的，这是因为与液体燃料(诸如柴油)相比，气体燃料通常与较低的密度以及因此较低的喷射动量相关联。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种内燃机，该内燃机允许气体燃料的适当燃烧。
5.根据本发明的第一方面，该目的通过根据本发明的内燃机实现。
6.因此，本发明的第一方面涉及一种用于气体燃料的内燃机。内燃机包括汽缸和活塞，该活塞用于在汽缸中沿往复轴线做往复运动，由此燃烧室至少部分地由汽缸和活塞界定。活塞包括活塞顶，该活塞顶面向燃烧室。活塞顶在平行于往复轴线的方向上的且投影到横向于往复轴线延伸的活塞顶平面上的活塞顶投影具有活塞顶中心点。
7.活塞包括活塞碗表面和活塞边沿部分，其中该活塞碗表面限定活塞碗。活塞边沿部分包围活塞碗表面，并且活塞碗开口是活塞边沿部分和活塞碗表面之间的相交部分。活塞碗开口的开口重心在活塞顶平面内。开口重心偏离活塞顶中心点。第一分离平面沿第一方向以及沿平行于往复轴线的方向延伸，并且与活塞顶中心点以及开口重心相交。第二分离平面沿横向于第一方向的第二方向以及沿平行于往复轴线的方向延伸，并且与开口重心相交。
8.活塞碗表面具有两个半部：近侧活塞碗表面半部和远侧活塞碗表面半部，这些活塞碗表面半部由第二分离平面分离，其中近侧活塞碗表面半部与活塞顶中心点位于第二分离平面的同一侧。内燃机还包括火花塞，该火花塞适于在燃烧室中产生火花。内燃机还包括燃料喷射器，该燃料喷射器用于将气体燃料喷射到燃烧室中，使得在内燃机运行期间，从燃料喷射器排出的大部分燃料被引向并撞击近侧活塞碗表面半部或远侧活塞碗表面半部。
9.根据上文的内燃机意味着气态燃料可以被喷射从而撞击远侧活塞碗表面半部，并且使得燃料随后可以被反撞向近侧活塞碗表面半部，或者替代地，气体燃料可以被喷射从而撞击近侧活塞碗表面半部，使得燃料随后可以被反撞向远侧活塞碗表面半部，由此获得燃料的滚流运动。这样的滚流运动进而意味着燃料与例如空气和/或氧气的适当混合，以便确保适当的燃烧。
10.可选地，在第一方向上从开口重心到火花塞的开口重心到火花塞距离小于在第一
方向上从活塞顶中心点到火花塞之间的活塞顶中心点到火花塞距离。
11.可选地，活塞顶投影的外周具有一周长测量值。开口重心到火花塞距离小于所述周长测量值的至少10％，优选小于所述周长测量值的5％，更优选小于所述周长测量值的1％。
12.可选地，火花塞投影位于第二分离平面或远侧活塞碗表面半部中，火花塞投影是火花塞在平行于往复轴线的方向上的且投影到活塞顶平面上的投影。
13.可选地，大部分燃料是指从燃料喷射器排出的燃料的至少60％，优选至少70％，更优选至少80％。如上所述，从燃料喷射器排出的大部分燃料被引向并撞击远侧活塞碗表面半部。因此，但可选地，从燃料喷射器排出的燃料的至少60％、优选至少70％、更优选至少80％被引向并撞击远侧活塞碗表面半部。
14.可选地，燃料喷射器适于以等于或超过800m/s、优选等于或超过1200m/s、更优选等于或超过1600m/s的平均燃料喷射器出口速度排出气体燃料。燃料喷射器出口速度等于或高于上述任一个极限意味着气体燃料的适当喷射。
15.可选地，燃料喷射器适于在等于或低于500巴、优选等于或低于300巴、更优选等于或低于100巴的排出压力下排出气体燃料。与液体燃料的喷射不同，气体燃料可以在相对低的压力下喷射，例如等于或低于上述任一个极限。
16.可选地，活塞边沿部分在与活塞顶平面平行的边沿部分平面中延伸。活塞碗表面位于活塞边沿部分平面的与燃烧室相反的一侧。因此，活塞边沿部分可以是平坦的，并且活塞碗可以被视为活塞顶中的腔体。
17.可选地，用于将气体燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射器使得，在内燃机运行期间，从燃料喷射器排出的大部分燃料被引向并撞击远侧活塞碗表面半部。
18.可选地，远侧活塞碗表面半部包括远侧活塞碗侧壁，而近侧活塞碗表面半部包括近侧活塞碗侧壁。远侧活塞碗侧壁的至少部分和近侧活塞碗侧的壁的至少部分经由活塞碗底部彼此连接。活塞碗底部意味着燃料从远侧活塞碗表面半部到近侧活塞碗表面半部的适当传递。
19.可选地，活塞碗表面的活塞碗深度是从活塞碗开口到活塞碗表面的最大距离，如沿往复轴线所见。近侧活塞碗侧壁的上部从活塞边沿部分延伸并且沿进入到活塞碗中的方向延伸，如沿往复轴线所见，在活塞碗深度的0至50％范围内，优选在活塞碗深度的0至30％范围内，更优选在活塞碗深度的0至20％范围内延伸。近侧活塞碗侧壁的上部包括开口突起部，该开口突起部在朝向由第一分离平面和第二分离平面相交而形成的相交线的方向上延伸。
20.根据上文的开口突起部意味着可以在近侧活塞碗侧壁处获得局部湍流。这样的局部湍流进而意味着燃料与例如空气的适当混合。
21.可选地，活塞顶投影的外周具有一周长测量值。开口突起部的开口突起部宽度是从活塞碗表面的与开口突起部相邻的部分到开口突起部的最靠近相交线的部分的量度。突起部宽度在周长测量值的0.01％至1％范围内。在上述范围内的突起部宽度意味着湍流产生的适当大的可能性。
22.可选地，开口突起部的开口突起部高度在往复轴线上。开口突起部高度在开口突起部宽度的20％至200％，优选50％至150％的范围内。同样，在上述任一个范围内的高度意
味着湍流产生的适当大的可能性。
23.可选地，开口突起部具有围绕相交线的开口突起部角延伸部。开口突起部角延伸部在100
°
至240
°
范围内，优选在160
°
至200
°
范围内。在上述任一个范围内的开口突起部角延伸部意味着从远侧活塞碗侧壁向近侧活塞碗侧壁输送的至少大部分燃料可以接触开口突起部，从而获得湍流。
24.可选地，用于将气体燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射器使得，在内燃机运行期间，从燃料喷射器排出的大部分燃料被引向并撞击近侧活塞碗表面半部。
25.可选地，远侧活塞碗表面半部包括远侧活塞碗侧壁，而近侧活塞碗表面半部包括近侧活塞碗侧壁。远侧活塞碗侧壁的至少部分和近侧活塞碗侧壁的至少部分经由活塞碗底部彼此连接。
26.可选地，燃料喷射器包括第一开口和第二开口。第一开口适于沿第一开口方向排出气体燃料，而第二开口适于沿第二开口方向排出气体燃料，第一开口方向与第二开口方向形成的角度在10
°
至80
°
的范围内，优选在15
°
至60
°
的范围内，更优选在20
°
至40
°
的范围内。
27.可选地，第一开口方向和第二开口方向中的每一个开口方向与平行于第二分离平面的参考平面形成一角度。该角度的绝对值在0至5
°
的范围内，优选在0至2
°
的范围内。
28.可选地，第一开口方向和第二开口方向中的每一个开口方向与平行于第一分离平面的参考平面形成一角度。该角度的绝对值在0至5
°
的范围内，优选在0至2
°
的范围内。
29.可选地，第一开口方向和第二开口方向中的每一个开口方向与平行于第二分离平面的参考平面形成一角度。该角度的绝对值在0至5
°
的范围内，优选在0至2
°
的范围内。
30.可选地，燃料喷射器包括第三开口。第三开口适于沿第三开口方向排出气体燃料。第三开口方向与平行于第二分离平面的第二参考平面形成一角度。该角度的绝对值在5
°
至30
°
的范围内，优选在10
°
至20
°
的范围内。
31.可选地，燃料喷射器包括第四开口，该第四开口适于沿第四开口方向排出气体燃料。第三开口方向和第四开口方向关于第二参考平面在相反的方向上。第四开口方向与第二参考平面形成一角度。该角度的绝对值在5
°
至30
°
的范围内，优选在10
°
至20
°
的范围内。
32.可选地，所述燃料喷射器包括至少六个开口，优选至少八个开口。
33.可选地，活塞顶投影的外周具有周长测量值，在活塞顶平面中，活塞顶中心点和开口重心之间的距离为周长测量值的至少1％，优选至少2％。
34.可选地，活塞顶具有单个活塞碗。
35.可选地，内燃机还包括汽缸盖，该汽缸盖具有汽缸盖表面，该汽缸盖表面面向活塞顶并且至少部分地界定燃烧室。
36.可选地，汽缸盖表面在汽缸盖表面平面中延伸。汽缸盖表面平面与活塞顶平面形成一角度，该角度小于10
°
，优选小于5
°
，更优选汽缸盖表面平面与活塞顶平面平行。
37.可选地，燃料喷射器至少部分地布置在汽缸盖中。
38.可选地，火花塞至少部分地布置在汽缸盖中。
39.可选地，燃料喷射器适于将氢燃料喷射到燃烧室中。
40.本发明的第二方面涉及一种驱动布置，该驱动布置包括根据本发明第一方面的内燃机和氢燃料供应系统，该氢燃料供应系统用于向燃料喷射器供应氢燃料。优选地，氢燃料
供应系统包括用于存储氢燃料的储箱。
41.本发明的第三方面涉及一种车辆，该车辆包括根据本发明第一方面的内燃机或根据本发明第二方面的驱动布置。
42.本发明的其它优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。
43.此外，本发明的第四方面涉及一种用于气体燃料的内燃机。该内燃机包括汽缸和活塞，该活塞用于在汽缸中沿往复轴线做往复运动，由此燃烧室至少部分地由汽缸和活塞界定。活塞包括活塞顶，该活塞顶面向燃烧室。活塞顶在平行于往复轴线的方向上的且投影到横向于往复轴线延伸的活塞顶平面上的活塞顶投影具有活塞顶中心点。
44.活塞包括活塞碗表面和活塞边沿部分，其中该活塞碗表面限定活塞碗。活塞边沿部分包围活塞碗表面，并且活塞碗开口是活塞边沿部分和活塞碗表面之间的相交部分。活塞碗开口的开口重心在活塞顶平面中。开口重心偏离活塞顶中心点。
45.内燃机还包括火花塞，该火花塞适于在燃烧室中产生火花。内燃机还包括燃料喷射器，该燃料喷射器用于将气体燃料喷射到燃烧室中，使得气体燃料被喷射到活塞碗中。
46.本发明的第四方面意味着在燃烧之前和/或在燃烧期间气体燃料与例如空气的适当混合。应当注意，本发明的第四方面可以与上文参考本发明的第一方面至第三方面中的任一方面所呈现的一个或多个特征相结合。
附图说明
47.参考所附的图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。
48.在这些图中：
49.图1是车辆的示意图；
50.图2示出了根据本发明的内燃机实施例的一部分的示意性侧视图；
51.图3示出了可以用于本发明的活塞；
52.图4示出了图3活塞的俯视图；
53.图5示意性地示出了根据本发明实施例的内燃机的一部分在燃烧循环的某些部分期间的侧视图；
54.图6至图8示意性地示出了活塞的各种实施方案的截面侧视图；
55.图9示意性地示出了根据本发明另一实施例的内燃机的一部分在燃烧循环的某些部分期间的侧视图；
56.图10示意性地示出了活塞的另一种实施方案的截面侧视图；
57.图11示出了根据本发明的另一内燃机的另一实施例的一部分的示意性俯视图和侧视图；
58.图12示出了根据本发明的另一内燃机的另一实施例的一部分的示意性俯视图和侧视图；
59.图13示出了根据本发明的又一内燃机的另一实施例的一部分的示意性俯视图和侧视图；
60.图14示出了根据本发明的另一内燃机的另一实施例的一部分的示意性俯视图和侧视图，以及
61.图15示出了根据本发明的另一内燃机的附加实施例的一部分的示意性俯视图和
侧视图。
具体实施方式
62.图1示出了一种车辆，例如卡车10，该车辆包括用于气体燃料的内燃机12。仅作为示例，车辆10可以包括驱动布置13，该驱动布置13包括内燃机12和氢燃料供应系统15，该氢燃料供应系统15用于向燃料喷射器供应氢燃料。优选地，并且如图1所示，氢燃料供应系统15可以包括用于存储氢燃料的储箱。
63.为了完整起见，应当注意，根据本发明的内燃机12和/或驱动布置13可以用于除车辆10以外的其它应用。
64.图2示出了根据本发明实施例的内燃机12的一部分的截面图。如图2所示，内燃机12包括汽缸14和活塞16，该活塞16用于在汽缸中沿往复轴线a做往复运动，由此燃烧室18至少部分地由汽缸14和活塞16界定。活塞16包括活塞顶20，该活塞顶20面向燃烧室18。仅作为示例，并且如图2所示，内燃机12还可以包括汽缸盖22，该汽缸盖22具有汽缸盖表面24，该汽缸盖表面24面向活塞顶20并且至少部分地界定燃烧室。汽缸盖22的进一步可能的实施方案将在下文中详述。如图2所示，汽缸盖表面24可以在汽缸盖表面平面25中延伸。
65.如图2所示，但仅作为示例，活塞16可以例如经由如图2所例示的连杆26以机械方式连接到发动机12的曲轴28，由此活塞16可以相应地在汽缸14中的上止点位置和下止点位置之间移动。
66.此外，如从图2可以看出，内燃机12还包括燃料喷射器30，该燃料喷射器30用于将气体燃料喷射到燃烧室18中。仅作为示例，并且如图2所示，燃料喷射器30可以至少部分地布置在汽缸盖22中。应当注意，图2仅呈现了燃料喷射器30的示例，并且可以设想，内燃机12的实施例可以包括燃料喷射器30，该燃料喷射器30以不同于图2中所例示的方式定位和/或定向。
67.此外，如图2所例示，内燃机12可以包括一个或多个进气口32连同对应的进气门34。仅作为示例，并且如图2所示，该一个或多个进气门34可以至少部分布置在汽缸盖22中。类似地，再次如图2所例示，内燃机12可以包括一个或多个排气口36连同对应的排气门38。仅作为示例，并且如图2所示，该一个或多个排气门38可以至少部分地布置在汽缸盖22中。
68.此外，如图2所示，活塞包括活塞碗表面40，该活塞碗表面40限定活塞碗46。下文将呈现活塞碗表面40和活塞碗46的细节。
69.同样地，图3示出了活塞16，该活塞16包括活塞顶20，该活塞顶20面向燃烧室(参见图2)。活塞顶20在平行于往复轴线a的方向上的且投影到横向于往复轴线延伸的活塞顶平面42上的活塞顶投影具有活塞顶中心点44。
70.仅作为示例，汽缸盖表面平面25(参见图2)与活塞顶平面42可以形成小于10
°
，优选小于5
°
的角度。更优选地，汽缸盖表面平面25平行于活塞顶平面42。
71.此外，如图3所示，活塞16包括活塞碗表面40和活塞边沿部分48，其中该活塞碗表面40限定活塞碗46，其中该活塞边沿部分48包围活塞碗表面46，并且活塞碗开口50是活塞边沿部分48和活塞碗表面40之间的相交部分。在图3所示的实施例中，活塞碗开口50是圆形的。然而，也可以设想，活塞碗开口50可以具有其它形状，诸如椭圆形等。
72.活塞碗开口50的开口重心52在活塞顶平面42中。开口重心52偏离活塞顶中心点
44。第一分离平面54沿第一方向56以及沿平行于往复轴线a的方向延伸，并且与活塞顶中心点44以及开口重心52相交。第二分离平面58沿横向于第一方向56的第二方向60以及沿平行于往复轴线a的方向延伸，并且与开口重心52相交。
73.此外，如图3所示，活塞边沿部分48可以在与活塞顶平面42平行的边沿部分平面63中延伸。通常，并且如图3所例示，边沿部分平面63可以与活塞顶平面42重合。此外，活塞碗位于活塞边沿部分平面63的与燃烧室(图3中未示出)相反的一侧上。因此，活塞边沿部分48可以是平坦的，并且活塞碗46可以被视为活塞顶20中的腔体。
74.下文将参考图4呈现与活塞碗相关的特征。
75.如从图4可以看出，活塞碗表面40有两个半部：近侧活塞碗表面半部61和远侧活塞碗表面半部62。活塞碗表面半部61、62由第二分离平面58分开。近侧活塞碗表面半部61与活塞顶中心点44位于第二分离平面58的同一侧。
76.仅作为示例，并且如图4所示，活塞顶投影的外周具有周长测量值64，在活塞顶平面42(参见图3)中，活塞顶中心点44与开口重心52之间的距离66为周长测量值64的至少1％，优选至少2％。
77.在图4所示的实施例中，活塞顶投影是圆形的，并且具有直径d。对于具有圆形活塞顶投影的活塞16的实施例来说，活塞顶中心点44和开口重心52之间的距离66可以是直径d的至少4％，优选至少8％。
78.此外，如图4所示，活塞顶20可以具有单个活塞碗46。
79.此外，但仅作为示例，由活塞碗开口50包围的面积可以是活塞顶投影面积的至少30％，优选至少40％。
80.此外，参考图5，内燃机12还包括燃料喷射器30，该燃料喷射器30用于将气体燃料喷射到燃烧室18中，使得在内燃机12运行期间，从燃料喷射器30排出的大部分燃料被引向并撞击远侧活塞碗表面半部62。仅作为示例，气体燃料可以是氢或者甚至可以由氢组成。
81.应注意，图5所示出的实施例应被视为根据本发明的内燃机12的示例。如将从以下描述中认识到的，参见例如参考图11至图15中的任一个图所作以下描述的部分，用于将气体燃料喷射到燃烧室18中的燃料喷射器30可以使得，在内燃机12运行期间，从燃料喷射器30排出的大部分燃料被引向并撞击近侧活塞碗表面半部61而不是远侧活塞碗表面半部62。因此，用于将气体燃料喷射到所述燃烧室18中的燃料喷射器30通常使得，在所述内燃机12运行期间，从所述燃料喷射器30排出的大部分燃料被引向并撞击所述近侧活塞碗表面半部61或所述远侧活塞碗表面半部62。
82.图5示出了从左到右的顺序，在该顺序中，气体燃料从燃料喷射器30喷射，使得从燃料喷射器30排出的大部分燃料被引向并撞击远侧活塞碗表面半部62。如从图5所示的顺序可以认识到，以上面呈现的方式喷射气体燃料意味着燃料的适当滚流运动(tumbling motion)，这意味着在燃烧之前和/或在燃烧期间气体燃料与例如空气的适当混合。为此，如图5所示，内燃机12可以包括火花塞64，该火花塞64用于点燃燃料与空气的混合物。
83.如从图5的最右部分可以认识到，当活塞16接近其上止点时，获得挤流(squish flow)31，这可以进一步增强燃料与例如空气的混合。优选地，可以在与近侧活塞碗表面半部61位于第二分离平面58的同一侧的活塞16一侧上产生增强的挤流(参见图4)。仅作为示例，与近侧活塞碗表面半部61位于第二分离平面58的同一侧的活塞16一侧可以是位于与火
花塞65位置相反的活塞16一侧。由于与近侧活塞碗表面半部61位于第二分离平面58的同一侧的活塞边沿部分48的面积显著大于与远侧活塞碗表面半部62位于第二分离平面58的同一侧的活塞边沿部分48的面积(参见图4)，因此挤流增强。增强的挤流与朝向火花塞65的附加流结构一起起作用，该附加流结构与平均燃料流引起的滚流运动一起改善燃料与例如空气的混合。
84.作为非限制性示例，大部分燃料(即，被引向并撞击远侧活塞碗表面半部62的燃料量)是从燃料喷射器30排出的燃料的至少60％，优选至少70％，更优选至少80％。
85.在图5所示出的实施例中，由于燃料喷射器30倾斜并且被引向远侧活塞碗表面半部62，因此大部分燃料被引向并撞击远侧活塞碗表面半部62。
86.因此，燃料喷射器30可以大致位于活塞顶中心点44上，在往复轴线a后面，并且可以倾斜，即相对于往复轴线a以一定角度布置，以便将燃料引向远侧活塞碗表面半部62。
87.应当注意的是，燃料喷射器30可以以其它方式实施，以便确保从燃料喷射器30排出的大部分燃料被引向并撞击远侧活塞碗表面半部62。仅作为示例，燃料喷射器30的上述燃料排出特性可以通过对燃料喷射器30进行设计来获得，例如通过对燃料喷射器的喷嘴帽(未示出)进行适当设计来获得。
88.此外，如图5中以虚线表示的燃料喷射器30'所示，该燃料喷射器可以定位成与活塞顶中心点44偏离，并且燃料喷射器30'可以适于沿基本上平行于往复轴线a的方向朝向远侧活塞碗表面半部62喷射燃料。
89.无论燃料喷射器30的位置和/或定向如何，燃料喷射器30都可以优选地适于以等于或超过800m/s、优选等于或超过1200m/s、更优选等于或超过1600m/s的平均燃料喷射器出口速度来排出气体燃料。如本领域技术人员可以认识到的，燃料喷射器出口速度在离开燃料喷射器30的燃料的各个部分之间可能不同，所述各个部分例如是形成燃料喷射器的部分的喷嘴(未示出)的各个区域。通过计算燃料的各个部分的平均值来确定平均燃料喷射器出口速度。作为非限制性示例，可以通过计算或确定离开燃料喷射器的燃料喷雾截面的多个不同区域的燃料出口速度并计算其平均值来确定平均燃料喷射器出口速度。
90.此外，再次无论燃料喷射器30的位置和/或定向如何，燃料喷射器30都可以适于在等于或低于500巴、优选等于或低于300巴、更优选等于或低于100巴的排出压力下排出气体燃料。
91.将在下文中参考图6至图8呈现活塞碗46的实施方案。图6示出了活塞顶20的截面。如图6所示，远侧活塞碗表面半部62可以包括远侧活塞碗侧壁67，而近侧活塞碗表面半部61可以包括近侧活塞碗侧壁68。远侧活塞碗侧壁67的至少部分和近侧活塞碗侧壁68的至少部分，例如彼此面对的壁部分，可以经由活塞碗底部70彼此连接。如图6中的箭头所示，侧壁67、68和活塞碗底部70意味着燃料从远侧活塞碗表面半部62适当地传递到近侧活塞碗表面半部61。图6示出了活塞顶20的一实施方案，在该实施方案中，活塞碗具有活塞碗深度72。如本文所使用的，术语“活塞碗深度”是指从活塞碗开口50到活塞碗表面40的一部分的最大距离，如沿往复轴线a所见。
92.此外，图6还示出了在第一方向56上从开口重心52到火花塞65的开口重心到火花塞距离53小于在第一方向56上从活塞顶中心点44到火花塞65的活塞顶中心点到火花塞距离55。优选地，并且如图6所示，火花塞65和活塞顶中心点44分别位于开口重心52的相反两
侧，如在第一方向56上所见。
93.火花塞通常具有中心电极。因此，如本文所使用的，术语开口重心到火花塞距离53是指从开口重心到火花塞的中心电极的距离。
94.此外，活塞顶投影的外周可以具有周长测量值64，参见例如图4。仅作为示例，开口重心到火花塞距离53可以小于周长测量值64的至少10％，优选小于周长测量值64的5％，更优选小于周长测量值64的1％。
95.此外，但再次仅作为示例，火花塞投影位于第二分离平面58中或远侧活塞碗表面半部62中，火花塞投影是火花塞65在平行于往复轴线a的方向上的且投影到活塞顶平面42上的投影。在图6的示例中，火花塞投影位于远侧活塞碗表面半部62中。
96.在活塞顶20的图6实施方案中，深度(即，从活塞碗开口50到活塞碗表面40的最大距离)对于远侧活塞碗表面半部62和近侧活塞碗表面半部61而言是相同的。图7和图8示出了活塞顶20的替代实施方案。在图7的实施方案中，深度(即，从活塞碗开口50到活塞碗表面40的最大距离)位于远侧活塞碗表面半部62中，而在图8的实施方案中，深度(即，从活塞碗开口50到活塞碗表面40的最大距离)位于近侧活塞碗表面半部61中。
97.无论活塞碗46的形状如何，例如，无论是否采用图6至图8实施例中的任一个实施例，近侧活塞碗侧壁68的上部74(参见图9)都从活塞边沿部分50延伸并且沿进入到活塞碗46中的方向延伸，如沿往复轴线a所见，在活塞碗深度的0至50％的范围内，优选在活塞碗深度的0至30％的范围内，更优选在活塞碗深度的0至20％的范围内延伸。
98.因此，参考图9，近侧活塞碗侧壁68的上部74可以包括开口突起部76，该开口突起部76沿朝向由第一分离平面54和第二分离平面58相交而形成的相交线78的方向延伸。为了清楚起见，图9中未包括第一分离平面和第二分离平面，替而参考图3。
99.根据上文的开口突起部76意味着可以在近侧活塞碗侧壁68处获得局部湍流。这样的局部湍流(这由图9中的涡流示出)进而意味着例如在燃烧之前或在燃烧期间燃料与例如空气的适当混合。
100.将在下文中参考图10讨论开口突起部76的特性。为此，但仅作为示例，图10中的开口突起部76具有开口突起部宽度80，该开口突起部宽度80是从活塞碗表面40的与开口突起部76相邻的一部分到开口突起部76的最靠近相交线78的那部分的测量值。此外，如图10进一步所示，开口突起部76在往复轴线a上具有开口突起部高度82。仅作为示例，开口突起部高度82可以在开口突起部宽度80的20％至200％，优选50％至150％的范围内。因此，优选地，相对于近侧活塞碗侧壁68的相邻部分而言，开口突起部76可以相对不同。
101.仅作为示例，开口突起部76可以形成活塞16的一体部分。作为另一个非限制性示例，开口突起部76可以是单独的元件(未示出)，其通过接头(诸如焊接接头)连接到活塞16的其余部分。还可以设想，开口突起部76可以由施加到活塞16的焊接条(未示出)构成。
102.此外，如上文已经参考图4所述，活塞顶投影的外周具有周长测量值64。开口突起部76的开口突起部宽度80可以在周长测量值64的0.01％至1％的范围内。
103.此外，参考图9，开口突起部76具有围绕相交线78的开口突起部角延伸部84。开口突起部角延伸部84可以在100
°
至240
°
的范围内，优选在160
°
至200
°
的范围。
104.在本发明的上面的实施例中，用于将气体燃料喷射到燃烧室18中的燃料喷射器30使得，在内燃机12运行期间，从燃料喷射器30排出的大部分燃料被引向并撞击远侧活塞碗
表面半部62。然而，还可以设想，在本发明的实施例中，用于将气体燃料喷射到燃烧室18中的燃料喷射器30使得，在内燃机12运行期间，从燃料喷射器30排出的大部分燃料被引向并撞击近侧活塞碗表面半部61。
105.为此，参考图11，图11示出了内燃机12的一实施例，在该实施例中，远侧活塞碗表面半部62包括远侧活塞碗侧壁67，而近侧活塞碗表面半部61包括近侧活塞碗侧壁68。以与上文所述类似的方式，远侧活塞碗侧壁67的至少部分和近侧活塞碗侧壁68的至少部分可以经由活塞碗底部70彼此连接。
106.此外，相对于上文的图6而言，图11还示出了在第一方向56上从开口重心52到火花塞65的开口重心到火花塞距离53小于在第一方向56上从活塞顶中心点44到火花塞65的活塞顶中心点到火花塞距离55。优选地，并且如图11所示，火花塞65和活塞顶中心点44分别位于开口重心52的相反两侧，如在第一方向56上所见。
107.此外，活塞顶投影的外周可以具有周长测量值64。仅作为示例，开口重心到火花塞距离53可以小于周长测量值64的至少10％，优选小于周长测量值64的5％，更优选小于周长测量值64的1％。
108.此外，但再次仅作为示例，火花塞投影位于第二分离平面58或远侧活塞碗表面半部62中，火花塞投影是火花塞65在平行于往复轴线a的方向上的且投影到活塞顶平面42上的投影。在图11的示例中，火花塞投影位于远侧活塞碗表面半部62中。
109.将在下文中参考图12至图15呈现内燃机12的各种实施例。图12至图15中的每一个图都呈现了活塞16的俯视图以及活塞16在不同位置的三个侧视图。参考图12，活塞16的最底位置表示开始喷射燃料时活塞16的位置。在图12中，最底位置由字母si表示。活塞16的最上位置表示当火花塞65产生火花时活塞16的位置。因此，图12中最上位置由st表示，其中st代表火花正时。为了说明的目的，活塞16的最上位置被示出为与容纳例如燃料喷射器30的汽缸盖表面相距一定距离。然而，可以设想，当汽缸处于活塞16的最上位置时，汽缸16可以位于相对靠近汽缸盖表面的位置，例如距离汽缸盖表面大约一毫米。
110.最后，最底位置si和最上位置st之间的中间位置表示当燃料喷射结束时活塞16的位置，其中中间位置由字母ei表示，表示喷射结束。
111.参考图12，燃料喷射器30包括第一开口和第二开口，这些开口优选位于燃料喷射器的喷嘴尖端，第一开口适于沿第一开口方向86排出气体燃料，而第二开口适于沿第二开口方向88排出气体燃料。第一开口方向86和第二开口方向88形成的角度90在10
°
至80
°
范围内，优选在15
°
至60
°
范围内，更优选在20
°
至40
°
范围内。
112.特别是，参考图12，第一开口方向86和第二开口方向88中的每一个开口方向都与平行于第二分离平面58的参考平面96形成角度92、94。每个角度92、94的绝对值都可以在0至5
°
的范围内，优选在0至2
°
的范围。仅作为示例，第一开口方向86与参考平面96形成的角度的绝对值可以等于第二开口方向88与参考平面96形成的角度的绝对值。然而，也可以设想，在内燃机12的实施例中，第一开口方向86与参考平面96形成的角度的绝对值可以不同于第二开口方向88与参考平面96形成的角度绝对值。
113.如从图12可以认识到，至少当活塞16处于中间位置ei时，从燃料喷射器30排出的大部分燃料被引向并撞击近侧活塞碗表面半部61。此外，如从图12可以认识到，至少在中间位置ei，从所述燃料喷射器30排出的燃料的至少60％，优选至少70％，更优选至少80％被引
向并撞击近侧活塞碗表面半部61。
114.在图12的实施例中，第一开口方向86和第二开口方向88中的每一个开口方向都在基本上平行于第一分离平面54的平面中延伸。然而，可以设想，在内燃机12的其它实施例中，第一开口方向86和第二开口方向88中至少一个开口方向可以在其它方向上延伸。
115.为此，参考图13，其示出了与图12实施例相似的实施例，但是其中第一开口方向86和第二开口方向88中的每一个开口方向都与平行于第一分离平面54的参考平面形成一角度。对于图12的实施例而言，每一个所述角度的绝对值都可以在0至5
°
的范围内，优选在0至2
°
的范围内。
116.此外，在内燃机12的实施例中，燃料喷射器可以包括多于两个开口。为此，参考图14，其示出了包括燃料喷射器30的实施例，燃料喷射器30进而包括第三开口。第三开口适于沿第三开口方向98排出气体燃料。第三开口方向98与平行于第二分离平面58的第二参考平面102形成角度100。角度100的绝对值在5
°
至30
°
的范围内，优选在10
°
至20
°
的范围内。
117.在图15所示的实施例中，燃料喷射器30包括第四开口。第四开口适于沿第四开口方向104排出气体燃料。第三开口方向98和第四开口方向104关于第二参考平面102在相反的方向上。第四开口方向104与第二参考平面102形成角度106。角度106的绝对值在5
°
至30
°
的范围内，优选在10
°
至20
°
的范围内。
118.还可以设想，在内燃机12的实施例中，燃料喷射器30可以包括至少六个开口，优选至少八个开口。当然，还可以设想，内燃机的实施例可以包括具有单个开口的燃料喷射器。
119.应当理解，本发明不限于上述和附图中所示的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求书的范围内，可以作出许多改变和修改。

技术特征：
1.一种用于气体燃料的内燃机(12)，所述内燃机(12)包括汽缸(14)和活塞(16)，所述活塞(16)用于在所述汽缸(14)中沿往复轴线(a)做往复运动，由此燃烧室(18)至少部分地由所述汽缸(14)和所述活塞(16)界定，所述活塞(16)包括活塞顶(20)，所述活塞顶(20)面向所述燃烧室(18)，所述活塞顶(20)在平行于所述往复轴线(a)的方向上的且投影到横向于所述往复轴线(a)延伸的活塞顶平面(42)上的活塞顶投影具有活塞顶中心点(44)，所述活塞顶(20)包括活塞碗表面(40)和活塞边沿部分(48)，其中所述活塞碗表面(40)限定活塞碗(46)，其中所述活塞边沿部分(48)包围所述活塞碗表面(40)，并且活塞碗开口(50)是所述活塞边沿部分(48)与所述活塞碗表面(40)之间的相交部分，所述活塞碗开口(50)的开口重心(52)在所述活塞顶平面(42)中，所述开口重心(52)偏离所述活塞顶中心点(44)，其中第一分离平面(54)沿第一方向(56)以及沿平行于所述往复轴线(a)的方向延伸，并且与所述活塞顶中心点(44)以及与所述开口重心(52)相交，其中第二分离平面(58)沿横向于所述第一方向(56)的第二方向(60)以及沿平行于所述往复轴线(a)的方向延伸，并且与所述开口重心(52)相交，所述活塞碗表面(40)具有两个半部：近侧活塞碗表面半部(61)和远侧活塞碗表面半部(62)，所述活塞碗表面(40)半部由所述第二分离平面(58)分离，其中所述近侧活塞碗表面半部(61)与所述活塞顶中心点(44)位于所述第二分离平面(58)的同一侧上，所述内燃机(12)还包括火花塞(65)，所述火花塞(65)适于在所述燃烧室(18)中产生火花，所述内燃机(12)还包括燃料喷射器(30)，所述燃料喷射器(30)用于将气体燃料喷射到所述燃烧室(18)中，使得在所述内燃机(12)运行期间，从所述燃料喷射器(30)排出的大部分燃料被引向并撞击所述近侧活塞碗表面半部(61)或所述远侧活塞碗表面半部(62)。2.根据权利要求1所述的内燃机(12)，其中，在所述第一方向(56)上从所述开口重心(52)到所述火花塞(65)的开口重心(52)到火花塞距离小于在所述第一方向(56)上从所述活塞顶中心点(44)到所述火花塞(65)的活塞顶中心点到火花塞距离。3.根据权利要求2所述的内燃机(12)，其中，所述活塞顶投影的外周具有周长测量值(64)，所述开口重心(52)到火花塞距离小于所述周长测量值(64)的至少10％，优选小于所述周长测量值(64)的5％，更优选小于所述周长测量值(64)的1％。4.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，其中，火花塞投影位于所述第二分离平面(58)或所述远侧活塞碗表面半部(62)中，所述火花塞投影是所述火花塞(65)在平行于所述往复轴线(a)的方向上的且投影到所述活塞顶平面(42)上的投影。5.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述大部分燃料是从所述燃料喷射器(30)排出的燃料的至少60％，优选至少70％，更优选至少80％。6.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述燃料喷射器(30)适于以等于或超过800m/s、优选等于或超过1200m/s、更优选等于或超过1600m/s的平均燃料喷射器出口速度排出气体燃料。7.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述燃料喷射器(30)适于在等于或低于500巴、优选等于或低于300巴、更优选等于或低于100巴的排出压力下排出气体燃料。8.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述活塞边沿部分(48)在与所述活塞顶平面(42)平行的边沿部分平面(63)中延伸，所述活塞碗表面(40)位于所述活塞边沿部分平面(63)的与所述燃烧室(18)相反的一侧。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，其中，用于将气体燃料喷射到所述燃烧室(18)中的所述燃料喷射器(30)使得，在所述内燃机(12)运行期间，从所述燃料喷射器(30)排出的大部分燃料被引向并撞击所述远侧活塞碗表面半部(62)。10.根据权利要求9所述的内燃机(12)，其中，所述远侧活塞碗表面半部(62)包括远侧活塞碗侧壁(67)，而所述近侧活塞碗表面半部(61)包括近侧活塞碗侧壁(68)，所述远侧活塞碗侧壁(67)的至少部分和所述近侧活塞碗侧壁(68)的至少部分经由活塞碗底部(70)彼此连接。11.根据权利要求10所述的内燃机(12)，其中，所述活塞碗表面(40)具有活塞碗深度(72)，如沿所述往复轴线(a)所见，所述活塞碗深度(72)是从所述活塞碗开口(50)到所述活塞碗表面(40)的最大距离，如沿所述往复轴线(a)所见，所述近侧活塞碗侧壁(68)的上部(74)从所述活塞边沿部分(48)延伸并且沿进入所述活塞碗(46)的方向延伸，在所述活塞碗深度(72)的0至50％的范围内，优选在所述活塞碗深度(72)的0至30％的范围内，更优选在所述活塞碗深度(72)的0至20％的范围内延伸，所述近侧活塞碗侧壁(68)的所述上部(74)包括开口突起部(76)，所述开口突起部(76)在朝向由所述第一分离平面(54)和所述第二分离平面(58)相交而形成的相交线(78)的方向上延伸。12.根据权利要求11所述的内燃机(12)，其中，所述活塞顶投影的外周具有周长测量值(64)，所述开口突起部(76)具有开口突起部宽度(80)，所述开口突起部宽度(80)是从所述活塞碗表面(40)的与所述开口突起部(76)相邻的部分到所述开口突起部(76)的最靠近所述相交线(78)的部分的量度，所述突起部宽度在所述周长测量值(64)的0.01％至2％的范围内。13.根据权利要求12所述的内燃机(12)，其中，所述开口突起部(76)在所述往复轴线(a)上具有开口突起部高度(82)，所述开口突起部高度(82)在所述开口突起部宽度(80)的20％至200％，优选50％至150％的范围内。14.根据权利要求11至13中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述开口突起部(76)具有围绕所述相交线(78)的开口突起部角延伸部(84)，所述开口突起部角延伸部(84)在100
°
至240
°
的范围内，优选在160
°
至200
°
的范围内。15.根据权利要求1至8中的任一项所述的内燃机(12)，其中，用于将气体燃料喷射到所述燃烧室(18)中的所述燃料喷射器(30)使得，在所述内燃机(12)运行期间，从所述燃料喷射器(30)排出的大部分燃料被引向并撞击所述近侧活塞碗表面半部(61)。16.根据权利要求15所述的内燃机(12)，其中，所述远侧活塞碗表面半部(62)包括远侧活塞碗侧壁(67)，而所述近侧活塞碗表面半部(61)包括近侧活塞碗侧壁(68)，所述远侧活塞碗侧壁(67)的至少部分和所述近侧活塞碗侧壁(68)的至少部分经由活塞碗底部(70)彼此连接。17.根据权利要求15或16所述的内燃机(12)，其中，所述燃料喷射器(30)包括第一开口和第二开口，所述第一开口适于沿第一开口方向(86)排出气体燃料，而所述第二开口适于沿第二开口方向(88)排出气体燃料，所述第一开口方向(86)与所述第二开口方向(88)形成的角度在10
°
至80
°
的范围内，优选在15
°
至60
°
的范围内，更优选在20
°
至40
°
的范围内。18.根据权利要求17所述的内燃机(12)，其中，所述第一开口方向(86)和所述第二开口方向(88)中的每一个开口方向都与平行于所述第二分离平面(58)的参考平面(96)形成一
角度(92、94)，所述角度(92、94)的绝对值在0至5
°
的范围内，优选在0至2
°
的范围内。19.根据权利要求17所述的内燃机(12)，其中，所述第一开口方向(86)和所述第二开口方向(88)中的每一个开口方向都与平行于所述第一分离平面(54)的参考平面形成一角度，所述角度的绝对值在0至5
°
的范围内，优选在0至2
°
的范围内。20.根据权利要求19所述的内燃机(12)，其中，所述燃料喷射器(30)包括第三开口，所述第三开口适于沿第三开口方向(98)排出气体燃料，所述第三开口方向与平行于所述第二分离平面(58)的第二参考平面(102)形成一角度(100)，所述角度(100)的绝对值在5
°
至30
°
的范围内，优选在10
°
至20
°
的范围内。21.根据权利要求20所述的内燃机(12)，其中，所述燃料喷射器(30)包括第四开口，所述第四开口适于沿第四开口方向(104)排出气体燃料，所述第三开口方向(98)和所述第四开口方向(104)关于所述第二参考平面(102)在相反的方向上，所述第四开口方向(104)与所述第二参考平面(102)形成一角度(106)，所述角度(106)的绝对值在5
°
至30
°
的范围内，优选在10
°
至20
°
的范围内。22.根据权利要求17至21中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述燃料喷射器(30)包括至少六个开口，优选至少八个开口。23.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述活塞顶投影的外周具有周长测量值(64)，在所述活塞顶平面(42)中，所述活塞顶中心点(44)与所述开口重心(52)之间的距离为所述周长测量值(64)的至少1％，优选至少2％。24.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述活塞顶(20)具有单个活塞碗(46)。25.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，还包括汽缸盖(22)，所述汽缸盖(22)具有汽缸盖表面(24)，所述汽缸盖表面(24)面向所述活塞顶(20)并且至少部分地界定所述燃烧室(18)。26.根据权利要求25所述的内燃机(12)，其中，所述汽缸盖表面(24)在汽缸盖表面平面(25)中延伸，所述汽缸盖表面平面(25)与所述活塞顶平面(42)形成小于10
°
、优选小于5
°
的角度，更优选所述汽缸盖表面平面(25)平行于所述活塞顶平面(42)。27.根据权利要求25或26所述的内燃机(12)，其中，所述燃料喷射器(30)至少部分地布置在所述汽缸盖(22)中。28.根据权利要求25至27中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述火花塞(65)至少部分地布置在所述汽缸盖(22)中。29.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)，其中，所述燃料喷射器(30)适于将氢燃料喷射到所述燃烧室(18)中。30.一种驱动布置(13)，包括根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机(12)和氢燃料供应系统(15)，所述氢燃料供应系统(15)用于向所述燃料喷射器(30)供应氢燃料，优选地，所述氢燃料供应系统包括用于存储氢燃料的储箱。31.一种车辆(10)，包括根据权利要求1至29中的任一项所述的内燃机(12)或根据权利要求30所述的驱动布置。

技术总结
用于气体燃料的内燃机，所述内燃机(12)包括汽缸(14)和活塞(16)，所述活塞(16)用于在所述汽缸(14)中沿往复轴线(A)做往复运动，由此燃烧室(18)至少部分地由所述汽缸(14)和所述活塞(16)界定，所述活塞(16)包括活塞顶(20)，所述活塞顶(20)面向所述燃烧室(18)，所述活塞顶(20)在平行于往复轴线(A)的方向上的且投影到横向于所述往复轴线(A)延伸的活塞顶平面(42)上的活塞顶投影具有活塞顶中心点(44)，所述活塞顶(20)包括限定活塞碗(46)的活塞碗表面(40)和活塞边沿部分(48)，其中所述活塞边沿部分(48)包围所述活塞碗表面(40)，并且活塞碗开口(50)是所述活塞边沿部分(48)和所述活塞碗表面(40)之间的相交部分，所述活塞碗开口(50)的开口重心(52)在所述活塞顶平面(42)中，所述开口重心(52)偏离所述活塞顶中心点(44)。所述开口重心(52)偏离所述活塞顶中心点(44)。所述开口重心(52)偏离所述活塞顶中心点(44)。


技术研发人员：让
受保护的技术使用者：沃尔沃卡车集团
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/6/20