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CN116324136A - 发动机操作方法和具有非凹角燃烧碗和防积碳坡道的活塞 - Google Patents

发动机操作方法和具有非凹角燃烧碗和防积碳坡道的活塞 Download PDF

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CN116324136A
CN116324136A CN202180064498.6A CN202180064498A CN116324136A CN 116324136 A CN116324136 A CN 116324136A CN 202180064498 A CN202180064498 A CN 202180064498A CN 116324136 A CN116324136 A CN 116324136A
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millimeters
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E·L·施勒德
J·K·图克
A·J·克卢特
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Caterpillar Inc
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Abstract

操作内燃发动机包括将直接喷射的燃料的喷雾羽流的燃料输送出活塞中的燃烧碗中的涡流袋，并使燃料对在燃烧碗的径向内搁板表面和该活塞的径向外挤压表面之间过渡的防积碳坡道进行撞击。该搁板表面与由该挤压表面限定的平面间隔开轴向距离(FA)，该轴向距离为活塞外径(OD)尺寸的1％至2％。使该燃料对防积碳坡道进行撞击将该燃料从挤压表面向上引导，以限制该燃烧气缸中的湿壁。

Description

发动机操作方法和具有非凹角燃烧碗和防积碳坡道的活塞
技术领域
本公开总体上涉及用于减少烟雾或碳烟产生的发动机操作方法和活塞几何形状，更具体地涉及一种具有防积碳坡道的活塞，该防积碳坡道用于重新引导离开燃烧碗的所喷射的燃料以限制湿壁。
背景技术
内燃发动机通常在各种行业中用于为机器和设备提供动力。使用此类机器和设备的行业的实例包括海洋、运土、建筑、采矿、机车和农业，仅举几个例子。在各种应用中越来越需要功率密度增大的内燃发动机。此类发动机有时受到在发动机额定条件下产生的高碳烟和高阀温度或其他高气缸盖部件温度的挑战。能够改善一个性能参数(如碳烟产生减少)的策略往往对其他性能参数(如氮氧化物或“NOx”的产生)产生负面的或不可预测的影响，这需要工程师平衡有时竞争的考量。
几十年来，关于燃料供给、排放气体再循环或EGR、涡轮增压、可变阀致动、可变几何形状涡轮、废气门的使用以及许多其他因素可被改变以产生不同结果的方式方面，研究和开发已经取得了进展。除了改变这些和其他操作参数之外，大量的研究和性能测试工作都围绕着发动机部件，特别是近年来的活塞可以成形并成比例以实现一系列期望结果的不同方式。如上所述，在燃烧科学中推动进展的一个动机是期望减少和/或平衡发动机排气中某些排放物的相对量。提高或优化发动机燃料效率，以及管理部件磨损和/或疲劳也仍然是重要的目标。对功率密度需求的增加加剧了这些挑战中的一些挑战，并且增加了来自试图操纵任何一个性能参数的次生效应的不可预测性。出于此类原因，专门为一个应用程序而构建的设计和策略可以揭示它们本身不太适合于其他应用程序。
Burger等人的美国专利申请公开号2016/0169152提出了一种活塞，该活塞具有具有高度尺寸的顶部槽脊表面。该活塞具有标称外径，使得在高度和发动机孔的内径之间实现规定的比率，显然是为了通过增加功率输出、减少燃料消耗和减少排放来改进发动机操作。
发明内容
在一个方面，一种操作内燃发动机的方法包括使限定活塞外径(OD)尺寸的活塞在发动机的燃烧气缸中往复运动。该方法进一步包括将液体燃料从限定纵向轴线的燃料喷射器中的多个喷孔直接喷射到发动机中的燃烧气缸中，以及使所喷射的液体燃料的喷雾羽流从多个喷孔向外和向下推进通过活塞的具有非凹角轮廓的燃烧碗。该方法进一步包括将喷雾羽流的燃料输送出燃烧碗的涡流袋到燃烧碗的搁板容积中，该燃烧碗形成于由径向外挤压表面限定的平面和与该平面间隔开轴向(FA)距离的径向内搁板表面之间，该轴向(FA)距离为OD尺寸的1％至2％。该方法进一步包括使离开燃烧碗的搁板容积的喷雾羽流的燃料对在径向内搁板表面和径向外挤压表面之间过渡的防积碳坡道进行撞击。该方法还进一步包括基于燃料对防积碳坡道的撞击，从挤压表面向上引导离开搁板容积的喷雾羽流的燃料，以限制燃烧气缸内的湿壁。
在另一方面，一种被配置成在内燃发动机的燃烧气缸中往复运动的活塞包括环形主体，该环形主体包括冠部，该冠部限定纵向轴线并具有限定垂直于纵向轴线定向的平面的径向外唇部。冠部进一步包括燃烧碗，该燃烧碗具有与平面间隔开第一轴向(FA)距离的径向内搁板部和与该平面间隔开第二轴向(SA)距离的底部表面。活塞进一步包括限定活塞外径(OD)尺寸的外表面，并且FA距离和OD尺寸的比率为1％至2％，并且FA距离和SA距离的比率为7％至11％。燃烧碗形成非凹角轮廓，并且冠部进一步包括在径向内搁板部和径向外唇部之间过渡的防积碳坡道，以从该径向外唇部向上重新引导离开该燃烧碗的所喷射的燃料流，使得燃烧气缸中的湿壁受到限制。
在又一方面，用于内燃发动机的活塞包括环形冠主体，该环形冠主体限定纵向轴线并具有限定垂直于该纵向轴线定向的平面的径向外唇部。环形冠主体进一步包括燃烧碗，该燃烧碗具有与平面间隔第一轴向(FA)距离的径向内搁板部、与该平面间隔第二轴向(SA)距离的底部凹表面和限定与平面形成锐角夹角的切线的外碗表面，该锐角夹角在径向向内的方向上开口。活塞进一步包括活塞裙，该活塞裙附接到环形冠主体并且限定169毫米至170毫米的活塞外径(OD)尺寸，并且FA距离为1.9毫米至2.5毫米。径向外唇部包括平面挤压表面，径向内搁板部包括平面搁板表面，并且防积碳坡道在该平面搁板表面和该平面挤压表面之间过渡并具有凹形曲线轮廓。
附图说明
图1是根据一个实施例的内燃发动机的透视图；
图2是示出了根据一个实施例的活塞的图1的内燃发动机的剖切侧视图；
图3是图2的活塞的放大剖切侧视图；
图4是图3中的活塞的另一剖切侧视图；
图5是示出了根据一个实施例的离开活塞中的燃烧碗的流体被引导离开燃烧气缸壁的CFD(计算流体动力学)图；
图6是示出了根据一个实施例的排气阀温度的改进的基于CFD的条形图；
图7是示出了根据一个实施例的盖板温度的改进的基于CFD的条形图；以及
图8是示出了根据一个实施例的烟雾或碳烟产生的改进的基于CFD的条形图。
具体实施方式
本文公开了可以在内燃发动机中使用的活塞的各种实施例和根据本公开的各种实施例的具有活塞碗几何形状的冠部或活塞冠。鉴于以下描述将进一步显而易见的，当相关联的内燃发动机在其额定负载下运行时，根据本公开的活塞有望提供增加的功率密度、减少的烟雾或碳烟排放和降低的气缸盖部件温度。
现在参见图1，示出了内燃发动机100，该内燃发动机可以根据在此阐述的原理采用操作方法和活塞几何形状的各种实施例。发动机100可以包括活塞(图1中未示出)在其中往复运动的发动机机体102和气缸盖104，该气缸盖可以包含用于将流体引入位于发动机机体102中的孔/燃烧气缸中的各种发动机部件。发动机100可以包括任何数量的燃烧气缸和活塞，这些燃烧气缸和活塞处于任何合适的布置，如V形模式或直列式模式。
还参照图2，示出了发动机100的一部分的剖切图，包括燃烧碗或气缸106，该燃烧室或气缸可以具有限定在形成于发动机100的曲轴箱或发动机机体102内的气缸孔108内的大体圆柱形形状。燃烧气缸106在一端由气缸盖104的火焰板表面110进一步限定，在另一端由活塞400的冠部或活塞冠402限定，该活塞被配置成在孔108内往复运动，并连接到联接到曲轴(未示出)的连杆124。燃料喷射器112安装在气缸盖104中。喷射器112具有尖端114，该尖端在燃烧气缸106内突出穿过火焰板表面110，使得其可以直接将燃料喷射到燃烧气缸106中。发动机100可以是压燃式发动机，使得活塞400往复运动以将包含直接喷射的液体燃料，如柴油馏分燃料，的混合物以常规四冲程模式压缩至自燃阈值。
在发动机100的运行期间，当一个或多个进气阀117(示出一个)在进气冲程期间打开时，空气以及可能的空气和其他进气气体，如再循环的排放气体，经由进气通道115被允许进入燃烧气缸106中。在已知的配置中，高压燃料，如柴油馏分燃料，被允许流过尖端114中的喷嘴开口/端口，以形成进入燃烧气缸106的燃料射流或燃料喷雾羽流。每个喷嘴开口产生燃料喷雾羽流118，该燃料喷雾羽流通常分散以产生预定的燃料/空气混合物，在压燃式发动机中的燃料/空气混合物自燃并燃烧。燃料喷雾羽流118可以从喷射器112以例如介于110°与150°之间的夹角β提供，但也可以使用其他角度。燃烧之后，当一个或多个排气阀122在排气冲程期间打开时，排放气体通过排气管道120从燃烧气缸106排出。
现在参见图3，示出了活塞400，示出了更多的细节。活塞400可以由钢、铸造铝合金、锻造铝合金或其他耐用且耐腐蚀的合适材料制成。冠部的几何形状可以在铸造或锻造过程中形成，然后可以在必要时进行粗加工和/或精加工。合适的机加工工艺可以包括铣削、车削、放电机加工或其他工艺。
活塞400可以包括环形主体404，该环形主体包括冠部402并且限定纵向轴线406、垂直于纵向轴线406的径向方向408和包含纵向轴线406和径向方向408的平面(例如，图3中所示的剖切面)。冠部402还可以包括波型燃烧碗410。冠部402还包括径向外唇部412，并且波型燃烧碗410包括径向内搁板部414，该径向内搁板部与径向外唇部412和如本文进一步讨论的由此限定的平面轴向间隔开第一轴向(FA)距离416。
涡流袋418从径向内搁板部414径向向内(例如直接或间接地)延伸，并限定下轴向末端420，该下轴向末端与径向外唇部412和由此限定的平面轴向间隔开大于FA距离416的第二轴向(SA)距离422。燃烧碗410具有非凹角轮廓，并且涡流袋418可以限定在径向向外的方向上延伸的切线424，该切线与径向外唇部412在包含纵向轴线406和径向方向408的平面中形成范围从70°至80°(例如75.0°)的锐角426。角426可以由外碗表面434限定并在径向向内的方向上开口。峰448可以从表面438延伸(例如切向地)。该峰448可以在纵向轴线406处居中，并且可以与挤压表面429轴向间隔开轴向偏移距离450，该轴向偏移距离被投影到包含纵向轴线406和径向方向408的平面上，范围从3.5毫米至6毫米(例如5.5毫米)。
冠部402可以仅通过以下来限定：使径向外唇部412的几何形状和波型燃烧碗410在包含纵向轴线406和径向方向408的平面中绕纵向轴线406旋转360°。因此，冠部402的截面几何形状在包含纵向轴线406和径向方向408的任何平面中是相同的。还参考图4，可以看出，径向外唇部412包括平面挤压表面428(例如，可以垂直于纵向轴线406，之所以这样将是因为，当活塞400接近气缸盖时该表面挤压或压挤孔中的流体)，并且径向内搁板部414可以包括平面搁板表面430(例如，可以平行于平面挤压表面)，该平面搁板表面与平面挤压表面428轴向间隔开FA距离416。挤压表面428限定如上所述的平面458，并且搁板容积在轴向上限定于平面458和搁板表面430之间。
涡流袋418可以包括限定涡流袋418的下轴向末端420的底部凹弓形表面或碗底部表面432，该涡流袋的下轴向末端与平面挤压表面428和平面458轴向间隔开SA距离422。如本文所用，“弓形”包括不直或不平的任何形状，包括半径、椭圆、多项式、样条线等。涡流袋418可以进一步包括外表面434，该外表面从平面搁板表面430径向和轴向(例如直接地或间接地)延伸，并限定与平面458形成锐角426的切线424，该角426在径向向内的方向上开口。
第一过渡共混物436将外表面434连接到搁板表面430。第一过渡共混物436可以限定范围从1毫米至10毫米，例如2毫米的曲率半径。如本文所用，术语“共混物”可以包括任何合适的几何形状，包括半径或其他弓形曲线段。涡流袋418还可以包括第二表面438，该第二表面是圆锥形的并且从底部表面432朝向纵向轴线406延伸，与纵向轴线438形成投影到包含纵向轴线438和径向方向408的平面上的范围从110°至130°的外部钝角440。角440可以为大约124.0°(+/_10.0°)。
活塞400和燃烧碗410可以进一步包括从搁板表面430沿切线方向朝挤压表面428轴向向上延伸的防积碳坡道442。防积碳坡道442在搁板表面430和挤压表面429之间过渡，并且可以在包含纵向轴线406和径向方向408的平面中限定范围从5毫米至10毫米的凹形坡道曲率半径(例如7毫米)。防积碳坡道442在尖点444处连接到挤压表面428(即，无相切)。防积碳坡道442从径向外唇部412向上重新引导离开燃烧碗418的所喷射的燃料流，使得相关联的燃烧气缸中的湿壁受到限制，如本文进一步所讨论的。
现在还参考图4，冠部402可以包括环形冠主体，并且如图4所示，冠部402包括燃烧碗410，并且径向内搁板部414是燃烧碗418的一部分。活塞裙405附接到冠部402，并包括活塞外表面466。搁板部414包括搁板表面430并且围绕纵向轴线406周向延伸。冠部402还包括径向外唇部412，该径向外唇部包括挤压表面428并围绕纵向轴线406周向延伸。径向外唇部412，更具体地是挤压表面428，限定平面458，该平面垂直于纵向轴线406定向并且通常位于冠部402和活塞400本身的轴向最上端。
冠部402还包括顶部槽脊464，一个或多个附加槽脊(未标号)和顶部环槽468，该顶部环槽被构造成接纳活塞环并形成于顶部槽脊464和附加槽脊中的第二个附加槽脊之间。活塞400限定外径(OD)尺寸454，其可以是活塞400的最宽点。在实施例中，活塞裙405上的外表面466限定OD尺寸454。OD尺寸454可以位于所述的活塞裙405中/由所述的活塞裙限定，尽管本公开不限于此。OD尺寸454可以为169毫米至170毫米，并且在一种改进中可以为169.5毫米至169.9毫米。如本文进一步所讨论的，活塞400的某些几何、尺寸和比例属性可有助于实现降低或限制发动机阀温度的增加、限制湿壁并因此减少碳烟产生以及增加功率密度的目标。
搁板部414，即搁板表面430，与平面458间隔开FA距离416，并且底部表面432与平面458间隔开SA距离422。FA距离416与SA距离422的比率可以为7％至11％，并且在一种改进中可以为7.6％至10.8％。FA距离416可以为1.9毫米至2.5毫米，并且在一种改进中可以为2.5毫米。FA距离416与OD尺寸454的比率可以为1％至2％，并且在一种改进中可以为1.1％至1.5％。SA距离422与OD尺寸454的比率可以为13％至15％，并且在一种改进中可以为13.6％至14.8％。SA距离422可以为从23毫米至25毫米，并且在一种改进中可以为25毫米。
防积碳坡道442在尖点444处连接到唇部412，并且尖点444限定燃烧碗内径(ID)尺寸456。ID尺寸456可以为155毫米至157毫米，并且在一种改进中可以为156.5毫米。FA距离416与ID尺寸456的比率可以为1.2％至1.6％，并且SA距离422与ID尺寸456的比率可以为从14.7％至16.1％。底部表面432限定底部曲率半径，并且底部曲率半径与OD尺寸454的比率可以为8％至15％。底部曲率半径可以为15毫米至25毫米，并且在一种改进中可以为22毫米。由防积碳坡道242限定的坡道曲率半径与OD尺寸454的比率可以为3％至6％。
工业实用性
总体上参照附图，操作发动机100可以包括使本文所述的活塞往复运动，包括图3和图4的示例活塞400。燃料可以直接喷射到燃烧气缸106中，使得所喷射的燃料的喷雾羽流从多个喷孔通过燃烧碗418向外和向下推进。具体参考图5，可以看到在示例发动机循环中的膨胀冲程期间燃料喷雾羽流和燃料流动模式的计算流体动力学(CFD)描述，其中直接喷射的喷雾羽流460如所述已在燃烧碗410中向外和向下推进。可以回想到，燃烧碗410可以具有非凹角轮廓。
燃烧碗410的非凹角轮廓可以具有以下结果：喷雾羽流的一些燃料被输送或从涡流袋418向外溢出到形成于平面458和搁板表面430之间的燃烧碗410的搁板容积中。一些燃料沿着通过附图标记462示出的示例燃料行进路径行进到搁板容积中，然后进一步向外行进，使得离开搁板容积的燃料对防积碳坡道442进行撞击。喷雾羽流的燃料可以离开搁板容积并且被重新引导，以便基于对防积碳坡道442的撞击从挤压表面428向上流动，从而避免到达并弄湿燃烧气缸中的壁470。在一些情况下，燃料对防积碳坡道242的撞击可以在发动机中的曲柄角位置之前开始，该曲柄角位置膨胀冲程中的活塞的上止点位置之后20°。
试图增加内燃发动机中的功率密度可能需要在给定的发动机循环中燃烧相对更多的燃料，以使该发动机能够在给定的发动机配置和组件大小下产生更多的功率。然而，燃烧相对较大量的燃料会导致燃烧气体将发动机阀和/或火力板加热到可最终导致疲劳或性能劣化的温度。根据本公开，使用非凹角燃烧碗可以允许一些未燃烧和仍在燃烧的燃料喷雾在径向向外和轴向向上的方向从燃烧碗溢出并离开该燃烧碗，并限制发动机阀和火力板所经受的极端温度。
所谓的“湿壁”是液态燃料喷雾接触燃烧气缸的相对冷的壁的现象，该燃烧气缸通常由气缸套形成，导致燃料的不完全燃烧，产生烟雾或碳烟。如果不加以减轻，则离开燃烧碗的燃料可因此引起或加剧湿壁现象。同样根据本公开，提供防积碳坡道可有助于重新引导离开燃烧碗搁板容积的燃料和其他流体远离燃烧气缸壁，以限制湿壁。因此，本公开可以被理解为提供活塞几何形状解决方案，其限制发动机阀和火力板的过高温度以实现增加的功率密度，同时化解由于这些活塞几何形状解决方案而可能发生的湿壁和随之而来的碳烟产生的发生率增加。在一些情况下，根据本公开所述的活塞还可适应相对较迟的喷射结束，以用于各种目的，或在没有其他补偿的情况下能够使相对较迟的喷射结束得以保持，这超过了使用其他活塞如没有防积碳坡道的非凹角活塞的情况可能可行的情况。使用如本文公开的活塞，在接近喷射结束时所喷射的燃料可能比使用未采用搁板表面/容积或防积碳坡道的活塞更不太可能越过活塞的顶部并弄湿该壁。
当前公开的比率范围以及示例尺寸和尺寸范围反映了设计和性能考量的平衡，同时仍然实现上述目标。例如，当发动机在额定条件下运行时，FA距离与SA距离的比率范围提供了容纳足够量的离开燃烧碗的所喷射的燃料的搁板容积和搁板表面位置，以降低过量的发动机阀和/或火力板温度。然而，FA距离与SA距离之比不是那么大，以致燃烧碗的大小和形状受到一定程度的影响，以致例如压缩比率或其他结构属性被改变或难以保持。换言之，如果FA距离相对于SA距离太小，那么活塞的防碳烟形成生成功能可能受到负面影响或无效。如果FA距离相对于SA距离太大，那么燃烧气体和/或燃料喷雾流、燃烧碗尺寸或形状或其他活塞尺寸、比例或功能属性可能受到负面影响，或受到不可预见的影响。FA距离、SA距离、碗底部半径和坡道半径与OD尺寸和/或ID尺寸的比率，以及所公开的活塞400的其他属性，如凹角的大小，也提供了一种燃烧碗轮廓，该燃烧碗轮廓有利地应用于具有所述OD尺寸范围的相对大的孔和大的活塞发动机中，尽管本公开并不严格限于此。本文给定的比率可以被理解为测量误差内的规定量。尺寸可以被理解为在正负0.1毫米的公差内的规定量。因此，5毫米规格为4.9毫米至5.1毫米，而2.5毫米规格为2.4毫米至2.6毫米。
图6表明，即使燃料喷射器中孔的数量增加，使用如本公开中的活塞，排气阀的温度也降低。图7示出了使用如本公开中的活塞时，随着喷射器孔数量的增加，盖板温度意外降低。图8示出了使用如本公开中的活塞，当喷射器孔的数量增加时，碳烟产生减少。
本说明书仅用于说明的目的，并且不应解释为以任何方式缩小本公开的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不背离本公开的完整和公平的范围和精神的情况下，可以对当前公开的实施例进行各种修改。通过查阅附图和所附权利要求书，其他方面、特征和优点将变得明显。如本文所用，冠词“一种/一个(a/an)”旨在包括一个或多个项目，并且可与“一个或多个”互换使用。在仅意指一个项目的情况下，使用术语“一个”或类似语言。此外，如本文所用，术语“具有(has/have/having)”等旨在是开放式术语。此外，除非另有明确规定，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”。

Claims (10)

1.一种操作内燃发动机(100)的方法，包括：
使限定活塞外径(OD)尺寸的活塞(400)在所述发动机(100)的燃烧气缸(106)中往复运动；
将液体燃料从限定纵向轴线的燃料喷射器(112)中的多个喷孔直接喷射到所述发动机(100)中的所述燃烧气缸(106)中；
使所喷射的液体燃料的喷雾羽流从所述多个喷孔向外和向下推进通过所述活塞(400)的具有非凹角轮廓的燃烧碗(410)；
将所述喷雾羽流的燃料输送出所述燃烧碗(410)的涡流袋(418)到所述燃烧碗(410)的搁板容积中，所述燃烧碗形成于由径向外挤压表面(428)限定的平面和与所述平面间隔开轴向(FA)距离的径向内搁板表面(430)之间，所述轴向(FA)距离为所述OD尺寸的1％至2％；
使离开所述燃烧碗(410)的所述搁板容积的所述喷雾羽流的燃料对在所述径向内搁板表面(430)和所述径向外挤压表面(428)之间过渡的防积碳坡道(442)进行撞击；以及
基于所述燃料对所述防积碳坡道(442)的撞击，从所述挤压表面向上引导离开所述搁板容积的所述喷雾羽流的所述燃料，以限制所述燃烧气缸(106)中的湿壁。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述喷雾羽流的所述燃料的撞击包括在所述发动机(100)中的曲柄角位置之前开始所述燃料的撞击，所述曲柄角位置在所述活塞(400)的上止点位置之后20°；
将所述喷雾羽流的所述燃料输送出所述涡流袋(418)包括沿着所述燃烧碗(410)的外表面(434)引导所述燃料，所述外表面与所述平面限定70°至80°的锐角，所述锐角在径向向内的方向上开口；并且
所述喷雾羽流的推进包括使所述喷雾羽流沿所述燃烧碗(410)的底部表面(432)推进，所述底部表面限定凹曲率半径，所述凹曲率半径为所述OD尺寸的8％至15％。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述底部表面(432)与所述平面间隔开第二轴向(SA)距离，并且所述FA距离与所述SA距离的比率为7％至11％；
所述径向外挤压表面(428)和所述径向内搁板表面(430)中的每一者都是平面的，并且所述燃料的撞击进一步包括使所述燃料对具有曲线轮廓的防积碳坡道(442)进行撞击，所述曲线轮廓向所述径向外挤压表面(428)和所述径向内搁板表面(430)凹入；并且
所述OD尺寸为169毫米至170毫米。
4.一种活塞(400)，被配置成在内燃发动机(100)的燃烧气缸(106)中往复运动，包括：
环形主体(404)，所述环形主体包括冠部(402)，所述冠部限定纵向轴线，并且具有限定垂直于所述纵向轴线定向的平面的径向外唇部(412)；
所述冠部(402)进一步包括燃烧碗(410)，所述燃烧碗具有与所述平面间隔开第一轴向(FA)距离的径向内搁板部(414)和与所述平面间隔开第二轴向(SA)距离的底部表面(432)；
所述环形主体(404)进一步包括限定活塞外径(OD)尺寸的外表面(434)，并且所述FA距离与所述OD尺寸的比率为1％至2％，并且所述FA距离与所述SA距离的比率为7％至11％；并且
所述燃烧碗(410)形成非凹角轮廓，并且所述冠部(402)进一步包括在所述径向内搁板部(414)和所述径向外唇部(412)之间过渡的防积碳坡道(442)，以从所述径向外唇部(412)向上重新引导离开所述燃烧碗(410)的所喷射的燃料流，使得所述燃烧气缸(106)中的湿壁受到限制。
5.根据权利要求4所述的活塞(400)，其中：
所述径向内搁板部(414)包括平面搁板表面(430)，所述径向外唇部(412)包括平面挤压表面(428)，并且所述防积碳坡道(442)具有曲线轮廓并且向所述平面搁板表面(430)和所述平面挤压表面(428)凹入；
所述FA距离与所述OD尺寸的比率为1.1％至1.5％，所述SA距离与所述OD尺寸的比率为13.6％至14.8％，并且所述FA尺寸与所述SA尺寸的比率为7.6％至10.8％；
所述燃烧碗(410)包括外表面(434)，所述外表面限定与所述平面形成70°至80°的锐角的切线，所述锐角在径向向内的方向上开口；
所述底部表面(432)限定底部曲率半径，并且所述底部曲率半径与所述OD尺寸的比率为8％至15％；并且
所述防积碳坡道(442)限定坡道曲率半径，并且所述坡道曲率半径与所述OD尺寸的比率为3％至6％。
6.根据权利要求4或5所述的活塞(400)，其中：
所述防积碳坡道(442)在限定燃烧碗内径(ID)尺寸的尖点(444)处连接到所述径向外唇部(412)，所述FA距离与所述ID尺寸的比率为1.2％至1.6％，并且所述SA尺寸与所述ID尺寸的比率为14.7％至16.1％。
7.根据权利要求5所述的活塞(400)，其中：
所述OD尺寸为169毫米至170毫米；
所述ID尺寸为155毫米至157毫米；
所述FA距离为1.9毫米至2.5毫米；
所述SA距离为23毫米至25毫米；并且
所述坡道曲率半径为5毫米至10毫米。
8.一种活塞(400)，用于内燃发动机(100)，包括：
环形冠主体(404)，所述环形冠主体限定纵向轴线并且具有限定垂直于所述纵向轴线定向的平面的径向外唇部(412)；
所述环形冠主体(404)进一步包括燃烧碗(410)，所述燃烧碗具有与所述平面间隔开第一轴向(FA)距离的径向内搁板部(414)、与所述平面间隔开第二轴向(SA)距离的底部表面(432)和限定与所述平面形成锐角的切线的外表面(434)，所述锐角在径向向内的方向上开口；
活塞裙(405)，所述活塞裙附接到所述环形冠主体(404)并且限定169毫米至170毫米的活塞外径(OD)尺寸，并且所述FA距离为1.9毫米至2.5毫米；并且
所述径向外唇部(412)包括平面挤压表面(428)，并且所述径向内搁板部(414)包括平面搁板表面(430)，并且防积碳坡道(442)在所述平面搁板表面(430)和所述平面挤压表面(428)之间过渡并且具有凹形曲线轮廓。
9.根据权利要求7所述的活塞(400)，其中：
所述OD尺寸为169.5毫米至169.9毫米；
所述防积碳坡道(442)在尖点(444)处连接到所述径向外唇部(412)，所述尖点限定155.5毫米至156.5毫米的燃烧碗内径(ID)尺寸。
10.根据权利要求7和8所述的活塞(400)，其中：
所述SA距离为23毫米至25毫米；
所述防积碳坡道(442)限定5毫米至10毫米的坡道曲率半径；并且
所述底部表面(432)限定15毫米至25毫米的曲率半径。
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