CN108495991A - 用于发动机气缸内的活塞及活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

一种用于发动机气缸内的活塞(3)以及具有该活塞(3)的活塞式发动机，该活塞(3)包括从顶面向内凹陷形成的凹口(30)，该凹口(30)的整体空间呈圆台形，该圆台的上底直径与活塞外径的比值为0.25～0.55；该圆台的下底直径与活塞外径的比值为≥0.4。该发动机不再需要专门的点火装置，燃料燃烧更充分，燃烧效率更高；且凹口(30)的出口大小抑制了爆震的产生，可相对提高发动机的功率和热效率。

Description

用于发动机气缸内的活塞及活塞式发动机

技术领域

本发明涉及一种活塞式发动机，尤其涉及用于发动机气缸内的活塞，其具有设于顶部的凹口。

背景技术

汽油机、煤油机等传统的点燃式发动机，由于需要专门的电火花来点燃混合气，燃烧中存在爆震等现象，其压缩比较小(8～12)，导致其热效率较低，已不能适应热效率越来越高的要求。

压燃式发动机，是不靠电火花点火，而是依靠压缩终了时缸内的高温、高压引起混合气自燃的内燃机。专利文献CN101761415A公开了一种具凹口的柴油机活塞及压燃式发动机，其在燃料喷射入凹口后，由于燃油束空间分布不合理、到达活塞壁的距离短，不利于燃料空气的混合，燃料燃烧得不充分，尾气污染物排放较多；且容易产生爆震。如果不希望这些缺陷，只能相应地减少发动机压缩比，而这将降低发动机的功率和热效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用于发动机气缸内的活塞及活塞式发动机，它们既可以提高燃料的燃烧效率，又可以抑制爆震的发生，最终提高发动机的功率和热效率。

本发明的用于发动机气缸内的活塞，提供了一种技术方案：一种用于发动机气缸内的活塞，包括从顶面向内凹陷形成的凹口，该凹口的整体空间呈圆台形，即凹口的内径由底面到口部逐渐减小，且该圆台的上底直径与活塞外径的比值为0.25～0.55；该圆台的下底直径与活塞外径的比值为≥0.4。

作为优选的，所述圆台的梯形剖面的底边与侧边的夹角<60°。

本发明的活塞式发动机，包括气缸，内套于汽缸壁的活塞及正对该活塞的喷油器，所述喷油器的喷嘴形成的喷油束锥角≥60°；

作为优选的，所述活塞包括从顶面向内凹陷形成的凹口，该凹口的整体空间呈圆台形，即凹口的内径由底面到口部逐渐减小，且该圆台的上底直径与活塞外径的比值为0.25～0.55；该圆台的下底直径与活塞外径的比值为≥0.4。

作为优选的，所述圆台的梯形剖面的底边与侧边的夹角<60°。

本发明不再需要专门的点火装置，且相较于现有的压燃式发动机，圆台形凹口在燃料喷射入后燃油束空间分布更合理、到达活塞壁的距离更长，更利于燃料空气的混合，燃料充分燃烧，燃烧效率更高；且凹口的出口大小抑制了爆震的产生，提高发动机的功率和热效率。

附图说明

图1是本发明的活塞式发动机的剖视图；

图2是图1的局部放大图；

图3是本发明的活塞的凹口的尺寸关系图；

图4是本发明的发动机的进气过程示意图；

图5是本发明的发动机的排气过程示意图。

图中：1、气缸盖；11、进气口；111、进气门；12、排气口；121、排气门；2、气缸壁；3、活塞；30、凹口。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

参看图1～图3，其为本发明的活塞式发动机，包括气缸和喷油器4，所述气缸的燃烧室由气缸壁2、气缸盖1和内套于汽缸壁的活塞3围成，喷油器4位于气缸盖1的中部，正对着活塞3顶部凹口的出口，在气缸盖上设有进气口11、进气门111、排气口12、排气门121，喷油器喷出的油束形成锥角5。在活塞3的顶面向内凹陷成凹口30，其为圆台形，在其剖视图上，可看出凹口呈对称的梯形，这种梯形的底边与侧边的夹角6(图4，图5)较小，特别地，当其<60°时，空气的对流不易形成，即不利于该处的散热，从而形成局部高温区；该梯形的顶边d1和底边d2与活塞外径D的比值存在着一定关系，即d1/D＝0.25～0.55，d2/D>0.4；本发明的喷油嘴喷出的喷油束锥角5≥60°，比传统的喷油嘴喷出的喷油束锥角更大，而与本发明的凹口的圆台形形状相吻合。

本发明的活塞式发动机的工作原理如下：活塞相对汽缸壁做往复运动，进气门相对于进气口做上下移动，排气门相对于排气口做上下移动，这些运动相互协调形成进排气过程。参看图4～图5，其为高温区即夹角6分别在进、排气过程中的分布情况，高温区的作用是将压缩冲程末期喷入的燃料直接点燃，而不需要专门的点火装置，也不需要更大的压缩比来压燃燃料。

在发动机进入压缩冲程末期，活塞快到达上止点前，喷油器的喷嘴向燃烧室内的活塞的凹口喷出燃油，形成燃油束；由于剖面为梯形、整体为圆台形的凹口的底面与侧面的夹角处形成高温区，由喷嘴喷入的燃油束与高温区的空气接触，当高温区的温度大于燃料的燃点时，燃油被引燃着火，然后进入做功冲程，周而复始，不断循环，产生动力。因此，本发明可以直接点燃燃点比较高的燃料，而不再需要专门的点火装置，也不需要很高的压缩比来压燃燃料，同时避免了发动机的失火。

由于本活塞的凹口底部比现有的活塞的凹口底部更大、更宽，使得喷油束到达活塞内侧壁的距离更长，从而使喷油束在燃烧之前在凹口内的空间分布更均匀，更有利于燃料与空气的充分混合而燃烧，提高了燃烧效率，减少尾气污染物排放。

而且由于凹口的出口较小，除了能够储存部分热能，降低燃料的消耗外，在燃料被点燃燃烧的瞬间，对活塞的瞬间冲击力减小，从而减少或降低爆震的发生。可以适当增加发动机的压缩比，以提高发动机的功率和热效率，同时延长发动机的寿命。

另外，二冲程发动机结构虽然与四冲程发动机结构有些不同，但都属于活塞式发动机，因此，本活塞结构适用于所有的活塞式发动机，包括二冲程、四冲程、旋转活塞发动机等类型的活塞式发动机。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种用于发动机气缸内的活塞，包括从顶面向内凹陷形成的凹口，其特征是：该凹口的整体空间呈圆台形，即凹口的内径由底面到口部逐渐减小，且该圆台的上底直径与活塞外径的比值为0.25～0.55；该圆台的下底直径与活塞外径的比值为≥0.4。

2.如权利要求1所述的用于发动机气缸内的活塞，其特征是：所述圆台的梯形剖面的底边与侧边的夹角<60°。

3.采用如权利要求1所述的用于发动机气缸内的活塞的一种活塞式发动机，包括气缸，内套于汽缸壁的活塞及正对该活塞的喷油器，其特征是：所述喷油器的喷嘴形成的喷油束锥角≥60°。

4.如权利要求3所述的活塞式发动机，其特征是：所述圆台的梯形剖面的底边与侧边的夹角<60°。