CN108590876A - 重油发动机活塞及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重油发动机活塞及航空发动机，活塞的顶面形成相对于活塞顶面下陷的凹形引导部，外侧面沿径向向外的最外点超过或平齐于燃油喷射组件的燃料喷射方向，引出面径向向内超过中心火花塞的点火位置，底部在外侧面到引出面之间形成向上凸出的条状凸起；本发明活塞的顶面与燃料的喷射方向相对应的相对于活塞顶面下陷的凹形引导部，将喷入的燃料引导至火花塞点火区域，优化了活塞顶面，从而优化了燃烧室，改变压缩比，降低爆震风险，同时增强滚流效果，能够使得重油实现较为充分的雾化混合，在良好的混合后形成均匀的燃烧混合气，还能够组织燃料高效的燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

Description

重油发动机活塞及航空发动机

技术领域

本发明涉及发动机及应用，特别涉及一种重油发动机活塞及航空发动机。

背景技术

重油作为发动机的燃料，将成为中小型航空器的动力趋势；但重油黏度高，低温流动性差，导致雾化效果要比普通的轻质油差，影响了燃烧效果，甚至导致发动机启动困难以及排放不达标。

现有技术中，为了保证重油发动机能够具有良好的雾化以及启动，具有采用化油器+辅助预热技术、机械喷射(燃油直喷)、电控燃油喷射等供油方式。但是，由于重油的自身性质问题，无法达到一般油品的雾化程度，并且与燃烧空气之间无法均匀混合，在进行点燃发动时无法采用原始的电喷点燃方式；即使采用了点燃方式进行运行，则也会由于燃烧不充分而导致一系列发动机问题，无法实现重油的可靠雾化以及无法组织混合燃料高效的燃烧，也就使得重油应用于发动机的动力性、经济性和排放性无法达到期待的效果，从而使重油的应用无法大范围普及。

因此，需要对现有的重油发动机进行改进，能够使得重油实现较为充分的雾化和均匀的混合，并能够组织燃料高效的燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种重油发动机活塞以及航空器，能够使得重油实现较为充分的雾化和均匀的混合，并能够组织燃料高效的燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

本发明的重油发动机活塞，活塞的顶面形成相对于活塞顶面下陷的凹形引导部；所述凹形引导部包括沿径向由外向内依次平滑过渡的外侧面、底部和引出面；安装于发动机后，所述外侧面沿径向向外的最外点超过或平齐于燃料喷射方向，所述引出面径向向内超过中心火花塞的点火位置；即燃料喷向凹形引导部后由凹形引导部将燃料引导至火花塞点火区域；所述底部在外侧面到引出面之间形成向上凸出的条状凸起；条状凸起对于喷射的燃料具有较好的反冲效果，并引流部分燃料向两侧分流，比较均匀的向引出面流动，进一步使得气流均匀分布，从而利于点火；凹形引导部的设置位置需位于燃油喷射相对的部位，燃料喷射时凹形引导部利用反射并形成引导，利于形成滚流，利于进一步形成冲击雾化和混合，且该结构改变压缩比，降低爆震风险。

进一步，所述条状凸起的横截面为梯形结构，所述梯形结构的上底与侧边之间平滑过渡，侧边向所述底部平滑过渡，且条状凸起两端与外侧面和引出面之间均通过圆角平滑过渡；平滑过渡结构在保证滚流效果的同时，具有更好的分流效果，梯形的横截面更利于燃料的分流流动，形成有规律的运动均匀混合，避免爆燃；

进一步，所述引出面由底部向上呈基本竖直或稍向凹形引导部外侧倾斜，外侧面、底部和引出面的过渡结构，引流效果顺畅；由于引出面已经超过了中心火花塞的点火区域，在燃料被喷射撞击引出面后直接形成较大的滚流，在引出面的约束下向上到达中心火花塞的点火区域，使得整个凹形引导部内的燃料充分点火燃烧，具有较好的引导效果，进一步混合并细化燃料，并利于点火的顺利进行；基本竖直指的是可以允许具有一定的误差的条件下竖直设置，也可以是竖直设置的曲面、不平滑面等等，允许具有较小的倾斜等，均在上述基本竖直的范围内；哨向外侧倾斜指的是允许具有一定小角度的倾斜，属于本领域技术人员在加工过程中能够确认的数据参数。

进一步，还包括相对于活塞顶面下陷的第二凹形引导部，所述第二凹形引导部位于所述凹形引导部径向相对的一侧，且第二凹形引导部通过一平缓的斜面与凹形引导部的引出面的上边沿平滑过渡，所述第二凹形引导部具有第二引出面，所述第二引出面与所述平缓的斜面之间位于第二凹形引导部的底部圆滑过渡；气流在喷射至凹形引导部后会反射出并进入第二凹形引导部，而第二凹形引导部利于进一步形成滚流的同时，提供顺利点火的条件，特别是第二凹形引导部一般应用于双火花塞结构，位于另一火花塞的点火区域，形成双火花塞顺利而均匀的点火燃烧。

进一步，所述第二引出面由第二凹形引导部的底部向上呈基本竖直或稍向第二凹形引导部外侧倾斜；基本竖直的结构在燃料被喷射撞击第二引出面后直接形成较大的滚流，在第二引出面的约束下向上到达点火区域，使得整个凹形引导部内的燃料充分点火燃烧，具有较好的引导效果，进一步混合并细化燃料，并利于点火的顺利进行。

进一步，所述引出面的上边沿高于活塞顶面，该结构可将喷入的燃料进一步约束引导向上，保证了积聚于中心火花塞的点火区域，并利于滚流的充分实现；外侧面的上边沿与活塞顶面之间相交过渡，引出面的上边沿与外侧面的上边沿之间沿两侧相接平滑过渡。

进一步，第二凹形引导部的底部通过一平缓的斜面与凹形引导部的引出面的上边沿平滑过渡，所述第二引出面与所述平缓的斜面之间位于第二凹形引导部的底部圆滑过渡，如图所示，该斜面设置于引出面的背侧，具有加强作用以及从两侧的引流作用，增加滚流效果。

第二引出面的上边沿与活塞顶面之间相交过渡，低于引出面，形成第二火花塞的点火空间，从而增加燃料滚流空间，提供足够的点火区域空间，保证燃料的均匀混合和顺利的点火。

进一步，所述第二凹形引导部由两侧对凹形引导部形成半包围；该半包围结构可使得喷射进入凹形引导部的燃料进行初步的混合、滚流后，部分燃料通过两侧流出，并在较高的引出面的分流下由两侧进入第二凹形引导部，通过第二引出面的撞击形成充分混合后进入点火区域，利于充分混合以及顺利点火。

进一步，所述活塞用于双火花塞发动机，所述引出面的上边沿在活塞顶面上的径向位置向内超过中心火花塞的点火位置，所述第二引出面的上边沿在活塞顶面上的径向位置超过第二火花塞的点火位置；第二引出面位于与第二火花塞的对应处，在第二凹形引导部中，气流由两侧进入并在第二凹形引导部的约束下到达第二引出面后顺着第二引出面冲向点火区域，具有较好的滚流效果，充分给出将燃料引入点火区域的空间，混合均匀，利于点火且充分均匀燃烧，防止爆震。

本发明还公开了一种航空发动机，所述航空发动机安装有所述的重油发动机活塞。

本发明的有益效果：本发明的重油发动机活塞及航空发动机，活塞的顶面与燃料的喷射方向相对应的相对于活塞顶面下陷的凹形引导部，将喷入的燃料引导至火花塞点火区域，优化了活塞顶面，从而优化了燃烧室，改变压缩比，降低爆震风险，同时增强滚流效果，能够使得重油实现较为充分的雾化混合，在良好的混合后形成均匀的燃烧混合气，还能够组织燃料高效的燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为活塞立体图；

图2为图1沿A-A向剖视图；

图3为图2沿B-B向剖视图；

图4为本发明的发动机结构示意图；

图5为油气混合喷嘴结构示意图。

具体实施方式

如图所示：本实施例的重油发动机活塞，本发明用于发动机的结构如图所示，发动机包括缸体5、缸头13和活塞组件，如图所示，活塞组件的活塞1位于缸体5内；所述缸头上设有将燃料喷入燃烧室的燃油喷射组件；

活塞1的顶面形成相对于活塞顶面下陷的凹形引导部2；所述凹形引导部2与燃油喷射组件的燃料喷射方向相对应，包括沿径向由外向内依次平滑过渡的外侧面21、底部22和引出面23，所述外侧面21沿径向向外的最外点超过或平齐于燃料喷射方向(指的是在燃油组件a喷射时，而活塞的位置使得凹形引导部对应于喷射方向)，所述引出面23径向向内超过中心火花塞的点火位置(由于中心火花塞的点火位置一般在中心，因此，也可以理解为引出面23径向向内超过活塞顶面的中心)；即燃料喷向凹形引导部后由凹形引导部将燃料引导至火花塞点火区域；所述底部在外侧面到引出面之间形成向上凸出的条状凸起22a；条状凸起对于喷射的燃料具有较好的反冲效果，并引流部分燃料向两侧分流，比较均匀的向引出面流动，进一步使得气流均匀分布，从而利于点火；凹形引导部的设置位置需位于燃油喷射组件相对的部位，燃料喷射时凹形引导部利用反射并形成引导，利于形成滚流，利于进一步形成冲击雾化和混合，且该结构改变压缩比，降低爆震风险。

本实施例中，所述条状凸起22a的横截面为梯形结构，所述梯形结构的上底与侧边之间平滑过渡，侧边向所述底部通过圆角平滑过渡，且条状凸起两端与外侧面和引出面之间均通过圆角平滑过渡；平滑过渡结构在保证滚流效果的同时，具有更好的分流效果，梯形的横截面更利于燃料的分流流动，形成有规律的运动均匀混合，避免爆燃；

本实施例中，所述引出面23由底部向上呈基本竖直或稍向凹形引导部外侧倾斜，外侧面、底部和引出面的过渡结构，引流效果顺畅；由于引出面已经超过了中心火花塞的点火区域，在燃料被喷射撞击引出面后直接形成较大的滚流，在引出面的约束下向上到达中心火花塞的点火区域，使得整个凹形引导部内的燃料充分点火燃烧，具有较好的引导效果，进一步混合并细化燃料，并利于点火的顺利进行；基本竖直指的是可以允许具有一定的误差的条件下竖直设置，也可以是竖直设置的曲面、不平滑面等等，允许具有较小的倾斜等，均在上述基本竖直的范围内；哨向外侧倾斜指的是允许具有一定小角度的倾斜，属于本领域技术人员在加工过程中能够确认的数据参数。

本实施例中，还包括相对于活塞1顶面下陷的第二凹形引导部3，所述第二凹形引导部3位于所述凹形引导部2径向相对的一侧，所述第二凹形引导部具有第二引出面33；气流在喷射至凹形引导部2后会反射出并进入第二凹形引导部3，而第二凹形引导部3利于进一步形成滚流的同时，提供顺利点火的条件，特别是第二凹形引导部一般应用于双火花塞结构，位于另一火花塞的点火区域，形成双火花塞顺利而均匀的点火燃烧。

本实施例中，所述第二引出面33由第二凹形引导部3的底部32向上呈基本竖直或稍向第二凹形引导部外侧倾斜；基本竖直的结构在燃料被喷射撞击第二引出面后直接形成较大的滚流，在第二引出面的约束下向上到达点火区域，使得整个凹形引导部内的燃料充分点火燃烧，具有较好的引导效果，进一步混合并细化燃料，并利于点火的顺利进行。

本实施例中，所述引出面23的上边沿高于活塞1顶面，该结构可将喷入的燃料进一步约束引导向上，延长引出流程，保证了积聚于中心火花塞的点火区域，并利于滚流的充分实现；外侧面21的上边沿与活塞顶面之间相交过渡，引出面23的上边沿与外侧面21的上边沿之间沿两侧相接平滑过渡；第二凹形引导部3的底部32通过一平缓的斜面31与凹形引导部2的引出面23的上边沿平滑过渡，所述第二引出面33与所述平缓的斜面31之间位于第二凹形引导部的底部32圆滑过渡；第二引出面33的上边沿与活塞顶面之间相交过渡；所述第二凹形引导部3由两侧对凹形引导部2形成半包围；该半包围结构可使得喷射进入凹形引导部的燃料进行初步的混合、滚流后，部分燃料通过两侧流出，并在较高的引出面的分流下由两侧进入第二凹形引导部，通过第二引出面的撞击形成充分混合后进入点火区域，利于充分混合以及顺利点火，由于条状凸起22a的存在，进一步向两侧分流燃料，并形成更好效果的滚流。

如图所示，活塞安装于发动机后，燃油喷射组件a包括燃油喷嘴6、预混室7和油气混合喷嘴8，所述预混室7内有燃油喷嘴6的喷油口以及压缩空气入口(也就是空气压缩系统的压缩空气出口)，所述油气混合喷嘴8连通预混室7将燃油和压缩空气在预混室内形成的雾化后的混合油气送入发动机的燃烧室；采用辅助低压空气在预混室内实现预混并进一步雾化燃油喷嘴喷出的燃油，保证后期直喷进入燃烧室后形成较为更充分的雾化，从而实现重油的充分燃烧和利用；这种预混雾化不同于现有技术的单纯的压力空气的冲击雾化，不但保证了燃油雾滴的进一步雾化，还能保证辅助空气与雾滴之间的均匀混合，进入燃烧室后能够均匀燃烧；燃油喷嘴一般采用电喷方式，在此不再赘述。

如图所示，燃油喷射组件依次由燃油喷嘴6、预混室7和油气混合喷嘴8密封连接形成，燃油喷嘴6与油气混合喷嘴8之间通过安装座10密封连接形成固定，而预混室直接形成于安装座10内，结构简单紧凑；燃油喷嘴设有进油接头61，预混室7通过空气接头9、压缩空气管16连接压缩机的压缩空气出口；预混室的进气口91即为空气接头9的出气口。

本实施例中，所述缸头上安装由火花塞Ⅰ14和火花塞Ⅱ4形成的双火花塞，所述火花塞Ⅰ为中心火花塞；所述油气混合喷嘴8与火花塞Ⅱ4分列于火花塞Ⅰ14两侧，即在径向上三者排列；采用双火花塞提供点火，具有高能点火的特性，结合前述的空气辅助雾化以及预混方案，保证发动机在各种工况和条件下可靠安全的点火，相对于传统的重油压燃式发动机，进一步减小发动机体积和重量，适合于航空器(飞机等)使用；该结构使得缸内直喷进入的混合气与火花塞的点火方位相对应，在火花塞附近形成浓燃气混合区，利于与燃烧空气进一步混合，从而组织燃料高效的燃烧；所述火花塞Ⅰ14的中心线、火花塞Ⅱ4的中心线和油气混合喷嘴8的中心线基本共面，基本共面是指允许具有一定的误差，比如较小的倾斜和错位，并不影响对本方案共面的理解；在通过该共面的截面上，所述油气混合喷嘴的喷射方向由上到下向中心倾斜；活塞安装后，所述引出面的上边沿在活塞顶面上的径向位置向内超过火花塞Ⅰ14的点火位置，所述第二引出面33的上边沿在活塞顶面上的径向位置向外超过火花塞Ⅱ4的点火位置；引出面和第二引出面的位置使得所述油气混合喷嘴喷射的燃料基本正对凹形引导部且凹形引导部和第二凹形引导部将燃料充分滚流并引入点火区域；实际上外侧面和引出面分别形成凹形引导部的前后侧面(按照气流总体方向)，而第二引出面位于与火花塞Ⅱ的对应处，在第二凹形引导部中，气流由两侧进入并在第二凹形引导部的约束下到达第二引出面后顺着第二引出面冲向点火区域，具有较好的滚流效果，充分给出将燃料引入点火区域的空间，混合均匀，利于点火且充分均匀燃烧，防止爆震。

如图所示，本发明所安装的发动机中，所述火花塞Ⅰ14和火花塞Ⅱ4由上到下相向倾斜，缸头上的燃烧室面在中间附近向下凸出且该下凸出部位与火花塞Ⅰ14对应形成与其轴线基本垂直的斜面，基本垂直指的是允许具有一定误差的垂直，保证了安装稳定性和制造的工艺性，且该斜面对于引出面引出的混合气具有一定的引导作用，使得火花塞具有较好的点火效果。

如图所示，本发明所安装的发动机中，所述油气混合喷嘴8与火花塞Ⅱ4分列于火花塞Ⅰ14两侧，所述油气混合喷嘴的喷射方向为16°-20°，优选18°；火花塞Ⅱ的点火夹角为40°-50°，优选45°，点火夹角是指火花塞的轴线方向的夹角；这里的夹角(包括喷射方向)指的都是与缸体中心线的夹角，在此不再赘述；该结构使得缸内直喷进入的混合气经活塞顶部的凹形引导部引流后，与火花塞的点火方位相对应，在火花塞附近形成浓燃气混合区，且利于与燃烧空气进一步混合，从而形成高效的组织燃烧；油气混合喷嘴的喷射方向更能适应于重油的雾化性质以及适应双火花塞的点火方式，利于组织点火以及最终得充分燃烧。

本发明的上下指的是与活塞顶面相对应的方位，相对于活塞来说，顶面方向指的是上，往活塞裙部为下，相对于缸头方向为上，缸体为下；活塞顶部开有用于避开气门的避让槽，属于结构上的需要，在此不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种重油发动机活塞，其特征在于：活塞的顶面形成相对于活塞顶面下陷的凹形引导部；

所述凹形引导部包括沿径向由外向内依次平滑过渡的外侧面、底部和引出面；安装于发动机后，所述外侧面沿径向向外的最外点超过或平齐于燃料喷射方向，所述引出面径向向内超过中心火花塞的点火位置；

所述底部在外侧面到引出面之间形成向上凸出的条状凸起。

2.根据权利要求1所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述条状凸起的横截面为梯形结构，所述梯形结构的上底与侧边之间平滑过渡，侧边向所述底部平滑过渡。

3.根据权利要求2所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述引出面由底部向上呈基本竖直或稍向凹形引导部外侧倾斜。

4.根据权利要求1所述的重油发动机活塞，其特征在于：还包括相对于活塞顶面下陷的第二凹形引导部，所述第二凹形引导部位于所述凹形引导部径向相对的一侧，所述第二凹形引导部具有第二引出面。

5.根据权利要求4所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述第二引出面由第二凹形引导部的底部向上呈基本竖直或稍向第二凹形引导部外侧倾斜。

6.根据权利要求5所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述引出面的上边沿高于活塞顶面，外侧面的上边沿与活塞顶面之间相交过渡，引出面的上边沿与外侧面的上边沿之间沿两侧相接平滑过渡。

7.根据权利要求3所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述第二凹形引导部的底部通过一平缓的斜面与凹形引导部的引出面的上边沿平滑过渡，所述第二引出面与所述平缓的斜面之间位于第二凹形引导部的底部圆滑过渡；

所述第二引出面的上边沿与活塞顶面之间相交过渡。

8.根据权利要求3所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述第二凹形引导部由两侧对凹形引导部形成半包围。

9.根据权利要求7所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述活塞用于双火花塞发动机，所述引出面的上边沿在活塞顶面上的径向位置向内超过中心火花塞的点火位置，所述第二引出面的上边沿在活塞顶面上的径向位置超过第二火花塞的点火位置。

10.一种航空发动机，其特征在于：所述航空发动机安装有权利要求1至9任一权利要求的重油发动机活塞。