CN108590879A - 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，活塞的顶面设有沿圆周方向的环形下陷的环形引导部，所述环形引导部的外侧面对应于燃料喷射方向，环形引导部的中心形成引导凸起；本发明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

本发明涉及发动机部件及应用，特别涉及一种重油发动机活塞。

背景技术

重油作为发动机的燃料，将成为中小型无人机的动力趋势；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部件进行改进，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发动机，用于发动机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，活塞的顶面设有沿圆周方向的环形下陷的环形引导部，所述环形引导部的外侧面对应于燃料喷射方向，环形引导部的中心形成引导凸起；引导凸起由于在活塞顶面加工环形引导部而自然形成，当然，可根据需要对引导凸起进行二次加工，在此不再赘述；所述燃料喷向环形引导部后燃料顺着环形槽流动，同时沿着环形引导部的内侧面由引导凸起引导向上流动，具有较高的滚流效果，并且均匀分布于火花塞点火区域，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，所述环形引导部的底部沿径向由外到内向下平缓倾斜，引流效果顺畅，具有较好的与引导凸起的冲击效果，进一步利于形成滚流；

进一步，所述环形引导部的外侧面基本平行于活塞轴线且该外侧面与环形引导部的底部通过平滑过渡，平滑过渡具有较好的引导效果，可较完全将大部分混合气引入至环形引导部，利用环形引导部的底部的倾斜结构并结合引导凸起将喷出的燃料引至并聚集于火花塞附近区域，在引入并引出过程中利于形成滚流，进一步混合并细化燃料，并利于点火。

进一步，所述环形引导部的外侧面与环形引导部的底部通过平滑圆角过渡，使用时，燃料的喷射方向对应于环形引导部的底部靠近所述平滑圆角处，圆角过渡形成相对的内凹结构，形成燃料的分流，顺着环形引导部分布在整个燃烧室，适用于双火花塞结构，实现充分均匀的点火燃烧，并进一步利于形成滚流，防止爆震，利于充分点火燃烧；使用时，油气混合喷嘴的喷射方向倾斜进入环形引导部的圆角与底部的交界，将大部分燃料引在中心火花塞的点火区域，在底部以及内侧面的约束引导下冲向点火区域，具有较好的滚流效果，防止爆震；同时，部分燃料顺着圆角至流到另一火花塞点火区域，即与引导凸起(环形引导部的内侧面)将燃料引出至中心火花塞的点火区域的同时，实现双火花塞顺利点火并充分燃烧，给出将燃料引入点火区域的空间，利于充分燃烧，避免爆燃。

进一步，所述引导凸起的顶面低于活塞顶面，且引导凸起的顶面与环形引导部的内侧面平滑过渡，可以理解为活塞顶面中部凹陷使得整个活塞顶面呈盆状结构，所述引导凸起的顶面位于盆状结构的底部，该结构使得引入面的上边沿高于引出面的上边沿，形成顺畅的引入引出结构，且留出足够的点火空间。

进一步，所述引出凸起的顶面中部呈平滑曲面凹陷，一般为弧面凹陷，能够充分集聚燃烧所带来的冲击力，保证了较大程度的发挥效率，从而保证了发动机整体效率的提高，起到节能降耗的效果。

本发明还公开了一种发动机，所述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，活塞的顶面与燃油喷射组件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为活塞径向剖视图；

图3为本发明的发动机结构示意图；

图4为燃油喷射组件结构示意图。

具体实施方式

如图所示：本实施例的重油发动机活塞，本发明用于航空发动机的结构如图3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安装于缸体5内，所述缸头13上设有将燃料喷入燃烧室的燃油喷射组件；活塞的顶面设有沿圆周方向(与活塞顶面同心)的环形下陷的环形引导部，所述环形引导部对应于燃油喷射组件的喷射方向，环形引导部的中心(一般也是活塞顶面的中心)形成引导凸起12，引导凸起12由于在活塞1顶面加工环形引导部1而自然形成，如图所示，环形引导部2的外侧面(径向向外)与活塞顶面11相接过渡，内侧面则围成引导凸起，当然，可根据需要对引导凸起12进行二次加工，达到相应的目的，在此不再赘述；所述燃油喷射组件将燃料喷向环形引导部后燃料顺着环形槽流动，同时沿着环形引导部的内侧面由引导凸起引导向上流动，具有较高的滚流效果，并且均匀分布于火花塞点火区域，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。

使用时，如图3所示，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；笨种缸内直喷结构，与活塞上的环形引导部相结合，进一步起到雾化和均匀分配混合燃料的作用，且点火燃烧具有确定的针对性，利于提高燃烧效率。

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，所述环形引导部2的底部沿径向向活塞顶面的中心(向活塞顶面的中心)向下平缓倾斜，引流效果顺畅，具有较好的与引导凸起的冲击效果，进一步利于形成滚流。

本实施例中，所述环形引导部2的外侧面基本平行(基本平行指的是在误差范围内的平行，允许具有较小的相对倾斜)于活塞轴线且该外侧面与环形引导部的底部通过平滑圆角过渡，所述油气混合喷嘴的喷射方向对应于环形引导部的底部靠近所述平滑圆角处；具有较好的引导效果，可较完全将大部分混合气引入至环形引导部，利用环形引导部的底部的倾斜结构并结合引导凸起将喷出的燃料引至并聚集于火花塞附近区域，在引入并引出过程中利于形成滚流，进一步混合并细化燃料，并利于点火；同时，利用圆角区域形成燃料的分流，顺着环形引导部分布在整个燃烧室，适用于双火花塞结构，实现充分均匀的点火燃烧，并进一步利于形成滚流。

本发明的活塞更适用于双火花塞结构：所述缸头上安装由火花塞Ⅰ3和火花塞Ⅱ4形成的双火花塞；所述油气混合喷嘴8与火花塞Ⅱ4分列于火花塞Ⅰ3两侧，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Ⅰ3、火花塞Ⅱ4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，所述环形引导部的外侧面在径向向外超过火花塞Ⅱ，具有较好的引入效果，油气混合喷嘴的喷射方向倾斜进入环形引导部的圆角与底部的交界，将大部分燃料引在火花塞Ⅰ的点火区域，在底部以及内侧面的约束引导下冲向点火区域，具有较好的滚流效果，防止爆震；同时，部分燃料顺着圆角至流到火花塞Ⅱ点火区域，即与引导凸起(环形引导部的内侧面)将燃料引出至火花塞Ⅰ的点火区域的同时，实现双火花塞顺利点火并充分燃烧，给出将燃料引入点火区域的空间，利于充分燃烧，避免爆燃。

本实施例中，所述引导凸起12的顶面低于活塞1顶面，环形引导部2的外侧面的上边沿则位于活塞顶面且平滑过渡，且引导凸起的顶面与环形引导部的内侧面平滑过渡；可以理解为活塞顶面中部凹陷使得整个活塞顶面呈盆状结构，所述引导凸起的顶面位于盆状结构的底部，该结构使得引入面的上边沿高于引出面的上边沿，形成顺畅的引入引出结构，且留出足够的点火空间。

安装使用时，所述火花塞Ⅰ3和火花塞Ⅱ4由上到下相向倾斜，缸头13上的燃烧室面在中间附近向下凸出且该下凸出部位131与火花塞Ⅰ3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；所述引出面的上边沿沿径向不超过火花塞Ⅰ，利于充分延长燃料的引出流程，利于燃料聚于点火区域。

安装使用时，所述油气混合喷嘴8与火花塞Ⅱ4分列于火花塞Ⅰ3两侧，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；所述火花塞Ⅰ3位于燃烧室顶部的中间位置或附近，由于火花塞Ⅰ3位于中间位置或附近，该结构保证了火花塞Ⅱ4和油气混合喷嘴8结构布置上也位于中线，喷射以及点火后利于充分混合以及充分的燃烧。

本实施例中，所述引出凸起12的顶面中部呈平滑曲面凹陷，一般为弧面凹陷，能够充分集聚燃烧所带来的冲击力，保证了较大程度的发挥效率，从而保证了发动机整体效率的提高，起到节能降耗的效果；

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 (7)

1.一种重油发动机活塞，其特征在于：活塞的顶面设有沿圆周方向的环形下陷的环形引导部，环形引导部的中心形成引导凸起。

2.根据权利要求1所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述环形引导部的底部沿径向由外到内向下平缓倾斜。

3.根据权利要求2所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述环形引导部的外侧面基本平行于活塞轴线且该外侧面与环形引导部的底部通过平滑过渡。

4.根据权利要求3所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述环形引导部的外侧面与环形引导部的底部通过平滑圆角过渡，使用时，燃料的喷射方向对应于环形引导部的底部靠近所述平滑圆角处。

5.根据权利要求4所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述引导凸起的顶面低于活塞顶面，且引导凸起的顶面与环形引导部的内侧面平滑过渡。

6.根据权利要求4所述的重油发动机活塞，其特征在于：所述引出凸起的顶面中部呈平滑曲面凹陷。

7.一种发动机，其特征在于：所述发动机安装有权利要求1至6任一权利要求的重油发动机活塞。