CN110206655A - 一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状的方法，属于发动机技术领域，进行燃烧室三维建模，进行活塞三维建模，建立活塞与气门的DMU模型，对活塞模型进行处理，活塞头的顶部设有第一双火花塞避让槽、第二双火花塞避让槽、进气门避让槽和排气门避让槽，第一双火花塞避让槽和第二双火花塞避让槽靠近活塞头顶部的中间位置，进气门避让槽和排气门避让槽靠近活塞头顶部的侧边位置。本发明提升压缩比空间极大，实施性强，且不会影响发动机气密性以及原机的配气正时。
Description
技术领域
本发明涉及一种活塞，特别是涉及一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状方法，属于发动机技术领域。
背景技术
为提高发动机的动力性和经济性，很多改装车爱好者把目光放在了提高发动机的压缩比上，适当的提高发动机的压缩比可以提高发动机循环热效率，从而提高发动机的有效转矩、有效功率和降低燃油消耗率，但一般汽油机压缩比不超过14(爆震、气缸气密性等限制)。
现有的提高发动机压缩比的方法如下几种：
1、更换连杆长度，其中连杆的长度是固定的以及上止点和下止点之间的距离是固定的，若增加连杆小端与大端之间的长度，即可改变上止点与下止点之间的距离，使得燃烧室的容积变小，从而使得发动机压缩比增大，而通过更换连杆长度增大发动机压缩比需要重新设计加工连杆，因此价格昂贵且提升压缩比的空间不大，效果并不明显。
2、磨削气缸盖和气缸体，通过磨削气缸盖和气缸体，可以减少燃烧室的厚度，导致燃烧室的体积减少，从而增大压缩比，然后缸体和缸盖的切削量很有限，压缩比提高程度较小，其次通过对OHC发动机来说，切削缸盖体会对配气正时产生很大的影响，导致新的问题产生。
3、更换汽缸垫，汽缸垫放置在缸盖和缸体之间，汽缸垫被压缩后在燃烧室占有一定的容积，通过减薄汽缸垫的厚度或者换用薄的钢制汽缸垫，可以使燃烧室的容积减少，从而使压缩比增加，而更换汽缸垫通用性差，难以在小排量(汽缸垫薄)发动机上使用，并且对配气正时也会影响。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状方法，提升压缩比空间极大，实施性强，且不会影响发动机气密性以及原机的配气正时。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种增大发动机压缩比的活塞，包括活塞体以及安装在所述活塞体顶部的活塞头，所述活塞体的外部设有铰接部，所述活塞头的顶部设有第一双火花塞避让槽、第二双火花塞避让槽、进气门避让槽和排气门避让槽，所述第一双火花塞避让槽和所述第二双火花塞避让槽靠近所述活塞头顶部的中间位置，所述进气门避让槽和所述排气门避让槽靠近所述活塞头顶部的侧边位置。
优选的，所述活塞体和所述活塞头为铝合金或不锈钢材质。
一种增大发动机压缩比的活塞形状设计方法，包括以下步骤：
步骤1：进行燃烧室三维建模；
步骤2：进行活塞三维建模；
步骤3：建立活塞与气门的DMU模型；
步骤4：对活塞模型进行处理。
优选的，步骤1中通过将硅胶填充至气缸当中并充满燃烧室，待凝固后使用3D扫描仪对硅胶模型进行全方位扫描获取燃烧室模型的点云文件，再用CATIA对点云文件进行逆向与平滑处理获得燃烧室的CATPaet文件，获得燃烧室的三维模型。
优选的，步骤2中通过燃烧室形状获得活塞三维模型。
优选的，步骤3中通过对原机凸轮轴进行3D扫描，并建立三维模型，获得凸轮形线并测出配正气时和气门开度的数据，测量出活塞连杆和气门组的零件尺寸，以配正气时和气门开度的数据以及活塞连杆和气门组的零件尺寸为数据基础模拟出气门与活塞运动过程。
优选的，步骤4中通过DMU仿真过程观察活塞与气门运动过程中是否有相互干涉的情况，若存在干涉情况，将以干涉的气门面为平面，沿气门运动方向做凹槽，使活塞能避开气门，再对活塞模型的尖锐边缘和尖点做圆滑处理。
本发明的有益技术效果：
1、本发明提供的一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状方法，提升压缩比空间极大，实施性强，且不会影响发动机气密性以及原机的配气正时。
2、本发明提供的一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状方法，运用DMU模拟气门与活塞的运动，使发动机内部部件运动情况直观地显示出来，使气门避让槽深度更容易确定。
3、本发明提供的一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状方法，将硅胶塑形方法与3D扫描技术结合起来，应用到燃烧室建模上来，在原机燃烧室模型的基础上，活塞形状可以自主设计，在设计过程中，不仅仅可以使发动机压缩比大幅提升，并且可以将活塞形状设计与CFD流体分析结合起来，导入进排气道、气门组模型以及设计出的燃烧室模型，分析发动机工作过程中缸内气体的流动特性，计算湍流强度，选择更优的燃烧室模型，从而在燃烧层面寻求发动机性能的突破。
附图说明
图1为现有技术中燃烧室正视图；
图2为现有技术中燃烧室左视图；
图3为现有技术中燃烧室俯视图；
图4为现有技术中活塞图；
图5为按照本发明的一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状方法的一优选实施例的活塞立体图；
图6为按照本发明的一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状方法的一优选实施例的活塞俯视图；
图7为按照本发明的一种增大发动机压缩比的活塞以及设计活塞形状方法的一优选实施例的流程图。
图中：1-活塞体，2-第一双火花塞避让槽，3-第二双火花塞避让槽，4-进气门避让槽，5-排气门避让槽，6-活塞头，7-铰接部。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图5-图6所示，本实施例提供的增大发动机压缩比的活塞，包括活塞体1以及安装在活塞体1顶部的活塞头6，活塞体1的外部设有铰接部7，活塞头6的顶部设有第一双火花塞避让槽2、第二双火花塞避让槽3、进气门避让槽4和排气门避让槽5，第一双火花塞避让槽2和第二双火花塞避让槽3靠近活塞头6顶部的中间位置，进气门避让槽4和排气门避让槽5靠近活塞头6顶部的侧边位置，通过在活塞头6的顶部设有第一双火花塞避让槽2、第二双火花塞避让槽3、进气门避让槽4和排气门避让槽5，从而可以起到避让第一双火花塞、第二双火花塞、进气门和排气门的作用。
在实施例中，如图5和图6所示活塞体1和活塞头6为铝合金或不锈钢材质，通过选用铝合金或不锈钢为材质，可以起到进行耐用的作用，在本实施例中，选用铝合金，该铝合金为镁铝合金材质。
在本实施例中，如图7所示，一种增大发动机压缩比的活塞形状设计方法，包括以下步骤：
步骤1：进行燃烧室三维建模，通过将硅胶填充至气缸当中并充满燃烧室，待凝固后使用3D扫描仪对硅胶模型进行全方位扫描获取燃烧室模型的点云文件，再用CATIA对点云文件进行逆向与平滑处理获得燃烧室的CATPaet文件，获得燃烧室的三维模型；
步骤2：进行活塞三维建模，通过燃烧室形状获得活塞三维模型，本实施例中选用屋脊形燃烧室，该形状的燃烧室在进气压缩行程中使气流进行滚流运动，增加了压缩终了时的湍流强度，从而使火焰前锋发生皱褶，增加火焰前锋的面积并加速已燃气体与未燃气体之间热量传递，提高燃烧速率。再画出屋脊形燃烧室所对应的活塞形状，获得活塞三维模型；
步骤3：建立活塞与气门的DMU模型，通过对原机凸轮轴进行3D扫描，并建立三维模型，获得凸轮形线并测出配正气时和气门开度的数据，测量出活塞连杆和气门组的零件尺寸，以配正气时和气门开度的数据以及活塞连杆和气门组的零件尺寸为数据基础模拟出气门与活塞运动过程；
步骤4：对活塞模型进行处理，通过DMU仿真过程观察活塞与气门运动过程中是否有相互干涉的情况，若存在干涉情况，将以干涉的气门面为平面，沿气门运动方向做凹槽，使活塞能避开气门，再对活塞模型的尖锐边缘和尖点做圆滑处理，并最终获得活塞模型。
综上所述，在本实施例中，在对最终获得活塞模型进行加工生产的过程中，先对活塞顶部进行铝料堆焊，使焊料体积足够，在堆焊过程中还要注意氩弧焊电流大小的控制，防止热变形太大，之后根据建出的活塞模型对堆焊的活塞放入cnc加工中心进行精加工，最后得到目标的活塞实体。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种增大发动机压缩比的活塞，包括活塞体(1)以及安装在所述活塞体(1)顶部的活塞头(6)，所述活塞体(1)的外部设有铰接部(7)，其特征在于：所述活塞头(6)的顶部设有第一双火花塞避让槽(2)、第二双火花塞避让槽(3)、进气门避让槽(4)和排气门避让槽(5)，所述第一双火花塞避让槽(2)和所述第二双火花塞避让槽(3)靠近所述活塞头(6)顶部的中间位置，所述进气门避让槽(4)和所述排气门避让槽(5)靠近所述活塞头(6)顶部的侧边位置。
2.根据权利要求1所述的一种增大发动机压缩比的活塞，其特征在于：所述活塞体(1)和所述活塞头(6)为铝合金或不锈钢材质。
3.一种增大发动机压缩比的活塞形状设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：进行燃烧室三维建模；
步骤2：进行活塞三维建模；
步骤3：建立活塞与气门的DMU模型；
步骤4：对活塞模型进行处理。
4.根据权利要求3所述的一种增大发动机压缩比的活塞形状设计方法，其特征在于：步骤1中通过将硅胶填充至气缸当中并充满燃烧室，待凝固后使用3D扫描仪对硅胶模型进行全方位扫描获取燃烧室模型的点云文件，再用CATIA对点云文件进行逆向与平滑处理获得燃烧室的CATPart文件，获得燃烧室的三维模型。
5.根据权利要求3所述的一种增大发动机压缩比的活塞形状设计方法，其特征在于：步骤2中通过燃烧室形状获得活塞三维模型。
6.根据权利要求3所述的一种增大发动机压缩比的活塞形状设计方法，其特征在于：步骤3中通过对原机凸轮轴进行3D扫描，并建立三维模型，获得凸轮形线并测出配正气时和气门开度的数据，测量出活塞连杆和气门组的零件尺寸，以配正气时和气门开度的数据以及活塞连杆和气门组的零件尺寸为数据基础模拟出气门与活塞运动过程。
7.根据权利要求3所述的一种增大发动机压缩比的活塞形状设计方法，其特征在于：步骤4中通过DMU仿真过程观察活塞与气门运动过程中是否有相互干涉的情况，若存在干涉情况，将以干涉的气门面为平面，沿气门运动方向做凹槽，使活塞能避开气门，再对活塞模型的尖锐边缘和尖点做圆滑处理。
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