CN114017194B - 一种点燃压燃汽油机活塞以及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机技术领域，公开了一种点燃压燃汽油机活塞以及发动机；点燃压燃汽油机活塞包括：活塞本体；活塞本体的顶面上设置有椭圆形凹坑、第一进气避让坑、第二进气避让坑、第一排气避让坑和第二排气避让坑；椭圆形凹坑位于活塞本体顶面的中心，第一进气避让坑、第二进气避让坑、第一排气避让坑以及第二排气避让坑沿椭圆形凹坑周向依次设置；所述椭圆形凹坑的椭圆长轴垂直于进排气方向，椭圆长轴为活塞直径的45％～55％，椭圆形凹坑的椭圆短轴为进排气方向，椭圆短轴为活塞直径的25％～35％。

Description

一种点燃压燃汽油机活塞以及发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种点燃压燃汽油机活塞以及发动机。

背景技术

发动机点燃压燃模式中，为满足点燃压燃的需要，活塞顶部中心设置有凹坑，凹坑周围依次围绕设置有第一和第二进气避让坑、第一和第二排气避让坑。在实际使用过程中，易出现压燃燃烧比例降低，发动机热效率与排放水平不理想的技术问题。

发明内容

本发明提供一种点燃压燃汽油机活塞以及发动机，解决现有技术中压燃燃烧比例降低，发动机热效率与排放水平不理想的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种点燃压燃汽油机活塞，包括：活塞本体；

所述活塞本体的顶面上设置有椭圆形凹坑、第一进气避让坑、第二进气避让坑、第一排气避让坑和第二排气避让坑；

所述椭圆形凹坑位于活塞本体顶面的中心，所述第一进气避让坑、所述第二进气避让坑、所述第一排气避让坑以及所述第二排气避让坑沿所述椭圆形凹坑周向依次设置；

所述椭圆形凹坑中心正对火花塞，所述椭圆形凹坑的椭圆长轴垂直于进排气方向，所述椭圆长轴为活塞直径的45％～55％，所述椭圆形凹坑的椭圆短轴为进排气方向，所述椭圆短轴为活塞直径的25％～35％。

进一步地，所述椭圆形凹坑包括：椭圆形坑底面与设置在所述椭圆形坑底面上的侧壁面；

所述椭圆形坑底面的中心正对火花塞；

所述侧壁面与所述第一进气避让坑、所述第二进气避让坑、所述第一排气避让坑和所述第二排气避让坑衔接。

进一步地，所述第一进气门避让坑与所述第二进气门避让坑之间设置有第一顶面凸台，所述第一排气门避让坑与所述第二排气门避让坑之间设置有第二顶面凸台，所述第一进气门避让坑与第一排气门避让坑之间设置有第三顶面凸台，所述第二进气门避让坑与所述第二排气门避让坑之间设置有第四顶面凸台；

其中，所述第一顶面凸台、所述第二顶面凸台、所述第三顶面凸台以及所述第四顶面凸台等高，且所述第一顶面凸台、所述第二顶面凸台、所述第三顶面凸台以及所述第四顶面凸台的顶部到所述椭圆形凹坑的坑底的距离小于等于5mm。

进一步地，所述第一顶面凸台的顶部设置成沿所述活塞顶面的径向依次衔接布置的第一导流面、第一过渡弧面以及第一凸台弧顶面；

所述第一凸台弧顶面与所述椭圆形凹坑的侧壁面衔接；

第一导流面向内向上倾斜且与水平面夹角＞1°。

进一步地，所述第三顶面凸台的顶部设置成沿所述活塞顶面的径向依次衔接布置的第三导流面、导流槽、第三过渡弧面以及第三凸台弧顶面；

所述第三凸台弧顶面与所述椭圆形凹坑的侧壁面衔接；

所述导流槽的水平高度大于等于所述第一顶面凸台的高度；

所述第三导流面向内向上倾斜且与水平面夹角＞1°。

进一步地，所述侧壁面的上部沿活塞顶面的径向向所述活塞顶面的边沿倾斜。

进一步地，所述侧壁面的与所述椭圆形坑底面的夹角为70°～78°。

进一步地，所述侧壁面的与所述椭圆形坑底面之间设置有第一坑底衔接弧面。

进一步地，所述第一进气避让坑、所述第二进气避让坑、所述第一排气避让坑和所述第二排气避让坑的坑底面分别与所述椭圆形凹坑的侧壁面之间设置有第二坑底衔接弧面。

一种发动机，包括：所述的点燃压燃汽油机活塞。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的点燃压燃汽油机活塞以及发动机，通过将活塞顶面设置椭圆形凹坑并以活塞的直径为基准，将椭圆形凹坑的椭圆长轴设置成垂直于进排气方向，椭圆长轴设置成活塞直径的45％～55％，将椭圆形凹坑的椭圆短轴为进排气方向，椭圆短轴设置成活塞直径的25％～35％，从而增加发动机压缩行程中涡流比，提高点燃压燃汽油机点火火焰核心的燃烧与传播能力，从而提高压燃燃烧比例，使得点燃压燃汽油机的热效率提高。另一方面，能够通过活塞顶面凹坑将涡流很好地聚集在中心，从而提高点燃压燃汽油机点火火焰核心的燃烧与传播能力，从而提高压燃燃烧比例，使得点燃压燃汽油机的热效率提高。

进一步地，通过将进气门避让坑和排气门避让坑与椭圆形凹坑底部的距离限制在5mm以下，因此第一进气门避让坑、第二进气门避让坑、第一排气门避让坑与第二排气门避让坑可以更大，在活塞可靠性不受影响前提下达到活塞轻量化设计的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的点燃压燃汽油机活塞的结构示意图；

图2为图1中的点燃压燃汽油机活塞的主视图；

图3为图1中的点燃压燃汽油机活塞与现有点燃压燃汽油机活塞的涡流比比较曲线；

图4为图1中的点燃压燃汽油机活塞与现有点燃压燃汽油机活塞的缸盖下表面以上6mm水平涡流分布图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

下面结合附图并参考具体实施例描述本申请。

本申请实施例通过提供一种点燃压燃汽油机活塞以及发动机，解决现有技术中压燃燃烧比例降低，发动机热效率与排放水平不理想的技术问题。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1和图2，本实施例提供一种点燃压燃汽油机活塞，通过活塞顶面的进排气门避让坑和中心凹坑的结构设计，优化点燃压燃过程，增加发动机压缩行程中涡流比，提高点燃压燃汽油机点火火焰核心的燃烧与传播能力，从而提高压燃燃烧比例，使得点燃压燃汽油机的热效率提高。

具体来说，所述点燃压燃汽油机活塞的活塞本体1的顶面上设置有椭圆形凹坑2、第一进气避让坑3、第二进气避让坑4、第一排气避让坑5和第二排气避让坑6。

其中，所述椭圆形凹坑2位于活塞本体1的顶面的中心，所述第一进气避让坑2、所述第二进气避让坑3、所述第一排气避让坑4以及所述第二排气避让坑5沿所述椭圆形凹坑2周向依次环绕设置。

值得说明的是，所述椭圆形凹坑1中心正对火花塞，也位于活塞本体1的中心位置，所述椭圆形凹坑2的椭圆长轴的方向垂直于进排气方向，所述椭圆长轴为活塞直径的45％～55％，所述椭圆形凹坑2的椭圆短轴的方向为进排气方向，所述椭圆短轴为活塞直径的25％～35％。增加发动机压缩行程中涡流比，提高点燃压燃汽油机点火火焰核心的燃烧与传播能力，从而提高压燃燃烧比例，使得点燃压燃汽油机的热效率提高。

具体来说，所述椭圆形凹坑2设置成椭圆形坑底面与设置在所述椭圆形坑底面上的侧壁面的组合形式，通过一体成型的方式直接成型在所述活塞本体1的顶面上，通常可以对照安装状态下，所述椭圆形坑底面的中心正对火花塞的状态进行设置。

所述侧壁面与所述第一进气避让坑3、所述第二进气避让坑4、所述第一排气避让坑5和所述第二排气避让坑6衔接，从而使之能够与所述椭圆形凹坑2连通，形成点燃压燃反应的空间。

值得说明的是，由于上述避让坑都是成型在所述活塞本体1的顶面上，因此相邻的避让坑之间自然形成隔断相邻两个避让坑的凸台结构，即，所述第一进气门避让坑2与所述第二进气门避让坑3之间的凸台设置成第一顶面凸台7，所述第一排气门避让坑5与所述第二排气门避让坑6之间设置有第二顶面凸台8，所述第一进气门避让坑3与第一排气门避让坑5之间设置有第三顶面凸台9，所述第二进气门避让坑4与所述第二排气门避让坑6之间设置有第四顶面凸台10。

其中，所述第一顶面凸台7、所述第二顶面凸台8、所述第三顶面凸台9以及所述第四顶面凸台10等高，且所述第一顶面凸台7、所述第二顶面凸台8、所述第三顶面凸台9以及所述第四顶面凸台10的顶部到所述椭圆形凹坑1的坑底的距离小于等于5mm。避让坑可以更大，在活塞可靠性不受影响前提下达到活塞轻量化设计的目的。

在一些实施例中，所述第一顶面凸台7的顶部设置成沿所述活塞顶面的径向依次衔接布置的第一导流面、第一过渡弧面以及第一凸台弧顶面；所述第一凸台弧顶面与所述椭圆形凹坑的侧壁面衔接；第一导流面向内向上倾斜且与水平面夹角＞1°。

相类似的，所述第三顶面凸台9的顶部设置成沿所述活塞顶面的径向依次衔接布置的第三导流面、导流槽、第三过渡弧面以及第三凸台弧顶面；所述第三凸台弧顶面与所述椭圆形凹坑的侧壁面衔接；所述导流槽的水平高度大于等于所述第一顶面凸台7的高度；所述第三导流面向内向上倾斜且与水平面夹角＞1°。

所述侧壁面的上部沿活塞顶面的径向向所述活塞顶面的边沿倾斜。所述侧壁面的与所述椭圆形坑底面的夹角为70°～78°。所述侧壁面的与所述椭圆形坑底面之间设置有第一坑底衔接弧面。

所述第一进气避让坑3、所述第二进气避让坑4、所述第一排气避让坑5和所述第二排气避让坑6的坑底面分别与所述椭圆形凹坑2的侧壁面之间设置有第二坑底衔接弧面。

下面具体描述工作过程：

进气冲程，进气门开启，活塞由上止点移动至下止点，喷油嘴第一次喷油，在缸内形成稀薄的雾化汽油。

压缩冲程，进气门关闭，活塞由下止点移动至上止点，同时，活塞顶部的导流面和导流槽在活塞向上止点运动的过程中在缸内形成滚流和涡流，使稀薄的雾化汽油与空气充分混合；在活塞运动至上止点附近时，喷油嘴向凹坑中喷射汽油，在凹坑中形成高浓度的油气混合物，并利用火花塞点燃凹坑中的高浓度油气混合物，形成火核；火核的热量沿导流槽迅速传递至凹坑的周围，加热稀薄工质，凹坑周围的稀薄工质在活塞施加的压力和火核的热量的共同作用下被压燃，实现分层燃烧和超稀薄燃烧。

做功冲程，在工质的剧烈燃烧产生的冲击力的作用下，活塞由上止点移动至下止点，同时带动曲轴旋转。

排气冲程，在惯性的作用下，活塞由下止点向上止点移动，同时排气门打开，将气缸中的气体由缸内排出。

本发明设置导流槽和导流面，压缩时在缸内形成涡流和滚流，从而使第一次喷射的汽油在缸内与空气充分混合。

本发明通过设置气门避让坑，防止了活塞顶面与气门之间的干涉。

本发明通过在活塞顶部中心设置凹坑，坑底对准喷油器油束喷射方向，并且在凹坑周围设置有利于形成涡流的导流槽，不仅使第二次喷射的汽油在凹坑中与空气充分混合、在凹坑外的区域形成稀薄混合气、在凹坑内区域形成浓混合气，而且凹坑内区域的浓混合气易于点燃从而产生火核，火核通过狭缝喷射及周向涡流引导，使得凹坑外区域稀薄混合气的温度及压力迅速提高而被压燃，从而有效地提高发动机的热效率。

本发明将侧壁的锥度设置为12°-20°，即侧壁与坑底的上沿平面近乎垂直，更加有利于二次喷射的汽油和火花塞的能量集中，所形成的火核的温度更高，进一步提高了发动机的热效率。

一种发动机，包括：所述的点燃压燃汽油机活塞。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的点燃压燃汽油机活塞以及发动机，通过将活塞顶面设置椭圆形凹坑并以活塞的直径为基准，将椭圆形凹坑的椭圆长轴设置成垂直于进排气方向，椭圆长轴设置成活塞直径的45％～55％，将椭圆形凹坑的椭圆短轴为进排气方向，椭圆短轴设置成活塞直径的25％～35％，从而增加发动机压缩行程中涡流比，提高点燃压燃汽油机点火火焰核心的燃烧与传播能力，从而提高压燃燃烧比例，使得点燃压燃汽油机的热效率提高。另一方面，能够通过活塞顶面凹坑将涡流很好地聚集在中心，从而提高点燃压燃汽油机点火火焰核心的燃烧与传播能力，从而提高压燃燃烧比例，使得点燃压燃汽油机的热效率提高。

进一步地，通过将进气门避让坑和排气门避让坑与椭圆形凹坑底部的距离限制在5mm以下，因此第一进气门避让坑、第二进气门避让坑、第一排气门避让坑与第二排气门避让坑可以更大，在活塞可靠性不受影响前提下达到活塞轻量化设计的目的。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种点燃压燃汽油机活塞，其特征在于，包括：活塞本体；

所述活塞本体的顶面上设置有椭圆形凹坑、第一进气门避让坑、第二进气门避让坑、第一排气门避让坑和第二排气门避让坑；

所述椭圆形凹坑位于活塞本体顶面的中心，所述第一进气门避让坑、所述第二进气门避让坑、所述第一排气门避让坑以及所述第二排气门避让坑沿所述椭圆形凹坑周向依次设置；

所述椭圆形凹坑的椭圆长轴垂直于进排气方向，所述椭圆长轴为活塞直径的45％～55％，所述椭圆形凹坑的椭圆短轴为进排气方向，所述椭圆短轴为活塞直径的25％～35％。

2.如权利要求1所述的点燃压燃汽油机活塞，其特征在于，所述椭圆形凹坑包括：椭圆形坑底面与设置在所述椭圆形坑底面上的侧壁面；

所述侧壁面与所述第一进气门避让坑、所述第二进气门避让坑、所述第一排气门避让坑和所述第二排气门避让坑衔接。

3.如权利要求1所述的点燃压燃汽油机活塞，其特征在于，所述第一进气门避让坑与所述第二进气门避让坑之间设置有第一顶面凸台，所述第一排气门避让坑与所述第二排气门避让坑之间设置有第二顶面凸台，所述第一进气门避让坑与第一排气门避让坑之间设置有第三顶面凸台，所述第二进气门避让坑与所述第二排气门避让坑之间设置有第四顶面凸台；

其中，所述第一顶面凸台、所述第二顶面凸台、所述第三顶面凸台以及所述第四顶面凸台等高，且所述第一顶面凸台、所述第二顶面凸台、所述第三顶面凸台以及所述第四顶面凸台的顶部到所述椭圆形凹坑的坑底的距离小于等于5mm。

4.如权利要求3所述的点燃压燃汽油机活塞，其特征在于，所述第一顶面凸台的顶部设置成沿所述活塞顶面的径向依次衔接布置的第一导流面、第一过渡弧面以及第一凸台弧顶面；

所述第一凸台弧顶面与所述椭圆形凹坑的侧壁面衔接；

第一导流面向内向上倾斜且与水平面夹角＞1°。

5.如权利要求3所述的点燃压燃汽油机活塞，其特征在于，所述第三顶面凸台的顶部设置成沿所述活塞顶面的径向依次衔接布置的第三导流面、导流槽、第三过渡弧面以及第三凸台弧顶面；

所述第三凸台弧顶面与所述椭圆形凹坑的侧壁面衔接；

所述导流槽的水平高度大于等于所述第一顶面凸台的高度；

所述第三导流面向内向上倾斜且与水平面夹角＞1°。

6.如权利要求2所述的点燃压燃汽油机活塞，其特征在于，所述侧壁面的上部沿活塞顶面的径向向所述活塞顶面的边沿倾斜。

7.如权利要求6所述的点燃压燃汽油机活塞，其特征在于，所述侧壁面的与所述椭圆形坑底面的夹角为70°～78°。

8.如权利要求7所述的点燃压燃汽油机活塞，其特征在于，所述侧壁面的与所述椭圆形坑底面之间设置有第一坑底衔接弧面。

9.如权利要求1所述的点燃压燃汽油机活塞，其特征在于，所述第一进气门避让坑、所述第二进气门避让坑、所述第一排气门避让坑和所述第二排气门避让坑的坑底面分别与所述椭圆形凹坑的侧壁面之间设置有第二坑底衔接弧面。

10.一种发动机，其特征在于，包括：权利要求1～9任一项所述的点燃压燃汽油机活塞。

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