CN116608055A - 活塞结构及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆技术领域，公开了活塞结构及车辆，该活塞结构具有燃烧室，燃烧室包括凹陷部、两个凸起部和两个气门坑部，凹陷部沿第一方向倾斜设置。两个凸起部分别位于凹陷部沿第二方向的两侧，凸起部包括沿第一方向依次设置的第一曲面、第二顶面以及第三曲面，第二顶面连接于第一曲面和第三曲面之间，两个气门坑部分别位于凸起部沿第一方向的两侧，气门坑部沿第一方向倾斜设置，在发动机的进气过程中，可燃气体通过进气门进入到活塞的顶部，依次经过进气门侧的气门坑部、凸起部以及排气门侧的气门坑部，能够改善发动机缸内的气体流动分布和湍动能分布，加快燃烧速度，有效减少发动机爆震现象及降低噪声，火焰燃烧路径均匀，燃烧效率高。

Description

活塞结构及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及活塞结构及车辆。

背景技术

在汽油机燃烧系统的开发过程中，活塞燃烧室的设计是汽油机燃烧系统设计的关键。活塞燃烧室由于具有设计灵活、制造周期短等特点，同时，活塞燃烧室通过对缸内气体流动状态的改变来影响发动机缸内流场分布，从而改变湍动能分布和火焰传播路径，进而造成对汽油机的燃烧进程的巨大影响。所以，活塞燃烧室的结构设计在汽油机燃烧系统开发中具有举足轻重的作用。

在活塞中心形状上有很多不同形式的设计，但是由于汽油机进气滚流的形式及火花塞安装的位置等限制，均存在燃烧室各方向火焰传播速度不均的问题，造成爆震，从而限制汽油机的动力性与经济性。由于火花塞布置和点火时刻缸内宏观流动等因素的影响，火焰向进气侧传播更为困难，而排气侧湍流动能大于进气侧的情况的出现，更大程度的使排气侧火焰传播速度大于进气侧，加剧了爆震及早燃发生的可能性。

因此，亟需活塞结构及车辆，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供活塞结构，能够改善发动机缸内的气体流动分布和湍动能分布，加快燃烧速度，有效减少发动机爆震现象及降低噪声，火焰燃烧路径均匀，燃烧效率高。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明采用以下技术方案：

活塞结构，所述活塞结构具有燃烧室，所述燃烧室包括：

凹陷部，所述凹陷部沿第一方向倾斜设置；

两个凸起部，两个所述凸起部分别位于所述凹陷部沿第二方向的两侧，所述第一方向和所述第二方向垂直设置，所述凸起部包括沿所述第一方向依次设置的第一曲面、第二顶面以及第三曲面，所述第二顶面连接于所述第一曲面和所述第三曲面之间，沿所述第二方向，所述凹陷部的顶边连接于两个所述第一曲面之间、两个所述第二顶面之间以及两个所述第三曲面之间；

两个气门坑部，两个所述气门坑部分别位于所述凸起部沿所述第一方向的两侧，所述气门坑部沿所述第一方向倾斜设置，两个所述气门坑部的其中一个连接于所述凹陷部的一侧边和所述第一曲面，两个所述气门坑部的另外一个连接于所述凹陷部的另一侧边和所述第三曲面。

优选地，所述凹陷部包括沿所述第二方向依次设置的第一弧形面、第二连接面以及第三弧形面，所述第二连接面连接于所述第一弧形面和所述第三弧形面之间，沿所述第二方向，所述第一弧形面连接于所述气门坑部和两个所述凸起部的其中一个，所述第三弧形面连接于所述气门坑部和两个所述凸起部的另外一个。

优选地，所述第二连接面的顶边垂直于所述第一方向的直线。

优选地，所述活塞结构具有中心线，所述凹陷部具有对称面，所述对称面与所述第一方向平行，所述对称面和所述中心线相交且垂直于所述活塞结构的顶面，所述凹陷部关于所述对称面对称设置。

优选地，两个所述凸起部关于所述对称面对称设置。

优选地，所述第二顶面的顶边垂直于所述第二方向的直线。

优选地，所述燃烧室还包括第一圆弧面和第二圆弧面，所述第一圆弧面和所述第二圆弧面均沿所述第一方向倾斜设置，所述第一圆弧面连接于两个所述气门坑部的其中一个，所述第二圆弧面连接于两个所述气门坑部的另外一个。

优选地，所述燃烧室还包括进气门和排气门，所述进气门和所述排气门分别与两个所述气门坑部相对。

优选地，所述活塞结构的顶面外沿设置有过渡倒角。

为达上述目的，本发明还提供了车辆，包括发动机，所述车辆还包括上述的活塞结构，所述活塞结构设置于所述发动机。

本发明的有益效果为：

本发明提供的活塞结构，活塞结构具有燃烧室，凹陷部沿第一方向倾斜设置。两个凸起部分别位于凹陷部沿第二方向的两侧，凸起部包括沿第一方向依次设置的第一曲面、第二顶面以及第三曲面，第二顶面连接于第一曲面和第三曲面之间，两个气门坑部分别位于凸起部沿第一方向的两侧，气门坑部沿第一方向倾斜设置。在发动机的进气过程中，可燃气体通过进气门进入到活塞的顶部，依次经过进气门侧的气门坑部、凸起部以及排气门侧的气门坑部，凸起部能够使可燃气体加速，提高涡流强度，使各部位火焰同时到达燃烧室壁面。该活塞结构能够改善发动机缸内的气体流动分布和湍动能分布，加快燃烧速度，有效减少发动机爆震现象及降低噪声，火焰燃烧路径均匀，燃烧效率高。使得发动机的爆震倾向降低30％以上，有效提升发动机的动力性和经济性。

本发明提供的车辆，包括发动机和活塞结构，活塞结构设置于发动机。在发动机的压缩和做功行程，通过上述活塞结构，能够改善发动机缸内的气体流动分布和湍动能分布，加快燃烧速度，有效减少发动机爆震现象及降低噪声，火焰燃烧路径均匀，燃烧效率高。

附图说明

图1为本发明实施例中活塞结构的结构示意图一；

图2为本发明实施例中活塞结构的结构示意图二。

附图标记：

1、凹陷部；11、第一弧形面；12、第二连接面；13、第三弧形面；

2、凸起部；21、第一曲面；22、第二顶面；23、第三曲面；

3、气门坑部；

4、第一圆弧面；

5、第二圆弧面；

6、过渡倒角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，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。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在活塞中心形状上有很多不同形式的设计，但是由于汽油机进气滚流的形式及火花塞安装的位置等限制，均存在燃烧室各方向火焰传播速度不均的问题，造成爆震，从而限制汽油机的动力性与经济性。由于火花塞布置和点火时刻缸内宏观流动等因素的影响，火焰向进气侧传播更为困难，而排气侧湍流动能大于进气侧的情况的出现，更大程度的使排气侧火焰传播速度大于进气侧，加剧了爆震及早燃发生的可能性。对此，本实施例提供了活塞结构，能够改善发动机缸内的气体流动分布和湍动能分布，加快燃烧速度，有效减少发动机爆震现象及降低噪声，火焰燃烧路径均匀，燃烧效率高。

如图1-图2所示，在本实施例中，活塞结构具有燃烧室，燃烧室包括凹陷部1、两个凸起部2以及两个气门坑部3。其中，凹陷部1沿第一方向倾斜设置。两个凸起部2分别位于凹陷部1沿第二方向的两侧，第一方向和第二方向垂直设置，凸起部2包括沿第一方向依次设置的第一曲面21、第二顶面22以及第三曲面23，第二顶面22连接于第一曲面21和第三曲面23之间，沿第二方向，凹陷部1的顶边连接于两个第一曲面21之间、两个第二顶面22之间以及两个第三曲面23之间。两个气门坑部3分别位于凸起部2沿第一方向的两侧，气门坑部3沿第一方向倾斜设置，两个气门坑部3的其中一个连接于凹陷部1的一侧边和第一曲面21，两个气门坑部3的另外一个连接于凹陷部1的另一侧边和第三曲面23。具体地，第一方向为图中的AB方向，第二方向为图中的CD方向，沿第一方向，活塞结构左侧的气门坑部3对应的是出气门，出气门侧的气门坑部3是气流流出区。活塞结构右侧的气门坑部3对应的是进气门，进气门侧的气门坑部3是气流汇聚区。凹陷部1沿第一方向向进气门侧向下倾斜，第一曲面21的内缘、第二顶面22的内缘以及第三曲面23的内缘依次连接且均连接于凹陷部1的顶边，凸起部2与凹陷部1形成气流整合加速区。在发动机的进气过程中，可燃气体通过进气门进入到活塞的顶部，依次经过进气门侧的气门坑部3、凸起部2以及排气门侧的气门坑部3，凸起部2能够使可燃气体加速，提高涡流强度，使各部位火焰同时到达燃烧室壁面。该活塞结构能够改善发动机缸内的气体流动分布和湍动能分布，加快燃烧速度，有效减少发动机爆震现象及降低噪声，火焰燃烧路径均匀，燃烧效率高。使得发动机的爆震倾向降低30％以上，有效提升发动机的动力性和经济性。

进一步地，继续参照图1-图2，凹陷部1包括沿第二方向依次设置的第一弧形面11、第二连接面12以及第三弧形面13，第二连接面12连接于第一弧形面11和第三弧形面13之间，沿第二方向，第一弧形面11连接于气门坑部3和两个凸起部2的其中一个，第三弧形面13连接于气门坑部3和两个凸起部2的另外一个。具体地，沿第一方向，第二连接面12向进气侧向下倾斜，第二连接面12沿第二方向的两边分别通过第一弧形面11和第二弧形面与两个凸起部2连接设置。

进一步地，继续参照图1-图2，第二连接面12的顶边垂直于第一方向的直线。具体地，两个进气门的中心点之间的连接中点为进气中心点，第一方向的直线依次穿过活塞的中心点和进气中心点，该直线垂直于第二连接面12的顶边，可燃气体从进气门进入，部分可燃气体会沿着第二连接面12的顶边进入，经过第二连接面12之后从第二连接面12的另一个顶边流出，其余气体会依次沿着第三曲面23、第二顶面22以及第一曲面21进入，从排气侧的气门坑部3流出，使得缸内形成滚流，能够改善发动机缸内的气体流动分布和湍动能分布，火焰燃烧路径均匀，燃烧效率高。

进一步地，继续参照图1-图2，活塞结构具有中心线，凹陷部1具有对称面，对称面与第一方向平行，对称面和中心线相交且垂直于活塞结构的顶面，凹陷部1关于对称面对称设置，两个凸起部2关于对称面对称设置。

进一步地，继续参照图1-图2，第二顶面22的顶边垂直于第二方向的直线，即第二顶面22的顶边为直线。

进一步地，继续参照图1-图2，燃烧室还包括第一圆弧面4和第二圆弧面5，第一圆弧面4和第二圆弧面5均沿第一方向倾斜设置，第一圆弧面4连接于两个气门坑部3的其中一个，第二圆弧面5连接于两个气门坑部3的另外一个。具体地，第一圆弧面4对应排气门，第二圆弧面5对应进气门，可燃气体从进气门进入，在倾斜设置的第一圆弧面4的导向作用下汇聚在气门坑部3，最后通过第二圆弧面5的导向作用下从排气门流出。

进一步地，继续参照图1-图2，燃烧室还包括进气门和排气门，进气门和排气门分别与两个气门坑部3相对。具体地，气门坑部3的数量为四个，其中，两个气门坑部3对应进气门，另外两个气门坑部3对应排气门，在发动机高速大负荷工况中，往往需要增大气门升程以提高进气流量，为了避免气缸与活塞产生干涉，通过活塞顶面的多个气门坑部3以适应发动机配气的需求。

优选地，活塞结构的顶面外沿设置有过渡倒角6。

本实施例还提供了车辆，包括发动机，车辆还包括上述的活塞结构，活塞结构设置于发动机。具体地，在发动机的压缩和做功行程，通过上述活塞结构，能够改善发动机缸内的气体流动分布和湍动能分布，加快燃烧速度，有效减少发动机爆震现象及降低噪声，火焰燃烧路径均匀，燃烧效率高。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.活塞结构，所述活塞结构具有燃烧室，其特征在于，所述燃烧室包括：

凹陷部(1)，所述凹陷部(1)沿第一方向倾斜设置；

两个凸起部(2)，两个所述凸起部(2)分别位于所述凹陷部(1)沿第二方向的两侧，所述第一方向和所述第二方向垂直设置，所述凸起部(2)包括沿所述第一方向依次设置的第一曲面(21)、第二顶面(22)以及第三曲面(23)，所述第二顶面(22)连接于所述第一曲面(21)和所述第三曲面(23)之间，沿所述第二方向，所述凹陷部(1)的顶边连接于两个所述第一曲面(21)之间、两个所述第二顶面(22)之间以及两个所述第三曲面(23)之间；

两个气门坑部(3)，两个所述气门坑部(3)分别位于所述凸起部(2)沿所述第一方向的两侧，所述气门坑部(3)沿所述第一方向倾斜设置，两个所述气门坑部(3)的其中一个连接于所述凹陷部(1)的一侧边和所述第一曲面(21)，两个所述气门坑部(3)的另外一个连接于所述凹陷部(1)的另一侧边和所述第三曲面(23)。

2.根据权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，所述凹陷部(1)包括沿所述第二方向依次设置的第一弧形面(11)、第二连接面(12)以及第三弧形面(13)，所述第二连接面(12)连接于所述第一弧形面(11)和所述第三弧形面(13)之间，沿所述第二方向，所述第一弧形面(11)连接于所述气门坑部(3)和两个所述凸起部(2)的其中一个，所述第三弧形面(13)连接于所述气门坑部(3)和两个所述凸起部(2)的另外一个。

3.根据权利要求2所述的活塞结构，其特征在于，所述第二连接面(12)的顶边垂直于所述第一方向的直线。

4.根据权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，所述活塞结构具有中心线，所述凹陷部(1)具有对称面，所述对称面与所述第一方向平行，所述对称面和所述中心线相交且垂直于所述活塞结构的顶面，所述凹陷部(1)关于所述对称面对称设置。

5.根据权利要求4所述的活塞结构，其特征在于，两个所述凸起部(2)关于所述对称面对称设置。

6.根据权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，所述第二顶面(22)的顶边垂直于所述第二方向的直线。

7.根据权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，所述燃烧室还包括第一圆弧面(4)和第二圆弧面(5)，所述第一圆弧面(4)和所述第二圆弧面(5)均沿所述第一方向倾斜设置，所述第一圆弧面(4)连接于两个所述气门坑部(3)的其中一个，所述第二圆弧面(5)连接于两个所述气门坑部(3)的另外一个。

8.根据权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，所述燃烧室还包括进气门和排气门，所述进气门和所述排气门分别与两个所述气门坑部(3)相对。

9.根据权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，所述活塞结构的顶面外沿设置有过渡倒角(6)。

10.车辆，包括发动机，其特征在于，所述车辆还包括如权利要求1-9任一项所述的活塞结构，所述活塞结构设置于所述发动机。