CN117128105A - 一种活塞、燃烧室以及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞、燃烧室以及发动机，该活塞的顶面设置燃烧室凹坑，活塞围成燃烧室凹坑的侧壁设置多条流道，流道周向封闭且流道的进口开设于活塞的顶面，流道的出口开设于燃烧室凹坑的周向壁面，流道的进口与出口之间的连线在活塞顶面所在平面的投影与活塞的径线平行，或者流道的进口与出口之间的连线在活塞的顶面所在平面的投影与活塞的径线的夹角不为0。在应用时，随着活塞向上止点的不断靠近，流道内的气体流速会逐渐增强，在流道出口的气流的作用下，燃烧室凹坑内气体形成旋流。以与燃油充分混合并燃烧，改善发动机的烟度排放，提升燃烧速度，避免燃烧室内局部混合不均匀所导致的碳烟释放增加的问题，增加发动机的再生周期及再生里程。

Description

一种活塞、燃烧室以及发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种活塞、燃烧室以及发动机。

背景技术

当前随着市场竞争越来越激烈，客户对柴油机低油耗的需求越来越迫切，高压缩比燃烧系统得到了业内研发人士的重视，并逐渐应用到柴油机性能提升中。目前商用柴油机压缩比基本均提升至20以上，但随着发动机压缩比的提升，一系列的问题随之而来。

一定范围内压缩比的提高，会增加柴油机做正功的占比，从而降低柴油机的油耗，大大改善其经济性能。但同时也会带来一个不容忽视的问题，即柴油发动机在压缩冲程，活塞由下止点向上止点运动，运动过程中，活塞压缩气体，随着向上止点的不断靠近，缸内压力越来越大，温度越来越高，涡流强度不断降低，活塞顶部的燃烧室凹坑内气体流动速度也相应减弱。

压缩比的提高，活塞的有效燃烧容积相应降低，活塞运动到接近上止点时燃烧室凹坑内的气体流动相对较弱，此时若喷油器喷油，相对较弱的气体流动不利于油气充分混合，从而导致局部混合气混合不均匀，使缸内燃烧所释放出来的碳烟大大增加，会大大降低发动机的再生周期及再生里程。因而改善高压缩比活塞下的烟度就成为了一个不得不面对的难题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种活塞，以使其能够有利于燃烧室内油气的充分混合，避免燃烧室内局部混合不均匀所导致的碳烟释放增加的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种包括上述活塞的燃烧室以及发动机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种活塞，所述活塞的顶面设置燃烧室凹坑，所述活塞围成所述燃烧室凹坑的侧壁设置多条流道，所述流道周向封闭且所述流道的进口开设于所述活塞的顶面，所述流道的出口开设于所述燃烧室凹坑的周向壁面，所述流道的进口与出口之间的连线在所述活塞顶面所在平面的投影与所述活塞的径线平行，或者所述流道的进口与出口之间的连线在所述活塞的顶面所在平面的投影与所述活塞的径线的夹角不为0。

可选地，所述流道为弧形流道，或者所述流道为直线流道，或者所述流道由至少一条弧形流道与至少一条直线流道连接而成。

可选地，所述流道为劣弧形流道，且所述流道的进口与出口之间的连线在所述活塞顶面所在平面的投影与所述活塞的径线的夹角不为0。

可选地，所述流道为直线流道，所述流道在所述活塞的顶面所在平面的投影与所述活塞的径线平行。

可选地，所述流道的进口和/或出口设置圆弧倒角。

可选地，所述活塞围成所述燃烧室凹坑的侧壁设置至少两组相互间隔的所述流道，至少一组所述流道的出口的中心与其他组所述流道的出口的中心处于不同的平面。

可选地，各所述流道围绕所述燃烧室凹坑的周向均布。

可选地，所述燃烧室凹坑的底部设置中心凸台，所述燃烧室凹坑的周向壁面从上到下依次设置环形导流部、喉口部以及底槽部，所述喉口部呈环状且向所述活塞的中轴线方向凸起，所述底槽部呈环状且向远离所述活塞的中轴线方向凹陷，所述流道的出口开设于所述底槽部。

一种燃烧室，所述燃烧室由气缸、气缸盖以及滑动设置于所述气缸内的活塞围成，所述活塞为如上任意一项所述的活塞。

一种发动机，包括如上所述的燃烧室。

由以上技术方案可以看出，本发明中公开了一种活塞，该活塞的顶面设置燃烧室凹坑，活塞围成燃烧室凹坑的侧壁设置多条流道，流道周向封闭且流道的进口开设于活塞的顶面，流道的出口开设于燃烧室凹坑的周向壁面，流道的进口与出口之间的连线在活塞顶面所在平面的投影与活塞的径线平行，或者流道的进口与出口之间的连线在活塞的顶面所在平面的投影与活塞的径线的夹角不为0。

在应用时，活塞由下止点向上止点运动过程中，活塞的顶面的气体会通过上述流道流入燃烧室凹坑，随着活塞向上止点的不断靠近，流道内的气体流速会逐渐增强，进而在流道出口的气流的作用下，燃烧室凹坑内气体的流速也不断加大，形成旋流。当喷油器喷油时，燃烧室凹坑内高强度的运动气流会迅速与燃油充分混合并燃烧，改善发动机的烟度排放，提升燃烧速度，避免燃烧室内局部混合不均匀所导致的碳烟释放增加的问题，增加发动机的再生周期及再生里程，同时可以通过对流道的数量、流道进口、出口以及形状的调整实现对经过流道进入燃烧室凹坑内的气体的周向流动强度进行调整，以满足对涡流比的需求。

本发明还公开了一种燃烧室以及发动机，该燃烧室以及发动机均采用上述活塞，由于该燃烧室以及发动机采用了上述活塞，因此燃烧室以及发动机理应具有与上述活塞相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明一种实施例提供的活塞的结构示意图；

图2为本发明一种实施例提供的活塞的局部剖视图；

图3为图2剖面处的局部放大示意图；

图4为本发明另一种实施例提供的活塞的俯视图。

图中：

1为活塞；2为燃烧室凹坑；3为顶面；4为进口；5为出口；6为中心凸台；7为流道。

具体实施方式

本发明的核心之一是提供一种活塞，该活塞的结构设计能够使其能够有利于燃烧室内油气的充分混合，避免燃烧室内局部混合不均匀所导致的碳烟释放增加的问题。

本发明的另一核心在于提供一种包括上述活塞的燃烧室以及发动机。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，图1为本发明一种实施例提供的活塞的结构示意图，图2为本发明一种实施例提供的活塞的局部剖视图，图3为图2剖面处的局部放大示意图。

本发明实施例中公开了一种活塞1，该活塞1的顶面3设置燃烧室凹坑2，活塞1围成燃烧室凹坑2的侧壁设置多条流道7，流道7周向封闭且流道7的进口4开设于活塞1的顶面3，流道7的出口5开设于燃烧室凹坑2的周向壁面，流道7的形状可以根据需要进行调整，比如在本发明实施例中，流道7可以为弧形流道，或者流道7可以为直线流道，或者流道7可以由至少一条弧形流道与至少一条直线流道连接而成。

上述流道7的进口4形状、出口5形状以及横截面形状可以为圆形、椭圆形、多边形等等，流道7可以采用不变径的结构，即从进口4至出口5流道7的横截面的形状及截面积均保持一致，当然也可以采用变径结构，比如流道7可以沿进口4至出口5方向渐扩，也可以沿进口4至出口5方向渐缩，或者采用先渐缩后渐扩、先渐扩后渐缩的结构。

流道7的进口4与出口5之间的连线在活塞1顶面3所在平面的投影与活塞1的径线平行，即流道7的进口4与出口5之间的连线在活塞1顶面3所在平面的投影不经过活塞1的中轴线，或者流道7的进口4与出口5之间的连线在活塞1的顶面3所在平面的投影与活塞的径线的夹角不为0，流道7的进口4与出口5之间的连线指流道7的进口4的中心与出口5的中心之间的连线，从而保证能够在燃烧室凹坑2内形成旋流。

可以看出，与现有技术相比，本发明实施例提供的活塞1在应用时，活塞1由下止点向上止点运动过程中，活塞1的顶面3的气体会通过上述流道7流入燃烧室凹坑2，图1中的空心箭头为气体进气方向，实心箭头为气体出气方向，随着活塞1向上止点的不断靠近，流道7内的气体流速会逐渐增强，进而在流道7出口5的气流的作用下，燃烧室凹坑2内气体的流速也不断加大，形成旋流，如图1中实心箭头所示。当喷油器喷油时，燃烧室凹坑2内高强度的运动气流会迅速与燃油充分混合并燃烧，改善发动机的烟度排放，提升燃烧速度，避免燃烧室内局部混合不均匀所导致的碳烟释放增加的问题，增加发动机的再生周期及再生里程，同时可以通过对流道7的数量、流道7进口4、出口5以及形状的调整实现对经过流道7进入燃烧室凹坑2内的气体的周向流动强度进行调整，以满足对涡流比的需求。

如图2和图3所示，在本发明实施例中，上述流道7为劣弧形流道，且流道7的进口4与出口5之间的连线在活塞1顶面3所在平面的投影与活塞的径线的夹角不为0，以保证活塞1顶面3的气体能够在活塞1上行过程中顺利被流道7导流至燃烧室凹坑2内。

如图4所示，在另一种实施例中，上述流道7为直线流道，流道7在活塞1的顶面3所在平面的投影与活塞1的径线平行，在这种情况下各个流道7最好沿周向均布。

进一步优化上述技术方案，上述流道7的进口4和/或出口5设置圆弧倒角，当然最好在流道7的进口4以及出口5均设置圆弧倒角，出口5的圆弧倒角会形成卷流效应，从而进一步提高油气混合效果。

在一种实施例中，如图1所示，上述各流道7采用相同的结构、形状，并且各流道7围绕燃烧室凹坑2的周向均布。当然在其他实施例中，各流道7也可以采用不同的情况，比如可以将各流道7分成交替布置的多组，即活塞1围成燃烧室凹坑2的侧壁设置至少两组相互间隔的流道7，其中至少一组流道7与其他组流道7的形状、进出口5大小等尺寸不同，或者至少一组流道7的出口5的中心与其他组流道7的出口5的中心处于不同的平面，以使燃烧室凹坑2内能够形成多层的旋流，进一步提高油气混合效果。

如图1所示，在本发明实施例中，上述燃烧室凹坑2的底部设置中心凸台6，中心凸台6的表面为锥面，燃烧室凹坑2的周向壁面从上到下依次设置环形导流部、喉口部以及底槽部，喉口部呈环状且向活塞1的中轴线方向凸起，底槽部呈环状且向远离活塞1的中轴线方向凹陷，流道7的出口5开设于底槽部，这样当气流从流道7流入燃烧室凹坑2时，首先沿底槽部流动，然后沿中心凸台6的表面逐渐向上，直到将整个燃烧室凹坑2内的气体都扰动起来，形成旋流，保证油气混合的均匀度。

本发明实施例还提供了一种燃烧室，该燃烧室由气缸、气缸盖以及滑动设置于气缸内的活塞1围成，其中，活塞1为如上述实施例所述的活塞1，由于该燃烧室采用了上述实施例中的活塞1，因此该燃烧室理应具有与该活塞1一致的技术效果，该燃烧室的技术效果请参考上述实施例。

进一步地，本发明实施例还提供了一种发动机，该发动机包括如上所述的燃烧室，由于该发动机采用了如上述实施例所述的燃烧室，因此该发动机的技术效果请参考上述实施例。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种活塞，其特征在于，所述活塞的顶面设置燃烧室凹坑，所述活塞围成所述燃烧室凹坑的侧壁设置多条流道，所述流道周向封闭且所述流道的进口开设于所述活塞的顶面，所述流道的出口开设于所述燃烧室凹坑的周向壁面，所述流道的进口与出口之间的连线在所述活塞顶面所在平面的投影与所述活塞的径线平行，或者所述流道的进口与出口之间的连线在所述活塞的顶面所在平面的投影与所述活塞的径线的夹角不为0。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述流道为弧形流道，或者所述流道为直线流道，或者所述流道由至少一条弧形流道与至少一条直线流道连接而成。

3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述流道为劣弧形流道，且所述流道的进口与出口之间的连线在所述活塞顶面所在平面的投影与所述活塞的径线的夹角不为0。

4.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述流道为直线流道，所述流道在所述活塞的顶面所在平面的投影与所述活塞的径线平行。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的活塞，其特征在于，所述流道的进口和/或出口设置圆弧倒角。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的活塞，其特征在于，所述活塞围成所述燃烧室凹坑的侧壁设置至少两组相互间隔的所述流道，至少一组所述流道的出口的中心与其他组所述流道的出口的中心处于不同的平面。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的活塞，其特征在于，各所述流道围绕所述燃烧室凹坑的周向均布。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的活塞，其特征在于，所述燃烧室凹坑的底部设置中心凸台，所述燃烧室凹坑的周向壁面从上到下依次设置环形导流部、喉口部以及底槽部，所述喉口部呈环状且向所述活塞的中轴线方向凸起，所述底槽部呈环状且向远离所述活塞的中轴线方向凹陷，所述流道的出口开设于所述底槽部。

9.一种燃烧室，所述燃烧室由气缸、气缸盖以及滑动设置于所述气缸内的活塞围成，其特征在于，所述活塞为如权利要求1-8任意一项所述的活塞。

10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求9所述的燃烧室。