CN204140220U - 分层稀燃发动机的活塞及发动机和车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种分层稀燃发动机的活塞，包括活塞本体，在活塞本体的顶端面靠近活塞本体一侧边沿设有深度由外向内渐大的凹坑，在活塞本体顶端面相对所述凹坑的另一侧设有下凹的背风面，所述背风面的底部靠近凹坑，在凹坑和背风面之间设有平滑连接于所述凹坑和背风面之间的凸起。本活塞能实现进入汽缸内的混合气的分层稀燃，以达到降低发动机有害物质排放的目的。本实用新型还涉及一种具有该燃烧室结构的活塞的发动机及一种采用该发动机结构的车辆。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发动机活塞，尤其涉及一种分层稀燃发动机的活塞。本实用新型还涉及一种具有该活塞的发动机及一种采用该发动机结构的车辆。
背景技术
传统发动机多采用均质燃烧，这种燃烧方式在中低负荷时泵气损失较大，比热比小，热效率低，且传统发动机在冷启动及暖机过程中，需要以较浓的混合气喷射到汽缸内，此时汽缸内温度很低，燃油雾化很差，导致燃油来不及蒸发，从而会产生大量的HC、CO等排放污染物。为了降低泵气损失，提高热效率，部分厂家开始提出一种可以实现分层稀燃燃烧模式的发动机燃烧系统结构，这种分层稀燃模式为应用在缸内直喷且喷油器侧置的发动机上，可在发动机部分负荷时具有较好的燃烧效果及节油率，也能达到降低发动机有害物质排放的目的。但由于现有的直喷发动机采用的均为平顶活塞，其并不利于实现进入汽缸内的混合气的分层稀燃，因此有必要对现有的活塞进行改进，以适宜分层稀燃模式的进行。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种分层稀燃发动机的活塞，其能实现进入汽缸内的混合气的分层稀燃，以达到降低发动机有害物质排放的目的。
为实现上述目的，本分层稀燃发动机的活塞，包括活塞本体，在活塞本体的顶端面靠近活塞本体一侧边沿设有深度由外向内渐大的凹坑，在活塞本体顶端面相对所述凹坑的另一侧设有下凹的背风面，所述背风面的底部靠近凹坑，在凹坑和背风面之间设有平滑连接于所述凹坑和背风面之间的凸起。
采用上述的技术方案，当空气进入汽缸中时，气流会由于气门的阻挡作用而分流，小部分气流从气门的下部进入汽缸，同时喷油器也向汽缸中喷射燃油，在凹坑内壁的导引下，由气门下部进入的空气与燃油会初步混合，并向凸起处流动，在凸起处空气与燃烧进行快速混合，并可引导混合气流向火花塞处流动，避免混合气流动到排气侧。由气门上部进入的大部分空气会在背风面的引导下流动到凸起处，并与喷入的燃油混合且也向火花塞处流动，以此也抑制了混合气向排气侧的流动。在凸起处空气与燃油可得到进一步的混合，并可被导引至火花塞处，由此使得火花塞周围的空燃比小于或等于理论空燃比，而远离火花塞周围的混合气的空燃比则大于理论空燃比，这样在火花塞周围的易于燃烧的混合气便可先燃烧，再通过火焰的传播作用引燃远离火花塞周围的较稀薄的混合气，从而实现了混合气的分层稀燃过程，也可达到降低发动机有害物质排放的目的。
作为对上述方式的限定，所述凹坑的最大宽度（D）为30-34mm。将凹坑最大宽度设为30-34mm，可保证燃油喷射束喷射到其内，若凹坑最大宽度过大则会导致喷射的燃油束聚集效果变差，若过小也会导致燃油束被喷射到凹坑外。
作为对上述方式的限定，所述凹坑的底端面与活塞本体横截面间的夹角（β）为4°-8°。设置为4°-8°可有利于进入的空气及喷入的燃油束向凸起处流动，并最终聚集于火花塞处。
作为对上述方式的限定，所述凸起靠近凹坑一侧的侧端面与沿活塞本体轴线方向的垂面间的夹角（α）为27°-30°。若角度大于该范围值会导致混合气流动方向偏向排气侧，而角度小于该范围值则会使得混合气的流动速度具有较大的衰减，同时在角度大于或小于该范围值时都会因燃油与空气的无法均匀混合而导致发动机有害排放的增加。
作为对上述方式的限定，所述凸起过其顶点的垂线与活塞本体轴线间的距离（e）为6-8mm。设置为6-8mm可使得混合气很好的聚集于火花塞处，以实现顺利点火。
作为对上述方式的限定，所述背风面的底端面与活塞本体横截面间的夹角（γ）为4°-5°。设置为4°-5°可最大程度的降低背风面处的气流动量损失，以保证空气流动至凸起处时仍具有较大的动量。
作为对上述方式的限定，所述背风面的底部与所述凸起的顶点间的距离（h）为2.5-3mm。设置为2.5-3mm可实现较好的气流引导作用，以抑制混合气向排气侧的流动，若该值过大时会导致混合气分层效果变差，从而不利于点火后的扩散燃烧。
作为对上述方式的限定，在所述活塞本体的顶端面上位于凹坑的两侧设有气门避让坑。设置气门避让坑可避免活塞与气门间发生碰撞，以保证发动机各零部件的正常运行。
本实用新型的发动机包括汽缸，汽缸的上方设有汽缸盖，在汽缸盖上设有与所述汽缸内相连通的进气道和排气道，在汽缸盖上设有伸入汽缸内的火花塞，在汽缸盖上与所述进气道同侧侧置有伸入汽缸中的喷油器，在汽缸内设有如上所述的分层稀燃发动机的活塞，所述活塞上的凹坑靠近喷油器设置。
本实用新型的车辆，该车辆搭载有如上所述的发动机。
综上所述，采用本实用新型的技术方案，具有该燃烧室结构的活塞能实现进入汽缸内的混合气的分层稀燃，以达到降低发动机有害物质排放的目的。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作更进一步详细说明：
图1为本实用新型实施例的结构示意图；
图2为活塞的断面图；
图3为活塞于发动机上布置时的结构示意图；
图中：1、汽缸；2、汽缸盖；3、活塞本体；4、燃烧室；5、进气道；6、排气道；7、火花塞；8、喷油器；9、凹坑；10、背风面；11、凸起；12、气门避让坑。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及一种分层稀燃发动机的活塞，如图1和图2中所示，其包括活塞本体3，在活塞本体3的顶端面靠近活塞本体3的一侧边沿设有凹坑9，凹坑9的深度由外向内渐大，也即凹坑9的最深处靠近活塞本体3的轴线，在活塞本体3的顶端面相对凹坑9的另一侧设有下凹的背风面10，背风面10的底部，也即背风面10的最深处靠近凹坑9，在凹坑9和背风面10之间则设有平滑连接于凹坑9和背风面10之间的凸起11。
本实施例中凹坑9的长度方向为与凹坑9和背风面10间的连线方向相同，凹坑9的整体形状设置为沿其长度方向，靠近活塞本体3边沿的部分较窄，而往背风面10一侧的方向宽度逐渐增加，后再收于凸起11处。凹坑9的最大宽度，也即凹坑9于凹坑9和背风面10连线的垂直方向上的最大宽度D为30-34mm，优选为32mm，而凹坑9的长度及深度可根据活塞本体3的具体规格而设定。
本实施例以图2中所示状态的方向为基准，因凹坑9深度由外向内渐大，所以凹坑9内的底端面呈由活塞本体3的左边沿指向活塞本体3中部的深度渐大的斜面，且凹坑9的底端面与活塞本体3的横截面间的夹角β为4°-8°，优选为6°。凸起11靠近凹坑9的一侧的侧端面与凹坑9的内壁平滑连接，且凸起11靠近凹坑9一侧的侧端面与沿活塞本体3轴线方向的垂面间的夹角α为27°-30°，优选为30°。背风面10的底部靠近凸起11，因而背风面10的底端面也为由活塞本体3的右边沿指向活塞本体3内部方向（也即凸起11的方向）的深度渐大的斜面，且背风面10的底端面与活塞本体3的横截面间的夹角γ为4°-5°，优选为5°。
本实施例中凸起11为在凹坑9和背风面10之间呈半弧形布置，凸起11的位置可由过其顶点的垂线位置确定，凸起11的顶点位于过活塞本体3轴线的凹坑9与背风面10之间的连接线上，且凸起11的过其顶点的垂线与活塞本体3轴线间的距离e为6-8mm，优选为6mm，而凸起11的高度则可经由其顶点与背风面10的底部间的距离来确定，且背风面10的底部与凸起11的顶点间的距离h为2.5-3mm，优选为3mm。为了在活塞本体3于汽缸中运行时避免其与气门发生碰撞而对发动机系统造成损害，本实施例中还在活塞本体3的顶端面上设置有气门避让坑12，气门避让坑12可为如图1中所示的设置在凹坑9两侧的两个，此时其可用于对进气门进行避让，当然也还可在活塞本体3的顶端面上位于背风面10的两侧设置相应的气门避让坑12，以用于对排气门进行有效的避让。
实施例二
本实施例涉及一种发动机，如图3中所示，其包括汽缸1，汽缸1的上方设有汽缸盖2，在汽缸盖2上设有与汽缸1内相连通的进气道5和排气道6。活塞本体3的底部与曲柄连杆机构相连接，而活塞本体3的顶端面则与汽缸1及汽缸盖2的内壁间构成了发动机的燃烧室4。在汽缸盖2上设有伸入汽缸1内的火花塞7，在汽缸盖2上与进气道5同侧还侧置有伸入汽缸1中的喷油器8，在气缸1内设有如实施例一中所述的分层稀燃发动机的活塞。
本实施例中活塞在汽缸1中布置时，使得该活塞的活塞本体3与火花塞7同轴线布置，且活塞本体3上的凹坑9靠近喷油器8，且喷油器8的喷油口也大致对应于凹坑9的底部位置。而此时凹坑9也为对应于进气道5的进气口的位置，背风面10则为对应于排气道6的排气口的位置。由此当空气经由进气道5进入汽缸1中时，气流因进气门的阻挡作用而分流，小部分气流从进气门的下部进入汽缸1，同时喷油器8也向汽缸1中喷射燃油，在凹坑9内壁（其倾斜状的底端面）的导引下，由进气门下部进入的空气与燃油会初步混合，并向凸起11处流动。在凸起11处，因凸起11侧端面的导引作用，空气与燃烧会进行快速混合，并流向火花塞7处，且同时能够避免混合气流动到排气道6一侧。
而由进气门上部进入的大部分空气会在背风面10的内壁（其倾斜状的底端面）的引导下流动到凸起11处，并可与喷入的燃油混合且也向火花塞7处流动，此时其也可抑制混合气向排气道6一侧的流动。在凸起11处空气与燃油得到了进一步的混合，并最终被导引至火花塞7处，由此使得火花塞7周围的空燃比小于或等于理论空燃比，而远离火花塞7周围的混合气的空燃比则大于理论空燃比。这样在火花塞7周围的易于燃烧的混合气便可先燃烧，再通过火焰的传播作用引燃远离火花塞周围的较稀薄的混合气，从而就实现了混合气的分层稀燃过程，同时也达到了降低发动机有害物质排放的目的。
实施例三
本实施例涉及一种车辆，该车辆搭载有如实施例二中所述的发动机。
Claims (10)
1.一种分层稀燃发动机的活塞，包括活塞本体，其特征在于：在活塞本体的顶端面靠近活塞本体一侧边沿设有深度由外向内渐大的凹坑，在活塞本体顶端面相对所述凹坑的另一侧设有下凹的背风面，所述背风面的底部靠近凹坑，在凹坑和背风面之间设有平滑连接于所述凹坑和背风面之间的凸起。
2.根据权利要求1所述的分层稀燃发动机的活塞，其特征在于：所述凹坑的最大宽度D为30-34mm。
3.根据权利要求1所述的分层稀燃发动机的活塞，其特征在于：所述凹坑的底端面与活塞本体横截面间的夹角β为4°-8°。
4.根据权利要求1所述的分层稀燃发动机的活塞，其特征在于：所述凸起靠近凹坑一侧的侧端面与沿活塞本体轴线方向的垂面间的夹角α为27°-30°。
5.根据权利要求1所述的分层稀燃发动机的活塞，其特征在于：所述凸起过其顶点的垂线与活塞本体轴线间的距离e为6-8mm。
6.根据权利要求1所述的分层稀燃发动机的活塞，其特征在于：所述背风面的底端面与活塞本体横截面间的夹角γ为4°-5°。
7.根据权利要求1所述的分层稀燃发动机的活塞，其特征在于：所述背风面的底部与所述凸起的顶点间的距离h为2.5-3mm。
8.根据权利要求1所述的分层稀燃发动机的活塞，其特征在于：在所述活塞本体的顶端面上位于凹坑的两侧设有气门避让坑。
9.一种发动机，包括汽缸，汽缸的上方设有汽缸盖，在汽缸盖上设有与所述汽缸内相连通的进气道和排气道，在汽缸盖上设有伸入汽缸内的火花塞，在汽缸盖上与所述进气道同侧侧置有伸入汽缸中的喷油器，其特征在于：在汽缸内设有如权利要求1所述的分层稀燃发动机的活塞，所述活塞上的凹坑靠近喷油器设置。
10.一种车辆，其特征在于：该车辆搭载有如权利要求9中所述的发动机。
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