CN213235252U - 一种活塞及发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及活塞技术领域，具体公开了一种活塞及发动机，该活塞的顶面设有燃烧室，燃烧室具有弧形面、底面和倾斜平面，底面位于燃烧室的底部且垂直于活塞的中心线，弧形面和倾斜平面围设于底面的外周，底面分别与弧形面的底边以及倾斜平面的底边连接，弧形面与进气口相对，倾斜平面与排气口相对。由进气口进入燃烧室的气体，经弧形面、底面流动至倾斜平面，在倾斜平面的引导下形成强滚流，而滚流在压缩过程中动量衰减较少，从而动量可保存到压缩行程的末期，当活塞接近于上止点时，大尺度滚流将破裂成众多小尺度涡流，使湍流强度和湍流动能增加，提高了火焰传播速度，改善发动机性能。

Description

一种活塞及发动机

技术领域

本实用新型涉及活塞技术领域，尤其涉及一种活塞及发动机。

背景技术

为满足日趋严格的CO₂排放要求，天然气发动机凭借着较低的CO₂排放，逐渐成为发动机研究的热点。受排放的限制，国内外天然气发动机采用理论空燃比的技术路线，并且采用一定量的EGR来降低气体发动机的热负荷和爆震倾向。

现有天然气发动机采用周向对称浅盆形的燃烧室，如申请号为CN201320131106.6的前期专利中所公开的一种天然气活塞燃烧室。其利用挤流运动来增强燃烧室内的湍流强度，促进混合气快速燃烧，但受爆燃的限制以及活塞布置的限制，其烧室口径较大、挤流作用较小。特别是应用于国六排放标准后，通常需采用当量燃烧+EGR技术，EGR的添加会产生进气混合不均匀的现象，当在压缩上止点时，EGR偏浓区域处于火花塞附近时，会导致火花塞失火，导致CH₄排放的大幅上升，并且加剧天然气发动机的循环波动，火焰传播速度慢。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种活塞及发动机，以解决相关技术中气体活塞燃烧室点火的稳定性差，以及点火后火焰传播速度慢的问题。

一方面，本实用新型提供一种活塞，所述活塞的顶面设有燃烧室，所述燃烧室具有弧形面、底面和倾斜平面，所述底面位于所述燃烧室的底部且垂直于所述活塞的中心线，所述弧形面和所述倾斜平面围设于所述底面的外周，且所述底面分别与所述弧形面的底边以及所述倾斜平面的底边连接，所述弧形面与进气口相对，所述倾斜平面与排气口相对。

作为活塞的优选技术方案，所述活塞的中心线为L1，所述活塞的活塞销孔的中心线为L2，L1垂直于L2，且L1和L2位于平面S1内，所述倾斜平面、所述底面以及所述弧形面均关于所述平面S1对称设置。

作为活塞的优选技术方案，所述倾斜平面呈半圆形，所述倾斜平面包括圆弧边和直边，所述直边为所述倾斜平面的底边，所述圆弧边与所述弧形面连接。

作为活塞的优选技术方案，所述直边与所述底面的连接处设有第一圆弧角。

作为活塞的优选技术方案，所述圆弧边与所述弧形面的接处均设有第二圆弧角。

作为活塞的优选技术方案，所述燃烧室还包括环形面，所述环形面的中心线与所述活塞的中心线重合，所述环形面的底边与所述弧形面的顶边连接，且所述环形面的底边与所述第二圆弧角的顶边相切。

作为活塞的优选技术方案，所述环形面与所述活塞的顶面之间设有第三圆弧角。

作为活塞的优选技术方案，所述进气口和所述排气口的数量均为两个，两个所述进气口关于所述平面S1对称设置，两个所述排气口关于所述平面S1对称设置。

作为活塞的优选技术方案，所述活塞的顶面绕所述活塞的中心线等间距设置有多个避阀坑。

另一方面，本实用新型提供一种发动机，包括上述任一方案中的活塞。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种活塞及发动机，该活塞的顶面设有燃烧室，燃烧室具有弧形面、底面和倾斜平面，底面位于燃烧室的底部且垂直于活塞的中心线，弧形面和倾斜平面围设于底面的外周，底面分别与弧形面的底边以及倾斜平面的底边连接，弧形面与进气口相对，倾斜平面与排气口相对。由进气口进入燃烧室的气体，经弧形面、底面流动至倾斜平面，在倾斜平面的引导下形成强滚流，而强滚流在压缩过程中动量衰减较少，从而动量可保存到压缩行程的末期，当活塞接近于上止点时，大尺度的强滚流将破裂成众多小尺度的涡流，使湍流强度和湍流动能增加，大大提高火焰传播速度，改善发动机性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例中活塞以及进气门、排气门的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中活塞以及进气门、排气门的剖视图；

图3为本实用新型实施例中活塞的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中活塞的剖视图。

图中：

1、弧形面；2、底面；3、倾斜平面；31、圆弧边；32、直边；4、第一圆倒角；5、第二圆倒角；6、环形面；7、第三圆倒角；8、避阀坑；9、顶面；

10、活塞；100、燃烧室；200、进气门；300、排气门；

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1～4所示，本实施例提供一种活塞10，该活塞10应用于气体机，如天然气发动机。该活塞10的顶面9设有燃烧室100，燃烧室100具有弧形面1、底面2和倾斜平面3，底面2位于燃烧室100的底部且垂直于活塞10的中心线，弧形面1和倾斜平面3围设于底面2的外周，底面2分别与弧形面1的底边以及倾斜平面3的底边连接，弧形面1与进气口相对，倾斜平面3与排气口相对。可以理解的是，进气口设置于进气门200，排气口设置于排气门300，由进气口进入燃烧室100的气体，经弧形面1、底面2流动至倾斜平面3，在倾斜平面3的引导下形成强滚流，而强滚流在压缩过程中动量衰减较少，从而动量可保存到压缩行程的末期，当活塞10接近于上止点时，大尺度的强滚流将破裂成众多小尺度的涡流，使湍流强度和湍流动能增加，大大提高火焰传播速度，改善发动机性能。其中，缸内大尺度的湍流使火焰前锋面发生扭曲，除使其面积增大外，还可使火焰前锋分裂成许多燃烧中心，导致湍流火焰速率大大增加，而小尺度的湍流也可以大大增加焰面中分子与新鲜混合气中的分子的相互渗透，也使湍流速率增加。

可选地，如图4所示，活塞10的中心线为L1，活塞10的活塞销孔的中心线为L2，L1垂直于L2，且L1和L2位于平面S1内，倾斜平面3、底面2以及弧形面1均关于平面S1对称设置。本实施例提供的活塞10，其燃烧室100仅关于平面S1对称，关于垂直于S1且过L1的平面不对称。

可选地，倾斜平面3呈半圆形，倾斜平面3包括圆弧边31和直边32，直边32为倾斜平面3的底边，圆弧边31与弧形面1连接。优选地，直边32与底面2的连接处设有第一圆弧角4。进一步优选地，圆弧边31与弧形面1的连接处均设有第二圆弧角5。通过设置第一圆弧角4和第二圆弧角5，可避免混合气体的在燃烧室100中滚动的过程中动能衰减。

可选地，燃烧室100还包括环形面6，环形面6的中心线与活塞10的中心线重合，环形面6的底边与弧形面1的顶边连接，且环形面6的底边与第二圆弧角5的顶边相切。优选地，环形面6与活塞10的顶面9之间设有第三圆弧角7。

可选地，请参照图1，进气口和排气口的数量均为两个，两个进气口关于平面S1对称设置，两个排气口关于平面S1对称设置。

请参照图4，图4为活塞10于平面S1剖切后的示图，在剖切截面上，对应地第一圆弧角4的半径为R1，第二圆弧角5的半径为R2，第三圆弧角7的半径为R3，弧形面1的半径为R4，倾斜平面3与活塞10的顶面9之间的夹角为α，环形面6的直径为

底面2与活塞10的顶面9之间的间距为H。其中，R1、R2、R3、R4、α、

以及H的具体尺寸可根据实际需要进行设置。

可选地，请参照图3，活塞10的顶面9绕活塞10的中心线等间距设置有多个避阀坑8。

综上，本实施例提供的活塞10，混合气体于燃烧室100内可形成强滚流，能够提高湍流强度，提高点火稳定性、加快燃烧和火焰的传播速度，促进EGR在缸内充分混合，提高效率、降低CH₄排放和发动机的循环波动，改善天然气发动机的动力性和经济性。缸内强滚流会在压缩上止点破碎成小涡团，降低火花塞周围的气体流速，进一步保证点火稳定性。

本实施例还提供一种发动机，包括上述方案中的活塞10。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种活塞，其特征在于，所述活塞的顶面(9)设有燃烧室(100)，所述燃烧室(100)具有弧形面(1)、底面(2)和倾斜平面(3)，所述底面(2)位于所述燃烧室(100)的底部且垂直于所述活塞的中心线，所述弧形面(1)和所述倾斜平面(3)围设于所述底面(2)的外周，且所述底面(2)分别与所述弧形面(1)的底边以及所述倾斜平面(3)的底边连接，所述弧形面(1)与进气口相对，所述倾斜平面(3)与排气口相对。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞的中心线为L1，所述活塞的活塞销孔的中心线为L2，L1垂直于L2，且L1和L2位于平面S1内，所述倾斜平面(3)、所述底面(2)以及所述弧形面(1)均关于所述平面S1对称设置。

3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述倾斜平面(3)呈半圆形，所述倾斜平面(3)包括圆弧边(31)和直边(32)，所述直边(32)为所述倾斜平面(3)的底边，所述圆弧边(31)与所述弧形面(1)连接。

4.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述直边(32)与所述底面(2)的连接处设有第一圆弧角(4)。

5.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述圆弧边(31)与所述弧形面(1)的接处均设有第二圆弧角(5)。

6.根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，所述燃烧室(100)还包括环形面(6)，所述环形面(6)的中心线与所述活塞的中心线重合，所述环形面(6)的底边与所述弧形面(1)的顶边连接，且所述环形面(6)的底边与所述第二圆弧角(5)的顶边相切。

7.根据权利要求6所述的活塞，其特征在于，所述环形面(6)与所述活塞的顶面(9)之间设有第三圆弧角(7)。

8.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述进气口和所述排气口的数量均为两个，两个所述进气口关于所述平面S1对称设置，两个所述排气口关于所述平面S1对称设置。

9.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞的顶面(9)绕所述活塞的中心线等间距设置有多个避阀坑(8)。

10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的活塞。

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