CN216811944U - 活塞和发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于发动机技术领域，本实用新型公开了一种活塞和一种发动机，该活塞安装在发动机的气缸孔中，发动机设有预燃室，活塞的顶部设有凹坑，凹坑的径向截面呈星型结构，凹坑包括中间部和沿中间部周向设置的多个突出部，突出部与中间部连通，突出部对应预燃室的喷孔的喷射方向设置。该活塞根据预燃室喷孔的结构以及喷孔的角度设计燃烧室，使燃烧室结构与预燃室喷孔的喷射位置相配合，在压缩阶段可以使更多的混合气进入到预燃室内，预燃室内压力和温度升高，提高点火稳定性并且引燃主燃烧室的射流火焰能量增加，另外喷孔射流点火火焰直接喷射到燃烧室混合气集中分布的位置，可明显加快燃烧速度，从而可进一步扩大稀燃极限，降低NOx排放。

Description

活塞和发动机

技术领域

本实用新型属于发动机技术领域，具体涉及一种活塞，本实用新型还涉及一种发动机。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

为满足气体机欧标排放要求，大缸径气体机采用稀薄燃烧技术来降低NOx排放，由于过稀的混合气燃烧速度慢导致燃烧不稳定，一般稀薄燃烧需配合被动预燃室射流点火来提升点火稳定性及提高燃烧速度，从而扩大稀燃极限。点火方式的改变使得常规气体机的燃烧室结构无法与预燃室的射流喷孔较好的配合，导致混合气的燃烧速度提升不明显，达不到预期的效果。

而现有的异型燃烧室大都是在普通火花塞的基础上设计的，目的是加强火花塞附近及缸内的湍动能，从而提升点火稳定性及缸内混合气的燃烧速度。对于预燃室燃烧系统，通过预燃室内的射流火焰来点燃主燃烧室内混合气体，燃烧方式与普通火花塞存在很大不同，适用于普通火花塞的燃烧室并不一定在预燃室燃烧系统中性能表现好。

实用新型内容

本实用新型的目的是至少解决现有技术中活塞在预燃室燃烧系统中燃烧效果不佳的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的第一方面提出了一种活塞，所述活塞安装在发动机的气缸孔中，所述发动机设有预燃室，所述活塞的顶部设有凹坑，所述凹坑的径向截面呈星型结构，所述凹坑包括中间部和沿所述中间部周向设置的多个突出部，所述突出部与所述中间部连通，所述突出部对应所述预燃室的喷孔的喷射方向设置。

本实用新型提出的活塞根据预燃室喷孔的结构以及喷孔的角度设计燃烧室，使燃烧室结构与预燃室喷孔的喷射位置相配合，在压缩阶段可以使更多的混合气进入到预燃室内，预燃室内压力和温度升高，提高点火稳定性并且引燃主燃烧室的射流火焰能量增加，另外喷孔射流点火火焰直接喷射到燃烧室混合气集中分布的位置，可明显加快燃烧速度，从而可进一步扩大稀燃极限，降低NOx排放。

另外，根据本实用新型的活塞，还可具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述突出部沿所述活塞的径向方向的截面呈三角形。

在本实用新型的一些实施例中，所述突出部沿所述中间部的周向方向等间隔设置。

在本实用新型的一些实施例中，所述突出部的侧壁面与所述突出部的底面之间通过弧面过渡。

在本实用新型的一些实施例中，相邻的两个突出部的侧壁面之间通过弧面过渡。

在本实用新型的一些实施例中，所述突出部沿所述活塞的径向方向的截面积自所述突出部的开口端至所述突出部的底端逐渐增大。

在本实用新型的一些实施例中，所述凹坑沿径向方向向外深度逐渐增大。

在本实用新型的一些实施例中，所述凹坑的底面呈弧面。

本实用新型的第二方面提出了一种发动机，包括：

机体，机体上设有气缸孔；

缸盖，所述缸盖与所述机体连接，所述缸盖的内部设有预燃室；

活塞，所述活塞为本实用新型第一方面提出的活塞，所述活塞以可往复运动的方式设置在所述气缸孔的内部。

本实用新型第二方面提出的发动机具有预燃室以及与所述预燃室相适配的活塞，在压缩过程中，活塞上的星型凹坑与预燃室的喷孔喷射角度相适配，使得更多的可燃混合气被压进预燃室内，预燃室内压力和温度升高，提高点火稳定性并且引燃主燃烧室的射流火焰能量增加，通过喷孔形成较为强烈的一次涡流即压缩涡流，混合气在预燃室内被火花塞点燃形成一次混合燃烧，随着预燃室内混合气的燃烧，预燃室内压力和温度都快速增加，使燃烧产生的火焰通过预燃室喷孔形成火焰射流冲入燃烧室内，直接喷射到主燃烧室混合气集中分布的位置，形成二次涡流运动，并且喷射出来的火焰射流点燃主燃烧室内的混合气，形成二次混合燃烧，可明显加快燃烧速度，从而进一步扩大稀燃极限，降低NOx排放。

在本实用新型的一些实施例中，所述预燃室与所述活塞同轴设置，所述预燃室上设有第一喷孔和多个第二喷孔，所述第一喷孔的喷射方向朝向所述中间部设置，所述第二喷孔的喷射方向朝向所述突出部设置，并且所述第二喷孔的喷射方向与所述活塞的径向方向呈角度设置。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本实用新型实施方式的活塞及预燃室的结构示意图。

图2示意性地示出了根据本实用新型实施方式的活塞及预燃室的第一视角的结构示意图。

图3示意性地示出了根据本实用新型实施方式的凹坑的结构示意图。

附图中各标记表示如下：

10：缸盖、11：预燃室；

20：活塞、21：凹坑、22：中间部、23：突出部。

具体实施方式

下面将参照附图更详细描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至图3所示，图1中箭头表示预燃室11的喷孔的火焰喷射方向，本实用新型的第一方面提出了一种活塞20，活塞20安装在发动机的气缸孔中，发动机设有预燃室11，活塞20的顶部设有凹坑21，凹坑21的径向截面呈星型结构，凹坑21包括中间部22和沿中间部22周向设置的多个突出部23，突出部23与中间部22连通，突出部23对应预燃室11的喷孔的喷射方向设置。

本实用新型提出的活塞20根据预燃室11喷孔的结构以及喷孔的角度设计燃烧室，使燃烧室结构与预燃室11喷孔的喷射位置相配合，在压缩阶段可以使更多的混合气进入到预燃室11内，预燃室11内压力和温度升高，提高点火稳定性并且引燃主燃烧室的射流火焰能量增加，另外喷孔射流点火火焰直接喷射到燃烧室混合气集中分布的位置，可明显加快燃烧速度，从而可进一步扩大稀燃极限，降低NOx排放。

在本实用新型的一些实施例中，突出部23沿活塞20的径向方向的截面呈三角形。并且突出部23的尖端朝向活塞20的外缘，使得预燃室11喷出的火焰能够沿突出部23逐渐聚拢集中，加快燃烧速度，进一步扩大稀燃极限，降低NOx排放。

在本实用新型的一些实施例中，突出部23沿中间部22的周向方向等间隔设置。突出部23可沿周向设置四个或六个，其数量与预燃室11的喷孔数量相对应，使得活塞20压缩阶段，更多的混合气经突出部23被挤压进入预燃室11内，提高预燃室11内的温度和压力，提高点火稳定性并且增加引燃主燃烧室的射流火焰能量。

在本实用新型的一些实施例中，突出部23的侧壁面与突出部23的底面之间通过弧面过渡，相邻的两个突出部23的侧壁面之间通过弧面过渡，弧面过渡的结构具有更好的引流效果，能够引导燃烧室内的混合气加强流动，增强混合气的湍动能，提高燃烧速度。

在本实用新型的一些实施例中，突出部23沿活塞20的径向方向的截面积自突出部23的开口端至突出部23的底端逐渐增大。突出部23整体为上小下大式结构，使得混合气在活塞20压缩过程中逐渐积聚在突出部23内，由于突出部23开口较突出部23底端小，使得活塞20在压缩过程中，混合气从开口中挤出，提高混合气湍动能，并且提高混合气进入预燃室11内的压力，增强预燃室11内的点火稳定性及预燃室11内的燃烧速度。

在本实用新型的一些实施例中，凹坑21沿径向方向向外深度逐渐增大。使得预燃室11喷出的火焰被凹坑21所引导集中，加快燃烧速度，提高缸内湍动能。

在本实用新型的一些实施例中，凹坑21的底面呈弧面。弧面过渡的结构具有更好的引流效果，能够引导燃烧室内的混合气加强流动，可使混合气在燃烧室内生成滚流或湍流，增强混合气的湍动能，提高燃烧速度。

本实用新型的第二方面提出了一种发动机，包括：

机体，机体上设有气缸孔；

缸盖10，缸盖10与机体连接，缸盖10的内部设有预燃室11；

活塞20，活塞20为本实用新型第一方面提出的活塞20，活塞20以可往复运动的方式设置在气缸孔的内部。

本实用新型第二方面提出的发动机具有预燃室11以及与预燃室11相适配的活塞20，在压缩过程中，活塞20上的星型凹坑21与预燃室11的喷孔喷射角度相适配，使得更多的可燃混合气被压进预燃室11内，预燃室11内压力和温度升高，提高点火稳定性并且引燃主燃烧室的射流火焰能量增加，通过喷孔形成较为强烈的一次涡流即压缩涡流，混合气在预燃室11内被火花塞点燃形成一次混合燃烧，随着预燃室11内混合气的燃烧，预燃室11内压力和温度都快速增加，使燃烧产生的火焰通过预燃室11喷孔形成火焰射流冲入燃烧室内，直接喷射到主燃烧室混合气集中分布的位置，形成二次涡流运动，并且喷射出来的火焰射流点燃主燃烧室内的混合气，形成二次混合燃烧，可明显加快燃烧速度，从而进一步扩大稀燃极限，降低NOx排放。

在本实用新型的一些实施例中，预燃室11与活塞20的同轴设置，预燃室11上设有第一喷孔和多个第二喷孔，第一喷孔的喷射方向朝向中间部22设置，第二喷孔的喷射方向朝向突出部23设置，并且第二喷孔的喷射方向与活塞20的径向方向呈角度设置。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种活塞，所述活塞安装在发动机的气缸孔中，所述发动机设有预燃室，其特征在于，所述活塞的顶部设有凹坑，所述凹坑的径向截面呈星型结构，所述凹坑包括中间部和沿所述中间部的周向设置的多个突出部，所述突出部与所述中间部连通，所述突出部对应所述预燃室的喷孔的喷射方向设置。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述突出部沿所述活塞的径向方向的截面呈三角形。

3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述突出部沿所述中间部的周向方向等间隔设置。

4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述突出部的侧壁面与所述突出部的底面之间通过弧面过渡。

5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，相邻的两个突出部的侧壁面之间通过弧面过渡。

6.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述突出部沿所述活塞的径向方向的截面积自所述突出部的开口端至所述突出部的底端逐渐增大。

7.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述凹坑沿径向方向向外深度逐渐增大。

8.根据权利要求1至7任一项所述的活塞，其特征在于，所述凹坑的底面呈弧面。

9.一种发动机，其特征在于，包括：

机体，机体上设有气缸孔；

缸盖，所述缸盖与所述机体连接，所述缸盖的内部设有预燃室；

活塞，所述活塞为根据权利要求1至8任一项的活塞，所述活塞以可往复运动的方式设置在所述气缸孔的内部。

10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述预燃室与所述活塞同轴设置，所述预燃室上设有第一喷孔和多个第二喷孔，所述第一喷孔的喷射方向朝向所述中间部设置，所述第二喷孔的喷射方向朝向所述突出部设置，并且所述第二喷孔的喷射方向与所述活塞的径向方向呈角度设置。

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