CN220505193U - 甲醇发动机的活塞、甲醇发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆零部件技术领域，尤其涉及一种甲醇发动机的活塞、发动机及车辆。该活塞包括活塞本体和避阀凹槽，其中，避阀凹槽设置在活塞本体靠近甲醇发动机缸壁的一端上，避阀凹槽沿涡流方向依次包括第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽均呈圆弧型凹槽，第一凹槽的弧长小于第二凹槽的弧长，第一凹槽的半径小于第二凹槽的半径。根据本实施方式的一种甲醇发动机的活塞，在发动机运行过程中，活塞顶面的甲醇可以被避阀凹槽的弧形结构导流回到活塞本体中，减少了甲醇流向缸壁或在避阀凹槽的内表面附着的问题，减小了机油乳化及活塞顶部表面被腐蚀的风险。

Description

甲醇发动机的活塞、甲醇发动机及车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆零部件技术领域，尤其涉及一种甲醇发动机的活塞、发动机及车辆。

背景技术

甲醇作为煤炭的副产物，其化学分子式为CH₃OH，理论上的燃烧产物为CO₂与H₂O，故而采用甲醇作为发动机燃料来解决能源危机和环境污染，意义重大。

由于甲醇喷射的技术水平受限，甲醇的喷射雾化水平较差，大部分的甲醇以液滴形态进入缸内。在进气涡流以及甲醇自身重力的共同作用下，大部分甲醇进入燃烧室凹坑内部进行燃烧做功，而有一部分甲醇会停留在活塞顶面。

现有技术中，为了避免发生活塞与气门碰撞的风险，故而在活塞顶部加工有避阀坑。其中，甲醇会在涡流的作用下向缸壁方向运动，但由于壁阀坑的存在，会使得甲醇停留在避阀坑内，并产生附着。流向缸壁的甲醇会造成机油乳化，附着在避阀坑内的甲醇会造成活塞表面的腐蚀。

实用新型内容

本实用新型的目的是至少解决甲醇会附着在避阀坑内导活塞表面腐蚀的问题。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甲醇发动机的活塞，包括：

活塞本体；

避阀凹槽，所述避阀凹槽设置在所述活塞本体靠近甲醇发动机缸壁的一端上，所述避阀凹槽沿涡流方向依次包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽均为圆弧型凹槽，所述第一凹槽的弧长小于所述第二凹槽的弧长，所述第一凹槽的半径小于所述第二凹槽的半径。

根据本实用新型的甲醇发动机的活塞，在发动机运行过程中，活塞顶面的甲醇可以被避阀凹槽的弧形结构导流回到活塞本体中，减少了甲醇流向缸壁或在避阀凹槽的内表面附着的问题，减小了机油乳化及活塞顶部表面被腐蚀的风险。

另外，根据本实用新型的甲醇发动机的活塞，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，所述避阀凹槽的个数为多个。

在本实用新型的一些实施例中，所述避阀凹槽的深度为0-10mm。

在本实用新型的一些实施例中，所述活塞本体的半径大于所述第二凹槽的半径。

在本实用新型的一些实施例中，所述活塞本体的半径大于所述第二凹槽的弧长。

在本实用新型的一些实施例中，所述避阀凹槽的内表面设置有铬层。

在本实用新型的一些实施例中，所述活塞本体靠近所述避阀凹槽的一端设有燃烧室。

在本实用新型的一些实施例中，所述活塞本体靠近所述避阀凹槽的一端开设有环形槽，所述环形槽环绕所述活塞本体的外周设置。

本实用新型的第二方面提出了一种甲醇发动机，包括：

缸体组；

上述的甲醇发动机的活塞，所述活塞设置于所述缸体组的内部；

曲轴，所述曲轴设于缸体组的内部，所述曲轴与所述活塞通过连杆传动连接；

飞轮，所述飞轮与所述曲轴传动连接。

本实用新型的第三方面提出了一种车辆，包括上述的甲醇发动机。

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的第一视角的结构示意图；

图3示意性地示出了活塞半径、第一凹槽的半径和第二凹槽的半径；

图4示意性地示出了第一凹槽的弧长和第二凹槽的弧长；

图5示意性地示出了涡流方向和气体沿避阀凹槽流动的方向。

附图标记如下：

100、活塞；

10、活塞本体；11、头部；12、裙部；

20、避阀凹槽；21、第一凹槽；22、第二凹槽；

30、燃烧室；40、环形槽。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地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”以及“所述”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一、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，以下讨论的第一元件、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”、“外侧”、“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2所示，根据本实用新型的实施方式，提出了一种甲醇发动机的活塞100，该活塞100包括活塞本体10和避阀凹槽20，其中，避阀凹槽20设置在活塞本体10靠近甲醇发动机缸壁的一端上，避阀凹槽20沿涡流方向依次包括第一凹槽21和第二凹槽22，第一凹槽21和第二凹槽22均呈圆弧型凹槽，第一凹槽21的弧长小于第二凹槽22的弧长，第一凹槽21的半径小于第二凹槽22的半径。

根据本实施方式的甲醇发动机的活塞100，在甲醇发动机运行过程中，活塞100顶面的甲醇可以被避阀凹槽20的弧形结构导流回到活塞本体10中，减少了甲醇流向缸壁或在避阀凹槽20的内表面附着的问题，减小了机油乳化及活塞100顶部表面被腐蚀的风险(如图5所示，其中箭头a为涡流方向，箭头b为气体沿避阀凹槽20流动的方向)。

可以理解的是，如图3所示，活塞本体10的半径大于第二凹槽22的半径，活塞本体10的半径大于第二凹槽22的半径可以防止第二凹槽22和第一凹槽21过大，导致甲醇气体泄漏。其中，R₁为第一凹槽21的半径，R₂为第二凹槽22的半径，R为活塞本体的半径。

可以理解的是，如图4所示，活塞本体10的半径大于第二凹槽22的弧长，活塞本体10的半径大于第二凹槽22的弧长可以同样可以防止第二凹槽22和第一凹槽21过大，导致甲醇气体泄漏。其中，L₁为第一凹槽的弧长，L₂为第二凹槽的弧长。

可以理解的是，活塞本体10还包括头部11和裙部12。头部11固定连接在裙部12之上，头部11的顶端开设有避阀凹槽20。头部11可以设置多条用于安装活塞环的环形槽40，该环形槽40可以密封气缸的气体。与头部11固定连接的裙部12可以对活塞100进行导向，该活塞100在气缸内做往复运动并承受气缸对裙部12的侧压力。

在一些实施方式中，环形槽40包括油环槽和气环槽。优选的，活塞本体10的头部11的外圆周面上开设有三条环形槽40，由上至下方向依次为两条油环槽和一条气环槽。

在一些实施方式中，活塞本体10的头部11与裙部12均由钢制材料制成，头部11通过焊接的方式连接在裙部12之上。

在一些实施方式中，活塞本体10靠近避阀凹槽20的一端设有燃烧室30。该燃烧室30的底部向内凹陷以使燃烧室30的底部具有凹坑。

具体的，凹坑的形状可以为球形凹坑，从而可以提高混合气体的流动速度，从而可以提高甲醇发动机热效率。

另外，在一些实施方式中，燃烧室30可以包括侧壁和底壁，侧壁朝向活塞100的中轴线倾斜设置，并与底壁相连接，沿活塞100的中轴线的第一截面和底壁相交的第一轮廓线呈朝远离活塞100的顶面凸出的弧线，沿活塞100的中轴线的第二截面和底壁相交的第二轮廓线为直线，第一截面和第二截面相正交，其中活塞100的顶面面向甲醇发动机的缸盖设置，气流流动于缸盖和活塞100的顶面之间的空间，如此可以通过设计船型式的燃烧室30，与圆形凹槽燃烧室30相比较，能够使燃烧室30的结构更加顺应进气气流而产生滚流，进而配合进气滚流的流动方式，以对进气滚流进一步促进和强化，使缸内空气和气体燃料进一步混合，有效提升缸内的湍动能和湍流强度，提高火焰传播速度，降低发生爆震的可能，从而提升甲醇发动机的热效率，以及使用可靠性和经济性。

可以理解的是，避阀凹槽20的个数为多个。优选的，避阀凹槽20的个数为4个，在活塞本体10的上表面均匀排列设置。4个避阀凹槽20可以避免活塞本体10的顶部妨碍甲醇发动机的排气门和进气门的正常工作。

可以理解的是，避阀凹槽20的深度为0-10mm。避阀凹槽20的设置可以保证在具有一定抗爆震性能的情况下降低燃烧室30的容积。优选的，避阀凹槽20的深度为5mm。这样减少了活塞本体10头部11厚度，以降低活塞100结构质量，从而改善活塞100结构热应力的状态。

在一些实施方式中，活塞本体10的头部11的中央可以开设有中央腔体(未图示)，从而减少头部11质量，降低活塞100重心，进而降低敲缸风险。并且，中空腔体的设计可以使得头部11在中空腔体与燃烧室30之间具有均匀的壁厚，从而保证头部11导热均匀，有利于散热，避免局部过热风险。

具体的，中空腔体与燃烧室30之间的壁厚可以在3-6mm的范围内。

可以理解的是，头部11开设有环形的冷却油槽，冷却油槽环绕中空腔体设置。来自活塞100冷却喷嘴的机油进入冷却油槽，从而保证头部11具有足够的冷却效果。并且，冷却油槽的形状可以被设置成使得活塞本体10的头部11在中空腔体与冷却油槽之间具有均匀的壁厚，从而可以保证活塞本体10的头部11导热均匀，避免局部过热风险。

在其中一个优选方式中，活塞本体10的头部11在中空腔体与冷却油槽之间的壁厚可以在3至6毫米的范围内。在另一优选方式中，活塞本体10的头部11在中空腔体与冷却油槽之间的壁厚可以为5毫米左右。优选的，环形的冷却油槽在活塞本体10的轴向方向上具有大体呈长条形的截面。

具体的，冷却油槽还包括进油口和出油口。

在一些实施方式中，活塞本体10的头部11在中空腔体邻近活塞本体10的裙部12的位置设置有加强筋版，从而可以提高甲醇发动机的活塞100的整体结构强度，降低活塞100失效风险，进而可以提高甲醇发动机的可靠性。优选的，加强筋板的壁厚可以在3至6毫米的范围内。

在一些实施方式中，避阀凹槽20的内表面设置有铬层。首先，铬层具有很高的硬度，具有较好的耐热性。其次，铬层具有良好的化学稳定性，与甲醇不易反应。避阀凹槽20的内表面设置有铬层，进一步避免避阀凹槽20被甲醇腐蚀的同时保护活塞100顶部结构。

在一些实施方式中，活塞本体10的裙部12外表面涂覆有涂层，该涂层由聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒制成。其中，聚酰胺酰亚胺作为粘合剂，石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料。在现有技术中，裙部12石墨层常常会被腐蚀破坏，导致活塞100缸孔拉缸、动力下降的故障。本实施方式的裙部12涂覆的涂层通过使用聚酰胺酰亚胺作为裙部12侧壁上涂覆涂层的粘合剂，能够避免裙部12受到甲醇或甲酸的腐蚀而造成活塞100的失效。通过使用石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料，这改变涂层填料成分，大大提高活塞100的耐磨性能，提高了活塞100的使用寿命，在一定程度上节约了成本。

本实施方式还包括一种甲醇发动机，该甲醇发动机包括：缸体组、上述的甲醇发动机的活塞100，曲轴和飞轮。其中，活塞100设置于缸体组的内部，曲轴也设于缸体组的内部，曲轴与活塞100通过连杆传动连接，飞轮与曲轴传动连接。

可以理解的是，该甲醇发动机还包括甲醇燃料供给装置、汽油燃料供给装置，甲醇燃料供给装置用于向甲醇发动机供给甲醇燃料，汽油燃料供给装置用于向甲醇发动机供给汽油燃料。

在一些实施方式中，甲醇发动机还包括进气管和进气歧管，甲醇燃料供给装置靠近进气管设置，汽油燃料供给装置靠近进气歧管设置。

本实施方式还包括一种车辆，该车辆包括上述的甲醇发动机。

在一些实施方式中，该车辆还包括ECU控制器，该ECU控制器为在甲醇发动机启动阶段控制汽油燃料供给装置向甲醇发动机供给汽油燃料，当甲醇发动机冷却液温度高于设定温度值且汽油燃料供给装置运行时间大于或等于一定时间值时，控制切换汽油燃料供给装置和甲醇燃料供给装置，使得甲醇燃料供给装置向甲醇发动机供给甲醇燃料。

以上所述，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)

1.一种甲醇发动机的活塞，其特征在于，包括：

活塞本体；

避阀凹槽，所述避阀凹槽设置在所述活塞本体靠近甲醇发动机缸壁的一端上，所述避阀凹槽沿涡流方向依次包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽均为圆弧型凹槽，所述第一凹槽的弧长小于所述第二凹槽的弧长，所述第一凹槽的半径小于所述第二凹槽的半径。

2.根据权利要求1所述的甲醇发动机的活塞，其特征在于，所述避阀凹槽的个数为多个。

3.根据权利要求1所述的甲醇发动机的活塞，其特征在于，所述避阀凹槽的深度为0-10mm。

4.根据权利要求1所述的甲醇发动机的活塞，其特征在于，所述活塞本体的半径大于所述第二凹槽的半径。

5.根据权利要求1所述的甲醇发动机的活塞，其特征在于，所述活塞本体的半径大于所述第二凹槽的弧长。

6.根据权利要求1所述的甲醇发动机的活塞，其特征在于，所述避阀凹槽的内表面设置有铬层。

7.根据权利要求1所述的甲醇发动机的活塞，其特征在于，所述活塞本体靠近所述避阀凹槽的一端设有燃烧室。

8.根据权利要求7所述的甲醇发动机的活塞，其特征在于，所述活塞本体靠近所述避阀凹槽的一端开设有环形槽，所述环形槽环绕所述活塞本体的外周设置。

9.一种甲醇发动机，其特征在于，包括：

缸体组；

根据权利要求1-8任一项所述的甲醇发动机的活塞，所述活塞设置于所述缸体组的内部；

曲轴，所述曲轴设于缸体组的内部，所述曲轴与所述活塞通过连杆传动连接；

飞轮，所述飞轮与所述曲轴传动连接。

10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求9所述的甲醇发动机。