CN210264942U - 活塞燃烧室及发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种活塞燃烧室及发动机，涉及活塞燃烧室的技术领域，包括活塞本体和设置于活塞本体上的凹坑，由于凹坑的顶部设置为缩口状，在活塞本体内形成了上小下大的异型燃烧腔体，燃气火焰在异型燃烧腔体经凹坑顶部的缩口形状让外部扩散，缩口结构能够提高火焰的湍流动能，上小下大的异型燃烧腔体结构能够增大火焰的传播速度，缓解了现有技术的活塞燃烧室结构不合理，不利于提高排放性能的技术问题，改善了燃气的燃烧效果，利于提高排放性能。

Description

活塞燃烧室及发动机

技术领域

本实用新型涉及活塞燃烧室技术领域，尤其是涉及一种活塞燃烧室及发动机。

背景技术

随着对环保要求的愈加严格，为了满足国家对发动机排放性能的要求，优化发动机的排放性能逐渐成为业内研究的热点。燃料发动机主要包括燃油和燃气两大类，其中，由于燃气较为清洁，燃气发动机作为一种既经济又环保的动力设备，已经被广泛的应用于汽车、发电等行业中。

发动机的活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，包括活塞燃烧室，燃气发动机的排放和燃油经济性和活塞燃烧室的形状有直接的关系，目前大多数燃气发动机的活塞燃烧室都是采用的浅盘式(敞口式)或圆柱式燃烧室。

但是浅盘式或圆柱式活塞燃烧室结构不尽合理，不利于火焰的快速传播，容易引发燃气燃烧不充分，燃气消耗率高，HC、NO排放较高。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种活塞燃烧室及发动机，以缓解了现有技术的活塞燃烧室结构不合理，不利于提高排放性能的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案在于：

本实用新型提供的活塞燃烧室，包括活塞本体和设置于所述活塞本体上的凹坑；

所述凹坑的顶部设置为缩口状，以形成上小下大的异型燃烧腔体。

进一步的，所述异型燃烧腔体由曲线段绕所述活塞本体的中心轴线转动360°形成；

所述曲线段包括依次连接的第一直线段、第二直线段、第三直线段、第一圆弧、第四直线段和第二圆弧。

进一步的，所述第一直线段平行于所述活塞本体的中心轴线，所述第一直线段通过第一圆角与所述活塞本体的顶面连接。

进一步的，所述第一直线段的长度设置为4-10mm。

进一步的，所述第二直线段与所述活塞本体顶面的夹角设置为30°，所述第二直线段通过第二圆角与所述第一直线段连接。

进一步的，所述第三直线段与所述活塞本体中心轴线的夹角设置为0-15°，所述第三直线段通过第三圆角与所述第二直线段连接。

进一步的，所述第一圆角、所述第二圆角和所述第三圆角的半径均设置为2-3mm。

进一步的，所述第一圆弧的半径设置为10-20mm。

进一步的，所述第二圆弧绕所述活塞本体的中心轴心旋转形成的锥面的锥角设置为100-180°，所述锥面的顶部和所述活塞本体顶面之间的距离设置为20-30mm。

本实用新型提供的一种发动机，包括活塞燃烧室。

结合以上技术方案，本实用新型达到的有益效果在于：

本实用新型提供的活塞燃烧室，包括活塞本体和设置于活塞本体上的凹坑，由于凹坑的顶部设置为缩口状，在活塞本体内形成了上小下大的异型燃烧腔体，燃气火焰在异型燃烧腔体经凹坑顶部的缩口形状让外部扩散，缩口结构能够提高火焰的湍流动能，上小下大的异型燃烧腔体结构能够增大火焰的传播速度，缓解了现有技术的活塞燃烧室结构不合理，不利于提高排放性能的技术问题，改善了燃气的燃烧效果，利于提高排放性能。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为现有技术中的活塞燃烧室的剖视图；

图2为本实用新型实施例提供的活塞燃烧室的剖视图。

图标：100-活塞本体；110-中心轴线；120-散热油道；200-凹坑；300-第一直线段；310-第一圆角；400-第二直线段；410-第二圆角；500-第三直线段；510-第三圆角；600-第一圆弧；700-第四直线段；800-第二圆弧；810-锥角。

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、完整的描述，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，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，如出现术语“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，或一体的连接；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。

本实施例提供了一种活塞燃烧室，包括活塞本体100和设置于活塞本体100上的凹坑200；凹坑200的顶部设置为缩口状，以形成上小下大的异型燃烧腔体。

具体的，如图1所示，现有技术中的活塞燃烧室多设置为浅盘式结构；本实施例提供的一种活塞燃烧室，优先的适用于大缸径和高压缩比的燃气发动机，尤其是一种大型燃气发动机，活塞本体100设置为铝合金或者碳钢材质，活塞本体100的底部连接有活塞杆，沿活塞本体100的轴向且位于活塞本体100的外表面上依次设置有多道用于放置活塞环的凹槽。活塞本体100上的凹坑200设置为一体成型，如图2所示，自凹坑200的底部向顶部逐渐向内收缩，以形成上小下大的异形燃烧腔体，缩口结构可增加火焰传播的湍流效果，同等体积的火焰从下大上小的异形燃烧腔体向外部扩散时能够增加火焰的传播速度，火焰传播速度快，动能大，燃气燃烧充分，节省燃料，利于降低排放。

本实施例提供的活塞燃烧室，由于凹坑200的顶部设置为缩口状，在活塞本体100内形成了上小下大的异型燃烧腔体，燃气火焰在异型燃烧腔体经凹坑200顶部的缩口形状让外部扩散，缩口结构能够提高火焰的湍流动能，上小下大的异型燃烧腔体结构能够增大火焰的传播速度，缓解了现有技术的活塞燃烧室结构不合理，不利于提高排放性能的技术问题，改善了燃气的燃烧效果，利于提高排放性能。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例提供的活塞燃烧室中的异型燃烧腔体由曲线段绕活塞本体100的中心轴线110转动360°形成；曲线段包括依次连接的第一直线段300、第二直线段400、第三直线段500、第一圆弧600、第四直线段700和第二圆弧800。

具体的，第一直线段300、第二直线段400、第三直线段500、第一圆弧600、第四直线段700和第二圆弧800依次连接形成曲线段，曲线段所在外部轮廓围绕活塞本体100的竖直中心轴线110旋转360°形成活塞本体100的异形燃烧腔体，异形燃烧腔体的顶部的圆形开口的直径设置为0.5～0.6倍的活塞本体100外圆的直径。

进一步的，第一直线段300平行于活塞本体100的中心轴线110，第一直线段300通过第一圆角310与活塞本体100的顶面连接。

具体的，第一直线段300竖直设置，也即第一直线段300平行于活塞本体100的竖直中心轴线110，第一圆角310的一端与第一直线段300连接，另一端向背离活塞本体100中心轴线110的方向弯折，直至与活塞本体100的顶面连接，第一圆角310的两端分别与活塞本体100的顶面和第一直线段300相切，第一圆角310使得活塞本体100的顶面和第一直线段300之间平滑过渡。

进一步的，第一直线段300的长度设置为4-10mm。

具体的，第一直线段300绕活塞本体100的中心轴线110旋转360°得到圆柱腔体，圆柱腔体的高度设置为4-10mm，在本实施例中，圆柱腔体的高度设置为5mm，圆柱腔体的高度主要影响火焰传播的速度。

作为本实施例的可选实施方式，第一直线段300的长度设置为6mm。

作为本实施例的可选实施方式，第一直线段300的长度设置为7mm。

作为本实施例的可选实施方式，第一直线段300的长度设置为8mm。

第一直线段300的长度并不限于上述的规格，第一直线段300的长度能够设置为4-10mm之间的任意数值。

进一步的，第二直线段400与活塞本体100顶面的夹角设置为30°，第二直线段400通过第二圆角410与第一直线段300连接。

具体的，第二圆角410的一端与第一直线段300连接，另一端向背离活塞本体100中心轴线110的方向弯折，直至与第二直线段400连接，第二圆角410的两端分别与第二直线段400和第一直线段300相切，第二圆角410使得第二直线段400和第一直线段300之间平滑过渡；通过仿真分析，本实施例提供的活塞燃烧室中的第二直线段400与活塞本体100顶面的夹角设置为30°时可获得最佳的压缩比，此外，起吊工装能够伸入到异形燃烧腔体内且卡接在上述夹角形成的缩口结构的下部，以便于将活塞本体100和连杆组件装配到发动机的气缸内。

进一步的，第三直线段500与活塞本体100中心轴线110的夹角设置为0-15°，第三直线段500通过第三圆角510与第二直线段400连接。

具体的，第二直线段400的一端与第二圆弧800连接，另一端向背离活塞本体100中心中线的方向延伸，直至与第三圆角510连接，第三圆角510远离第二直线段400的一端向靠近活塞本体100的方向弯折，直至与第三直线段500连接，第三圆角510的两端分别与第二直线段400和第三直线段500相切，第三圆角510使得第二直线段400和第三直线段500之间平滑过渡，第三直线段500远离第三圆角510的一端向靠近活塞本体100的方向延伸，直至与第一圆弧600连接，且第三直线段500与第一圆弧600相切。

第三直线段500与活塞本体100中心轴线110的夹角设置为0-15°，作为本实施的可选实施方式，较佳的，第三直线段500与活塞本体100中心轴线110的夹角设置为10°，第三直线段500绕活塞本体100的中心轴线110旋转360°形成锥形腔体，锥形腔体的锥角810设置为20°；活塞本体100内设置有散热油道120，散热油道120和异形燃烧腔体之间的壁厚对活塞本体100的整体刚度以及冷却效果有重要影响，壁厚较小时活塞本体100的整体刚度不足，壁厚较大时冷却油道对活塞本体100的冷却效果不佳；当第三直线段500与活塞本体100中心轴线110的夹角增大时，为了保证散热油道120和异形燃烧腔体之间适宜的壁厚，锥形腔体会迫使油道下移，会降低散热油道120对异形燃烧腔体整体的冷却效果。

进一步的，第一圆角310、第二圆角410和第三圆角510的半径均设置为2-3mm。

具体的，为了便于对本实施例提供的活塞燃烧室进行加工，降低生产成本以及提高活塞燃烧室的成型效果，第一圆角310、第二圆角410和第三圆角510的半径设置为相同，且均为2-3mm，作为本实施的可选实施方式，较佳的，第一圆角310、第二圆角410和第三圆角510的半径均设置为2.5mm。

作为本实施的可选实施方式，第一圆角310、第二圆角410和第三圆角510的半径均设置为不同，例如，第一圆角310的半径设置为2mm，第二圆角410的半径设置为2.5mm，第三圆角510的半径设置为3mm。

作为本实施的可选实施方式，第一圆角310、第二圆角410和第三圆角510中的任意两个的半径设置为相同，例如，第一圆角310和第二圆角410的半径设置为相同，或者，第一圆角310和第三圆角510的半径设置为相同，或者第二圆角410和第三圆角510的半径设置为相同。

进一步的，第一圆弧600的半径设置为10-20mm。

具体的，第一圆弧600的一端与第三直线段500连接，且第一圆弧600的与第三直线段500相切，第一圆弧600远离第三直线段500的一端向靠近活塞本体100中心轴线110的方向弯折，直至与第四直线段700连接，且第一圆弧600与第四直线段700相切，作为本实施的可选实施方式，较佳的，第一圆弧600的半径设置为15mm。

作为本实施例的可选实施方式，第一圆弧600的半径设置为10mm。

作为本实施例的可选实施方式，第一圆弧600的半径设置为17mm。

作为本实施例的可选实施方式，第一圆弧600的半径设置为20mm。

第一圆弧600的半径并不限于上述的规格，第一圆弧600的半径能够设置为10-20mm之间的任意数值。

进一步的，第二圆弧800绕活塞本体100的中心轴心旋转形成的锥面的锥角810设置为100-180°，锥面的顶部和活塞本体100顶面之间的距离设置为20-30mm。

具体的，第四直线段700远离第一圆弧600的一端向靠近活塞本体100中心轴线110的方向延伸，直至与第二圆弧800连接，且第四直线段700与第二圆弧800相切，第四直线段700的长度以及第四直线段700与活塞本体100中心轴线110之间的夹角可根据尺寸链的特性确定；第二圆弧800绕活塞本体100的中心轴心旋转形成锥面，锥面的顶部向四周平滑过渡，经过试验，锥面的锥角810设置为100-180°时，利于燃气火焰在异形燃烧腔体内形成湍流，较佳的，本实施例提供的活塞燃烧室中的第二圆弧800绕活塞本体100的中心轴心旋转形成的锥面的锥角810设置为140°，此时，锥面容易加工成型，且也能提高火焰传播的湍流效果。常规的燃油发动机活塞燃烧室的深度一般设置在15mm左右，由于本实施例提供的活塞燃烧室优先的适用于大缸径、高压缩比的燃气发动机，为了保证活塞本体100的强度和受热的稳定性，锥面的顶部和活塞本体100顶面之间的距离比一般的燃油或者小型的燃气发动机的活塞燃烧室的深度要大，作为本实施的可选实施方式，较佳的，锥面的顶部和活塞本体100顶面之间的距离设置为25mm。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例提供的一种发动机，包括活塞燃烧室。

由于本实施例提供的发动机的技术效果和上述提供的活塞燃烧室的技术效果相同，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种活塞燃烧室，其特征在于，包括：活塞本体(100)和设置于所述活塞本体(100)上的凹坑(200)；

所述凹坑(200)的顶部设置为缩口状，以形成上小下大的异型燃烧腔体。

2.根据权利要求1所述的活塞燃烧室，其特征在于，所述异型燃烧腔体由曲线段绕所述活塞本体(100)的中心轴线(110)转动360°形成；

所述曲线段包括依次连接的第一直线段(300)、第二直线段(400)、第三直线段(500)、第一圆弧(600)、第四直线段(700)和第二圆弧(800)。

3.根据权利要求2所述的活塞燃烧室，其特征在于，所述第一直线段(300)平行于所述活塞本体(100)的中心轴线(110)，所述第一直线段(300)通过第一圆角(310)与所述活塞本体(100)的顶面连接。

4.根据权利要求3所述的活塞燃烧室，其特征在于，所述第一直线段(300)的长度设置为4-10mm。

5.根据权利要求3所述的活塞燃烧室，其特征在于，所述第二直线段(400)与所述活塞本体(100)顶面的夹角设置为30°，所述第二直线段(400)通过第二圆角(410)与所述第一直线段(300)连接。

6.根据权利要求5所述的活塞燃烧室，其特征在于，所述第三直线段(500)与所述活塞本体(100)中心轴线(110)的夹角设置为0-15°，所述第三直线段(500)通过第三圆角(510)与所述第二直线段(400)连接。

7.根据权利要求6所述的活塞燃烧室，其特征在于，所述第一圆角(310)、所述第二圆角(410)和所述第三圆角(510)的半径均设置为2-3mm。

8.根据权利要求2所述的活塞燃烧室，其特征在于，所述第一圆弧(600)的半径设置为10-20mm。

9.根据权利要求2所述的活塞燃烧室，其特征在于，所述第二圆弧(800)绕所述活塞本体(100)的中心轴心旋转形成的锥面的锥角(810)设置为100-180°，所述锥面的顶部和所述活塞本体(100)顶面之间的距离设置为20-30mm。

10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的活塞燃烧室。

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