一种预混燃气发动机活塞及发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机技术领域，进一步地涉及一种预混燃气发动机活塞及发动机。


背景技术：

2.随着电子科技的发展，微处理器精准控制发动机的燃气流量、空燃比和点火时间等，使稀薄燃烧式发动机成为高科技燃气发动机的节能减排标准装备。因此，为了达到更高的空燃比、爆压等性能指标，对燃烧室结构和承载能力也是尖锐的考验，对其设计提出更为苛刻的要求。
3.现有技术发动机活塞燃烧室大都是在柴油机的基础上进行改进开发，过渡追求燃烧室结构加剧混合气流紊流现象达到均质和加快燃烧速度的目的，降低了充气效率；同时由于燃气发动机燃烧温度比柴油机高，采用更高密度功率时燃气燃烧产生的温度更高，对活塞、活塞环的热辐射更恶劣，目前大部分活塞第一环岸高度太大，无法尽早隔断燃烧室高温场对活塞体的热辐射，造成活塞头部热应力大，无法适应高指标长寿命要求。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种预混燃气发动机活塞及发动机，能够避免燃烧室内产生过渡的紊流干扰，且能够有效隔绝燃烧室高温场，大大降低活塞体的热辐射，同时缩短活塞体总高度。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供一种预混燃气发动机活塞，包括：活塞体，所述活塞体的上部设置有内凹状的燃烧室，所述燃烧室的顶部直径大于所述燃烧室的底部直径，且所述燃烧室沿活塞体中心线的截面为等腰梯形；
6.所述活塞体的外壁上设置有第一环岸，所述活塞体的直径与所述第一环岸的高度之比为1：(0.17-0.18)，其中，所述第一环岸的高度是指所述第一环岸的顶部到所述活塞体的顶壁之间的距离。
7.在一些实施方式中，所述活塞体的直径与所述燃烧室的顶部直径之比为1： (0.65-0.68)；
8.和/或，所述活塞体的直径与所述燃烧室的高度之比为1：(0.2-0.21)；
9.和/或，所述等腰梯形的两侧边所形成的夹角为30
°‑
40
°
。
10.在一些实施方式中，所述燃烧室的侧壁与所述活塞体的顶壁交接处光滑过渡。
11.在一些实施方式中，所述燃烧室的侧壁与所述活塞体的顶壁交接处设置半径为r1的倒圆角，所述活塞体的直径与r1之比为1：(0.01-0.02)。
12.在一些实施方式中，所述燃烧室的侧壁与所述燃烧室的底壁交接处光滑过渡。
13.在一些实施方式中，所述燃烧室的侧壁与所述燃烧室的底壁交接处设置半径为r2的倒圆角，所述活塞体的直径与r2之比为1：(0.07-0.1)。
14.在一些实施方式中，所述活塞体的内部还设置有活塞顶冷却油道，所述活塞顶冷
却油道设置在所述燃烧室和所述第一环岸之间。
15.在一些实施方式中，所述活塞体的直径与所述活塞顶冷却油道的高度之比为1：(0.1-0.11)，其中，所述活塞顶冷却油道的高度是指所述活塞顶冷却油道的顶部到所述活塞体的顶壁之间的距离。
16.在一些实施方式中，所述预混燃气发动机活塞为一体式结构，经耐热合金一体成型。
17.根据本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供一种发动机，包括前述的预混燃气发动机活塞。
18.与现有技术相比，本实用新型所提供的预混燃气发动机活塞及发动机具有以下有益效果：
19.1、本实用新型所提供的预混燃气发动机活塞，其在预混燃气发动机工作使用中实现高效燃烧，能适用于平均有效压力16bar、爆压140bar和稀薄燃烧 (空燃比1.68)及以上高指标要求的应用，并有效避免爆震、失火等异常现象，具有节能减排显著特点；
20.2、本实用新型所提供的预混燃气发动机活塞，在燃烧结束废气排气过程中，不会加剧废气气流的紊流，通过排气阀门可以通畅的排尽燃烧室内废气，同时，由于没有过渡的紊流干扰，火花塞预燃室内废气也能在排气动能的带动下排尽；第一环岸的布置能尽早地有效隔绝燃烧室高温场，大大降低活塞体的热辐射，同时缩短活塞体总高度。
附图说明
21.下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本实用新型的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
22.图1是本实用新型的优选实施例预混燃气发动机活塞的结构示意图；
23.图2是本实用新型的优选实施例预混燃气发动机活塞的尺寸示意图。
24.附图标号说明：
25.活塞体1，燃烧室2，第一环岸3，活塞顶冷却油道，活塞体的直径d，燃烧室的顶部直径d，燃烧室沿活塞体中心线截面的两侧边所形成夹角α，燃烧室的侧壁与活塞体的顶壁交接处倒圆角的半径r1，燃烧室的侧壁与燃烧室的底壁交接处倒圆角的半径r2，活塞顶冷却油道的高度h1，第一环岸的高度h2，燃烧室的高度h3。
具体实施方式
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
27.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
28.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和 /或”是
指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
29.在本文中，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。
30.另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在一个实施例中，参考说明书附图1、图2，本实用新型所提供的一种预混燃气发动机活塞，包括：活塞体1，活塞体1的上部设置有内凹状的燃烧室2，燃烧室2的顶部直径大于燃烧室2的底部直径，且燃烧室2沿活塞体中心线的截面为等腰梯形；活塞体1的外壁上设置有第一环岸3，第一环岸3也就是活塞的活力岸，活塞体的直径d与第一环岸的高度h2之比为1：(0.17-0.18)，其中，第一环岸的高度h2是指第一环岸3的顶部到活塞体1的顶壁之间的距离。
32.在本实施例中，实际使用时天燃气(沼气、填埋气、煤层气等)和空气通过混合器在低压进气总管内预先混合均匀，通过增压器压气机增压、中冷器冷却后，再通过进气总管分配到每个气缸；预混燃气发动机活塞在气缸进气过程中有效地利用进气总管内增压混合气的动能，在燃烧室2中产生合适的混合气紊流，使尽可能多的新鲜混合气进入燃烧室2，提高充气效率；同时，由于没有过渡的紊流干扰，混合气充满火花塞预燃室内等待点火。预混燃气发动机活塞在燃烧结束废气排气过程中，由于此特殊结构不会加剧废气气流的紊流，通过排气阀门可以通畅的排尽燃烧室2内废气，同时，由于没有过渡的紊流干扰，火花塞预燃室内废气也能在排气动能的带动下排尽。第一环岸3的特殊布置能尽早地有效隔绝燃烧室2高温场，大大降低活塞体1的热辐射，同时缩短活塞体1总高度。通过采用新型盆式燃烧室结构、第一环岸高度较小等特征的预混增压中冷燃气发动机活塞，在预混燃气发动机工作使用中实现高效燃烧，能适用于平均有效压力16bar、爆压140bar和稀薄燃烧(空燃比1.68)及以上高指标要求的应用，并有效避免爆震、失火等异常现象，具有节能减排显著特点。
33.在一个实施例中，参考说明书附图1、图2，活塞体的直径d与燃烧室的顶部直径d之比为1：(0.65-0.68)，例如，活塞体的直径d与燃烧室的顶部直径d之比为1:0.66、1:0.67等。活塞体的直径d与燃烧室的高度h3之比为1： (0.2-0.21)，例如，活塞体的直径d与燃烧室的高度h3之比为1:0.2、1:0.205、 1:0.21等。燃烧室沿活塞体中心线截面的两侧边所形成夹角α为30
°‑
40
°
，例如，燃烧室沿活塞体中心线截面的两侧边所形成夹角α为33
°
、34
°
、35
°
、 36
°
等。本实施例的预混燃气发动机活塞在压缩上止点时，既保证燃烧室2容积满足压缩压力和爆发压力等性能指标要求，又有足够受力面积承受燃烧推力驱动活塞连杆机构做功。
34.在一个实施例中，参考说明书附图1、图2，燃烧室2的侧壁与活塞体1 的顶壁交接处光滑过渡，燃烧室2的侧壁与活塞体1的顶壁交接处设置半径为r1的倒圆角，活塞体的直径d与燃烧室的侧壁与活塞体的顶壁交接处倒圆角的半径r1之比为1：(0.01-0.02)，活塞体1的顶面与燃烧室2的侧壁采用光滑过渡小圆弧，在尽可能不改变燃烧室2形状情况下，避免应力集中。燃烧室2的侧壁与燃烧室2的底壁交接处光滑过渡，燃烧室2的侧壁与燃烧室2的底壁交接处设置半径为r2的倒圆角，活塞体的直径d与燃烧室的侧壁与燃烧室的底壁交接
处倒圆角的半径r2之比为1：(0.07-0.1)，燃烧室2的底壁与燃烧室2的侧壁采用光滑过渡大圆弧，在尽可能稍改动燃烧室2形状情况下，利于加工成型，避免应力集中；通过光滑过渡的连接结构，使得火焰在燃烧室内燃烧更充分，更流畅。
35.在一个实施例中，参考说明书附图1、图2，活塞体1的内部还设置有活塞顶冷却油道4，活塞顶冷却油道4设置在燃烧室2和第一环岸3之间。活塞体的直径d与活塞顶冷却油道的高度h1之比为1：(0.1-0.11)，其中，活塞顶冷却油道的高度h1是指活塞顶冷却油道4的顶部到活塞体1的顶壁之间的距离。通过第一环岸3高度的减小不仅改善燃烧、降低有害物的排放，还能改善活塞顶端的散热状况，降低活塞顶端温度。但是第一环岸3的高度越小，第一环槽的热负荷越高，所以将活塞顶冷却油道4设置在尽可能地接近活塞体1顶高热应区的第一环槽和活塞顶，对活塞体1的头部进行有效的冷却，保持良好的工作状态。
36.在一个实施例中，参考说明书附图1、图2，预混燃气发动机活塞为一体式结构，经耐热合金一体成型。此结构的活塞为一体化结构，使整个活塞体的强度大大提升，提高使用寿命。
37.根据本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供一种发动机，包括上述中所述的预混燃气发动机活塞。本实施例的发动机在压缩上止点时，既保证燃烧室2容积满足压缩压力和爆发压力等性能指标要求，又有足够受力面积承受燃烧推力驱动活塞连杆机构做功。能够减少燃烧涡流损失，在燃烧过程更接近火焰传播规律，使火焰传播更快，燃烧更完善；使得发动机得到更合理的压缩比，有效提高发动机的动力性和经济性。
38.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
39.应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。