活塞及具有其的发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机技术领域，具体而言，涉及一种活塞及具有其的发动机。


背景技术：

2.活塞是发动机燃烧系统的重要部分，活塞燃烧室与缸盖燃烧室组合成燃烧室，活塞燃烧室的结构设计是否合理将直接影响缸内气体的流动，进而影响燃油的雾化和混合气的生成。传统的活塞燃烧室一般为球形结构，燃烧系统主要依靠高滚流的进气道提高缸内及火花塞处的滚流及湍动能水平，从而提高燃油空气混合的均匀性，加快燃烧速度，降低油耗及排放。但设计高功率发动机时，需要牺牲进气道的滚流以提高流量系数，从而达到提升进气能力保证功率达成的目的。此时势必会造成缸内滚流及湍动能水平的下降，导致燃油空气混合变差，燃烧速度变慢，燃烧稳定性变差，油耗及排放恶化。
3.在公开号为cn201835910u的专利文献1中公开了一种汽油直喷发动机椭圆形活塞凹坑型燃烧室，属于汽油直喷发动机燃烧室。在直径为84mm的活塞顶部，靠近喷油器一侧有凹坑，凹坑与活塞边缘的距离为4.8mm，凹坑宽度为40.8mm，凹坑与活塞边缘的距离为51.5mm，凹坑的最大深度为6.92mm，凹坑底面与活塞轴线的夹角为87.05
°
。凹坑型燃烧室与燃油喷雾形状和喷油时刻配合，在混合气的空燃比高于理论空燃比的情况下，能够保证火花塞间隙在点火时刻具有适合着火的混合气分布，实现直喷发动机利用分层燃烧降低发动机hc排放的目的。该发明活塞凹坑侧置设计，可实现分层燃烧，但滚流及湍动能水平低于高功率发动机活塞燃烧室。
4.在公开号为cn201250714的专利文献中公开了一种发动机活塞顶部燃烧室，在燃烧室上设置有凹坑、凸起、平顶、排气门坑和进气门坑。平顶呈圆环状设置在燃烧室的外围周边，凹坑呈盆形设置在燃烧室的中下部，凸起呈环状设置在燃烧室的中上部，具体设置在平顶和凹坑之间，排气门坑对称设置在燃烧室上部的平顶和凸起上，进气门坑对称设置在燃烧室下部的平顶和凹坑上，排气门坑与凸起之间设置有过渡圆a1，凹坑与凸起之间设置有过渡圆弧a2。这样，新鲜空气和燃油的混合气体由进气门坑进入后，在分别通过燃烧室的凹坑、凸起、平顶时，受到不同区域的扰流、导向作用，加速混合气的均匀混合，能满足直喷汽油发动机燃烧要求。但该发明活塞凹坑盆型设计，滚流及湍动能水平低于高功率发动机活塞燃烧室。
5.针对上述问题，目前还没有有效的解决方案。


技术实现要素：

6.本实用新型的主要目的在于提供一种活塞及具有其的发动机，以解决现有技术中高功率直喷汽油机的活塞燃烧室油耗及排放差的问题。
7.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种应用于高功率发动机燃烧系统的活塞，包括顶面，顶面凹陷地设置，从顶面的几何中心处沿顶面的径向方向向外依次设置有球面、过渡面、平面和曲面；其中，球面靠近几何中心处设置，过渡面沿球面的
周向设置，平面位于过渡面的外侧，且平面沿过渡面的周向设置，曲面位于平面外侧，且曲面沿平面的周向设置。
8.进一步地，过渡面的最高点与球面的最低点具有高度差地设置，和/或，平面与球面的最高点之间具有高度差地设置，和/或，曲面的最高点与平面之间具有高度差地设置。
9.进一步地，曲面在活塞的轴向方向的最大高度大于平面在活塞的轴向方向的高度，和/或，平面在活塞的轴向方向的高度大于球面在活塞的轴向方向的高度。
10.进一步地，过渡面为环形，过渡面的内圆与球面的边缘连接，过渡面的外圆与平面的边缘连接，且过渡面的高度沿活塞的径向方向向外逐渐增加地设置。
11.进一步地，平面为环形平面，平面的内圆与过渡面的边缘连接，平面的外圆与曲面的边缘连接。
12.进一步地，曲面为环形，曲面的内圆与平面的外圆连接，曲面的外圆靠近顶面的外边缘设置，且曲面的高度沿活塞的径向方向向外逐渐增加地设置。
13.进一步地，曲面上开设有进气阀坑和排气阀坑。
14.进一步地，球面的球面半径为r5，其中，40mm≤r5≤50mm。
15.进一步地，平面的外圆半径为r3，平面的内圆半径为r4，其中，20mm≤r3≤25mm，和/或，10mm≤r4≤15mm。
16.根据本实用新型的另一方面，提供了一种发动机，包括活塞，活塞为上述的活塞。
17.应用本实用新型的技术方案，通过将活塞的顶面凹陷地设置，在顶面的几何中心处沿顶面的径向方向向外依次设置有球面、过渡面、平面和曲面，其中，球面靠近顶面的几何中心处设置，过渡面沿球面的周向设置，曲面位于平面的外侧，且曲面沿平面的周向设置，以使活塞的燃烧室结构接近为球形，有利于形成滚流，加快燃烧室内的气体流速，从而提高燃油空气混合的均匀性，加快燃烧速度，并提高了燃烧稳定性。本技术的活塞的燃烧室结构设计合理，将采用本技术结构的活塞应用于高功率发动机，能够解决高功率发动机进气道滚流降低造成的缸内滚流及湍动能下降的问题，既能保证高功率发动机的高动力性，又能降低高功率发动机的油耗及排放。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1示出了根据本实用新型的活塞的第一实施例的结构示意图；
20.图2示出了根据本实用新型的活塞的第二实施例的结构示意图；
21.图3示出了图2中a-a处实施例的剖视结构示意图。
22.其中，上述附图包括以下附图标记：
23.10、顶面；
24.20、曲面；
25.30、球面；
26.40、平面；
27.50、过渡面；
28.61、进气阀坑；62、排气阀坑。
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
30.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
31.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.现在，将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
33.结合图1至图3所示，根据本技术的具体实施例，提供了一种应用于高功率发动机燃烧系统的活塞。
34.具体地，如图1所示，该活塞包括顶面10，顶面10凹陷地设置，从顶面10的几何中心处沿顶面的径向方向向外依次设置有球面30、过渡面50、平面40和曲面20。其中，球面30靠近几何中心处设置，过渡面50沿球面30的周向设置，平面40位于过渡面50的外侧，且平面40沿过渡面50的周向设置，曲面20位于平面40外侧，且曲面20沿平面40的周向设置。
35.应用本实施例的技术方案，通过将活塞的顶面凹陷地设置，在顶面10的几何中心处沿顶面的径向方向向外依次设置有球面30、过渡面50、平面40和曲面20，其中，球面30靠近顶面的几何中心处设置，过渡面50沿球面30的周向设置，曲面20位于平面40的外侧，且曲面20沿平面40的周向设置，以使活塞的燃烧室结构接近为球形，有利于形成滚流，加快燃烧室内的气体流速，从而提高燃油空气混合的均匀性，加快燃烧速度，并提高了燃烧稳定性。本技术的活塞的燃烧室结构设计合理，将采用本技术结构的活塞应用于高功率发动机，能够解决高功率发动机进气道滚流降低造成的缸内滚流及湍动能下降的问题，既能保证高功率发动机的高动力性，又能降低高功率发动机的油耗及排放。
36.过渡面50的最高点与球面30的最低点具有高度差地设置，平面40与球面30的最高点之间具有高度差地设置，曲面20的最高点与平面40之间具有高度差地设置。这样设置使得平面40、球面30与曲面20之间具有坡度，可以形成挤流面，从而有利于形成滚流，并保证
了燃烧室的结构近似为球形结构，能够提高火花塞处的滚流及湍动能水平，促进燃烧室内燃油空气混合，提高燃烧速度。
37.进一步地，曲面20在活塞的轴向方向的最大高度大于平面40在活塞的轴向方向的高度，且平面40在活塞的轴向方向的高度大于球面30在活塞的轴向方向的高度。这样设置能够促进燃烧室内气体的流动，进一步提高了火花塞处的滚流及湍动能水平，进而促进燃油的雾化和混合气的生成。
38.过渡面50为环形，过渡面50的内圆与球面30的边缘连接，过渡面50的外圆与平面40的边缘连接，且过渡面50的高度沿活塞的径向方向向外逐渐增加地设置。在本实施例中，过渡面50逐渐远离活塞的顶面10的几何中心设置。
39.如图3所示为图2中a-a处实施例的剖视结构示意图，在本实施例中，过渡面50在图2中a-a处截面的形状为圆弧，该圆弧的半径为r6，其中，5mm≤r6≤15mm。
40.平面40为环形平面，平面40的内圆与过渡面50的边缘连接，平面40的外圆与曲面20的边缘连接。在本实施例中，平面40沿活塞的径向方向并逐渐远离活塞的顶面10的几何中心延伸设置。
41.曲面20为环形，曲面20的内圆与平面40的外圆连接，曲面20的外圆靠近顶面10的外边缘设置，且曲面20的高度沿活塞的径向方向向外逐渐增加地设置。如图3所示，曲面20在图2中a-a处截面的形状为圆弧，该圆弧的半径为r2，其中，40mm≤r2≤50mm。
42.如图1、图2所示，曲面20上开设有进气阀坑61和排气阀坑62。通过进气阀坑61和排气阀坑能够躲避进气门和排气门，防止活塞运动到顶部和打开的气门相互干涉而碰撞。
43.如图3所示，球面30的球面半径为r5，其中，40mm≤r5≤50mm。
44.如图3所示，平面40的外圆半径为r3，平面40的内圆半径为r4，其中，20mm≤r3≤25mm，10mm≤r4≤15mm。
45.在本技术的另一个实施例中，活塞的顶面10的半径为r1，其中，40mm≤r1≤45mm。曲面20的最低点与活塞的顶面10的最高点之间的距离为h1，平面40与活塞的顶面10的最高点之间的距离也为h1，其中，2mm≤h1≤3mm。球面30的最低点与活塞的顶面10的最高点之间的距离为h2，其中，4mm≤h2≤6mm。这样设置能够进一步促进燃烧室内气体的流动，提高了火花塞处的滚流及湍动能水平。
46.根据本技术的另一个具体实施例，还提供了一种发动机，包括活塞，活塞为上述实施例中的活塞。在本实施例中，发动机的升功率能达到120kw/l以上。
47.应用本技术的技术方案，活塞的顶部结构设计合理，燃烧室的结构近似为球形，可提高发动机缸内及火花塞处的滚流及湍动能水平，从而能够改善燃油空气混合的均匀性，提高了燃烧速度，在保证发动机的高功率的同时，还降低了发动机的油耗及排放。本技术解决了高功率发动机为追求高流量系数进气量，设计进气道时侧重高流量系数，导致滚流水平较低，缸内滚流及湍动能较低，燃烧速度较慢，油耗、排放较差的问题。
48.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下
方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
49.除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
50.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述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
51.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。