一種柴油機(jī)氣缸活塞及應(yīng)用該燃燒室的柴油的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種柴油機(jī)氣缸活塞，其頂面具有軸向截面外輪廓呈“ω”字形的燃燒室，所述燃燒室的外側(cè)內(nèi)壁具有內(nèi)伸于容腔的弧脊，以所述弧脊的徑向突出最高點(diǎn)形成的切線劃分所述燃燒室為內(nèi)側(cè)常規(guī)區(qū)和凹槽區(qū)；所述燃燒室的喉口外沿處具有坡口，以形成與所述凹槽區(qū)連通的緩沖區(qū)，所述緩沖區(qū)的外輪廓自所述凹槽區(qū)至活塞頂面呈漸近的趨勢(shì)變化。本發(fā)明通過對(duì)燃燒室的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以調(diào)整上渦流走向，在滿足提高熱效率、降低油耗的基礎(chǔ)上，能夠有效規(guī)避缸蓋底面熱負(fù)荷較高的問題。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用該氣缸活塞的柴油機(jī)。
【專利說明】一種柴油機(jī)氣缸活塞及應(yīng)用該燃燒室的柴油機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種柴油機(jī)氣缸活塞及應(yīng)用該燃燒室的柴油機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著燃油價(jià)格的不斷上漲，在車用動(dòng)力系統(tǒng)的競爭中，人們開始越來越多地關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能降耗問題。目前，如何能夠在保證符合排放法規(guī)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)較低的油耗，成為各大發(fā)動(dòng)機(jī)廠家面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
[0003]傳統(tǒng)的柴油機(jī)燃燒室形狀大致呈“ ω ”形，請(qǐng)參見圖1所示，該圖示出了具有“ ω ”形燃燒室的活塞的軸向剖面圖，中間的非陰影部分繞燃燒室的軸向旋轉(zhuǎn)一周所形成的空腔容積即為該活塞的燃燒室凹坑，顯然，其截面為類似于字母ω的形狀。
[0004]為了使得燃油和空氣能夠更好的混合，降低缸內(nèi)的濃度不均勻程度，在傳統(tǒng)“ ω ”形燃燒室的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，請(qǐng)參見圖2所示。該“ ω ”形燃燒室的外側(cè)內(nèi)壁形成一突出弧脊10，以該弧脊外輪廓的最突出點(diǎn)形成與氣缸中心線平行的分界線，將“ ω ”形燃燒室劃分為內(nèi)側(cè)常規(guī)區(qū)A和外側(cè)凹槽區(qū)B。在實(shí)際應(yīng)用過程中，弧脊的分流作用能夠?qū)⒉糠秩加蜕蠐P(yáng)到上部空間進(jìn)行混合，使得缸內(nèi)濃度的不均勻度降低，能夠有效降低SOOT排放。然而，受其自身結(jié)構(gòu)的限制，凹槽區(qū)B的渦流過強(qiáng)，經(jīng)過弧脊分流以后，卷到上部利用上部空氣進(jìn)行混合的空間很小，限制了油氣的快速混合，只有等到活塞繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)以后才能夠較好的混合，而此時(shí)，燃燒降低油耗的最佳時(shí)期已經(jīng)過去。顯然，該燃燒室雖然改善了 SOOT排放，但卻無法使油耗同時(shí)得以有效控制。
[0005]另外，與傳統(tǒng)“ ω ”形燃燒室相比，圖2所示的燃燒室增加了利用上部空間混合的燃油比例，燃燒速燃期內(nèi)在氣缸蓋底面附近的燃燒油氣混合氣比例也就增加了，這同時(shí)也帶來了另外一個(gè)問題，就是缸蓋底面熱負(fù)荷升高。
[0006]有鑒于此，亟待針對(duì)現(xiàn)有該燃燒室進(jìn)行性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，以有效控制油耗，同時(shí)克服缸蓋底面熱負(fù)荷較高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)的柴油機(jī)氣缸活塞，以調(diào)整上渦流走向，在滿足提高熱效率、降低油耗的基礎(chǔ)上，能夠有效規(guī)避缸蓋底面熱負(fù)荷較高的問題。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用該氣缸活塞的柴油機(jī)。
[0008]本發(fā)明提供的柴油機(jī)氣缸活塞，其頂面具有軸向截面外輪廓呈“ω”字形的燃燒室，所述燃燒室的外側(cè)內(nèi)壁具有內(nèi)伸于容腔的弧脊，以所述弧脊的徑向突出最高點(diǎn)形成的切線劃分所述燃燒室為內(nèi)側(cè)常規(guī)區(qū)和凹槽區(qū)；所述燃燒室的喉口外沿處具有坡口，以形成與所述凹槽區(qū)連通的緩沖區(qū)，所述緩沖區(qū)的外輪廓自所述凹槽區(qū)至活塞頂面呈漸近的趨勢(shì)變化。
[0009]優(yōu)選地，，所述凹槽區(qū)容積為所述燃燒室總?cè)莘e的15%_20%。[0010]優(yōu)選地，在軸向截面內(nèi)，所述燃燒室的喉口直徑與所述活塞的直徑之比為
0.75-0.8，所述凹槽區(qū)的底面為直線段且與水平面之間的夾角為8° -10°，形成所述弧脊的下輪廓面為直線段且與所述活塞的頂面之間的夾角處于65° -75。之間，所述弧脊的外凸圓弧半徑為4_-5_，所述弧脊的徑向突出最高點(diǎn)至所述活塞中心線的距離與所述燃燒室的常規(guī)區(qū)最大直徑的之比為0.7-0.75，所述弧脊的徑向突出最高點(diǎn)至所述活塞的頂面距離與所述燃燒室的最低點(diǎn)至所述活塞的頂面距離之比為0.45-0.5。
[0011 ] 優(yōu)選地，形成所述緩沖區(qū)的所述坡口為斜面坡口。
[0012]優(yōu)選地，所述緩沖區(qū)的外輪廓與所述凹槽區(qū)的外輪廓圓弧過渡。
[0013]優(yōu)選地，所述凹槽區(qū)的與所述緩沖區(qū)鄰接的外輪廓面為與所述活塞中心線平行的直線段。
[0014]本發(fā)明提供的柴油機(jī)，包括與氣缸相適配的活塞，所述活塞具體為如前所述的柴油機(jī)氣缸活塞。
[0015]優(yōu)選地，所述氣缸的直徑為123mm-126mm。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在燃燒室的喉口外沿處增設(shè)有坡口，以形成與燃燒室凹槽區(qū)連通的緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)的外輪廓自凹槽區(qū)至活塞頂面呈漸近的趨勢(shì)變化。如此設(shè)置，增加了上止點(diǎn)附近的上渦流區(qū)混合空間，同時(shí)，減弱了燃油在凹槽區(qū)向上倒流的作用下直接沖到缸蓋底面的趨勢(shì)，由此使得燃油在上渦流區(qū)向扁平方向發(fā)展，有利于上止點(diǎn)附近工作區(qū)間內(nèi)油氣的充分混合，從而大大提高熱效率，降低油耗并且降低原燃燒室缸蓋底面熱負(fù)荷增加的風(fēng)險(xiǎn)。也就是說，通過在燃燒室喉口處增加一個(gè)緩沖區(qū)調(diào)整上渦流走向，在滿足提高熱效率、降低油耗的基礎(chǔ)上，能夠有效規(guī)避缸蓋底面熱負(fù)荷較高的問題。
[0017]在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，進(jìn)一步結(jié)合了優(yōu)選的參數(shù)組合，經(jīng)生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用本方案燃燒室結(jié)構(gòu)的油耗等高線所覆蓋的轉(zhuǎn)速和扭矩范圍相比現(xiàn)有技術(shù)大很多，由此，在滿足降低SOOT排放的同時(shí)，能夠獲得更加穩(wěn)定的降低油耗的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型“ ω ”形燃燒室的活塞軸向剖面圖；
[0019]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一種具有弧脊的活塞軸向剖面圖；
[0020]圖3為第一實(shí)施例所述柴油機(jī)活塞的軸向剖面圖；
[0021]圖4為圖3中所示燃燒室的局部放大示意圖；
[0022]圖5為【具體實(shí)施方式】所述燃燒室的燃油分布圖；
[0023]圖6為第二實(shí)施例所述燃燒室的局部放大示意圖；
[0024]圖7為【具體實(shí)施方式】所述燃燒室與圖2所示燃燒室的油耗對(duì)比示意。
[0025]圖中:
[0026]弧脊1、坡口 2、活塞頂面3、直線段4、直線段5、直線段6。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明的核心是針對(duì)柴油機(jī)氣缸活塞的燃燒室進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過調(diào)整上渦流的走向，在滿足提高熱效率、降低油耗的基礎(chǔ)上，能夠有效規(guī)避缸蓋底面熱負(fù)荷較高的問題。下面結(jié)合說明書附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。[0028]請(qǐng)參見圖3和圖4,其中，圖3為第一實(shí)施例所述柴油機(jī)氣缸活塞的軸向截面不意圖，圖4為圖3中所示燃燒室的局部放大示意圖。
[0029]該柴油機(jī)氣缸活塞的頂面具有軸向截面外輪廓呈“ ω ”字形的燃燒室，該燃燒室的基本形狀與現(xiàn)有技術(shù)大致相同。燃燒室的外側(cè)內(nèi)壁具有內(nèi)伸于容腔的弧脊1，以該弧脊I的徑向突出最高點(diǎn)形成的切線劃分燃燒室為內(nèi)側(cè)常規(guī)區(qū)A和凹槽區(qū)B，也就是說，自該最高點(diǎn)向上形成的切線段將“ ω ”字形的燃燒室分割形成兩個(gè)分區(qū)；同時(shí)，該燃燒室的喉口外沿處具有坡口 2，以形成與凹槽區(qū)B連通的緩沖區(qū)C，該緩沖區(qū)C的外輪廓自凹槽區(qū)B至活塞頂面3呈漸近的趨勢(shì)變化。
[0030]如此設(shè)置，增加了上止點(diǎn)附近的上渦流區(qū)混合空間，請(qǐng)一并參見圖5所示的燃燒室的燃油分布圖。經(jīng)過弧脊I分流以后，減弱了燃油在凹槽區(qū)向上倒流的作用下直接沖到缸蓋底面的趨勢(shì)，由此使得燃油在上渦流區(qū)向扁平方向發(fā)展，有利于上止點(diǎn)附近工作區(qū)間內(nèi)油氣的充分混合，從而大大提高熱效率，降低油耗并且降低原燃燒室缸蓋底面熱負(fù)荷增加的風(fēng)險(xiǎn)。也就是說，通過在燃燒室喉口處增加一個(gè)緩沖區(qū)C調(diào)整上渦流走向，在滿足提高熱效率、降低油耗的基礎(chǔ)上，能夠有效規(guī)避缸蓋底面熱負(fù)荷較高的問題。
[0031]顯然，緩沖區(qū)C位于喉口處，增加了斜面坡口以后燃燒室上部容積增加，為了保持總體容積不變，需要適當(dāng)對(duì)下渦流區(qū)的容積進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選地，凹槽區(qū)B容積為燃燒室總?cè)莘e的15%-20%，即可滿足前述功能需要。
[0032]需要說明的是，燃燒室是一個(gè)由很多個(gè)參數(shù)共同構(gòu)成的幾何形狀，每一個(gè)參數(shù)在對(duì)燃燒室特性的影響上都是不同的，對(duì)于降低油耗而言，各參數(shù)變化的影響均不相同。本實(shí)施例中，該弧脊I的外凸圓弧直徑較大，該外凸圓弧直接與緩沖區(qū)C的坡口 2及常規(guī)區(qū)A的外輪廓圓滑過渡連接。另外，本方案形成緩沖區(qū)C的坡口 2為斜面坡口。
[0033]當(dāng)然也可以是這樣的設(shè)計(jì)，請(qǐng)參見圖6所示的第二實(shí)施例所述燃燒室的局部放大示意圖，為了清楚示出兩者的區(qū)別聯(lián)系，圖中相同結(jié)構(gòu)采用相同的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)示。
[0034]本實(shí)施例的基本設(shè)計(jì)與第一實(shí)施例相同，區(qū)別僅在于，該弧脊I的外凸圓弧的一側(cè)依次通過直線段4 (凹槽區(qū)B的底面)、與活塞中心線平行的直線段5 (凹槽區(qū)B的與緩沖區(qū)C鄰接的外輪廓面)與緩沖區(qū)C的坡口 2圓滑過渡連接，另一側(cè)通過直線段6 (形成弧脊I的下輪廓面)與常規(guī)區(qū)A的外輪廓圓滑過渡連接。在滿足降低SOOT排放的同時(shí)，為了獲得更加穩(wěn)定的降低油耗的目的，可以進(jìn)一步采用下述優(yōu)選的參數(shù)組合。
[0035]在軸向截面內(nèi)，該燃燒室的喉口直徑d與活塞D的直徑之比為0.75-0.8，凹槽區(qū)B的底面為直線段4且與水平面之間的夾角α為8° -10°，形成弧脊I的下輪廓面為直線段6且與所述活塞的頂面之間的夾角Y處于65° -75。之間(斜度減小)，弧脊I的外凸圓弧半徑R為4_-5_ (半徑更大)，弧脊I的徑向突出最高點(diǎn)至活塞中心線的距離I與燃燒室的常規(guī)區(qū)A最大直徑L的之比為0.7-0.75 (弧脊更加突出)，弧脊I的徑向突出最高點(diǎn)至活塞頂面3距離h與燃燒室的最低點(diǎn)至活塞頂面2的距離H之比為0.45-0.5 (凹槽區(qū)更深)。
[0036]以上述參數(shù)組合進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，與圖2所示現(xiàn)有技術(shù)所示燃燒室的油耗進(jìn)行對(duì)比如圖7所示，圖中,橫坐標(biāo)為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速,單位r/min,縱坐標(biāo)為扭矩,單位N.m。
[0037]圖7中所示，黑色虛線為圖2所示燃燒室原方案對(duì)應(yīng)的油耗等高線，黑色實(shí)線為本方案燃燒室對(duì)應(yīng)油耗等高線，其中，加粗兩條線分別為圖2所示方案和本方案191g/kW.h油耗等聞線。由圖可以明顯看出，本方案191g/kW.h等聞線所覆蓋的轉(zhuǎn)速和扭矩范圍相比現(xiàn)有技術(shù)方案大很多，進(jìn)而表明其優(yōu)越的節(jié)省效果。
[0038]除前述柴油機(jī)氣缸活塞外，本實(shí)施方式還提供一種應(yīng)用該柴油機(jī)氣缸活塞的柴油機(jī)，優(yōu)選地，氣缸的直徑為123mm-126mm米用上述柴油機(jī)氣缸活塞的結(jié)構(gòu)技術(shù)效果更加突出。應(yīng)當(dāng)理解，該柴油機(jī)的其他功能部件可以采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，本文不再贅述。
[0039]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種柴油機(jī)氣缸活塞，其頂面具有軸向截面外輪廓呈“ ω ”字形的燃燒室，所述燃燒室的外側(cè)內(nèi)壁具有內(nèi)伸于容腔的弧脊，以所述弧脊的徑向突出最高點(diǎn)形成的切線劃分所述燃燒室為內(nèi)側(cè)常規(guī)區(qū)和凹槽區(qū)；其特征在于，所述燃燒室的喉口外沿處具有坡口，以形成與所述凹槽區(qū)連通的緩沖區(qū)，所述緩沖區(qū)的外輪廓自所述凹槽區(qū)至活塞頂面呈漸近的趨勢(shì)變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)氣缸活塞，其特征在于，所述凹槽區(qū)容積為所述燃燒室總?cè)莘e的15%-20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柴油機(jī)氣缸活塞，其特征在于，在軸向截面內(nèi)，所述燃燒室的喉口直徑與所述活塞的直徑之比為0.75-0.8，所述凹槽區(qū)的底面為直線段且與水平面之間的夾角為8° -10°，形成所述弧脊的下輪廓面為直線段且與所述活塞的頂面之間的夾角處于65° -75。之間,所述弧脊的外凸圓弧半徑為所述弧脊的徑向突出最高點(diǎn)至所述活塞中心線的距離與所述燃燒室的常規(guī)區(qū)最大直徑的之比為0.7-0.75，所述弧脊的徑向突出最高點(diǎn)至所述活塞的頂面距離與所述燃燒室的最低點(diǎn)至所述活塞的頂面距離之比為 0.45-0.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的柴油機(jī)氣缸活塞，其特征在于，形成所述緩沖區(qū)的所述坡口為斜面坡口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柴油機(jī)氣缸活塞，其特征在于，所述緩沖區(qū)的外輪廓與所述凹槽區(qū)的外輪廓圓弧過渡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柴油機(jī)氣缸活塞，其特征在于，所述凹槽區(qū)的與所述緩沖區(qū)鄰接的外輪廓面為與所述活塞中心線平行的直線段。
7.柴油機(jī)，包括與氣缸相適配的活塞，其特征在于，所述活塞具體為如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的柴油機(jī)氣缸活塞。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述氣缸的直徑為123mm-126mm。
【文檔編號(hào)】F02F3/26GK103696870SQ201310664305
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】李志杰, 馬寶東, 王曉艷, 孫振宇 申請(qǐng)人:濰柴動(dòng)力股份有限公司