活塞和甲醇发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机技术领域，特别涉及一种活塞和甲醇发动机。


背景技术：

2.现阶段例如天然气、甲醇重型发动机等的气体发动机均是在柴油发动机的基础上开发的。柴油机是属于压燃式扩散燃烧方式，对发动机的进气组织、缸内的流动均是围绕着涡流的进气方式开展，缸内流动也是为了促进柴油和空气的混合，从而实现高效率燃烧以及低污染物排放；而天然气和甲醇由于燃料的特性，自燃温度比较高，采用火花塞点燃式的燃烧方式，对进气方式和缸内的滚流比和湍动能要求高，而若气体发动机中继续存在涡流这种大尺寸流动，在压缩末期，火花塞附近流速偏低，纵向流速也偏低，涡流无法破碎成小尺度湍流，极易导致湍动能较低，影响气体与空气的混合效果，从而降低发动机的热效率。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种活塞，旨在提升缸内的湍动能，从而提升发动机的热效率。
4.为实现上述目的，本实用新型提出的所述活塞的顶面凹设有燃烧室，所述燃烧室包括底壁和侧壁，所述侧壁朝向所述活塞的中轴线倾斜设置，并与所述底壁相连接，沿所述活塞的中轴线的第一截面和所述底壁相交的第一轮廓线呈朝远离所述活塞的顶面凸出的弧线，沿所述活塞的中轴线的第二截面和所述底壁相交的第二轮廓线为直线，所述第一截面和所述第二截面正交。
5.可选地，所述侧壁包括两第一导流壁面和两第二导流壁面，两所述第一导流壁面和两所述第二导流壁面沿周向依次交替且平滑相接，所述第一导流壁面与所述底壁平滑相接，所述第二导流壁面与所述底壁圆弧过渡。
6.可选地，所述第一导流壁面与所述活塞的顶面之间的夹角小于所述第一导流壁面与所述活塞的顶面之间的夹角。
7.可选地，所述第一导流壁面和所述第二导流壁面均与所述活塞的顶面圆弧过渡。
8.可选地，两所述第一导流壁面分别与进气口和排气口相对设置。
9.可选地，所述进气口和所述排气口均设置有两个。
10.可选地，两所述第一导流壁面关于所述第二截面对称设置，两所述第二导流壁面关于所述第一截面对称设置。
11.可选地，所述第一轮廓线与所述活塞的顶面之间的最大距离等于所述第二轮廓线与所述活塞的顶面之间的距离。
12.可选地，所述侧壁远离所述底壁一侧的边缘轮廓为椭圆形。
13.本实用新型还提出一种甲醇发动机，该甲醇发动机包括如上所述的活塞。
14.本实用新型技术方案通过设计船型式的燃烧室结构，相比较传统的圆形燃烧室，能够使燃烧室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，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，从而提升发动机的热效率，以及使用可靠性和经济性。
附图说明
15.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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出的结构获得其他的附图。
16.图1为本实用新型活塞一实施例的结构示意图；
17.图2为图1中活塞于第一截面剖切后的结构示意图；
18.图3为图1中活塞于第二截面剖切后的结构示意图。
19.附图标号说明：
[0020][0021][0022]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0023]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。
[0024]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0025]
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0026]
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指
示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b为例”，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0027]
本实用新型提出一种活塞10，应用于气体发动机，如天然气发动机、甲醇发动机。
[0028]
参照图1至3，在本实用新型实施例中，该活塞10的顶面13凹设有燃烧室20，燃烧室20包括底壁21和侧壁22，侧壁22朝向活塞10的中轴线倾斜设置，并与底壁21相连接，沿活塞10的中轴线的第一截面11和底壁21相交的第一轮廓线23呈朝远离活塞10的顶面13凸出的弧线，沿活塞10的中轴线的第二截面12和底壁21相交的第二轮廓线24为直线，第一截面11和第二截面12相正交，其中活塞10的顶面13面向发动机的缸盖设置，气流流动于缸盖和活塞10的顶面13之间的空间，如此可以通过设计船型式的燃烧室20，相比较传统的圆形燃烧室20，能够使燃烧室20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，从而提升发动机的热效率，以及使用可靠性和经济性。
[0029]
由于侧壁22与底壁21连接，且朝向活塞10的中轴线倾斜设置，进入燃烧室20的气体在侧壁22的引导作用下产生滚流运动，而滚流在压缩过程中动量衰减较少，从而动量可保存到压缩行程的末期，当活塞10接近于上止点时，大尺度的强滚流将溃裂成许多小尺度的滚流，使压缩末期湍流强度和湍动能增加，大大提高火焰传播速度，减少爆震倾向，从而提升发动机的热效率，提高经济性和使用可靠性。
[0030]
底壁21在第一截面11的第一轮廓线23呈朝远离活塞10的顶面13凸出的弧线，在第二截面12的第二轮廓线24为直线，可以理解的，通过底壁21的弧型结构进一步顺应进气滚流，促使气体燃料与空气进一步混合，而由于第二截面12与第一截面11相正交，即相互垂直设置，且底壁21在第二截面12的第二轮廓线24为直线，有效增大燃烧室20在第二截面12上的面积，进而增大燃烧室20内的滚流范围，提升滚流比，且更加有利于促进空气与气体燃料的混合，如此，一方面，有效促进火花塞点火，减少失火的风险；另一方面，提高到压缩行程后燃烧室20内的气流运动强度和湍动能，大大提高火焰传播速度，减少爆震倾向，提升发动机的热效率，提高经济性和使用可靠性。
[0031]
本实用新型技术方案通过设计船型式的燃烧室20，相比较传统的圆形燃烧室20，能够使燃烧室20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，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，从而提升发动机的热效率，以及使用可靠性和经济性。
[0032]
可选地，在一实施例中，侧壁22包括两第一导流壁面221和两第二导流壁面222，两第一导流壁面221和两第二导流壁面222沿周向依次交替且平滑相接的，第一导流壁面221与底壁21平滑相接，第二导流壁面222与底壁21圆弧过渡，即，沿活塞10的周向，第一导流壁面221和第二导流壁面222交替设置，相邻设置的第一导流壁面221和第二导流壁面222平滑
相接，同时，侧壁22与底壁21之间的连接处平滑过渡，如此可以有效降低燃烧室20结构上的突变，使气体通过侧壁22导向并流至燃烧室20的底壁21过程中能够顺利形成滚流，进而加快气流在燃烧室20内的火焰传播速度，提升发动机的热效率。其中，第二导流壁面222与底壁21之间圆弧过渡形成的圆弧形的半径可根据第二导流壁面222的倾斜度进行设置。
[0033]
可选地，在一实施例中，第一导流壁面221与活塞10的顶面13之间的夹角小于第一导流壁面221与活塞10的顶面13之间的夹角，即第一导流壁面221较为平缓，有利于引导流入燃烧室20的气流流向底壁21，第二导流壁面222较为陡峭，有利于流入燃烧室20的气流沿第二导流壁面222翻滚，且增大燃烧室20内的滚流范围，从而提升滚流比，配合底壁21在第一截面11的第一轮廓线23呈朝远离活塞10的顶面13凸出的弧线，在第二截面12的第二轮廓线24为直线的设计，极大程度上促使气流较好地形成滚流，且使气体燃料和空气较好地混合，如此能够满足缸内的流动要求，具有较高的滚流比和湍动能要求，进而加快气流在燃烧室20内的火焰传播速度，提升发动机的热效率。
[0034]
具体地，第一导流壁面221与活塞10的顶面13之间的夹角为a1，a1可大于或等于33
°
，小于或等于34
°
，其中，a1的具体取值可为33.1
°
、33.2
°
、33.3
°
、33.4
°
、33.5
°
、33.6
°
、33.7
°
、33.8
°
、33.9
°
、34
°
。第一导流壁面221与活塞10的顶面13之间的夹角为a2，a2可大于或等于49.5
°
，小于或等于50.5
°
，其中，a2的具体取值可为49.5
°
、49.6
°
、49.7
°
、49.8
°
、49.9
°
、50
°
、50.1
°
、50.2
°
、50.3
°
、50.4
°
、50.5
°
。
[0035]
可选地，在一实施例中，第一导流壁面221和第二导流壁面222均与活塞10的顶面13圆弧过渡，如此将燃烧室20的侧壁22与活塞10顶面13的连接处构造形成圆弧形的结构，有利于进一步增加气流进入燃烧室20时形成滚流的可能；同时，能够可靠避免因连接处过于尖锐导致活塞10局部温度异常。其中，该圆弧形的半径为r，r可根据实际需要进行设置。
[0036]
可选地，在一实施例中，两第一导流壁面221分别与进气口和排气口相对设置，可以理解的，气流由进气口流入，并在一第一导流壁面221的导向作用下朝向底壁21流动，同时，由于两第一导流壁面221均朝向活塞10的中轴线倾斜设置，分别位于活塞10的中轴线的相对两侧，而与底壁21圆滑连接，使得流向底壁21的气流能够沿第一导流壁面221、底壁21、第一导流壁面221翻滚，以形成滚流。
[0037]
可选地，在一实施例中，进气口和排气口均设置有两个。
[0038]
参照图1至3，在一实施例中，两第一导流壁面221关于第二截面12对称设置，两第二导流壁面222关于第一截面11对称设置，可以理解的，两进气口和两排气口均关于第二截面12对称设置。两第一导流壁面221在第一截面11上的两第一导流型线关于第二截面12对称设置，且分别连接于第一轮廓线23的两端，其中，第一导流型线与第一轮廓线23平滑过渡，整体呈弧形结构，且线条较缓，便于与进气口相配合而使气流流向底壁21或者流出底壁21；两第二导流壁面222在第二截面12上的两第二导流型线关于第一截面11对称设置，且分别连接于第二轮廓线24的两端，其中，第二导流型线与第二轮廓线24圆弧过渡，整体呈盆型结构，便于扩大燃烧室20的滚流范围，有利于气体燃料与空气的高效混合，增强湍流强度和湍动能，提高火焰传播速度，提升发动机的热效率。此外，两第一导流壁面221的对称设置以及两第二导流壁面222的对称设置还能够进一步保证气流在燃烧室20内流动的相对均衡性。
[0039]
可选地，在一实施例中，第一轮廓线23与活塞10的顶面13之间的最大距离等于第
二轮廓线24与活塞10的顶面13之间的距离，如此可以有效避免底壁21结构出现突变而扰乱气流的流动路径，便于滚流的形成。
[0040]
可选地，在一实施例中，侧壁22远离底壁21一侧的边缘轮廓为椭圆形，其中，两第一导流壁面221之间的最大距离大于两第二导流壁面222之间的最大距离，此时第一导流壁面221整体平缓倾斜设置，具有较长的导流长度，有利于顺应气流并使气流产生滚流。
[0041]
本实用新型还提出一种甲醇发动机，该甲醇发动机包括活塞10，该活塞10的具体结构参照上述实施例，由于本甲醇发动机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0042]
以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种活塞，其特征在于，所述活塞的顶面凹设有燃烧室，所述燃烧室包括底壁和侧壁，所述侧壁朝向所述活塞的中轴线倾斜设置，并与所述底壁相连接，沿所述活塞的中轴线的第一截面和所述底壁相交的第一轮廓线呈朝远离所述活塞的顶面凸出的弧线，沿所述活塞的中轴线的第二截面和所述底壁相交的第二轮廓线为直线，所述第一截面和所述第二截面正交。2.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述侧壁包括两第一导流壁面和两第二导流壁面，两所述第一导流壁面和两所述第二导流壁面沿周向依次交替且平滑相接，所述第一导流壁面与所述底壁平滑相接，所述第二导流壁面与所述底壁圆弧过渡。3.如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述第一导流壁面与所述活塞的顶面之间的夹角小于所述第一导流壁面与所述活塞的顶面之间的夹角。4.如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述第一导流壁面和所述第二导流壁面均与所述活塞的顶面圆弧过渡。5.如权利要求2所述的活塞，其特征在于，两所述第一导流壁面分别与进气口和排气口相对设置。6.如权利要求5所述的活塞，其特征在于，所述进气口和所述排气口均设置有两个。7.如权利要求2至6中任一项所述的活塞，其特征在于，两所述第一导流壁面关于所述第二截面对称设置，两所述第二导流壁面关于所述第一截面对称设置。8.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述第一轮廓线与所述活塞的顶面之间的最大距离等于所述第二轮廓线与所述活塞的顶面之间的距离。9.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述侧壁远离所述底壁一侧的边缘轮廓为椭圆形。10.一种甲醇发动机，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的活塞。

技术总结
本实用新型公开一种活塞和甲醇发动机，其中，所述活塞的顶面凹设有燃烧室，所述燃烧室包括底壁和侧壁，所述侧壁朝向所述活塞的中轴线倾斜设置，并与所述底壁相连接，沿所述活塞的中轴线的第一截面和所述底壁相交的第一轮廓线呈朝远离所述活塞的顶面凸出的弧线，沿所述活塞的中轴线的第二截面和所述底壁相交的第二轮廓线为直线，所述第一截面和所述第二截面相正交。本实用新型技术方案能够提升缸内的湍动能，从而提升发动机的热效率。从而提升发动机的热效率。从而提升发动机的热效率。


技术研发人员：卢瑞军 张志东 贾炜童 苏茂辉
受保护的技术使用者：浙江吉利控股集团有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/6