一种缸内直喷汽油机活塞的顶部结构制造技术

本发明专利技术公开了一种缸内直喷汽油机活塞的顶部结构，包括设在所述活塞顶部的马蹄形的凸起，在所述凸起内围成一大致呈盆形的凹坑，所述凹坑相对于活塞顶部中心更靠近活塞左侧，凹坑的底面为从左至右向下倾斜的平面，所述凸起的右侧具有向下倾斜的排气门避让斜面，左侧具有向下倾斜的进气门避让斜面。本发明专利技术能够提高发动机燃烧压缩比，改善发动机热效率和燃油经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种缸内直喷汽油机活塞的顶部结构
本专利技术涉及一种汽油机活塞，具体为一种缸内直喷汽油机活塞的顶部结构。
技术介绍
缸内直喷技术是近年来国内外汽油机开发的热点技术，其具有很好的工作稳定性和负荷性能，能实现分层燃烧。在提升发动机功率和扭矩的同时降低了燃油耗。缸内直喷技术的应用，必须相应设计适合的燃烧室形状，以配合实现缸内直喷发动机的催化起燃、分层燃烧、形成缸内滚流等功能。发动机的燃烧室主要由缸盖燃烧室与活塞顶部结构组成。目前，一般的直喷发动机活塞顶部都设计有导流凹坑，以实现直喷技术的催化启燃、分层燃烧及滚流的功能。但一般直喷发动机活塞顶部的凹坑都设计成圆形或椭圆形，这种结构不能有效提高燃烧温度，影响催化启燃效果，滚流比、燃烧压力峰值较低，影响油气充分混合，燃烧效率不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种缸内直喷汽油机活塞的顶部结构，提高发动机燃烧压缩比，改善发动机热效率和燃油经济性。本专利技术所述的缸内直喷汽油机活塞的顶部结构，包括设在所述活塞顶部的马蹄形的凸起，其开口部分朝向活塞左侧，在所述凸起内围成一大致呈盆形的凹坑，在所述凸起的外围设有平顶面，其由位于活塞顶部左侧的进气侧平顶面和位于活塞顶部右侧的排气侧平顶面以及分别位于活塞顶部前后两侧的前、后侧平顶面构成，所述凸起的右侧具有向下倾斜的排气门避让斜面，左侧具有向下倾斜的进气门避让斜面，在所述进气门避让斜面与进气侧平顶面交接处设有进气门坑，在所述排气门避让斜面与排气侧平顶面交接处设有排气门坑，所述凹坑相对于活塞顶部中心更靠近活塞左侧，凹坑的底面为从左至右向下倾斜的平面，所述凹坑沿活塞左右方向的中心线前后对称，所述凹坑的底面轮廓由两个圆弧段以及与两圆弧段相切的直线段构成，所述两圆弧段的圆心位于活塞左右方向的中心线上并都位于活塞顶部中心的左侧，并且其中更靠近凸起开口部分的圆弧段的半径更小，所述凹坑的坑壁为弧面，所述坑壁与所述凸起的上表面间交接形成凹坑的顶部轮廓。进一步的，所述活塞的中心轴线与垂直于所述凹坑底面的轴线间的夹角为3～8°。进一步的，所述凹坑的坑壁的曲率半径为5～8mm。进一步的，所述凹坑的底面轮廓中较小的圆弧段的直径为30～35mm，较大的圆弧段的直径为35～40mm，两圆弧段的圆心相距8～13mm。进一步的，所述凸起相对于所述进气侧平顶面、所述排气侧平顶面以及所述前、后侧平顶面高出3～5mm。进一步的，所述凸起的前后两侧的侧面为锥面，其上下两端分别通过倒圆与凸起的上表面和所述前、后侧平顶面过渡连接，所述锥面的轴心相对于活塞顶部中心偏左侧布置。进一步的，所述锥面的轴心距活塞顶部中心偏左3～10mm，锥面底端直径为60～75mm，锥面与所述前、后侧平顶面间的夹角为30～50°。进一步的，所述凸起的顶面与右侧的排气门避让斜面间通过R2～R5的倒圆过渡连接，与左侧的进气门避让斜面间通过R4～R12的倒圆过渡连接，与凹坑的坑壁间通过R0.5～R1.5的倒圆过渡连接。进一步的，所述进气门坑与进气侧平顶面间通过倒圆过渡连接，所述排气门坑与排气侧平顶面间通过倒圆过渡连接。采用本专利技术所述活塞的直喷发动机在冷机启动时，高速燃油能够通过凹坑的导流，在燃烧室固定区域形成较浓燃油混合气，提高了缸内最高燃烧温度，并使最高燃气平均温度出现相位提前，保证三元催化器快速起燃，降低冷机启动期间的有害气体排放。该活塞顶部的形状，特别是活塞顶部凸起的布置，进一步提高了发动机燃烧压缩比，大大提高循环定容度，比现有直喷活塞的燃烧放热率提高约10%，增加燃烧速度及缩短周期，同时提高燃烧压力，可以改善发动机热效率及燃油经济性。通过本活塞和高滚流气道相匹配，可以提高缸内混合气的滚流比，增加上止点时刻附近的缸内湍流强度，使得发动机热效率及燃油经济性进一步改善。在低速高负荷工况下，可以有效减轻燃油湿壁，降低碳烟及碳氢排放，提高发动机可靠性，在高速高负荷工况下，可以减轻燃油加浓保护需求，保证燃油经济性。附图说明图1是本专利技术的轴测图；图2是本专利技术的俯视图；图3是图2的A-A剖视图；图4是图2的B-B剖视图；图5是缸内燃烧温度对比图；图6是放热率曲线对比图；图7是缸内燃烧压力对比图；图8是滚流比对比图；其中，在图5至图8中，V1、V2、V3均为现有普通直喷活塞，V4为本专利技术所述活塞。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细阐述：实施例一：如图1、图2、图3、图4所示的缸内直喷汽油机活塞的顶部结构，包括设在所述活塞顶部的马蹄形的凸起2，其开口部分朝向活塞左侧（进气侧），在所述凸起内围成一大致呈盆形的凹坑1。所述凹坑相对于活塞顶部中心更靠近活塞左侧，凹坑的底面101为从左至右向下倾斜的平面，所述凹坑沿活塞左右方向的中心线前后对称。本实施例中，所述活塞的中心轴线与垂直于所述凹坑底面的轴线间的夹角C2为5.5°。所述凹坑的底面轮廓由两个圆弧段以及与两圆弧段相切的直线段构成，所述两圆弧段的圆心位于活塞左右方向的中心线上并都位于活塞顶部中心的左侧，并且其中更靠近凸起开口部分的圆弧段的半径更小。所述凹坑的底面轮廓中较小的圆弧段101-a的直径为32.5mm，较大的圆弧段101-b的直径为37.5mm，两圆弧段的圆心相距10.5mm。所述凹坑的坑壁102为弧面，所述凹坑的坑壁的曲率半径为6.5mm。所述坑壁102与所述凸起的上表面间交接形成凹坑的顶部轮廓。在所述凸起的外围设有平顶面，其由位于活塞顶部左侧的进气侧平顶面301和位于活塞顶部右侧的排气侧平顶面302以及分别位于活塞顶部前后两侧的前、后侧平顶面303、304构成。所述凸起相对于所述进气侧平顶面301、所述排气侧平顶面302以及所述前、后侧平顶面303、304高出h=4mm。所述凸起2的右侧具有向下倾斜的排气门避让斜面203，左侧具有向下倾斜的进气门避让斜面201，在所述进气门避让斜面201与进气侧平顶面301交接处设有进气门坑202，在所述排气门避让斜面203与排气侧平顶面302交接处设有排气门坑204。所述进气门坑202与进气侧平顶面301间通过进气门坑倒圆205过渡连接，所述排气门坑204与排气侧平顶面302间通过排气门坑倒圆206过渡连接。所述凸起的前后两侧的侧面为锥面207，其上下两端分别通过锥面上部倒圆208和锥面下部倒圆209与凸起的上表面和所述前、后侧平顶面303、304过渡连接，所述锥面上部倒圆为R2的倒圆。所述锥面的轴心距活塞顶部中心偏左6.5mm，锥面底端直径D1为67.5mm，锥面与所述前、后侧平顶面303、304间的夹角C1为40°。所述凸起的顶面210与右侧的排气门避让斜面203间通过R3.5的排气门避让斜面倒圆211过渡连接，与左侧的进气门避让斜面间通过R8的进气门避让斜面倒圆212过渡连接，与凹坑的坑壁间通过R1的坑壁倒圆213过渡连接。图5为上述活塞与现有活塞的缸内燃烧温度对比图，可见，本活塞的缸内最高燃烧温度提高了250℃，并使最高燃气平均温度出现相位提前。图6为上述活塞与现有活塞的放热率曲线对比图，本活塞的燃烧放热率比现有活塞提高约10%，增加燃烧速度及缩短周期。图7为上述活塞与现有活塞的缸内燃烧压力对比图，本活塞的燃烧压力提高约5Bar。图8为上述活塞与现有活塞的滚流比对比图，相对于现有活塞，本活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种缸内直喷汽油机活塞的顶部结构，包括设在所述活塞顶部的马蹄形的凸起（2），其开口部分朝向活塞左侧，在所述凸起内围成一大致呈盆形的凹坑（1），在所述凸起的外围设有平顶面，其由位于活塞顶部左侧的进气侧平顶面（301）和位于活塞顶部右侧的排气侧平顶面（302）以及分别位于活塞顶部前后两侧的前、后侧平顶面（303、304）构成，所述凸起的右侧具有向下倾斜的排气门避让斜面（203），左侧具有向下倾斜的进气门避让斜面（201），在所述进气门避让斜面与进气侧平顶面交接处设有进气门坑（202），在所述排气门避让斜面与排气侧平顶面交接处设有排气门坑（204），其特征在于：所述凹坑相对于活塞顶部中心更靠近活塞左侧，凹坑的底面（101）为从左至右向下倾斜的平面，所述凹坑沿活塞左右方向的中心线前后对称，所述凹坑的底面轮廓由两个圆弧段以及与两圆弧段相切的直线段构成，所述两圆弧段的圆心位于活塞左右方向的中心线上并都位于活塞顶部中心的左侧，并且其中更靠近凸起开口部分的圆弧段的半径更小，所述凹坑的坑壁（102）为弧面，所述坑壁与所述凸起的上表面间交接形成凹坑的顶部轮廓。

【技术特征摘要】
1.一种缸内直喷汽油机活塞的顶部结构，包括设在所述活塞顶部的马蹄形的凸起（2），其开口部分朝向活塞左侧，在所述凸起内围成一大致呈盆形的凹坑（1），在所述凸起的外围设有平顶面，其由位于活塞顶部左侧的进气侧平顶面（301）和位于活塞顶部右侧的排气侧平顶面（302）以及分别位于活塞顶部前后两侧的前、后侧平顶面（303、304）构成，所述凸起的右侧具有向下倾斜的排气门避让斜面（203），左侧具有向下倾斜的进气门避让斜面（201），在所述进气门避让斜面与进气侧平顶面交接处设有进气门坑（202），在所述排气门避让斜面与排气侧平顶面交接处设有排气门坑（204），其特征在于：所述凹坑相对于活塞顶部中心更靠近活塞左侧，凹坑的底面（101）为从左至右向下倾斜的平面，所述凹坑沿活塞左右方向的中心线前后对称，所述凹坑的底面轮廓由两个圆弧段以及与两圆弧段相切的直线段构成，所述两圆弧段的圆心位于活塞左右方向的中心线上并都位于活塞顶部中心的左侧，并且其中更靠近凸起开口部分的圆弧段的半径更小，所述凹坑的坑壁（102）为弧面，所述坑壁与所述凸起的上表面间交接形成凹坑的顶部轮廓。2.根据权利要求1所述的缸内直喷汽油机活塞的顶部结构，其特征在于：所述活塞的中心轴线与垂直于所述凹坑底面的轴线间的夹角为3～8°。3.根据权利要求1所述的缸内直喷汽油机活塞的顶部结构，其特征在于：所述凹坑的坑壁（102）的曲率半径为5～8mm。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：林翰，胡铁刚，徐勇，尹强，李久林，
申请(专利权)人：重庆长安汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85