一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构制造技术

本发明专利技术涉及一种活塞顶面结构，具体的说是一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，属于柴油机活塞结构技术领域。其包括活塞体，活塞顶面上设有碳烟氧化环槽，碳烟氧化环槽包括泄流坡、环槽底面和挡流壁，泄流坡、环槽底面和挡流壁从内圈向外圈依次设置。本发明专利技术的活塞顶部结构中的碳烟氧化环槽一方面能够增加活塞顶部的新鲜空气量，并通过泄流坡引导燃油进入该区域，从而提高活塞顶面余隙中的燃油与氧气的接触机率，改善油气混合状态，提高该区域的碳烟氧化速率；另一方面碳烟氧化环槽的挡流壁能够阻碍燃油进一步向气缸壁面方面运动，从而避免较多碳烟进入氧化速率非常低的低温缺氧区域，让更多的碳烟在碳烟氧化环槽内完成氧化。

【技术实现步骤摘要】
一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构
本专利技术涉及一种活塞顶面结构，具体的说是一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，属于柴油机活塞结构

技术介绍
柴油机的主要污染排放物是碳烟和氮氧化合物，其中柴油机排放的碳烟被认为是导致近几年来雾霾天气加重的主要原因之一。为了解决这个问题国VI排放法规对柴油车的碳烟排放进行了非常严格的限值。由于国VI技术方案大多都引入废气再循环（EGR）技术来降低氮氧化合物，其副作用是导致缸内的碳烟排放进一步增加。另外，国VI技术方案中采用的颗粒捕集器（DPF）需要消耗燃油来进行再生，缸内碳烟排放量越大其再生越频繁，整车的油耗就会越高。因此，不论从排放还是油耗方面考虑，必须尽可能的降低柴油机缸内的碳烟排放量。柴油机缸内碳烟的排放量是由生成量和氧化量决定的，其中碳烟的氧化需要较高的温度和氧气条件，这一苛刻的条件使得活塞顶面余隙中的碳烟很难被氧化，特别是随着燃烧室外部燃油分配量的增加，这部分碳烟成为缸内碳烟排放的主要来源，因此需要着重加强活塞顶面碳烟的氧化从而降低整个缸内的碳烟排放量。专利文献CN202402157U中公开了一种带低烟度燃烧室的柴油机钢活塞，该活塞通过对顶面中心的ω形燃烧室腔形状进行优化达到降低燃烧室凹坑内部碳烟的目的，对凹坑外部活塞顶面的碳烟改善没有作用。专利文献2CN105909420A中公开了一种降低柴油机缸内碳烟的燃烧室，该燃烧室除了对顶面中心ω形燃烧室腔形状进行优化外还在边缘增加了环形导流面，一定程度上能够阻止部分混合气直接进入靠近气缸壁面的低温缺氧区域，从而起到一定降低凹坑外部碳烟的作用，但该专利无法彻底改变燃烧室凹坑外部的油气混合状态。本专利技术专利提出一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，该结构能够增加燃烧室凹坑外部区域的新鲜空气量，彻底解决该区域的燃油缺氧问题，同时阻止混合气进入靠近气缸壁面的低温缺氧区域，该结构能够大幅度减少燃烧室凹坑外部的碳烟生成量，从而降低整个缸内的碳烟排放量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，通过活塞顶面结构设计提高活塞顶面余隙内的碳烟氧化速率，从而减少该区域的碳烟，实现降低柴油机缸内碳烟的目标。按照本专利技术提供的技术方案，一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构包括活塞体，活塞体中心设有燃烧室，其特征是：活塞体的燃烧室四周为活塞顶面，活塞顶面上设有碳烟氧化环槽，碳烟氧化环槽的轴向中心线与燃烧室的轴向中心线共轴；所述碳烟氧化环槽包括泄流坡、环槽底面和挡流壁，泄流坡、环槽底面和挡流壁从内圈向外圈依次设置。进一步的，燃烧室的形状为碗形燃烧室、ω形燃烧室和浴盆形燃烧室。进一步的，泄流坡是由与活塞顶面成一定角度的直线或弧线或多段直线段的连线所形成。进一步的，环槽底面是由与顶面平行或成一定角度的直线或弧线或多段直线段的连线所形成。进一步的，挡流壁是由与活塞顶面成一定角度的直线或弧线或多段直线段的连线所形成。进一步的，碳烟氧化环槽的径向位置介于燃烧室最高处和活塞顶面相交形成的直径为D1的圆与活塞顶面直径为D2的圆之间本专利技术与已有技术相比具有以下优点：本专利技术结构简单、紧凑、合理，活塞顶部结构中的碳烟氧化环槽一方面能够增加活塞顶部的新鲜空气量，并通过泄流坡引导燃油进入该区域，从而提高活塞顶面余隙中的燃油与氧气的接触机率，改善油气混合状态，提高该区域的碳烟氧化速率；另一方面碳烟氧化环槽的挡流壁能够阻碍燃油进一步向气缸壁面方面运动，从而避免较多碳烟进入氧化速率非常低的低温缺氧区域，让更多的碳烟在碳烟氧化环槽内完成氧化，从而降低柴油机缸内的碳烟排放量。数值计算结果表明，在油耗和氮氧化合物排放都一致的情况下，采用带这种顶面结构活塞的柴油机与相同燃烧室的平顶活塞柴油机相比，缸内碳烟排放降低了85.6%。附图说明图1为本专利技术结构图。图2为碳烟氧化环槽的实施例一结构图。图3为碳烟氧化环槽的实施例二结构图。图4为碳烟氧化环槽的实施例三结构图。图5为碳烟氧化环槽的实施例四结构视图。附图标记说明：1-燃烧室、2-活塞顶面、3-碳烟氧化环槽、4-泄流坡、5-环槽底面、6-挡流壁。具体实施方式下面本专利技术将结合附图中的实施例作进一步描述：如图1~5所示，本专利技术主要包括活塞体，活塞体中心设有燃烧室1，燃烧室1的形状为碗形燃烧室、ω形燃烧室和浴盆形燃烧室。活塞体的燃烧室1四周为活塞顶面2，活塞顶面2上设有碳烟氧化环槽3。碳烟氧化环槽3的轴向中心线与燃烧室2的轴向中心线共轴，碳烟氧化环槽3的径向位置介于燃烧室1最高处和活塞顶面相交形成的直径为D1的圆与活塞顶面直径为D2的圆之间。所述碳烟氧化环槽3包括泄流坡4、环槽底面5和挡流壁6，泄流坡4、环槽底面5和挡流壁6从内圈向外圈依次设置。所述泄流坡4是由与活塞顶面成一定角度的直线或弧线或多段直线段的连线所形成。所述环槽底面5是由与顶面平行或成一定角度的直线或弧线或多段直线段的连线所形成。所述挡流壁6是由与活塞顶面2成一定角度的直线或弧线或多段直线段的连线所形成。所述泄流坡4、环槽底面5和挡流壁6的轮廓线相连再与活塞顶面2相交形成碳烟氧化环形槽3的轮廓形状。如图2所示的实施例中，所述碳烟氧化环槽3为倒梯形，碳烟氧化环槽3的两条腰线与活塞顶面2的夹角分别为θ1=30~70°、θ2=30~70°，环槽底面5与活塞顶面2的距离H1为2~10mm。如图3所示的实施例中，所述碳烟氧化环槽3为左右对称弧形结构，碳烟氧化环槽3的左右两边弧线与活塞顶面2的夹角分别为θ3=30~70°、θ4=30-70°，环槽底面5与活塞顶面2的距离H2为2-10mm。如图4所示的实施例中，所述碳烟氧化环槽3为左浅右深不对称弧形结构，碳烟氧化环槽3的左右两边弧线与活塞顶面2的夹角分别为θ5=10~40°、θ6=60~90°，环槽底部5距离活塞顶面2的距离H3为2-10mm。如图5所示的实施例中，所述碳烟氧化环槽3为左深右浅不对称弧形的碳烟氧化环形槽3，碳烟氧化环槽3的左右两边弧线与活塞顶面2的夹角分别为θ7=60~90°、θ8=10-40°，环槽底面5与活塞顶面2的距离H4为2-10mm。本专利技术的工作原理是：喷油器喷出的燃油撞击燃烧室的壁面后，有一部分燃油蒸汽向上运动到活塞顶面与缸盖底面之间的余隙内。活塞顶面下挖形成碳烟氧化环槽，活塞顶部结构中的碳烟氧化环槽一方面能够增加活塞顶部的新鲜空气量，并通过泄流坡引导燃油进入该区域，从而提高活塞顶面余隙中的燃油与氧气的接触机率，改善油气混合状态，提高该区域的碳烟氧化速率；另一方面碳烟氧化环槽的挡流壁能够阻碍燃油进一步向气缸壁面方面运动，从而避免较多碳烟进入氧化速率非常低的低温缺氧区域，让更多的碳烟在碳烟氧化环槽内完成氧化，从而降低柴油机缸内的碳烟排放量。数值计算结果表明，在油耗和氮氧化合物排放都一致的情况下，采用带这种顶面结构活塞的柴油机与相同燃烧室的平顶活塞柴油机相比，缸内碳烟排放降低了85.6%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，包括活塞体，活塞体中心设有燃烧室（1），其特征是：活塞体的燃烧室（1）四周为活塞顶面（2），活塞顶面（2）上设有碳烟氧化环槽（3），碳烟氧化环槽（3）的轴向中心线与燃烧室（2）的轴向中心线共轴；所述碳烟氧化环槽（3）包括泄流坡（4）、环槽底面（5）和挡流壁（6），泄流坡（4）、环槽底面（5）和挡流壁（6）从内圈向外圈依次设置。

【技术特征摘要】
1.一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，包括活塞体，活塞体中心设有燃烧室（1），其特征是：活塞体的燃烧室（1）四周为活塞顶面（2），活塞顶面（2）上设有碳烟氧化环槽（3），碳烟氧化环槽（3）的轴向中心线与燃烧室（2）的轴向中心线共轴；所述碳烟氧化环槽（3）包括泄流坡（4）、环槽底面（5）和挡流壁（6），泄流坡（4）、环槽底面（5）和挡流壁（6）从内圈向外圈依次设置。2.如权利要求1所述的一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，其特征是：所述燃烧室（1）的形状为碗形燃烧室、ω形燃烧室和浴盆形燃烧室。3.如权利要求1所述的一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，其特征是：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，金华玉，胡芳，包宁，孟令军，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22