CN104879234A - 一种发动机活塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机活塞，属于发动机零部件领域。发动机活塞包括：活塞本体，活塞本体的顶面为平面且活塞本体的顶面设置有凹坑。本发明通过将活塞本体的顶面设置为平面，并在活塞本体的顶面设置凹坑，凹坑的坑面与火花塞之间的距离相对较大，发动机活塞的顶面的气流速度对火花塞的影响减少，火花塞处的气流速度降低，解决了现有技术中由于火花塞处的气流速度较大，导致的火花塞点燃前期，火花塞的火核稳定性较差，发动机的爆震倾向较大的问题，达到了降低火花塞处的气流速度，稳定火核，减小发动机的爆震倾向的效果。

Description

一种发动机活塞

技术领域

本发明涉及发动机零部件领域，特别涉及一种发动机活塞。

背景技术

活塞是发动机的“心脏”，其与缸体和缸盖配合形成燃烧室。通过可燃气体在燃烧室内燃烧，产生高温高压气体膨胀做功，进而推动活塞运动带动与该活塞连接的曲轴旋转输出转矩。

现有的活塞通常为圆柱状结构，其设置在发动机的缸体内，缸体的内腔、位于缸体的内腔一端的缸盖以及位于缸体的内腔另一端的活塞的顶面构成燃烧室，缸盖上设置有进气道和排气道，其中，进气道中设置有进气门，排气道中设置有排气门，缸盖上与活塞顶面中心相对的位置处设置有火花塞，燃烧室内设置有可燃气体。发动机在工作的过程中，当活塞位于上止点时，进气门打开，活塞从上止点向下止点运动的过程中，外界空气通过进气道进入燃烧室并与燃烧室内的可燃气体混合，当活塞运动至下止点时，进气门关闭，活塞从下止点向上止点运动，压缩缸体内的混合气体，当活塞到达上止点时，火花塞发出火花，点燃缸体内的混合气体，使得燃烧室内的混合气体膨胀做功，推动活塞向下止点运动。其中，活塞顶面通常为平面或凸面，上止点为活塞顶面最高点离曲轴旋转中心距离最大时的位置，下止点为活塞顶面最高点离曲轴旋转中心距离最小时的位置。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的活塞的顶面为平面或者凸面，当活塞到达上止点时，燃烧室内的气流速度较大，导致火花塞处的气流速度较大，在火花塞点燃前期，火花塞的火核稳定性较差，发动机的爆震倾向较大。

发明内容

为了解决当活塞到达上止点时，燃烧室内的气流速度较大，导致火花塞处的气流速度较大，在混合气体燃烧前期，火花塞的火核稳定性较差，发动机的爆震倾向较大的问题，本发明提供一种发动机活塞。所述技术方案如下：

第一方面，提供一种发动机活塞，所述发动机活塞包括：活塞本体，

所述活塞本体的顶面为平面且所述活塞本体的顶面设置有凹坑。

可选地，所述活塞本体为圆柱状结构，所述凹坑设置在所述活塞本体的顶面的中心。

可选地，所述凹坑为球面凹坑。

可选地，发动机的缸体的内腔、位于所述内腔一端的缸盖以及位于所述内腔另一端的所述活塞本体的顶面构成燃烧室，所述缸盖上设置有进气道和排气道，

所述活塞本体的顶面设置有进气挤气区和排气挤气区，所述进气挤气区和所述的排气挤气区以所述活塞本体的第一纵轴截面为对称面对称设置，且所述进气挤气区和所述排气挤气区分别与所述凹坑连通；

其中，所述进气挤气区与设置在所述进气道中的进气门对应，所述排气挤气区与设置所述排气道中的排气门对应。

可选地，所述活塞本体的顶面上设置有2个凸起结构，任一所述凸起结构为轴对称结构，且关于所述第一纵轴截面对称，每个所述凸起结构位于所述凹坑的边沿；

所述2个凸起结构以所述活塞本体的第二纵轴截面为对称面对称设置，所述第二纵轴截面与所述第一纵轴截面垂直且相交，所述第二纵轴截面与所述第一纵轴截面的相交线为所述活塞本体的轴线。

可选地，所述凸起结构包括：凸起以及以所述第一纵轴截面为对称面对称设置在所述凸起两侧的斜面，

所述凸起的上表面为平面，所述凸起的上表面通过所述斜面分别与所述进气挤气区和所述排气挤气区连接。

可选地，所述凸起结构还包括：进气门避阀坑和排气门避阀坑，

所述进气门避阀坑设置在第一斜面与所述进气挤气区连接的位置处，所述第一斜面为连接所述进气挤气区和所述凸起的上表面的斜面；

所述排气门避阀坑设置在第二斜面与所述排气挤气区连接的位置处，所述第二斜面为连接所述排气挤气区和所述凸起的上表面的斜面。

可选地，任一所述凸起结构位于所述第一纵轴截面上且远离所述活塞本体的轴线的位置到所述活塞本体的轴线的距离为23毫米至27毫米。

可选地，所述活塞本体的顶面与任一所述凸起结构远离所述凹坑的一侧围成封闭区域，所述封闭区域靠近所述活塞本体的顶面的边沿所述顶面的径向向外延伸1.5毫米至2.5毫米形成冗余区域。

可选地，所述凹坑与所述进气挤气区、所述排气挤气区和所述凸起结构的连接部位平滑过度；

所述凸起的上表面与所述斜面的连接部位、所述第一斜面与所述进气门避阀坑的连接部位、所述第二斜面与所述排气门避阀坑的连接部位均平滑过度。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供的发动机活塞，通过将活塞本体的顶面设置为平面，并在活塞本体的顶面设置凹坑，凹坑的坑面与火花塞之间的距离相对较大，发动机活塞的顶面的气流速度对火花塞的影响减少，火花塞处的气流速度降低，解决了现有技术中火花塞处的气流速度较大，导致的火花塞点燃前期，火花塞的火核稳定性较差，发动机的爆震倾向较大的问题，达到了降低火花塞处的气流速度，稳定火核，减小发动机的爆震倾向的效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种发动机活塞的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种发动机活塞的立体结构示意图；

图3是图2所示实施例提供的发动机活塞的俯视图；

图4是图2所示实施例提供的发动机活塞沿图3所示的A-A方向的剖视图；

图5是图2所示实施例提供的发动机活塞沿图3所示的B-B方向的剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出的是本发明实施例提供的一种发动机活塞01的立体结构示意图。参见图1，该发动机活塞01包括：活塞本体010。

活塞本体010的顶面W为平面且活塞本体010的顶面W设置有凹坑011。

由于在活塞本体010的顶面W设置了凹坑011，凹坑011的坑面与火花塞之间的距离相对较大，因此，发动机活塞01的顶面的气流速度对火花塞的影响减少，火花塞处的气流速度降低。

综上所述，本发明实施例提供的发动机活塞，通过将活塞本体的顶面设置为平面，并在活塞本体的顶面设置凹坑，凹坑的坑面与火花塞之间的距离相对较大，发动机活塞的顶面的气流速度对火花塞的影响减少，火花塞处的气流速度降低，解决了现有技术中由于火花塞处的气流速度较大，火花塞点燃前期，火花塞的火核稳定性较差，发动机的爆震倾向较大的问题，达到了降低火花塞处的气流速度，稳定火核，减小发动机的爆震倾向的效果。

请参考图2，其示出的是本发明实施例提供的另一种发动机活塞01的立体结构示意图。参见图2，该发动机活塞01包括：活塞本体010。

活塞本体010的顶面为平面且活塞本体010的顶面设置有凹坑011。

其中，活塞本体010可以为圆柱状结构，凹坑011可以设置在活塞本体010的顶面的中心，也即，活塞本体010的顶面可以为圆形结构，凹坑011设置在该圆形结构的圆心处，凹坑011的中心与该圆形结构的圆心重合。由于火花塞通常设置在缸盖上与活塞本体010的顶面的中心相对的位置处，因此，将凹坑011设置在活塞本体010的顶面的中心，可以更有效的减小发动机活塞的顶面的气流速度对火花塞的影响。

可选地，为了便于凹坑与活塞本体010的顶面圆滑过度以及为了提高火花的稳定性，凹坑011可以为球面凹坑。

可选地，发动机的缸体的内腔、位于发动机的缸体的内腔一端的缸盖以及位于发动机的缸体的内腔另一端的活塞本体010的顶面构成燃烧室，缸盖上设置有进气道和排气道，活塞本体010的顶面设置有进气挤气区012和排气挤气区013，进气挤气区012和排气挤气区013以活塞本体010的第一纵轴截面(图2中未示出)为对称面对称设置，且进气挤气区012和排气挤气区013分别与凹坑011连通；其中，进气挤气区012与设置在进气道中的进气门对应，排气挤气区013与设置排气道中的排气门对应，当进气门打开时，外界的空气可以通过进气道、进气门进入燃烧室，当进气门关闭时，排气门打开时，燃烧室内的废气可以通过排气门，从排气道排出，其中，进气挤气区012和排气挤气区013都用于在活塞01上移接近上止点时与缸盖上对应的进气挤气区配合，压缩气体，增加挤流，提高缸内湍动能。

进一步地，请继续参考图2，活塞本体010的顶面上设置有2个凸起结构014，任一凸起结构014为轴对称结构，且关于第一纵轴截面对称，每个凸起结构014位于凹坑011的边沿；2个凸起结构014以活塞本体010的第二纵轴截面(图2中未示出)为对称面对称设置，第二纵轴截面与第一纵轴截面垂直且相交，第二纵轴截面与第一纵轴截面的相交线为活塞本体010的轴线，活塞本体010的轴线通过凹坑011的中心。

可选地，凸起结构014包括：凸起0141以及以第一纵轴截面为对称面对称设置在凸起两侧的斜面0142。

凸起0141的上表面可以为平面，凸起0141的上表面通过斜面0142分别与进气挤气区012和排气挤气区013连接。

可选地，凸起结构014还包括：进气门避阀坑0143和排气门避阀坑0144。

进气门避阀坑0143设置在第一斜面与进气挤气区012连接的位置处，第一斜面为斜面0142中，连接进气挤气区012和凸起0141的上表面的斜面。

排气门避阀坑0144设置在第二斜面与排气挤气区013连接的位置处，第二斜面为斜面0142中，连接排气挤气区013和凸起0141的上表面的斜面。

其中，凸起结构014的存在可以减小凹坑011的边沿与缸盖之间的距离，使得凸起结构014顶部的气流速度增加，并且气流方向偏向火花塞方向，凹坑011的坑面上方的气流方向通常向上，凸起结构014顶部的气流与凹坑011的坑面上方的气流在凹坑011内相撞，使得火花塞附近的气流速度降低。

其中，凹坑011的存在还可以增加燃烧室内的湍动能，使得火花塞点火时，火花塞附近的湍动能增加，稳定火花，降低发动机的循环变动系数(英文：coefficient of variation，简称：COV)，减小发动机的爆震倾向，提高燃烧效率。

进气门避阀坑0143和排气门避阀坑0144可以避免发动机活塞01在运动的过程中，活塞本体010的顶面与气门发生碰撞。

可选地，活塞本体010的顶面与任一凸起结构014远离凹坑011的一侧围成封闭区域，该封闭区域靠近活塞本体010的顶面的边沿顶面的径向向外延伸形成冗余区域015，该冗余区域015可以为平面。示例地，该冗余区域015可以是封闭区域靠近活塞本体010的顶面的边沿顶面的径向向外延伸距离d形成的，d的取值范围可以为：1.5毫米～2.5毫米。

其中，将d的取值范围设置为1.5毫米～2.5毫米，可以使得火焰传播至冗余区域015，减少碳氢化合物的排放。

需要说明的是，在本发明实施例中，凹坑011与进气挤气区012、排气挤气区013和凸起结构014的连接部位均平滑过度；凸起0141的上表面与斜面0142的连接部位、第一斜面与进气门避阀坑0143的连接部位、第二斜面与排气门避阀坑0144的连接部位均平滑过度。

进一步地，请参考图3，其示出的是图2所示实施例提供的发动机活塞01的俯视图，该俯视图也即发动机活塞01的顶面的结构示意图。参见图3，活塞本体的顶面为平面且活塞本体的顶面设置有凹坑011。活塞本体的顶面可以为圆形结构，该圆形结构的圆心为o，凹坑011可以设置在该圆形结构的圆心o处，凹坑011的中心与该圆形结构的圆心o重合。

参见图3，活塞本体的顶面还设置有进气挤气区012和排气挤气区013，进气挤气区012和排气挤气区013以活塞本体的第一纵轴截面为对称面对称设置，且进气挤气区012和排气挤气区013分别与凹坑011连通，其中，活塞本体的第一纵轴截面为平行于图3所示的B-B方向、通过圆心o且与活塞本体的顶面垂直的面。

参见图3，活塞本体的顶面上设置有2个凸起结构014，任一凸起结构014为轴对称结构，且关于第一纵轴截面对称，每个凸起结构014位于凹坑011的边沿；2个凸起结构014可以以活塞本体的第二纵轴截面为对称面对称设置，其中，活塞本体的第二纵轴截面为平行于图3所示的A-A方向、通过圆心o且与活塞本体的顶面垂直的面，活塞本体的第二纵轴截面与第一纵轴截面垂直且相交，第二纵轴截面与第一纵轴截面的相交线为活塞本体的轴线，活塞本体的轴线通过凹坑011的中心，也即，活塞本体的轴线通过图3所示的圆心o。

其中，凸起结构014包括：凸起0141以及以第一纵轴截面为对称面对称设置在凸起两侧的斜面0142、进气门避阀坑0143和排气门避阀坑0144。

凸起0141的上表面可以为平面，凸起0141的上表面可以通过斜面0142分别与进气挤气区012和排气挤气区013连接。进气门避阀坑0143设置在第一斜面与进气挤气区012连接的位置处，第一斜面为斜面0142中，连接进气挤气区012和凸起0141的上表面的斜面；排气门避阀坑0144设置在第二斜面与排气挤气区013连接的位置处，第二斜面为斜面0142中，连接排气挤气区013和凸起0141的上表面的斜面。

可选地，活塞本体的顶面与任一凸起结构014远离凹坑011的一侧围成封闭区域M，该封闭区域M靠近活塞本体的顶面的边m沿活塞本体的顶面的径向向外延伸距离d形成冗余区域015，该冗余区域015可以为平面，其中，d的取值范围可以为：1.5毫米～2.5毫米，该取值范围可以使得火焰传播至冗余区域015，减少碳氢化合物的排放。

可选地，如图3所示，任一凸起结构014位于第一纵轴截面上且远离活塞本体的轴线的位置到活塞本体的轴线的距离为D，其中，D的取值范围可以为23毫米至27毫米，其中，D的取值范围设置为23毫米至27毫米能够有效降低火花塞处的速度。

进一步地，请参考图4，其示出的是图2所示实施例提供的发动机活塞01沿图3所示的A-A方向的剖视图。参见图4，该发动机活塞01包括：活塞本体010。

活塞本体010可以为圆柱状结构，活塞本体010的顶面可以为平面且活塞本体010的顶面设置有凹坑011，如图4所示，为了便于凹坑与011活塞本体010的顶面圆滑过度以及为了提高火花的稳定性，凹坑011可以为球面凹坑。

活塞本体010的顶面还设置有进气挤气区012和排气挤气区013，进气挤气区012和排气挤气区013以活塞本体010的第一纵轴截面(图4中未示出)为对称面对称设置，其中，活塞本体010的第一纵轴截面为通过活塞本体010的轴线且垂直于图4所示的纸面方向的面，进气挤气区012和排气挤气区013分别与凹坑011连通，且进气挤气区012与凹坑011的连接部位、排气挤气区013与凹坑011的连接部位均平滑过度。

活塞本体010的顶面上设置有凸起结构014，凸起结构014可以为轴对称结构，且关于活塞本体010的第一纵轴截面对称，凸起结构014可以包括：凸起0141以及以第一纵轴截面为对称面对称设置在凸起两侧的斜面0142。

凸起0141的上表面可以为平面，凸起0141的上表面通过斜面0142分别与进气挤气区012和排气挤气区013连接，凸起0141的上表面与斜面0142的连接部位平滑过度，斜面0142与进气挤气区012、排气挤气区013的连接部位均平滑过度。

凸起结构014还可以包括：进气门避阀坑(图4中未示出)和排气门避阀坑0144(图4中未示出)。进气门避阀坑设置在第一斜面与进气挤气区012连接的位置处，第一斜面为斜面0142中，连接进气挤气区012和凸起0141的上表面的斜面；排气门避阀坑设置在第二斜面与排气挤气区013连接的位置处，第二斜面为斜面0142中，连接排气挤气区013和凸起0141的上表面的斜面。第一斜面与进气门避阀坑0143的连接部位、第二斜面与排气门避阀坑0144的连接部位均平滑过度。

进一步地，请参考图5，其示出的是图2所示实施例提供的发动机活塞01沿图3所示的B-B方向的剖视图。参见图5，该发动机活塞01包括：活塞本体010。活塞本体010可以为直径不同的圆柱状结构，示例地，活塞本体010靠近活塞本体010的顶面的一端的直径大于活塞本体010远离活塞本体010的顶面的一端的直径。

活塞本体010的顶面可以为平面且活塞本体010的顶面的中心设置有凹坑011，凹坑011的中心与该活塞本体010的顶面的中心重合。如图5所示，为了便于凹坑与011活塞本体010的顶面圆滑过度以及为了提高火花的稳定性，凹坑011可以为球面凹坑。

进一步地，活塞本体010的顶面上设置有2个凸起结构014，2个凸起结构014以活塞本体010的第二纵轴截面(图5中未示出)为对称面对称设置，其中，其中，活塞本体010的第二纵轴截面为通过活塞本体010的轴线且垂直于图5所示的纸面方向的面，活塞本体010的第二纵轴截面与第一纵轴截面垂直且相交，第二纵轴截面与第一纵轴截面的相交线即为活塞本体010的轴线，活塞本体010的轴线通过凹坑011的中心。

可选地，凸起结构014包括：凸起0141以及以第一纵轴截面为对称面对称设置在凸起两侧的斜面0142。凸起0141的上表面为平面。

可选地，凸起结构014还可以包括：进气门避阀坑(图5中未示出)和(图5中未示出)。

可选地，活塞本体010的顶面与任一凸起结构014远离凹坑011的一侧围成封闭区域，该封闭区域靠近活塞本体010的顶面的边沿顶面的径向向外延伸形成冗余区域015，该冗余区域015可以为平面。示例地，该冗余区域015可以是封闭区域靠近活塞本体010的顶面的边沿顶面的径向向外延伸距离d形成的，d的取值范围可以为：1.5毫米～2.5毫米，该取值范围可以使得火焰传播至冗余区域015，减少碳氢化合物的排放。

综上所述，本发明实施例提供的发动机活塞，通过将活塞本体的顶面设置为平面，并在活塞本体的顶面设置凹坑，凹坑的坑面与火花塞之间的距离相对较大，发动机活塞的顶面的气流速度对火花塞的影响减少，火花塞处的气流速度降低，解决了现有技术中由于火花塞处的气流速度较大，导致的火花塞点燃前期，火花塞的火核稳定性较差，发动机的爆震倾向较大的问题，达到了降低火花塞处的气流速度，稳定火核，减小发动机的爆震倾向的效果。

本发明实施例提供的发动机活塞，尤其适用于配有高滚流进气道，高压缩比的发动机，高滚流高压缩比的发动机与传统的发动机相比，其最大特点就是在压缩行程中，燃烧室内气流速度更大，在发动机点火时，火花塞附近的气流速度较大，严重影响火花塞点燃前期火核的稳定性，易导致失火，而且在火花塞的火焰的发展期，火焰更易严重偏向燃烧室的一侧，增大发动机爆震倾向，导致发动机动力性能下降，燃油热效率降低，耗油率增加。将本发明实施例提供的发动机活塞应用在高滚流高压缩比下的发动机，可以降低火花塞附近的气流速度，提高火花塞附近的湍动能，从而稳定燃烧前期火核，改善火焰传播、降低发动机爆震，提高发动机热效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机活塞，其特征在于，所述发动机活塞包括：活塞本体，

所述活塞本体的顶面为平面且所述活塞本体的顶面设置有凹坑。

2.根据权利要求1所述的发动机活塞，其特征在于，

所述活塞本体为圆柱状结构，所述凹坑设置在所述活塞本体的顶面的中心。

3.根据权利要求1或2所述的发动机活塞，其特征在于，

所述凹坑为球面凹坑。

4.根据权利要求2所述的发动机活塞，其特征在于，发动机的缸体的内腔、位于所述内腔一端的缸盖以及位于所述内腔另一端的所述活塞本体的顶面构成燃烧室，所述缸盖上设置有进气道和排气道，

所述活塞本体的顶面设置有进气挤气区和排气挤气区，所述进气挤气区和所述排气挤气区以所述活塞本体的第一纵轴截面为对称面对称设置，且所述进气挤气区和所述排气挤气区分别与所述凹坑连通；

其中，所述进气挤气区与设置在所述进气道中的进气门对应，所述排气挤气区与设置所述排气道中的排气门对应。

5.根据权利要求4所述的发动机活塞，其特征在于，

所述活塞本体的顶面上设置有2个凸起结构，任一所述凸起结构为轴对称结构，且关于所述第一纵轴截面对称，每个所述凸起结构位于所述凹坑的边沿；

所述2个凸起结构以所述活塞本体的第二纵轴截面为对称面对称设置，所述第二纵轴截面与所述第一纵轴截面垂直且相交，所述第二纵轴截面与所述第一纵轴截面的相交线为所述活塞本体的轴线。

6.根据权利要求5所述的发动机活塞，其特征在于，所述凸起结构包括：凸起以及以所述第一纵轴截面为对称面对称设置在所述凸起两侧的斜面，

所述凸起的上表面为平面，所述凸起的上表面通过所述斜面分别与所述进气挤气区和所述排气挤气区连接。

7.根据权利要求6所述的发动机活塞，其特征在于，所述凸起结构还包括：进气门避阀坑和排气门避阀坑，

所述进气门避阀坑设置在第一斜面与所述进气挤气区连接的位置处，所述第一斜面为连接所述进气挤气区和所述凸起的上表面的斜面；

所述排气门避阀坑设置在第二斜面与所述排气挤气区连接的位置处，所述第二斜面为连接所述排气挤气区和所述凸起的上表面的斜面。

8.根据权利要求5所述的发动机活塞，其特征在于，

任一所述凸起结构位于所述第一纵轴截面上且远离所述活塞本体的轴线的位置到所述活塞本体的轴线的距离为23毫米至27毫米。

9.根据权利要求5所述的发动机活塞，其特征在于，

所述活塞本体的顶面与任一所述凸起结构远离所述凹坑的一侧围成封闭区域，所述封闭区域靠近所述活塞本体的顶面的边沿所述顶面的径向向外延伸1.5毫米至2.5毫米形成冗余区域。

10.根据权利要求7所述的发动机活塞，其特征在于，

所述凹坑与所述进气挤气区、排气挤气区和所述凸起结构的连接部位平滑过度；

所述凸起的上表面与所述斜面的连接部位、所述第一斜面与所述进气门避阀坑的连接部位、所述第二斜面与所述排气门避阀坑的连接部位均平滑过度。