[实用新型]一种柴油机气缸活塞及应用该活塞的柴油机

说明书

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，具体涉及一种柴油机气缸活塞及应用该活塞的柴油机。 

背景技术

随着燃油价格的不断上涨，在车用动力系统的竞争中，人们开始越来越多地关注发动机节能降耗问题。目前，如何能够在保证符合排放法规的基础上，实现较低的油耗，成为各大发动机厂家面临的严峻挑战。 

传统的柴油机燃烧室形状大致呈“ω”形，请参见图1所示，该图示出了具有“ω”形燃烧室的活塞的轴向剖面图，中间的非阴影部分绕燃烧室的轴向旋转一周所形成的空腔容积即为该活塞的燃烧室凹坑，显然，其截面为类似于字母ω的形状。 

为了使得燃油和空气能够更好的混合，降低缸内的浓度不均匀程度，在传统“ω”形燃烧室的基础上进行了改进，请参见图2所示。该“ω”形燃烧室的外侧内壁形成一突出弧脊10，以该弧脊外轮廓的最突出点形成与气缸中心线平行的分界线，将“ω”形燃烧室划分为内侧常规区A和外侧凹槽区B。在实际应用过程中，弧脊的分流作用能够将部分燃油上扬到上部空间进行混合，使得缸内浓度的不均匀度降低，能够有效降低SOOT排放。然而，受其自身结构的限制，凹槽区B的涡流过强，经过弧脊分流以后，卷到上部利用上部空气进行混合的空间很小，限制了油气的快速混合，只有等到活塞继续向下运动以后才能够较好的混合，而此时，燃烧降低油耗的最佳时期已经过去。显然，该燃烧室虽然改善了SOOT排放，但却无法使油耗同时得以有效控制。 

另外，与传统“ω”形燃烧室相比，图2所示的燃烧室增加了利用上部空间混合的燃油比例，燃烧速燃期内在气缸盖底面附近的燃烧油气混合 气比例也就增加了，这同时也带来了另外一个问题，就是缸盖底面热负荷升高。 

有鉴于此，亟待针对现有该燃烧室进行性能优化设计，以有效控制油耗，同时克服缸盖底面热负荷较高的问题。 

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于提供一种优化燃烧室结构的柴油机气缸活塞，以调整上涡流走向，在满足提高热效率、降低油耗的基础上，能够有效规避缸盖底面热负荷较高的问题。在此基础上，本实用新型还提供一种应用该气缸活塞的柴油机。 

本实用新型提供的柴油机气缸活塞，其顶面具有轴向截面外轮廓呈“ω”字形的燃烧室，所述燃烧室的外侧内壁具有内伸于容腔的弧脊，以所述弧脊的径向突出最高点形成的切线划分所述燃烧室为内侧常规区和凹槽区；所述燃烧室的喉口外沿处具有坡口，以形成与所述凹槽区连通的缓冲区，所述缓冲区的外轮廓自所述凹槽区至活塞顶面呈渐近的趋势变化。 

优选地，，所述凹槽区容积为所述燃烧室总容积的15%-20%。 

优选地，在轴向截面内，所述燃烧室的喉口直径与所述活塞的直径之比为0.75-0.8，所述凹槽区的底面为直线段且与水平面之间的夹角为8°-10°，形成所述弧脊的下轮廓面为直线段且与所述活塞的顶面之间的夹角处于65°-75°之间，所述弧脊的外凸圆弧半径为4mm-5mm，所述弧脊的径向突出最高点至所述活塞中心线的距离与所述燃烧室的常规区最大直径的之比为0.7-0.75，所述弧脊的径向突出最高点至所述活塞的顶面距离与所述燃烧室的最低点至所述活塞的顶面距离之比为0.45-0.5。 

优选地，形成所述缓冲区的所述坡口为斜面坡口。 

优选地，所述缓冲区的外轮廓与所述凹槽区的外轮廓圆弧过渡。 

优选地，所述凹槽区的与所述缓冲区邻接的外轮廓面为与所述活塞中心线平行的直线段。 

本实用新型提供的柴油机，包括与气缸相适配的活塞，所述活塞具体为如前所述的柴油机气缸活塞。 

优选地，所述气缸的直径为123mm-126mm。 

与现有技术相比，本实用新型在燃烧室的喉口外沿处增设有坡口，以形成与燃烧室凹槽区连通的缓冲区，该缓冲区的外轮廓自凹槽区至活塞顶面呈渐近的趋势变化。如此设置，增加了上止点附近的上涡流区混合空间，同时，减弱了燃油在凹槽区向上倒流的作用下直接冲到缸盖底面的趋势，由此使得燃油在上涡流区向扁平方向发展，有利于上止点附近工作区间内油气的充分混合，从而大大提高热效率，降低油耗并且降低原燃烧室缸盖底面热负荷增加的风险。也就是说，通过在燃烧室喉口处增加一个缓冲区调整上涡流走向，在满足提高热效率、降低油耗的基础上，能够有效规避缸盖底面热负荷较高的问题。 

在本实用新型的优选方案中，进一步结合了优选的参数组合，经生产试验数据表明，采用本方案燃烧室结构的油耗等高线所覆盖的转速和扭矩范围相比现有技术大很多，由此，在满足降低SOOT排放的同时，能够获得更加稳定的降低油耗的目的。 

附图说明