[实用新型]弧顶活塞顶部、弧顶活塞和燃烧室

说明书

本实用新型提供了一种弧顶活塞顶部、弧顶活塞和燃烧室，弧顶活塞顶部包括：弧形凹坑区，为碗状凹坑，所述弧形凹坑区位于所述弧顶活塞顶部中心处；两个锥面凸起区，所述锥面凸起区的第一端的高度高于所述锥面凸起区的第二端的高度，所述锥面凸起区的第一端与所述弧形凹坑区的外缘相接触，所述锥面凸起区的第二端延伸至所述弧顶活塞顶部的边缘；所述两个锥面凸起区分别位于所述弧形凹坑区的前侧和后侧，且所述两个锥面凸起区相对于所述弧形凹坑区对称布置。该弧顶活塞顶部可应用于大缸径高压缩比发动机上，能在较大程度上增加发动机进气行程中的气流运动速度，提升压缩行程及其末端的湍动能，有效解决相关技术中大缸径高压缩比发动机的爆震现象。

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，尤其涉及一种弧顶活塞顶部、弧顶活塞和燃烧室。

背景技术

发动机是大气污染物的主要排放源，同时也是碳排放的重要来源，发动机的年均石油消耗占据我国石油消耗总量的60％以上，其二氧化碳排放超过全国碳排放总量的10％。随着绿色发展理念的不断推进，发动机面临着日趋严苛的排放及油耗法规的挑战，研制高热效率近零排放发动机成为学术和工程界的首要目标。目前，高热效率汽油机研发主要依赖于高压缩比、外部冷却EGR(废气再循环)、低摩擦损失等技术手段。相较于柴油机，大排量汽油机拥有低噪音，低成本等优势，在高端商务客车、大皮卡等细分市场领域有较大的市场空间。相比于复杂的V型多缸布置型式，直列大缸径方案更具有成本优势。然而，对于大缸径汽油机而言，其火焰传播距离更长，爆震倾向更大，与高压缩比等技术结合实现高效开发存在很大的技术挑战。上述技术原因导致直列大缸径高效汽油机的开发十分困难。

活塞顶部作为发动机燃烧室中的重要组成部分，直接影响发动机的混合均匀性、火焰传播速度、放热率、传热损失及爆震倾向，进而影响发动机的性能。其中，爆震产生的根源在于末端混合气自燃，缸径越大、压缩比越高，其爆震倾向越大。

现有PFI汽油机活塞顶部多为平顶设计，很难高效的组织油气混合和改善湍动能分布，容易导致爆震现象发生，降低发动机动力且导致发动机的燃油经济性较差。部分机型通过在活塞顶部中心构建不规则凹坑，与其它结构共同作用，使得气流进入燃烧室后形成平面涡流，并由此加强了湍动能，提高了混合气质量，减少爆震倾向，但现有结构都是基于小缸径机型开发，很难在大缸径条件下实现同样的爆震抑制效果。

此外，现有异型活塞顶部一般设计为不规则形状，很难用加工实现，往往只能采用铸造而成，表面粗糙度较差，对进气滚流造成一定的损耗，同时需要与缸内直喷(GDI)协同应用，在大缸径PFI汽油机上应用存在一定的问题。

因此，如何通过进一步优化活塞顶部结构，改善发动机燃烧室内混合气流动，有效抑制大缸径高压缩比汽油机的爆震倾向，实现直列大缸径高效发动机的自主设计开发，是目前亟需解决的技术问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

现有技术通常采用加快燃烧速度、降低缸内温度等方法抑制爆震。发明人经深入研究发现，通过优化燃烧室结构可有效强化缸内燃油和空气的混合，加快燃烧速度、抑制爆震、提升EGR耐受性。申请人通过研究发现，通过设计优化活塞顶部燃烧室结构，可更好的改善缸内混合气流动，提高燃烧室滚流比和湍动能，效抑制大缸径高压缩比汽油机的爆震倾向，加快火焰传播速度，缩短燃烧持续期，提高燃烧稳定性，最终提升发动机动力性和经济性。本实用新型提出了一种弧顶活塞顶部及应用其的弧顶活塞和燃烧室，以至少解决上述现有技术中存在的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供了一种弧顶活塞顶部，包括：弧形凹坑区，为碗状凹坑，所述弧形凹坑区位于所述弧顶活塞顶部中心处；两个锥面凸起区，所述锥面凸起区的第一端的高度高于所述锥面凸起区的第二端的高度，所述锥面凸起区的第一端与所述弧形凹坑区的外缘相接触，所述锥面凸起区的第二端延伸至所述弧顶活塞顶部的边缘；所述两个锥面凸起区分别位于所述弧形凹坑区的前侧和后侧，且所述两个锥面凸起区相对于所述弧形凹坑区对称布置。