一種缸內直噴汽油機活塞的頂部結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽油機活塞，具體為一種缸內直噴汽油機活塞的頂部結構。
【背景技術】
[0002]缸內直噴技術是近年來國內外汽油機開發(fā)的熱點技術，其具有很好的工作穩(wěn)定性和負荷性能，能實現分層燃燒。在提升發(fā)動機功率和扭矩的同時降低了燃油耗。缸內直噴技術的應用，必須相應設計適合的燃燒室形狀，以配合實現缸內直噴發(fā)動機的催化起燃、分層燃燒、形成缸內滾流等功能。
[0003]發(fā)動機的燃燒室主要由缸蓋燃燒室與活塞頂部結構組成。目前，一般的直噴發(fā)動機活塞頂部都設計有導流凹坑，以實現直噴技術的催化啟燃、分層燃燒及滾流的功能。但一般直噴發(fā)動機活塞頂部的凹坑都設計成圓形或橢圓形，這種結構不能有效提高燃燒溫度，影響催化啟燃效果，滾流比、燃燒壓力峰值較低，影響油氣充分混合，燃燒效率不足。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種缸內直噴汽油機活塞的頂部結構，提高發(fā)動機燃燒壓縮比，改善發(fā)動機熱效率和燃油經濟性。
[0005]本發(fā)明所述的缸內直噴汽油機活塞的頂部結構，包括設在所述活塞頂部的馬蹄形的凸起，其開口部分朝向活塞左側，在所述凸起內圍成一大致呈盆形的凹坑，在所述凸起的外圍設有平頂面，其由位于活塞頂部左側的進氣側平頂面和位于活塞頂部右側的排氣側平頂面以及分別位于活塞頂部前后兩側的前、后側平頂面構成，所述凸起的右側具有向下傾斜的排氣門避讓斜面，左側具有向下傾斜的進氣門避讓斜面，在所述進氣門避讓斜面與進氣側平頂面交接處設有進氣門坑，在所述排氣門避讓斜面與排氣側平頂面交接處設有排氣門坑，所述凹坑相對于活塞頂部中心更靠近活塞左側，凹坑的底面為從左至右向下傾斜的平面，所述凹坑沿活塞左右方向的中心線前后對稱，所述凹坑的底面輪廓由兩個圓弧段以及與兩圓弧段相切的直線段構成，所述兩圓弧段的圓心位于活塞左右方向的中心線上并都位于活塞頂部中心的左側，并且其中更靠近凸起開口部分的圓弧段的半徑更小，所述凹坑的坑壁為弧面，所述坑壁與所述凸起的上表面間交接形成凹坑的頂部輪廓。
[0006]進一步的，所述活塞的中心軸線與垂直于所述凹坑底面的軸線間的夾角為3?
8° ο
[0007]進一步的，所述凹坑的坑壁的曲率半徑為5?8mm。
[0008]進一步的，所述凹坑的底面輪廓中較小的圓弧段的直徑為30?35mm，較大的圓弧段的直徑為35?40mm，兩圓弧段的圓心相距8?13mm。
[0009]進一步的，所述凸起相對于平頂面高出3?5mm。
[0010]進一步的，所述凸起的前后兩側的側面為錐面，其上下兩端分別通過倒圓與凸起的上表面和所述前、后側平頂面過渡連接，所述錐面的軸心相對于活塞頂部中心偏左側布置。
[0011]進一步的，所述錐面的軸心距活塞頂部中心偏左3?10mm，錐面底端直徑為60?75mm，錐面與平頂面間夾角為30?50°。
[0012]進一步的，所述凸起的頂面與右側的排氣門避讓斜面間通過R2?R5的倒圓過渡連接，與左側的進氣門避讓斜面間通過R4?R12的倒圓過渡連接，與凹坑的坑壁間通過R0.5?Rl.5的倒圓過渡連接。
[0013]進一步的，所述進氣門坑與進氣側平頂面間通過倒圓過渡連接，所述排氣門坑與排氣側平頂面間通過倒圓過渡連接。
[0014]采用本發(fā)明所述活塞的直噴發(fā)動機在冷機啟動時，高速燃油能夠通過凹坑的導流，在燃燒室固定區(qū)域形成較濃燃油混合氣，提高了缸內最高燃燒溫度，并使最高燃氣平均溫度出現相位提前，保證三元催化器快速起燃，降低冷機啟動期間的有害氣體排放。該活塞頂部的形狀，特別是活塞頂部凸起的布置，進一步提高了發(fā)動機燃燒壓縮比，大大提高循環(huán)定容度，比現有直噴活塞的燃燒放熱率提高約10%，增加燃燒速度及縮短周期，同時提高燃燒壓力，可以改善發(fā)動機熱效率及燃油經濟性。通過本活塞和高滾流氣道相匹配，可以提高缸內混合氣的滾流比，增加上止點時刻附近的缸內湍流強度，使得發(fā)動機熱效率及燃油經濟性進一步改善。在低速高負荷工況下，可以有效減輕燃油濕壁，降低碳煙及碳氫排放，提高發(fā)動機可靠性，在高速高負荷工況下，可以減輕燃油加濃保護需求，保證燃油經濟性。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的軸測圖；
圖2是本發(fā)明的俯視圖；
圖3是圖2的A-A剖視圖；
圖4是圖2的B-B剖視圖；
圖5是缸內燃燒溫度對比圖；
圖6是放熱率曲線對比圖；
圖7是缸內燃燒壓力對比圖；
圖8是滾流比對比圖；
其中，在圖5至圖8中，V1、V2、V3均為現有普通直噴活塞，V4為本發(fā)明所述活塞。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細闡述:
實施例一:
如圖1、圖2、圖3、圖4所示的缸內直噴汽油機活塞的頂部結構，包括設在所述活塞頂部的馬蹄形的凸起2，其開口部分朝向活塞左側(進氣側)，在所述凸起內圍成一大致呈盆形的凹坑I。
[0017]所述凹坑相對于活塞頂部中心更靠近活塞左側，凹坑的底面101為從左至右向下傾斜的平面，所述凹坑沿活塞左右方向的中心線前后對稱。本實施例中，所述活塞的中心軸線與垂直于所述凹坑底面的軸線間的夾角C2為5.5°。
[0018]所述凹坑的底面輪廓由兩個圓弧段以及與兩圓弧段相切的直線段構成，所述兩圓弧段的圓心位于活塞左右方向的中心線上并都位于活塞頂部中心的左側，并且其中更靠近凸起開口部分的圓弧段的半徑更小。所述凹坑的底面輪廓中較小的圓弧段ΙΟΙ-a的直徑為32.5mm，較大的圓弧段101_b的直徑為37.5mm，兩圓弧段的圓心相距10.5mm。
[0019]所述凹坑的坑壁102為弧面，所述凹坑的坑壁的曲率半徑為6.5mmο所述坑壁102與所述凸起的上表面間交接形成凹坑的頂部輪廓。
[0020]在所述凸起的外圍設有平頂面，其由位于活塞頂部左側的進氣側平頂面301和位于活塞頂部右側的排氣側平頂面302以及分別位于活塞頂部前后兩側的前、后側平頂面303、304構成。所述凸起相對于平頂面高出h=4mm。
[0021]所述凸起2的右側具有向下傾斜的排氣門避讓斜面203，左側具有向下傾斜的進氣門避讓斜面201，在所述進氣門避讓斜面201與進氣側平頂面301交接處設有進氣門坑202，在所述排氣門避讓斜面203與排氣側平頂面302交接處設有排氣門坑204。
[0022]所述進氣門坑202與進氣側平頂面301間通過進氣門坑倒圓205過渡連接，所述排氣門坑204與排氣側平頂面302間通過排氣門坑倒圓206過渡連接。
[0023]所述凸起的前后兩側的側面為錐面207，其上下兩端分別通過錐面上部倒圓208和錐面下部倒圓209與凸起的上表面和所述前、后側平頂面303、304過渡連接，所述錐面上部倒圓為R2的倒圓。
[0024]所述錐面的軸心距活塞頂部中心偏左6.5mm，錐面底端直徑Dl為67.5mm，錐面與平頂面間夾角Cl為40°。
[0025]所述凸起的頂面210與右側的排氣門避讓斜面203間通過R3.5的排氣門避讓斜面倒圓211過渡連接，與左側的進氣門避讓斜面間通過R8的進氣門避讓斜面倒圓212過渡連接，與凹坑的坑壁間通過Rl的坑壁倒圓213過渡連接。
[0026]圖5為上述活塞與現有活塞的缸內燃燒溫度對比圖，可見，本活塞的缸內最高燃燒溫度提高了 250°C，并使最高燃氣平均溫度出現相位提前。
[0027]圖6為上述活塞與現有活塞的放熱率曲線對比圖，本活塞的燃燒放熱率比現有活塞提高約10%，增加燃燒速度及縮短周期。
[0028]圖7為上述活塞與現有活塞的缸內燃燒壓力對比圖，本活塞的燃燒壓力提高約5Bar0
[0029]圖8為上述活塞與現有活塞的滾流比對比圖，相對于現有活塞，本活塞可以提高缸內混合氣的滾流比，且增加上止點時刻附近的缸內湍流強度。
[0030]實施例二:
如圖1、圖2、圖3、圖4所示的缸內直噴汽油機活塞的頂部結構，包括設在所述活塞頂部的馬蹄形的凸起2，其開口部分朝向活塞左側(進氣側)，在所述凸起內圍成一大致呈盆形的凹坑I。
[0031]所述凹坑相對于活塞頂部中心更靠近活塞左側，凹坑