一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构的制作方法

本实用新型专利属于柴油机燃烧领域,特别，特别涉及一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构。

背景技术：

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，从而对降低凹坑外部碳烟起到一定作用，但该专利无法彻底改变燃烧室凹坑外部的油气混合状态。本发明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。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构。采用的技术手段是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。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：

一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，包括燃烧室外部活塞顶面，其特征为：所述的活塞顶面上开有碳烟氧化环形槽，所述碳烟氧化环形槽与燃烧室同轴，其径向位置介于燃烧室最高处和活塞顶面相交形成的圆(直径为D1)与活塞顶面最大外圆(直径为D2)之间。

进一步的所述碳烟氧化环形槽由泄流坡、环槽底和阻流壁组成，所述泄流坡与活塞顶面成夹角α，所述阻流壁与活塞顶面成夹角β，碳烟氧化环形槽上顶面是活塞顶面的一部分，所述泄流坡、环槽底和阻流壁的轮廓线相连再与活塞顶面相交形成碳烟氧化环形槽的轮廓形状。

进一步的所述的一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构是在活塞顶面上挖一个截面形状为倒梯形的碳烟氧化环形槽，该倒梯形碳烟氧化环形槽的两条腰线即泄流坡和阻流壁与活塞顶面的夹角分别为α1＝30～70°、β1＝30～70°，环槽底部距离活塞顶面的距离H1为2～10mm，碳烟氧化环形槽与燃烧室同轴，而且其上顶面是活塞顶面的一部分，其径向位置介于燃烧室最高处和活塞顶面相交形成的圆(直径为D1)与活塞顶面最大外圆(直径为D2)之间，所述泄流坡、环槽底和阻流壁的轮廓线相连再与活塞顶面相交形成碳烟氧化环形槽的轮廓形状。

进一步的所述的一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构是在活塞顶面上挖一个截面形状为左右对称弧形的碳烟氧化环形槽，该左右对称弧形碳烟氧化环形槽的泄流坡与活塞顶面的夹角为α2＝30～70°、碳烟氧化环形槽的阻流壁与活塞顶面的夹角为β2＝30～70°，环槽底与泄流坡和阻流壁三者圆滑过渡连接，环槽底距离活塞顶面的距离H2为2～10mm，碳烟氧化环形槽与燃烧室同轴，而且其上顶面是活塞顶面的一部分，其径向位置介于燃烧室最高处和活塞顶面相交形成的圆(直径为D1)与活塞顶面最大外圆(直径为D2)之间，所述泄流坡、环槽底和阻流壁的轮廓线相连再与活塞顶面相交形成碳烟氧化环形槽的轮廓形状。

进一步的所述的一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构是在活塞顶面上挖一个截面形状为左浅右深不对称弧形的碳烟氧化环形槽，该左浅右深不对称弧形碳烟氧化环形槽的泄流坡与活塞顶面的夹角为α3＝10～40°、碳烟氧化环形槽的阻流壁与活塞顶面的夹角为β3＝60～90 °，环槽底与泄流坡和阻流壁三者圆滑过渡连接，环槽底距离活塞顶面的距离H3为2～10mm，碳烟氧化环形槽与燃烧室同轴，而且其上顶面是活塞顶面的一部分，其径向位置介于燃烧室最高处和活塞顶面相交形成的圆(直径为D1)与活塞顶面最大外圆(直径为D2)之间，所述泄流坡、环槽底和阻流壁的轮廓线相连再与活塞顶面相交形成碳烟氧化环形槽的轮廓形状。

进一步的所述的一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构是在活塞顶面上挖一个截面形状为左深右浅不对称弧形的碳烟氧化环形槽，该左深右浅不对称弧形碳烟氧化环形槽的泄流坡与活塞顶面的夹角为α4＝60～90°、碳烟氧化环形槽的阻流壁与活塞顶面的夹角β4＝10～40°，环槽底与泄流坡和阻流壁三者圆滑过渡连接，环槽底部距离活塞顶面的距离H4为2～10mm，碳烟氧化环形槽与燃烧室同轴，而且其上顶面是活塞顶面的一部分，其径向位置介于燃烧室最高处和活塞顶面相交形成的圆(直径为D1)与活塞顶面最大外圆(直径为D2)之间，所述泄流坡、环槽底和阻流壁的轮廓线相连再与活塞顶面相交形成碳烟氧化环形槽的轮廓形状。

本实用新型的有益效果是：这种活塞顶部结构中的碳烟氧化环形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形槽的阻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形槽内完成氧化，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为本实用新型活塞顶面结构示意图；

图2为本实用新型中截面呈倒梯形形状的碳烟氧化环形槽截面局部放大图；

图3为本实用新型中截面呈左右对称弧形状的碳烟氧化环形槽截面局部放大图；

图4为本实用新型中截面呈左浅右深不对称弧形状的碳烟氧化环形槽截面局部放大图；

图5为本实用新型中截面呈左深右浅不对称弧形状的碳烟氧化环形槽截面局部放大图。

具体实施方案

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

首先结合附图1至图5对本实用新型提供的实施例一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构进行介绍。

一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构，包括燃烧室1外部活塞顶面，其特征为：所述的活塞顶面2上开有碳烟氧化环形槽3，所述碳烟氧化环形槽3与燃烧室1同轴，其径向位置介于燃烧室1最高处和活塞顶面2相交形成直径为D1的圆与活塞顶面2直径为D2的最大外圆之间。

所述碳烟氧化环形槽3由泄流坡4、环槽底5和阻流壁6组成，所述泄流坡4与活塞顶面2成夹角α，所述阻流壁6与活塞顶面2成夹角β，碳烟氧化环形槽3上顶面是活塞顶面 2的一部分，所述环槽底5与泄流坡4和阻流壁6三者圆滑过渡连接，所述泄流坡4、环槽底 5和阻流壁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。

实施例1

如图1和图2所示，本实用新型一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构是在活塞顶面 2上挖一个截面形状为倒梯形的碳烟氧化环形槽3，该倒梯形碳烟氧化环形槽3的两条腰线即泄流坡4和阻流壁6与活塞顶面2的夹角分别为α1＝30～70°、β1＝30～70，环槽底5与泄流坡 4和阻流壁6三者圆滑过渡连接，环槽底5距离活塞顶面2的距离H1为2～10mm，碳烟氧化环形槽3与燃烧室1同轴，而且其上顶面是活塞顶面2的一部分，其径向位置介于燃烧室1 最高处和活塞顶面2相交形成的圆(直径为D1)与活塞顶面2最大外圆(直径为D2)之间，所述泄流坡4、环槽底5和阻流壁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。

实施例2

如图1和图3所示，本实用新型一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构是在活塞顶面 2上挖一个截面形状为左右对称弧形的碳烟氧化环形槽3，该左右对称弧形碳烟氧化环形槽3 的泄流坡4与活塞顶面2的夹角为α2＝30～70°、碳烟氧化环形槽3的阻流壁6与活塞顶面2 的夹角为β2＝30～70°，环槽底5与泄流坡4和阻流壁6三者圆滑过渡连接，环槽底5距离活塞顶面2的距离H2为2～10mm，碳烟氧化环形槽3与燃烧室1同轴，而且其上顶面是活塞顶面2的一部分，其径向位置介于燃烧室1最高处和活塞顶面2相交形成的圆(直径为D1)与活塞顶面2最大外圆(直径为D2)之间，所述泄流坡4、环槽底5和阻流壁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。

实施例3

如图1和图4所示，本实用新型一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构是在活塞顶面 2上挖一个截面形状为左浅右深不对称弧形的碳烟氧化环形槽3，该左浅右深不对称弧形碳烟氧化环形槽3的泄流坡4与活塞顶面2的夹角为α3＝10～40°、碳烟氧化环形槽3的阻流壁6 与活塞顶面2的夹角为β3＝60～90°，环槽底5与泄流坡4和阻流壁6三者圆滑过渡连接，环槽底5距离活塞顶面2的距离H3为2～10mm，碳烟氧化环形槽3与燃烧室1同轴，而且其上顶面是活塞顶面2的一部分，其径向位置介于燃烧室1最高处和活塞顶面2相交形成的圆(直径为D1)与活塞顶面2最大外圆(直径为D2)之间，所述泄流坡4、环槽底5和阻流壁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。

实施例4

如图1和图5所示，本实用新型一种降低柴油机缸内碳烟的活塞顶面结构是在活塞顶面上挖一个截面形状为左深右浅不对称弧形的碳烟氧化环形槽3，该左深右浅不对称弧形碳烟氧化环形槽3的泄流坡4与活塞顶面2的夹角为α4＝60～90°、碳烟氧化环形槽3的阻流壁6 与活塞顶面2的夹角β4＝10～40°，环槽底5与泄流坡4和阻流壁6三者圆滑过渡连接，环槽底部5距离活塞顶面2的距离H4为2～10mm，碳烟氧化环形槽3与燃烧室1同轴，而且其上顶面是活塞顶面2的一部分，其径向位置介于燃烧室1最高处和活塞顶面2相交形成的圆(直径为D1)与活塞顶面2最大外圆(直径为D2)之间，所述泄流坡4、环槽底5和阻流壁6的轮廓线相连再与活塞顶面相交形成碳烟氧化环形槽3的轮廓形状。

以上实施例所述的活塞顶面2结构所搭配的燃烧室1包括但不仅限于碗形燃烧室、ω形燃烧室、浴盆形燃烧室。