一种天然气发动机活塞的制作方法

本实用新型涉及发动机技术领域，特别是涉及一种天然气发动机活塞。

背景技术：

发动机活塞是发动机中最主要、承载最复杂的部件之一。发动机燃料在活塞燃烧室中进行燃烧，活塞燃烧室及上表面直接受到高温高压燃气的直接作用。

随着空气质量的日益下降，汽车排放话题被推向了风口浪尖，国家制定的排放法规也越来越严苛，为了达到排放法规要求，各发动机厂商需要利用最新技术和设计来改善发动机的排放。

在国ⅵ当量比燃烧天然气发动机的研制中，各发动机厂都面临以下问题：发动机nox排放过高，导致无法满足国ⅵ排放；燃烧温度过高导致排气系统以及缸盖系统零部件存在开裂的风险。降低nox排放以及发动机排温的一个重要手段就是提高发动机的egr率，但是基于通常使用的直口碗型燃烧室活塞，egr率提高后，燃烧恶化、燃烧速度过缓，使油耗升高，燃烧波动增加，以及hc排放增加。

现有技术下，为了达到提升egr率的同时满足国ⅵ排放需求，也可以通过增大缸盖涡流比，达到空气与天然气充分混合，使燃烧更充分的目的。

但是，缸盖的涡流比提高投入较大，通常天然气发动机开发是基于同平台柴油机改制而来，提高缸盖的涡流比工作量较大，对缸盖内部水道及油道的布置局限性较大，成本较大。

综上所述，如何有效地解决在提高egr率的同时，使燃烧充分，在油耗不增加的前提下达到了降低燃烧温度并满足排放需求的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种天然气发动机活塞，该天然气发动机活塞在提高egr率的同时，使燃烧充分，在油耗不增加的前提下达到了降低燃烧温度并满足排放需求的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种天然气发动机活塞，包括钢质活塞，所述钢质活塞的上顶部具有凹坑，所述凹坑构成燃烧室，所述凹坑在钢质活塞各横截面形状为圆形，所述燃烧室在喉口位置具有截面直径小于侧壁截面直径的缩口。

优选地，所述燃烧室形状从上部至下部包括缩口圆角、侧壁圆弧、连接所述缩口圆角和侧壁圆弧连的接斜段，以及与所述侧壁圆弧连接的底部。

优选地，所述燃烧室的底部为向内凸起的圆弧。

优选地，所述燃烧室的底部圆弧与两侧的侧壁圆弧通过拐角圆弧连接。

优选地，所述缩口圆角的上端连接有过渡圆角。

优选地，所述过渡圆角的半径为1-2mm，缩口圆角的半径为2-4mm，斜段与竖直方向夹角为15°-25°，侧壁圆弧的半径为45-55mm，拐角圆弧的半径为8-12mm，底部圆弧的半径为58-62mm。

优选地，所述燃烧室上端缩口处的第一直径为62-65mm，燃烧室下端最宽处的第二直径为72-75mm。

优选地，所述燃烧室的深度为35-40mm。

本实用新型所提供的天然气发动机活塞，包括钢质活塞，具体可以为锻钢活塞，强度较高，相比于普通铝活塞，即使在缩口燃烧室活塞喉口位置的热负荷较高，也不易产生开裂，较为安全、可靠。

钢质活塞的上顶部具有凹坑，凹坑构成燃烧室，凹坑在钢质活塞各横截面形状为圆形，燃烧室在喉口位置具有截面直径小于侧壁截面直径的缩口，也就是燃烧室在喉口位置形成缩口，缩口燃烧室结构极大的提高了天然气与空气混合气的挤流运动，使两种气体充分混合，为点火提供良好的条件，通过燃烧室提供的挤流提高火焰传播速度及放热效率。由于高温时间短，油耗得到优化，排放得到优化。同时通过提高egr率降低了燃烧的温度，大大降低了对缸盖及排气系统的高温开裂风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型中一种具体实施方式所提供的天然气发动机活塞的剖视图。

附图中标记如下：

钢质活塞1、燃烧室2、过渡圆角3、缩口圆角4、斜段5、侧壁圆弧6、拐角圆弧7、底部圆弧8、深度a、第一直径b、第二直径c。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种天然气发动机活塞，该天然气发动机活塞在提高egr率的同时，使燃烧充分，在油耗不增加的前提下达到了降低燃烧温度并满足排放需求的目的。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型中一种具体实施方式所提供的天然气发动机活塞的剖视图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的天然气发动机活塞，包括钢质活塞1，钢质活塞1的上顶部具有凹坑，凹坑构成燃烧室2，凹坑在钢质活塞1各横截面形状为圆形，燃烧室2在喉口位置具有截面直径小于侧壁截面直径的缩口。

上述结构中，天然气发动机活塞包括钢质活塞1，具体可以为锻钢活塞，强度较高，相比于普通铝活塞，即使在缩口燃烧室2活塞喉口位置的热负荷较高，也不易产生开裂，较为安全、可靠。

钢质活塞1的上顶部具有凹坑，凹坑构成燃烧室2，凹坑在钢质活塞1各横截面形状为圆形，燃烧室2在喉口位置具有截面直径小于侧壁截面直径的缩口，也就是燃烧室2在喉口位置形成缩口，缩口燃烧室2结构极大的提高了天然气与空气混合气的挤流运动，使两种气体充分混合，为点火提供良好的条件，通过燃烧室2提供的挤流提高火焰传播速度及放热效率。由于高温时间短，油耗得到优化，排放得到优化。同时通过提高egr率降低了燃烧的温度，大大降低了对缸盖及排气系统的高温开裂风险。

在上述具体实施方式的基础上，本领域技术人员可以根据具体场合的不同，对天然气发动机活塞进行若干改变，燃烧室2形状从上部至下部包括缩口圆角4、侧壁圆弧6、连接缩口圆角4和侧壁圆弧6连的接斜段5，以及与侧壁圆弧6连接的底部，燃烧室2的内壁为光滑壁面，没有棱角，对气体挤流运动具有增强作用；没有应力集中点，即使受到较高热负荷，也不易开裂，可靠性较高；并且，加工方便，易于成型。

进一步优化上述技术方案，本领域的技术人员可以根据具体场合的不同对上述具体实施方式进行若干改变，燃烧室2的底部为向内凸起的圆弧，燃烧室2的中间高，两端低，在燃烧室2的底部也可以增强气体挤流运动，燃烧室2在喉口位置和底部均可以提高天然气与空气混合气的整体挤流运动，进一步为点火提供良好的条件，通过燃烧室2提供的挤流提高火焰传播速度及放热效率。优选地，底部圆弧8的半径为58-62mm之间任意值，包括端点值，比如为60mm，半径较大，加工方便，气体挤流运动效果较好。

对于上述各个实施例中的天然气发动机活塞，燃烧室2的底部圆弧8与两侧的侧壁圆弧6通过拐角圆弧7连接，光滑过渡连接，易于加工成型，不易开裂。优选地，拐角圆弧7的半径为8-12mm之间任意值，包括端点值，比如为10mm，连接方便，半径较大，加工方便。

本实用新型所提供的天然气发动机活塞，在其它部件不改变的情况下，缩口圆角4的上端连接有过渡圆角3，在过渡圆角3处与上部部件连接，连接更加方便，连接更加紧密。

本实用新型所提供的天然气发动机活塞，在其它部件不改变的情况下，过渡圆角3的半径为1-2mm之间任意值，包括端点值，比如为1.5mm，过渡圆角3的半径较小，易于与上部部件连接。

缩口圆角4的半径为2-4mm之间任意值，包括端点值，比如为3mm，加工方便。斜段5与竖直方向夹角为15°-25°之间任意值，包括端点值，比如为20°，侧壁圆弧6的半径为45-55mm，侧壁向中心处气体挤流，中心温度最高，可以使燃烧更加充分。

另一种较为可靠的实施例中，在上述任意一个实施例的基础之上，燃烧室2上端缩口处的第一直径b为62-65mm之间任意值，包括端点值，比如为63mm，保证缩口能够加工出来，加工方便；并且燃烧室2上端缩口处的直径较小，最大化增强气体挤流运动。在燃烧室2上端缩口处的第一直径b为62-65mm的基础上，为了方便燃烧室2加工，燃烧室2下端最宽处的第二直径c可以为72-75mm之间任意值，包括端点值。

在上述各个具体实施例的基础上，燃烧室2的深度a不能太深，太深，会造成燃烧室2的底部壁厚不够，强度不高，易于开裂；也不能太浅，太浅会造成燃烧室2的容积太小，不易于气体充分混合。因此，燃烧室2的深度a要适中，优选地，燃烧室2的深度a为35-40mm之间任意值，包括端点值，比如为40mm，既能够保证燃烧室2的底部壁厚足够；又可以燃烧室2的容积足够气体充分混合。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的天然气发动机活塞进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。