一種風冷直噴式柴油機活塞的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及風冷直噴式柴油機制造技術領域，尤其涉及風冷直噴式柴油機活塞。
【背景技術】
[0002]近年來，由于柴油機強化程度的不斷提高，發動機的轉速、平均有效壓力和活塞平均速度都較以前有了大幅度的提高，因此發動機的熱負荷和機械負荷都增加了，特別是大排量的風冷柴油機，由于功率不斷增加，實施冷卻更加困難。而活塞由于在發動機中的重要作用，在設計和制造方面也有了很大的改變和提高，這樣才能滿足現實社會高要求的強度和排放標準。
[0003]活塞是柴油機的“心臟”，承受交變的機械負荷和熱負荷，是發動機中工作條件最惡劣的關鍵零部件之一。活塞的功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅使曲軸旋轉。因此，活塞的每一個部分都至關重要。
[0004]活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作，活塞直接與高溫氣體接觸，瞬時溫度可達2500K以上，因此，受熱嚴重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時溫度很高，頂部高達600?700K，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大時，柴油機活塞壓力高達6?9MPa，這就使得活塞產生沖擊，并承受側壓力的作用；活塞在氣缸內以很快的速度(8?12m/s)往復運動，且速度在不斷地變化，這就產生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷。活塞在這種惡劣的條件下工作，會產生變形并加速磨損，還會產生附加載荷和熱應力，同時受到燃氣的化學腐蝕作用。
[0005]活塞是柴油機的核心工作部件，尤其是在中重型柴油機的活塞的頭部一般設計有凹陷的燃燒室結構，作用是提高柴油機工作時的柴油燃燒效率，使燃燒更為充分，具有節能減排的作用。燃燒室的形狀及其與燃料噴射系統的交互作用對減排是至關重要的，現有的燃燒室結構多為圓形凹陷，中央具有凸起的底臺，口部為縮口。此燃燒室存在著一些問題，進氣不充分，需要靠強進氣渦流和高的噴油器霧化能力才能保證燃燒室中混合氣的形成，這樣會導致燃燒室充氣效率低的負面影響，形成較長的滯燃期，造成氮氧化物(Ν0Χ)排放的增加。在當前柴油機的氣體排放標準一再提高時，往往會出現氮氧化物與碳氫化合物及碳煙此消彼長的現象，不容易實現同時降低這幾種主要污染成分的排放量。即傳統結構的燃燒室在降低碳煙及碳氫化合物的同時會提高氮氧化合物的排放量，而控制氮氧化合物的生成，須控制燃燒速度不能過快，又因為發動機每一循環可供燃燒時間是一定的，控制燃燒速度則又容易造成燃油無法燃盡，引起燃油經濟性降低，加上還要控制柴油機爆發壓力，于是單位燃料的動力性會受到影響。故傳統燃燒室為了達到更高的排放要求水平，需要犧牲燃油經濟性及動力性，從而進一步通過提高燃燒效率來降低排放變得更加困難。為了進一步提高柴油機的整機排放水平，就不得不提高排放后氣體處理的性能要求。
【實用新型內容】:
[0006]本實用新型的目的是提供一種風冷直噴式柴油機的活塞，它能保證燃料和空氣的混合比，使燃料燃燒充分，滿足現實社會高要求的強度和排放標準，克服現技術的存在的諸多不足。
[0007]—種風冷直噴式柴油機的活塞，其特征是:包括活塞本體、活塞頂部燃燒室、進氣門頂桿凹坑和排氣門頂桿凹坑，活塞本體的高度為84mm，活塞的壓縮高度為44mm，進氣門頂桿凹坑和排氣門頂桿凹坑位于活塞頂部燃燒室的兩側，所述活塞頂部燃燒室位于活塞的頭部，活塞頂部燃燒室包括侯口、頸口和底部，侯口的直徑為54.7mm，頸口的直徑為48.4_;所述底部的中央設有一個凸臺，底部凸臺兩邊分別由兩個圓弧段及與兩圓弧段相切的直線段構成，所述兩個圓弧段半徑分別為6mm和17mm，侯口頂端到底部最低端之間的距離為13.1_，活塞頂部燃燒室的中心偏離活塞外圓中心水平方向向右偏離3.8_，豎直方向向上偏離1.6mm，進氣門頂桿凹坑和排氣門頂桿凹坑的深度為1.1mm。
[0008]進一步，在侯口的外沿處開設有寬度為2mm?6mm的大倒角，其倒角角度為15°。
[0009]進一步，底部中央凸臺的直徑為6.4mm。
[0010]進一步，侯口頂端到底部中央凸臺頂端面之間的距離為4.8mm。
[0011]進一步，底部的半徑為6mm的圓弧段與侯口外沿邊倒角之間圓角連接，圓角半徑為 1.5mm ο
[0012]由于本實用新型侯口部位采用了大倒角結構，在燃燒過程中燃燒室中混合氣的形成主要是靠油束反彈和缸內擠流，不需要很強的進氣渦流，保證了充氣效率，也就是說在同樣的排放水平下可以節省油耗，或者說更容易在同樣的燃油經濟性條件下達到所需的排放水平，進而保證了燃油利用的經濟性；而且使得溫度最高、承受氣流交變負載最重的侯口部位的強度和冷卻條件都得到了提高，侯口部位的應力分布情況得到了改善，從而使活塞的工作可靠性得到明顯提高。活塞在其運動的上止點附近時，擠流效果比較強，油氣混合效果好，燃燒充分，煙度小，有利于降低顆粒排放，而本實用新型可以有效地利用缸內擠流，所以應用了本發明的活塞可以適當地推遲噴油，以縮短滯燃期，從而能夠抑制氮氧化物的生成，另外，推遲到上止點附近開始噴油還可以降低煙度，從而降低顆粒排放，在實驗驗證中也已經證明，本實用新型的燃燒室結構能夠使排放的氮氧化物和煙度具有基本一致的變化趨勢，從而克服現有燃燒室固有的缺陷，對于滿足更高的排放要求是非常有利的；燃燒室內為光滑曲面連接，不會阻滯流體在其內壁表面的運動，無節流損失，能有效防止燃油滯留，因此能進一步提高燃燒時的燃油利用效率；敞口設計可以使高溫火焰更容易進出燃燒室，從而燃燒室內的溫度能更長時間地保持在高位，相當于減小了相對散熱面積，從而傳熱損失小。由于活塞本體的高度為84mm，相對于現有技術縮短了機體和整機的高度，提高了機體和整機的剛性，減小了發動機體積、重量、金屬消耗量和成本，而且減小了往復運動質量、慣性力和主軸承負荷，活塞組重量也可減輕，有利于降低柴油機的振動。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0014]圖2為圖1的俯視圖；
[0015]圖3為活塞頂部燃燒室的結構示意圖；
[0016]圖中:1_活塞本體；2_活塞頂部燃燒室；3_進氣門頂桿凹坑；4_排氣門頂桿凹坑； 21-侯口 ；22-頸口 ；23_ 底部。
【具體實施方式】
:
[0017]下面結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施方案:
[0018]—種風冷直噴式柴油機的活塞，如圖1?2所示，包括活塞本體1、活塞頂部燃燒室2、進氣門頂桿凹坑3和排氣門頂桿凹坑4，活塞本體1的高度為84mm，活塞的壓縮高度為44mm，進氣門頂桿凹坑3和排氣門頂桿凹坑4位于活塞頂部燃燒室2的兩側，所述活塞頂部燃燒室2位于活塞的頭部，活塞頂部燃燒室2包括侯口 21、頸口 22和底部23，侯口 21的直徑為54.7mm，頸口 22的直徑為48.4mm ;所述底部23的中央設有一個凸臺，凸臺的直徑為6.4mm，侯口 21頂端到底部23中央凸臺頂端面之間的距離為4.8mm，底部23凸臺兩邊分別由兩個圓弧段及與兩圓弧段相切的直線段構成，所述兩個圓弧段半徑分別為6mm和17mm，侯口 21頂端到底部23最低端之間的距離為13.1mm，活塞頂部燃燒室2的中心偏離活塞外圓中心水平方向向右偏離3.8mm,豎直方向向上偏離1.6mm，進氣門頂桿凹坑3和排氣門頂桿凹坑4的深度為1.1mm，在侯口 21的外沿處開設有寬度為3.17mm的大倒角，其倒角角度為15°，底部23的半徑為6_的圓弧段與侯口 21外沿邊倒角之間圓角連接，圓角半徑為
1.5mm ο
[0019]以上所述僅為本實用新型的一個較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本實用新型技術方案的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種風冷直噴式柴油機的活塞，其特征是:包括活塞本體(1)、活塞頂部燃燒室(2)、進氣門頂桿凹坑⑶和排氣門頂桿凹坑(4)，活塞本體⑴的高度為84mm，活塞的壓縮高度為44mm，進氣門頂桿凹坑(3)和排氣門頂桿凹坑⑷位于活塞頂部燃燒室⑵的兩側，所述活塞頂部燃燒室(2)位于活塞的頭部，活塞頂部燃燒室(2)包括侯口(21)、頸口(22)和底部(23)，侯口(21)的直徑為54.7mm，頸口(22)的直徑為48.4mm ;所述底部(23)的中央設有一個凸臺，底部(23)凸臺兩邊分別由兩個圓弧段及與兩圓弧段相切的直線段構成，所述兩個圓弧段半徑分別為6mm和17mm，侯口(21)頂端到底部(23)最低端之間的距離為13.1_，活塞頂部燃燒室(2)的中心偏離活塞外圓中心水平方向向右偏離3.8_，豎直方向向上偏離1.6mm，進氣門頂桿凹坑(3)和排氣門頂桿凹坑⑷的深度為1.lmrn。2.根據權利要求1所述風冷直噴式柴油機的活塞，其特征是:在侯口(21)的外沿處開設有寬度為2mm?6mm的大倒角，其倒角角度為15 °。3.根據權利要求1所述風冷直噴式柴油機的活塞，其特征是:底部(23)中央凸臺的直徑為6.4mm。4.根據權利要求1所述風冷直噴式柴油機的活塞，其特征是:侯口(21)頂端到底部(23)中央凸臺頂端面之間的距離為4.8mm。5.根據權利要求1所述風冷直噴式柴油機的活塞，其特征是:底部(23)的半徑為6mm的圓弧段與侯口(21)外沿邊倒角之間圓角連接，圓角半徑1.5_。
【專利摘要】一種風冷直噴式柴油機的活塞，包括活塞本體、活塞頂部燃燒室、進氣門頂桿凹坑和排氣門頂桿凹坑，活塞本體的高度為84mm，進氣門頂桿凹坑和排氣門頂桿凹坑位于活塞頂部燃燒室的兩側，活塞頂部燃燒室包括侯口、頸口和底部，侯口的直徑為54.7mm，頸口的直徑為48.4mm，底部由兩個半徑分別為6mm和17mm的圓弧段及與兩圓弧段相切的直線段構成，侯口頂端到底部最低端之間的距離為13.1mm，活塞頂部燃燒室的中心偏離活塞外圓中心水平方向向右偏離3.8mm，豎直方向向上偏離1.6mm，進氣門頂桿凹坑和排氣門頂桿凹坑的深度為1.1mm。使用本實用新型燃燒充分，煙度小，降低顆粒排放，有利于降低柴油機的振動。
【IPC分類】F02F3/20, F02B23/00, F02F3/26
【公開號】CN204984628
【申請號】CN201520456589
【發明人】王欽泉, 許強, 茹文偉, 許建立
【申請人】金壇鑫田柴油機有限公司, 常州市海潤機電有限公司, 常州愛信機電有限公司, 王欽泉
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年6月29日