双球形顶面活塞和发动机
技术领域
本实用新型涉及活塞技术领域，具体而言，涉及一种双球形顶面活塞和发动机。
背景技术
经研究发现，现有的汽油发动机活塞顶面多为平面形状，这类活塞无法让气体更好的形成涡流，燃烧效率不高；且活塞上止点时顶面与缸盖易形成挤气区，增压发动机易发生早燃现象。
实用新型内容
本实用新型的目的包括提供一种双球形顶面活塞，能够使气体在活塞顶面形成多股涡流，使油气混合更加充分，从而提高燃烧效率。
本实用新型的目的包括提供一种发动机，包括上述的双球形顶面活塞，其能够使油气混合更加充分，提高发动机的燃烧效率。
本实用新型的实施例是这样实现的：
第一方面，本实用新型实施例提供一种双球形顶面活塞，包括活塞顶面，所述活塞顶面包括环形平面、第一球面和第二球面；所述环形平面位于所述第一球面的外周，所述第一球面位于所述第二球面的外周，且所述第一球面和所述第二球面均相对所述环形平面呈凹陷状；所述第一球面与所述环形平面连接，所述第二球面和所述第一球面连接。
在可选的实施方式中，所述第二球面连接在所述第一球面远离所述环形平面的一侧。
在可选的实施方式中，所述第一球面的曲率半径大于所述第二球面的曲率半径。
在可选的实施方式中，同一截面上，所述第二球面的弦长与所述第一球面两侧的弦长之和的比值为4.8：1至5.2：1。
在可选的实施方式中，所述双球形顶面活塞还包括与所述活塞顶面连接的外周面，所述外周面上开设有顶环槽，所述顶环槽与所述环形平面之间的垂线距离为顶岸高度，所述环形平面的宽度与所述顶岸高度的比值为1：1.2至1：0.8。
在可选的实施方式中，所述顶岸高度大于或等于4毫米。
在可选的实施方式中，所述环形平面和所述第一球面之间还设有过渡面。
在可选的实施方式中，所述过渡面相对于所述环形平面的倾角为40度至50度。
在可选的实施方式中，所述活塞顶面开设有气门避让槽，所述气门避让槽贯穿所述外周面、所述环形平面、所述过渡面以及所述第一球面。
第二方面，本实用新型实施例提供一种发动机，包括缸体、缸盖和如前述实施方式中任一项所述的双球形顶面活塞，所述缸盖盖设在所述缸体上，所述双球形顶面活塞设置在所述缸体内。
本实用新型实施例的有益效果是：
本实用新型提供的双球形顶面活塞，活塞顶面呈凹陷状，包括环形平面、第一球面和第二球面，气体在活塞顶面能形成多股涡流，使油气充分混合，有利于提高燃烧效率。并且，该活塞顶面不易形成挤气区，可避免早燃现象。
本实用新型提供的发动机，包括缸体、缸盖和上述的双球形顶面活塞，缸盖盖设在缸体上，双球形顶面活塞设置在缸体内。气体在活塞顶面能形成多股涡流，使油气充分均匀混合，有利于提高发动机的燃烧效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞的第一视角的结构示意图；
图2为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞的第二视角的结构示意图；
图3为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞的第一剖面结构示意图；
图4为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞的第二剖面结构示意图；
图5为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞的第一球面的弦长示意图；
图6为图5中K处的局部放大图。
图标：100-双球形顶面活塞；110-环形平面；120-过渡面；130-第一球面；140-第二球面；150-外周面；160-顶环槽；170-气门避让槽。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
现有的发动机活塞，其顶面大多为平面，这类平面形的活塞无法让气体更好的形成涡流，油气得不到充分混合，燃烧效率不高；并且活塞到达上止点时，平面形活塞的顶面与发动机的缸盖容易形成挤气区，从而导致增压发动机易发生早燃现象。
为了克服现有技术中的缺陷，本申请提出了一种双球形顶面活塞，气体能够在活塞顶面形成多股涡流，使得油气充分混合，提高发动机的燃烧效率。
图1为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞100的第一视角的结构示意图，图2为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞100的第二视角的结构示意图，请参照图1和图2。
本实施例提供一种双球形顶面活塞100，包括呈凹陷状的活塞顶面，活塞顶面包括环形平面110、过渡面120、第一球面130和第二球面140。环形平面110位于第一球面130的外周，第一球面130位于第二球面140的外周，且第一球面130和第二球面140均相对环形平面110呈凹陷状；第一球面130通过过渡面120与环形平面110连接，第二球面140和第一球面130连接。进一步地，第二球面140连接在第一球面130远离环形平面110的一侧。
图3为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞100的第一剖面结构示意图，请参照图3。
本实施例中，环形平面110为活塞顶面的最高点，第一球面130位于环形平面110的内部，第一球面130和环形平面110之间设有过渡面120，过渡面120的一边与环形平面110的边缘连接，过渡面120的另一端与第一球面130的边缘连接。可选地，过渡面120与环形平面110连接处为圆弧过渡，过渡面120与第一球面130连接处为圆弧过渡，过渡面120的中间部分可以是圆弧面，也可以是倾斜平面。本实施例中，该过渡面120的中部是倾斜平面，该倾斜平面的整体走向为从环形平面110朝内且向下倾斜。可选地，该倾斜平面相对与环形平面110形成40度至50度的倾角A。
双球形顶面活塞100还包括与活塞顶面连接的外周面150，外周面150上开设有顶环槽160，顶环槽160与环形平面110之间的垂线距离为顶岸高度H，环形平面110的宽度W与顶岸高度的比值为1：1.2至1：0.8。可选地，环形平面110的宽度与顶岸高度大致相等，本实施例中，环形平面110的宽度大于或等于4毫米，比如为4毫米至5毫米，顶岸高度也是大于或等于4毫米，如4毫米至5毫米，优选地，环形平面110的宽度与顶岸高度为4.5毫米。可选地，过渡面120与顶环槽160的最小距离应当大于或等于4.5毫米，以确保顶岸强度。
本实施例中，第一球面130的曲率半径大于第二球面140的曲率半径。即第一球面130的曲率更小，球面相对更加平缓，第二球面140的曲率更大，球面的弯曲程度更大。容易理解，发动机在运行过程中，活塞顶面与发动机缸盖形成燃烧室，油气在该燃烧室内混合后燃烧。为了让气体涡流尽可能的扰动整个燃烧室边缘区域，第一球面130所形成的圆应与燃烧室上下面相切，使得第一球面130能与发动机缸盖端组成最大限度的空间，有利于在边缘处形成尽量大的涡流，使油气充分混合。如果在边缘形成小涡流，则容易与中间的大涡流分离，影响火焰传播，从而降低燃烧效率。
图4为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞100的第二剖面结构示意图，图5为本实用新型具体实施例提供的双球形顶面活塞100的第一球面130的弦长示意图，图6为图5中K处的局部放大图，请参照图4至图6。
可选地，为了在燃烧室的中部形成更大的涡流，第二球面140形成的凹槽的深度应尽可能深，有利于油气在燃烧室内充分混合。本实施例中，在同一截面上，第二球面140的弦长与第一球面130两侧的弦长之和的比值为4.8：1至5.2：1。由于第一球面130在第二球面140的外围，第一球面130在第二球面140的两侧分别具有第一弦长L1和第二弦长L2，第二球面140的弦长即图4中的L，沿燃烧室横向的弦长。其中，L与L1、L2之和的比值约为4.8：1至5.2：1，且L、L1、L2三者之和与燃烧室横向直径D大致相等。若在先确定第二球面140的直径的情况下，第一球面130的直径受第二球面140的影响，本实施例中，第二球面140的弦长与第一球面130两侧的弦长之和的比值为5：1。当然，并不仅限于此，第一球面130和第二球面140的大小关系也可以通过面积之比确定，这里不作具体限定。
为了避让气门，活塞顶面开设有气门避让槽170，气门避让槽170设于环形平面110上。本实施例中，气门避让槽170的数量为四个，四个气门避让槽170均匀间隔设置在环形平面110上，可选的，每个气门避让槽170同时贯穿外周面150、环形平面110、过渡面120以及第一球面130。在其他可选的实施方式中，根据实际需要，每个气门避让槽170也可以仅同时贯穿外周面150、环形平面110以及过渡面120，这里不作具体限定。
本实施例提供的双球形顶面活塞100，其强化纵向气流、使油气充分均匀混合的工作原理如下：
由于活塞顶面的环形平面110、过渡面120的区域足够小，第一球面130、第二球面140和缸盖可形成一个类似椭圆形状的燃烧室，无挤气区形成，且无锐边生成，可避免早燃现象发生。由于第一球面130的曲率和第二球面140的曲率不同，使得第一球面130和第二球面140为两部分不同的圆形区域，即在第一球面130和第二球面140连接处具有一定的顿挫感，两个球面并非完美的圆滑过渡。当本实施例中的双球形定活塞上行做压缩行程时，第二球面140可使气体在中间形成纵向的大涡流；第一球面130可将气体分成多个小涡流来扰动边缘小区域。中部的大涡流与边缘的小涡流有重叠，使得整个燃烧室可燃气体激烈滚动，将有助于油气充分混合、提高燃烧效率，从而降低排放污染物和改善油耗。
本实施例提供的双球形顶面活塞100，环形平面110作为活塞顶面的最高的位置，环形平面110的宽度与顶岸高度大致相等，以确保顶岸的强度。第一球面130和第二球面140相对环形平面110呈凹陷状，且第一球面130的曲率和第二球面140的曲率不相等，在活塞顶面形成两个不同的圆形区域，气体在燃烧室内容易在第二球面140所在的中部形成纵向的大涡流，在第一球面130所在的边缘位置形成多股小涡流以扰动气流，使得气体剧烈运动，油气充分混合，以大大提高燃烧效率。
本实用新型实施例还提供一种发动机，包括缸体、缸盖和如前述实施方式中任一项的双球形顶面活塞100，缸盖盖设在缸体上，双球形顶面活塞100设置在缸体内。可选地，双球形顶面活塞100能在缸体内轴向移动以压缩气体。缸体、缸盖和活塞顶面形成燃烧室，由于活塞顶面的环形平面110、过渡面120的区域足够小，第一球面130、第二球面140和缸盖可形成一个类似椭圆形状的燃烧室。该燃烧室无挤气区形成，且无锐边生成，可避免早燃现象发生。
其次，为了让气体涡流尽可能的扰动整个燃烧室边缘区域，第一球面130所形成的圆与燃烧室上下面相切，使得第一球面130能与发动机缸盖端组成最大限度的空间，有利于在边缘处形成尽量大的涡流，使油气充分混合。进一步地，为了在燃烧室的中部形成更大的涡流，第二球面140形成的凹槽的深度应尽可能深，有利于油气在燃烧室内充分混合。本实施例提供的发动机，能够强化燃烧室中部的纵向涡流，并能够在燃烧室的边缘形成多股小涡流，中部气流与边缘气流相互扰动、碰撞，气体运动更加剧烈，使油气混合更充分，从而提高燃烧效率，降低排放污染物，并且能够有效改善油耗。
综上，本实施例提供的双球形顶面活塞100和发动机，其具有以下几个方面的有益效果：
该双球形顶面活塞100，活塞顶面从上往下、由外到内依次包括环形平面110、过渡面120、第一球面130和第二球面140。其中，为了确保活塞顶部的强度，环形平面110的宽度与顶岸高度大致相等。第一球面130的曲率和第二球面140的曲率不同，使得第一球面130和第二球面140形成两个不同的圆形区域。发动机运行时，若本实施例中的双球形顶面活塞100处于压缩气体行程中，气体在燃烧室内容易在第二球面140所在的中部形成纵向的大涡流，在第一球面130所在的边缘位置形成多股小涡流以扰动气流，使得气体剧烈运动，油气充分混合，以大大提高燃烧效率，从而降低排放污染物，有效改善油耗。同时，由于活塞顶面无挤气区形成，环形平面110、过渡面120、第一球面130和第二球面140相互之间的连接也采用平缓过渡，没有尖锐边角，因而可以避免早燃现象发生。
本实用新型实施例提供的发动机，包括上述的双球形顶面活塞100，能够使油气充分混合，提高燃烧效率，降低排放污染物，改善油耗。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
