多孔偏心活塞及其设计方法
本发明公开一种多孔偏心活塞，用于发动机；包括活塞本体，活塞本体的顶面包括凹陷区和圈在凹陷区外周的挤流区；凹陷区的中心偏离活塞本体的中心，并且凹陷区的中心靠近发动机的进气侧；凹陷区的表面设有多个第一凹坑、挤流区的表面设有多个第二凹坑。上述多孔偏心活塞中，活塞本体的顶面中凹陷区的中心偏离活塞本体的中心，并靠近发动机的进气侧，使发动机缸内气流湍动能分布更多地偏向进气侧，弥补进气侧气流相冲对火焰传播速度的负面影响，使发动机缸内进气侧火焰传播速度提高，有助于发动机缸内气体燃料充分燃烧，于提高发动机热效率有利。本发明还公开一种用于多孔偏心活塞的设计方法，使多孔偏心活塞产品具有辅助提升发动机热效率的效果。
发明专利
CN202410054064.3
2024-01-15
CN117569943A
2024-02-20
F02F3/28(2006.01)
潍柴动力股份有限公司
李卫;吕顺;曾凡;宿兴东;马庆镇;谷允成;刘洪哲;张海瑞
261061 山东省潍坊市高新技术产业开发区福寿东街197号甲
北京集佳知识产权代理有限公司
万双艳
山东;37
1.一种多孔偏心活塞，用于发动机，其特征在于，包括活塞本体，所述活塞本体的顶面包括凹陷区和圈在所述凹陷区外周的挤流区；所述凹陷区的中心偏离所述活塞本体的中心，并靠近所述发动机的进气侧；所述凹陷区的表面设有多个第一凹坑、所述挤流区的表面设有多个第二凹坑。 2.根据权利要求1所述的多孔偏心活塞，其特征在于，所述第一凹坑的开口面积尺寸小于所述第二凹坑的开口面积尺寸。 3.根据权利要求1所述的多孔偏心活塞，其特征在于，各所述第一凹坑的开口面积尺寸沿所述凹陷区的外周到所述凹陷区的中心方向逐渐减小，各所述第一凹坑的深度尺寸沿所述凹陷区的外周到所述凹陷区的中心方向逐渐增大。 4.根据权利要求3所述的多孔偏心活塞，其特征在于，所述第一凹坑绕所述凹陷区的中心排布成多圈，其中，任意两圈中，外圈的所述第一凹坑的开口面积尺寸大、深度小，内圈的所述第一凹坑的开口面积尺寸小、深度大。 5.根据权利要求4所述的多孔偏心活塞，其特征在于，最内圈的所述第一凹坑绕所述凹陷区的中心均匀分布；其他成圈的所述第一凹坑绕所述凹陷区的中心非均匀分布，并且靠近所述进气侧的区域分布密集、靠近所述发动机的排气侧的区域分布稀疏。 6.根据权利要求1所述的多孔偏心活塞，其特征在于，所述第二凹坑沿所述活塞本体的周向排布成至少一圈。 7.根据权利要求6所述的多孔偏心活塞，其特征在于，所述第二凹坑沿所述活塞本体的周向排布成外部整圈和内部半圈，其中，内部半圈的所述第二凹坑布置于所述挤流区中靠近所述进气侧的区域；所述外部整圈中第二凹坑的开口面积尺寸大于所述内部半圈中第二凹坑的开口面积尺寸。 8.根据权利要求1所述的多孔偏心活塞，其特征在于，所述第一凹坑的截面呈圆形、所述第二凹坑的截面呈圆形。 9.一种多孔偏心活塞的设计方法，用于权利要求1-8任意一项所述的多孔偏心活塞，其特征在于，包括： （1）根据目标压缩比设计所述多孔偏心活塞的基础型线，建立活塞模型，并建立包含该活塞模型的燃烧装置模型； （2）进行仿真，获得所述燃烧装置模型对应的基础流场分布；根据基础流场分布情况设计活塞模型中顶面的凹陷区的偏心量； （3）确定活塞模型的凹坑参数，并进行CFD计算；根据计算结果评价活塞模型在上止点前20°CA时，湍流TKE为30的最深区域是否达所述燃烧装置模型内燃烧室总深度的75%；若达到，则进入步骤（4）；若未达到，则重复本步骤； （4）对活塞模型进行CAE计算，根据计算结果判断所述活塞模型的各凹坑强度是否均符合要求，若是，则进入步骤（5）；若否，根据计算结果调整活塞模型的凹坑参数并重新进行CAE计算，直至所述活塞模型的各凹坑强度均符合要求，再返回步骤（3）； （5）对所述活塞模型进行工艺审查，若存在影响工艺性的加工特征，则修改对应的活塞模型参数并返回步骤（3）；若不存在影响工艺性的加工特征，则结束。 10.根据权利要求9所述的设计方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述若未达到，则重复本步骤包括： 若超过75%，则在重复本步骤的确定活塞模型的凹坑参数过程中，减少所述活塞模型的第一凹坑数量、降低第一凹坑深度；若不足75%，则在重复本步骤的确定活塞模型的凹坑参数过程中，增加所述活塞模型的第一凹坑数量、加大第一凹坑深度。