具体实施方式

本公开提供了一种弧顶活塞顶部、弧顶活塞和燃烧室，其弧顶活塞顶部，包括：弧形凹坑区和两个锥面凸起区。弧形凹坑区为碗状凹坑，位于弧顶活塞顶部中心处；锥面凸起区的第一端的高度高于锥面凸起区的第二端的高度，锥面凸起区的第一端与弧形凹坑区的外缘相接触，锥面凸起区的第二端延伸至弧顶活塞顶部的边缘；两个锥面凸起区分别位于弧形凹坑区的前侧和后侧，且两个锥面凸起区相对于弧形凹坑区对称布置。该弧顶活塞顶部可应用于大缸径高压缩比发动机上，能在较大程度上增加发动机进气行程中的气流运动速度，提升压缩行程及其末端的湍动能，有效解决相关技术中大缸径高压缩比发动机的爆震现象。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。但是，本公开能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本公开的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

本公开提供了一种弧顶活塞顶部，如图1所示，该弧顶活塞顶部包括：弧形凹坑区2和两个锥面凸起区3。弧形凹坑区2为碗状凹坑，位于弧顶活塞顶部中心处。锥面凸起区的第一端31的高度高于锥面凸起区的第二端32的高度，锥面凸起区的第一端31与弧形凹坑区2的外缘相接触，锥面凸起区的第二端32延伸至弧顶活塞顶部的边缘；两个锥面凸起区3分别位于弧形凹坑区2的前侧和后侧，且两个锥面凸起区3相对于弧形凹坑区2对称布置。

上述弧形凹坑区2和锥面凸起区3的组合设计，可在较大程度上增加发动机进气行程中的气流运动速度。

如图1和图2所示，该弧顶活塞顶部还包括：第一平顶区1和第二平顶区6。第一平顶区1为一平面，第一平顶区1的一端与弧形凹坑区2的左侧的外缘相接触，第一平顶区1的另一端延伸至弧顶活塞顶部的边缘，第一平顶区1位于两个锥面凸起区3之间。第二平顶区6为一平面且与第一平顶区1共面，第二平顶区6的一端与弧形凹坑区2的右侧的外缘相接触，第二平顶区6的另一端延伸至弧顶活塞顶部的边缘，第二平顶区6位于两个锥面凸起区3之间。

锥面凸起区3可与平顶区的结合，实现了气流运动形式的优化，形成大尺度的滚流，燃烧室做功期间活塞压缩过程可使滚流破碎并转化为较强的湍动能，加速燃烧，进而显著改善爆震倾向，解决了大缸径发动机高压缩比技术的应用问题，可有效提升发动机燃烧室的燃油经济性。

上述弧形凹坑区2及锥面凸起去的组合设计可在较大程度上增加燃烧室进气行程的气流运动速度，提升滚流强度；在燃烧室压缩终了时刻，依托活塞顶部的锥面凸起区3的特殊结构设计，能有效使滚流破碎，转化为较强的湍动能，加速燃烧过程。尤其是在燃烧室外缘等爆震敏感区域，相比传统技术方案，可形成局部微湍流，有效增强该区域的流动与换热，显著改善了爆震倾向。

如图2和图3所示，第一平顶区1包括：两个进气门避让区5。进气门避让区5为圆弧状凹坑，两个进气门避让区5分别开设于第一平顶区1与两个锥面凸起区3的交汇处；其中，两个进气门避让区5中圆弧状凹坑的坑底法线与竖直方向的夹角仪为17°～20°。第二平顶区6包括：两个排气门避让区4。排气门避让区4为圆弧状凹坑，两个排气门避让区4分别开设于第二平顶区6与两个锥面凸起区3的交汇处；其中，两个排气门避让区4中圆弧状凹坑的坑底法线与竖直方向的夹角β为20°～24°。

图4表示图2沿B-B方向的剖视图，弧形凹坑区2的外缘至弧形凹坑区2的坑底的垂直距离d为5～7mm，弧形凹坑区2的半径R为75～85mm。

图5表示图2沿C-C方向的剖视图，两个锥面凸起区3的锥面母线与第一平顶区1或第二平顶区6的平面的夹角y为18°～22°。

本公开的上述弧顶活塞顶部可在其边缘区域形成微湍流，有效增强其流动与换热，大大改善了爆震倾向。

本公开还提供了一种弧顶活塞，如图6所示，该弧顶活塞包括前文的顶部7、头部8和裙部9。头部8的外径与顶部7的外径相同，该外径的为95～100mm，该头部8位于顶部7下方，裙部9与头部8的下方固连。

如图6所示，该弧顶活塞的头部8包括：开设于头部8外圈上的导油槽10和套设与导油槽10内的活塞环11。

该弧顶活塞的裙部9包括一连杆销孔12，用于旋转连接弧顶活塞的连杆。该连杆通过连接发动机曲轴，带动弧顶活塞上下移动对外做功。

导油槽10用于安装弧顶活塞的活塞环11，形成润滑油路，实现对弧顶活塞的润滑。具体为，活塞环11的外圈与燃烧室中气缸壁的内壁相接触，活塞环11随弧顶活塞的滑动将气缸壁上的残留燃油导入导油槽10内完成对弧顶活塞的润滑，延长弧顶活塞的使用寿命。

该弧顶活塞顶部7的第一平顶区1或第二平顶区6距连杆销孔12中心的距离为32～36mm。

该弧顶活塞顶部7的进气门避让区5和排气门避让区4是保证活塞与气门安全距离的区域，该区域整体为圆弧结构，分别与弧形凹坑区2、锥面凸起区3、第一平顶区1和第二平顶区6相交。进气门避让区5和排气门避让区4中心法线与发动机气门的中心线同轴，其中进气门避让区5的半径为20～22mm，进气门避让区5中圆弧状凹坑的坑底与连杆销孔12的距离为38～42mm；排气门避让区4的半径为17～19mm，排气门避让区4中圆弧状凹坑的坑底与连杆销孔12的距离为41～45mm。

本公开实施例的弧顶活塞结构使用的活塞直径范围为95～100mm。

此外，图7和图8分别示出了相关技术中的平顶燃烧室立体图和异形燃烧室立体图，上述两种活塞的顶部结构均无法实现加工，须采用铸造的形式加工，其铸造生产的工序繁多，工艺过程控制较繁琐，废品率高。

与此不同的是，本公开中的弧顶活塞的顶部7中的第一平顶区1、第二平顶区6、弧形凹坑区2和锥面凸起区3可采用镜面加工工艺，该设计结构易加工，其表面粗糙度精度可达到Ra3.2以上。

上述镜面加工工艺可减少流动损失，实现更佳的油气混合效果。增加气缸内流动强度，进一步改善爆震。通过上述技术措施，可有效解决大缸径汽油机高压缩比技术的应用问题，有效降低了燃油消耗率，增强了低速动力性，明显改善整车驾驶感和燃油经济性。

本公开还提供了一种应用上述弧顶活塞的燃烧室，该燃烧室包括：气缸壁、弧顶活塞和汽缸盖。其中，弧顶活塞置于气缸壁内部，与气缸壁同轴滑动连接；汽缸盖与气缸壁的上部开口固连，与气缸壁组成一密闭腔体。

通过将弧顶活塞顶部中心区域设计成易于加工的大尺度弧形凹坑区2的结构，同时两个锥面凸起区3与第一平顶区1和第二平顶区6共同作用，可显著优化气流运动形式，形成更大尺度的滚流，尤其是在燃烧室压缩终了时刻，依赖于活塞顶部的锥面凸起区3等设计，能有效使滚流破碎，转化为较强的湍动能，加速燃烧过程，显著改善了爆震倾向，解决了大缸径汽油机高压缩比技术的应用问题，有效提升了燃油经济性。

由图9可以看出，本公开的弧顶活塞燃烧室的瞬态滚流比明显高于传统平顶活塞燃烧室的瞬态滚流比；由图10可以看出，本公开的弧顶活塞燃烧室的瞬态湍动能明显大于传统平顶活塞燃烧室的瞬态滚流比。由此可知，应用本公开所提出的弧顶活塞燃烧室的燃烧效果较好，发动机的动力较强。

活塞顶燃烧室的设计直接影响发动机的油气混合均匀性、火焰传播速度、放热率传热损失及爆震倾向，进而影响发动机性能。通过上述设计优化燃烧室结构，可更好的改善汽油发动机燃烧特性，提高燃烧室滚流比和湍动能，加快火焰传播速度，缩短燃烧持续期，提高燃烧稳定性，减小爆震倾向，最终提升发动机动力性和经济性。

本公开的应用上述弧顶活塞的燃烧室可不依赖于GDI直喷系统实现高压缩比方案的实施，有效降低了系统开发成本，使大缸径高压缩比汽油机在商用车等领域的使用成为可能。本公开的燃烧室不依赖于GDI系统，针对成本更低的气道喷射(PFI)研发，在较低的喷射压力下，通过活塞顶部燃烧室的优化设计，与气道等协同匹配，同样可应用于高压缩比机型，有效提升了传统PFI汽油机高压缩比技术的应用范围。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造，并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。