CN111878221A - 一种中重型点燃式发动机燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中重型点燃式发动机的燃烧室，包括由气缸盖的底面、活塞的顶面和气缸的壁面封闭组成的空间。气缸盖的底面为水平面，气缸盖的中心位置设置有火花塞安装孔。活塞顶面的中间为弧形凹部，在弧形凹部的左右两侧分别依次连接有喉部、半ω型凹部及外缘部，彼此之间光滑连接。本发明提高缸内湍流强度的同时改善气缸盖底部的气流运动，进而提高燃烧速率，降低缸盖底部温度，抑制爆震，降低缸盖底板开裂的风险。

Description

一种中重型点燃式发动机燃烧室

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，更具体的说，是涉及一种中重型点燃式发动机的燃烧室。

背景技术

目前，大部分中重型点燃式发动机(包括汽油、天然气、甲醇发动机等)都是由柴油机直接改装得到，并不能充分适应预混燃烧的方式，缸内滚流较弱，湍流强度较低，燃料火焰传播较慢，容易引发爆震，限制热效率的进一步提升。针对上述问题，中国专利CN209855911U公开了在柴油机基础上改用汽油点燃发动机的燃烧***，在保留原有柴油机平底缸盖的基础上，通过螺旋进气道和切向进气道的设计在缸内形成斜轴涡流，配合整体下凹的圆弧活塞顶面实现对气流运动的引导，有效提高缸内纵向的滚流强度及保持能力，进而通过压缩冲程末期大尺度滚流破碎增加近上止点缸内的湍流强度。但该燃烧***仍存在一些问题，在压缩和燃烧过程中，由于采用平底缸盖，燃烧室中靠近缸盖底部的区域难以形成有效的气流运动，速度较低，燃烧速度较为缓慢，容易积聚热量，诱发热点发生自燃，同时加大气缸盖底板开裂的风险，需要对燃烧室结构进行进一步的优化设计。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种中重型点燃式发动机的燃烧室，提高缸内湍流强度的同时改善气缸盖底部的气流运动，进而提高燃烧速率，降低缸盖底部温度，抑制爆震，降低缸盖底板开裂的风险。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种中重型点燃式发动机的燃烧室，包括由气缸盖的底面、活塞的顶面和气缸的壁面封闭组成的空间，在所述气缸盖的中心位置设置有火花塞安装孔；

所述气缸盖的底面为水平面，所述活塞的顶面的中间为弧形凹部，在所述的弧形凹部的左右两侧分别依次连接有喉部、半ω型凹部及外缘部，所述的外缘部的顶壁为水平面，所述的弧形凹部、喉部、半ω型凹部及外缘部彼此之间光滑连接，以活塞的顶面的纵向中心轴线为对称轴，位于活塞顶面的纵向中心轴线左右两侧的所述的弧形凹部、半ω型凹部及外缘部关于纵向中心轴线左右对称设置，沿平行于活塞的顶面的纵向中心轴线方向，所述的弧形凹部、半ω型凹部及外缘部分别在活塞顶面上通长布置。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明利用柱面状凹部的设计引导滚流运动，增强近点火时刻缸内滚流强度和湍流强度，促进初期的火焰传播；通过喉口和半ω型凹部的设计提高挤流强度，加强燃烧室靠近气缸盖底部位置的气流运动，降低缸盖底部温度，有效抑制爆震，同时加速混合气在燃烧室***区域的燃烧速率。因此，针对具有平底缸盖的发动机，在气缸内形成滚流时，采用本发明可以同时兼顾燃烧速率的改善和爆震的抑制，降低缸盖底板开裂的风险。

附图说明

图1为本发明一种中重型点燃式发动机燃烧室的结构示意图；

图2为沿图1所示的燃烧室的B方向所示的活塞顶面俯视图；

图3为压缩行程气流流动状况示意图；

图4为火花塞跳火后气流流动示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的功能结构，下面结合附图和优选的实施例对本发明作详细说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，本发明的一种中重型点燃式发动机的燃烧室，包括由气缸盖1的底面、活塞2的顶面和气缸3的壁面封闭组成的空间，在所述气缸盖1的中心位置设置有火花塞安装孔4。

所述气缸盖1的底面为水平面，所述活塞2的顶面的中间为弧形凹部201，在所述的弧形凹部201的左右两侧分别依次连接有喉部202、半ω型凹部203及外缘部204，所述的外缘部204为水平面，所述的弧形凹部201、喉部202、半ω型凹部203及外缘部204彼此之间光滑连接。如图2所示，以活塞的顶面的纵向中心轴线为对称轴，位于活塞顶面的纵向中心轴线左右两侧的所述的弧形凹部201、半ω型凹部203及外缘部204关于纵向中心轴线左右对称设置。沿平行于活塞的顶面的纵向中心轴线方向，所述的弧形凹部201、半ω型凹部203及外缘部204分别在活塞顶面上通长布置。

优选的，所述弧形凹部201的半径R为气缸直径D的40-50％，所述弧形凹部201距离气缸盖1底面的最远处与气缸盖1底面所在平面之间的距离H1为气缸直径D的15-25％。

优选的，所述活塞2的喉部202距离气缸盖1底面的最近处与气缸盖1底面的距离H2为气缸直径D的1-2％。优选的，所述半ω型凹部203与外缘部204连接处的切线与气缸盖1底面的夹角α为60-120°，所述半ω型凹部203与喉部202连接处的切线与气缸盖1底面的夹角β为25-30°，所述半ω型凹部203距离气缸盖1底面的最远处与外缘部204所在水平面的距离H3为气缸直径D的3-6％。

优选的，左侧喉部202距离气缸盖1底面的最近处与右侧喉部202距离气缸盖1底面的最近处之间的距离L1为气缸直径D的65-75％。

优选的，所述活塞顶面的外缘部204的宽度L2为气缸直径D的3-5％。

图3为所述活塞2压缩行程中缸内混合气流动示意图。如图3所示，压缩冲程中，在所述弧形凹部201的引导下，形成了规则的顺时针的纵向滚流运动。同时，由于所述活塞2的挤压作用，气流从所述弧形凹部201和所述外缘部204流至所述半ω型凹部203，并产生一定强度的挤流。从而可以加强燃烧室靠近气缸盖底部位置的气流运动，降低缸盖底部温度，有效抑制爆震。

图4为燃烧过程中燃烧室内混合气流动示意图。在火花点火之后，位于所述弧形凹部201位置的混合气首先被点燃，缸内温度压力急剧升高，形成所述弧形凹部位置201和所述喉部202的压力差，且由于火焰燃烧膨胀，迫使所述弧形凹部201位置内未燃的混合气通过狭窄的喉口202进入所述半ω型凹部203。当活塞下行时，由于半ω型凹部203的引导作用，产生的逆挤流加强了燃烧室***区域的挤流强度，在降低缸盖底部温度的同时可以有效加速混合气在燃烧室***区域的燃烧速率。

实施例

本实施例中发动机的气缸直径D为140mm，压缩比为11.8，压缩余隙为1mm。所述弧形凹部201的半径R为62.2mm，所述弧形凹部201距离气缸盖1底面的最最远处与气缸盖1底面所在平面之间的距离H1为25.2mm。活塞2的喉部202距离气缸盖1底面的最近处与气缸盖1底面的距离H2为2mm。所述半ω型凹部203与外缘部204连接处的切线与气缸盖1底面的夹角α为69°，所述半ω型凹部203与喉部202连接处的切线与气缸盖1底面的夹角β为27°，所述半ω型凹部203距离气缸盖1底面的最远处与外缘部204所在水平面的距离H3为4.8mm。左侧喉部202距离气缸盖1底面的最近处与右侧喉部202距离气缸盖1底面的最近处之间的距离L1为100.4mm。所述活塞顶面的外缘部204的宽度L2为5.5mm。

测试效果：本发明能够利用柱面状凹部的设计引导滚流运动，增强近点火时刻缸内滚流强度和湍流强度，促进初期的火焰传播；通过喉口和半ω型凹部的设计提高挤流强度，加强燃烧室靠近气缸盖底部位置的气流运动，降低缸盖底部温度，有效抑制爆震，同时加速混合气在燃烧室***区域的燃烧速率。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种中重型点燃式发动机的燃烧室，包括由气缸盖的底面、活塞的顶面和气缸的壁面封闭组成的空间，在所述气缸盖的中心位置设置有火花塞安装孔，其特征在于：

所述气缸盖的底面为水平面，所述活塞的顶面的中间为弧形凹部，在所述的弧形凹部的左右两侧分别依次连接有喉部、半ω型凹部及外缘部，所述的外缘部为水平面，所述的弧形凹部、喉部、半ω型凹部及外缘部彼此之间光滑连接，以活塞的顶面的纵向中心轴线为对称轴，位于活塞顶面的纵向中心轴线左右两侧的所述的弧形凹部、半ω型凹部及外缘部关于纵向中心轴线左右对称设置，沿平行于活塞的顶面的纵向中心轴线方向，所述的弧形凹部、半ω型凹部及外缘部分别在活塞顶面上通长布置。

2.根据权利要求1所述的中重型点燃式发动机的燃烧室，其特征在于：所述弧形凹部的半径为气缸直径的40-50％，所述弧形凹部距离气缸盖底面的最远处与气缸盖底面所在平面之间的距离为气缸直径的15-25％。

3.根据权利要求1或者2所述的中重型点燃式发动机的燃烧室，其特征在于：所述活塞的喉部距离气缸盖底面的最近处与气缸盖底面的距离为气缸直径的1-2％。

4.根据权利要求3所述的中重型点燃式发动机的燃烧室，其特征在于：所述半ω型凹部与外缘部连接处的切线与气缸盖1底面的夹角为60-120°，所述半ω型凹部与喉部连接处的切线与气缸盖底面的夹角为25-30°，所述半ω型凹部距离气缸盖底面的最远处与外缘部所在水平面的距离为气缸直径的3-6％。

5.根据权利要求4所述的中重型点燃式发动机的燃烧室，其特征在于：左侧喉部距离气缸盖底面的最近处与右侧喉部距离气缸盖底面的最近处之间的距离为气缸直径的65-75％。

6.根据权利要求5所述的中重型点燃式发动机的燃烧室，其特征在于：所述活塞顶面的外缘部的宽度为气缸直径的3-5％。

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