CN101240741A - 缸内直喷天然气发动机稀薄分层燃烧室结构 - Google Patents

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邹博文
李静波
曹辉
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Abstract

缸内直喷天然气发动机稀薄分层燃烧室结构涉及发动机。公开技术是，包括有发动机气缸盖(1)每缸燃烧室装置有两个排气门(2)、两个进气门(4)、火花塞(3)中心装置，发动机缸体(6)装置有活塞(7)，天然气喷射阀(5)，其在两个进气门(4)之间发动机气缸盖(1)有斜孔插有天然气喷射阀(5)，发动机缸体(6)装置的活塞(7)顶端面上正对天然气喷射阀(5)喷射口(11)有凹坑(8)。具有结构简单紧凑，制作装配方便，采用天然气主要成分为甲烷CH4，来源丰富，成本较低，加强其利用可减少环境的污染，还可减少对石油资源的依赖，是一种可持续发展的清洁能源，节能环保等特点。

Description

缸内直喷天然气发动机稀薄分层燃烧室结构
一、技术领域
本发明涉及发动机，尤其是一种缸内直喷天然气发动机稀薄分层燃烧室结构。
二、背景技术
随着新世纪的到来，人类面临着经济增长和环境保护的双重压力，改变能源的生产和消费方式，用现代技术开发利用天然气等新能源，对建立可持续发展的能源系统，促进社会经济发展和生态环境改善以及摆脱对化石能源的依赖都具有重大意义。
天然气以其价格便宜、排放污染低的突出优点倍受人们的青睐，被认为是最有潜力的发动机替代燃料。
目前天然气发动机的主要工作方式有两种：一是利用柴油引燃天然气均质混合气的双燃料发动机，二是火花点火的均质混合气的天然气发动机。第一种方式需要两套燃料供给系统并且低负荷时HC排放高；第二种方式，火花点火的均质混合气天然气发动机点火时天然气已经与空气均匀混合，由于进气空气量减少，输出功率下降，单点着火火焰传播过程缓慢，低、中负荷时热效率低，稀燃能力差。虽然采用高能点火系统可以一定程度提高稀燃极限，但效果有限。1994年三菱汽车公司开发了缸内直接喷射汽油机，采用纵向气道在缸内形成强烈的滚流，火花塞周围形成浓混合气，火花塞至燃烧室空间形成由浓至稀的混合气分层现象，可以降低20％的燃油消耗和提高6％-8％的最大转矩，然而，由于燃料分层，浓混合气区燃烧仍然存在着碳烟排放问题。
目前，国内外已开展了直喷天然气发动机燃烧特性和不同喷射时刻下缸内直喷天然气燃烧特性的研究。专利公告号为CN2559802，公开了“一种燃气发动机燃烧室的改进”专利技术，其特征是在机体与气缸盖之间加设一个扩容块，这个扩容块上的燃烧室、冷却道、油道和固定孔分别与机体上的燃烧室、冷却道、油道及固定孔对应连通且几何尺寸相同。该改进的结构实际上等于加长了机体尺寸和增加了燃烧室的容积，不用缩短活塞尺寸也可达到燃烧室扩容、减小压缩比的目的。但不能解决稀薄天然气点火燃烧，影响发动机正常作业。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，采用现有每缸四气门机构、火花塞中心装置，天然气喷射阀在缸盖斜插安装、活塞顶端面有凹坑的缸内直喷天然气发动机，实现火花塞附近较浓混合气的分层燃烧和可靠的点火燃烧，采用普通火花塞时也可确保在稀薄燃烧时发动机能可靠点火燃烧，大幅度提高发动机中低负荷时的动力性及经济性、排放低的燃烧室结构。
本发明的目的所采用技术方案是，包括有发动机气缸盖每缸燃烧室装置有两个排气门、两个进气门、火花塞中心装置，发动机缸体装置有活塞，天然气喷射阀，其在两个进气门之间发动机气缸盖有斜孔插有天然气喷射阀，发动机缸体装置的活塞顶端面上正对天然气喷射阀喷射口有凹坑。
本发明，天然气喷射阀的轴心线与发动机气缸盖下端面夹角θ为10°-35°。
本发明，活塞顶端面的凹坑靠近天然气喷射阀喷射口的斜边与发动机缸体上端面夹角θ10°-35°、远离天然气喷射阀喷射口为圆弧面。
本发明，天然气喷射阀顶端面放置有压块，螺钉穿过压块两端的孔与发动机气缸盖内螺纹啮合。
本发明借助于天然气喷射阀以与发动机气缸盖下端面成10°-35°斜置安装在两个进气门之间，直接喷射到发动机气缸里；在活塞顶上有正对天然气喷射阀喷射口的凹坑，凹坑靠近天然气喷射阀的斜边与天然气喷射阀安装角相同、远离天然气喷射阀为圆弧面，在喷射时正好利用此凹坑对喷束导流，利用气体压缩挤流运动，使分布在火花塞附近的天然气混合气浓度较高，远离火花塞附近天然气混合气浓度较低，实现分层效果，采用中心布置的普通火花塞时也可确保在稀薄燃烧时发动机能可靠点火燃烧。天然气与缸内直喷技术相结合，既可提高天然气发动机的燃油经济性和输出功率，又可减少碳烟排放。
本发明采用每缸四气门结构，火花塞中心布置，火焰传播距离短，爆燃趋势低，可采用较高压缩比，提高发动机热效率。
本发明具有结构简单紧凑，制作装配方便，采用天然气主要成分为甲烷CH4，来源丰富，成本较低，加强其利用可减少环境的污染，还可减少对石油资源的依赖，是一种可持续发展的清洁能源，节能环保等特点。
四、附图说明
下面结合附图进一步说明本发明。
图1是本发明实施例剖视结构示意图；
图2是图1A向视结构示意图；
图3是图1B向视结构示意图；
图4是天然气喷射阀安装结构示意图。
图中：1-发动机气缸盖  2-排气门  3-火花塞  4-进气门  5-天然气喷射阀  6-发动机缸体  7-活塞  8-凹坑  9-螺钉  10-压块  11-喷射口
五、具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，包括有发动机气缸盖1每缸燃烧室装置有两个排气门2、两个进气门4、火花塞3中心装置，发动机缸体6装置有活塞7，天然气喷射阀5，其在两个进气门4之间发动机气缸盖1有斜孔插有天然气喷射阀5，发动机缸体6装置的活塞7顶端面上正对天然气喷射阀5喷射口11有凹坑8。天然气喷射阀5的轴心线与发动机气缸盖1下端面夹角θ为10°-35°。活塞7顶端面的凹坑8靠近天然气喷射阀5喷射口11的斜边与发动机缸体6上端面夹角θ10°-35°、远离天然气喷射阀5喷射口11为圆弧面。天然气喷射阀5顶端面放置有压块10，螺钉9穿过压块10两端的孔与发动机气缸盖1内螺纹啮合。
本发明采用每缸两个进气门4和两个排气门2，在每个燃烧室均有天然气喷射阀5的喷射口11。

Claims (4)

1、一种缸内直喷天然气发动机稀薄分层燃烧室结构，包括有发动机气缸盖(1)每缸燃烧室装置有两个排气门(2)、两个进气门(4)、火花塞(3)中心装置，发动机缸体(6)装置有活塞(7)，天然气喷射阀(5)，其特征是在两个进气门(4)之间发动机气缸盖(1)有斜孔插有天然气喷射阀(5)，发动机缸体(6)装置的活塞(7)顶端面上正对天然气喷射阀(5)喷射口(11)有凹坑(8)。
2、根据权利要求1所述的一种缸内直喷天然气发动机稀薄分层燃烧室结构，其特征是天然气喷射阀(5)的轴心线与发动机气缸盖(1)下端面夹角θ为10°-35°。
3、根据权利要求1所述的一种缸内直喷天然气发动机稀薄分层燃烧室结构，其特征是活塞(7)顶端面的凹坑(8)靠近天然气喷射阀(5)喷射口(11)的斜边与发动机缸体(6)上端面夹角θ10°-35°、远离天然气喷射阀(5)喷射口(11)为圆弧面。
4、根据权利要求1所述的一种缸内直喷天然气发动机稀薄分层燃烧室结构，其特征是天然气喷射阀(5)顶端面放置有压块(10)，螺钉(9)穿过压块(10)两端的孔与发动机气缸盖(1)内螺纹啮合。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080813