CN101900026A - 一种壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室 - Google Patents

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Abstract

一种壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室。其包括缸盖、活塞、气缸套、火花塞和喷油器；缸盖上装有进气门和排气门；火花塞和喷油器安装在缸盖上；活塞的表面形成两个凸起，凸起上形成有进气门避阀坑和排气门避阀坑，活塞表面中部凹陷形成有主凹坑和副凹坑，并且主凹坑与副凹坑相互连通。本发明的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室可在燃油喷射较晚时利用副凹坑将燃油全部引向主凹坑，并利用主、副凹坑之间的深度差来增大燃油与空气的接触面积，从而可减少活塞头部的燃油湿壁量，最后通过缩口式主凹坑壁将燃油引至火花塞，这样就可保证分层燃烧时着火的稳定性，增强油气在燃烧室空间的混合过程，减少燃油与壁面的接触，且能够维持稳定燃烧，降低排放。

Description

一种壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室
技术领域
本发明属于发动机技术领域，特别是涉及一种直喷汽油机燃烧室。
背景技术
与传统的气道喷射汽油机相比，缸内直喷汽油机在混合气的形成上具有更多的灵活性。缸内直喷汽油机在部分负荷工况下可以实现稀混合气的分层燃烧，并能使用较大的节气门开度，从而可以降低泵气损失。另外，稀燃混合气的绝热指数高，因此有利于提高汽油机的热效率。同时，在进气过程中喷油，利用汽油蒸发吸热来降低压缩过程中缸内混合气的温度，从而可以减少直喷汽油机的爆震倾向，因此直喷汽油机可以采用更高的压缩比。这些优点均有利于改善汽油机的燃油经济性。
但分层稀燃直喷汽油机在部分负荷工况下的排放是其面临的最大障碍。部分负荷时采用分层燃烧模式时，稀燃混合气可能会出现不完全燃烧甚至失火现象，由此产生大量的未燃碳氢；燃油和壁面的相互作用会导致在壁面附近滞留未蒸发的液体燃油或者较浓的混合气，进而导致碳氢和碳烟排放的增加。而缸内非均质混合气的燃烧，又会导致NOx排放增大。因此，如何合理地组织缸内混合气，以便在火化塞周围形成可点燃的混合气，减少缸内燃油湿壁，并在缸内形成适度分层的混合气是缸内直喷汽油机需要解决的关键问题之一。
缸内直喷汽油机混合气形成方式主要有壁面引导式(wall-guided)、空气引导式(air-guided)以及喷雾引导式(spray-guided)几种。其中，空气引导式直喷汽油机需要优化进气道或者燃烧室形状来增强缸内气流运动，以防燃油湿壁，这样，就对燃油的喷射方向和缸内气流运动作用的持久性有很高的要求，因此，这种形式的混合气形成方式没能在实际直喷汽油机上得到应用。
喷雾引导式直喷汽油机的主要特征是火花塞和喷油器布置距离较近，通过优化火花塞和燃油束的位置来确保在各种转速及负荷下火花塞附近都能组织合理的分层混合气，同时通过燃烧室结构优化设计，尽量减少燃油撞壁。这种混合气组织方式虽然可以拓宽分层燃烧模式下的运行范围，但是对喷油器、点火时刻和火花塞性能要求均较高。
壁面引导式缸内直喷汽油机主要通过燃烧室内活塞上的凹坑，并辅以一定的涡流/滚流运动，将喷射至活塞顶面的燃油引向火花塞。这种混合气组织方式在实际直喷汽油机中已经普遍采用，与喷雾引导式直喷汽油机相比，虽然这种缸内直喷汽油机对火花塞和喷油器的要求较低，但是其上凹坑与喷油定时的匹配、燃油湿壁现象等仍旧是限制这类汽油机功率输出和排放的主要因素。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可以在部分负荷工况下有效引导燃油，形成合理的分层混合气，并维持稳定燃烧和降低排放的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室。
为了达到上述目的，本发明提供的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室包括缸盖、活塞、夹在缸盖和活塞之间的气缸套、火花塞和喷油器；其中缸盖为蓬顶形，位于活塞的上端，其与活塞之间的空间形成燃烧室，缸盖的一侧安装有两个进气门，而另一侧则安装有两个排气门；火花塞竖直安装在位于进气门和排气门之间的缸盖上，并且偏向排气门一侧；喷油器以下端向燃烧室内部下方倾斜的方式安装在位于进气门外侧的缸盖上；活塞的表面上位于进气门和排气门下方的部位向上突出形成，由此形成两个凸起，并且两个凸起上凹陷形成有两个分别与两个进气门和两个排气门相对应的进气门避阀坑和排气门避阀坑，活塞表面中部偏向进气门一侧凹陷形成有一个主凹坑，靠近喷油器处的活塞表面凹陷形成有一个副凹坑，并且主凹坑与副凹坑相互连通。
所述的主凹坑为缩口式，并且深度大于副凹坑的深度。
所述的副凹坑呈半圆形，并且底面倾斜形成，而且越靠近主凹坑深度越大。
所述的副凹坑的中心线与主凹坑、火花塞和喷油器上相对应的中心线位于同一平面。
所述的喷油器为多孔喷油器。
本发明提供的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室可在燃油喷射较晚时利用副凹坑将燃油全部引向主凹坑，并利用主、副凹坑之间的深度差来增大燃油与空气的接触面积，从而可以减少活塞头部的燃油湿壁量，最后通过缩口式主凹坑壁将燃油引至火花塞，这样就可以保证分层燃烧着火的稳定性，增强油气在燃烧室空间的混合过程，减少燃油与壁面的接触，并且能够维持稳定燃烧，降低排放。
附图说明
图1为本发明提供的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室纵向结构剖视图。
图2为本发明提供的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室中活塞结构俯视图。
具体实施方式
下面参照附图和具体例对本发明提供的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室进行详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室包括缸盖1、活塞2、图中未示出的夹在缸盖1和活塞2之间的气缸套、火花塞3和喷油器4；其中缸盖1为蓬顶形，位于活塞2的上端，其与活塞2之间的空间形成燃烧室，缸盖1的一侧安装有两个进气门5，而另一侧则安装有两个排气门6；火花塞3竖直安装在位于进气门5和排气门6之间的缸盖1上，并且偏向排气门6一侧；喷油器4以下端向燃烧室内部下方倾斜的方式安装在位于进气门5外侧的缸盖1上；活塞2的表面上位于进气门5和排气门6下方的部位向上突出形成，由此形成两个凸起，并且两个凸起上凹陷形成有两个分别与两个进气门5和两个排气门6相对应的进气门避阀坑7和排气门避阀坑8，活塞2表面中部偏向进气门5一侧凹陷形成有一个主凹坑9，靠近喷油器4处的活塞2表面凹陷形成有一个副凹坑10，并且主凹坑9与副凹坑10相互连通。
所述的主凹坑9为缩口式，并且深度大于副凹坑10的深度。
所述的副凹坑10呈半圆形，并且底面倾斜形成，而且越靠近主凹坑9深度越大。
所述的副凹坑10的中心线与主凹坑9、火花塞3和喷油器4上相对应的中心线位于同一平面。
所述的喷油器4为多孔喷油器。
在本发明提供的壁面引导式缸内直喷汽油机燃油喷射较晚时，可通过副凹坑10将燃油全部引向主凹坑9，并利用两个凹坑之间的深度差来增大燃油与空气的接触面积；同时利用主凹坑9和副凹坑10的形状改变燃油的运动方向，同时增加燃油在该空间中与空气的接触几率，从而促进燃油和空气的混合；最后，通过缩口式主凹坑9的坑壁将燃油引至火花塞3，这样可以保证分层燃烧时着火的稳定性，增强油气混合过程，并且减少燃油与壁面的接触。另外，活塞2上形成凸起的作用是保证发动机具有一定压缩比的同时在燃烧室内形成挤流作用，并保证燃烧室的连通。此外，为了防止汽油机运行期间进气门5和排气门6与活塞2上的凸起相互干涉而在活塞2上设置了进气门避阀坑7和排气门避阀坑8。
本发明提供的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室工作原理如下：直喷汽油机工作时，在进气过程中进气门5已打开，新鲜空气由进气门5吸入气缸。当活塞2沿图中未示出的气缸套向下滑行到最低位置后又反向上行到某一时刻时，进气门5关闭。此时进、排气门5，6均关闭。活塞2继续向上滑行以压缩缸内的空气，当活塞2运动到某一位置时，发动机电控单元将发出喷油信号，此时喷油器4将一定量的燃油喷入燃烧室内，随后该燃油将向副凹坑10移动，其中位于喷油器4下侧的油束首先碰到副凹坑10的底面，并产生反弹，反弹起来的燃油再与其它油束相互作用，使得一部分燃油向上运动，另一部分燃油继续向主凹坑9移动，这样一方面增加了燃油在燃烧室空间内的滞留时间，另一方面，由于进入主凹坑9的燃油与其底面的接触面积减小，从而可以减少湿壁燃油量。最后，燃油在燃烧室内的气流和主凹坑9的引导下在火花塞3附近形成可点燃的分层混合气。此时，火花塞3跳火点燃可燃混合气。已燃混合气产生的能量又推动活塞2向下滑行，并对外输出转矩。当活塞2下行到接近最低位置时，排气门6打开，已燃废气从排气门6排出气缸。当活塞2再次上行到最高位置后，排气门6关闭。与此同时，在活塞2上行到达最高位置前的某一时刻，进气门5再次打开，重新开始新的工作循环。利用这种燃烧室结构，提高了混合气的着火燃烧可靠性，并减少了HC和碳烟的生成。

Claims (5)

1.一种壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室，其特征在于：所述的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室包括缸盖(1)、活塞(2)、夹在缸盖(1)和活塞(2)之间的气缸套、火花塞(3)和喷油器(4)；其中缸盖(1)为蓬顶形，位于活塞(2)的上端，其与活塞(2)之间的空间形成燃烧室，缸盖(1)的一侧安装有两个进气门(5)，而另一侧则安装有两个排气门(6)；火花塞(3)竖直安装在位于进气门(5)和排气门(6)之间的缸盖(1)上，并且偏向排气门(6)一侧；喷油器(4)以下端向燃烧室内部下方倾斜的方式安装在位于进气门(5)外侧的缸盖(1)上；活塞(2)的表面上位于进气门(5)和排气门(6)下方的部位向上突出形成，由此形成两个凸起，并且两个凸起上凹陷形成有两个分别与两个进气门(5)和两个排气门(6)相对应的进气门避阀坑(7)和排气门避阀坑(8)，活塞(2)表面中部偏向进气门(5)一侧凹陷形成有一个主凹坑(9)，靠近喷油器(4)处的活塞(2)表面凹陷形成有一个副凹坑(10)，并且主凹坑(9)与副凹坑(10)相互连通。
2.根据权利要求1所述的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室，其特征在于：所述的主凹坑(9)为缩口式，并且深度大于副凹坑(10)的深度。
3.根据权利要求1所述的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室，其特征在于：所述的副凹坑(10)呈半圆形，并且底面倾斜形成，而且越靠近主凹坑(9)深度越大。
4.根据权利要求1所述的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室，其特征在于：所述的副凹坑(10)的中心线与主凹坑(9)、火花塞(3)和喷油器(4)上相对应的中心线位于同一平面。
5.根据权利要求1所述的壁面引导式缸内直喷汽油机燃烧室，其特征在于：所述的喷油器(4)为多孔喷油器。
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