CN102003304A - 通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种在保持现有技术燃烧室容积、发动机动力性能的条件下，能进一步降低HC及NO_x排放的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构。一种通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，燃烧室(2)在汽缸头(1)上呈楔形，燃烧室(2)的室壁上设有进、排气门(3,4)和火花塞(5)，燃烧室(2)的室壁由斜面(21)、进、排气侧壁(22，23)组成，斜面(21)一端远离火花塞并靠近汽缸头(1)的端面(M)，另一端向火花塞(5)倾斜，进、排气侧壁(22,23)起于斜面(21)与汽缸头(1)的端面(M)的最近点，止于斜面(21)靠近火花塞(5)一端，并沿汽缸头(1)的端面(M)及斜面(21)的边缘之间形成，其特征在于：所述进、排气侧壁(22，23)中至少进气侧壁(22)的形状为渐开线形状。

Description

通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构

技术领域

 本发明属于发动机技术领域，具体涉及通用汽油机汽缸头上燃烧室结构的改进。

背景技术

通用汽油机属小型发动机，通常用于农业机械、园林机械等。汽油机工作时，活塞在气缸内作往复运动，当活塞位于上止点位置时，活塞顶部与气缸盖内表面所形成的空间称为燃烧室。燃烧室大都以凹坑形式出现在活塞或缸盖上，按凹坑形式不同分为浴盆型、楔型、半球型等燃烧室。汽油机的燃烧室在整个燃烧过程中起到极其重要的作用，直接影响到燃油效率、最大做功及废气排放的指标。改进前的通用汽油机燃烧室，整体形状是椭圆形，其燃烧室形状是楔形。这种燃烧室具有结构紧凑，火焰速度传播距离段，挤压流强，压缩比大的优点。但是，因该燃烧室的侧壁形状为R圆弧形状，其燃烧室斜面与汽缸头端面之间为R角过渡，不利于混合燃气在燃烧室内很好的形成涡流和滚流；同时，由于活塞的形状是圆形的，当活塞运行到上止点位置时，活塞顶部与其椭圆形状之间便会形成一定死角。以上两个因素，使现有技术的燃烧室存在局部燃烧不充分、燃烧速度偏慢，引起燃烧室局部高温，会导致废气中HC及NO_x的含量增加而超标，而随着各国排放要求的提高，这种结构的燃烧室已不能满足现代汽油机的工作需要和废气排放要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种在保持现有技术燃烧室容积、发动机动力性能的条件下，能进一步降低HC及NO_x排放的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构。

为实现上述目的，本发明提供的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构方案一，燃烧室在汽缸头上呈楔形，燃烧室的室壁上设有进、排气门和火花塞，燃烧室的室壁由斜面、进、排气侧壁组成，斜面一端远离火花塞并靠近汽缸头的端面，另一端向火花塞倾斜，进、排气侧壁起于斜面与汽缸头的端面的最近点，止于斜面靠近火花塞一端，并沿汽缸头的端面及斜面的边缘之间形成，其特征在于：所述进、排气侧壁中至少进气侧壁的形状为渐开线形状。由于本发明采用了渐开线形状的进气侧壁，在进气时，速度较高的混合气体切向进入燃烧室内，在渐开线形状的进气侧壁强制导流下，混合气体成螺旋状运动从而形成进气涡流，同时渐开线形状使其导流的气体所遇到的阻力小于圆弧形状，能够增加进气涡流的强度。当然，本方案中进、排气侧壁均可设计成渐开线形状，会更有利于进气涡流的形成及强度的增加，同时在排气时，也会相应形成更有利的排气涡流及增加其强度。

在方案一基础上进一步改进，方案二的特别之处在于：所述进、排气侧壁中至少进气侧壁其从斜面向汽缸头的端面之间为渐开线过渡。这一改进，使发动机由进气道进入的较高速度的混合气，不仅因方案一会获得更好的进气涡流，同理，也因为混合气沿燃烧室斜面与汽缸头端面之间的渐开线成螺旋状运动从而形成更好的进气滚流。在本方案中，如果进、排气侧壁其从斜面向汽缸头的端面之间均设计为渐开线过渡，则在进、排气时，将更好地形成进气滚流和排气滚流并增加其强度。

作为方案一的再改进，方案三的特别之处在于，所述进、排气侧壁的渐开线形状的曲率不相同。这样的设计，在保证形成良好的进气涡流和滚流的情况下，同样能保证形成良好的排气涡流和滚流，利于燃烧室中废气的完全排出，提高下一步吸气冲程的充气效率。

作为对方案一至三的任一通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构的改进，其特别之处还在于：所述汽缸头的端面为一圆形，其在靠近火花塞一端收缩为弦状。这样的改进，使原椭圆形状的燃烧室形成的死角减少。

根据燃烧室工作原理，进气涡流能有效缩短燃烧滞燃期、提高火焰传播速度、提高燃烧速度并增大热释放率；滚流有利于缸内的分层燃烧，改善燃烧过程；排除废气如果完全，提高了下一步的充气效率，能有效提高汽油机的性能，同时降低油耗；而燃烧室死角的减少，同样能保证燃气的充分燃烧。所以这些改进后的效果，都更利于燃油-空气混合气在燃烧室中的充分燃烧，从而最终降低废气中的HC和NO_x含量，使通用汽油机的排放达到环保法规的要求。

此外，本发明中，火花塞的中轴线与垂直于汽缸头的端面的水平方向的面的偏转角α为4度到14度，与垂直于汽缸头的端面的垂直方向的面的夹角β为8度到18度。这样的安排，利于燃烧室的点火，利于充分燃烧。

下面结合一款通用汽油机(420)改进前后的排放测试数据对比对本发明的有效效果进行说明，测试条件：转速为3060转/分，相对湿度为62.6%，压强为968.5百帕。

表1：改进前的通用汽油机排放加权测试结果

表2：改进后的通用汽油机排放加权测试结果

由表1、表2对比可以看出，改进前后的排放加权测试结果，除CO指标略有上升外(但仍符合相关法规的要求)，其余指标均得到明显改善，尤其是NOx和HC两项在改进前超标的指标，改进后均达到了相关法规的排放要求，取得了较好的改进效果。

附图说明

图1为改进前的燃烧室结构示意图(正视)；

图2为本发明燃烧室的结构示意图(正视)；

图3为图1中B-B向剖视图；

图4为图1中A-A向剖视图；

图5为图1中C-C向剖视图。

其中，1为汽缸头，2为燃烧室，21为燃烧室斜面，22、23为燃烧室进、排气侧壁，3为进气门，4为排气门，5为火花塞，M为汽缸头的端面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图2-图5所示，本发明的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，燃烧室2在汽缸头1上呈楔形，燃烧室2的室壁上设有进、排气门3,4和火花塞5，燃烧室2的室壁由斜面21、进、排气侧壁22，23组成，斜面21一端远离火花塞并靠近汽缸头1的端面M，另一端向火花塞5倾斜，进、排气侧壁22,23起于斜面21与汽缸头1的端面M的最近点d，止于斜面21靠近火花塞5一端的h、f点及k、f点附近，并沿汽缸头1的端面M及斜面21的边缘之间形成，进气侧壁大致范围为点d、e、f、h、i所围成的区域，排气侧壁大致范围为点d、g、f、k、j所围成的区域。本发明的要点在于：进、排气侧壁22，23中至少进气侧壁22的形状为渐开线形状。作为优选方案，本实施例中，进气侧壁22即点d、e、f、h、i所围成的区域的正投影和排气侧壁23即点d、g、f、k、j所围成的区域的正投影，其形状均为渐开线形状。

如图3-图5所示，本发明的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，进一步的要点是：进、排气侧壁22,23中至少进气侧壁22其从斜面21向汽缸头1的端面M之间为渐开线过渡，使其导流通道的截面也是渐开线形状。作为优选方案，本实施例中，进、排气侧壁22,23其截面均为渐开线形状。

如图4、图5所示，本发明的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，其要点更在于：所述进、排气侧壁22,23的渐开线形状的曲率不相同。以使进、排气侧的主要作用在于各自形成进气涡流、进气滚流及排气涡流、排气滚流。

如图2所示，本发明的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，其汽缸头1的端面M为一圆形，其在靠近火花塞5一端收缩为弦状。这样的布置，使火花塞到d点的水平距离相对较短，有利于缩短混合燃气的点燃时间，使燃烧更充分，减少废气中有害物质的含量。

如图3、图4所示，本发明的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，其火花塞5的中轴线与垂直于汽缸头1的端面M的水平方向(图1中)的面的偏转角α为4度到14度，与垂直于汽缸头1的端面M的垂直方向(图1中)的面的夹角β为8度到18度。

Claims (4)

1.一种通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，燃烧室(2)在汽缸头(1)上呈楔形，燃烧室(2)的室壁上设有进、排气门(3,4)和火花塞(5)，燃烧室(2)的室壁由斜面(21)、进、排气侧壁(22，23)组成，斜面(21)一端远离火花塞并靠近汽缸头(1)的端面(M)，另一端向火花塞(5)倾斜，进、排气侧壁(22,23)起于斜面(21)与汽缸头(1)的端面(M)的最近点，止于斜面(21)靠近火花塞(5)一端，并沿汽缸头(1)的端面(M)及斜面(21)的边缘之间形成，其特征在于：所述进、排气侧壁(22，23)中至少进气侧壁(22)的形状为渐开线形状。

2.根据权利要求1所述的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，其特征在于：所述进、排气侧壁(22,23)中至少进气侧壁(22)其从斜面(21)向汽缸头(1)的端面(M)之间为渐开线过渡。

3.根据权利要求1所述的通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，其特征在于：所述进、排气侧壁(22,23)的渐开线形状的曲率不相同。

4.根据权利要求1至3的任一通用汽油机汽缸头上的燃烧室结构，其特征在于：所述汽缸头(1)的端面(M)为一圆形，其在靠近火花塞(5)一端收缩为弦状。

Images