CN105020020B - 发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机，包括：曲柄连杆机构，曲柄连杆机构包括机体组，机体组的气缸体内具有气缸，机体组的气缸盖内形成有与每个气缸对应的进、排气道，气缸盖的对应气缸的底面部分形成有上凹结构；火花塞，每个气缸对应设置一个火花塞；柴油喷油器，每个气缸对应设置一个柴油喷油器；汽油喷油器；配气机构，配气机构包括对应每个气缸的进气门和排气门，进气门的中心线与通过发动机的纵向中心线的竖直平面的夹角在0°‑5°之间，排气门的中心线与竖直平面的夹角在0°‑5°之间，压缩比为13‑17。本发明的发动机通过合理地控制压缩比和气门设置角度，从而能够获得较佳的燃烧效果，利于提高发动机的燃烧效率、动力输出性能和燃油经济性。

Description

发动机

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其是涉及一种发动机。

背景技术

发动机的机体组包括气缸盖、气缸盖衬垫、气缸体和油底壳。气缸体内形成有多个气缸，活塞可以在气缸内作往复直线运动。在发动机循环作功时，特别对于压缩冲程以及作功冲程，活塞会施加给气缸壁很大的力，气缸壁长期处于该力作用下容易发生变形，从而降低发动机的燃油经济性、动力性以及排放性能，导致发动机的性能变差。

此外，传统汽油发动机热效率差，不如柴油发动机燃烧效率高，而柴油发动机排放较高，特别对于低温起动时，有害气体排放成倍增加，且存在低温起动困难的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种发动机，特别是一种双燃料发动机，该发动机具有适宜的压缩比和涡流比，燃烧效率高、动力性强且燃油经济性好。

根据本发明实施例的发动机，包括：曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构包括机体组、活塞连杆组以及曲轴飞轮组，所述机体组的气缸体内具有至少一个气缸，所述机体组的气缸盖内形成有与每个所述气缸对应的进气道和排气道，所述气缸盖的对应气缸的底面部分形成有上凹结构；火花塞，每个所述气缸对应设置一个所述火花塞；柴油喷油器，每个所述气缸对应设置一个所述柴油喷油器；用于喷射汽油燃料的汽油喷油器；以及配气机构，所述配气机构包括对应每个所述气缸的进气门和排气门，所述进气门的中心线与通过所述发动机的纵向中心线的竖直平面的夹角在0°-5°之间，所述排气门的中心线与所述竖直平面的夹角在0°-5°之间，并且所述发动机具有13-17的压缩比。

根据本发明实施例的发动机，通过合理地控制压缩比和气门设置角度，从而能够获得较佳的燃烧效果，利于提高发动机的燃烧效率、动力输出性能和燃油经济性。

另外，根据本发明实施例的发动机，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述压缩比在14.8-15.5。

根据本发明的一些实施例，所述火花塞与所述柴油喷油器相对所述气缸的中心线偏置 设置。

根据本发明的一些实施例，所述柴油喷油器的中心线与所述气缸的中心线平行，所述柴油喷油器位于进气侧，所述火花塞相对所述气缸的中心线倾斜设置，所述火花塞位于排气侧。

根据本发明的一些实施例，所述火花塞的中心线与所述气缸的中心线之间的夹角在8°-12°，所述火花塞的中心线与所述气缸盖的底面的交点到所述气缸的中心线的距离在0.15D以内，所述D为气缸的直径；以及所述柴油喷油器的中心线与所述气缸盖的底面的交点到所述气缸的中心线的距离在0.06D以内。

根据本发明的一些实施例，所述柴油喷油器的喷雾锥角在75°-80°之间。

根据本发明的一些实施例，所述上凹结构形成为篷形且具有倒“V”形竖直截面，所述倒“V”形的夹角在171°30′-176°之间。

根据本发明的一些实施例，所述活塞的顶面上形成有凹坑，所述凹坑为回转体形状，所述回转体的回转母线包括用于形成所述凹坑的侧壁的侧壁曲线段以及用于形成所述凹坑的底壁的底壁混合线段，所述侧壁曲线段包括依次相连的侧壁过渡段、侧壁缩口段和侧壁圆弧段，所述底壁混合线段包括依次相连的底壁第一直线段、底壁第一圆弧段、底壁第二直线段、底壁第二圆弧段和底壁第三直线段。

根据本发明的一些实施例，所述侧壁过渡段的曲率半径为18-22mm，所述侧壁缩口段的曲率半径在1.5-2mm，所述侧壁圆弧段的曲率半径在3.5-4.5mm之间，所述底壁第一圆弧段的曲率半径为11-15mm，所述底壁第二圆弧段的曲率半径为23-27mm；以及所述底壁第一直线段和所述底壁第三直线段分别与所述气缸体的顶面平行，所述底壁第二直线段相对所述气缸盖的底面倾斜设置，其中所述底壁第一直线段的长度为3.5-4.5mm，所述底壁第二直线段与所述气缸盖的底面的夹角在20°-24°。

附图说明

图1是根据本发明实施例的发动机的立体图；

图2是根据本发明试试的发动机的局部剖视图；

图3是图2中的局部示意图；

图4是柴油喷油器、火花塞与对应气缸中心线的示意图；

图5是根据本发明实施例的发动机的进气道和排气道的俯视图；

图6是根据本发明实施例的发动机的进气门、排气门之间夹角以及与气缸盖底面的夹角的示意图；

图7是火花塞、柴油喷油器与气缸中心线之间的示意图；

图8是活塞的凹坑的示意图；

图9是凹坑的通过回转轴线的任意竖直截面图；

图10是活塞的立体图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1-图10详细描述根据本发明实施例的发动机1000，发动机1000的特点是液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生能量，然后再转变成机械能。对于车辆而言，其发动机1000一般可采用四冲程形式，发动机1000一般可以包括配气机构、曲柄连杆机构、供给系统、点火系统、冷却系统和润滑系统等。

其中，曲柄连杆机构的功用是把燃气作用在活塞109上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。一般地，曲柄连杆机构主要包括活塞连杆组、曲轴飞轮组以及机体组。

活塞连杆组将活塞109的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞109上的力转变为曲轴对外输出的转矩，从而驱动车辆的车轮转动。一般地，活塞连杆组包括活塞109、活塞环、活塞销和连杆等，活塞销用于连接活塞与连杆。曲轴飞轮组主要由曲轴与飞轮构成。

机体组是发动机的支架，是活塞连杆组、曲轴飞轮组、配气机构和发动机1000各系统主要零件的装配基体。机体组主要包括气缸盖101、气缸盖衬垫、气缸体201和油底壳301(如图1所示)，气缸盖101设在气缸体201的顶面，气缸盖衬垫夹设在气缸盖101的底面M1(底面M1如图3所示)与气缸体201的顶面之间，用于密封气缸盖101与气缸体201之间的缝隙，油底壳301设置在气缸体201的底部。在本发明的描述中，如图1所示，发动机1000(或机体组)的纵向指的是发动机1000的长度方向，发动机1000(或机体组)的横向指的是发动机1000的厚度(宽度)方向，发动机1000(或机体组)的高度方向指的是平行于气缸203的中心线的方向。

如图1且结合图2所示，气缸体201具有至少一个气缸203，气缸203是为活塞109在其中运动进行导向的圆柱形空腔，气缸203一般形成在气缸体201的上半部，而气缸体201的下半部一般可以是曲轴箱，但不限于此。对于直列发动机1000而言，如图2所示，其多个气缸203是沿发动机1000的纵向中心线200并置的(纵向中心线200如图2所示)，即多个气缸203沿发动机1000的纵向排列成一条直线。对于V形发动机1000而言，其一般分为两组气缸203，该两组气缸203之间的夹角一般在30°-60°之间，但不限于此。

如图3所示，气缸盖101内形成有与每个气缸203对应的进气道103和排气道104，进气道103用于向燃烧室输送油气混合物(或者空气)，排气道104用于排出废气。一般地，可以采用两进两出气道形式，即进气道103和排气道104均为两个，但不限于此，例如还可以采用三进两出或一进一出，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据实际需要以及气缸盖101的内部构造而适应性设定。

配气机构设置在气缸盖101上，配气机构的作用是按照发动机1000每一气缸203内进行的工作循环和点火次序的要求，定时开启和关闭进气门108以及排气门110，使新鲜冲量(例如油气混合物或空气)及时进去气缸203内，而废气及时从气缸203排出。

配气机构主要包括气门组和气门传动组零件，气门组一般包括进气侧气门(简称进气门108，结合图6)以及排气侧气门(简称排气门110，结合图6)，进气门108和排气门110可以分别通过单独的凸轮轴驱动其定时打开、关闭。凸轮轴可以与发动机1000的曲轴联动，凸轮轴与发动机1000之间可以采用齿轮传动、链传动或带传动等多种方式。

其中，对于四冲程发动机1000而言，每个气缸203至少对应一个进气门108和一个排气门110，一般地，进气门108的数量与进气道103的数量是相同的，排气门110的数量与排气道104的数量是相同的。例如，可以采用两进两出四气门结构，或者三进两出五气门结构，当然也可以采用一进一出两气门结构。每个燃烧室内的进气门108和排气门110通过对应凸轮轴的驱动从而按照一定规律循环打开，从而及时地向燃烧室内补入油气混合物(或新鲜空气)，并在燃烧作功后及时将废气排出。

火花塞105的功用是将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，并在两个电极之间产生电火花，从而点燃可燃混合气，火花塞105主要可以由中心电极、侧电极、壳体和绝缘体等组成。在本发明的一些实施例中，每个气缸203都对应设置一个火花塞105，该火花塞105可以采用螺纹连接的方式固定在气缸盖101的相应位置处。

汽油喷油器用于喷射汽油燃料，在本发明的实施例中，对汽油喷油器的具体设置位置不作特殊限定。例如，汽油喷油器可以与气缸203的数量是一一对应的(即，多点喷射)，汽油喷油器可以设置在气缸盖101上并可直接将燃料喷入对应气缸203的进气门108的前方。当然，一个汽油喷油器也可以对应多个气缸203(即，单点喷射)，该喷油器可以安装在节气门前的区段中，燃料喷入后可随空气流进入进气支管内，并分别分配给每个气缸203。

柴油喷油器107用于喷射柴油燃料，柴油喷油器107可以设置在气缸盖101上，柴油喷油器107的喷嘴部分可以位于对应的燃烧室内。在本发明的一些实施例中，每个气缸203对应设置一个柴油喷油器107。

应当理解的是，关于柴油喷油器107以及汽油喷油器的具体构造、工作原理以及相关的供油系统等，均已为现有技术且为本领域的普通技术人员所熟知，因此这里不再一一赘述。

其中，作为可选的实施方式，每个燃烧室均对应一个汽油喷油器和一个柴油喷油器107，且该一个汽油喷油器和该一个柴油喷油器107可以集成为一个整体，该一个整体式喷油器可以具有一个喷嘴，在需要喷射汽油时用于喷射汽油，而在需要喷射柴油时则用于喷射柴油。或者该一个整体式喷油器也可以具有两个喷嘴，一个用于喷射汽油，另一个用于喷射柴油，两个喷嘴互不干涉。在这些实施例中，汽油喷油器喷出的汽油燃料是直接喷入到燃烧室内的，而不经过进气支管或进气道，与上述汽油喷油器的多点喷射以及单点喷射的设置方式不同。

由于根据本发明实施例的发动机1000具有用于喷射柴油的柴油喷油器107以及用于喷射汽油的汽油喷油器，因此根据本发明实施例的发动机1000也可以称之为汽油柴油双燃料发动机1000(简称双燃料发动机1000)。

根据本发明实施例的双燃料发动机1000，在起动发动机1000时，可以通过火花塞105引燃方式进行点火起动。而在双燃料发动机1000正常起动后，可以通过喷射柴油以压燃方式工作，此时火花塞105可以停止工作。从而，使得根据本发明实施例的双燃料发动机1000相比于柴油发动机，在起动时可以有效降低排放，特别对于柴油发动机低温起动困难的问题，通过点燃方式可以顺利起动。在根据本发明实施例的双燃料发动机1000起动后，可以通过压燃方式取代火花塞105的点燃方式，由此高压缩比有助于充分燃烧，提高发动机1000的燃油经济性以及动力输出性能。

此外，根据本发明实施例的发动机1000由于正常工作冲程循环时火花塞105可以停止工作，火花塞105可以只在起动时进行点火，因此可以大大减少火花塞105的点火次数，提高火花塞105的使用寿命，降低使用成本，同时也简化了控制策略。

但是，需要说明的是，上述关于根据本发明实施例的双燃料发动机1000的起动过程以及正常冲程循环仅是示意性地说明，不能理解为是对本发明的一种限制，或者暗示本发明的发动机1000仅能以上述方式起动或以上述方式正常循环工作。

参照图3和图4所示，根据本发明实施例的气缸盖1的底面M1采用非整体式平面结构，具体而言，气缸盖1的对应气缸的底面部分形成有上凹结构401，换言之，以直列四气缸为例，该气缸盖1的底面可以具有四个上凹结构401，每个上凹结构401对应一个气缸203。

由此，由于采用非整体式平面结构，区别于传统柴油发动机的平底结构，因此根据本发明实施例的发动机可以基于汽油发动机，即以汽油发动机作为原型机进行改造。

并且，由于采用上凹结构401，活塞109在上止点时可以更加靠近气缸盖，有效利用缸盖空间，使活塞109的压缩高度降低，活塞109的重量减轻，从而减少了活塞连杆组的摩擦损失，提高了发动机的热效率。

发明人发现，对于双燃料发动机1000而言，合理地设计压缩比对于发动机1000的燃油经济性、降低排放以及改善动力输出有着直接关系。

有鉴于此，发明人根据多年的行业经验以及大量实验发现，通过将压缩比控制在13-17特别是14-16之间，可以有效解决发动机1000冷起动困难的问题，同时避免高压缩比带来的爆震问题，使发动机1000起动、运行更加平稳、可靠，动力输出性强且达到了较佳的燃油经济性以及较低的有害气体排放。

发明人进一步发现，通过将压缩比控制在14.8-15.5之间较优。因此，根据本发明的一个实施例，压缩比在14.8-15.5之间。特别地，根据本发明的一个优选实施例，发动机1000的压缩比为15.1。根据本发明的另一个实施例，压缩比为15.3。

由于根据本发明实施例的气缸盖101上不仅要布置柴油喷油器107，同时还要布置火花塞105，因此对气缸盖101的结构要求较高，同时也增加了配气机构的布置难度。

结合图6所示，由于进气门108封闭进气道103末端(燃烧室处)的进气口102且进气门108的中心线与该进气口102是大致正交的，类似地，排气门110封闭排气道104头端(燃烧室处)的排气口106且排气门110的中心线与该排气口106是大致正交的，因此进气门108以及排气门110的设置角度间接反映了该进气口102与气缸盖101底面M1以及排气口106与气缸盖101底面M1之间的夹角。

例如，以进气门108与通过发动机1000的纵向中心线200的竖直平面M3(M3如图6所示)的夹角为5°为例，则该进气门108与气缸盖101底面M1的夹角为85°左右，而由于该进气口102与进气门108是大致正交的，因此该进气口102与气缸盖101底面的夹角在5°左右，从而可以认为进气道103特别是进气道103尾段与气缸盖101的底面夹角即为5°左右。

类似地，以排气门110与上述竖直平面M3的夹角为5°为例，则该排气门110与气缸盖101底面M1的夹角为85°左右，而由于该排气口106与排气门110是大致正交的，因此该排气口106与气缸盖101底面的夹角在5°左右，从而可以认为排气道104特别是排气道104初始段与气缸盖101的底面夹角即为5°左右。

简言之，进气门108和排气门110的设置角度间接反映了排气道104(特别是排气道104的尾段，可以认为是排气口104)以及进气道103(特别是进气道103的初始段，可以认为是进气口102)与气缸盖101底面的夹角。即，如图6所示，可以近似地认为β1＝β4，β2＝β5。

而基于此，发明人发现，通过合理设计进气道103(间接反映进气口102)、排气道104(间接反映排气口106)与气缸盖101底面M1的夹角，从而不仅能够方便设计气缸盖101，降低气缸盖101的内部构造(例如为柴油喷油器107、火花塞105、各种气道、水套)的设计难度，同时特别地，通过合理设计该夹角，从而保证发动机1000在各转速下均具有较佳地扩散燃烧阶段的混合速率，并在达到一定范围内时能够增大湍流强度，进而利于燃烧过程的顺利进行，同时降低烟度。

发明人发现，通过将进气口102和排气口106设计成与气缸盖101底面M1的夹角β4、β5分别在0°-5°之间，对燃烧过程的顺利进行以及烟度的降低具有显著效果。因此，在本发明的一些实施例中，进气门108的中心线与通过发动机1000的纵向中心线的竖直平面M3的夹角β2为0°-5°之间，类似地，排气门110的中心线与该竖直平面M3的夹角β1也在0°-5°之间。

但是本发明不限于此，在本发明的另一些实施例中，进气门108的中心线和排气门110的中心线之间的夹角β3可以小于10°。换言之，在该实施例中，并不限于进气门108与竖直平面M3之间的夹角必需在5°以内，排气门110与竖直截面M3的夹角也必须在5°之 内，例如进气门108与竖直平面M3之间的夹角可以是8°，而排气门110与竖直平面M3之间的夹角小于2°即可，从而保证二者之间的夹角β3不大于10°。

由此，同样可以保证发动机1000在各转速下均具有较佳地扩散燃烧阶段的混合速率，并在达到一定范围内时能够增大湍流强度，进而利于燃烧过程的顺利进行，同时降低烟度。同时，这种较窄的气门夹角可使气缸盖101结构紧凑，减少冷却损失并得到最佳的表面积/容积。需要说明的是，上述进气门108与排气门110的夹角指的是在发动机1000的横向上彼此相对的进气门108与排气门110。

发明人发现，通过控制上述进气门108、排气门110的设置角度，同时配合适宜的压缩比(例如13-17)，从而可以更好地解决发动机1000低温起动困难的问题，避免由于高压缩比导致的爆震现象，改善发动机1000的燃油经济性以及动力性，有害气体的排放大大降低。

作为一些可选的进一步的实施例，如图4所示，上凹结构401形成为篷形，换言之，上凹结构401具有倒“V”形竖直截面结构。具体而言，上凹结构401的纵向竖直截面为倒“V”形，该纵向竖直截面指的是通过发动机1000的纵向中心线200的竖直截面。该倒“V”形的夹角β8在171°30′-176°之间。

由此，处于该夹角范围的篷形气缸盖底面结构可以更好地匹配高压缩比以及进气门108、排气门110与竖直平面M3的夹角，从而更好地提高燃烧效率，降低排放。

下面结合图8-图10对根据本发明实施例的活塞109进行详细描述。

由于活塞109的选型关系到压缩比，同时也关系到发动机1000的整机性能，因此合理地选型活塞109对发动机1000而言至关重要。

结合图8-图10所示，根据本发明的一些实施例，活塞109的顶面形成有凹坑111，该凹坑111与气缸壁的内壁面以及气缸盖101的底面M1共同构成燃烧室。凹坑111的大小、型线直接决定了燃烧室的构造，并进而关联到发动机1000的各项燃烧指标。

在本发明的实施例中，凹坑111优选是回转体形状，该回转体的回转轴线117(如图9所示)与对应气缸203的中心线M2(M2如图7所示)重合，换言之，该凹坑111形成在活塞109顶部的中心。由此，凹坑111居中布置可以避免活塞109受力不均而导致气缸壁局部受力集中，从而可以改善气缸203变形问题，同时凹坑111居中还能在一定程度上减小活塞109与气缸壁之间的摩擦，提高活塞109的寿命以及活塞109与气缸壁之间的密封性，减少从活塞109与气缸壁之间间隙而逸出到曲轴箱内的燃气，避免该部分燃气影响曲轴箱内机油的性能和寿命。

结合图8-图10所示，凹坑111为“ω”形，即凹坑111的通过回转轴线117的竖直截面为“ω”形。这里，需要说明的是，凹坑111为“ω”形应当作广义理解，即可以理解 为凹坑111的竖直截面可以是与“ω”形近似的形状，即凹坑111的上部至少应当具备一个缩口特征。关于“ω”形凹坑111的具体型线将在下面结合具体的实施例给出详细描述。

作为优选的实施方式，凹坑111顶部具有缩口结构127，且活塞109的口径比保持在0.7-0.8之间，活塞109的缩口比保持在0.8-0.9之间。具体地，活塞109的口径比指的是凹坑111的缩口结构127最窄处与气缸203的直径的比值，即口径比为K4/D(其中K4如图8所示，气缸直径D结合图3所示)。活塞109的缩口比指的是凹坑111的缩口结构127最窄处与凹坑111缩口结构127下部最宽处的直径之比，即缩口比为K4/K5(K4、K5结合图8所示)。

由此，通过合理地设计活塞109的口径比与缩口比，使得活塞109的口径比保持在0.7-0.8之间，缩口比保持在0.8-0.9之间，这样较大的口径比和较小的缩口比利于柴油向燃烧室余隙和淬熄区的扩散，有利于降低HC排放。同时还降低了燃烧过程中燃烧室的传热损失，使燃料燃烧得更充分，从而提高了发动机1000的热效率。

下面将结合图8-图9对凹坑111结构作详细说明。

如图9所示，凹坑111为回转体形状，回转体具有回转母线115和回转轴线117，该回转体为回转母线115围绕回转轴线117旋转360°形成。在图9的示例中，实际上包括回转轴线117的任意竖直截面，在该截面上，回转轴线117左右两侧对称的部分均可以作为回转母线115，在下面的描述中，以位于回转轴线117左侧的部分作为回转母线115进行描述。

具体地，回转母线115包括侧壁曲线段119和底壁混合线段129，该侧壁曲线段119用于形成凹坑111的侧壁，该底壁混合线段129用于形成凹坑111的底壁，其中底壁混合线段129至少包括底壁直线段和底壁曲线段。

由于侧壁曲线段119以及底壁混合线段129的线型直接关系到燃烧室的形状，进而关系到发动机1000的热效率等。因此合理地设计侧壁曲线段119以及底壁混合线段129的具体线型对发动机1000的热效率以及整体性能有着重要作用。

结合图9所示，具体而言，侧壁曲线段119可以包括侧壁过渡段121、侧壁缩口段123和侧壁圆弧段125，侧壁过渡段121、侧壁缩口段123和侧壁圆弧段125从上至下依次相连。侧壁过渡段121用于形成连接缩口结构127与活塞109顶面的过渡部分，侧壁缩口段123用于形成上述的缩口结构127，侧壁圆弧段125用于形成燃烧室的下部侧壁部分。

底壁混合线段129包括底壁第一直线段131、底壁第一圆弧段133、底壁第二直线段135、底壁第二圆弧段137和底壁第三直线段139，其中底壁第一直线段131、底壁第一圆弧段133、底壁第二直线段135、底壁第二圆弧段137和底壁第三直线段139在径向上从外向内依次相连，且底壁第一直线段131的外端与侧壁圆弧段125的下端相连。

发明人发现，通过将侧壁曲线段119以及底壁混合线段129按照上述线型进行设计，有利于柴油向燃烧室余隙和淬熄区的扩散，有利于降低HC等有害气体的排放。

进一步，由于侧壁曲线段119由多种曲线段构成，底壁混合线段129由多种曲线段以及直线段构成，因此各曲线段以及直线段的相关参数直接关系到发动机1000的热效率以及发动机1000的性能。

在本发明的一些实施例，如图9所示，侧壁过渡段121的曲率半径r0可以是18-22mm之间，优选是20mm，侧壁缩口段123的曲率半径r1可以在1.5-2mm之间，侧壁圆弧段125的曲率半径r2在3.5-4.5mm之间，优选在3.5-4mm之间，底壁第一直线段131优选是平行于气缸体顶面的，底壁第一直线段131的长度可以在3.5-4.5mm之间，优选为4mm，底壁第一圆弧段133的曲率半径r3可为11-15mm之间，优选为13mm，底壁第二直线段135相对气缸体201的顶面倾斜设置，倾斜夹角β7可以在20°-24°之间，优选为22°，底壁第二圆弧段137的曲率半径r4可为23-27mm，优选为25mm，底壁第三直线段139优选是平行于气缸体顶面的，并且底壁第三直线段139位于底壁第一直线段131的上方(斜上方)，即底壁第三直线段139的设置高度大于底壁第一直线段131的设置高度。

上述设计方式可以使得活塞109的口径比保持在0.7-0.8之间，缩口比保持在0.8-0.9之间，并且是一种较优选的实施方式，利于柴油向燃烧室余隙扩散，从而有效降低HC排放，降低NOx，利于燃烧的进行，提高了燃烧的充分程度。

综上，根据本发明实施例的活塞109结构充分结合了传统的柴油“ω”型和浅盘型汽油燃烧的特点，通过对燃烧室线型的优化和创新设计，满足了双燃料发动机1000在不同工作模式下对燃烧室结构的需求。

同时，根据本发明实施例的活塞109在整体上形成浅“ω”型，面容比大大降低,从而降低了发动机1000在工作过程中对外的传热损失,提高了发动机1000的热效率。

另外，根据本发明实施例的发动机1000的气缸盖101的底面M1具有上凹结构401，配合这种“ω”型活塞109以及适宜的气门角度和压缩比(例如14.8-15.5)，从而在整体上提升了发动机1000的各项性能，降低了有害气体的排放。并且，根据本发明实施例的发动机1000可以以柴油发动机作为原型机进行改造。

下面参照图7结合具体实施例对火花塞105和柴油喷油器107进行详细描述。

首先描述火花塞105的设置方式。

在本发明的实施例，火花塞105设置在气缸盖101上，例如火花塞105可通过螺纹结构紧固在气缸盖101上。火花塞105的设置位置关系到火焰传播距离、火焰面积扩展速率、燃烧速度等，对于起动时的排放有着重要影响。

发明人发现，如图7所示，通过将火花塞105偏置，即偏离气缸203的中心线M2设置，同时控制火花塞105与气缸盖101交点距离气缸203中心线的距离K1对于起动时燃烧火焰以及燃烧速率的控制具有有益影响。

由此，在一些实施例中，火花塞105偏离对应气缸203的中心线M2设置，也就是说，火花塞105的中心线与对应气缸203的中心线M2是不重合的，并且优选地，火花塞105是位于排气侧的，如图7所示。

进一步，在一些实施例中，火花塞105的中心线与气缸盖101的底面的交点距离气缸203的中心线M2的距离K1在0.2D以内，其中D为气缸203的直径(内径)，即K1小于0.2D。

由此，在起动发动机1000时，可以避免发生爆震现象，改善火焰面积扩展速率以及燃烧速率，均衡火焰传播距离，有效避免早燃，同时也方便发动机1000清扫废气，更好地改善点火困难问题，且大大提高了起动以及低速低负荷工况(此时火花塞105也可以参与点火工作)的工作稳定性。此外，由于根据本发明实施例的发动机1000具有柴油喷油器107，通过将火花塞105偏置，从而为柴油喷油器107的布置方式提供有效空间，避免二者在安装位置上发生干涉而影响发动机1000的性能。

作为优选的实施方式，火花塞105的中心线与气缸盖101的底面的交点距离气缸203的中心线的距离在0.15D以内，即K1＜0.15D。

其中，在一个优选实施例中，K1＝0.098D。在另一个优选的实施例中，K1＝0.105D。在又一个优选的实施例中，K1＝0.12D。

在本发明的实施例中，如图7所示，火花塞105的第一端伸入到对应的气缸203内，火花塞105的第二端穿过该气缸203对应的排气道104并向外延伸，这里的向外延伸指的是向背离燃烧室的方向延伸。通过这种布置，可以使得气缸盖101结构更加紧凑，同时避免与柴油喷油器107发生干涉，火花塞105穿过排气道104可以最大限定地节约布置空间，同时对于排气性能影响较小，大大提高了气缸盖101顶面的空间利用率。

作为进一步优化的实施例，结合图5，每个气缸203对应的排气道104为两个，两个排气道104的尾部彼此靠近并紧邻以形成共用通道112，火花塞105的第二端可以穿过该共用通道112并向外延伸。这样，火花塞105位于两个排气道104的正中，使得气缸盖101的整体结构更加紧凑，空间利用率更高，利于减少机体组占用的体积，特别为配气机构以及柴油喷油器107的布置提供了便利。

但是，本发明中火花塞105也可以设置为不穿过排气道104，而位于排气道104的朝向进气道103的一侧处，如图3所示。简言之，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据实际需要而灵活的设计火花塞105与排气道104的位置关系，包括但并不限于上述的穿过排气道形式以及不穿过排气道的形式。

发明人发现，对于传统发动机1000而言，其火花塞105一般居中布置，且火花塞105的中心线与气缸203的中心线重合。而本申请中火花塞105偏置设置，因此火花塞105的设置角度对火焰面积扩展速率以及燃烧速率会产生一定的影响。

发明人发现，将火花塞105倾斜设置可以改善这一情况，因此在本发明的一个实施例中，火花塞105相对于该火花塞105对应的气缸203的中心线倾斜设置，即火花塞105的中心线与气缸203的中心线是不平行的，如图7所示。

进一步，在一些实施例中，如图7所示，火花塞105的中心线与对应气缸203的中心线的夹角β6在6°-14°之间。由此，可以改善火焰面积扩展速率以及燃烧速率，均衡火焰传播距离，有效避免早燃，同时也方便发动机1000清扫废气，更好地改善点火困难问题。

作为优选的实施方式，如图7所示，火花塞105的中心线与对应气缸203的中心线的夹角β6在8°-12°之间。

由此，不仅可以有效避免液态燃油碰撞火花塞105以及向火花塞105供应过浓的混合气而在火花塞105上形成积碳，还权衡了火花塞105附近的冷却效果。同时通过采用柴油喷油器107与火花塞105较大间距的布置形式，且火花塞105倾斜布置于排气侧，从而利于提高火焰面积扩展速率以及燃烧速率，均衡火焰传播距离，从而更好地避免早燃。

下面描述根据本发明实施例的柴油喷油器107。

在本发明的一些实施例中，柴油喷油器4相对对应的气缸203的中心线M2偏置设置。作为优选的实施方式，柴油喷油器4的中心线与气缸203的中心线平行，即柴油喷油器4正交对应的气缸设置，并且柴油喷油器4位于进气侧，从而与位于排气侧的火花塞105对置，合理地利用了气缸盖101的空间。

进一步，如图7所示，柴油喷油器4的中心线与气缸盖1的底面的交点到气缸的中心线K2的距离在0.06D以内，即K2＜0.06D，如图7所示。

由此，柴油喷油器4靠近中心线布置，使得柴油油束在燃烧室内能够相对均匀地分布，减少各油束长度不一而造成混合气均匀性差，从而改善燃烧。

发明人发现，柴油喷油器107的喷雾锥角对碳烟、NOx排放(氮氧化合物的排放率)以及燃油消耗率三项发动机1000指标影响显著。发明人通过大量实验发现，通过将柴油喷油器107的锥角控制在70°-85°之间时，碳烟排放水平较低，同时NOx降低，即氮氧化合物排放减少，同时燃油消耗率也有所降低。

进一步，作为优选的实施方式，柴油喷油器107的喷雾锥角在75°-80°之间较佳。其中，作为一个优选的实施方式，柴油喷油器107的喷雾锥角为75°。在另一个优选的实施方式中，柴油喷油器107的喷雾锥角为78°。在又一个优选的实施方式中，柴油喷油器107的喷雾锥角为78.5°。

由此，结合柴油喷油器107正交气缸203的设置方式以及与气缸203中心线的适宜距 离，使得柴油油束在燃烧室内分布均匀，避免各油束长度不一而造成混合气均匀性差，影响燃烧，同时适宜的喷雾锥角可以有效降低碳烟、NOx排放和燃油消耗率，从整体上增加发动机1000动力输出性、燃油经济性，改善发动机1000的热效率，降低有害气体的排放。

综上，结合火花塞105的布置方式、气门设置角度、活塞109的凹坑111线型、压缩比以及柴油喷油器107的喷雾锥角等，使得根据本发明实施例的发动机1000的汽油油气、柴油油气和空气可以更好地形成均质混合气，实现均质燃烧，火焰燃烧充分，相对于柴油的扩散燃烧，提高了发动机1000起动过程中的燃烧效率，降低发动机1000起动时的排放效果，而相比于汽油机而言，高压缩比可以进一步提高燃烧效率，增加发动机1000的动力性能和燃油经济性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种发动机，其特征在于，包括：

曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构包括机体组、活塞连杆组以及曲轴飞轮组，所述机体组的气缸体内具有至少一个气缸，所述机体组的气缸盖内形成有与每个所述气缸对应的进气道和排气道，所述气缸盖的对应气缸的底面部分形成有上凹结构；

火花塞，每个所述气缸对应设置一个所述火花塞；

柴油喷油器，每个所述气缸对应设置一个所述柴油喷油器；

用于喷射汽油燃料的汽油喷油器；以及

配气机构，所述配气机构包括对应每个所述气缸的进气门和排气门，所述进气门的中心线与通过所述发动机的纵向中心线的竖直平面的夹角在0°-5°之间，所述排气门的中心线与所述竖直平面的夹角在0°-5°之间，并且所述发动机具有13-17的压缩比；

所述活塞的顶面上形成有凹坑，所述凹坑为回转体形状，所述回转体的回转母线包括用于形成所述凹坑的侧壁的侧壁曲线段以及用于形成所述凹坑的底壁的底壁混合线段，所述侧壁曲线段包括依次相连的侧壁过渡段、侧壁缩口段和侧壁圆弧段，所述底壁混合线段包括依次相连的底壁第一直线段、底壁第一圆弧段、底壁第二直线段、底壁第二圆弧段和底壁第三直线段，其中所述侧壁过渡段、所述侧壁缩口段和所述侧壁圆弧段均为曲线段；

所述侧壁过渡段的曲率半径为18-22mm，所述侧壁缩口段的曲率半径在1.5-2mm，所述侧壁圆弧段的曲率半径在3.5-4.5mm之间，所述底壁第一圆弧段的曲率半径为11-15mm，所述底壁第二圆弧段的曲率半径为23-27mm；以及

所述底壁第一直线段和所述底壁第三直线段分别与所述气缸体的顶面平行，所述底壁第二直线段相对所述气缸体的顶面倾斜设置，

其中所述底壁第一直线段的长度为3.5-4.5mm，所述底壁第二直线段与所述气缸体的顶面的夹角在20°-24°；

所述凹坑顶部具有缩口结构，其中所述活塞的口径比保持在0.7-0.8之间，所述活塞的缩口比保持在0.8-0.9之间。

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述压缩比在14.8-15.5。

3.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述火花塞与所述柴油喷油器相对所述气缸的中心线偏置设置。

4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述柴油喷油器的中心线与所述气缸的中心线平行，所述柴油喷油器位于进气侧，所述火花塞相对所述气缸的中心线倾斜设置，所述火花塞位于排气侧。

5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，所述火花塞的中心线与所述气缸的中心线之间的夹角在8°-12°，所述火花塞的中心线与所述气缸盖的底面的交点到所述气缸的中心线的距离在0.15D以内，所述D为气缸的直径。

6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，所述柴油喷油器的中心线与所述气缸盖的底面的交点到所述气缸的中心线的距离在0.06D以内。

7.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述柴油喷油器的喷雾锥角在75°-80°之间。

8.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述上凹结构形成为篷形且具有倒“V”形竖直截面，所述倒“V”形的夹角在171°30′-176°之间。