CN106089401A - 活塞式发动机的燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机燃烧技术领域，公开了一种活塞式发动机的燃烧装置，包括气缸、气缸盖、活塞、火花塞、进气门、出气门和喷油器，所述的气缸的顶部设置气缸盖，气缸上部设置火花塞、进气门、出气门和喷油器，气缸内部的活塞通过连杆与曲轴箱连接，所述的活塞的顶面设置为凹球面，气缸内的压缩比为8‑12。本发明装置使燃油更快，充分均匀地和空气混合燃烧，最大限度的减少燃油浪费。如不完全燃烧，冒黑烟；充分利用燃油燃烧后的无用功，使之转变成有效做功。从而达到提高功效，减少油耗。使发动机节油10%‑15%的同时，还能提高发动机的有效利用热能做功，在原来基础上提高25%左右的有效功率。

Description

活塞式发动机的燃烧装置
技术领域
本发明属于发动机燃烧技术领域，更具体涉及一种活塞式发动机的燃烧装置，适用于汽油机、柴油机的发动机的燃油进行燃烧。
背景技术
怎样充分利用发动机燃油燃烧后的热能有效做功，一直以来也是工程师们孜孜不倦追求的目标，如：改变压缩比，涡轮增压等，但是，每种技术都有极限，当技术改良到一定程度的时候，要达到或跨越一定的高度，就会力不从心。目前怎样使燃烧室里的燃油和空气快速均匀地混合搅拌在一起，成为技术人员的追求目标，如：利用喷油嘴喷油的时候，环形喷射油雾带动空气旋转，形成油气混合来达到目的；有的在活塞顶端改变几何形状，通过活塞压缩空气的时候，形成旋转气流，实现油气快速混合等，但这些收效甚微。
在固定压缩比的情况下，不管是现有的坑式活塞、碗式活塞或者平顶式活塞，他们在气缸的燃烧室内活动到上止点时，活塞顶面与缸盖之间都有一段距离，燃烧室内的压强影响着燃油的燃烧程度。发动机的做功冲程是，燃油燃烧时，一瞬间造成混合气体急剧膨胀，推动活塞运动做功，通过压力公式P＝F/S知道当燃爆混合气压力F一定时压强P的大小跟整个燃烧室的面积有关。例如，同样排量的汽油机和柴油机在同样行驶的里程情况下。为什么柴油机会省油呢？就是因为柴油机的压缩比较大(1:18左右)，压缩比大，最后压缩形成燃烧室的表面积对比压缩比较小的汽油机来讲，柴油机的燃烧室室内表面会更小。那么，在同样的作用功下，根据P＝F/S.压力F一定时。此时因为整个柴油机的燃烧室内表面积对同等排量的汽油机来讲，此时柴油机活塞表面承受的压力会更大，做功会更大，以至同样的行驶里程下柴油机省油。那么在控制住燃烧速度和膨胀体积及燃烧温度的情况下，最大化的降低气缸内受压的表面积是我们需要研究的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活塞式发动机的燃烧装置，克服发动机燃烧的热能不能更加充分利用的问题。通过改进进气口气门的头部形状和改进活塞顶面的形状，解决因油气混合不均匀产生不完全燃烧的黑烟的问题，达到均值燃烧的效果，杜绝浪费资源的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种活塞式发动机的燃烧装置，包括气缸、气缸盖、活塞、进气门、出气门和喷油器，所述的气缸的顶部设置气缸盖，气缸上部设置进气门、出气门和喷油器，气缸内部的活塞通过连杆与曲轴箱连接，所述的活塞的顶面设置为凹球面，气缸内的压缩比为8-12。
优选地，所述的活塞处于上止点时，活塞顶端与气缸盖接触。
所述的进气门由气门头部和杆部组成，所述的气门头部的内表面设置由中心向边缘辐射的导流条。
所述的导流条为向内凹的沟槽或者向外凸出
所述进气门的气门头部为部的形状为平顶或者喇叭顶。
工作原理：
a.当发动机吸气的时候，进入发动机的空气会因为气门头部内侧的导流条而改变运动轨迹，极速旋转的进入燃烧室，快速的和燃油燃气混合，从而避免了燃烧室内局部混合燃气过浓过稀，造成爆震或者燃烧不充分造成燃油浪费，大致可以节油5％左右；
b.当发动机燃烧的时候，没有改进之前的燃烧室的内壁和缸套壁上的油气混合物会因为热传导的作用，不能充分燃烧浪费，现在因为改变了活塞顶端的形状，与缸盖吻合(如同现实生活中厨房的圆底锅和锅盖的关系)屏蔽了油气和缸套的接触，这些混合油气也参入了完全燃烧，可以节油5％左右。
c.由于改进了发动机燃烧室的形状，在活塞的顶端中央大量的可燃油气汇集成堆更集中，离火花塞更近，点燃或压燃的时候会更快、更彻底。减少了扩散燃烧，会因为来不及燃烧而排出形成浪费，这里也可以节油5％左右。
d.在不改变活塞行程的情况下，让本发明凹球形活塞无限接近吻合缸盖，而不发生机械撞击的时候，形成燃烧室的容积，不改变燃烧室的容积(要求和原来的燃烧室的容积相等)，通过计算，首先求出凹球形活塞凹心和缸盖之间的高度，从而计算出整个改进后的凹球形活塞和缸盖形成的燃烧室內表表面积。通过和现有燃烧室的内表面积对比，会发现本发明的燃烧室的内表表面积明显减少。本发明的燃烧室，由于屏蔽了原发动机对缸壁的无用功，而转移到活塞上，把无用功转化成有用功，从而增加发动机的有效功率。目的就是为了使发动机的燃烧室的内表面积最小化，使活塞的表面面积最大化，从而承受更大的压力，做更多的功。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
使燃油更快，充分均匀地和空气混合燃烧，最大限度的减少燃油浪费。如不完全燃烧，冒黑烟；充分利用燃油燃烧后的无用功，使之转变成有效做功。从而达到提高功效，减少油耗。使发动机节油10％-15％的同时，还能提高发动机的有效利用热能做功，在原来基础上提高25％左右的有效功率。
附图说明
图1为活塞处于上止点时的示意图。
图2是活塞处于下止点时的示意图。
图3是活塞的立体示意图。
图4是图3的正视图。
图5是气门的结构示意图。
图6是实施例中两种活塞的对照图。
其中，1—气缸，2—气缸盖，3—活塞，31—凹球面，32—连接孔，4—进气门，41—气门头部，411—导流条，42—杆部，5—出气门，6—喷油器，7—曲轴箱，8—燃烧室，9—连杆。
具体实施方式
一种活塞式发动机的燃烧装置，包括气缸1、气缸盖2、活塞3、、进气门4、出气门5和喷油器6，所述的气缸1的顶部设置气缸盖2，气缸1上部设置进气门4、出气门5和喷油器6，气缸1内部的活塞3通过连杆9与曲轴箱7连接，所述的活塞3的顶面设置为凹球面31，气缸1内的压缩比为8-12，活塞3处于上止点时，活塞3顶到气缸盖2内壁，即活塞顶端的边缘与气缸盖内壁接触。
所述的进气门4由气门头部41和杆部42组成，所述的气门头部41的内表面设置由中心向边缘辐射的导流条411。
所述的导流条411为向内凹的沟槽或者向外凸出
所述进气门4的气门头部41为部的形状为平顶或者喇叭顶。
节油示例计算：
东风雪铁龙排气量为1.6L的某型号汽油发动机：1.6升、缸径d＝78.5mm、半径R＝39.25mm，最大功率106马力，气缸的高度h1＝82mm，压缩比ε＝10.5：1，ε＝h1:h2，则燃烧室的高度h2＝7.8mm；
保持本发明凹球形活塞所构成的燃烧室的容积V凹与该汽油发动机柱形燃烧室的容积V柱相等，同时保持本发明凹球形活塞无限接近吻合缸盖，而不发生机械撞击，即：V柱＝V凹；
首先计算出h3(h3为凹球面的顶面圆心到缸盖的高度)的高度：
V柱＝πR2h2、V凹＝πh3(3R2+h3 2)×1/6；
则V柱＝πR2h2＝π×39.252×7.8＝37731.45mm3；
V凹＝πh3(3R2+h3 2)×1/6＝πh3(3×39.252+h3 2)×1/6；
V凹＝V柱＝37731.45mm3
整理得，h3 3+4624.6h3-72144＝0h3≈14.9mm
其次计算两种燃烧室的表面积差：将燃烧室顶面的缸盖近似为平面(没有容积)，即由于缸盖的表面积不变，在下面的计算中省略；
本发明活塞凹球面的表面积S凹＝π(R2+h3 2)，该汽油发动机柱形燃烧室的表面积为S柱＝S侧+S活塞＝πdh2+πR2；
S凹＝π(R2+h3 2)＝π(39.252+14.92)≈5534mm2
S柱＝S侧+S活塞＝78.5π×7.8+39.25 2 π
＝1922.6+4837.3≈6760mm2
改进后前后燃烧室的面积差比：
S柱-S凹＝6760-5534＝1226mm2
根据以上数据，可以看到本发明的发动机的燃烧室比原燃烧室的表面积减少1226mm2。那么，在同等工况下，加在这多出的1226mm2表面的压力会平均施加在本发明的缸盖和凹球形的活塞上1226mm2/2＝613mm2。原活塞承受的压力是4837.37个面积单位的压力，那么现在改进后的凹球形活塞所承受的压力为613+5534＝6147个面积单位的压力。根据做功的公式W＝F*S。因现有活塞的行程S是相同的。那么，换算本发明发动机做功的百分比为：
6147/4837.37≈1.27≈127％。
原发动机的最大功率为106马力，改进后本发明的发动机功率为：
106*127％＝134.6马力。
通过以上的例证，经过简单的改进后，我们能让1.6升的发动机变得跟2.0升的发动机一样动力强劲。而且更节油环保。并且同理，我们也可以改进任何活塞式发动机，达到同样的效果，增加25％左右的动力。

Claims (5)

1.一种活塞式发动机的燃烧装置，包括气缸（1）、气缸盖（2）、活塞（3）、进气门（4）、出气门（5）和喷油器（6），其特征在于：所述的气缸（1）的顶部设置气缸盖（2），气缸（1）上部设置进气门（4）、出气门（5）和喷油器（6），气缸（1）内部的活塞（3）通过连杆（9）与曲轴箱（7）连接，所述的活塞（3）的顶面设置为凹球面（31），气缸（1）内的压缩比为8-12。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式发动机的燃烧装置，其特征在于：所述的活塞（3）处于上止点时，活塞顶端与气缸盖接触。
3.根据权利要求1所述的一种活塞式发动机的燃烧装置，其特征在于：所述的进气门（4）由气门头部（41）和杆部（42）组成，所述的气门头部（41）的内表面设置由中心向边缘辐射的导流条（411）。
4.根据权利要求3所述的一种活塞式发动机的燃烧装置，其特征在于：所述的导流条（411）为向内凹的沟槽或者向外凸出。
5.根据权利要求1所述的一种活塞式发动机的燃烧装置，其特征在于：所述进气门（4）的气门头部（41）为部的形状为平顶或者喇叭顶。
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