CN106640338A - 一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，是由缸盖、进气门和排气门、活塞、气缸套、喷油器和火花塞包围的空腔。缸盖的进气侧蓬顶斜面由与活塞轴线夹角不同的两相连斜面构成，其上凹陷有球形避油坑；进气门座位置在垂直方向上高于进气侧蓬顶，两者共同形成一阶梯；喷油器为压电晶体外开式喷油器，与火花塞共同布置于气缸中心；活塞中央凸起，凸起顶面倾斜，其上凹陷有球形凹坑。本发明通过蓬顶上的阶梯实现逆滚流扫气、减少进气短路；通过避油坑、活塞凸起顶面以及活塞凹坑减少燃油湿壁；通过中置的外开式喷油器组织分层混合气。本发明可实现二冲程汽油机的高效扫气，优化燃油分层并减少燃油湿壁，有利于实现汽油机小型化。

Description

一种顶置气门二冲程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，特别是涉及一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室。
背景技术
汽油机小型强化通过减小汽油机排量或降低发动机转速的方法，使汽油机运行于经济性较高的工况并同时降低摩擦损失，实现汽油机油耗的降低。二冲程汽油机点火周期为四冲程汽油机的一半，具有扭矩输出高、能量密度高、运行平稳等优点，是实现小型强化、提高汽油机效率的一种极具潜力的手段。
然而，传统二冲程发动机受其结构和扫气过程限制，若直接用于实现小型强化并不能带来经济性的改善。首先，传统二冲程汽油机采用活塞运动控制气口扫气的换气方式，固定的气口开闭时刻导致在进气压力较高的条件下存在严重的进气短路现象，即新鲜充量未能有效扫除整个燃烧室的废气而直接流出排气口，进而导致在采用气道预混均质混合气时，油耗以及HC排放急剧增多。虽然可通过缸内直喷技术减少燃油的短路，但是进气能量的损失仍旧亟待解决。其次，传统二冲程汽油机的润滑方式会导致HC排放的增加。此外，进排气口的温差还可导致活塞变形，不仅降低了发动机的耐久性，还进一步增加进入燃烧室的润滑油量，加剧HC排放的恶化。
为了解决上述问题，使二冲程的发动机运转模式能切实应用于汽油机的小型强化，提出了顶置气门二冲程汽油机的概念。这种汽油机基于传统四冲程汽油机的结构，通过凸轮轴型线的改变实现二冲程运转，结合较长的进、排气门重叠期来控制扫气过程，旨在通过不对称的气门相位改善进气短路。与此同时，顶置气门二冲程汽油机由于取消了扫气口结构，还大大减少了活塞的受热不均。此外，传统四冲程汽油机的润滑油供给方式也消除了润滑油进入燃烧室的现象。
在顶置气门结构结合缸内直喷的基础之上，组织进气逆滚流扫气可进一步有效减少进气短路。进气逆滚流扫气的主要思想是使新鲜空气沿“进气门下方-进气门侧缸壁-活塞-排气侧缸壁-排气门”的扫气路径遍历燃烧室空间，将废气推挤出排气门。进气逆滚流可通过物理遮挡进气门上方进气、使空气尽量从进气门下方的流通截面进入气缸的方式实现，包括水平进气道内设置遮挡、进气门上方增加导气屏、进气门侧缸头增加竖直挡板、竖直进气道配合燃烧室蓬顶阶梯结构等方法。其中，竖直进气道配合燃烧室棚顶台阶结构的方法，可在组织进气逆滚流的同时减少进气流动损失，并通过气门定时和进气压力的控制灵活调节扫气效率。
但是，顶置气门二冲程直喷汽油机的实际应用仍然面临缸内混合气组织和燃烧稳定性控制等方面的技术问题。首先，大负荷条件下缸内气体密度较高，且在大气门重叠角的限制下喷油定时较晚，不利于燃油的雾化破碎、蒸发、扩散以及形成火焰传播所必须的分层混合气，尤其在采用竖直进气道结合蓬顶阶梯结构改善充气和扫气时，缸盖内部结构为更先进的喷雾引导式直喷系统以及火花塞的布置提出了难题。同时，不管是中小负荷下采用高残余废气率还是大负荷下较强的缸内气体流动，均不利于火焰传播过程中早期初始火核的形成和发展，导致早期燃烧稳定性较低，着火和燃烧相位难控制。此外，大负荷工况下还存在爆震和压力升高率较大的隐患，会导致发动机损伤。
发明内容
针对现有技术存在的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机在扫气、混合气分层和燃烧控制方面的难题，本发明提供一种燃烧室。该燃烧室基于采用竖直进气道和蓬顶阶梯结构的顶置气门二冲程汽油机，配有喷雾引导型缸内直喷以及火花点火功能，在降低进气短路、调控扫气效率的同时，可在整个负荷范围内灵活组织混合气分层、维持稳定燃烧，并减少燃油撞壁现象。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，是由缸盖、进气门和排气门、活塞、气缸套、以及喷油器和火花塞包围形成的空腔，所述缸盖位于气缸套上方，缸盖上设有两个进气门、两个排气门、喷油器和火花塞，所述活塞在发动机运行过程中在气缸套内沿气缸中心方向往复运动；所述缸盖为蓬顶型，所述活塞为凹坑型活塞；所述喷油器为压电晶体外开式喷油器。所述缸盖的蓬顶包括位于进气门侧和排气门侧相对的两侧蓬顶面，进气门侧的蓬顶面由靠近气缸中心的第一蓬顶斜面和靠近进气侧壁的第二蓬顶斜面构成，所述第一蓬顶斜面与所述第二蓬顶斜面相连，所述第一蓬顶斜面与所述活塞轴线的夹角小于所述第二蓬顶斜面与所述活塞轴线的夹角；排气门座根部位于排气门侧蓬顶面上；进气门座根部所在平面与所述第二蓬顶斜面平行，但在其垂直方向上比所述第二蓬顶斜面高，且进气门座通过其下方与进气门座同轴且直径大于进气门座的圆孔与燃烧室连通，该圆孔与所述的第一蓬顶斜面和第二蓬顶斜面分别相交，从而使所述第一蓬顶斜面与圆孔内表面相交后在进气门上方靠近缸盖中心的一侧形成一阶梯，所述阶梯用于在进气门升程较低时防止进气门上方的新鲜空气经由缸盖顶部直接流入排气门、减少顶置气门二冲程缸内直喷汽油机的进气短路现象，同时使空气经由进气门下方进入燃烧室，并依次流经进气侧缸壁、活塞表面和排气侧缸壁，形成顺时针方向的滚流运动，将残余废气推挤出排气门，实现二冲程汽油机的扫气；在第一蓬顶斜面和第二蓬顶斜面连接处，且位于两个进气门之间，设有球形避油坑，所述球形避油坑的中心位于所述喷油器的中心线上，以避免油束与第一蓬顶斜面相撞，减少燃油湿壁；所述喷油器和火花塞均安装于所述缸盖的中心部位，其中，所述喷油器和火花塞布置于垂直于燃烧室的纵剖面的方向，所述喷油器的喷孔和所述火花塞的电极位于气缸中心线的两侧，所述喷油器和所述火花塞均指向气缸中心线以及进气门的方向，从而使喷油器喷射的油束前端到达火花塞电极的中心，所述喷油器和火花塞之间相对距离的设定要同时满足布置冷却水套的空间以及二者与水套之间缸盖实体的强度要求，所述喷油器和火花塞的轴线方向的设定要同时满足二者不与进气道和排气道发生干涉以及二者与进气门座和排气门座之间缸盖实体的强度要求；所述活塞的顶部由中央凸起以及位于其中的凹坑构成；中央凸起在凹坑存在的基础上控制发动机的压缩比；中央凸起的表面是在圆锥回转面上由三个相连的截切平面截切后所形成的表面，三个截切平面均垂直于燃烧室纵剖面，三个截切平面包括第一截切平面、第二截切平面和第三截切平面，其中，第一截切平面与排气门座根部所在平面平行，第二截切平面与进气门座根部所在平面平行，以避免活塞在位于上止点时与蓬顶的干涉；第三截切平面位于第一截切平面和第二截切平面之间，所述第三截切平面与第一截切平面的相交线高于所述第三截切平面与第二截切平面的相交线，从而在燃油喷射方向上增大燃油与活塞之间的距离、减少燃油湿壁量；所述第一截切平面与圆锥回转面之间、所述第二截切平面与圆锥回转面之间均为圆滑过渡；所述凹坑的中心位于所述喷油器的中心线上，所述凹坑为开口式球形浅坑。
进一步讲，本发明所述的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，其中，进气门和排气门头部外径相同，从而在保证充气和扫气效率的条件下，为所述喷油器和火花塞的布置预留更大空间。
再进一步，本发明所述的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，其中，火花塞的外径不大于10mm，为所述喷油器和火花塞的布置预留更大空间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将本发明用于顶置气门二冲程缸内直喷汽油机时，可以与可变气门定时机构、增压系统配合使用，根据工况需求调整扫气和充气效率，尤其在大负荷工况下可降低由于进气压力较高、气门重叠期较长所引起的进气短路现象；实现喷雾引导式缸内直喷，燃油液滴尺寸小、易于雾化蒸发，喷油压力高且可实现多次喷射，可通过喷油定时、喷射次数以及喷油持续期控制燃烧室空间内的混合气分层，并实现稳定点火；通过高压喷射燃油、活塞凹坑形状与气体流动的相互作用，增强燃烧室内气体湍流运动，有利于加快火焰传播、减少爆震倾向；增大了燃油与燃烧室壁面的距离，增强油气混合过程并减少燃油撞壁，有助于降低排放。尤其在与竖直进气道配合使用时，可防止中置喷油器和火花塞与气道的干涉，节省空间，因此更有利于发动机的小型化，从而提高发动机经济性。
附图说明
图1(a)是本发明顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室纵向结构剖视图；
图1(b)是图1(a)中A-A所示剖切位置的剖面图；
图2(a)是本发明中缸盖内表面的俯视图；
图2(b)是图2(a)所示缸盖内表面的侧视图；
图3(a)、图3(b)和图3(c)均为本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室中喷油器和火花塞基于燃烧室腔体的布置示意图，其中：
图3(a)是对应图1(a)中所示喷油器和火花塞布置方式示意图；
图3(b)是对应图1(b)中所示喷油器和火花塞布置方式示意图；
图3(c)是对应图3(a)后视的喷油器和火花塞布置方式示意图；
图4(a)是本发明中活塞的俯视图；
图4(b)是图4(a)所述活塞的侧视图；
图5是本发明顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室的气门定时、喷油定时和点火定时示意图；
图6是本发明顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室在扫气过程中，进气门开启时间过半后，在过进气门中线的纵剖面上的氧气浓度分布云图以及速度矢量分布图；
图7是本发明顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室在喷油过程中油束的形态。
图中：1-缸盖，2-进气门，3-排气门，4-活塞，5-气缸套，6-喷油器，7-火花塞，8-第一蓬顶斜面，9-第二蓬顶斜面，10-排气门座，11-进气门座，12-圆孔，13-避油坑，14-活塞中央凸起，15-活塞凹坑，16-第一截切平面，17-第二截切平面，18-第三截切平面，19-直喷油束。
具体实施方式
下面参照附图和具体实例，按发动机单个循环内扫气、混合气组织和燃烧的工作顺序，对本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室进行详细说明。
图1(a)和图1(b)分别展示了本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室的纵向结构剖视图和A-A剖面剖视图，其中，剖面A-A为经过气缸中心线且与图1(a)中纵向剖面垂直的剖面。如图1(a)和图1(b)所示，本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室是缸盖1、进气门2和排气门3、活塞4、气缸套5、以及喷油器6和火花塞7包围形成的空腔。其中，缸盖1位于活塞的上方，缸盖1上设有两个进气门2、两个排气门3、喷油器6和火花塞7；活塞4在发动机运行过程中在气缸套5内沿气缸中心方向往复运动；所述缸盖1为蓬顶型，所述活塞4为凹坑型活塞；所述喷油器6为压电晶体外开式喷油器。为了实现二冲程汽油机的逆滚流扫气、减少进气短路带来的能量损失，本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室的蓬顶具有阶梯结构，该阶梯的构成见图2(a)和图2(b)。其中，图2(a)和图2(b)分别展示了本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室中缸盖的内表面的俯视图和侧视图。
所述缸盖1的蓬顶包括位于进气门侧和排气门侧相对的两侧蓬顶面，进气门侧的蓬顶面由靠近气缸中心的第一蓬顶斜面8和靠近进气侧壁的第二蓬顶斜面9构成，所述第一蓬顶斜面8与所述第二蓬顶斜面9相连，所述第一蓬顶斜面8与所述活塞4轴线的夹角小于所述第二蓬顶斜面9与所述活塞4轴线的夹角；排气门座10根部位于排气门侧的蓬顶面上；进气门座11根部所在平面与所述第二蓬顶斜面9平行，但在其垂直方向上比所述第二蓬顶斜面9高，且进气门座11通过其下方与进气门座11同轴且直径大于进气门座11的圆孔12与燃烧室连通，该圆孔12与所述的第一蓬顶斜面8和第二蓬顶斜面9分别相交，从而使所述第一蓬顶斜面8与圆孔12内表面相交后在进气门上方靠近缸盖中心的一侧形成一阶梯，从而由靠近气缸中心的第一蓬顶斜面8、靠近进气侧缸壁的第二蓬顶斜面9、以及进气门座11在进气门2上方共同构成了缸盖的蓬顶阶梯结构，该蓬顶阶梯结构在进气门2升程较小时可以防止进气门2上方的新鲜空气经由缸盖顶部内表面直接流入排气门3、减少顶置气门二冲程缸内直喷汽油机的进气短路现象，同时使空气经由进气门2下方进入燃烧室，并依次流经进气侧缸壁、活塞表面和排气侧缸壁，形成顺时针方向的逆滚流运动，将残余废气推挤出排气门3，实现二冲程汽油机的扫气。
本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室具有蓬顶避油坑13结构。图3(a)、图3(b)和图3(c)均为本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室中喷油器和火花塞基于燃烧室腔体的布置示意图。图3(a)为基于燃烧室纵向剖视图的喷油器和火花塞布置方式；图3(b)为基于燃烧室A-A剖视图的喷油器和火花塞布置方式，其中A-A剖切位置如图1(b)所示；图3(c)为对应图3(a)所示的后视图的喷油器和火花塞布置方式。
如图2(a)、图2(b)和图3(a)、图3(b)和图3(c)所示，蓬顶避油坑13为球形，位于第一蓬顶斜面8和第二蓬顶斜面9连接处，且在两个进气门2之间，其中心位于喷油器6的中心线上，该避油坑可避免直喷油束与第一蓬顶斜面8相撞，减少燃油湿壁，进而减少碳烟和未燃HC排放。
本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，采用喷雾引导式缸内直喷，喷油器6和火花塞7均安装与缸盖1头部中心部位，如图3(a)、图3(b)和图3(c)所示。其中，所述喷油器6和火花塞7布置于垂直于燃烧室的纵剖面的方向，所述喷油器6的喷孔和所述火花塞7的电极位于气缸中心线的两侧，所述喷油器6和所述火花塞7均指向气缸中心线以及进气门的方向，从而使喷油器6喷射的油束前端到达火花塞7电极的中心。这种布置方法，可在保证喷雾引导式缸内直喷所要求的油束与火花塞电极的相对位置基础上，避免喷油器6和火花塞7与进、排气道，进、排气门和进、排气门座之间的干涉，尤其在进气道为竖直型进气道时效果更明显。
所述喷油器6和火花塞7之间相对距离的设定要同时满足布置冷却水套的空间即为缸盖内喷油器6与火花塞7之间的冷却系统布置留有空间以及二者与冷却水套之间缸盖实体的强度要求，所述喷油器6和火花塞7的轴线方向的设定要同时满足二者不与进气道和排气道发生干涉以及二者与进气门座8和排气门座9之间缸盖实体的强度要求。本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室所采用的凹坑型的活塞4结构的俯视图和纵向侧视图如图4(a)和图4(b)所示。所述活塞4的顶部由中央凸起14以及位于其中的凹坑15构成。
中央凸起14在凹坑存在的基础上控制发动机的压缩比。中央凸起14的表面是在底面直径小于气缸直径的圆锥回转面上，由三个相连的截切平面截切后所形成的表面。三个截切平面均垂直于燃烧室纵剖面，包括第一截切平面16、第二截切平面17和第三截切平面18，其中，第一截切平面16与排气门座10根部所在平面平行，第二截切平面17与进气门座11根部所在平面平行，以避免活塞4在位于上止点时与蓬顶的干涉；第三截切平面18位于第一截切平面16和第二截切平面17之间，所述第三截切平面18与第一截切平面16的相交线高于所述第三截切平面18与第二截切平面17的相交线，从而在如图3(a)、图3(b)和图3(c)所示的燃油喷射方向上增大燃油与活塞4之间的距离、减少燃油湿壁量；所述第一截切平面16与圆锥回转面之间、所述第二截切平面17与圆锥回转面之间均为圆滑过渡。
所述凹坑15的中心位于所述喷油器6的中心线上，所述凹坑为开口式球形浅坑,可增大来自喷油器6的燃油与活塞4之间的距离，并且可在燃油喷射较晚时，将燃油控制在凹坑范围内。
本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室的进气门2和排气门3头部外径相同，可在保证充气和扫气效率的条件下，为喷油器6和火花塞7的布置预留更大空间。
本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室的火花塞7的外径不大于10mm，为所述喷油器6和火花塞7的布置预留更大空间。
本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室利用蓬顶阶梯结构遮挡进气门升程较小时欲流经进气门上方的新鲜空气，组织逆滚流扫气；通过中置外开式喷油器迅速组织缸内混合气分层，并直接在火花塞周围形成较浓的混合气区；利用蓬顶避油坑、带有顶部倾斜截切平面的活塞凸起以及活塞凹坑增大燃油与壁面的距离，从而可以减少由于蓬顶阶梯结构和中置喷油器引起的蓬顶上的燃油湿壁量以及活塞头部的燃油湿壁量。
本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室通过将喷油器和火花塞布置于垂直于燃烧室的纵剖面的方向、采用相同的进、排气门头部外径、采用螺纹部分外径不大于10mm的火花塞，使燃烧室结构更加紧凑，有利于发动机的小型化，从而提升发动机的经济性。
结合图1-图7，对本发明提供的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室工作原理描述如下，其中，图5展示的是顶置气门二冲程汽油机的一种气门定时组合，以及喷油和点火定时。
顶置气门二冲程缸内直喷汽油机工作时，由于换气时间短，且在大负荷工况下为避免爆震需要尽量减少缸内残余废气的量，因此需要采用较大的进、排气门重叠期进行扫气。在扫气过程中，排气门3首先打开，利用此时缸内压力高于排气道压力的特点进行自由排气。随后，进气门2打开，利用从进气门2进入燃烧室的新鲜空气的流动将上一个循环的燃烧产物由排气门3推挤出燃烧室，进行强制排气。强制排气过程结束后，排气门3先关闭，进气门2后关闭，则这期间进行过后充气。
在扫气过程中，由靠近气缸中心的进气侧的第一蓬顶斜面8、靠近进气侧缸壁的进气侧的第二蓬顶斜面9、进气门座11以及将进气门座11与燃烧室连通的圆孔12在进气门2上方所共同构成的蓬顶阶梯结构，在进气门升程较小时时可以遮挡进气门2上方的气体流动，并使新鲜空气主要经由进气门下方进入燃烧室并形成逆滚流扫气，因此在降低进气短路的同时保证了二冲程汽油机的充气效率。图6是本发明顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室在扫气过程中，进气门开启时间过半后，在过进气门3中线的纵剖面上的氧气浓度分布云图以及速度矢量分布图，其中，燃烧室呈透视状；在所述过进气门3中线的纵剖面上，以氧气的浓度代表缸内新鲜空气的分布，颜色越浅的地方氧气浓度越高，最高可达0.233，即与空气中的氧浓度相同，颜色越深的地方氧气浓度越低，最低可达0，即没有氧气存在；在所述过进气门3中线的纵剖面上，以箭头标识在该剖面上的气体的流动方向。如图6所示，在所选时刻，新鲜空气主要沿预定的进气门下方-进气门侧缸壁-活塞-排气门侧缸壁呈逆滚流运动，仅有少量空气从进气门上方经缸盖头部直接流入排气道。
为了完全消除燃油的短路，进、排气门完全关闭后才开始喷油。在指定的喷油时刻，发动机电控单元将发出喷油信号，此时喷油器6将一定量的燃油喷入燃烧室内。喷油器6为压电晶体外开式喷油器，其所喷射的油束外形呈伞形薄膜状。喷油器6具有喷油压力高且所喷射的燃油液滴初始尺寸小的优点，有利于燃油的迅速破碎和蒸发；此外喷油器6可快速灵活控制喷油次数和持续期，根据燃油分层需求可在喷油区间内实现单次或多次喷油。
由于构成蓬顶阶梯的靠近气缸中心的进气侧的第一蓬顶斜面8与活塞轴线夹角较小，且喷雾引导型缸内直喷采用喷油器中置的布置方法，导致直喷燃油从喷油器6喷孔射出后直接打在第一蓬顶斜面8上，燃油湿壁严重且不利于燃油雾化。因此在第一蓬顶斜面8和第二蓬顶斜面9的连接处沿喷油器6中心线方向凹陷有避油坑13，完全避免燃油在喷射路径上与第一蓬顶斜面8碰撞，使燃油在燃烧室内与更多空气接触。图7所示为燃烧室内喷油过程中燃油运动轨迹，其中，燃烧室呈灰色透视状，燃烧室范围内由密集黑色点所构成的伞形为外开式喷油器喷射出的油束。由图可见，由于所述避油坑13的存在，直喷油束19没有与第一蓬顶斜面8相撞而改变运动方向，所述避油坑13具有减少燃油撞壁的功能。
活塞4的中央凸起14带有向进气门2一侧倾斜的第三截切平面18，且中央凸起14上凹陷有球形活塞凹坑15，可以增大燃油在喷射方向上的自由运动距离，增加燃油与空气接触的机会，有利于燃油的蒸发以及燃油撞壁现象的减少。
火花塞7跳火点燃火花塞电极附近的混合气并促使火焰传播的产生。受工况的影响，火花塞7的点火时刻在点火区间内变化，其中，当负荷较大时需要使用较晚的点火时刻以减少爆震。火花塞7与喷油器6的安装位置保证油束前端可到达火花塞7电极的中心，确保电极附近混合气浓度及分层符合火焰产生和传播的要求。
燃料燃烧，并推动活塞4下行并对外输出转矩，随后排气门3和进气门2相继打开开始新的工作循环。
本发明所描述的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室的主要优点是：可以改善二冲程汽油机扫气过程中的进气短路并降低进气损失，组织燃油分层并维持稳定燃烧，减少燃油与壁面的接触并降低排放。此外，所述燃烧室结构紧凑，有利于发动机小型化以及经济性的提高。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，是由缸盖(1)、进气门(2)和排气门(3)、活塞(4)、气缸套(5)、以及喷油器(6)和火花塞(7)包围形成的空腔，所述缸盖(1)位于气缸套(5)上方，缸盖(1)上设有两个进气门(2)、两个排气门(3)、喷油器(6)和火花塞(7)，所述活塞(4)在发动机运行过程中在缸套内沿气缸中心方向往复运动；所述缸盖(1)为蓬顶型，所述活塞(4)为凹坑型活塞；所述喷油器(6)为压电晶体外开式喷油器；其特征在于：
所述缸盖(1)的蓬顶包括位于进气门侧和排气门侧相对的两侧蓬顶面，进气门侧的蓬顶面由靠近气缸中心的第一蓬顶斜面(8)和靠近进气侧壁的第二蓬顶斜面(9)构成，所述第一蓬顶斜面(8)与所述第二蓬顶斜面(9)相连，所述第一蓬顶斜面(8)与所述活塞轴线的夹角小于所述第二蓬顶斜面(9)与所述活塞(4)轴线的夹角；
排气门座(10)根部位于排气门侧的蓬顶面上；进气门座(11)根部所在平面与所述第二蓬顶斜面(9)平行，但在其垂直方向上比所述第二蓬顶斜面(9)高，且进气门座(11)通过其下方与进气门座(11)同轴且直径大于进气门座(11)的圆孔(12)与燃烧室连通，该圆孔(12)与所述的第一蓬顶斜面(8)和第二蓬顶斜面(9)分别相交，从而使所述第一蓬顶斜面(8)与圆孔(12)内表面相交后在进气门上方靠近缸盖中心的一侧形成一阶梯，所述阶梯用于在进气门升程较低时防止进气门上方的新鲜空气经由缸盖顶部直接流入排气门、减少顶置气门二冲程缸内直喷汽油机的进气短路现象，同时使空气经由进气门下方进入燃烧室，并依次流经进气侧缸壁、活塞表面和排气侧缸壁，形成顺时针方向的滚流运动，将残余废气推挤出排气门，实现二冲程汽油机的扫气；
在第一蓬顶斜面(8)和第二蓬顶斜面(9)连接处，且位于两个进气门(2)之间，设有球形避油坑(13)，所述球形避油坑的中心位于所述喷油器(6)的中心线上，以避免油束与第一蓬顶斜面(8)相撞，减少燃油湿壁；
所述喷油器(6)和火花塞(7)均安装于所述缸盖(1)的中心部位，其中，所述喷油器(6)和火花塞(7)布置于垂直于燃烧室的纵剖面的方向，所述喷油器(6)的喷孔和所述火花塞(7)的电极位于气缸中心线的两侧，所述喷油器(6)和所述火花塞(7)均指向气缸中心线以及进气门的方向，从而使喷油器(6)喷射的油束前端到达火花塞电极的中心，所述喷油器(6)和火花塞(7)之间相对距离的设定要同时满足布置冷却水套的空间以及二者与冷却水套之间缸盖实体的强度要求，所述喷油器(6)和火花塞(7)的轴线方向的设定要同时满足二者不与进气道和排气道发生干涉以及二者与进气门座(11)和排气门座(10)之间缸盖实体的强度要求；
所述活塞(4)的顶部由中央凸起(14)以及位于其中的凹坑(15)构成；中央凸起(14)在凹坑(15)存在的基础上控制发动机的压缩比；中央凸起(14)的表面是在圆锥回转面上由三个相连的截切平面截切后所形成的表面，三个截切平面均垂直于燃烧室纵剖面，三个截切平面包括第一截切平面(16)、第二截切平面(17)和第三截切平面(18)，其中，第一截切平面(16)与排气门座(10)根部所在平面平行，第二截切平面(17)与进气门座(11)根部所在平面平行，以避免活塞在位于上止点时与蓬顶的干涉；第三截切平面(18)位于第一截切平面(16)和第二截切平面(17)之间，所述第三截切平面(18)与第一截切平面(16)的相交线高于所述第三截切平面(18)与第二截切平面(17)的相交线，从而在燃油喷射方向上增大燃油与活塞之间的距离、减少燃油湿壁量；所述第一截切平面(16)与圆锥回转面之间、所述第二截切平面(17)与圆锥回转面之间均为圆滑过渡；所述凹坑(15)的中心位于所述喷油器(6)的中心线上，所述凹坑(15)为开口式球形浅坑。
2.根据权利要求1所述顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，其特征在于：进气门(2)和排气门(3)头部外径相同，从而在保证充气和扫气效率的条件下，为所述喷油器(6)和火花塞(7)的布置预留更大空间。
3.根据权利要求1所述顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，其特征在于：火花塞(7)的外径不大于10mm，为所述喷油器(6)和火花塞(7)的布置预留更大空间。
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