CN107339150A - 一种在柴油机基础上改用汽油燃料的发动机燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在柴油机基础上改用汽油燃料的发动机燃烧室，由缸盖底面、气缸壁面及活塞顶面围成的空间构成，所述缸盖底面为平面，并分布有两进气门与两排气门；所述缸盖底面的中心位置安装有火花塞；所述活塞顶面设有一个中部凹槽和四个射流槽；所述中部凹槽以气缸中心轴线为基准对称分布，所述中部凹槽的贯通方向与所述两进气门底面中心连线N平行；四个射流槽与所述中部凹槽贯通方向垂直、并以气缸中心轴线为基准呈两列平行且对称分布于中部凹槽两侧。本发明发动机燃烧室可加快火焰传播速率，改善燃烧过程，使得柴油机改用汽油燃料后仍可实现相对较高的热效率及升功率。

Description

一种在柴油机基础上改用汽油燃料的发动机燃烧室
技术领域
本发明涉及发动机燃烧室结构设计优化，特别是一种在柴油机基础上改用汽油燃料的发动机燃烧室。
背景技术
重型柴油机碳烟及氮氧化物排放是造成当前环境污染的最主要因素之一，针对这一问题，排放法规不断升级，进而造成重型柴油机对后处理系统依赖程度越来越高，后处理器复杂程度及使用成本也明显增加。通过在原有柴油机基础上改用汽油燃料当量预混燃烧可仅通过三效催化器满足超低排放要求，从而使得后处理系统大为简化，降低发动机整体使用及标定成本；另一方面，柴油机机体强度较高，相比传统汽油机可承受更高爆发压力，因此改用汽油燃料后，仍可实现较高的发动机热效率及升功率，满足商用车需求。然而，现有柴油机多采用平底缸盖，螺旋进气道及ω型燃烧室，其主要作用是为增加柴油空气混合程度及混合速率，因而无法满足汽油燃料燃烧过程中所需的缸内高湍流强度要求，为此需对原有柴油机空气及燃烧系统进行进一步改进。
发明内容
本发明目的在于针对上述情况提供一种适用于在原有柴油机结构基础上改用点燃式汽油燃料预混燃烧的燃烧室，通过活塞顶面结构设计最大限度提高汽油燃料燃烧过程中缸内湍流强度，从而保证发动机在改用汽油燃料后仍具有较好的动力性及经济性，进而配合三效催化器，在后处理系统大为简化的条件下满足重型商用车发动机性能及排放的要求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种在柴油机基础上改用汽油燃料的发动机燃烧室，由缸盖底面、气缸壁面及活塞顶面围成的空间构成，所述缸盖底面为平面，并分布有两进气门与两排气门；所述缸盖底面的中心位置安装有火花塞；所述活塞顶面设有一个中部凹槽和四个射流槽；所述中部凹槽以气缸中心轴线为基准对称分布，所述中部凹槽的贯通方向与所述两进气门底面中心连线N平行；四个射流槽与所述中部凹槽贯通方向垂直、并以气缸中心轴线为基准呈两列平行且对称分布于中部凹槽两侧。
进一步讲，本发明中，所述中部凹槽由两侧斜面、底部圆弧面及斜面与底部圆弧面之间过度连接的圆弧面组成；所述中部凹槽的开口宽度L1为气缸直径D的50-60％，所述中部凹槽的深度H为气缸直径D的11-14％，所述斜面与缸盖底面的夹角α为45-60°。
所述射流槽的横截面呈圆弧状，圆弧的半径R3为气缸直径D的3.5-4.5％，两列平行的射流槽的中心轴线的间隔L2为气缸直径D的25-35％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过设置在活塞顶面的中部凹槽，使得在进气行程初期及压缩行程末期对气流运动的引导作用可增加缸内纵向滚流强度，从而在原有进气道形成的大尺度涡流基础上进一步形成斜轴涡流，并在压缩上止点附近通过使其破碎增加缸内湍流强度；另一方面，射流槽在挤流作用下将产生指向中部凹槽的射流，使其与凹槽内斜轴涡流发生碰撞，进一步增加缸内湍流强度。两种因素共同作用将明显提高燃烧过程中火焰传播速率，降低爆震倾向，提高缸内最大爆发压力，使得发动机改用汽油燃料后仍可实现相对较高的热效率及升功率。此外该燃烧室结构简单，易于加工，对原柴油机缸盖结构改动较小。
附图说明
图1为本发明燃烧室的剖视图；
图2是图1所示燃烧室的侧面剖视图；
图3是本发明中气门分布示意图；
图4是图1所示活塞顶面的俯视图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的功能结构，下面结合附图和优选的实施例对本发明作详细说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1和图2所示，本发明提出的一种在柴油机基础上改用汽油燃料的发动机燃烧室，由缸盖底面2、气缸壁面4及活塞顶面3围成的空间构成。所述缸盖底面2为平面，并分布有两进气门8与两排气门9，如图3所示；两进气门8与两排气门9均对称分布于直线P两侧，其中直线P通过气缸中心轴线且与活塞销孔7的中心轴线M平行；所述缸盖底面2的中心位置安装有火花塞1；所述活塞顶面3设有一个中部凹槽6和四个射流槽5；所述中部凹槽6以气缸中心轴线为基准对称分布，所述中部凹槽6的贯通方向与所述两进气门8底面中心连线N平行。四个射流槽5与所述中部凹槽6贯通方向垂直、并以气缸中心轴线为基准呈两列平行且对称分布于中部凹槽6的两侧，如图4所示。
如图1所示，所述中部凹槽6由两侧斜面、底部圆弧面及斜面与底部圆弧面之间过度连接的圆弧面组成；所述中部凹槽6的开口宽度L1为气缸直径D的50-60％，所述中部凹槽6的深度H为气缸直径D的11-14％，所述斜面与缸盖底面2的夹角α为45-60°。
如图2所示，所述射流槽5的横截面呈圆弧状，圆弧的半径R3为气缸直径D的3.5-4.5％，两列平行的射流槽5的中心轴线的间隔L2为气缸直径D的25-35％。
实施例：本实施例中发动机气缸直径D为113mm，发动机压缩比为12，缸盖为四气门结构。活塞顶面3的结构包括中部凹槽6及与其垂直联通的四个平行射流槽5，中部凹槽6的开口宽度L1为62mm，深度H为15mm，两侧的斜面与缸盖底面2的夹角α均为55°，底部圆弧面的半径R1为110mm，过度连接的圆弧面的半径R2为20m。本发明中，所述中部凹槽6主要用于在进气行程初期及压缩行程末期增加缸内纵向滚流强度，从而通过与原有进气道产生的大尺度涡流相结合进一步形成斜轴涡流，并通过使其在压缩上止点附近破碎增加燃烧过程中的缸内湍流强度。射流槽5的横截面呈半圆弧状，其半径R3为4.5mm，两列平行布置的射流槽5(即位于中部凹槽6同侧的两个射流槽5)的中心轴线间隔L2为34mm。本发明中，射流槽5主要用于在压缩上止点附近通过挤流作用产生指向中部凹槽的射流，使其与凹槽内斜轴涡流发生碰撞，进一步增加缸内湍流强度。基于上述结构，该燃烧室可在汽油燃料燃烧过程中有效加快火焰传播速率，降低爆震倾向，改善燃烧过程，使得发动机改用汽油燃料后仍可实现相对较高的热效率及升功率，进而配合三效催化器，在后处理系统大为简化的条件下满足商用车动力性、经济性及排放的要求。
尽管上面结合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)

1.一种在柴油机基础上改用汽油燃料的发动机燃烧室，由缸盖底面(2)、气缸壁面(4)及活塞顶面(3)围成的空间构成，其特征在于，所述缸盖底面为平面，并分布有两进气门(8)与两排气门(9)；所述缸盖底面(2)的中心位置安装有火花塞(1)；所述活塞顶面(3)设有一个中部凹槽(6)和四个射流槽(5)；所述中部凹槽(6)以气缸中心轴线为基准对称分布，所述中部凹槽(6)的贯通方向与所述两个进气门(8)底面中心连线N平行；四个射流槽(5)与所述中部凹槽(6)贯通方向垂直，并以气缸中心轴线为基准呈两列平行且对称分布于中部凹槽(6)两侧。
2.根据权利要求1所述在柴油机基础上改用汽油燃料的发动机燃烧室，其特征在于，所述中部凹槽(6)由两侧斜面、底部圆弧面及斜面与底部圆弧面之间过度连接的圆弧面组成；所述中部凹槽(6)的开口宽度L1为气缸直径D的50-60％，所述中部凹槽(6)的深度H为气缸直径D的11-14％，所述斜面与缸盖底面(2)的夹角α为45-60°。
3.根据权利要求1所述在柴油机基础上改用汽油燃料的发动机燃烧室，其特征在于，所述射流槽(5)的横截面呈圆弧状，圆弧的半径R3为气缸直径D的3.5-4.5％，两列平行的射流槽(5)的中心轴线的间隔L2为气缸直径D的25-35％。
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