CN108730064A - 柴油机活塞燃烧室 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种柴油机活塞燃烧室，包括：ω型凹坑、圆锥形唇口和环形锥面；ω型凹坑，设置在活塞顶部；ω型凹坑包括：中心圆锥凸台和底部凹面圆弧；中心圆锥凸台，中心圆锥凸台的两端分别与两个凹坑过渡面第一端连接；底部凹面圆弧，两个底部凹面圆弧分别与两个凹坑过渡面的第二端连接，ω型凹坑截面形状为ω型；圆锥形唇口，两个圆锥形唇口第一端分别与ω型凹坑的开口处连接；环形锥面，两个环形锥面第一端分别与两个圆锥形唇口第二端连接；两个环形锥面第二端与活塞顶平面相连。本公开提供的柴油机活塞燃烧室可降低HC和颗粒物排放，降低油耗，提高经济性。

Description

柴油机活塞燃烧室

技术领域

本公开涉及发动机燃烧室技术领域，尤其涉及一种柴油机活塞燃烧室。

背景技术

我国目前生产的中、小缸径增压直喷柴油机中，活塞顶部的ω型燃烧室广泛应用。由于燃烧室结构、形状、尺寸及活塞顶位置等因素对缸内气体运动和油气混合都有较大的影响。对于国v以上的排放标准的要求，需要油气充分混合及充分燃烧。但燃烧充分的情况下，热量释放相对增加，导致燃烧室内的温度、压力偏高等问题，同时散热损失相对增加。

原有的缩口型燃烧室，不能形成足够的挤流，空气利用率偏低，造成燃料和空气的混合效果降低，无法形成理想的可燃混合气，燃烧不充分，造成无法达到排放法规要求。通常中小排量柴油机燃烧室的形式为缩口型，缩口型燃烧室具有以下问题：首先，缩口型燃烧室，燃油全部进入ω型燃烧室内部进行燃烧，特别是在大负荷工况下使得局部燃油过浓，导致发动机颗粒物排放增加。其次，由于缩口燃烧室结构限制，使得进入活塞顶与缸盖之间的压缩余隙内燃油稀少，混合气过稀，无法进行着火燃烧导致发动机HC排放增加。最后，现有中小型柴油机燃烧室大多是垂直的喉口，且缩口率较大，在做功冲程中，垂直的喉口不利于可燃混合气的膨胀和发展。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种柴油机活塞燃烧室，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种柴油机活塞燃烧室，分为：ω型凹坑，设置在活塞顶部；ω型凹坑截面形状为ω型；两个圆锥形唇口，两个圆锥形唇口第一端分别与ω型凹坑的开口处连接；两个环形锥面，两个环形锥面第一端分别与两个圆锥形唇口第二端连接；两个环形锥面第二端与活塞顶平面相连；柴油机活塞燃烧室容置在缸筒内，缸筒直径为D。

在本公开的一些实施例中，ω型凹坑分为：中心圆锥凸台，中心圆锥凸台的两端分别与两个凹坑过渡面第一端连接；底部凹面圆弧，两个底部凹面圆弧分别与两个凹坑过渡面的第二端连接。

在本公开的一些实施例中，圆锥形唇口与环形锥面之间还具有：唇口过渡面，两个唇口过渡面第一端分别与ω型凹坑连接，两个唇口过渡面第二端分别与两个圆锥形唇口连接。

在本公开的一些实施例中，唇口过渡面为圆弧面。

在本公开的一些实施例中，环形锥面的第一端为小开口端，环形追面的第二端为大开口端。

在本公开的一些实施例中，环形锥面第一端的内壁轮廓线与活塞顶面夹角为γ，其中，60°＜γ＜80°；环形锥面第二端的开口直径为d1，其中，0.67D＜d1＜0.74D。

在本公开的一些实施例中，圆锥形唇口的第一端为小开口端，圆锥形唇口的第二端为大开口端。

在本公开的一些实施例中，圆锥形唇口的母线与活塞顶平面间的夹角为β，其中15°＜β＜25°；圆锥形唇口的第一端与圆锥形唇口的第二端的距离为h2，其中，0.01D＜h2＜0.03D；圆锥形唇口的第一端的直径为 d2，其中，0.56D＜d2＜0.61D。

在本公开的一些实施例中，底部凹面圆弧半径为R，其中，0.06D＜R ＜0.08D；中心圆锥凸台的半径为R1，其中，0.06D＜R1＜0.08D；中心圆锥凸台的母线夹角为α，其中，115°＜α＜140°。

在本公开的一些实施例中，底部凹面圆弧的圆弧切面与活塞顶平面的距离为H，其中0.15D＜H＜0.2D；中心圆锥凸台的圆弧切面与活塞顶平面的距离为h1，其中0.05D＜h1＜0.07D。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开柴油机活塞燃烧室至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)环形锥面的设置，对混合气的流动起到良好的引导作用，将混合气分为两部分，一部分在ω型凹坑内部，一部份进入活塞顶部空间，减小了ω型凹坑燃烧室内部涡流及换热损失，同时由于混合气浓度有所降低，传热损失减小，降低油耗。

(2)圆锥形唇口结构的导流作用，有利于可混合气向气缸斜上方空间扩散，解决了在气缸斜上方区域由于距离燃烧室较远，可燃混合气往往难以到达此处问题，促进了空气的利用率。

(3)唇口过渡面的圆弧面结构，利于获得更好的导流效果，有利于可混合气向气缸斜上方空间扩散。

(4)中心圆锥凸台的圆锥型结构，利于导流以及溅射回收。

附图说明

图1为本公开实施例柴油机活塞燃烧室的结构示意图。

图2为本公开实施例柴油机活塞燃烧室的相关参数示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

10-ω型凹坑；

11-底部凹面圆弧；

12-凹坑过渡面；

13-中心圆锥凸台；

20-圆锥形唇口；

30-环形锥面；

40-唇口过渡面；

50-活塞顶平面；

D、d1、d2、H、h1、R、R1、α-参数。

具体实施方式

本公开提供了一种柴油机活塞燃烧室，包括：ω型凹坑、圆锥形唇口和环形锥面；ω型凹坑，设置在活塞顶部；ω型凹坑包括：中心圆锥凸台和底部凹面圆弧；中心圆锥凸台，中心圆锥凸台的两端分别与两个凹坑过渡面第一端连接；底部凹面圆弧，两个底部凹面圆弧分别与两个凹坑过渡面的第二端连接，ω型凹坑截面形状为ω型；圆锥形唇口，两个圆锥形唇口第一端分别与ω型凹坑的开口处连接；环形锥面，两个环形锥面第一端分别与两个圆锥形唇口第二端连接；两个环形锥面第二端与活塞顶平面相连。本公开提供的柴油机活塞燃烧室可降低HC和颗粒物排放，降低油耗，提高经济性。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

使用现有的原ω缩口型燃烧室会带来以下缺点：首先，原ω型缩口燃烧室，燃油全部进入ω型燃烧室内部进行燃烧，特别是在大负荷工况，使得局部燃油过浓的情况，导致发动机颗粒物排放增加。其次，由于缩口燃烧室结构限制，使进入活塞顶与缸盖之间的压缩余隙内燃油稀少，混合气过稀，无法进行着火燃烧，这样导致HC排放增加。再次，现有中小型柴油机燃烧室大多是垂直的喉口，且缩口率较大，在做功冲程中，垂直的喉口不利于可燃混合气的膨胀和发展。

为解决上述问题，在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种一种柴油机活塞燃烧室。图1为本公开实施例柴油机活塞燃烧室的结构示意图。图2为本公开实施例柴油机活塞燃烧室的相关参数示意图。如图1和图2所示，分为：ω型凹坑10、圆锥形唇口20和环形锥面30；ω型凹坑 10，设置在活塞顶部；ω型凹坑10截面形状为ω型；ω型凹坑10分为：中心圆锥凸台13和底部凹面圆弧11；中心圆锥凸台13的两端分别与两个凹坑过渡面12第一端连接；两个底部凹面圆弧11分别与两个凹坑过渡面 12的第二端连接。两个圆锥形唇口20第一端形成的开口分别与ω型凹坑 10的开口处连接。环形锥面30，两个环形锥面30第一端分别与两个圆锥形唇口20第二端连接；两个环形锥面30第二端与活塞顶平面50相连。柴油机活塞燃烧室容置在缸筒内，缸筒直径为D。还包括唇口过渡面40，两个唇口过渡面40第一端分别与ω型凹坑10连接，两个唇口过渡面40 第二端分别与两个圆锥形唇口20连接，本公开中唇口过渡面40为圆弧面。

ω型凹坑10的底部凹面圆弧11半径为R，其中，0.06D＜R＜0.08D；底部凹面圆弧11的圆弧切面与活塞顶平面50的距离为H，其中0.15D＜ H＜0.2D。ω型凹坑10的中心圆锥凸台13的半径为R1，其中，0.06D＜ R1＜0.08D；中心圆锥凸台13的母线夹角为α，其中，115°＜α＜140°；中心圆锥凸台13的圆弧切面与活塞顶平面50的距离为h1，其中0.05D＜ h1＜0.07D。

环形锥面30的第一端为小开口端，环形锥面的第二端为大开口端；环形锥面30第一端的内壁轮廓线与活塞顶面夹角为γ，其中，60°＜γ＜80°；环形锥面30第二端的开口直径为d1，其中，0.67D＜d1＜0.74D。本公开中，环形锥面30的设置可以对混合气的流动起到很好的引导作用，将混合气分为两部分，一部分在ω型凹坑10内部，一部分进入活塞顶部空间，这样减小了ω型凹坑10燃烧室内部涡流，减小了换热损失，同时由于混合气浓度有所降低，燃烧温度降低传热损失减小了，降低了油耗，利用台架试验表明使用本发明的燃烧室能够满足国六排放，烟度大幅度降低，HC也有所降低，油耗也有明显改善。

圆锥形唇口20的第一端为小开口端，圆锥形唇口20的第二端为大开口端；圆锥形唇口20的母线与活塞顶平面50间的夹角为β，其中15°＜β＜25°；圆锥形唇口20的第一端与圆锥形唇口20的第二端的距离为h2，其中，0.01D＜h2＜0.03D；圆锥形唇口20的第一端的直径为d2，其中， 0.56D＜d2＜0.61D。本公开中，圆锥形唇口20在低速时，喷油提前角较大，油束喷射到圆锥形唇口20与ω型凹坑10相交处，油束在唇口、气流、原有运动惯性的作用下分为两部分，一部分向下运动入ω型凹坑10内部，一部分进入活塞顶部的空间，利用倾斜唇口的这种分流作用改善了传统的ω型燃烧室在喷油较早时，燃油过多的进入凹坑内部，造成混合气过浓，而活塞顶部空间又得不到有效利用的弊端。又由于倾斜的圆锥形唇口20可以起到导流作用，有利于可混合气向气缸斜上方空间扩散，解决了在气缸斜上方区域由于距离燃烧室较远，可燃混合气往往难以到达此处问题，促进了此处空气的利用。圆锥形唇口20的设计是通过减小挤流区的尺寸和限制挤流量来减少冷却损失的，提高发动机热效率。为了抑制排放的增加，锥形部分能够优化燃烧室内外的喷雾分布，并且能够有效地利用锥面顶部处的燃烧室外部空间。圆锥形唇口20能够产生逆向挤流，可以抵消一部分ω型凹坑10内部正向挤流的强度。因此锥形唇口燃烧室使挤流速度有所降低，具有低流量特征的锥形唇口燃烧室的活塞壁面的热损失较小。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开柴油机活塞燃烧室有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的柴油机活塞燃烧室，利用圆锥形唇口和环形锥面结构提供的分流作用，有利于可混合气向气缸斜上方空间扩散，解决了在气缸斜上方区域由于距离燃烧室较远，可燃混合气往往难以到达此处问题，促进了此处空气的利用，降低了HC和颗粒物排放，降低油耗，提高经济性；并且改善了传统的ω型燃烧室在喷油较早时，燃油过多的进入凹坑内部，造成混合气过浓，而活塞顶部空间又得不到有效利用的弊端。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柴油机活塞燃烧室，其中，分为：

ω型凹坑，设置在活塞顶部；所述ω型凹坑截面形状为ω型；

两个圆锥形唇口，两个所述圆锥形唇口第一端分别与所述ω型凹坑的开口处连接；

两个环形锥面，两个所述环形锥面第一端分别与两个所述圆锥形唇口第二端连接；两个所述环形锥面第二端与活塞顶平面相连；

所述柴油机活塞燃烧室容置在缸筒内，所述缸筒直径为D。

2.根据权利要求1所述的柴油机活塞燃烧室，其中，所述ω型凹坑分为：

中心圆锥凸台，所述中心圆锥凸台的两端分别与两个凹坑过渡面第一端连接；

底部凹面圆弧，两个所述底部凹面圆弧分别与两个所述凹坑过渡面的第二端连接。

3.根据权利要求1所述的柴油机活塞燃烧室，其中，圆锥形唇口与环形锥面之间还具有：

唇口过渡面，两个所述唇口过渡面第一端分别与所述ω型凹坑连接，两个所述唇口过渡面第二端分别与两个所述圆锥形唇口连接。

4.根据权利要求3所述的柴油机活塞燃烧室，其中，所述唇口过渡面为圆弧面。

5.根据权利要求1所述的柴油机活塞燃烧室，其中，所述环形锥面的第一端为小开口端，所述环形追面的第二端为大开口端。

6.根据权利要求5所述的柴油机活塞燃烧室，所述环形锥面第一端的内壁轮廓线与活塞顶面夹角为γ，其中，60°＜γ＜80°；所述环形锥面第二端的开口直径为d1，其中，0.67D＜d1＜0.74D。

7.根据权利要求1所述的柴油机活塞燃烧室，其中，所述圆锥形唇口的第一端为小开口端，所述圆锥形唇口的第二端为大开口端。

8.根据权利要求7所述的柴油机活塞燃烧室，所述圆锥形唇口的母线与活塞顶平面间的夹角为β，其中15°＜β＜25°；所述圆锥形唇口的第一端与所述圆锥形唇口的第二端的距离为h2，其中，0.01D＜h2＜0.03D；所述圆锥形唇口的第一端的直径为d2，其中，0.56D＜d2＜0.61D。

9.根据权利要求2所述的柴油机活塞燃烧室，所述底部凹面圆弧半径为R，其中，0.06D＜R＜0.08D；所述中心圆锥凸台的半径为R1，其中，0.06D＜R1＜0.08D；所述中心圆锥凸台的母线夹角为α，其中，115°＜α＜140°。

10.根据权利要求2所述的柴油机活塞燃烧室，所述底部凹面圆弧的圆弧切面与所述活塞顶平面的距离为H，其中0.15D＜H＜0.2D；所述中心圆锥凸台的圆弧切面与所述活塞顶平面的距离为h1，其中0.05D＜h1＜0.07D。