CN109707500A - 多气门发动机的燃烧室及气门布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多气门发动机的燃烧室、燃烧室结构及气道布置形式，燃烧室的顶部设有用于安装进气门的进气门安装侧楔形面、用于安装排气门的排气门安装侧楔形面和用于安装火花塞的火花塞安装侧楔形面，除进气门安装侧楔形面、排气门安装侧楔形面和火花塞安装侧楔形面之外均采用球形面。本发明通过重新设计燃烧室结构进行，结合进气喉口、出气喉口与进气道、出气道的设计，既简化了燃烧室的结构与制作工艺、成本，也使其具有高滚流比、高涡流强度、热损失小、充分燃烧等特点，还可以有效减小发动机进、排气的阻力损失，从而提高发动机外性能及燃油经济性能。

Description

多气门发动机的燃烧室及气门布置结构

技术领域

本发明属于发动机领域，具体地讲是一种多气门发动机的燃烧室及气门布置结构。

背景技术

为达到增加发动机进气量、提升充气效率和发动机动力性能，现在的发动机普遍采用单缸多气门形式。而为能够布置多个进气门、排气门，现有发动机一般采用面容比（燃烧室的表面积与体积的比值）特别大的盆形燃烧室或楔形燃烧室，以及非常小的气门与燃烧室中心线夹角的结构形式。

上述结构形式中，面容比过大不利于油气充分混合，也难以使混合气体形成具有分层、滚流、挤流、涡流等促进快速燃烧的特征，且会造成较大热损失、较高的HC和碳烟排放；而气门与燃烧室中心线夹角过小，则会造成气流在气道与喉口交叉位置会的出现近90°的突然转向，继而增大进、排气沿程阻力损失、降低充气效率。

基于此，提出本案申请。

发明内容

为解决现有技术中多气门燃烧室结构设计与气门布置形式不合理导致的燃烧效果差、热损失过大等问题，本发明提供一种重新设计结构的多气门发动机的燃烧室和气门布置结构，其能够使油气混合充分、提高燃烧效率，确保气门进气、排气效率。

为实现上述目的，本发明采用的方案如下：一种多气门发动机的燃烧室，燃烧室的顶部为主要由进气门安装侧楔形面、排气门安装侧楔形面与火花塞安装侧楔形面三个楔形面及至少两个球形连接面组合而成的半球形或小半球形球面。燃烧室顶部中心或中心及中心附近成屋脊形式。

进气门安装侧楔形面为用于安装进气门（可理解为与进气道连通）的一个倾斜的平面。排气门安装侧楔形面为用于安装排气门（可理解为与排气道连通）的一个倾斜的平面。火花塞安装侧楔形面为用于安装火花塞的一个倾斜的平面。定义与进气门安装侧楔形面近似。

本发明中，活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室。燃烧室中心线为位于燃烧室中心、垂直平面上的中心线；以靠近燃烧室顶部中心的一侧为内侧，与之相反的为外侧。半球形指二分之一的球体的穹顶形状，小半球形指弓形的立体形状——即少于二分之一的球体的穹顶形状。球形连接面即指半球形与小半球形的部分弧面，其用于楔形面与燃烧室边缘的连接。

本发明进一步设置如下：三个楔形面两两相邻，相接处均位于燃烧室顶部中心或中心附近。三个楔形面两两相邻供形成有三个相接处，以相接处为界，两侧的楔形面呈钝角相交。

本发明进一步设置如下：以楔形面的两两相接侧为内侧边缘，楔形面的外侧边缘与燃烧室边缘重合。上述结构将楔形面的面积最大化、将球形连接面的面积最小化，以便于铸造模具生产。

本发明进一步设置如下：楔形面的外侧边缘与内侧边缘有中部边缘过度连接，球形连接面位于中部边缘与燃烧室边缘之间，能够提高滚流比，进而提高燃烧效率。

本发明进一步设置如下：为确保最好的安装效果与进气、排气效率，使燃烧充分，进气门安装侧楔形面与水平面之间的夹角为5~25°和/或排气门安装侧楔形面与水平面之间的夹角为5~30°。

本发明进一步设置如下：进气楔形面与排气楔形面的相接处偏离中心线并靠向排气楔形面所在侧。上述结构可以加大气道与吼口之间的夹角、提高进气效率，并使进入燃烧室内的油气混合气形成较好的分层，还可以在火花塞电极周围形成浓度合理的油气包围，使得火焰快速传播，达到快速燃烧和避免火焰燃烧时出现失火现象。

本发明还提供一种多气门发动机的气门布置结构，其采用的技术方案如下：包括上述的燃烧室，进气楔形面上安装并连通有至少两个进气喉口、排气楔形面上安装并连通有至少一个排气喉口。进气喉口与燃烧室中心线之间的夹角为5~25°。排气喉口与燃烧室中心线之间的夹角为5~30°。

上述多气门发动机的气门布置结构进一步设置如下：所述进气喉口与进气门安装侧楔形面垂直，排气喉口与排气门安装侧楔形面垂直。一方面，其能够使气门座圈与楔形面充分贴合，确保气门的密封性；另一方面，有利于降低模具/砂芯的设计难度与加工难度。

为便于进气、排气，上述多气门发动机的气门布置结构进一步设置如下：所述进气喉口、排气喉口为圆柱形开口。

本发明技术效果如下：一、本发明通过重新设计燃烧室结构，使燃烧室能够在布置多个进气、排气门的同时具有合理的面容比，既有利于油气混合气体的气流组织和充分混合、还有利于形成具有分层、滚流、挤溜、涡流等特征的可快速燃烧混合气，从而确保燃烧充分、提高燃烧效率、减少HC化合物的排放。此外，合理的面容比还能够减少燃烧产生的热损失，进而有助于提高发动机热效率、燃油经济性。

二、本发明燃烧室使火花塞点火位置更靠近理论中心，能够缩短火焰传播距离并使火花塞喷射出的火焰与油气混合气体相对，有利于火焰传播和油气混合气的充分燃烧，提升燃油经济性。

三、本发明通过对气门布置形式的合理设计，可以有效减小发动机工作过程中进、排气的沿程阻力损失，提高进、排气效率，改善油气混合效果和气流的组织使其充分、快速的燃烧，避免由于气门与燃烧室中心线夹角θ过小造成的泵气损失过大、局部涡流、充气效率低、表面点火、局部燃烧等不正常燃烧现象等问题，从而改善发动机外性能、燃油经济性提升和排放。

四、本发明大大简化了燃烧室的结构，降低其砂芯模的制作难度，使进、排气气道和燃烧室模型芯盒的得以重复使用，从而提高砂芯使用率，大大降低模具制造难度和成本。

附图说明

图1为本发明具体实施例整体示意图。

图2为本发明具体实施例正视图。

图中所示：1—气缸盖，2—排气道，3—排气门弹簧组件，4—排气门，5—燃烧室，6—进气门，7—进气门弹簧组件，8—进气道，9—进气喉口，10—排气喉口，a—球形面Ⅰ，b—排气门安装侧楔形面，c—火花塞安装侧楔形面，d—球形面Ⅱ，e—进气门安装侧楔形面。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种多气门发动机的燃烧室5，燃烧室5的顶部为小半球形球面，小半球形球面主要由进气门安装侧楔形面e、排气门安装侧楔形面b和火花塞安装侧楔形面c与球形面Ⅰa、球形面Ⅱd五个面拼接而成，进气门安装侧楔形面e、排气门安装侧楔形面b和火花塞安装侧楔形面c三个楔形面相邻并于燃烧室5中心相接（本实施例以靠近燃烧室5中心所在侧为内侧，相反为外侧）：进气门安装侧楔形面e与排气门安装侧楔形面b相对设置，二者的相接处偏离中心线并靠向排气门安装侧楔形面b所在侧。

进气门安装侧楔形面e与排气门安装侧楔形面b以相接处为中心，外侧向内翻转，使进气门安装侧楔形面e与排气门安装侧楔形面b之间形成120~170°的钝角。火花塞安装侧楔形面c位于气门安装侧楔形面与排气门安装侧楔形面b之间，其两处内侧分别与气门安装侧楔形面与排气门安装侧楔形面b相接；其外侧向内翻转，使火花塞安装侧楔形面c与进气门安装侧楔形面e、排气门安装侧楔形面b之间分别形成120~170°的钝角。

球形面Ⅰa位于进气门安装侧楔形面e与排气门安装侧楔形面b之间，作为进气门安装侧楔形面e与排气门安装侧楔形面b的连接面。球形面Ⅱd位于进气门安装侧楔形面e与火花塞安装侧楔形面c之间，作为二者的连接面。除球形面Ⅰa、球形面Ⅱd之外，为使燃烧室5的球面结构完整、光滑，还可在排气门安装侧楔形面b与火花塞安装侧楔形面c之间设置小球形面Ⅲ，确保燃烧室5的球面在楔形面与楔形面之间顺畅过度。

本实施例中，为提高燃烧室5的面容易，将楔形面的外侧边缘作为燃烧室5边缘设置，既便于加工制造，还有利于提高油气进气效率。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中进气门安装侧楔形面e之间、进气门安装侧楔形面e与火花塞安装侧楔形面c之间、火花塞安装侧楔形面c与排气门安装侧楔形面b之间中至少一处采用球形面间接连接。

实施例3

本实施例与实施例1、2的不同之处在于：本实施例进气门安装侧楔形面e、火花塞安装侧楔形面c、排气门安装侧楔形面b三者中至少一者的边缘与燃烧室5边缘之间采用球形面间接连接。即，三者中的至少一者的外侧边缘不作为燃烧室5的外侧边缘。

实施例4

如图1所示，在上述燃烧室5顶面上，本实施例在进气门安装侧楔形面e上连通有两个并排设置的进气喉口9、排气门安装侧楔形面b上连通有一个排气喉口10。两个进气喉口9共同连接于一个进气道上，排气喉口10与一排气道2连通。进气门安装侧楔形面e、排气门安装侧楔形面b与火花塞安装侧楔形面c的大小分别与两个进气门6、排气门4与火花塞的大小相适应。

其中，进气喉口9和/或排气喉口10与进气门安装侧楔形面e/排气门安装侧楔形面b最好垂直，并进气喉口9、排气喉口10优选略高于进气道、排气道2高度的圆柱形连通口。

本实施例中，两个进气喉口9最好大小、结构均相同，该结构既便于加工、设计、又能够确保两个进气喉口9进气流量、速度相近，确保进气均匀，使燃烧室5内的油气能够充分燃烧。

实施例5

本实施例与实施例4的不同之处在于：在进气门安装侧楔形面e上连通有两个并排设置的进气喉口9、排气门安装侧楔形面b上连通有两个个排气喉口10。两个进气喉口9共同连接于一个进气道上，两个排气喉口10共同连接于一排气道2上。

实施例6

本实施例与实施例4的不同之处在于：本实施例在进气门安装侧楔形面e上连通有呈三角分布的三个的进气喉口9、排气门安装侧楔形面b上连通有一个排气喉口10。三个进气喉口9共同连接于一个进气道上，排气喉口10与一排气道2连通。

实施例7

在上述实施例燃烧室5的基础之上，本实施例在进气喉口9、排气喉口10内分别设置进气门6与进气门6弹簧组件、排气门4与排气门4弹簧组件3，进气门6与燃烧室5中心线之间的夹角小于排气门4与燃烧室5中心线之间的夹角，角度差可维持于2~5°。

本实施例中，进气门6与燃烧室5中心线之间的夹角为5~25°、排气门4与燃烧室5中心线之间的夹角为5~30°。

作为优选，进气门6与燃烧室5中心线之间的夹角分别为10°、排气门4与燃烧室5中心线之间为12°~15°。

作为优选，进气门6与燃烧室5中心线之间的夹角分别为15°、排气门4与燃烧室5中心线之间为17°~20°。

基于上述，本发明提供了一种多气门发动机的燃烧室5、燃烧室5结构及其气道布置结构，通过将进气门6、排气门4与火花塞的楔形安装面与球形面结合重新对燃烧室5结构进行设计，极大地简化了燃烧室5的结构与其制作工艺，也降低了燃烧室5结构的制作难度与制作成本，使其具有高滚流比、高涡流强度、热损失小等特点；并结合进气喉口9、出气喉口与进气道、出气道的设计，可以有效减小发动机进、排气的阻力损失，使燃烧室5进气效率高、均匀并能够充分与火焰接触、充分燃烧，从而提高发动机外性能及燃油经济。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种多气门发动机的燃烧室，其特征在于：燃烧室的顶部为主要由进气门安装侧楔形面、排气门安装侧楔形面与火花塞安装侧楔形面三个楔形面及至少一个球形连接面拼接而成的半球形或小半球形球面；燃烧室顶部中心或中心附近隆起。

2.如权利要求1所述的多气门发动机的燃烧室，其特征在于：三个楔形面两两相邻，相接处均位于燃烧室顶部中心或中心附近。

3.如权利要求1或2所述的多气门发动机的燃烧室，其特征在于：以楔形面的两两相接侧为内侧边缘，楔形面的外侧边缘与燃烧室边缘重合。

4.如权利要求1所述的多气门发动机的燃烧室，其特征在于：楔形面的外侧边缘与内侧边缘有中部边缘过度连接，球形连接面位于中部边缘与燃烧室边缘之间。

5.如权利要求1所述的多气门发动机的燃烧室，其特征在于：进气门安装侧楔形面与水平面之间的夹角为5~25°和/或排气门安装侧楔形面与水平面之间的夹角为5~30°。

6.如权利要求1所述的多气门发动机的燃烧室，其特征在于：进气门安装侧楔形面与排气门安装侧楔形面的相接处偏离中心线并靠向排气门安装侧楔形面所在侧。

7.多气门发动机的气门布置结构，其特征在于：包括有如权利要求1至5权利要求所述的燃烧室，进气门安装侧楔形面上安装有至少两个进气门、排气门安装侧楔形面上安装并连通有至少一个排气门；进气门与燃烧室中心线之间的夹角小于排气门与燃烧室中心线之间的夹角。

8.如权利要求7所述的多气门发动机的气门布置结构，其特征在于：所述进气喉口与进气门安装侧楔形面垂直和/或所述排气喉口排气门安装侧楔形面垂直。

9.如权利要求7所述的多气门发动机的气门布置结构，其特征在于：所述进气喉口、排气喉口为圆柱形连通口。