CN109854360B - 燃烧室装置、气缸、发动机及汽油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃烧室装置、气缸、发动机及汽油机。燃烧室装置包括燃烧室、气缸套、气缸盖和活塞，燃烧室包括主燃室，主燃室形成在活塞的顶面与气缸盖之间，燃烧室还包括多个涡流室，多个涡流室在气缸套的周向上间隔设置，并在气缸套的径向上位于主燃室的外周缘，每一涡流室形成于气缸套和/或气缸盖，并具有与主燃室连通的涡流室开口；当活塞位于上止点时，每一涡流室开口的至少部分未被活塞封闭。气缸包括如上所述的燃烧室装置。发动机包括如上所述的气缸。汽油机包括如上所述的气缸。本发明具有较高压缩比的同时且不易发生爆燃，提高了动力性和热效率。

Description

燃烧室装置、气缸、发动机及汽油机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种燃烧室装置、气缸、发动机及汽油机。

背景技术

汽油机是燃油汽车的动力来源，从汽车的动力性和经济性方面来说，汽油机的压缩比应该越大越好，压缩比高，动力性好、热效率高。

目前，现有的汽油机通常包括气缸，气缸包括燃烧室装置，燃烧室装置包括燃烧室、气缸套、气缸盖、活塞和火花塞，气缸盖盖合于气缸套，燃烧室由形成于活塞的顶面和气缸套之间的主燃室构成，火花塞安装于气缸盖且位于气缸套的轴线上，并延伸至燃烧室内。在燃烧后期，已燃烧的混合气使气缸内的温度和压力升高，气缸内距离火花塞较远的末端混合气未燃烧，该部分未燃烧的混合气受到压缩和热辐射的作用，温度超过了自燃温度。末端混合气靠近燃烧室的内壁，火焰传播速度减小，使该温度持续了相应的着火延迟期，在火焰前锋面尚未达到之前，产生了自燃。由此可知，现有的汽油机存在以下缺陷：提高汽油机的压缩比易使气缸内产生爆燃，即受到爆燃的制约，其压缩比较小，进而使现有汽油机的动力性、热效率的提高受到制约。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术由于爆燃的制约限制汽油机压缩比，从而使汽油机压缩比较小，动力性和热效率的提高受到制约的技术问题，提供一种燃烧室装置、气缸、发动机及汽油机，能够解决具有较高压缩比时发生爆燃的问题，进一步解决爆燃对提高汽油机压缩比的制约的问题，提高了其动力性和热效率。

本发明的实施方式还公开了一种燃烧室装置，其包括燃烧室、气缸套、气缸盖和活塞，所述燃烧室包括主燃室，所述主燃室形成在所述活塞的顶面与所述气缸盖之间；

所述燃烧室还包括多个涡流室，多个所述涡流室在所述气缸套的周向上间隔设置，并在所述气缸套的径向上位于所述主燃室的外周缘，每一所述涡流室形成于所述气缸套和/或所述气缸盖，并具有与所述主燃室连通的涡流室开口；

当所述活塞位于上止点时，每一所述涡流室开口的至少部分未被所述活塞封闭。

采用上述技术方案，在压缩冲程活塞到达上止点前，火花塞提前点火，在主燃室中心形成火焰中心，火焰前锋向四周未燃混合气传播。由于主燃室中混合气的燃烧使主燃室的压力持续提高，主燃室中靠近涡流室开口的未燃混合气从涡流室开口高速进入涡流室，并在涡流室内形成强烈的有组织的涡流，高速气流与涡流室的内壁接触，降低了涡流室内未燃混合气的温度，当火焰前锋从主燃室进入涡流室后，在高速涡流的作用下，火焰迅速传播，从而实现在着火延迟时间内火焰前锋扫过整个涡流室，进而在燃烧室装置即使具有较高压缩比时也不会产生爆燃，提高了其动力性和热效率。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，每一所述涡流室具有依次相接的第一切面、弧面和第二切面，所述第一切面和所述第二切面均向所述主燃室延伸，每一所述涡流室的所述涡流室开口形成于对应的所述第一切面与所述第二切面之间，所述弧面能够使进入对应的所述涡流室内的气流形成涡流。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述涡流室的所述第一切面、所述弧面和所述第二切面依次相切连接。

采用上述技术方案，能够使高速气流在涡流室运动时所受到的阻力较小。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述弧面的半径、所述弧面的圆心至所述气缸套的内壁延长面的距离均相等。

采用上述技术方案，这样使气缸套的内壁延长面、第一切面、弧面围起来的空间的垂直面边界，是接近圆周型。从而使涡流室内的气流阻力较小，形成的涡流持续时间较长。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述第二切面位于所述第一切面的上方，并向主燃室延伸超过所述气缸套的内壁的延长面；

当所述涡流室开口的至少部分被所述活塞封闭时，相对设置的所述第二切面与所述活塞的顶面之间形成涡流气道，所述涡流气道将所述主燃室和所述涡流室连通。

采用上述技术方案，在活塞位于上止点附近时，涡流气道将主燃室和涡流室连通，能够引导末端混合气快速进入涡流室。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，1.5<V^2/3/S<4，其中，V表示多个所述涡流室的容积之和，S表示上止点后10度多个所述涡流气道的与气流方向垂直的面积。

采用上述技术方案，能够保证进入涡流室的气流强度合适，不仅能够避免气流强度过弱时涡流室易产生爆燃，还能够避免气流强度过强时涡流室燃烧过快导致提升率易过大。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述气缸盖盖合于所述气缸套，所述气缸套的与所述气缸盖的连接处周向间隔开设多个第一槽口，所述气缸盖的与所述气缸套的连接处周向间隔开设多个第二槽口，多个所述第一槽口和多个所述第二槽口一一对应形成多个所述涡流室。

采用上述技术方案，多个第一槽口和多个第二槽口一一对应形成多个涡流室，即每一个涡流室有第一槽口和第二槽口两部分组成，分别加工第一槽口和第二槽口，加工难度低，加工成本低，加工精度高。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述第一槽口具有第一切面和第一弧面，所述第二槽口具有第二切面和第二弧面，所述第一切面、所述第一弧面、所述第二弧面和所述第二切面依次相接，所述第一切面和所述第二切面均向所述主燃室延伸；

每一所述涡流室的所述涡流室开口形成于对应的所述第一切面与所述第二切面之间，所述第一弧面和所述第二弧面形成弧面，所述弧面能够使进入对应的所述涡流室内的气流形成涡流。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述第一弧面与所述第二弧面相切连接，且所述第一弧面的圆心与所述第二弧面的圆心重合。

采用上述技术方案，能够使高速气流在涡流室运动时所受到的阻力较小。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述气缸套在所述涡流室开口处设置导流面。

采用上述技术方案，在主燃室燃烧中后期，主燃室内靠近涡流室开口处的混合气快速进入涡流室，导流面能够引导靠近气缸套的内壁且位于两涡流室开口间的混合气进入涡流室，并且加强涡流室侧壁处的气流强度。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述气缸套设置多个面向所述气缸盖的第一斜面，每一所述第一斜面均位于相邻所述第一槽口之间，且所述第一斜面沿所述气缸套的轴线方向倾斜；

所述气缸盖设置多个面向所述气缸套的第二斜面，每一所述第二斜面均位于相邻所述第二槽口之间，且所述第二斜面沿所述气缸套的轴线方向倾斜；

多个所述第二斜面与多个所述第一斜面一一对应配合。

采用上述技术方案，多个第二斜面与多个第一斜面一一对应配合，相比于平面接触增大了接触面积，进而提高了气缸盖与气缸套的连接机械强度。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述气缸盖具有盖顶壁和盖凸缘部，所述盖凸缘部凸设于所述盖顶壁的底面的外周缘；

所述气缸套具有套本体和套凸缘部，所述套凸缘部设置于所述套本体的顶面，并沿所述套本体的径向向外伸出所述套本体的外壁面；

所述盖凸缘部盖合于所述套凸缘部，多个所述第一槽口开设于所述套凸缘部，多个所述第二槽口开设于所述盖凸缘部，所述主燃室形成在所述活塞的顶面与所述盖顶壁的底面之间。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，多个所述涡流室的体积之和与所述燃烧室的体积之比为10％-35％。

采用上述技术方案，不仅能够保证涡流室的防爆燃作用，还能够避免涡流室燃烧过于剧烈导致提升率过高以及涡流室进入主燃室的反向热气流流速过快，导致热损失过大。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，多个所述涡流室开口在所述气缸套的内壁所占弧长之和与所述气缸套内壁的周长之比为20％-70％。

采用上述技术方案，不仅能够限制废气的产生，而且能够降低控制点火时间的要求。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述气缸盖中面向所述主燃室的面为平面，所述主燃室为平面型主燃室；

或者，所述主燃室为蓬型主燃室。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的一种燃烧室装置，所述主燃室具有主燃空间和位于所述主燃空间的外周缘的间隙空间，所述间隙空间形成于所述气缸盖中面向所述主燃室的面的外周缘与所述活塞的顶面的外周缘之间，所述间隙空间设置成用于将所述主燃空间与多个所述涡流室相连通，且所述间隙空间的高度小于所述主燃空间的高度。

采用上述技术方案，能够使得位于间隙空间内的混合气较少，从而避免在后燃期该区域燃烧剧烈，降低提升率。

本发明的实施方式还公开了一种气缸，其包括如上所述的燃烧室装置。

采用上述技术方案，在气缸即使具有较高压缩比的时候也不会产生爆燃，提高了气缸动力性和热效率。

本发明的实施方式还公开了一种发动机，其包括如上所述的气缸，所述发动机采用火花点火式发动机。

采用上述技术方案，在发动机即使具有较高压缩比的时候也不会产生爆燃，提高了发动机动力性和热效率。

本发明的实施方式还公开了一种汽油机，所述汽油机包括如上所述的气缸。

采用上述技术方案，在汽油机即使具有较高压缩比的时候也不会产生爆燃，提高了汽油机动力性和热效率。

在符合本领域常识的基础上，上述各实施方式，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的燃烧室装置、气缸、发动机及汽油机，通过设置多个涡流室，在速燃期，主燃室中靠近涡流室开口的未燃混合气从涡流室开口高速进入涡流室，并在涡流室内形成强烈的有组织的涡流，高速气流与涡流室的内壁接触，降低了涡流室内未燃混合气的温度，当火焰前锋从主燃室进入涡流室后，在高速涡流的作用下，火焰迅速传播，从而实现在着火延迟时间内火焰前锋扫过整个涡流室，进而在燃烧室装置、气缸、发动机及汽油机即使具有较高压缩比的时候也不会产生爆燃，提高了其动力性和热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的发动机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的活塞位于上止点时燃烧室装置的结构示意图，其中，示出了气缸盖与气缸套的结构；

图3为本发明实施例提供的涡流室的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的气缸盖与气缸套的结构示意图；

图5为图4中A-A面的剖视图；

图6为本发明实施例提供的活塞的一种实施方式的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的气缸盖的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的气缸套的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的蓬型主燃室的发动机的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的蓬型主燃室的发动机的另一视角的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的曲轴转角燃烧室压强图；

图12为本发明实施例提供的活塞位于上止点时的燃烧室装置的结构示意图，其中，主燃室采用平面型主燃室，活塞的顶部设置有凹陷部；

图13为本发明实施例提供的活塞位于上止点时的燃烧室装置的活塞另一实施方式的立体结构示意图；

图14为本发明实施例提供的活塞位于上止点时的燃烧室装置的结构示意图(一)，该视角为主视方向，其中，主燃室采用蓬型主燃室，活塞的顶部的中心区域向上突出；

图15为本发明实施例提供的活塞位于上止点时的燃烧室装置的结构示意图(二)，该视角为侧视方向；

图16为本发明实施例提供的活塞位于上止点时的燃烧室装置的结构示意图(三)，该视角为俯视方向；

图17为本发明实施例提供的活塞位于上止点时的燃烧室装置的结构示意图(四)，该视角为仰视方向；

图18为本发明实施例提供的活塞位于上止点时的燃烧室装置的活塞的另一实施方式的立体结构示意图，其中，主燃室采用蓬型主燃室，活塞的顶部的中心区域向上突出；

图19为本发明实施例提供的活塞位于上止点时的燃烧室装置的结构示意图，该视角为主视方向，其中，主燃室采用蓬型主燃室，活塞的顶部的中心区域向上突出，且气缸盖上设置有火花塞和喷油器。

附图标记说明：

100-气缸套；110-第一槽口；111-第一切面；112-第一弧面；120-导流面；130-第一斜面；140-第一平面；150-套本体；160-套凸缘部；

200-气缸盖；210-第二槽口；211-第二切面；212-第二弧面；220-第二斜面；230-第二平面；240-盖顶壁；241-第一斜顶壁；242-第二斜顶壁；250-盖凸缘部；260-侧平面；270-圆弧面；

300-活塞；310-凹坑；320-环形凹槽；330-凸起；340-凹坑；350-凹陷部；351-底面；352-碗状壁面；360-凸部；361-凸部顶面；362-凸部圆弧面；363-凸部斜平面；

400-火花塞；410-喷油器；

500-主燃室；510-主燃空间；520-间隙空间；

600-涡流室；610-中心涡流室；

700-进气道；

800-出气道；

900-涡流气道。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

以下结合图2-4描述根据本发明的具体实施方式的燃烧室装置。图2为本实施例提供的活塞位于上止点时的燃烧室装置的一实施方式的结构示意图。图3为本实施例提供的涡流室的局部结构示意图。图4为本实施例提供的气缸盖与气缸套的结构示意图。

根据本发明的具体实施方式的燃烧室装置，其包括燃烧室、气缸套100、气缸盖200和活塞300。燃烧室包括主燃室500。主燃室500形成在活塞300的顶面与气缸盖200之间。在本实施方式中，气缸盖200盖合于气缸套100。气缸盖200的底面、活塞300的顶面和气缸套100的内壁的延伸面围成主燃室500。

燃烧室还包括多个涡流室600。多个涡流室600在气缸套100的周向上间隔设置，并在气缸套100的径向上位于主燃室500的外周缘。每一涡流室600形成于气缸套100和/或气缸盖200，并具有与主燃室500连通的涡流室开口。具体地，多个涡流室600单独形成于气缸套100，或者单独形成于气缸盖200，或者形成于气缸套100和气缸盖200相接合的部位。

当活塞300位于上止点时，每一涡流室开口的至少部分未被活塞300封闭。也就是说，当活塞300位于上止点时，每一涡流室开口的至少部分未被活塞300覆盖，每一涡流室600能够通过对应的涡流室开口中未被活塞300覆盖的区域与主燃室500连通。

以下对具有本实施方式的燃烧室装置的火花点火式发动机的工作过程进行详细说明：

进气冲程：打开进气阀，同时降下活塞300。随之，混合气从进气道700被负压吸引至主燃室500内。

压缩冲程：关闭进气阀，同时使活塞300上升。随之，主燃室500内的混合气被压缩，温度和压力上升。在压缩冲程的结束阶段，即活塞300上升至图2-3中所示的上止点附近时，从火花塞400的电极跳出火花。通过该火花点燃火花塞400的电极附近的混合气，形成火焰核。

膨胀冲程：火焰核的火焰前锋大致扩展为球状并进行燃烧。经燃烧急速增高的缸内压力向下按压活塞300。向下按压活塞300的作用力，经连杆(图中未示出)等而成为输出轴(曲柄轴)(图中未示出)的转动驱动力。

排气冲程：打开排气阀，同时使活塞300上升。随着活塞300的上升，已燃气体(废气)从出气道800挤出而被排出。

通过反复进行上述进气、压缩、膨胀和排气构成的四冲程，发动机连续运转(四循环发动机)。此外，多气缸发动机，通过将各气缸的上述各冲程予以错开，可获得运行更为平稳、且振动、噪音较低的发动机。

以下对燃烧过程进行详细说明：

初燃期(着火落后期)：从电火花开始到火焰核形成的这段时期，当反应的混合气温度升高到一定程度后，形成发火区——火焰核。

速燃期：从混合气中火焰核形成到气缸内出现最高压力为止。此期火焰核以球面迅速向燃烧室内各点传播，混合气的主要部分在此时期内燃烧完毕，燃烧热能的绝大部分在此时期放出，使压力、温度升高。速燃期的周期时间及其所对应的活塞300位置，对于发动机的热效率是有决定性的影响的。

后燃期：最高压力点后的燃烧。因混合不可能绝对均匀，有不完全燃烧，燃烧产物在高温下可能有分解，在膨胀中又继续氧化等形成过后燃烧。

从提高热效率角度，希望燃烧时间越短越好，要缩短速燃期，提高混合气的燃烧速率，使气体最高温度、最高压力出现在上止点位置，热量获较充分的利用，减少补燃。

若燃烧速率越快，单位时间内放出热量就越多，气缸内压力升高越快，显然发动机产生的动力越大。但另一方面，燃烧速率过快，将带来发动机工作粗暴和噪音，使运动件受冲击性负荷，加速磨损，发动机寿命缩短。为此，基于发动机的动力性以及发动机的工作平稳性、使用寿命考虑，发动机的燃烧速率需合适。

在本实施方式中，在压缩冲程活塞300到达上止点前，火花塞400提前点火，在主燃室500中心形成火焰核，火焰核的火焰前锋向四周未燃混合气传播。由于主燃室500中混合气的燃烧使主燃室500的压力持续提高，主燃室500中靠近涡流室开口的未燃混合气从涡流室开口高速进入涡流室，并在涡流室内形成强烈的有组织的涡流，高速气流与涡流室600的内壁接触，降低了涡流室600内未燃混合气的温度，当火焰前锋从主燃室500进入涡流室600后，在高速涡流的作用下，火焰迅速传播，从而实现在着火延迟时间内火焰前锋扫过整个涡流室600，进而在燃烧室装置即使具有较高压缩比的时候也不会产生爆燃，提高了其动力性和热效率。

上述的着火延迟现象是与可燃物质的自燃现象相对应的现象。自燃现象是指燃料和空气混合物在一定的温度和压力下无需借助外界点燃便可发生着火燃烧；着火延迟是指燃料与空气混合物在其温度高于燃料着火温度的情况下并不立即着火燃烧的一种现象。

进入涡流室600内的未燃混合气由于与涡流室600内壁的接触，温度降低，若混合气的温度降低至自燃温度以下，进而避免了爆燃。若混合气的温度未降低到自燃温度以下，混合气温度的降低也能够延长着火延迟期，同时火焰前锋从主燃室500进入涡流室600后，在高速涡流的作用下，火焰迅速传播，保证了火焰前锋在着火延迟时间内扫过整个涡流室600，进而避免了爆燃。在燃烧室装置中设置上述涡流室600，从而能够在提高燃烧室装置的压缩比的同时避免爆燃。

具有本实施例燃烧室装置的该发动机在进气冲程中，进气门打开，空气或混合气进入主燃室500，随着活塞300下行，主燃室500与涡流室600连通逐步最大化，空气或混合气可以顺畅进入涡流室600。在进气冲程和压缩冲程的过程中，空气或混合气能够实现对涡流室600内壁的降温。

图11示出了本发明实施例提供的曲轴转角燃烧室压强图。其中，横坐标表示曲轴转角，纵坐标为燃烧室内的压强，TC表示上止点。如图11所示，采用本实施例的燃烧室装置，燃烧室内的压强最大值能达到约10MPa。从而，采用该燃烧室装置的发动机能够将压缩比提高至14-15，且不会发生爆燃现象，热效率能够提高20％-25％。

作为本发明的一个优选实施方式，如图3所示，每一涡流室600具有依次相接的第一切面111、弧面和第二切面211。第一切面111和第二切面211均向主燃室500延伸。每一涡流室600的涡流室开口形成于对应的第一切面111与第二切面211之间。弧面能够使进入对应的涡流室600内的气流形成涡流。

作为本发明的一个优选实施方式，涡流室600的第一切面111、弧面和第二切面211依次相切连接。这样能够使高速气流在涡流室600运动时所受到的阻力较小。

作为本发明的一个优选实施方式，弧面的半径、弧面的圆心至气缸套100的内壁延长面的距离均相等。也就是说，弧面沿其周向方向的延长面相切于气缸套100的内壁延长面，这样使气缸套的内壁延长面、第一切面111、弧面围起来的空间的垂直面边界，是接近圆周型。从而使涡流室600内的气流阻力较小，形成的涡流持续时间较长。

作为本发明的一个优选实施方式，第二切面211位于第一切面111的上方，并向主燃室500延伸超过气缸套100的内壁的延长面。具体地，在气缸套100的轴向上，第二切面211位于第一切面111的上方。

当涡流室开口的至少部分被活塞300封闭时，相对设置的第二切面211与活塞300的顶面之间形成涡流气道900，涡流气道900将主燃室500和涡流室600连通。具体地，当每一涡流室开口的一部分被活塞300覆盖，另一部分未被活塞300覆盖时，相对设置的第二切面211与活塞300的顶面的外周缘之间形成涡流气道900。也就是说，活塞300的顶面的外周缘位于涡流室开口的底边和涡流室开口的顶边之间时，第二切面211与活塞300的顶面间形成涡流气道900。在本实施方式中，涡流室开口的底边位于第一切面111，涡流室开口的顶边位于第二切面211。

在活塞300位于上止点附近时，涡流气道900将主燃室500和涡流室600连通，能够引导末端混合气快速进入涡流室600。

作为本发明的一个优选实施方式，1.5<V^2/3/S<4，其中，V表示多个涡流室600的容积之和，S表示上止点后10度多个涡流气道900的与气流方向垂直的面积。这样能够保证进入涡流室600的气流强度合适，不仅能够避免气流强度过弱时涡流室600易产生爆燃，还能够避免气流强度过强时涡流室600燃烧过快导致提升率易过大。

具体地，上述比值如果过小，进入涡流室600的气流过弱，涡流室600容易产生爆燃。该比值如果过大进入涡流室600气流过强，涡流室600燃烧过快，提升率容易过大。

上止点后10度是指活塞300到达上止点后向下运动，曲轴转过10度。

进一步地，活塞300位于上止点时，涡流气道900沿气缸套100的轴线方向的高度为0.2mm-3mm。进一步优选地，活塞300位于上止点时，涡流气道900沿气缸套100的轴线方向的高度为0.2mm-2mm。

作为本发明的一个优选实施方式，气缸盖200盖合于气缸套100，气缸套100的与气缸盖200的连接处周向间隔开设多个第一槽口110，气缸盖200的与气缸套100的连接处周向间隔开设多个第二槽口210，多个第一槽口110和多个第二槽口210一一对应形成多个涡流室600。

多个第一槽口110和多个第二槽口210一一对应形成多个涡流室600，即每一个涡流室600由第一槽口110和第二槽口210两部分组成，分别加工第一槽口110和第二槽口210，加工难度低，加工成本低，加工精度高。

作为本发明的一个优选实施方式，第一槽口110具有第一切面111和第一弧面112，第二槽口210具有第二切面211和第二弧面212，第一切面111、第一弧面112、第二弧面212和第二切面211依次相接，第一切面111和第二切面211均向主燃室500延伸。每一涡流室600的涡流室开口形成于对应的第一切面111与第二切面211之间，第一弧面112和第二弧面212形成弧面，弧面能够使进入对应的涡流室600内的气流形成涡流。

作为本发明的一个优选实施方式，第一弧面112与第二弧面212相切连接，且第一弧面112的圆心与第二弧面212的圆心重合。这样能够使高速气流在涡流室600运动时所受到的阻力较小。

具体地，第一弧面112的半径、第二弧面212的半径、以及第一弧面112的圆心至气缸套100的内壁延长面的距离相等，且第一弧面112与第二弧面212连接，且第一弧面112的圆心与第二弧面212的圆心重合。

末端混合气从主燃室500经涡流室开口进入涡流室600，混合气进入涡流室600后沿第二切面211、第二弧面212、第一弧面112、第一切面111和活塞300的外侧面运动，第二弧面212和第一弧面112使末端混合气形成涡流。第二切面211、第二弧面212、第一弧面112、第一切面111均相切连接，使气体运动时阻力较小。

作为本发明的一个优选实施方式，如图8所示，气缸套100在涡流室开口处设置导流面120。在主燃室500燃烧中后期，主燃室500内靠近涡流室开口处的混合气快速进入涡流室600，导流面120能够引导靠近气缸套100的内壁且位于两涡流室开口间的混合气进入涡流室600，并且加强涡流室600侧壁处的气流强度。

作为本发明的一个优选实施方式，导流面120采用导流弧面。

作为本发明的一个优选实施方式，导流面120沿气缸套100的轴线方向的长度等于气缸套100的顶面至上止点后10度曲轴角活塞300顶面所处位置的距离。

作为本发明的一个优选实施方式，如图5、8所示，气缸套100设置多个面向气缸盖200的第一斜面130，每一第一斜面130均位于相邻第一槽口110之间，且第一斜面130沿气缸套100的轴线方向倾斜。

如图7所示，气缸盖200设置多个面向气缸套100的第二斜面220，每一第二斜面220均位于相邻第二槽口210之间，且第二斜面220沿气缸套100的轴线方向倾斜。

多个第二斜面220与多个第一斜面130一一对应配合。气缸盖200的第一斜面130与气缸套100的第二斜面220接触，相比于平面接触增大了接触面积，进而提高了气缸盖200与气缸套100的连接机械强度。第一斜面130与第二斜面220之间可以设置汽缸垫，以保证气缸盖200与气缸套100的密封性。

具体地，如图3、8所示，气缸套100还具有第一平面140，第一平面140位于第一弧面112外侧并与第一斜面130连接。如图7所示，气缸盖200还具有第二平面230，第二平面230位于第二弧面212的外侧并与第二斜面220连接。

作为本发明的一个优选实施方式，如图2-4所示，气缸盖200具有盖顶壁240和盖凸缘部250，盖凸缘部250凸设于盖顶壁240的底面的外周缘。

气缸套100具有套本体150和套凸缘部160，套凸缘部160设置于套本体150的顶面，并沿套本体150的径向向外伸出套本体150的外壁面。

盖凸缘部250盖合于套凸缘部160，多个第一槽口110开设于套凸缘部160。多个第二槽口210开设于盖凸缘部250。主燃室500形成在活塞300的顶面与盖顶壁240的底面之间。

在一可替代的实施方式中，每一个涡流室600也可以分别设置成一个整体的空腔。例如，多个涡流室600可以单独设置于气缸套100的侧壁，也可以单独设置于气缸盖200的侧壁。结合上述描述可知，本领域技术人员可以理解，每一涡流室600可以设置成分体式空腔，也可以设置成一体式空腔，且多个涡流室600可以单独设置于气缸套100，也可以单独设置于气缸盖200，也可以同时设置于气缸套100和气缸盖200相接合的部位，并不局限于本实施方式中所提供的方式，在此并不对本发明的保护范围产生限定作用。

作为本发明的一个优选实施方式，如图2所示，主燃室500具有主燃空间510和位于主燃空间510的外周缘的间隙空间520。间隙空间520形成于气缸盖200中面向主燃室500的面的外周缘与活塞300的顶面的外周缘之间。间隙空间520设置成用于将主燃空间510与多个涡流室600相连通，且间隙空间520的高度小于主燃空间510的高度。这样能够使得位于间隙空间520内的混合气较少，从而避免在后燃期该区域燃烧剧烈，降低提升率。

作为本发明的一个优选实施方式，间隙空间520的高度为2mm-6mm。具体地，活塞300的顶面的边沿与气缸盖200的距离为2mm-6mm。

作为本发明的一个优选实施方式，多个涡流室600的体积之和与燃烧室的体积之比为10％-35％。这样不仅能够保证涡流室600的防爆燃作用，还能够避免涡流室600燃烧过于剧烈导致提升率过高以及涡流室600进入主燃室500的反向热气流流速过快，导致热损失过大。

具体地，若多个涡流室600的体积之和与燃烧室体积之比过小，在发动机压缩比较大时位于涡流室600会发生过早产生自燃，失去涡流室600防止爆燃作用。若多个涡流室600的体积之和与燃烧室体积之比过大，涡流室600燃烧过于剧烈导致提升率过高，还会出现涡流室600进入主燃室500的反向热气流流速过快，导致热损失过大。

10％-35％为多个涡流室600的体积之和与燃烧室的体积之比较为优选的范围，对提高压缩比有较好效果。

作为本发明的一个优选实施方式，多个涡流室开口在气缸套100的内壁所占弧长之和与气缸套100内壁的周长之比为20％-70％。不仅能够限制废气的产生，而且能够降低控制点火时间的要求。

若多个涡流室开口在气缸套100的内壁所占弧长之和与气缸套100内壁的周长之比过小，活塞300的密封环距离气缸盖200的底面较远，容易产生废气。若多个涡流室开口在气缸套100的内壁所占弧长之和与气缸套100内壁的周长之比过大，在上止点后10度，涡流室通道大小变化率过快，控制点火时间要求高，增加了控制点火时间的难度。多个涡流室开口在气缸套100的内壁所占弧长之和与气缸套100内壁的周长之比优选为20％-70％。

涡流室600的个数过少导致涡流室600间距较大，主燃室500容易产生爆燃；涡流室600的个数过多导致涡流室600间距过小，导致该汽油机的机械强度减弱，影响寿命。作为本发明的一个优选实施方式，涡流室600个数大于3。

作为本发明的一个优选实施方式，燃烧室装置还包括火花塞400，火花塞400安装于气缸盖200，并位于气缸套100的径向中央区域。进一步地，火花塞400位于气缸套100的靠近轴线的区域上。

该燃烧室装置的主燃室500可以采用不同形状，活塞300顶部形状可以根据主燃室500的形状进行调整。

在一实施方式中，如图2-8所示，气缸盖200中面向主燃室500的面为平面，主燃室500为平面型主燃室。活塞300的顶面间隔设置有凹坑310和环形凹槽320。凹坑310位于活塞300的顶面的中心区域，环形凹槽320在活塞300的径向上位于凹坑310的外周缘外。且火花塞400位于凹坑310的正上方。气缸盖200与气缸套100相对的底面为平面，结构简单，易于生产加工，成本较低。在本实施方式，凹坑310呈半球形。

当活塞300位于上止点时，主燃室500的空间的主要部分由第一燃烧空间和第二燃烧空间构成。第一燃烧空间形成于活塞300中形成凹坑310的区域与相对设置的气缸盖200的底面之间，并位于火花塞400的周边。第二燃烧空间形成于活塞300中形成环形凹槽320的区域与相对设置的气缸盖200的底面之间。

位于凹坑310和环形凹槽320之间的活塞300的顶面与气缸盖200的底面之间形成有狭窄通道。在活塞300的径向上位于环形凹槽320的外侧的活塞300的顶面与气缸盖200的底面之间形成有间隙空间520。第一燃烧空间和第二燃烧空间通过狭窄通道连通，第二燃烧空间与多个涡流室600通过间隙空间520连通。

活塞300到达上止点时，活塞300的顶面的外边沿位于涡流室开口的底边和涡流室开口的顶边之间。

在压缩冲程活塞300到达上止点前，火花塞400提前点火，在主燃室500中心形成火焰核，火焰核的火焰前锋向四周未燃混合气传播，首先在第一燃烧空间内的混合气开始快速燃烧，火焰前锋通过狭窄通道快速传播至第二燃烧空间，最终通过间隙空间520传播至多个涡流室600。

活塞300中部的凹坑310能够缩短点火后主燃室500中混合气初燃期的时间。凹坑310与环形凹槽320之间的活塞300顶部与气缸盖200之间形成狭窄通道，增大了火焰前锋的运动速度，即提高了火焰传播速度，从而提高主燃室500燃烧速度。具体地，火焰前锋经过狭窄通道时，第一燃烧空间内的混合气开始快速燃烧，气体快速膨胀，压力快速提高，因此在第一燃烧空间与第二燃烧空间形成了较大压差，使狭窄通道的气流较大，因此在狭窄通道的燃烧较快，增大了火焰前锋的运动速度，缩短了主燃室500的燃烧时间。

环形凹槽320能够提高主燃室500中混合气燃烧中后期的燃烧速率，同时能够增大火焰前锋进入涡流室600的速度。

作为本发明的一个优选实施方式，环形凹槽320的轴线与活塞300的轴线重合。凹坑310位于活塞300的顶面中心。

以0.5L的单缸汽油机为例，环形凹槽320的外侧边沿与活塞300外侧面的距离为5mm至15mm，其他排量汽油机根据比例相应设置环形凹槽320的外侧边沿与活塞300外侧面的距离。

针对采用平面型主燃室的燃烧室装置，活塞300的顶部的结构还可以设置成以下实施方式：

如图12-13所示，活塞300的顶部设置有凹陷部350。凹陷部350从活塞300的顶面向内凹陷。凹陷部350具有底面351和碗状壁面352。凹陷部350的底面351在活塞300的径向上位于活塞300的顶部的中心区域。在本实施方式中，凹陷部350的底面351采用平面。碗状壁面352从凹陷部350的底面351的外周缘延伸至活塞300的顶面的外周缘，且在延伸方向呈缓慢弯曲状态。

作为本发明的一个优选实施方式，主燃室500中位于凹陷部350正上方的空间为主燃空间510。气缸盖200面向主燃室500的面的外周缘与活塞300的顶面的外周缘之间的空间为间隙空间520。

采用上述结构的活塞300的顶部，在主燃室500中心形成的火焰核为球形火焰核，火焰前锋面积增加，燃烧速度更快，燃烧更剧烈，从而缩短了主燃室500的燃烧周期。

作为本发明的另一可替代的实施方式，如图9和图10所示，主燃室500可以为蓬型主燃室。

活塞300的顶部设置有棱柱形的凸起330，凸起330沿活塞300的长度方向延伸，且凸起330的中部开设有凹坑340，且凹坑340位于活塞300的径向中心区域。

蓬型主燃室由于中部较高，方便设置火花塞400和缸内直喷的喷油器。与蓬型主燃室连接进气道700和出气道800的曲率较小，提高了充气率，使废气排出更彻底。活塞300中部的凹坑340能够缩短点火后主燃室500中混合气初燃期的时间。棱柱形的凸起330的侧面能够提高火焰前锋的运动速度。

进一步地，气缸盖200面向主燃室500的面具有侧平面260和圆弧面270，侧平面260和圆弧面270在气缸盖200的周向上布置于气缸盖200的不同位置。也就是说，气缸盖200面向主燃室500的面采用非中心对称结构。

针对采用蓬型主燃室的燃烧室装置，活塞300的顶部的结构还可以设置成以下实施方式：

如图14-18所示，活塞300的顶部设有从活塞300的顶面向上方突出的凸部360。凸部360能够挤出部分空间，从而实现高压缩比。

进一步地，凸部360具有凸部顶面361和凸部外壁面。凸部顶面361位于活塞300的顶面的上方，并采用平面。且凸部顶面361在活塞300的径向上位于活塞300的顶部的中心区域。凸部外壁面从凸部顶面361的外边沿延伸至活塞300的顶面。

具体地，凸部外壁面具有凸部圆弧面362和凸部斜平面363。凸部圆弧面362从凸部顶面361的外边沿延伸至活塞300的顶面的外边沿。凸部斜平面363从凸部顶面361的外边沿延伸至活塞300的顶面。活塞300的顶面邻接凸部斜平面363的区域与气缸盖200的侧平面260对应设置。并形成有间隙空间520。间隙空间520位置的火焰传播速度较快。

更进一步地，将靠近气缸盖200侧平面260的中心的涡流室600定义为中心涡流室610。在气缸盖200的周向上，从中心涡流室610朝远离该中心涡流室610的方向，多个涡流室600的涡流室开口的尺寸逐渐增加。这样能够使得在气缸盖200的顶壁采用非中心对称结构的情况下，进入所有涡流室600的火焰传播速度大致相同，从而使得所有涡流室600仍然能够同时燃烧，避免部分涡流室因火焰传播速度较慢产生爆燃。

再进一步地，火花塞400设置于气缸盖200的盖顶壁240的顶端，并延伸至主燃室500内的顶部的中心区域。具体地，盖顶壁240具有设置有进气道700的第一斜顶壁241和设置有出气道800的第二斜顶壁242。火花塞400位于第一斜顶壁241的顶端和第二斜顶壁242的顶端的连接处。

如图19所示，上述燃烧室装置也能适用于同时设置火花塞400和喷油器410的燃烧室装置结构。相比于图14-18所示的结构，图19所示的燃烧室装置的结构基本相同，其不同之处在于，火花塞400设置于气缸盖200的盖顶壁240的第二斜顶壁242靠近顶端的区域，喷油器410设置于气缸盖200的盖顶壁240的第一斜顶壁241靠近顶端的区域。火花塞400和喷油器410间隔设置，并延伸至主燃室500的顶部的中心区域。

本发明的实施方式还提供了一种气缸，其包括如上实施方式的燃烧室装置。在气缸即使具有较高压缩比的时候也不会产生爆燃，提高了气缸动力性和热效率。

本发明的实施方式还提供了一种发动机，其包括如上实施方式的气缸。具体可参见图1。发动机采用火花点火式发动机。在发动机即使具有较高压缩比的时候也不会产生爆燃，提高了发动机动力性和热效率。

需要说明的是，发动机可以为采用缸内直喷燃料和气道混合燃料的发动机，也可以为使用增压技术的发动机。并且，对使用增压技术的发动机具有更佳效果。

作为本发明的一个优选实施方式，如图1所示，发动机为汽油机。

需要说明的是，本实施例提供的汽油机既可以是单缸汽油机，也可以是多缸汽油机。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种燃烧室装置，其包括燃烧室、气缸套、气缸盖和活塞，所述燃烧室包括主燃室，所述主燃室形成在所述活塞的顶面与所述气缸盖之间，其特征在于：

所述燃烧室还包括多个涡流室，多个所述涡流室在所述气缸套的周向上间隔设置，并在所述气缸套的径向上位于所述主燃室的外周缘，每一所述涡流室形成于所述气缸套、或每一所述涡流室形成于所述气缸套和所述气缸盖，并具有与所述主燃室连通的涡流室开口；并且

每一所述涡流室具有依次相接的第一切面、弧面和第二切面，所述第一切面和所述第二切面均向所述主燃室延伸，每一所述涡流室的所述涡流室开口形成于对应的所述第一切面与所述第二切面之间，所述弧面能够使进入对应的所述涡流室内的气流形成涡流；

当所述活塞位于上止点时，每一所述涡流室开口的至少部分未被所述活塞封闭；

多个所述涡流室开口在所述气缸套的内壁所占弧长之和与所述气缸套内壁的周长之比为20％-70％。

2.如权利要求1所述的燃烧室装置，其特征在于，所述涡流室的所述第一切面、所述弧面和所述第二切面依次相切连接；

和/或，所述弧面的半径、所述弧面的圆心至所述气缸套的内壁延长面的距离均相等。

3.如权利要求1所述的燃烧室装置，其特征在于，所述第二切面位于所述第一切面的上方，并向主燃室延伸超过所述气缸套的内壁的延长面；

当所述涡流室开口的至少部分被所述活塞封闭时，相对设置的所述第二切面与所述活塞的顶面之间形成涡流气道，所述涡流气道将所述主燃室和所述涡流室连通。

4.如权利要求3所述的燃烧室装置，其特征在于，1.5<V^2/3/S<4，其中，V表示多个所述涡流室的容积之和，S表示上止点后10度多个所述涡流气道的与气流方向垂直的面积。

5.如权利要求1所述的燃烧室装置，其特征在于，所述气缸盖盖合于所述气缸套，所述气缸套的与所述气缸盖的连接处周向间隔开设多个第一槽口，所述气缸盖的与所述气缸套的连接处周向间隔开设多个第二槽口，多个所述第一槽口和多个所述第二槽口一一对应形成多个所述涡流室。

6.如权利要求5所述的燃烧室装置，其特征在于，所述第一槽口具有第一切面和第一弧面，所述第二槽口具有第二切面和第二弧面，所述第一切面、所述第一弧面、所述第二弧面和所述第二切面依次相接，所述第一切面和所述第二切面均向所述主燃室延伸；

每一所述涡流室的所述涡流室开口形成于对应的所述第一切面与所述第二切面之间，所述第一弧面和所述第二弧面形成弧面，所述弧面能够使进入对应的所述涡流室内的气流形成涡流。

7.如权利要求6所述的燃烧室装置，其特征在于，所述第一弧面与所述第二弧面相切连接，且所述第一弧面的圆心与所述第二弧面的圆心重合。

8.如权利要求5所述的燃烧室装置，其特征在于，所述气缸套在所述涡流室开口处设置导流面；

和/或，所述气缸套设置多个面向所述气缸盖的第一斜面，每一所述第一斜面均位于相邻所述第一槽口之间，且所述第一斜面沿所述气缸套的轴线方向倾斜；所述气缸盖设置多个面向所述气缸套的第二斜面，每一所述第二斜面均位于相邻所述第二槽口之间，且所述第二斜面沿所述气缸套的轴线方向倾斜；多个所述第二斜面与多个所述第一斜面一一对应配合；

和/或，所述气缸盖具有盖顶壁和盖凸缘部，所述盖凸缘部凸设于所述盖顶壁的底面的外周缘；

所述气缸套具有套本体和套凸缘部，所述套凸缘部设置于所述套本体的顶面，并沿所述套本体的径向向外伸出所述套本体的外壁面；

所述盖凸缘部盖合于所述套凸缘部，多个所述第一槽口开设于所述套凸缘部，多个所述第二槽口开设于所述盖凸缘部，所述主燃室形成在所述活塞的顶面与所述盖顶壁的底面之间。

9.如权利要求1-8任一项所述的燃烧室装置，其特征在于，多个所述涡流室的体积之和与所述燃烧室的体积之比为10％-35％；

和/或，所述燃烧室装置还包括火花塞，所述火花塞安装于所述气缸盖，并位于所述气缸套的径向中央区域；和/或，所述主燃室具有主燃空间和位于所述主燃空间的外周缘的间隙空间，所述间隙空间形成于所述气缸盖中面向所述主燃室的面的外周缘与所述活塞的顶面的外周缘之间，所述间隙空间设置成用于将所述主燃空间与多个所述涡流室相连通，且所述间隙空间的高度小于所述主燃空间的高度。

10.一种气缸，其特征在于，所述气缸包括如权利要求1-9任一项所述的燃烧室装置。

11.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括如权利要求10所述的气缸，所述发动机采用火花点火式发动机。

12.一种汽油机，其特征在于，所述汽油机包括如权利要求10所述的气缸。

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