CN111894757A - 一种火花塞辅助汽油压燃燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火花塞辅助汽油压燃燃烧室，主要包括：缸盖下壁面、进气门、排气门、喷油器安装孔、火花塞安装孔、缸壁、火花塞、活塞等。本发明以重型柴油机燃烧室为基础，在柴油机缸盖的进排气门之间，距离喷油器适当距离的位置增设一个或者两个火花塞安装孔。通过优化活塞型线结合喷油策略控制缸内混合气浓度分层。通过火花塞辅助点火控制燃烧，可实现汽油类燃料在低负荷工况稀燃条件下(全局过量空气系数(λ)大于1)的稳定燃烧。结合节气门可将汽油压燃低负荷稳定运行边界拓展至怠速水平。与现有技术相比该燃烧室的活塞凹坑直径较大，可以在大负荷工况下减少油束撞壁减少缸内碳烟生成。

Description

一种火花塞辅助汽油压燃燃烧室
技术领域
本发明涉及往复活塞式发动机，尤其涉及汽油压燃燃烧室结构。
背景技术
汽油压燃是一种清洁高效的发动机燃烧技术。基于柴油机平台的汽油压燃燃烧模式既继承了柴油机的高热效率又继承了汽油燃料混合气均匀性好的优点，同等负荷下的碳烟、NOx等有害排放物远低于传统柴油机。与柴油相比，汽油因其反应活性低，汽油压燃小负荷燃烧稳定性是制约汽油压燃技术应用的关键技术瓶颈之一。火花塞辅助汽油压燃是一种潜在的满足发动机冷启动需要的小负荷燃烧稳定性拓展的技术手段，是当前汽油压燃技术亟待研究的关键技术。而小负荷工况下在大缸径柴油机缸内组织满足点火需要的混合气分层更加困难，这就更需要燃烧室结构优化。现有技术如CN207018102U是活塞顶部直径70-90mm，该几何尺寸与现有车用重型柴油机相比缸径较小。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以显著提高汽油压燃小负荷燃烧稳定性，提高燃烧效率、降低未燃碳氢等有害排放物的火花塞辅助汽油压燃燃烧室。
本发明通过如下技术方案予以实现。
本发明的一种火花塞辅助汽油压燃燃烧室缸盖，在柴油机燃烧室的每一个气缸缸体内安装有一个活塞，在缸盖上对应每一个气缸位置分别设置有两个排气门、两个进气门和一个喷油器安装孔，在每个喷油器安装孔上连接有一个喷油器，所述的喷油器安装孔与喷油器的键槽通过压板连接，压板通过螺纹安装在缸盖上，喷油器安装孔位于两进气门和两排气门之间的中间位置，每个气缸上的喷油器安装孔在水平截面上的圆心在缸盖上成直线形成对称轴，每个气缸对应设置的两个排气门和两个进气门分别关于该对称轴对称分布，在与每个气缸对应位置处的缸盖上分别开有一个或者两个火花塞安装孔，当设置有一个火花塞安装孔时，所述的火花塞安装孔位于与每个气缸对应设置的左侧的进气门和排气门之间的缸盖上或者右侧的进气门和排气门之间的缸盖上；当设置有两个火花塞安装孔时，所述的火花塞安装孔位于的进气门和排气门之间的缸盖上以及右侧的进气门和排气门之间的缸盖上，在每个火花塞安装孔中螺纹连接有一个火花塞；
每一个火花塞安装孔与进气门、排气门、进气道、排气道间最小壁厚不小于10mm，每一侧的火花塞安装孔的中心轴线与水平方向夹角α＝20°-60°，每一侧的火花塞安装孔的中心轴线与竖直方向夹角β＝6°-18°，所述活塞顶部直径D＝100-150mm、活塞凹坑直径Z＝80-130mm，活塞上止点时余隙高度1-2mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明基于重型柴油机燃烧室结构进行设计优化，通过在进排气门中间安装火花塞，可以显著提高汽油压燃小负荷燃烧稳定性，提高燃烧效率、降低未燃碳氢等有害排放物。
附图说明
图1为本发明一种火花塞辅助汽油压燃燃烧室缸盖的仰视示意图；
图2为图1所示的缸盖的A-A剖示图；
图3为图1所示的缸盖的B-B剖示图。
具体实施方式
为能更好的理解本发明的发明内容、特点，下面结合附图和实施方案对本发明的技术作进一步的说明。
如附图所示，以六缸柴油机为例说明所做改进，六个气缸缸体顶面上安装有多缸共用一个缸盖，图1为第六气缸处的部分缸盖仰视示意图，另外五个气缸结构与第六气缸相同。
本发明是在现有重型多缸柴油机基础上的改进，以现有的柴油机燃烧室为基础。火花塞辅助汽油压燃燃烧室包括但不限于单缸机使用，在多缸机上使用时指所有多缸机的所有气缸燃烧室。
现有的柴油机燃烧室的结构为：每一个气缸缸体内安装有一个活塞7，在缸盖上对应每一个气缸位置分别设置有两个排气门1、两个进气门3和一个喷油器安装孔4。在每个喷油器安装孔4上连接有一个喷油器10，所述的喷油器安装孔4与喷油器10的键槽通过压板连接，压板通过螺纹安装在缸盖上。与每个气缸对应的喷油器安装孔4、进气门3、排气门1彼此之间的位置以及相对位置均是现有技术，喷油器安装孔位于两进气门和两排气门之间的中间位置，每个气缸上的喷油器安装孔在水平截面上的圆心在缸盖上成直线形成对称轴，每个气缸对应设置的两个排气门1和两个进气门3分别关于该对称轴对称分布。
火花塞是现有汽油机上应用的燃烧控制装置，与气缸对应的安装在汽油机缸盖上。其安装位置大多靠近缸套中心线。火花塞通过螺纹与缸盖连接的安装方式属于汽油机现有技术。
本发明的改进之处在于：
基于柴油机燃烧室，即以涡流为主要湍流特征的高压缩比平顶缸盖“ω”型燃烧室为基础，在与每个气缸对应位置处的气缸缸盖上增设一个或者两个火花塞安装孔，通过活塞凹坑型线优化使燃烧室内油气混合气分布在稀燃条件下(过量空气系数大于1)满足火花塞点火需求。
在与每个气缸对应位置处的缸盖上分别开有一个或者两个火花塞安装孔2，当设置有一个火花塞安装孔2时，所述的火花塞安装孔2位于与每个气缸对应设置的左侧的进气门3和排气门1之间的缸盖上或者右侧的进气门3和排气门1之间的缸盖上；当设置有两个火花塞安装孔2时，所述的火花塞安装孔2位于的进气门3和排气门1之间的缸盖上以及右侧的进气门3和排气门1之间的缸盖上，在每个火花塞安装孔2中螺纹连接有一个火花塞9。火花塞安装孔内螺纹直径与选取的火花塞型号相匹配。
每一个火花塞安装孔与进气门、排气门、进气道、排气道间最小壁厚X不小于10mm。每一侧的火花塞安装孔2的中心轴线与水平方向夹角α＝20°-60°，每一侧的火花塞安装孔2的中心轴线与竖直方向夹角β＝6°-18°。
优选的，若在对应一个气缸的缸盖上设置有两个火花塞安装孔，则所述的两个火花塞安装孔在缸盖顶面上的中心点距离和与该气缸对应设置的喷油器安装孔4在缸盖顶面上的中心点的距离L为35-60mm。不同气缸上的喷油器安装孔在水平面上的截面圆心共线形成对称轴，左右火花塞安装孔关于该对称轴对称。
火花塞型号选取应在火花塞装配后满足如下参数：当活塞位于上止点时，火花塞上的侧电极距离活塞凹坑最近距离为y＝1-3mm。火花塞上的侧电极与最接近该火花塞的喷油器上的喷孔的几何中心线连线和竖直方向的夹角为θ，θ小于或等于喷油器油束包角的一半。
所述活塞7顶部直径D＝100-150mm。活塞凹坑直径Z＝80-130mm，与现有技术相比较大，采用较大的凹坑直径原因如下：1.为保证火花塞安装孔与喷油器安装孔间壁面厚度和强度要求；2.大直径凹坑活塞可以满足更长的喷雾贯穿距需求，在同样涡流比条件下，大负荷时可以加强油束与空气混合程度，减轻油束喷雾撞壁现象，从而减少缸内碳烟生成。活塞型线保留现有柴油机活塞“ω”型特征。
活塞上止点时余隙高度(活塞顶面距离缸盖下壁面8的高度)1-2mm，保持现有柴油机技术水平。图中的5为活塞的缸壁、6.为活塞的活塞环。
为满足火花塞附近的点火所需混合气分层，喷油正时应选用相比柴油机同等负荷更大的喷油提前角，以保证合适的燃烧相位。

Claims (3)

1.一种火花塞辅助汽油压燃燃烧室缸盖，在柴油机燃烧室的每一个气缸缸体内安装有一个活塞，在缸盖上对应每一个气缸位置分别设置有两个排气门、两个进气门和一个喷油器安装孔，在每个喷油器安装孔上连接有一个喷油器，所述的喷油器安装孔与喷油器的键槽通过压板连接，压板通过螺纹安装在缸盖上，喷油器安装孔位于两进气门和两排气门之间的中间位置，每个气缸上的喷油器安装孔在水平截面上的圆心在缸盖上成直线形成对称轴，每个气缸对应设置的两个排气门和两个进气门分别关于该对称轴对称分布，其特征在于：在与每个气缸对应位置处的缸盖上分别开有一个或者两个火花塞安装孔，当设置有一个火花塞安装孔时，所述的火花塞安装孔位于与每个气缸对应设置的左侧的进气门和排气门之间的缸盖上或者右侧的进气门和排气门之间的缸盖上；当设置有两个火花塞安装孔时，所述的火花塞安装孔位于的进气门和排气门之间的缸盖上以及右侧的进气门和排气门之间的缸盖上，在每个火花塞安装孔中螺纹连接有一个火花塞；
每一个火花塞安装孔与进气门、排气门、进气道、排气道间最小壁厚不小于10mm，每一侧的火花塞安装孔的中心轴线与水平方向夹角α＝20°-60°，每一侧的火花塞安装孔的中心轴线与竖直方向夹角β＝6°-18°，所述活塞顶部直径D＝100-150mm、活塞凹坑直径Z＝80-130mm，活塞上止点时余隙高度1-2mm。
2.根据权利要求所述的火花塞辅助汽油压燃燃烧室缸盖，其特征在于：若在对应一个气缸的缸盖上设置有两个火花塞安装孔，则所述的两个火花塞安装孔在缸盖顶面上的中心点距离和与该气缸对应设置的喷油器安装孔在缸盖顶面上的中心点的距离L为35-60mm。
3.根据权利要求或者所述的火花塞辅助汽油压燃燃烧室缸盖，其特征在于：当活塞位于上止点时，火花塞上的侧电极距离活塞凹坑最近距离为y＝1-3mm，火花塞上的侧电极与最接近该火花塞的喷油器上的喷孔的几何中心线连线和竖直方向的夹角为θ，θ小于或等于喷油器油束包角的一半。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113153594A (zh) * 2021-02-07 2021-07-23 联合汽车电子有限公司 稀薄燃烧系统及方法
CN113690733A (zh) * 2021-07-16 2021-11-23 江铃汽车股份有限公司 一种用于火花塞电极定向的火花塞孔结构及其加工方法

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