CN112112726A - 一种强滚流燃烧系统及发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及活塞技术领域,具体公开了一种强滚流燃烧系统及发动机,该强滚流燃烧系统包括活塞,活塞顶面设有燃烧室,燃烧室包括第一圆弧面、第二圆弧面、第一侧面和第二侧面,第一圆弧面和第二圆弧面均关于平面S1对称设置,且第一圆弧面和第二圆弧面均垂直于平面S1,第一侧面和第二侧面分别位于平面S1的两侧,活塞的中心线位于平面S1。该活塞的燃烧室的第一圆弧面和第二圆弧面具有一定的延伸长度,可引导进入燃烧室的气体产生滚流运动,而滚流在压缩过程中动量衰减较少,从而动量可保存到压缩行程的末期,当活塞接近于上止点时,大尺度的滚流将破裂成众多小尺度的涡流,使湍流强度和湍流动能增加,大大提高火焰传播速度,改善发动机性能。
Description
技术领域
本发明涉及活塞技术领域,尤其涉及一种强滚流燃烧系统及发动机。
背景技术
为满足日趋严格的CO2排放要求,天然气发动机凭借着较低的CO2排放,逐渐成为发动机研究的热点。受排放的限制,国内外天然气发动机采用理论空燃比的技术路线,并且采用一定量的EGR来降低气体发动机的热负荷和爆震倾向。
现有天然气发动机采用周向对称浅盆形的燃烧室,如申请号为CN201320131106.6的前期专利中所公开的一种天然气活塞燃烧室。其利用挤流运动来增强燃烧室内的湍流强度,促进混合气快速燃烧,但受爆燃的限制以及活塞布置的限制,其燃烧室口径较大、挤流作用较小。特别是应用于国六排放标准后,通常需采用当量燃烧+EGR技术,EGR的添加会产生进气混合不均匀的现象,当在压缩上止点时,EGR偏浓区域处于火花塞附近时,会导致火花塞着火不稳定甚至失火,加剧天然气发动机的循环波动和CH4排放的大幅上升,致使火焰传播和燃烧速度进一步降低。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种强滚流燃烧系统及发动机,以提高采用当量燃烧EGR方式的天然气发动机缸内混合器的点火稳定性和燃烧速度。
一方面,本发明提供一种强滚流燃烧系统,所述强滚流燃烧系统包括活塞,所述活塞的顶面设有燃烧室,所述燃烧室包括第一圆弧面、第二圆弧面、第一侧面和第二侧面,所述第一圆弧面和所述第二圆弧面均关于平面S1对称设置,且所述第一圆弧面和所述第二圆弧面均垂直于所述平面S1,所述第一侧面和所述第二侧面分别位于所述平面S1的两侧,所述活塞的中心线位于所述平面S1;
所述第一圆弧面的顶边、所述第一侧面的顶边、所述第二圆弧面的顶边以及所述第二侧面的顶边依次连接并围设成环形的开口,所述第一圆弧面的底边与所述第二圆弧面的底边连接,所述第一侧面的侧边分别与所述第一圆弧面一侧的侧边以及所述第二圆弧面一侧的侧边连接,所述第二侧面的侧边分别与所述第一圆弧面另一侧的侧边以及所述第二圆弧面另一侧的侧边连接。
作为强滚流燃烧系统的优选技术方案,其特征在于,所述第一圆弧面和所述第二圆弧面相切。
作为强滚流燃烧系统的优选技术方案,所述第一圆弧面的半径大于所述第二圆弧面的半径。
作为强滚流燃烧系统的优选技术方案,所述活塞于所述平面S1的截面中,所述第一圆弧面的顶边距离所述活塞侧壁的间距小于所述第二圆弧面的顶边距离所述活塞侧壁的间距。
作为强滚流燃烧系统的优选技术方案,所述活塞于所述平面S1的截面中,沿所述第二圆弧面的顶边至底边的方向,所述第二圆弧面距离所述活塞的侧壁之间的间距先减小后增大。
作为强滚流燃烧系统的优选技术方案,所述活塞于所述平面S1的截面中,沿所述第一圆弧面的顶边至底边的方向,所述第一圆弧面距离所述活塞的侧壁之间的间距逐渐增大。
作为强滚流燃烧系统的优选技术方案,所述第一圆弧面的顶边、所述第一侧面的顶边、所述第二圆弧面的顶边以及所述第二侧面的顶边与所述活塞的顶面的连接处均设有过渡圆弧。
作为强滚流燃烧系统的优选技术方案,所述活塞与两个进气口相对,两个所述进气口分别位于所述平面S1的两侧,两个所述进气口关于平面S2对称设置,所述活塞的中心线位于所述平面S2,所述平面S2与所述平面S1呈锐角设置。
作为强滚流燃烧系统的优选技术方案,所述锐角为10°。
另一方面,本发明提供一种发动机,包括上述任一方案中的强滚流燃烧系统。
本发明的有益效果为:
本发明提供一种强滚流燃烧系统及发动机,该强滚流燃烧系统包括活塞,活塞的顶面设有燃烧室,燃烧室包括第一圆弧面、第二圆弧面、第一侧面和第二侧面,第一圆弧面和第二圆弧面均关于平面S1对称设置,且第一圆弧面和第二圆弧面均垂直于平面S1,第一侧面和第二侧面分别位于平面S1的两侧,活塞的中心线位于平面S1。该活塞的燃烧室的第一圆弧面和第二圆弧面具有一定的延伸长度,并且两者结合可引导进入燃烧室的气体产生滚流运动,而滚流在压缩过程中动量衰减较少,从而动量可保存到压缩行程的末期,当活塞接近于上止点时,大尺度的滚流将破裂成众多小尺度的涡流,使湍流强度和湍流动能增加,大大提高火焰传播速度,改善发动机性能。
附图说明
图1为本发明实施例中活塞的结构示意图;
图2为本发明实施例中活塞的剖视图;
图3为本发明实施例中强滚流燃烧系统的剖视图;
图4为本发明实施例中强滚流燃烧系统的俯视图。
图中:
1、燃烧室;11、第一圆弧面;12、第二圆弧面;13、第一侧面;14、第二侧面;
2、过渡圆弧;
3、进气口;
4、火花塞。
具体实施方式
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”、仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中,术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置,而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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。
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
如图1~4所示,本实施例提供一种强滚流燃烧系统,该强滚流燃烧系统包括活塞,活塞应用于气体机,优选为天然气发动机,并且采用当量燃烧和EGR技术,天然气和空气的混合气体以及部分EGR尾气充入活塞顶面的燃烧室1,并通过火花塞4引燃。具体地,活塞的顶面设有燃烧室1,燃烧室1包括第一圆弧面11、第二圆弧面12、第一侧面13和第二侧面14,第一圆弧面11和第二圆弧面12均关于平面S1对称设置,且第一圆弧面11和第二圆弧面12均垂直于平面S1,第一侧面13和第二侧面14分别位于平面S1的两侧,活塞的中心线位于平面S1。第一圆弧面11的顶边、第一侧面13的顶边、第二圆弧面12的顶边以及第二侧面14的顶边依次连接并围设成环形的开口,第一圆弧面11的底边与第二圆弧面12的底边连接,第一侧面13的侧边分别与第一圆弧面11一侧的侧边以及第二圆弧面12一侧的侧边连接,第二侧面14的侧边分别与第一圆弧面11另一侧的侧边以及第二圆弧面12另一侧的侧边连接。该活塞的燃烧室1的第一圆弧面11和第二圆弧面12具有一定的延伸长度,并且两者结合可引导进入燃烧室1的气体产生滚流运动,而滚流在压缩过程中动量衰减较少,从而动量可保存到压缩行程的末期,当活塞接近于上止点时,大尺度的滚流将破裂成众多小尺度的涡流,使湍流强度和湍流动能增加,大大提高火焰传播速度,改善发动机性能。
本实施例中,沿第一圆弧面11和第二圆弧面12的延伸方向,第一圆弧面11和第二圆弧面12的宽度尺寸相等,并且第一圆弧面11和第二圆弧面12的宽度为开口宽度尺寸的四分之一至二分之一之间。以保证第一圆弧面11和第二圆弧面12具有足够的引导能力。第一侧面13和第二侧面14的形状均类似于球形弧面。
可选地,第一圆弧面11的顶边、第一侧面13的顶边、第二圆弧面12的顶边以及第二侧面14的顶边与活塞的顶面的连接处均设有过渡圆弧2。如此设置,可避免尖锐部分出现热点导致发动机不正常点火。如图2所示,本实施例中,燃烧室1的深度为H,燃烧室1的深度为顶面与第一圆弧面11和第二圆弧面12的连接处之间的间距。
可选地,第一圆弧面11和第二圆弧面12相切。第一圆弧面11和第二圆弧面12的相切处,即第一圆弧面11的底边和第二圆弧面12的底边的连接处。如此设置,当气体沿第一圆弧面11流动至第二圆弧面12时,可减小对气体的阻力。优选地,第一圆弧面11的半径大于第二圆弧面12的半径。请参照图2,第一圆弧面11的半径为R1,第二圆弧面12的半径为R2,R1大于R2,如此设置,该燃烧室1关于垂直于平面S1且经过活塞的中心线的平面S2非对称设置,当气体沿第一圆弧面11流动至第二圆弧面12时,便于气体向燃烧室1的中心翻滚,以形成滚流。
可选地,活塞于平面S1的截面中,沿第二圆弧面12的顶边至底边的方向,第二圆弧面12距离活塞的侧壁之间的间距先减小后增大。如此设置,燃烧室1呈缩口结构,当气体流动至第二圆弧面12时,更利于气体翻滚,以形成滚流。优选地,活塞于平面S1的截面中,沿第一圆弧面11的顶边至底边的方向,第一圆弧面11距离活塞的侧壁之间的间距逐渐增大。如此设置,便于通过第一圆弧面11引导气体平缓的改变运动方向,以运动至第二圆弧面12并完成翻滚,以形成滚流,可避免气体的动能衰减。
可选地,活塞于平面S1的截面中,第一圆弧面11的顶边距离活塞侧壁的间距小于第二圆弧面12的顶边距离活塞侧壁的间距。请参照图2,第一圆弧面11的顶边距离活塞侧壁的间距尺寸为A,第二圆弧面12的顶边距离活塞侧壁的间距为尺寸B,A<B。如此设置,在压缩过程中由于尺寸B对应的面积较大,从而更多气体被压缩,而燃烧室1内混合气体于第二圆弧面12出翻滚,对应尺寸B处的压缩气体可对燃烧室1内的混合气体产生向燃烧室1中心运动的挤流运动,进一步增强湍流强度,提高湍动能。当然,在其他的实施例中,亦可使A=B。
可选地,活塞与两个进气口3相对,两个进气口3分别位于平面S1的两侧,两个进气口3关于平面S2对称设置,活塞的中心线位于平面S2,平面S2与平面S1呈锐角设置。请参照图4,平面S1与平面S2之间的锐角为α,本实施例中α优选为10°,当α为10°时,能够保证滚流效果最好。具体地,进气口3设置于进气门,进气门的进气道垂直于活塞的顶面,火花塞4的中心线重合于活塞的中心线,在火花塞4附近及其下方的燃烧室1内部湍动能强烈,且区域较大,这样在保证稳定点火的同时,又能加速火焰在燃烧室1内部的燃烧,进而提高整体的燃烧速度。在其他的实施例中也可根据需要设置α的度数。
本实施例还提供一种发动机,包括上述方案中的强滚流燃烧系统。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种强滚流燃烧系统,其特征在于,所述强滚流燃烧系统包括活塞包括活塞,所述活塞的顶面设有燃烧室(1),所述燃烧室(1)包括第一圆弧面(11)、第二圆弧面(12)、第一侧面(13)和第二侧面(14),所述第一圆弧面(11)和所述第二圆弧面(12)均关于平面S1对称设置,且所述第一圆弧面(11)和所述第二圆弧面(12)均垂直于所述平面S1,所述第一侧面(13)和所述第二侧面(14)分别位于所述平面S1的两侧,所述活塞的中心线位于所述平面S1;
所述第一圆弧面(11)的顶边、所述第一侧面(13)的顶边、所述第二圆弧面(12)的顶边以及所述第二侧面(14)的顶边依次连接并围设成环形的开口,所述第一圆弧面(11)的底边与所述第二圆弧面(12)的底边连接,所述第一侧面(13)的侧边分别与所述第一圆弧面(11)一侧的侧边以及所述第二圆弧面(12)一侧的侧边连接,所述第二侧面(14)的侧边分别与所述第一圆弧面(11)另一侧的侧边以及所述第二圆弧面(12)另一侧的侧边连接。
2.根据权利要求1所述的强滚流燃烧系统,其特征在于,所述第一圆弧面(11)和所述第二圆弧面(12)相切。
3.根据权利要求1所述的强滚流燃烧系统,其特征在于,所述第一圆弧面(11)的半径大于所述第二圆弧面(12)的半径。
4.根据权利要求3所述的强滚流燃烧系统,其特征在于,所述活塞于所述平面S1的截面中,所述第一圆弧面(11)的顶边距离所述活塞侧壁的间距小于所述第二圆弧面(12)的顶边距离所述活塞侧壁的间距。
5.根据权利要求1所述的强滚流燃烧系统,其特征在于,所述活塞于所述平面S1的截面中,沿所述第二圆弧面(12)的顶边至底边的方向,所述第二圆弧面(12)距离所述活塞的侧壁之间的间距先减小后增大。
6.根据权利要求5所述的强滚流燃烧系统,其特征在于,所述活塞于所述平面S1的截面中,沿所述第一圆弧面(11)的顶边至底边的方向,所述第一圆弧面(11)距离所述活塞的侧壁之间的间距逐渐增大。
7.根据权利要求1所述的强滚流燃烧系统,其特征在于,所述第一圆弧面(11)的顶边、所述第一侧面(13)的顶边、所述第二圆弧面(12)的顶边以及所述第二侧面(14)的顶边与所述活塞的顶面的连接处均设有过渡圆弧(2)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的强滚流燃烧系统,其特征在于,所述活塞与两个进气口(3)相对,两个所述进气口(3)分别位于所述平面S1的两侧,两个所述进气口(3)关于平面S2对称设置,所述活塞的中心线位于所述平面S2,所述平面S2与所述平面S1呈锐角设置。
9.根据权利要求8所述的强滚流燃烧系统,其特征在于,所述锐角为10°。
10.一种发动机,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的强滚流燃烧系统。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201222 |
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