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Abstract

本发明涉及汽油机燃烧系统技术领域，尤其涉及一种汽油机的燃烧室结构及汽油机，其中汽油机的燃烧室结构包括预燃室和主燃室，主燃室的底壁包括活塞顶壁和设置于活塞顶壁上的凸台，凸台包括平行于活塞顶壁的凸台顶壁，以及沿X轴方向间隔设置的第一侧壁和第二侧壁，其中第一侧壁连接于凸台顶壁和进气门坑的底壁，第二侧壁连接于凸台顶壁和排气门坑的底壁；凸台沿Y轴方向间隔设置有避让槽；预燃室沿周向均匀布设至少两个喷孔，预燃室通过喷孔与主燃室连通，其中两个喷孔与避让槽一一对应。本发明通过在活塞顶壁上设置凸台增大压缩比，同时在凸台上对应预燃室的喷孔的位置处设置避让槽，防止射流火焰撞壁，提高了热效率。

Description

一种汽油机的燃烧室结构及汽油机
技术领域
本发明涉及汽油机燃烧系统技术领域，尤其涉及一种汽油机的燃烧室结构及汽油机。
背景技术
近年来，传统内燃机不断受到油耗法规、排放法规和新能源发展的挑战，有效热效率成为内燃机行业的迫切需求和发展方向。汽油机利用预燃室能够实现多点、多面着火，从而快速而稳定的燃烧，若配合超高压缩比(压缩比大于16)，可以显著地提高热效率。
现有汽油机的气缸盖为凸起的“棚顶”结构，若采用超高压缩比时，需要活塞顶壁凸起，来配合压缩比的需求。然后活塞顶壁凸起的结构，会造成预燃室喷入主燃室的射流火焰过早的接触壁面，造成火焰传播受阻、燃烧速度降低、传热损失增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽油机的燃烧室结构及汽油机，实现超高压缩比的前提下，避免射流火焰过早的撞壁，提高热效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种汽油机的燃烧室结构，包括预燃室和活塞运行至上止点时活塞顶壁与气缸盖所围成的主燃室，
所述活塞顶壁沿X轴方向间隔设有进气门坑和排气门坑，所述活塞顶壁上设有凸台，所述凸台包括平行于活塞顶壁的凸台顶壁以及沿X轴方向间隔设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁连接于所述凸台顶壁和所述进气门坑的底壁，所述第二侧壁连接于所述凸台顶壁和所述排气门坑的底壁，所述凸台沿Y轴方向间隔设置有避让槽；
所述预燃室沿周向均匀布设至少两个喷孔，所述预燃室通过所述喷孔与所述主燃室连通，其中两个所述喷孔与所述避让槽一一对应；
所述X轴方向垂直于所述Y轴方向。
作为优选，所述喷孔数量为偶数。
作为优选，所述喷孔数量为6个。
作为优选，所述喷孔延伸方向与凸台顶壁所在平面呈α角，所述α角为15°-30°。
作为优选，所述避让槽为两个，两个所述避让槽沿第一平面对称设置，所述第一平面为主燃室沿X轴方向的对称平面。
作为优选，所述避让槽为球形凹槽。
作为优选，所述预燃室内设有火花塞。
作为优选，所述凸台顶壁设有活塞坑，所述活塞坑与所述预燃室正对设置。
作为优选，所述活塞坑为球形凹坑。
一种汽油机，包括如上所述的汽油机的燃烧室结构。
本发明的有益效果：本发明通过在活塞顶壁上设置凸台，通过减小主燃室面积来增大压缩比，同时在凸台上对应预燃室的喷孔的位置处设置避让槽，避免从预燃室喷孔喷射进主燃室的射流火焰过早地接触主燃室壁面，造成火焰传播受阻、传热损失增大，实现超高压缩比的同时，提高热效率。
本发明所提供的汽油机，利用了凸台与气缸盖之间的空间，避免了射流火焰过早的撞壁，从而保证了进入主燃室的射流火焰能够持续地、快速地传播，降低了射流火焰撞壁的传热损失，提高了汽油机热效率。
附图说明
图1是本发明所提供的汽油机的燃烧室结构的局部剖视图；
图2是本发明所提供的主燃室底壁结构示意图；
图3是本发明所提供的射流火焰位置示意图；
图4是射流火焰其他位置的示意图；
图5是本发明所提供的主燃室结构示意图。
图中：
1、预燃室；11、喷孔；12、火花塞；
2、主燃室；21、凸台；211、凸台顶壁；212、第一侧壁；213、第二侧壁；214、避让槽；215、活塞坑；22、活塞顶壁；23、气缸盖；
3、射流火焰。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
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；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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。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。
近年来，传统内燃机不断受到油耗法规、排放法规和新能源发展的挑战。目前，主流量产汽油机的有效热效率为38-41％，未来，45％乃至更高的有效热效率成为内燃机行业的迫切需求和发展方向。而汽油机能够利用预燃室能够实现多点、多面着火，从而快速而稳定的燃烧，弥补米勒循环、EGR和稀燃等技术在燃烧上的劣势，同时若配合超高压缩比(压缩比＞16)，则可以显著地提高热效率。
如图1-图4所示，本实施例提供了一种汽油机的燃烧室结构，包括预燃室1和主燃室2，其中预燃室1安装在主燃室2的上端，预燃室1的具体形式(包括主动式或被动式、预燃室1主体的安装方式、预燃室1安装角度、预燃室1伸入主燃室2的深度等)不做过多限制。本实施例中，预燃室1安装在主燃室2的中心位置的正上方，于其他实施例中，预燃室1安装位置可以与主燃室2的中心位置有少量偏移。预燃室1内安装有火花塞12，火花塞12点燃混合气后，高温高压气体从预燃室1的喷孔11喷入主燃室2，引燃主燃室2中的混合气进行燃烧。
由于当前主流汽油机的缸盖燃烧室为凸起的“棚顶”形状，若要实现超高压缩比，需要活塞顶壁22凸起，来配合压缩比的需要。因此，本实施例所提供的汽油机的燃烧室结构，主燃室2的底壁包括活塞顶壁22和设置于活塞顶壁22上的凸台21。需要说明的是，为方便描述，定义笛卡尔坐标系，其中气缸中心轴与气缸盖23底壁所在平面的交点为原点，X轴正向朝向气缸进气侧，Z轴正向朝向气缸盖23上方，Y轴正向遵守右手定则确定。
本实施例所提供的主燃室2如图2所示，活塞顶壁22沿X轴方向间隔设置有排气门坑和进气门坑，具体地，进气门坑位于X轴正向，排气门坑位于X轴负向，其中进气门坑和排气门坑均为两个，两个进气门坑和两个排气门坑均沿Y轴方向间隔设置。位于活塞顶壁22的凸台21包括平行于活塞顶壁22的凸台顶壁211，以及沿X轴方向间隔设置的第一侧壁212和第二侧壁213，其中第一侧壁212连接于凸台顶壁211和进气门坑的底壁，第二侧壁213连接于凸台顶壁211和排气门坑的底壁。具体地，本实施例所提供的汽油机的燃烧室的压缩比为17，相应地，设置凸台21的高度(即凸台顶壁211与活塞顶壁22之间的距离)为4.5m，于其他实施例中，凸台21高度根据所需压缩比的大小而定，所需压缩比越大，凸台21高度就越大。
为了避免从预燃室1喷孔11喷射进主燃室2的射流火焰3过早地接触主燃室2壁面，造成火焰传播受阻、传热损失增大，需要合理布设预燃室1喷孔11和主燃室2壁面。因此本实施例所提供的凸台21，沿Y轴方向间隔设置有两个避让槽214，预燃室1沿周向均匀布设至少两个喷孔11，其中两个喷孔11与避让槽214一一对应，防止射流火焰3过早撞击燃烧室壁面，并且增强避让槽214内的湍动能，使得射流火焰3到达后，快速地引燃附近的混合气并快速燃烧。若设置更多的避让槽214，会增大主燃室2的面积，影响压缩比的增大。具体地，本实施例中的两个避让槽214沿第一平面对称设置,其中第一平面为平面Y＝0，且本实施例所提供的避让槽214为球形凹槽，球形凹槽的深度为3mm，最大半径为20mm，两个球形凹槽的中心连线的中垂线与预燃室1沿平面Y＝0的中心线重合，或有少量偏移，偏移量为0-4mm。
进一步地，预燃室1的喷孔11数量为偶数个，可以吻合汽油机燃烧室为面对称的特点。优选地，本实施例所提供的预燃室1的喷孔11数量为6个，如图3所示，通过射流火焰3的位置能够看出喷孔11的布设位置，其中两束射流火焰3在平面Z＝0上的投影在一条直线上，且该直线与Y轴平行，这两束射流火焰3与避让槽214一一对应；剩余的四束射流火焰3中，两束射流火焰3设于进气门坑一侧，两束射流火焰3设于排气门坑一侧，相邻两束射流火焰3在平面Z＝0上的投影，夹角成60°，更具体地，设于进气门坑一侧的两束射流火焰3与两个进气门坑所在位置一一对应，设于排气门坑一侧的两束射流火焰3与两个排气门坑所在位置一一对应，合理地设计每一束射流火焰3的位置，使其与燃烧室中的结构相配合。若预燃室1喷孔11的布设位置顺时针旋转30°，如图4所示，射流火焰3不能有效的避免撞壁，若为了避免射流火焰3撞壁而一味地增大燃烧室内的空间，则影响了压缩比的增大，所以如图3所示的射流火焰3的位置，是射流火焰3与燃烧室结构的最优配合。若预燃室1喷孔11数量为4个或2个，不能充分发挥预燃室1的多点、多面着火的特点；若预燃室1的喷孔11数量为8个及以上，受预燃室1尺寸限制，会导致喷孔11布设困难，并且相邻的射流火焰3之间会造成干扰。
进一步地，如图5所示，喷孔11延伸方向与平面Z＝0成α角，α角根据进排气门夹角设计，α角的范围为15°-30°，确保射流火焰3大致均匀地分布在气缸盖23和活塞顶壁22之间。
本实施例通过设置预燃室1的喷孔11数量及位置，以及喷孔11的延伸方向，合理地布设了从喷孔11喷射出的射流火焰3的位置，同时结合凸台21上避让槽214的设置，在保证超高压缩比的情况下，避免了射流火焰3过早撞壁，使火焰传播受阻、传热损失增大。
进一步地，凸台21顶壁设有活塞坑215，活塞坑215与预燃室1正对设置，活塞坑215的设置能够增强预燃室1与主燃室2之间的气体流动，能够促进预燃室1内湍动能的增大，进而提高抗废气和稀燃能力，稳定点火。具体地，本实施例所提供的活塞坑215为球形凹坑，球形凹坑的深度为2mm，最大半径为10mm。
本实施例还提供了一种汽油机，包括如上述的汽油机燃烧室结构，利用了凸台21与气缸盖23之间的空间，将6束均布的射流火焰3合理、特定地布置于主燃室2当中，使得每一束射流火焰3都充分地利用各自的空间来发展，避免了射流火焰3过早的撞壁，从而保证了进入主燃室2的射流火焰3能够持续地、快速地传播，降低了射流火焰3撞壁的传热损失，提高了汽油机热效率。
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)

1.一种汽油机的燃烧室结构，包括预燃室(1)和活塞运行至上止点时活塞顶壁(22)与气缸盖(23)所围成的主燃室(2)，其特征在于，
所述活塞顶壁(22)沿X轴方向间隔设有进气门坑和排气门坑，所述活塞顶壁(22)上设有凸台(21)，所述凸台(21)包括平行于活塞顶壁(22)的凸台顶壁(211)以及沿X轴方向间隔设置的第一侧壁(212)和第二侧壁(213)，所述第一侧壁(212)连接于所述凸台顶壁(211)和所述进气门坑的底壁，所述第二侧壁(213)连接于所述凸台顶壁(211)和所述排气门坑的底壁，所述凸台(21)沿Y轴方向间隔设置有避让槽(214)；
所述预燃室(1)沿周向均匀布设至少两个喷孔(11)，所述预燃室(1)通过所述喷孔(11)与所述主燃室(2)连通，其中两个所述喷孔(11)与所述避让槽(214)一一对应；
所述X轴方向垂直于所述Y轴方向。
2.根据权利要求1所述的汽油机的燃烧室结构，其特征在于，所述喷孔(11)数量为偶数。
3.根据权利要求2所述的汽油机的燃烧室结构，其特征在于，所述喷孔(11)数量为6个。
4.根据权利要求1所述的汽油机的燃烧室结构，其特征在于，所述喷孔(11)延伸方向与凸台顶壁(211)所在平面呈α角，所述α角为15°-30°。
5.根据权利要求1所述的汽油机的燃烧室结构，其特征在于，所述避让槽(214)为两个，两个所述避让槽(214)沿第一平面对称设置，所述第一平面为主燃室(2)沿X轴方向的对称平面。
6.根据权利要求1所述的汽油机的燃烧室结构，其特征在于，所述避让槽(214)为球形凹槽。
7.根据权利要求1所述的汽油机的燃烧室结构，其特征在于，所述预燃室(1)内设有火花塞(12)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的汽油机的燃烧室结构，其特征在于，所述凸台顶壁(211)设有活塞坑(215)，所述活塞坑(215)与所述预燃室(1)正对设置。
9.根据权利要求8所述的汽油机的燃烧室结构，其特征在于，所述活塞坑(215)为球形凹坑。
10.一种汽油机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的汽油机的燃烧室结构。
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