CN113738497B - 一种发动机及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及交通工具技术领域，公开一种发动机及车辆，发动机包括：缸套、缸盖和活塞；缸套抵接于缸盖，活塞滑动配合于缸套内，用于与缸盖配合形成主燃室；缸盖内形成有预燃室，预燃室靠近活塞的底面形成有喷嘴组，以将预燃室与主燃室连通；缸盖具有与主燃室连通的进气道，以在主燃室形成涡流；喷嘴组与预燃室配合，以在预燃室内形成滚流。由于主燃室内形成涡流，而预燃室内形成滚流，主燃室的涡流场由于存在压力差，使进入预燃室内的气流容易贴壁流动，为预燃室内形成滚流提供了良好条件；预燃室大尺度滚流场与预燃室内火焰发展方向相协调，提高预燃室向主燃室喷射火焰的强度；而主燃室为稳定的涡流场，确保预燃室向主燃室喷射的火焰均匀发展。

Description

一种发动机及车辆
技术领域
本发明涉及交通工具技术领域，特别涉及一种发动机及车辆。
背景技术
分隔式燃烧系统的燃烧室由主燃室和预燃室两部分组成，两部分燃烧室由喷射通道连接，由于喷射通道直径小，具有明显的节流效应，使得主燃室和预燃室相互影响又相互独立。
分隔式燃烧系统的传统方案中，对于如何确保主燃室和预燃室进行良好匹配，以优化性能输出，没有给出较好的技术方案。
发明内容
本发明公开了一种发动机，用于确保主燃室和预燃室进行良好匹配，以优化性能输出。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，提供一种发动机，发动机包括：缸套、缸盖和活塞；所述缸套抵接于所述缸盖，所述活塞滑动配合于所述缸套内，用于与所述缸盖配合形成主燃室；所述缸盖内形成有预燃室，所述预燃室靠近所述活塞的底面形成有喷嘴组，以将所述预燃室与所述主燃室连通；所述缸盖具有与所述主燃室连通的进气道，所述进气道用于在所述主燃室形成涡流；所述喷嘴组与所述预燃室配合，以在所述预燃室内形成滚流。
在上述发动机中，由于主燃室内形成涡流，而预燃室内形成滚流，主燃室的涡流场由于存在压力差，使进入预燃室内的气流容易贴壁流动，为预燃室内形成滚流提供了良好条件，形成稳定大尺度滚流场；预燃室大尺度滚流场与预燃室内火焰发展方向相协调，可以将预燃室远离活塞的一端内的气体换下来，始终保持预燃室内各处具有来自主燃室进气的新鲜混合气体，确保预燃室着火良好以及加速火焰发展，提高预燃室燃烧速度和燃烧压力，从而，提高预燃室向主燃室喷射火焰的射流强度，以强化主燃室的燃烧；而主燃室为稳定的涡流场，可以确保预燃室向主燃室喷射的火焰在各个方向上均匀发展，加速主燃室的燃烧。主燃室的涡流场和预燃室的滚流场相辅相成，两者相互促进，确保稳定的预燃室滚流场和最优扫气，同时优化主燃室和预燃室的燃烧速度。
可选地，每个所述喷嘴的喷射角度与所述活塞的轴线之间的夹角介于115°至155°之间。
可选地，所述预燃室沿远离所述活塞的方向依次包括第一分段和第二分段；所述第二分段的内径D2与所述第一分段的内径D1的比值D2/D1的范围介于1.5至5之间。
可选地，所述喷嘴组由多个喷嘴组成，所述多个喷嘴环绕所述活塞的轴线间隔设置；且所述多个喷嘴围成的环形区域范围内无贯穿所述主燃室和预燃室的中心孔。
可选地，所述活塞的顶面形成有凹槽，所述凹槽的内轮廓沿靠近所述缸盖的方向内径逐渐变小。
可选地，所述凹槽的底面中部形成有凸起部。
可选地，所述活塞的轴线方向的截面呈ω状，以使所述活塞与所述缸盖形成的主燃室为ω型燃烧室。
本发明还公开了一种车辆，用于确保主燃室和预燃室进行良好匹配，以优化性能输出。
第二方面，提供一种车辆，车辆包括上述任一技术方案所述的发动机。
所述的车辆与上述的发动机相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
图1a为本申请实施例提供的发动机的局部结构剖视图；
图1b表示图1a中主燃室中的涡流场；
图1c表示图1a中预燃室中的滚流场；
图2表示出图1a所示发动机中部分结构的立体图；
图3表示出图1a中预燃室体的立体图；
图4表示出图1a所示发动机中预燃室为大缩口设计时的火焰射流特性图；
图5表示出图1a所示发动机中预燃室为小缩口设计时的火焰射流特性图；
图6表示出图1a所示发动机中预燃室底部有中心孔时的火焰射流特性图；
图7表示出图1a所示发动机中预燃室底部无中心孔时的火焰射流特性图；
图8表示出图1a所示发动机中主燃室为ω型燃烧室时主燃室和预燃室的气流分布图；
图9表示出图1a所示发动机中主燃室为ω型燃烧室时的火焰射流特性图。
图标：1-火花塞；2-缸盖；3-衬套；4-冷却水道；5-预燃室体；51-第二分段；52-第一分段；6-排气道；7-活塞；71-凹槽；72凸起部；8-主燃室；9-密封圈；10-进气道；11-预燃室；12-缸套；13-缸套；14-火焰。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
参考图1a和图2，本申请实施例提供的发动机可以是天然气发动机以及汽油发动机等点火式发动机，可以是燃料进气道喷射式发动机。发动机包括：缸套12、缸盖2和活塞7；缸套12抵接于缸盖2，活塞7滑动配合于缸套12内，用于与缸盖2配合形成主燃室8；缸盖2内形成有预燃室11，预燃室11靠近活塞7的底面形成有喷嘴组，以将预燃室11与主燃室8连通；缸盖2具有与主燃室8连通的进气道10，进气道10用于在主燃室8形成涡流(参考图1b)；喷嘴组与预燃室11配合，以在预燃室11内形成滚流(参考图1c)。此外，该缸盖2内还具有与主燃室8连通的进气道10连通的排气道6；进气道10可以通过设置导气屏、切向气道或螺旋气道等方式在主燃室8内形成涡流。具体可以通过在缸盖2内设置预燃室体5作为壳体，以围成预燃室11，而预燃室体5的周向可形成冷却水道4，以对预燃室11进行冷却；火花塞1通过衬套3装配于预燃室体5，火花塞1伸入预燃室11，以对预燃室11内的混合气体点火。预燃室体5与缸盖2之间可以设置密封圈9，以防止漏气。
在上述发动机中，由于主燃室8内形成涡流，而预燃室11内形成滚流，主燃室8的涡流场由于存在压力差，使进入预燃室11内的气流容易贴壁流动，为预燃室11内形成滚流提供了良好条件，形成稳定大尺度滚流场；预燃室11大尺度滚流场与预燃室11内火焰14发展方向相协调，可以将预燃室11远离活塞7的一端内的气体换下来，始终保持预燃室11内各处具有来自主燃室8进气的新鲜混合气体，确保预燃室11着火良好以及加速火焰14发展，提高预燃室11燃烧速度和燃烧压力，从而，提高预燃室11向主燃室8喷射火焰14的射流强度，以强化主燃室8的燃烧；而主燃室8为稳定的涡流场，可以确保预燃室11向主燃室8喷射的火焰14在各个方向上均匀发展，加速主燃室8的燃烧。主燃室8的涡流场和预燃室11的滚流场相辅相成，两者相互促进，确保稳定的预燃室11滚流场和最优扫气，同时优化主燃室8和预燃室11的燃烧速度。
在一个具体的实施例中，每个喷嘴13的喷射角度与活塞7的轴线之间的夹角介于115°至155°之间，具体可以是115°、125°、135°或155°，当上述夹角位于该范围内时，有利于主燃室8经喷嘴组中的各喷嘴13进入预燃室11内形成压力差，而贴壁流动，以便于在预燃室11形成滚流。
在一个具体的实施例中，预燃室11沿远离活塞7的方向依次包括第一分段52和第二分段51，在图3中，标号52和标号51实际指在了预燃室体5的外表面，但第一分段52和第二分段51的具体含义是图3中所指位置对应的预燃室11的内部空间段；第二分段51的内径D2与第一分段52的内径D1的比值D2/D1的范围介于1.5至5之间；通过设置D2和D1的上述比例关系，使预燃室11具有大缩口；理论上讲，若预燃室11采用大缩口设计，预燃室11的滚流场使得火焰14偏向发展(参考图5)，不利于预燃室11中射流的均匀喷射；而当预燃室11为大缩口设计时，参考图4，射流火焰容易充满第一分段52，可以保证预燃室11的射流均匀性，使火焰14均匀地向主燃室8射流。
在一个具体的实施例中，喷嘴组由多个喷嘴13成，多个喷嘴13环绕活塞7的轴线间隔设置；且多个喷嘴13围成的环形区域范围内无贯穿主燃室8和预燃室11的中心孔。参考图6，若保留预燃室11底部的中心孔，则会导致火焰14贯穿距离过长，活塞7的中心会形成高温热点，影响活塞7的可靠性。而通过上述图3所示的无中心孔设计，则可以避免活塞7的上述高温热点，确保活塞7的可靠性，其效果如图7。
在一个具体的实施例中，活塞7的顶面形成有凹槽71，凹槽71的内轮廓沿靠近缸盖2的方向内径逐渐变小，以将活塞7设计为缩口形式。利用压缩挤流和逆挤流，利用气流引导火焰14优先往活塞7的边缘发展，可以达到控制多发生在活塞7的边缘处的爆震的效果。
在一个具体的实施例中，凹槽71的底面中部形成有凸起部72，缩小活塞主燃室8的容积；此设计可以避免因预燃室11底部的无中心孔设计导致的活塞7的中心区域无火焰14的覆盖，而引起的主燃室8的火焰14覆盖面小，影响主燃室8的燃烧速度的问题。
在一个具体的实施例中，参考图8，活塞7的轴线方向的截面呈ω状，以使活塞7与缸盖2形成的主燃室8为ω型燃烧室。采用该ω型燃烧室可以同时缓解爆震和主燃室8的燃烧速度慢的问题。
参考图9，每个喷嘴13的喷射角度与活塞7的轴线之间的夹角介于115°至155°之间时，可以使预燃室11最佳射流方向朝向凹槽71的侧壁的中间位置，进一步缓解爆震和主燃室8的燃烧速度慢的问题。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种车辆，车辆包括上述任一技术方案的发动机。
在上述车辆中，由于主燃室8内形成涡流，而预燃室11内形成滚流，主燃室8的涡流场由于存在压力差，使进入预燃室11内的气流容易贴壁流动，为预燃室11内形成滚流提供了良好条件，形成稳定大尺度滚流场；预燃室11大尺度滚流场与预燃室11内火焰14发展方向相协调，可以将预燃室11远离活塞7的一端内的气体换下来，始终保持预燃室11内各处具有来自主燃室8进气的新鲜混合气体，确保预燃室11着火良好以及加速火焰14发展，提高预燃室11燃烧速度和燃烧压力，从而，提高预燃室11向主燃室8喷射火焰14的射流强度，以强化主燃室8的燃烧；而主燃室8为稳定的涡流场，可以确保预燃室11向主燃室8喷射的火焰14在各个方向上均匀发展，加速主燃室8的燃烧。主燃室8的涡流场和预燃室11的滚流场相辅相成，两者相互促进，确保稳定的预燃室11滚流场和最优扫气，同时优化主燃室8和预燃室11的燃烧速度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种发动机，其特征在于，包括：缸套、缸盖和活塞；所述缸套抵接于所述缸盖，所述活塞滑动配合于所述缸套内，用于与所述缸盖配合形成主燃室；
所述缸盖内形成有预燃室，所述预燃室靠近所述活塞的底面形成有喷嘴组，以将所述预燃室与所述主燃室连通；
所述缸盖具有与所述主燃室连通的进气道，所述进气道用于在所述主燃室形成涡流；
所述喷嘴组与所述预燃室配合，以在所述预燃室内形成滚流；
所述涡流与所述滚流相互促进；
所述预燃室沿远离所述活塞的方向依次包括第一分段和第二分段；
所述第一分段和所述第二分段均具有均匀的内径，所述第二分段的内径D2与所述第一分段的内径D1的比值D2/D1的范围介于1.5至5之间；
每个所述喷嘴的喷射角度与所述活塞的轴线之间的夹角介于115°至155°之间；
所述活塞的顶面形成有凹槽，所述凹槽的内轮廓沿靠近所述缸盖的方向内径逐渐变小。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述喷嘴组由多个喷嘴组成，所述多个喷嘴环绕所述活塞的轴线间隔设置；
且所述多个喷嘴围成的环形区域范围内无贯穿所述主燃室和预燃室的中心孔。
3.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述凹槽的底面中部形成有凸起部。
4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述活塞的轴线方向的截面呈ω状，以使所述活塞与所述缸盖形成的主燃室为ω型燃烧室。
5.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的发动机。
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