CN113944543A - 一种汽油发动机燃烧系统、汽油发动机总成及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车发动机技术领域，特别是涉及一种汽油发动机燃烧系统，汽油发动机总成及车辆。该燃烧系统的进气道包括主气道以及由主气道的末端分支而成的两个进气道分支，每个进气道分支均包括依次设置的进气道分支直线段以及进气道喉口，进气道喉口的近端设有导气屏障，导气屏障可将经过进气道喉口近端的混合气引向进气道喉口的远端，进气道喉口的远端设有将混合气引入燃烧室排气侧的导气面。本发明提供的一种汽油发动机燃烧系统，汽油发动机总成及车辆，由于导气屏障的阻挡，大量混合气被引导至进气道远端，形成大规模沿顺时针旋转的气流运动，气流方向由燃烧室的排气侧旋转至进气侧，提升宏观上的滚流强度，抑制了早燃和爆震的发生。

Description

一种汽油发动机燃烧系统、汽油发动机总成及车辆

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，特别是涉及一种汽油发动机燃烧系统、汽油发动机总成及车辆。

背景技术

汽油发动机通常为点燃式内燃机，即通过火花塞点火，使缸内燃油与空气的混合气燃烧而推动活塞进行做功，实现动力输出。当火花塞点火后，且火焰未传播至终燃混合气，但终燃混合气因受热达到其燃点而出现自燃的现象叫做爆震。当在压缩行程的末期，此时火花塞尚未点火，终燃混合气因受到缸内环境加热以及加压的共同作用，达到其燃点而出现自燃的现象叫做早燃。爆震和早燃都属于不正常燃烧的现象，早燃通常会伴随着爆震一起发生。

上述两种不正常燃烧，产生的火焰传播速度远高于正常燃烧时的火焰传播速度，而使混合气迅速地燃烧完毕，由此导致燃烧室内的压力瞬间增高，过大的爆压会导致气缸垫密封失效，活塞破裂、连杆弯曲及轴瓦磨损等严重故障，并且降低发动机的功率，使发动机产生较大的噪声和振动。

发明内容

本申请提供了一种汽油发动机燃烧系统，汽油发动机总成及车辆，解决了现有技术中早燃和爆震导致发动机各部件故障、降低发动机的功率且使发动机产生较大的噪声和振动技术问题。

一方面，本申请提供了一种汽油发动机燃烧系统，包括气缸盖、气缸、活塞、进气道以及排气道，所述活塞可做往复运动地设置在所述气缸的缸孔中，所述气缸盖与所述活塞的顶面之间形成燃烧室，所述燃烧室的两侧分别设有进气侧以及排气侧，所述进气道以及排气道均设置在所述气缸盖中并分别与所述燃烧室的进气侧以及排气侧连通，所述进气道包括主气道以及两个由所述主气道的末端分支而成的进气道分支，每个所述进气道分支均包括依次设置的进气道分支直线段以及进气道喉口，所述进气道喉口的近端设有导气屏障，所述导气屏障可将经过所述进气道喉口近端的混合气引向所述进气道喉口的远端，所述进气道喉口的远端设有将所述混合气引入所述燃烧室的排气侧的导气面。

进一步地，所述导气屏障沿所述进气道分支的中心线向所述进气道喉口的两侧对称延伸，且所述导气屏障的宽度从上到下逐渐减小直至与所述进气道喉口相切，形成月牙状。

进一步地，两个所述进气道分支均对应设置有进气结构以及深度环抱式引气结构，所述进气结构包括进气门座圈安装孔、进气门座圈以及进气门结构，所述进气门座圈设置在所述进气门座圈安装孔内，所述进气门结构可做往复运动地设置在所述进气门座圈中，以打开或关闭进气道喉口，所述深度环抱式引气结构设置在对应的所述进气道分支的近端，所述深度环抱式引气结构为与对应的所述进气门座圈安装孔的外弧面相匹配的弧形结构，所述深度环抱式引气结构设置在对应的所述进气门座圈安装孔的外弧面上。

进一步地，所述燃烧系统还包括平顶式挤气结构，所述平顶式挤气结构包括第一平顶挤气面以及第二平顶挤气面，所述第一平顶挤气面设置在所述燃烧室的进气侧，所述第二平顶挤气面设置在所述燃烧室的排气侧，所述第一平顶挤气面以及所述第二平顶挤气面均设置在所述缸孔顶部，且均伸入所述缸孔内。

进一步地，所述第一平顶挤气面伸入所述缸孔内的表面积大于所述第二平顶挤气面伸入所述缸孔内的表面积。

进一步地，在压缩行程中，当所述活塞处于上止点时，所述活塞外缘与所述第一平顶挤气面以及所述第二平顶挤气面的间隙为0.6-1.2mm。

进一步地，两个所述进气道分支直线段的截面积沿气流方向逐渐减小

进一步地，所述进气结构还包括进气门导管安装孔，所述进气门导管安装孔内装设有进气门导管，所述进气门结构包括进气门杆以及进气门头部，所述进气门头部设置在所述进气门杆底部，所述进气门头部与所述进气门座圈配合设置，所述进气门杆可做往复运动地设置在所述进气门导管的内孔中，所述进气门导管安装孔轴线与缸孔轴线的夹角为30-55°。

另一方面，本申请还提供了一种汽油发动机总成，包括以上所述的汽油发动机燃烧系统。

再一方面，本申请还提供了一种车辆，包括以上所述的汽油发动机总成。

本申请有益效果如下：

本申请提供的一种车辆，包括汽油发动机总成，该汽油发动机总成包括汽油发动机燃烧系统，在该汽油发动机燃烧系统中，由于进气道喉口的近端设有导气屏障，由于该导气屏障可将经过进气道喉口近端的混合气引向进气道喉口的远端，并且进气道喉口的远端设有将混合气引入燃烧室排气侧的导气面。因此，进入进气道喉口近端的大量混合气先经过导气屏障的引导进入进气道喉口的远端，再通过设置在进气道喉口远端的导气面的引导进入燃烧室排气侧，最后再通过气缸壁的引导，形成大规模沿顺时针旋转的规律气流运动，气流方向由燃烧室的排气侧旋转至进气侧，这样增大了旋转半径，从而增大混合气的动量矩，提升宏观上的滚流强度，改善了传统燃烧室中排气侧滚流弱的现状，进而有效抑制了早燃和爆震的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1本实施例提供的进气道及深度环抱式引气结构的剖面图；

图2为本实施例提供的进气道的结构示意图；

图3为本实施例提供的进气道的剖切俯视图；

图4为本实施例提供的进气行程的混合气运动示意图；

图5为本实施例提供的深度环抱式引气结构的结构示意图；

图6为本实施例提供的深度环抱式引气结构与进气门头部的装配示意图；

图7为本实施例提供的平顶式挤气结构的结构示意图；

图8为本实施例提供的压缩行程的混合气运动示意图；

图9为本实施例提供的平顶式挤气结构与活塞处于上止点时的装配示意图；

图10为传统汽油发动机燃烧室内湍动能分布云图；

图11为本实施例提供的汽油发动机燃烧室内湍动能分布云图。

附图说明：

1-进气道，11-主气道，12-进气道分支直线段，13-导气屏障，14-进气道喉口，21-进气门座圈，22-进气门结构，23-进气门导管，221-进气门杆，222-进气门头部，3-深度环抱式引气结构，41-第一平顶挤气面，42-第二平顶挤气面，5-缸孔，6-燃烧室，7-活塞。

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。

实施例1

随着发动机的强化程度越来越高，在高压缩比、大进气量状态下，压缩行程终了时刻缸内混合气的压力和温度升高，会导致早燃的倾向增加。且随着车辆对于驾驶性需求的提升，低速大扭矩为发动机开发的重要指标。当大负荷时，进气温度和压力升高，这将增加早燃的倾向；当低速时，缸内气体流动性慢，混合相对较差，燃烧速度慢，进一步加剧早燃的风险。早燃的发生具有一定随机性，尚无法通过解决爆震的方法即推迟点火角来避免，成为发动机动力性及可靠性巨大的潜在风险。

根据上述早燃机理的分析，主要可通过以下两种途径来降低或缓解早燃的发生：1、改善发动机的冷却，增加燃烧室附近的冷却液流动，降低燃烧室壁面温度特别是排气鼻梁区的温度，从而降低混合气的温度；2、加快缸内燃烧过程，使混合气在自燃之前被火焰覆盖。发动机的冷却优化往往受到发动机本体结构及冷却系统的能力限制，改善效果不明显。因此，如何改善缸内燃烧过程，有效抑制早燃及爆震现象，是汽油机燃烧开发的重点。

基于此，本实施例提供了一种汽油发动机燃烧系统，包括气缸盖、气缸、活塞、进气道以及排气道，活塞可做往复运动地设置在气缸缸孔中，气缸盖与活塞的顶面之间形成燃烧室，燃烧室的两侧分别设有进气侧以及排气侧，进气道以及排气道均设置在气缸盖中并分别与燃烧室的进气侧以及排气侧连通，图1为本实施例提供的进气道及深度环抱式引气结构的剖面图，图2为本实施例提供的进气道的结构示意图，图3为本实施例提供的进气道的剖切俯视图，结合图1-及图3，本实施例中，进气道1包括主气道11以及两个由主气道11的末端分支而成的进气道分支，每个进气道分支均包括依次设置的进气道分支直线段12以及进气道喉口14，进气道喉口14的近端设有导气屏障13，该导气屏障13可将经过进气道喉口14近端的混合气引向进气道喉口14的远端，进气道喉口14的远端设有将混合气引入燃烧室排气侧的导气面。

图4为本实施例提供的进气行程的混合气运动示意图(图中箭头方向为混合气的运动方向)，结合图1-图4，本实施例提供的一种汽油发动机燃烧系统，进入进气道喉口14近端的大量混合气先经过导气屏障13的引导进入进气道喉口14的远端，再通过设置在进气道喉口14远端的导气面的引导进入燃烧室排气侧，最后再通过气缸壁的引导，形成大规模沿顺时针旋转的规律气流运动，气流方向由燃烧室的排气侧旋转至进气侧，这样增大了旋转半径，从而增大混合气的动量矩，提升宏观上的滚流强度，改善了传统燃烧室中排气侧滚流弱的现状，进而有效抑制了早燃和爆震的发生。

进一步的，本实施例中“近端”为进气道1靠近燃烧室进气侧的一端，“远端”为进气道1靠近燃烧室排气侧的一端。

结合图3，本实施例中导气屏障13沿进气道分支的中心线向进气道喉口14的两侧对称延伸，且导气屏障13的宽度从上到下逐渐减小直至与进气道喉口14相切，形成月牙状。由于进气道分支直线段12为倾斜设置，导气屏障13与进气道喉口14相切，即从进气道分支直线段12尾部的斜面急促地过渡为水平面，形成一个斜坡结构，当混合气进入进气道分支直线段12后，通过该斜坡结构的引导，再加上导气屏障13的阻挡，大量混合气被引导至进气道喉口14的远端。在其他的一些实施例中，导气屏障13也可以采用碗状结构，本实施例对此不作限制。

优选的，本实施例中导气面可以为设置在进气道喉口远端上壁面的球型凹面。

进一步的，本实施例中两个进气道分支直线段12形状相同，且沿主气道11长度方向的中心线对称布置，以保证两个进气道分支直线段12进气的均匀性，且主气道11与两个进气道分支直线段12之间均通过圆弧平滑过渡。

进一步的，两个进气道分支直线段12的截面积沿气流方向逐渐减小，形成缩口效应，在斜坡结构的共同作用下，混合气从进气道1远端进入燃烧室时仍能保持较快的流速，优选的，两个进气道分支直线段12的截面形状可以为椭圆形、圆形等，本实施例对此不作限制。

图5为本实施例提供的深度环抱式引气结构的结构示意图，结合图1-图5，本实施例中两个进气道分支均对应设置有进气结构以及深度环抱式引气结构3。进气结构设置在气缸盖上，包括进气门座圈安装孔、进气门座圈21以及进气门结构22，进气门座圈21设置在进气门座圈安装孔内，进气门结构22可做往复运动地设置在进气门座圈21中，以打开或关闭进气道喉口14。深度环抱式引气结构3设置在对应的进气道分支的近端，深度环抱式引气结构3为与对应的进气门座圈安装孔的外弧面相匹配的弧形结构，深度环抱式引气结构3设置在对应的进气门座圈安装孔的外弧面上。具体地，深度环抱式引气结构3与进气门座圈21同心设置。

在进气行程中，由于导气屏障13的阻挡，大量混合气被引导至进气道1的远端，少量经由进气道1近端进入燃烧室的混合气会在深度环抱式引气结构3的壁面上碰撞并回弹，然后流向进气道1的远端，进一步增加了燃烧室排气侧的混合气量。

图6为本实施例提供的深度环抱式引气结构与进气门头部的装配示意图，结合图6，本实施例中深度环抱式引气结构3的半径R1可以为12-20mm，且深度环抱式引气结构3沿进气门座圈安装孔的轴线方向的长度为L1可以为3-7mm，深度环抱式引气结构3与进气门头部222的外径间隙D1可以为0.4-0.9mm，深度环抱式引气结构3与进气门座圈安装孔外弧面通过圆角平顺过渡。

进一步地，本实施例中进气结构还包括进气门导管安装孔，进气门导管安装孔内装设有进气门导管23，进气门结构22包括进气门杆221以及进气门头部222，进气门头部222设置在进气门杆221底部，进气门头部222与进气门座圈21配合设置，进气门杆221可做往复运动地设置在进气门导管23的内孔中。具体地，进气门导管安装孔轴线与缸孔5轴线的夹角为30-55°，即较大的气门夹角使进气门导管23在上下方向有充足的布置空间，保证进气门导管23不会伸出至进气道1内，降低了混合气的流阻，使混合气保持较高的流速。

图7为本实施例提供的平顶式挤气结构的结构示意图，图8为本实施例提供的压缩行程的混合气运动示意图(图中箭头方向为混合气的运动方向)，结合图7及图8，本实施例中燃烧系统还包括平顶式挤气结构，平顶式挤气结构包括第一平顶挤气面41以及第二平顶挤气面42，具体的，第一平顶挤气面41设置在燃烧室6的进气侧，第二平顶挤气面42设置在燃烧室6的排气侧，第一平顶挤气面41以及第二平顶挤气面42均设置在缸孔顶部，且均伸入缸孔5内。

在压缩行程中，当活塞7处于上止点时，第一平顶挤气面41以及第二平顶挤气面42的底面与活塞7的外缘形成楔形空间。如图8所示，当进气终了进入压缩行程时，在压缩上止点附近，宏观的滚流顺时针旋转时，经过楔形挤气间隙后，会被撕裂成众多微观的涡流，迅速提升湍流强度及湍流动能，向燃烧室6的排气侧快速流动，并在挤气区形成逆挤流，使得初始火焰迅速地向燃烧室6的排气侧传播，有利于缩短燃烧室6排气侧混合气的起燃时间，从而有效抑制早燃和爆震。

图9为本实施例提供的平顶式挤气结构与活塞处于上止点时的装配示意图，结合图8及图9，在压缩行程中，当活塞7处于上止点时，活塞7外缘与第一平顶挤气面41以及第二平顶挤气面42的底面之间的间隙D2优选为0.6-1.2mm，以使滚流被有效撕裂成众多微观的涡流。

进一步的，第一平顶挤气面41伸入缸孔5内的表面积大于第二平顶挤气面42伸入缸孔5内的表面积，即进气侧挤气面积大于排气侧挤气面积，这使得宏观的混合气滚流由燃烧室6的排气侧顺时针旋转至进气侧时，在第一平顶挤气面41的壁面上碰撞，且由于进气侧挤气面积更大，容易形成更多微观的涡流，这更有利于抑制早燃和爆震。

图10为传统汽油发动机燃烧室内湍动能分布云图，图11为本实施例提供的汽油发动机燃烧室内湍动能分布图，结合图10及图11，传统汽油发动机燃烧室中，气缸内混合气的湍动能分布不均，聚集在燃烧室进气侧，燃烧室排气侧湍动能不足，这将导致火焰传播速度缓慢，不利于混合气的快速燃烧，容易导致燃烧室排气侧产生早燃和爆震现象。而本实施例提供的汽油发动机燃烧室内，燃烧室6排气侧的湍动能明显加强，气缸内混合气的湍动能分布更加均匀，当火花塞点火后，火焰向燃烧室6的进、排气侧同时传播，火焰在燃烧室6的进、排气侧的传播速度更加均匀，降低了燃烧室6排气侧出现早燃及爆震的风险。

实施例2

本实施例提供了一种汽油发动机总成，包括实施例1中的汽油发动机燃烧系统。由于该汽油发动机燃烧系统中，进入进气道喉口14近端的大量混合气先经过导气屏障13的引导进入进气道喉口14的远端，再通过设置在进气道喉口14远端的导气面的引导进入燃烧室6的排气侧，最后再通过气缸壁的引导，形成大规模沿顺时针旋转的规律气流运动，气流方向由燃烧室6的排气侧旋转至进气侧，这样增大了旋转半径，从而增大混合气的动量矩，提升宏观上的滚流强度，改善了传统燃烧室中排气侧滚流弱的现状，进而有效抑制了早燃和爆震的发生。

实施例3

本申请还提供了一种车辆，包括实施例2中的汽油发动机总成，该汽油发动机总成包括汽油发动机燃烧系统。由于该汽油发动机燃烧系统中，进入进气道喉口14近端的大量混合气先经过导气屏障13的引导进入进气道喉口14的远端，再通过设置在进气道喉口14远端的导气面的引导进入燃烧室6的排气侧，最后再通过气缸壁的引导，形成大规模沿顺时针旋转的规律气流运动，气流方向由燃烧室6的排气侧旋转至进气侧，这样增大了旋转半径，从而增大混合气的动量矩，提升宏观上的滚流强度，改善了传统燃烧室中排气侧滚流弱的现状，进而有效抑制了早燃和爆震的发生。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明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 (10)

1.一种汽油发动机燃烧系统，包括气缸盖、气缸、活塞、进气道以及排气道，所述活塞可做往复运动地设置在所述气缸的缸孔中，所述气缸盖与所述活塞的顶面之间形成燃烧室，所述燃烧室的两侧分别设有进气侧以及排气侧，所述进气道以及排气道均设置在所述气缸盖中并分别与所述燃烧室的进气侧以及排气侧连通，其特征在于，所述进气道包括主气道以及两个由所述主气道的末端分支而成的进气道分支，每个所述进气道分支均包括依次设置的进气道分支直线段以及进气道喉口，所述进气道喉口的近端设有导气屏障，所述导气屏障可将经过所述进气道喉口近端的混合气引向所述进气道喉口的远端，所述进气道喉口的远端设有将所述混合气引入所述燃烧室的排气侧的导气面。

2.如权利要求1所述的汽油发动机燃烧系统，其特征在于，所述导气屏障沿所述进气道分支的中心线向所述进气道喉口的两侧对称延伸，且所述导气屏障的宽度从上到下逐渐减小直至与所述进气道喉口相切，形成月牙状。

3.如权利要求1所述的汽油发动机燃烧系统，其特征在于，两个所述进气道分支均对应设置有进气结构以及深度环抱式引气结构，所述进气结构包括进气门座圈安装孔、进气门座圈以及进气门结构，所述进气门座圈设置在所述进气门座圈安装孔内，所述进气门结构可做往复运动地设置在所述进气门座圈中，以打开或关闭进气道喉口，所述深度环抱式引气结构设置在对应的所述进气道分支的近端，所述深度环抱式引气结构为与对应的所述进气门座圈安装孔的外弧面相匹配的弧形结构，所述深度环抱式引气结构设置在对应的所述进气门座圈安装孔的外弧面上。

4.如权利要求1所述的汽油发动机燃烧系统，其特征在于，所述燃烧系统还包括平顶式挤气结构，所述平顶式挤气结构包括第一平顶挤气面以及第二平顶挤气面，所述第一平顶挤气面设置在所述燃烧室的进气侧，所述第二平顶挤气面设置在所述燃烧室的排气侧，所述第一平顶挤气面以及所述第二平顶挤气面均设置在所述缸孔顶部，且均伸入所述缸孔内。

5.如权利要求4所述的汽油发动机燃烧系统，其特征在于，所述第一平顶挤气面伸入所述缸孔内的表面积大于所述第二平顶挤气面伸入所述缸孔内的表面积。

6.如权利要求5所述的汽油发动机燃烧系统，其特征在于，在压缩行程中，当所述活塞处于上止点时，所述活塞外缘与所述第一平顶挤气面以及所述第二平顶挤气面的间隙为0.6-1.2mm。

7.如权利要求1所述的汽油发动机燃烧系统，其特征在于，两个所述进气道分支直线段的截面积沿气流方向逐渐减小。

8.如权利要求3所述的汽油发动机燃烧系统，其特征在于，所述进气结构还包括进气门导管安装孔，所述进气门导管安装孔内装设有进气门导管，所述进气门结构包括进气门杆以及进气门头部，所述进气门头部设置在所述进气门杆底部，所述进气门头部与所述进气门座圈配合设置，所述进气门杆可做往复运动地设置在所述进气门导管的内孔中，所述进气门导管安装孔轴线与缸孔轴线的夹角为30-55°。

9.一种汽油发动机总成，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的汽油发动机燃烧系统。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的汽油发动机总成。

Images