CN114607522A - 一种燃烧系统及发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发动机技术领域，公开了一种燃烧系统及发动机，该燃烧系统包括活塞，活塞包括活塞本体；活塞本体的顶端形成有燃烧室，燃烧室的底部中央形成有锥形的凸起部；凸起部的内部形成有多条导流通道，各导流通道沿活塞本体轴线的圆周方向分布，且各导流通道均一端与燃烧室连通，另一端用于与外界气源连通；由各导流通道进入燃烧室的气流，能够在相应的导流通道的作用下在燃烧室中形成绕活塞本体轴线的涡流。该发动机包括上述燃烧系统。该燃烧系统及发动机改善了现有的燃烧室中混合气的均匀性不理想的问题。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种燃烧系统及发动机。
背景技术
柴油发动机的缸内燃烧过程主要包括前期短暂的预混燃烧和后期占据主要过程的扩散燃烧，扩散燃烧的速度取决于可燃混合气的形成速度，而可燃混合气的形成速度在很大程度上是由缸内气流运动状态决定的。扩散燃烧过程中，燃烧室中的混合气均匀性在很大程度上影响发动机的燃烧效率与排放性。
然而，现有技术中，以缸内直喷柴油机为例，燃烧室中混合气的均匀性却并不理想。因而，亟待设计一种新的燃烧系统来改善上述问题。
发明内容
本发明提供了一种燃烧系统及发动机，能够改善燃烧室中混合气的均匀性不理想的问题。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种燃烧系统，包括活塞，所述活塞包括活塞本体；所述活塞本体的顶端形成有燃烧室，所述燃烧室的底部中央形成有锥形的凸起部；
所述凸起部的内部形成有多条导流通道，各所述导流通道沿所述活塞本体轴线的圆周方向分布，且各所述导流通道均一端与所述燃烧室连通，另一端用于与外界气源连通；由各所述导流通道进入所述燃烧室的气流，能够在相应的所述导流通道的作用下在所述燃烧室中形成绕所述活塞本体轴线的涡流。
本发明提供的燃烧系统在活塞燃烧室底部中央形成的锥形凸起部的内部设有沿活塞本体轴线的圆周方向分布的多条导流通道，各导流通道均一端与燃烧室连通，另一端用于与外界气源连通；且由各导流通道进入燃烧室的气流，能够在相应的导流通道的作用下在燃烧室中形成绕活塞本体轴线的涡流。气流在燃烧室中形成的绕活塞本体轴线的涡流不仅能够提高混合气形成速度，而且能够改善混合气的均匀性，因而，更有利于扩散燃烧过程。
此外，本发明提供的燃烧系统利用导流通道形成空气在燃烧室中的涡流运动，大大降低了发动机气道涡流比需求，有利于改善气道流通系数，提高发动机充气效率。
本发明提供的燃烧系统如果在低负荷区域由各导流通道向燃烧室中喷射高压空气，在燃烧室中形成的涡流可以很大程度上改善低负荷区域由于缸内气流运动较弱导致的烟度问题，如果在高负荷区域由各导流通道向燃烧室中喷射高压空气，不仅可以降低烟度排放，而且由于喷入的空气可以降低缸内燃烧最高温度，可以抑制NOx的生成。
可选地，各所述导流通道位于平行于所述活塞本体底面的同一平面内。
可选地，各所述导流通道沿所述活塞本体轴线的圆周方向均布。
可选地，各所述导流通道均为弧形；
以各所述导流通道与所述燃烧室连通的一端为相应的导流通道的出口端，以各所述导流通道出口端处的切线与燃烧室内壁的交点处，燃烧室内壁的切线为参考切线，各所述导流通道出口端处的切线与对应的所述参考切线之间的夹角为锐角。
可选地，以各所述导流通道用于与外界气源连通的一端为进气端，各所述导流通道的进气端相互连通。
可选地，所述燃烧室包括沿所述活塞本体的底部指向所述活塞本体的顶部的方向依次设置的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与所述第二腔室连通，且所述第一腔室与所述第二腔室的交界处形成有向所述凸起部所在方向隆起的喉口部，各所述导流通道的出气口与所述喉口部位于平行于所述活塞本体底面的同一平面内。
可选地，包括喷油器，所述喷油器具有多个喷油孔，所述燃烧室中相邻的两个所述喷油孔之间的区域为一个喷油区域，每个所述喷油区域中至少具有一个所述导流通道的出气口。
可选地，每个所述喷油区域中具有一个所述导流通道的出气口，且该所述出气口位于对应的两个喷油孔的中间。
可选地，所述喷油器的轴线与所述活塞本体的轴线重合，所述喷油器上设有用于与外界气源连接的进气喷管，所述进气喷管的轴线与所述喷油器的轴线重合，且当所述活塞运动至上止点位置时，所述进气喷管与各所述导流通道的进气端连通。
本发明还提供一种发动机，设置有上述技术方案中提供的任意一种燃烧系统。
本发明提供的发动机设置有上述燃烧系统，因而，至少能够达到上述燃烧系统所能够达到的技术效果，即，不仅能够提高混合气形成速度，而且能够改善混合气的均匀性，因而，更有利于扩散燃烧过程。
此外，燃烧系统利用导流通道形成空气在燃烧室中的涡流运动，大大降低了发动机气道涡流比需求，有利于改善气道流通系数，提高发动机充气效率。
燃烧系统如果在低负荷区域由各导流通道向燃烧室中喷射高压空气，在燃烧室中形成的涡流可以很大程度上改善低负荷区域由于缸内气流运动较弱导致的烟度问题，如果在高负荷区域由各导流通道向燃烧室中喷射高压空气，不仅可以降低烟度排放，而且由于喷入的空气可以降低缸内燃烧最高温度，可以抑制NOx的生成。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种燃烧系统的剖视图；
图2为本发明实施例提供的一种燃烧系统中活塞的俯视图；
图3为图1所示的燃烧系统的A-A剖视图。
图标：1-活塞；11-活塞本体；12-燃烧室；121-喉口部；13-凸起部；131-导流通道；132-出气口；2-喷油器；3-进气喷管。
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。
现有的缸内直喷柴油机主要依靠气缸盖上的螺旋进气道形成的缸内涡流、压缩过程形成的挤流运动以及柴油高压共轨喷射系统来促进油气混合过程，虽然柴油机缸内过量空气系数较大，但是边喷油边混合燃烧的过程中仍然会导致缸内存在部分混合气过浓区或者混合气过稀区。在混合气过浓区会由于高温少氧的环境造成燃油发生高温裂解脱氢聚合形成碳烟，从而导致发动机烟度增加；而在混合气较稀区(尤其是过量空气系数1.0到1.2之间)会由于高温富氧的环境产生NOx排放物。可见，混合气的不均匀性是柴油机产生NOx和烟度排放的根本原因。而且为了保证缸内能够产生促进油气混合过程的涡流运动，在进气道设计过程中就要求进气道具有足够高的涡流比，这样通常会牺牲一定的气道流通性能，会在一定程度上增加换气损失，降低缸内充气效率，不利于发动机功率的提升。鉴于此，本实施例提供了一种燃烧系统及发动机，至少能够改善上述问题。
如图1-图3所示，本实施例提供的一种燃烧系统包括活塞1，活塞1包括活塞本体11；活塞本体11的顶端形成有燃烧室12，燃烧室12的底部中央形成有锥形的凸起部13；
凸起部13的内部形成有多条导流通道131，各导流通道131沿活塞本体11轴线的圆周方向分布，且各导流通道131均一端与燃烧室12连通，另一端用于与外界气源连通；由各导流通道131进入燃烧室12的气流，能够在相应的导流通道131的作用下在燃烧室12中形成绕活塞本体11轴线的涡流。
本实施例提供的燃烧系统在活塞1燃烧室12底部中央形成的锥形凸起部13的内部设有沿活塞本体11轴线的圆周方向分布的多条导流通道131，各导流通道131均一端与燃烧室12连通，另一端用于与外界气源连通；且由各导流通道131进入燃烧室12的气流，能够在相应的导流通道131的作用下在燃烧室12中形成绕活塞本体11轴线的涡流。气流在燃烧室12中形成的绕活塞本体11轴线的涡流不仅能够提高混合气形成速度，而且能够改善混合气的均匀性，因而，更有利于扩散燃烧过程。
此外，本实施例提供的燃烧系统利用导流通道131形成空气在燃烧室12中的涡流运动，大大降低了发动机气道涡流比需求，有利于改善气道流通系数，提高发动机充气效率。
本实施例提供的燃烧系统如果在低负荷区域由各导流通道131向燃烧室12中喷射高压空气，在燃烧室12中形成的涡流可以很大程度上改善低负荷区域由于缸内气流运动较弱导致的烟度问题，如果在高负荷区域由各导流通道131向燃烧室12中喷射高压空气，不仅可以降低烟度排放，而且由于喷入的空气可以降低缸内燃烧最高温度，可以抑制NOx的生成。
具体在凸起部13内设置上述各导流通道131时，为了更有利于提高混合气的均匀性，一种可选的实现方式中，各导流通道131位于平行于活塞本体11底面的同一平面内。
为了更有利于提高混合气的均匀性，一种可选的实现方式中，各导流通道131沿活塞本体11轴线的圆周方向均匀分布。
一种可选的实现方式中，各导流通道131均为弧形；以各导流通道131与燃烧室12连通的一端为相应的导流通道131的出口端，以各导流通道131出口端处的切线m1与燃烧室12内壁的交点处燃烧室12内壁的切线n1为参考切线，各导流通道131出口端处的切线m1与对应的参考切线n1之间的夹角α为锐角，以使由各导流通道131进入燃烧室12的气流，能够在相应的导流通道131的作用下在燃烧室12中形成绕活塞本体11轴线的涡流。
以各导流通道131用于与外界气源连通的一端为进气端，一种可选的实现方式中，各导流通道131的进气端相互连通。
各导流通道131的进气端相互连通，不仅有利于各导流通道131中气流的同步性，有利于提高燃烧室中混合气的均匀性；而且，能够简化燃烧系统的结构设置。
当各导流通道131位于平行于活塞本体11底面的同一平面内时，一种可选的实现方式中，燃烧室12包括沿活塞本体11的底部指向活塞本体11的顶部的方向依次设置的第一腔室和第二腔室，第一腔室与第二腔室连通，且第一腔室与第二腔室的交界处形成有向凸起部13所在方向隆起的喉口部121，各导流通道131的出气口132与喉口部121位于平行于活塞本体11底面的同一平面内。
喷油器2喷出的油多喷射到喉口部121附近，各导流通道131位于平行于活塞本体11底面的同一平面内，且各导流通道131的出气口132与喉口部121位于平行于活塞本体11底面的同一平面内，空气在燃烧室12中形成的绕活塞本体11轴线的涡流能够更快更有效的促进混合气的均匀性。
燃烧系统包括喷油器2，喷油器2具有多个喷油孔，燃烧室12中相邻的两个喷油孔之间的区域为一个喷油区域，一种可选的实现方式中，每个喷油区域中至少具有一个导流通道131的出气口132，以更有利于混合气的形成及混合气的均匀性。
优选地，每个喷油区域中具有一个导流通道131的出气口132，且该出气口132位于对应的两个喷油孔的中间。
示例性地，喷油器2具有8个喷油孔。
一种可选的实现方式中，喷油器2的轴线与活塞本体11的轴线重合，喷油器2上设有用于与外界气源连接的进气喷管3，进气喷管3的轴线与喷油器2的轴线重合，且当活塞1运动至上止点位置时，进气喷管3与各导流通道131的进气端连通。
示例性地，凸起部13的顶端设有位于所述活塞本体11轴线上的进气通道，进气通道一通与各导流通道131连通，另一端向上贯通凸起部13，用于与进气喷管3连通。活塞1运动至上止点位置时，进气喷管3插入进气通道中。为了防止活塞1运动至上止点时，进气喷管3与活塞本体11发生碰撞而损坏，当活塞1运动至上止点时，进气喷管3插入进气通道中，但仍与进气通道的底端有间隙。
以下对设置有本实施例提供的一种燃烧系统的发动机的工作原理进行简要说明。
发动机工作过程中，当活塞1运动至压缩冲程上止点附近时，进气喷管3插入进气通道中，喷油器2开始喷油，进气喷管3同步开始喷射高压空气，高压空气通过进气喷管3进入凸起部13内的各导流通道131，随后，沿绕活塞本体11轴线的周向均布的导流通道131喷入燃烧室12，由于均布的导流通道131的出气口132的切线与活塞1内壁面的对应切线之间的夹角α为锐角，所以喷入燃烧室12中的空气会形成绕气缸轴线的涡流运动。
本实施例提供的燃烧系统对缸内直喷式柴油机燃烧室均适用，适用范围广泛。
本实施例提供的一种发动机设置有上述技术方案中提供的任意一种燃烧系统。
本实施例提供的发动机设置有上述燃烧系统，因而，至少能够达到上述燃烧系统所能够达到的技术效果，即，不仅能够提高混合气形成速度，而且能够改善混合气的均匀性，因而，更有利于扩散燃烧过程。
此外，燃烧系统利用导流通道131形成空气在燃烧室12中的涡流运动，大大降低了发动机气道涡流比需求，有利于改善气道流通系数，提高发动机充气效率。
燃烧系统如果在低负荷区域由各导流通道131向燃烧室12中喷射高压空气，在燃烧室12中形成的涡流可以很大程度上改善低负荷区域由于缸内气流运动较弱导致的烟度问题，如果在高负荷区域由各导流通道131向燃烧室12中喷射高压空气，不仅可以降低烟度排放，而且由于喷入的空气可以降低缸内燃烧最高温度，可以抑制NOx的生成。
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)
1.一种燃烧系统，其特征在于，包括活塞，所述活塞包括活塞本体；所述活塞本体的顶端形成有燃烧室，所述燃烧室的底部中央形成有锥形的凸起部；
所述凸起部的内部形成有多条导流通道，各所述导流通道沿所述活塞本体轴线的圆周方向分布，且各所述导流通道均一端与所述燃烧室连通，另一端用于与外界气源连通；由各所述导流通道进入所述燃烧室的气流，能够在相应的所述导流通道的作用下在所述燃烧室中形成绕所述活塞本体轴线的涡流。
2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，各所述导流通道位于平行于所述活塞本体底面的同一平面内。
3.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，各所述导流通道沿所述活塞本体轴线的圆周方向均布。
4.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，各所述导流通道均为弧形；
以各所述导流通道与所述燃烧室连通的一端为相应的导流通道的出口端，以各所述导流通道出口端处的切线与燃烧室内壁的交点处，燃烧室内壁的切线为参考切线，各所述导流通道出口端处的切线与对应的所述参考切线之间的夹角为锐角。
5.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，以各所述导流通道用于与外界气源连通的一端为进气端，各所述导流通道的进气端相互连通。
6.根据权利要求2所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧室包括沿所述活塞本体的底部指向所述活塞本体的顶部的方向依次设置的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与所述第二腔室连通，且所述第一腔室与所述第二腔室的交界处形成有向所述凸起部所在方向隆起的喉口部，各所述导流通道的出气口与所述喉口部位于平行于所述活塞本体底面的同一平面内。
7.根据权利要求1-6任一项所述的燃烧系统，其特征在于，包括喷油器，所述喷油器具有多个喷油孔，所述燃烧室中相邻的两个所述喷油孔之间的区域为一个喷油区域，每个所述喷油区域中至少具有一个所述导流通道的出气口。
8.根据权利要求7所述的燃烧系统，其特征在于，每个所述喷油区域中具有一个所述导流通道的出气口，且该所述出气口位于对应的两个喷油孔的中间。
9.根据权利要求7所述的燃烧系统，其特征在于，所述喷油器的轴线与所述活塞本体的轴线重合，所述喷油器上设有用于与外界气源连接的进气喷管，所述进气喷管的轴线与所述喷油器的轴线重合，且当所述活塞运动至上止点位置时，所述进气喷管与各所述导流通道的进气端连通。
10.一种发动机，其特征在于，设置有权利要求1-9任一项所述的燃烧系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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 | ||
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Application publication date: 20220610 |