CN115013142A - 一种发动机燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机技术领域，公开了一种发动机燃烧系统，其包括缸盖、活塞、进气门、排气门、进气组件、分流件以及热射流点火机构，缸盖上开设有进气道和排气道；活塞运动到上止点时，活塞的顶端和缸盖之间围设成燃烧室，进气道和排气道均能够与燃烧室连通；进气门和排气门均设置于缸盖上，且部分位于燃烧室内，进气门能够封堵进气道，排气门能够封堵排气道；进气组件与进气道连通，混合气能够通过进气组件和进气道进入燃烧室；分流件部分设置于进气道，部分设置于所述进气组件内，分流件用于分流混合气；热射流点火机构设置于缸盖上，热射流点火系统包括凸轮轴、凸轮、柱塞、预燃室以及火花塞。

Description

一种发动机燃烧系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机燃烧系统。

背景技术

稀释燃烧是一种非常具有应用潜力的车用发动机节能和减排技术，其能够降低发动机泵气损失、传热损失，在提高发动机热效率和降低排放方面非常有前景。但是当发动机采用稀释燃烧技术时，伴随着稀燃程度的提升，通常会发生燃烧稳定性变差、燃烧过程滞后和延长等问题，从而限制了稀薄燃烧技术对发动机燃烧的改善效果。

常见射流点火装置目前主要有两种，一种为燃料单独供给的结构(主动式预燃室)，另一种为无燃料单独供给的结构(被动式预燃室)。对于有燃料单独供给的射流点火装置(主动式预燃室)，其预燃室燃料浓度由单独的燃料供给系统控制，方便实现稀释燃烧技术，但由于设置了单独的燃料供给装置，其结构会较为复杂，成本也会更高，而且需要对发动机机体进行大幅度改动，布置也比较困难。对于无燃料单独供给的射流点火装置(被动式预燃室)，其预燃室内的混合气来源于发动机压缩冲程自气缸压入预燃室内的混合气，当发动机采用稀释燃烧技术时，预燃室内的燃料浓度会非常低从而导致热射流形成和引燃能力减弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机燃烧系统，对现有的预燃室射流点火机构进行升级，使其能够同时满足稀薄燃烧和当量比燃烧，还通过对被动式预燃室射流点火机构的改进实现了预燃室扫气。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种发动机燃烧系统，包括：

缸盖，所述缸盖上开设有进气道和排气道；

活塞，所述活塞运动到上止点时，所述活塞的顶端和所述缸盖之间围设成燃烧室，所述进气道和所述排气道均能够与所述燃烧室连通；

进气门和排气门，均设置于所述缸盖上，所述进气门用于将所述进气道打开或关闭，所述排气门用于将所述排气道打开与关闭；

进气组件，所述进气组件与所述进气道连通，混合气能够通过所述进气组件和所述进气道进入所述燃烧室；

分流件，所述分流件部分设置于所述进气道，部分设置于所述进气组件内，所述分流件用于分流所述混合气；

热射流点火机构，设置于缸盖上，所述热射流点火机构包括凸轮轴、凸轮、柱塞、预燃室、火花塞及复位弹簧，所述凸轮连接于所述凸轮轴，所述柱塞一端连接于所述凸轮，另一端能够部分伸入所述预燃室内，所述火花塞设置在所述预燃室，所述预燃室上开设有通孔，所述凸轮轴能够带动所述凸轮转动，所述凸轮包括凸轮型线段和凸轮基线段，所述凸轮型线段与所述柱塞抵接时，所述凸轮能够带动所述柱塞伸入所述预燃室，所述凸轮基线段与所述柱塞抵接时，所述复位弹簧能够驱动所述所述柱塞伸出所述预燃室，在所述负压的作用下，进入所述燃烧室的所述混合气能够从所述通孔进入所述预燃室。

作为优选，所述热射流点火机构包括压板以及安装块，所述压板活动安装于所述缸盖，且所述压板与所述柱塞连接，所述安装块连接于所述缸盖，所述复位弹簧的两端分别连接于所述压板和所述安装块，所述柱塞穿过压板、所述复位弹簧以及所述安装块部分位于所述燃烧室内。

作为优选，所述分流件包括分流板和设置于所述分流板上的支板，所述分流板为弧形板，所述支板呈夹角连接于所述分流板。

作为优选，所述分流板上开设有导通孔。

作为优选，所述支板设置有多个，多个所述支板均连接于所述分流板。

作为优选，所述进气组件包括进气管、燃气喷嘴以及节气门，所述进气管与所述进气道连通，所述燃气喷嘴安装在所述进气管上，所述燃气喷嘴能够向所述进气管内喷射燃气，所述节气门安装于所述进气管内，沿所述进气管内气体的流动方向，所述燃气喷嘴位于所述节气门的下游。

作为优选，所述活塞的顶端设置有多个凹坑。

作为优选，所述预燃室上开设有多个所述通孔。

作为优选，所述火花塞螺纹连接于所述预燃室。

作为优选，发动机燃烧系统还包括排气管，所述排气管与所述排气道连通。

本发明的有益效果：

本发明提供的发动机燃烧系统，混合气通过进气组件和进气道进入燃烧室进行燃烧，凸轮轴转动带动凸轮转动，凸轮和复位弹簧整体驱动柱塞往复运动，进气冲程时，柱塞部分伸出预燃室时，在预燃室内形成负压，从而使部分混合气通过通孔进入到预燃室内，活塞运动到压缩上止点前时，火花塞点火，引燃预燃室内的混合气，预燃室内的温度和压力快速升高，高温的已燃化合物以热射流的形式喷入燃烧室中，同时，柱塞部分伸入预燃室时，协助预燃室将高温已燃化合物压出，进一步提高射流火焰射流速度。本发明提供的发动机燃烧系统，为被动式预燃室，在预燃室内形成负压，增大预燃室内混合气的浓度，提高热射流形成和引燃能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的发动机燃烧系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的热射流点火机构的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的凸轮的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的预燃室的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的分流件的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的活塞的端面的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的发动机在稀薄燃烧工况下工作时的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的预燃室将高温已燃化合物压出的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的发动机在当量比燃烧时的结构示意图。

图中：

1、缸盖；11、进气道；12、排气道；

2、活塞；21、凹坑；

3、燃烧室；

4、进气门；

5、排气门；

6、进气组件；61、进气管；62、燃气喷嘴；63、节气门；

7、分流件；71、分流板；72、支板；73、导通孔；

8、热射流点火机构；81、凸轮轴；82、凸轮；821、凸轮型线段；822、凸轮基线段；83、柱塞；84、预燃室；841、通孔；85、火花塞；86、压板；87、复位弹簧；88、安装块；

9、排气管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。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结构。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明实施例中，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。

在本发明实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供了一种发动机燃烧系统，如图1至图9所示，发动机燃烧系统包括缸盖1、活塞2、进气门4、排气门5、进气组件6、分流件7以及热射流点火机构8，缸盖1上开设有进气道11和排气道12；活塞2运动到上止点时，活塞2的顶端和缸盖1之间围设成燃烧室3，进气道11和排气道12均能够与燃烧室3连通；进气门4和排气门5均设置于缸盖1上，且部分位于燃烧室3内，进气门4用于将进气道11打开或关闭，排气门5用于将排气道12打开或关闭；进气组件6与进气道11连通，混合气能够通过进气组件6和进气道11进入燃烧室3；分流件7部分设置于进气道11，部分设置于所述进气组件6内，分流件7用于分流混合气；热射流点火机构8设置于缸盖1上，热射流点火机构8包括凸轮轴81、凸轮82、柱塞83、预燃室84、火花塞85及复位弹簧87，凸轮82连接于凸轮轴81，柱塞83一端抵接于凸轮82，另一端能够部分伸入预燃室84内，火花塞85设置在预燃室84上，预燃室84上开设有通孔841，凸轮轴81能够带动凸轮82转动，凸轮82包括凸轮型线段821和凸轮基线段822，凸轮型线段82与柱塞83抵接时，凸轮82能够带动柱塞83伸入预燃室84，凸轮基线段822与柱塞83抵接时，复位弹簧87能够驱动柱塞83伸出预燃室84，且能使预燃室84内形成负压，在负压的作用下，进入所述燃烧室3的混合气能够从通孔841进入预燃室84。

本实施例提供的发动机燃烧系统，混合气通过进气组件6和进气道11进入燃烧室3进行燃烧，凸轮轴81转动带动凸轮82转动，凸轮82和复位弹簧87整体驱动柱塞83往复运动，使柱塞83能够部分伸入或部分伸出预燃室84，进气冲程时，柱塞83部分伸出预燃室84，在预燃室84内形成负压，从而使部分混合气通过通孔841进入到预燃室84内，活塞运动到压缩上止点前时，火花塞85点火，引燃预燃室84内的混合气，预燃室84内的温度和压力快速升高，高温的已燃化合物以热射流的形式喷入燃烧室3中，同时，柱塞83部分伸入预燃室84，协助预燃室84将高温已燃化合物压出，进一步提高射流火焰射流速度。本实施例提供的发动机燃烧系统，为被动式预燃室，在预燃室84内形成负压，增大预燃室84内混合气的浓度，提高热射流形成和引燃能力。

具体地，如图1至图3所示，热射流点火机构8还包括压板86以及安装块88，压板86活动安装于缸盖1，且压板86与柱塞83连接，安装块88连接于缸盖1，复位弹簧87的两端分别连接于压板86和安装块88，柱塞83穿过压板86、复位弹簧87以及安装块88并部分位于燃烧室3内。更具体地，凸轮82随着凸轮轴81旋转，其与柱塞83的抵接位置在凸轮型线段821和凸轮基线段822之间切换，当由凸轮型线段821和柱塞83抵接逐渐切换至凸轮基线段822和柱塞83抵接时，复位弹簧87复位并且复位弹簧87的弹力将压板86、柱塞83向预燃室84外部的方向弹起，将柱塞83部分推出预燃室84，预燃室84内形成负压，燃烧室3内靠近通孔841处的混合气随着压力差进入预燃室84内，可进行点火；当由凸轮基线段822和柱塞83抵接逐渐切换至凸轮型线段821和柱塞83抵接时，复位弹簧87被压缩，此时凸轮型线段821推动压板86和柱塞83向预燃室84内部的方向运动，柱塞83部分伸入预燃室84，协助预燃室84将高温已燃混合物从通孔841压入燃烧室84，可提高射流火焰射流速度。

具体地，如图1和图4所示，在预燃室84的侧壁上开设有螺纹孔，在火花塞85的外壁设置有外螺纹，火花塞85螺纹连接于预燃室84的螺纹孔，从而实现火花塞85和预燃室84的连接，且火花塞85的电极端位于预燃室84中，便于进行点火。

具体地，如图1和图4所示，预燃室84上开设有多个通孔841，提高流入预燃室84中的混合气的流量或者从预燃室84中喷出的已燃化合物的流量。于本实施例中，通孔841设置有五个。

具体地，如图1所示，进气组件6包括进气管61、燃气喷嘴62以及节气门63，进气管61与进气道11连通，燃气喷嘴62安装在进气管61上，燃气喷嘴62能够向进气管61内喷射燃气，节气门63安装于进气管61内，且燃气喷嘴62位于进气管61和节气门63之间。于本实施例中，分流件7部分位于进气管61内，部分位于进气道11内，燃气喷嘴62朝向分流件7的上层喷射燃油，新鲜空气通过进气管61和节气门63流入进气道11，在进气管61中被分流件7分成上下两层。

具体地，如图1和图5所示，分流件7包括分流板71和设置于分流板71上的支板72，分流板71为弧形板，起到引导混合气的作用，分流板71部分位于进气组件6内，部分位于进气道11内，支板72呈夹角连接于分流板71，进一步起到引导混合气的作用。更具体地，支板72设置有多个，多个支板72均连接于分流板71，加强引导混合气的流向。

具体地，如图1和图5所示，分流板71上开设有导通孔73。当量比燃烧时，进气门4开启前喷油气喷燃气，进气门4未打开时混合气通过导通孔73进入分流板71的下层，与空气充分混合实现当量比燃烧。

如图1和图6所示，活塞2的顶端设置有多个凹坑21。于本实施例中，活塞2的顶端设计有与射流喷孔一一对应的五个凹坑21，作用是可以充分利用射流能量，更好的引燃缸内混合气，降低射流火焰撞壁所造成的燃烧损失。具体地，射流喷孔将射束喷射至各个凹坑21，相较其他位置而言，凹坑21中具有足量的混合气，更容易被引燃，进而保证充分燃烧。

具体地，请返回参照图1，发动机燃烧系统还包括排气管9，排气管9与排气道12连通，燃烧后的气体能够通过排气道12和排气管9排出。

本实施例还提供了发动机在稀薄燃烧工况下工作时或者当量比燃烧时的工作步骤，如图1至图9所示。

发动机在稀薄燃烧工况下工作时，混合气通过进气管61和节气门63进入进气道11中，随着分流件7分为上下两层，燃气喷嘴62直接将燃气喷射在上层，较下层而言，上层的混合气中的燃气浓度相对较高。在进气道11的出口处上层相对下层更加靠近预燃室84，从而当进气门4打开后，预燃室84附近的空间中的混合气会主要由上层提供，因而这部分的混合气中燃气浓度相对较高，进而进入燃烧室3内的混合气也会具有较高的燃气浓度，保证预燃室84具有较强的引燃能力。与此同时，凸轮82随着凸轮轴81旋转，其与柱塞83的动连接端的位置由凸轮型线段821变为凸轮基线段822，复位弹簧87弹力将压板86、柱塞83向上弹起(柱塞83部分伸入预燃室84)，预燃室84内形成负压，燃烧室3内靠近通孔841处的混合气随着压力差进入预燃室84内；当发动机需要点火时，火花塞85点火，引燃预燃室84内的混合气，预燃室84内温度和压力快速升高，高温的已燃化合物以热射流的形式喷入燃烧室3中；同时，凸轮82与柱塞83的动连接端由凸轮基线段822变为凸轮型线段821，凸轮82推动着柱塞83、压板86克服复位弹簧87预紧力向下运动，协助预燃室84将高温已燃化合物压出，进一步提高射流火焰射流速度。

发动机在当量比燃烧时，燃气喷嘴62执行闭阀喷射策略(进气门4开启前喷油)，此时进气门4未打开，燃气喷嘴62喷出的燃气未能进入燃烧室3中，燃气通过分流件7进入进气道11下层，与进气道11中的新鲜空气充分混合，形成均质混合气，实现当量比燃烧。

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，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。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)

1.一种发动机燃烧系统，其特征在于，包括：

缸盖(1)，所述缸盖(1)上开设有进气道(11)和排气道(12)；

活塞(2)，所述活塞(2)运动到上止点时，所述活塞(2)的顶端和所述缸盖(1)之间围设成燃烧室(3)，所述进气道(11)和所述排气道(12)均能够与所述燃烧室(3)连通；

进气门(4)和排气门(5)，均设置于所述缸盖(1)上，所述进气门(4)用于将所述进气道(11)打开或关闭，所述排气门(5)用于将所述排气道(12)打开与关闭；

进气组件(6)，所述进气组件(6)与所述进气道(11)连通，混合气能够通过所述进气组件(6)和所述进气道(11)进入所述燃烧室(3)；

分流件(7)，所述分流件(7)部分设置于所述进气道(11)，部分设置于所述进气组件(6)内，所述分流件(7)用于分流所述混合气；

热射流点火机构(8)，设置于缸盖(1)上，所述热射流点火机构(8)包括凸轮轴(81)、凸轮(82)、柱塞(83)、预燃室(84)、火花塞(85)及复位弹簧(87)，所述凸轮(82)连接于所述凸轮轴(81)，所述柱塞(83)一端抵接于所述凸轮(82)，另一端部分伸入所述预燃室(84)内，所述火花塞(85)设置在所述预燃室(84)，所述预燃室(84)上开设有通孔(841)，所述凸轮轴(81)能够带动所述凸轮(82)转动，所述凸轮(82)包括凸轮型线段(821)和凸轮基线段(822)，所述凸轮型线段(82)与所述柱塞(83)抵接时，所述凸轮(82)能够带动所述柱塞(83)伸入所述预燃室(84)，所述凸轮基线段(822)与所述柱塞(83)抵接时，所述复位弹簧(87)能够驱动所述所述柱塞(83)伸出所述预燃室(84)，且能使所述预燃室(84)内形成负压，在所述负压的作用下，进入所述燃烧室(3)的所述混合气能够从所述通孔(841)进入所述预燃室(84)。

2.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统，其特征在于，所述热射流点火机构(8)还包括压板(86)以及安装块(88)，所述压板(86)活动安装于所述缸盖(1)，且所述压板(86)与所述柱塞(83)连接，所述安装块(88)连接于所述缸盖(1)，所述复位弹簧(87)的两端分别连接于所述压板(86)和所述安装块(88)，所述柱塞(83)穿过压板(86)、所述复位弹簧(87)以及所述安装块(88)部分位于所述燃烧室(3)内。

3.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统，其特征在于，所述分流件(7)包括分流板(71)和设置于所述分流板(71)上的支板(72)，所述分流板(71)为弧形板，所述支板(72)呈夹角连接于所述分流板(71)。

4.根据权利要求3所述的发动机燃烧系统，其特征在于，所述分流板(71)上开设有导通孔(73)。

5.根据权利要求3所述的发动机燃烧系统，其特征在于，所述支板(72)设置有多个，多个所述支板(72)均连接于所述分流板(71)。

6.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统，其特征在于，所述进气组件(6)包括进气管(61)、燃气喷嘴(62)以及节气门(63)，所述进气管(61)与所述进气道(11)连通，所述燃气喷嘴(62)安装在所述进气管(61)上，所述燃气喷嘴(62)能够向所述进气管(61)内喷射燃气，所述节气门(63)安装于所述进气管(61)内，沿所述进气管(61)内气体的流动方向，所述燃气喷嘴(62)位于所述节气门(63)的下游。

7.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统，其特征在于，所述活塞(2)的顶端设置有多个凹坑(21)。

8.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统，其特征在于，所述预燃室(84)上开设有多个所述通孔(841)。

9.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统，其特征在于，所述火花塞(85)螺纹连接于所述预燃室(84)。

10.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统，其特征在于，还包括排气管(9)，所述排气管(9)与所述排气道(12)连通。

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