CN115247599A - 发动机和车辆 - Google Patents

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袁中营
赖海鹏
庄子豪
曹伟思
赵磊
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

本发明公开了一种发动机和车辆，发动机包括：气缸，气缸内形成有主燃烧室且对应设置有进气门和排气门，气缸内设置有缸套，定义缸套靠近进气门的一侧为进气侧，定义缸套靠近排气门的一侧为排气侧；预燃室，预燃室设置于气缸且与主燃烧室相连通，预燃室的轴线垂直于气缸的底面，预燃室的轴线到缸套进气侧边缘的最大距离为L1，预燃室的轴线到缸套排气侧边缘的最大距离为L2，L1和L2满足关系式：1＜L1/L2＜1.1。由此，通过将预燃室的轴线垂直于气缸的底面，预燃室的轴线到缸套进气侧边缘的最大距离与预燃室的轴线到缸套排气侧边缘的最大距离的比值设置在合理范围内，使预燃室在气缸内的安装位置更加合理，增加进气门尺寸，从而使发动机的进气更加顺畅。

Description

发动机和车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种发动机和车辆。
背景技术
随着油耗和排放法规的加严，发动机降低油耗、提升热效率的需求俞加迫切，如何降低爆震程度、提高燃烧速率也成为制约发动机发展的重要因素。相较于当量比燃烧，稀薄燃烧可以降低发动机油耗，但需提高点火稳定性和燃烧速率。
在相关技术中，预燃烧室技术可通过多点点火，提高燃烧速率、降低爆震，通过将主动预燃室技术应用于稀薄燃烧，可有效扩展稳定燃烧的稀释度，但是主动预燃室的燃室系统的布置和匹配不够合理，预燃室在气缸内的安装位置和安装角度不够合理，存在燃烧不稳定、运行工况范围小、稀释度和热效率改善有限、进气顺畅性较低的问题，发动机的工作性能较低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种发动机，该发动机的系统布置更加合理，进气更顺畅，燃烧速率更高。
本发明还进一步地提出了一种车辆。
根据本发明的发动机，包括：气缸，所述气缸内形成有主燃烧室且对应设置有进气门和排气门，所述进气门和所述排气门间隔设置，所述气缸内设置有缸套，定义所述缸套靠近所述进气门的一侧为进气侧，定义所述缸套靠近所述排气门的一侧为排气侧；预燃室，所述预燃室设置于所述气缸且与所述主燃烧室相连通，所述预燃室的轴线垂直于所述气缸的底面，所述预燃室的轴线到所述缸套进气侧边缘的最大距离为L1，所述预燃室的轴线到所述缸套排气侧边缘的最大距离为L2，L1和L2满足关系式：1＜L1/L2＜1.1。
由此，通过将预燃室的轴线垂直于气缸的底面，预燃室的轴线到缸套进气侧边缘的最大距离与预燃室的轴线到缸套排气侧边缘的最大距离的比值设置在合理范围内，使预燃室在气缸内的安装位置更加合理，增加进气门尺寸，从而使发动机的进气更加顺畅。
在本发明的一些示例中，所述进气门和所述排气门在第一方向上间隔设置，定义垂直于所述第一方向的平面为基准面，所述预燃室的轴线与所述气缸的轴线在所述基准面上的投影相互重合。
在本发明的一些示例中，所述主燃烧室中设置有主火花塞，所述主火花塞设置有电极，所述预燃室的中心与所述气缸的轴线在第一方向上的距离为L3，所述电极与所述气缸的轴线在第一方向上的距离为L4，L3和L4满足关系式：-0.6mm≤L4-L3≤0.6mm。
在本发明的一些示例中，所述发动机还包括主喷油器，所述主喷油器位于所述主燃烧室的一侧且设置有多个喷油口，每个所述喷油口喷出的油束在所述主燃烧室内形成一个喷油区域，所述预燃室和所述电极各位于一个所述喷油区域内且二者间隔有至少一个所述喷油区域。
在本发明的一些示例中，多个所述喷油区域共同形成一扇形区域，所述预燃室所在的喷油区域位于所述扇形区域的中间，所述电极所在的喷油区域位于所述扇形区域的最边缘。
在本发明的一些示例中，多个所述喷油区域在所述扇形区域中所对应的圆周角相等。
在本发明的一些示例中，所述气缸的面积为S1，所述进气门和所述排气门均为两个，两个所述进气门和两个所述排气门的总面积为S2，S1和S2满足关系式：0.57≤S2/S1＜1。
在本发明的一些示例中，所述进气门的直径为D1，所述排气门的直径为D2，D1和D2满足关系式：D1＞D2。
在本发明的一些示例中，D1和D2满足关系式：D1/D2≥1.17。
根据本发明的车辆，包括：以上所述的发动机。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的发动机的示意图；
图2是根据本发明实施例的发动机的示意图；
图3是根据本发明实施例的发动机的示意图。
附图标记：
100、发动机；
10、气缸；11、进气门；12、排气门；13、缸套；
20、预燃室；21、预燃室喷油器；22、预燃室火花塞；
30、主燃烧室；31、主火花塞；311、电极；32、喷油区域；33、主喷油器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的发动机100，发动机100可以应用于车辆。
结合图1-图3所示，根据本发明的发动机100可以主要包括：气缸10和预燃室20。其中，气缸10内形成有主燃烧室30，并且对应设置有进气门11和排气门12，进气门11和排气门12间隔设置，预燃室20设置于气缸10内，并且与主燃烧室30相连通。具体地，发动机100在工作时，气体从进气门11进入气缸10内的主燃烧室30，并且进一步地通过预燃室20上的多个喷孔进入预燃室20内部，预燃室20内设置有预燃室喷油器21，预燃室喷油器21可以为预燃室20配置目标空燃比，并且有利于扫除预燃室20内的废气，提高预燃室20运行的稳定性和可靠性。
进一步地，预燃室20内还设置有预燃室火花塞22，将预燃室火花塞22点火，火焰可以通过预燃室20上的多个喷孔喷出，在主燃烧室30内形成多个点火源，多个点火源点燃主燃烧室30内的混合气体，燃烧产生的废气通过排气门12排出，从而在保证燃料的化学能转变为机械能，实现发动机100的正常工作的前提下，不仅可以实现主燃烧室30内的多点点火，提高发动机100的燃烧速率，而且可以结合稀薄燃烧，降低发动机100的油耗，降低原始NOx的排放。
结合图1-图3所示，气缸10内设置有缸套13，定义缸套13靠近进气门11的一侧为进气侧，定义缸套13靠近排气门12的一侧为排气侧，预燃室20的轴线垂直于气缸10的底面，预燃室20的轴线到缸套13进气侧边缘的最大距离为L1，预燃室20的轴线到缸套13排气侧边缘的最大距离为L2，L1和L2满足关系式：1＜L1/L2＜1.1。具体地，通过将预燃室20的轴线垂直于气缸10的地面，并且将预燃室20的轴线到缸套13进气侧边缘的最大距离与预燃室20的轴线到缸套13排气侧边缘的最大距离之间的比值设置在合理范围内，这样可以使预燃室20在气缸10内的安装角度和安装位置更加合理，使预燃室20在第一方向上更加偏向排气门12一侧，从而在保证排气门12尺寸，保证发动机100排气顺畅性的前提下，可以增大进气门11的尺寸，使发动机100的进气更加顺畅，提升发动机100的工作性能。
由此，通过将预燃室20的轴线垂直于气缸10的底面，预燃室20的轴线到缸套13进气侧边缘的最大距离与预燃室20的轴线到缸套13排气侧边缘的最大距离的比值设置在合理范围内，使预燃室20在气缸10内的安装位置更加合理，增加进气门11尺寸，从而使发动机100的进气更加顺畅。
结合图所示，进气门11和排气门12在第一方向上间隔设置，定义垂直于第一方向的平面为基准面，预燃室20的轴线与气缸10的轴线在基准面上的投影相互重合。具体地，将进气门11和排气门12间隔设置的方向定义为第一方向，并且将垂直于第一方向的平面定义为基准面，使预燃室20的轴线与气缸10的轴线在基准面上的投影相互重合设置，可以使预燃室20上的各喷孔与气缸10壁面的距离接近，各喷孔喷出的火焰可以向主燃烧室30发散，并且发散距离接近，从而可以实现主燃烧室30内的多点点火，可以提高发动机100的燃烧速率，降低爆震。
结合图2所示，主燃烧室30中设置有主火花塞31，主火花塞31设置有电极311，预燃室20的中心与气缸10的轴线在第一方向上的距离为L3，电极311与气缸10的轴线在第一方向上的距离为L4，L3和L4满足关系式：-0.6mm≤L4-L3≤0.6mm。具体地，在主燃烧室30中设置主火花塞31，主火花塞31设置有电极311，将主火花塞31点火后，电极311处可以形成火花，这样不仅可以通过主火花塞31的设置增加主燃烧室30内的点火源，从而降低爆震，提高发动机100的燃烧速率，而且可以在发动机100怠速、催化器加热等小负荷工况下，使主火花塞31点火，从而降低发动机100燃烧不稳定的风险，提升发动机100的可靠性。
进一步地，通过将预燃室20的轴线与气缸10的轴线在第一方向上的距离和主火花塞31的轴线与气缸10的轴线在第一方向上的距离的差值设置在合理范围内，可以实现对主火花塞31相对预燃室20在气缸10内的安装位置的设计，使预燃室20和主火花塞31在气缸10内的相对安装设置更加合理，从而可以提高发动机100的燃烧速率，提升发动机100的可靠性。
结合图1和图2所示，发动机100还可以包括主喷油器33，主喷油器33位于主燃烧室30的一侧，并且设置有多个喷油口，每个喷油口喷出的油束在主燃烧室30内形成一个喷油区域32，预燃室20和电极311各位于一个喷油区域32内，并且二者间隔有至少一个喷油区域32。具体地，主喷油器33位于主燃烧室30的一侧，并且设置有多个喷油口，在发动机100工作时，主喷油器33的多个喷油口可以向主燃烧室30喷射油束，每个喷油口喷出的油束在主燃烧室30内形成一个喷油区域32，这样多个喷油区域32内的油束和主燃烧室30内的气体可以相互混合形成混合气体，从而可以方便后续发动机100的点火，保证发动机100的正常工作。需要说明的是，根据发动机100的实际应用场景需求，主喷油器33也可以设置于主燃烧室30的中部。
进一步地，预燃室20和电极311各位于一个喷油区域32内，并且二者间隔有至少一个喷油区域32，这样可以保证预燃室20和主火花塞31的电极311所在的位置分别至少有一束油束，并且预燃室20和主火花塞31的电极311所在位置之间至少有一束油束，从而可以组织预燃室20位置和主火花塞31位置的局部空燃比，通过调整预燃室20的喷油时间，实现对预燃室20点火时刻的预燃室20和主燃烧室30局部湍动能的调整，进而可以提高发动机100的燃烧速率，提升发动机100的燃烧稳定性。
结合图3所示，多个喷油区域32共同形成一扇形区域，预燃室20所在的喷油区域32位于扇形区域的中间，电极311所在的喷油区域32位于扇形区域的最边缘。具体地，使预燃室20所在的喷油区域32位于扇形区域的中间，这样从预燃室20喷出的火花可以向各喷油区域32发散，实现主燃烧室30内的多点点火，将电解所在的喷油区域32位于扇形区域的最边缘，这样电极311处形成的火花可以在主燃烧室30的边缘处进行点火，如此，可以使主燃烧室30内各区域均实现燃烧，可以进一步地提高发动机100的燃烧速率。
进一步地，结合图3所示，多个喷油区域32在扇形区域中所对应的圆周角相等。具体地，由于每个喷油口喷出的油束在主燃烧室30内形成一个喷油区域32，通过将多个喷油区域32在扇形区域中所对应的圆周角相等，这样可以使从多个喷油口喷向主燃烧室30的多个油束在扇形区域内分布均匀，从而可以提高主燃烧室30内的气体和油束相互混合的速率，可以使主燃烧室30内的气体和油束的混合更加均匀，进而可以提高主燃烧室30内的燃烧速率。
结合图2和图3所示，气缸10的面积为S1，进气门11和排气门12均为两个，两个进气门11和两个排气门12的总面积为S2，S1和S2满足关系式：0.57≤S2/S1＜1。具体地，进气门11和排气门12均为两个，并且将两个进气门11和两个排气门12的总面积与气缸10的面积之比设置在合理范围内，这样不仅可以使进气门11和排气门12在气缸10上分布更加均匀，可以优化气缸10上的进气门11和排气门12的结构设计，而且可以保证两个进气门11和两个排气门12的总面积较大，从而可以减小发动机100进气过程和排气过程的阻力，降低发动机100的泵气损失，进而提升发动机100的工作效率。
结合图2所示，进气门11的直径为D1，排气门12的直径为D2，D1和D2满足关系式：D1＞D2。具体地，将进气门11的直径设置地大于排气门12的直径，这样可以使进气门11的面积大于排气门12的面积，从而可以在不影响发动机100排气的前提下，使发动机100进气更加顺畅，进而可以提升发动机100的工作性能。
进一步地，结合图2所示，D1和D2满足关系式：D1/D2≥1.17，这样可以将进气门11直径和排气门12直径的比值设置在更优的范围内，可以进一步地优化进气门11直径和排气门12直径的设计，从而可以使发动机100的进气更加顺畅，可以进一步地提升发动机100的工作性能。
根据本发明实施例的车辆，可以主要包括：上述的发动机100。具体地，通过对发动机100内部的各结构的设计和布置，发动机100的进气更加顺畅，燃烧速率较高，并且燃烧更加稳定，将发动机100和稀薄燃烧结合，并且应用于车辆上，可以降低车辆的油耗，降低原始NOx的排放，提高车辆的效率和稳定性，进而可以提升车辆的工作性能，可以提升车辆的产品竞争力。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种发动机，其特征在于，包括：
气缸，所述气缸内形成有主燃烧室且对应设置有进气门和排气门，所述进气门和所述排气门间隔设置，所述气缸内设置有缸套，定义所述缸套靠近所述进气门的一侧为进气侧，定义所述缸套靠近所述排气门的一侧为排气侧；
预燃室，所述预燃室设置于所述气缸且与所述主燃烧室相连通，所述预燃室的轴线垂直于所述气缸的底面，所述预燃室的轴线到所述缸套进气侧边缘的最大距离为L1，所述预燃室的轴线到所述缸套排气侧边缘的最大距离为L2，L1和L2满足关系式：1＜L1/L2＜1.1。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述进气门和所述排气门在第一方向上间隔设置，定义垂直于所述第一方向的平面为基准面，所述预燃室的轴线与所述气缸的轴线在所述基准面上的投影相互重合。
3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述主燃烧室中设置有主火花塞，所述主火花塞设置有电极，所述预燃室的中心与所述气缸的轴线在第一方向上的距离为L3，所述电极与所述气缸的轴线在第一方向上的距离为L4，L3和L4满足关系式：-0.6mm≤L4-L3≤0.6mm。
4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，还包括主喷油器，所述主喷油器位于所述主燃烧室的一侧且设置有多个喷油口，每个所述喷油口喷出的油束在所述主燃烧室内形成一个喷油区域，所述预燃室和所述电极各位于一个所述喷油区域内且二者间隔有至少一个所述喷油区域。
5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，多个所述喷油区域共同形成一扇形区域，所述预燃室所在的喷油区域位于所述扇形区域的中间，所述电极所在的喷油区域位于所述扇形区域的最边缘。
6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，多个所述喷油区域在所述扇形区域中所对应的圆周角相等。
7.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述气缸的面积为S1，所述进气门和所述排气门均为两个，两个所述进气门和两个所述排气门的总面积为S2，S1和S2满足关系式：0.57≤S2/S1＜1。
8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述进气门的直径为D1，所述排气门的直径为D2，D1和D2满足关系式：D1＞D2。
9.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于，D1和D2满足关系式：D1/D2≥1.17。
10.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求1-9中任一项所述的发动机。
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