CN115247601A - 发动机和车辆 - Google Patents

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CN115247601A CN202210259034.7A CN202210259034A CN115247601A CN 115247601 A CN115247601 A CN 115247601A CN 202210259034 A CN202210259034 A CN 202210259034A CN 115247601 A CN115247601 A CN 115247601A
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张秀珍
曹伟思
崔亚彬
俞晨声
惠永涛
赵洪震
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Abstract

本发明公开了一种发动机和车辆，发动机包括：机体组，机体组设置有气缸，气缸的横截面积为S1；预燃室，预燃室设置于机体组，预燃室的容积为V1，V1和S1满足关系式：0.14mm＜V1/S1＜0.3mm。由此，通过将预燃室的容积和气缸的横截面积的比值设置在合理范围内，可以根据气缸的横截面积对预燃室的容积进行合理设计，不仅可以降低预燃室内的局部加浓混合气比例，降低油耗和原始NOx排放，而且可以满足发动机需求的点火能量，保证发动机的稳定点火和燃烧，提高发动机的热效率。

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、提高热效率的需求俞加迫切，如何降低爆震程度、提高燃烧效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，加快燃烧速率、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，但是主动预燃室结构设计不合理，存在燃烧不稳定、预燃室内燃烧不充分、不能充分引燃主燃烧室内混合气，改善燃烧或扩展稀释度的效果不佳等问题。
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，该发动机的结构更加合理，燃烧效率更高。
本发明进一步地提出了一种车辆。
根据本发明的发动机，包括：机体组，所述机体组设置有气缸，所述气缸的横截面积为S1；预燃室，所述预燃室设置于所述机体组，所述预燃室的容积为V1，V1和S1满足关系式：0.14mm＜V1/S1＜0.3mm。
由此，通过将预燃室的容积和气缸的横截面积的比值设置在合理范围内，可以根据气缸的横截面积对预燃室的容积进行合理设计，不仅可以降低预燃室内的局部加浓混合气比例，降低油耗和原始NOx排放，而且可以满足发动机需求的点火能量，保证发动机的稳定点火和燃烧，提高发动机的热效率。
在本发明的一些示例中，V1还满足关系式：V1≥700mm3。
在本发明的一些示例中，设定垂直于所述气缸底面的平面为第一基准面，所述预燃室底部开设有喷孔，所述喷孔的轴线与所述预燃室的轴线在所述第一基准面上的投影之间的夹角为α，α满足关系式：60°≤α≤70°。
在本发明的一些示例中，所述喷孔的轴线与所述预燃室的轴线在径向上的距离为L1，L1满足关系式：1.5mm≤L1≤2.5mm。
在本发明的一些示例中，所述喷孔为多个，多个所述喷孔的总面积为S2，S2和V1满足关系式：2.1*10-3mm-1≤S2/V1≤11.6*10-3mm-1。
在本发明的一些示例中，所述喷孔为n个，n满足关系式：4≤n≤8，每个所述喷孔的面积为S2/n，S2/n满足关系式：0.502mm2≤S2/n≤1.327mm2。
在本发明的一些示例中，所述喷孔的长度为L2，L2满足关系式：L2≥3mm。
在本发明的一些示例中，所述气缸的进气侧设置有两个进气门，所述气缸的排气侧设置有两个排气门，所述预燃室设置于所述气缸的进气侧与排气侧之间，设定所述预燃室的周向形成四个气门区域，四个所述气门区域中的两个分别与两个所述进气门一一对应设置，四个所述气门区域中的另外两个分别与两个所述排气门一一对应设置，所述喷孔为多个，每个所述气门区域对应至少一个所述喷孔。
在本发明的一些示例中，设定所述预燃室的周向在相邻的两个所述气门区域之间形成有中间区域，所述喷孔的数量为至少六个，位于两个所述进气门之间的所述中间区域设置至少一个所述喷孔，以及位于两个所述排气门之间的所述中间区域设置至少一个所述喷孔。
根据本发明的发动机，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预燃室的示意图；
图4是根据本发明实施例的预燃室的示意图；
图5是根据本发明实施例的预燃室的剖视图。
附图标记：
100、发动机；
10、机体组；11、气缸；12、进气门；13、排气门；
20、预燃室；21、喷孔；
30、主燃烧室；40、预燃室喷油器；50、预燃室火花塞。
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5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和图2所示，根据本发明的发动机100可以主要包括：机体组10和预燃室20。其中，机体组10设置有气缸11，预燃室20设置于机体组10。具体地，气缸11内形成有主燃烧室30，预燃室20设置于机体组10，并且预燃室20与主燃烧室30相连通，通过设置预燃室喷油器40和预燃室火花塞50，预燃室喷油器40向预燃室20内喷油，在预燃室20内形成混合气体，预燃室火花塞50可以点燃预燃室20内的混合气体，并且可以向主燃烧室30喷射火焰，从而点燃主燃烧室30内的混合气体，保证发动机100的正常工作。
进一步地，气缸11的横截面积为S1，预燃室20的容积为V1，V1和S1满足关系式：0.14mm＜V1/S1＜0.3mm。具体地，将气缸11的横截面积和预燃室20的容积之间的比值设置在合理范围内，这样可以根据气缸11的横截面积对预燃室20的容积进行合理设计，在气缸11的横截面积一定的前提下，将预燃室20的容积设置在合理范围内，不仅可以降低局部加浓混合气比例，降低油耗和原始NOx排放，而且可以满足发动机100需求的点火能量，保证预燃室20的稳定点火和燃烧，提高发动机100的热效率。
一方面，这样可以防止预燃室20的容积过大，防止为保证预燃室20内部的空燃比，预燃室喷油器40需要向预燃室20喷出的喷油量较大,由于该喷油量仅作为点火源，能量转换效率低，从而不仅不利于发动机100热效率的提高，而且会增加预燃室20内的局部加浓混合气的比例，增加原始NOx的排放。
另一方面，这样可以防止预燃室20的容积过小，防止在预燃室火花塞50点火后，从预燃室20喷孔21喷出的火焰的能量较低，无法满足主燃烧室30的能量需求，火焰无法充分引主燃烧室30内的混合气体，并且会导致预燃室20内的等容度下降，热损失增加。
由此，通过将预燃室20的容积和气缸11的横截面积的比值设置在合理范围内，可以根据气缸11的横截面积对预燃室20的容积进行合理设计，不仅可以降低预燃室20内局部加浓混合气比例，降低油耗和原始NOx排放，而且可以满足发动机100需求的点火能量，保证发动机100的稳定点火和燃烧，提高发动机100的热效率。
进一步地，V1还满足关系式：V1≥700mm3。具体地，将预燃室20的容积设置地不小于700mm3，这样可以在保证预燃室20的容积和气缸11的横截面积的比值在合理范围内的前提下，进一步地优化预燃室20的容积设计，对预燃室20的容积的最小值作出限定，从而可以进一步地保证预燃室20内产生的火焰可以满足主燃烧室30的能量需求，进一步地降低预燃室20的热损失，进而可以进一步地保证发动机100的热效率的提高。
另外，将V1设置地大于700mm3，由于V1和S1满足关系式：0.14mm＜V1/S1＜0.3mm这样可以使气缸11的横截面积S1不会过大，从而可以在保证扭矩足够的前提下，防止气缸11的振动过大，这样可以提升发动机100运行的稳定性，从而可以提升发动机100的结构可靠性，以及可以降低发动机100的噪音。
结合图3所示，设定垂直于气缸11底面的平面为第一基准面，预燃室20底部设置有喷孔21，喷孔21的轴线与预燃室20的轴线在第一基准面上的投影之间的夹角为α，α满足关系式：60°≤α≤70°。具体地，通过设定垂直于气缸11地面的平面为第一基准面，将喷孔21的轴线与预燃室20的轴线在第一基准面上的投影之间的夹角设置在合理范围内，这样可以使喷孔21在预燃室20上的设置角度更加合理，使火焰从喷孔21喷出时，火焰的运动方向与预燃室20的轴线在第一基准面上的夹角设置在合理范围，从而不仅可以减小火焰喷向主燃烧室30的阻力，提高火焰的喷射速度，实现火焰在主燃烧室30内的快速发展，而且可以使火焰倾斜喷入主燃烧室30内，火焰可以更加深入主燃烧室30内，如此，可以提高发动机100的燃烧速率，提高发动机100的热效率。
进一步地，在预燃室20的容积和气缸11的横截面积满足上述限定条件的基础上，可以通过将喷孔21的轴线与预燃室20的轴线在第一基准面上的投影之间的夹角设置在合理范围内，并且将喷孔21的轴线和预燃室20的轴线在径向上的距离设置在合理范围内，多个喷孔21均匀分布在预燃室20底部，这样可以实现多个喷孔21在预燃室20底部的旋转设置，不仅可以在气缸11压缩进程中，使预燃室20内形成强涡流，提高预燃室20内燃料和空气的混合速率，组织预燃室火花塞50的点火位置处具有合适的空燃比和较低的流速，从而提高预燃室20内点火的稳定性，而且在预燃室20点火后，可以使预燃室20的喷孔21喷出火焰的时间一致性更高，火焰可以更加均匀地射向主燃烧室30内，从而可以提高主燃烧室30内的燃烧速度和燃烧稳定性。
结合图4所示，喷孔21的轴线和预燃室20的轴线在径向上的距离为L1，L1满足关系式：1.5mm≤L1≤2.5mm。具体地，通过将喷孔21的轴线和预燃室20的轴线在径向上的距离设置在合理范围内，这样可以使喷孔21的轴线偏离预燃室20的轴线，从喷孔21喷出的火焰沿着喷孔21轴线方向射出，火焰的运动方向偏离预燃室20轴线，从而可以使火焰喷向主燃烧室30距离喷孔21更远的位置，点燃主燃烧室30内的混合气体，进而可以保证主燃烧室30内的多点点火，提高主燃烧室30内的混合气体的燃烧速度。
进一步地，将喷孔21的长度设置在一定的范围内，还可以防止喷孔21将预燃室20中的火焰喷出后，火焰通过喷孔21回流至预燃室20中，造成预燃室20的故障，这样可以进一步地提升预燃室20的结构可靠性。
结合图2-图5所示，喷孔21为多个，多个喷孔21的总面积为S2，S2和V1满足关系式：2.1*10-3mm-1≤S2/V1≤11.6*10-3mm-1。具体地，将喷孔21设置为多个，多个喷孔21均匀分布在预燃室20的底部，这样预燃室20内的火焰可以通过多个喷孔21均匀喷向主燃烧室30，点燃主燃烧室30内的混合气体，从而实现发动机100的多点点火，提高发动机100的燃烧速率。
进一步地，将多个喷孔21的总面积和预燃室20的容积之间的比值设置在合理范围内，这样可以根据预燃室20的容积对预燃室20底部的多个喷孔21的总面积进行设计，从而可以在预燃室20容积一定的情况下，一方面防止多个喷孔21的总面积过小，预燃室20流入流出的空气流量较小，导致预燃室20中的燃烧速度快而主燃烧室30中的燃烧速度慢，发动机100的燃烧稳定性较低，并且不利于预燃室20内的残余废弃的扫除，另一方面防止多个喷孔21的总面积过大，预燃室20内部的流动性较差，预燃室20内的燃料和空气的混合速率较低，并且预燃室20喷出火焰的压差较低，预燃室20内部的火焰无法从喷孔21喷出，或者是从喷孔21喷出的速度过小，从喷孔21喷出的火焰无法深入主燃烧室30内部，进而可以保证预燃室20内的火焰从多个喷孔21喷向主燃烧室30，实现主燃烧室30的多点点火，可以提高发动机100的燃烧速率。
优选地，S2和V1满足关系式：3.92*10-3mm-1≤S2/V1≤5.66*10-3mm-1，这样可以对多个喷孔21的总面积和预燃室20的容积之间的比值进行进一步地优化，从而在预燃室20容积一定的前提下，对多个喷孔21的总面积进行进一步地优化设计，可以进一步地保证预燃室20内的残余废弃的扫除，进一步地提高发动机100的燃烧速率。
另外，在V1和S1满足关系式：0.14mm＜V1/S1＜0.3mm的前提下，使S2和V1满足关系式：2.1*10-3mm-1≤S2/V1≤11.6*10-3mm-1，还可以使S2和S1处于相对合理的范围内，这样不仅可以使单位时间从喷孔21喷出的火焰的量满足帮助气缸11中的燃料燃烧的需求，使燃料燃烧更加充分，而且还可以防止单位时间从喷孔21喷出的火焰的量过大，导致燃烧过剩，造成不必要的能耗的浪费。
结合图2-图5所示，喷孔21为n个，n满足关系式：4≤n≤8，每个喷孔21的面积为S2/n，S2/n满足关系式：0.502mm2≤S2/n≤1.327mm2。具体地，喷孔21有多个，将每个喷孔21的面积设置地相等，这样可以使从各个喷孔21喷出的火焰大小相同，喷向主燃烧室30的火焰更加均匀，从而可以提高主燃烧室30的燃烧稳定性。
进一步地，将喷孔21的数量设置地不小于4，并且不大于8，并且将喷孔21的面积设置在合理范围内，这样可以在多个喷孔21的总面积一定的前提下，选择性地调整喷孔21的数量以及喷孔21的面积，从而一方面可以防止喷孔21数量过少，或者喷孔21的面积过大，预燃室20内的湍动能下降，不利于预燃室20内残余废气扫除，另一方面可以防止喷孔21数量过多，或者喷孔21面积过小，不仅导致预燃室20内形成残余废气，而且导致预燃室火花塞50区域的混合气体流速偏高，存在点火风险，进而可以将喷孔21的数量和喷孔21的面积设置在合理范围内，保证预燃室20内部残余废弃的扫除，提高预燃室20点火的安全性。
结合图5所示，喷孔21的长度为L2，L2满足关系式：L2≥3mm。具体地，预燃室20的内部火焰从喷孔21喷出，喷孔21对预燃室20内部的火焰具有一定的导向作用，通过将喷孔21的长度设置地不小于3mm，这样在火焰从预燃室20内部通过喷孔21喷出时，喷孔21对火焰具有足够的导向长度，可以防止喷孔21长度过小，预燃室20的火焰通过喷孔21喷到主燃烧室30后就发生扩散，从而可以使从喷孔21喷出的火焰，在远离喷孔21一定距离的位置处点燃主燃烧室30的混合气体，实现预燃室20的火焰对主燃烧室30内部的混合气体的多点点火，可以提高主燃烧室30的燃烧速率。
结合图1和图2所示，气缸11的进气侧设置有两个进气门12，气缸11的排气侧设置有两个排气门13，预燃室20设置于气缸11的进气侧与排气侧之间，设定预燃室20的周向形成四个气门区域，四个气门区域分别朝向两个进气门12和两个排气门13，喷孔21为多个，每个气门区域对应至少一个喷孔21。具体地，气缸11的进气侧设置有两个进气门12，气缸11的排气侧设置有两个排气门13，预燃室20设置于气缸11的进气侧与排气侧之间，这样气体可以从进气侧的两个进气门12进入气缸11内，并进一步地进入预燃室20内，然后在预燃室20点燃主燃烧室30后，预燃室20和主燃烧室30产生的废气可以通过排气侧的两个排气门13排出气缸11，从而实现发动机100的进气和排气，保证发动机100的正常工作。
进一步地，设定预燃室20的周向形成四个气门区域，四个气门区域中的两个分别与两个进气门12一一对应设置，四个气门区域中的另外两个分别与两个排气门13一一对应设置，喷孔21为多个，每个气门区域对应至少一个喷孔21，这样可以实现预燃室20的喷孔21与气缸11内的四个气门区域的定向设计，在预燃室20通过喷孔21向主燃烧室30喷出火焰后，火焰可以充分结合主燃烧室30的四个气门区域内的混合气体的流动，加速火焰的扩散，从而可以实现主燃烧室30内的混合气体的快速燃烧，可以提高发动机100的燃烧速率。
进一步地，在本发明的一些实施例中，结合图2所示，设定预燃室20的周向在相邻的两个气门区域之间形成有中间区域，喷孔21的数量为至少六个，位于两个进气门12之间的中间区域设置至少一个喷孔21，以及位于两个排气门13之间的中间区域设置至少一个喷孔21。具体地，位于两个进气门12之间的中间区域设置至少一个喷孔21，以及位于两个排气门13之间的中间区域设置至少一个喷孔21，这样可以将喷孔21和主燃烧室30内的空间进行进一步地定向设计，从而可以进一步地使预燃室20喷出的火焰结合主燃烧室30各区域内混合气体的流动，进一步地加速火焰的扩散，进而可以进一步地实现主燃烧室30内的混合气体的快速燃烧，可以进一步地提高发动机100的燃烧速率。
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的预燃室20的容积以及预燃室20的喷孔21的设计，发动机100的油耗更低，原始NOx的排放更低，并且燃烧速率更高，热效率更高，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：
机体组，所述机体组设置有气缸，所述气缸的横截面积为S1；
预燃室，所述预燃室设置于所述机体组，所述预燃室的容积为V1，V1和S1满足关系式：0.14mm＜V1/S1＜0.3mm。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，V1还满足关系式：V1≥700mm3。
3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，设定垂直于所述气缸底面的平面为第一基准面，所述预燃室底部开设有喷孔，所述喷孔的轴线与所述预燃室的轴线在所述第一基准面上的投影之间的夹角为α，α满足关系式：60°≤α≤70°。
4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述喷孔的轴线与所述预燃室的轴线在径向上的距离为L1，L1满足关系式：1.5mm≤L1≤2.5mm。
5.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述喷孔的数量为多个，多个所述喷孔的总面积为S2，S2和V1满足关系式：2.1*10-3mm-1≤S2/V1≤11.6*10-3mm-1。
6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，所述喷孔的数量为n个，n满足关系式：4≤n≤8，每个所述喷孔的面积为S2/n，S2/n满足关系式：0.502mm2≤S2/n≤1.327mm2。
7.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述喷孔的长度为L2，L2满足关系式：L2≥3mm。
8.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述气缸的进气侧设置有两个进气门，所述气缸的排气侧设置有两个排气门，所述预燃室设置于所述气缸的进气侧与排气侧之间，设定所述预燃室的周向形成四个气门区域，四个所述气门区域中的两个分别与两个所述进气门一一对应设置，四个所述气门区域中的另外两个分别与两个所述排气门一一对应设置，所述喷孔为多个，每个所述气门区域对应至少一个所述喷孔。
9.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于，设定所述预燃室的周向在相邻的两个所述气门区域之间形成有中间区域，所述喷孔的数量为至少六个，位于两个所述进气门之间的所述中间区域设置至少一个所述喷孔，以及位于两个所述排气门之间的所述中间区域设置至少一个所述喷孔。
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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