CN115324717B - 一种当量比发动机 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种当量比发动机，包括篷顶式主燃烧室和预燃室。在预燃室靠近篷顶式主燃烧室的进气道的一侧设置第一喷孔组件，在预燃室靠近篷顶式主燃烧室的排气道的一侧设置第二喷孔组件，第一喷孔组件和第二喷孔组件相对于预燃室的轴线呈非对称设置，第一喷孔组件的第一喷孔的轴线和与第一喷孔位置对应的滚流方向的切线之间的夹角α＞10°。第一喷孔组件引入预燃室的进气总量减少，通过第一喷孔组件引入预燃室的气体的能量也会降低，从而缓解预燃室内扫气气流集中在预燃室一侧的情况，使通过第一喷孔组件和第二喷孔组件引入的预燃室的气体总量和能量相当，逆流侧和顺流侧的气体均能够对电极附近进行吹扫，提高了电极附近的吹扫效果。

Description

一种当量比发动机

技术领域

本申请涉及发动机技术领域，特别涉及一种当量比发动机。

背景技术

高能点火是提升点燃式发动机热效率的有效方式，预燃室的点火能量高于普通火花塞，对于加快燃烧速度、提高热效率具有明显的作用。

被动预燃室的空燃比由预燃室内的残余废气和来自主燃烧室的混合气共同决定，没有单独的燃料或空气供给装置来调节预燃室中的燃料配比。

当量比发动机的燃料和空气的配比比例是燃料和空气恰好完全燃烧，主燃烧室内没有过量的新鲜空气，加上采用EGR（废气再循环）降低爆震，影响预燃室成功点火。

因此，如何提高预燃室点火的成功率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提出了一种当量比发动机，以提高预燃室点火的成功率。

为了实现上述目的，本申请提供了一种当量比发动机，包括篷顶式主燃烧室和预燃室，所述预燃室设置在所述篷顶式主燃烧室上且位于压缩上止点的上方，所述预燃室上开设有靠近所述篷顶式主燃烧室的进气道的第一喷孔组件和靠近所述篷顶式主燃烧室的排气道的第二喷孔组件，所述第一喷孔组件和所述第二喷孔组件相对于所述预燃室的轴线呈非对称设置，且所述第一喷孔组件的第一喷孔的轴线和与所述第一喷孔位置对应的滚流方向的切线之间具有夹角α，α＞10°，以减小通过所述第一喷孔组件引入所述预燃室的进气总量。

优选地，在上述当量比发动机中，所述第一喷孔组件的第一喷孔的锥角b小于所述第二喷孔组件的第二喷孔的锥角a。

优选地，在上述当量比发动机中，所述第一喷孔组件中相邻两个所述第一喷孔的锥角相同或不相同。

优选地，在上述当量比发动机中，所述第二喷孔组件的第二喷孔的轴线和与所述第二喷孔位置对应的滚流方向的切线之间的夹角小于5°。

优选地，在上述当量比发动机中，所述第一喷孔组件的第一喷孔为圆柱形孔，所述第二喷孔组件的第二喷孔为圆柱形孔，所述第一喷孔的直径小于所述第二喷孔的直径。

优选地，在上述当量比发动机中，所述第一喷孔组件的第一喷孔为锥形喷孔，所述锥形喷孔的直径较小的一端与所述篷顶式主燃烧室连通，所述锥形喷孔的直径较大的一端与所述预燃室连通，所述第二喷孔组件的第二喷孔为圆柱形孔，所述第二喷孔的直径与所述锥形喷孔的直径较大的一端的直径相等。

优选地，在上述当量比发动机中，所述第一喷孔组件的第一喷孔的个数少于所述第二喷孔组件的第二喷孔的个数。

优选地，在上述当量比发动机中，所述预燃室与所述篷顶式主燃烧室同轴布置。

优选地，在上述当量比发动机中，所述第一喷孔组件中相邻两个第一喷孔之间的距离与所述第二喷孔组件中相邻两个第二喷孔之间的距离相等或不相等。

本申请实施例提供的当量比发动机，包括篷顶式主燃烧室和预燃室。在预燃室靠近篷顶式主燃烧室的进气道的一侧设置第一喷孔组件，在预燃室靠近喷顶式主燃烧室的排气道的一侧设置第二喷孔组件，第一喷孔组件和第二喷孔组件相对于预燃室的轴线呈非对称设置，且第一喷孔组件的第一喷孔的轴线和与第一喷孔位置对应的滚流方向的切线之间的具有夹角α，α＞10°，以减小通过第一喷孔组件引入预燃室的进气总量。第一喷孔组件引入预燃室的进气总量减少，相应的通过第一喷孔组件引入预燃室的气体的能量也会降低，从而缓解预燃室内扫气气流集中在预燃室一侧的情况，使通过第一喷孔组件和第二喷孔组件引入的预燃室的气体总量和能量相当，逆流侧和顺流侧的气体均能够对电极附近进行吹扫，提高了电极附近的吹扫效果，从而提高了点火成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些示例或实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

图1是本申请的篷顶式主燃烧室与预燃室配合的流线图；

图2是本申请的篷顶式主燃烧室与预燃室配合的结构示意图；

图3是本申请的一种实施例提供的预燃室的结构示意图；

图4是本申请的另一种实施例提供的预燃室的结构示意图。

其中：

1、篷顶式主燃烧室，11、进气道，12、排气道，2、预燃室，3、第一喷孔，4、第二喷孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请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相关申请，而非对该申请的限定。所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应当理解，本申请中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

请参阅图1-图4，本申请一些实施例公开了一种当量比发动机，包括篷顶式主燃烧室1和预燃室2。

预燃室2设置在篷顶式主燃烧室1上且位于压缩上止点的上方，预燃室2上开设有第一喷孔组件和第二喷孔组件，预燃室2通过第一喷孔组件和第二喷孔组件与篷顶式主燃烧室1连通。

篷顶式主燃烧室1内气流组织为强滚流，如图1所示，在压缩上止点附近位置残余滚流依然很强，篷顶式主燃烧室1上设置有进气道11和排气道12，进气道11位于强滚流的逆流侧，排气道12位于强滚流的顺流侧，如图1所示，第一喷孔组件靠近篷顶式主燃烧室1的进气道11，第二喷孔组件靠近篷顶式主燃烧室1的排气道12，也就是说，第一喷孔组件位于逆流侧，第二喷孔组件位于顺流侧。

第一喷孔组件用于将强滚流的逆流侧的混合气引入预燃室2，第二喷孔组件用于将强滚流的顺流侧的混合气引入预燃室2，通过第一喷孔组件引入预燃室2的气体总量和气体流速高于通过第二喷孔组件引入预燃室2的气体总量和气体流速，导致预燃室2内扫气气流集中在预燃室2的一侧，加上第一喷孔组件引入的气体与第二喷孔组件引入的气体之间的碰撞，导致电极附近的吹扫效果不好。

本申请公开的当量比发动机，在预燃室2靠近篷顶式主燃烧室1的进气道11的一侧设置第一喷孔组件，在预燃室2靠近喷顶式主燃烧室的排气道12的一侧设置第二喷孔组件，第一喷孔组件和第二喷孔组件相对于预燃室2的轴线呈非对称设置，且第一喷孔组件的第一喷孔3的轴线和与第一喷孔3位置对应的滚流方向的切线之间具有夹角α，α＞10°，以减小通过第一喷孔组件引入预燃室2的进气总量。第一喷孔组件引入预燃室2的进气总量减少，相应的通过第一喷孔组件引入预燃室2的气体的能量也会降低，从而缓解预燃室2内扫气气流集中在预燃室2一侧的情况，使通过第一喷孔组件和第二喷孔组件引入的预燃室2的气体总量和能量相当，逆流侧和顺流侧的气体均能够对电极附近进行吹扫，提高了电极附近的吹扫效果，从而提高了点火成功率。

第一喷孔组件的第一喷孔3的轴线和与第一喷孔3位置对应的滚流方向的切线存在夹角α，即第一喷孔3的轴线和与第一喷孔3位置对应的滚流方向的切线错开一定的角度α，α＞10°，错开方位可以是第一喷孔3的轴线位于切线的上方，也可以是第一喷孔3的轴线位于切线的下方。

本申请通过改变第一喷孔组件的第一喷孔3的开设角度，减少通过第一喷孔3引入预燃室2的气体的量，同时进入第一喷孔3的气体由于与第一喷孔3的内壁之间存在夹角，会削弱气体的能量，降低气体的流速。

第二喷孔组件的第二喷孔4设置在顺流侧，通过第二喷孔组件的第二喷孔4供入预燃室2的气体的量少，优选地，第二喷孔4的轴线和与第二喷孔4位置对应的滚流方向的切线平行，以增加通过第二喷孔4供入预燃室2的气体的量，同时降低对气体的流速的削弱。

在本申请的一些实施例中，第一喷孔组件的第一喷孔3的锥角b小于第二喷孔组件的第二喷孔4的锥角a。

此处需要说明的是，第一喷孔3的锥角b为第一喷孔3的轴线与预燃室2的轴线之间的夹角，第二喷孔4的锥角a为第二喷孔4的轴线与预燃室2的轴线之间的夹角。

第一喷孔3的锥角b小于第二喷孔4的锥角a，即第一喷孔3的轴线与切线（与第一喷孔3位置对应的滚流方向的切线）之间的夹角大于第二喷孔4的轴线与切线（与第二喷孔4位置对应的滚流方向的切线）之间的夹角，以减少通过第一喷孔3引入预燃室2的气体的量。

第一喷孔3的锥角a与第二喷孔4的锥角b的差值随篷顶式主燃烧室1内滚流比的增大而增大。

第一喷孔组件的相邻两个第一喷孔3的锥角相同或不相同，即相邻两个第一喷孔3的锥角可以相同，也可以不相同。过篷顶式主燃烧室1的轴线且位于滚流方向的切线附近的第一喷孔3的进气量较大，需要将此处的第一喷孔3的锥角设计的较小，其他位置的第一喷孔3的锥角可以与与此处的第一喷孔3的锥角相同，也可以与此处的第一喷孔3的锥角不相同，具体根据滚流方向的切线进行具体设计。

在本申请的一些实施例中，第二喷孔组件的第二喷孔4的轴线和与第二喷孔4位置对应的滚流方向的切线之间的夹角小于5°。

在靠近压缩上止点的位置，与第二喷孔4位置对应的滚流方向的切线与篷顶式主燃烧室1的篷顶平面近似平行，本申请将第二喷孔4的轴线与篷顶平面的夹角控制在5°以内，以保证顺流侧充足的扫气进气量。

在本申请的一些实施例中，第一喷孔组件的第一喷孔3为圆柱形孔，第二喷孔组件的第二喷孔4为圆柱形孔，第一喷孔3的直径小于第二喷孔4的直径。该实施例中，通过缩小第一喷孔3直径的方式达到减小通过第一喷孔组件引入预燃室2的进气总量的技术效果。

第二喷孔4的直径与第一喷孔3的直径之间的差值随篷顶式主燃烧室1内滚流比的增大而增大。

在本申请的另一些实施例中，第一喷孔组件的第一喷孔3为锥形孔，第二喷孔组件的第二喷孔4为圆柱形孔，锥形喷孔的直径较小的一端与篷顶式主燃烧室1连通，锥形喷孔的直径较大的一端与预燃室2连通，锥形喷孔的直径较大的一端的直径与第二喷孔4的直径相等。该实施例中，不仅减小了通过第一喷孔3引入预燃室2的气体的量，而且气体在直径逐渐增大的空间内运动，削弱了气体的流动速度。

在本申请的一些实施例中，第一喷孔组件的第一喷孔3的个数少于第二喷孔组件的第二喷孔4的个数。该实施例中，通过减少第一喷孔3的个数得到减少通过第一喷孔组件引入预燃室2的气体的量的目的。

第一喷孔组件中相邻两个第一喷孔3之间的距离可以相等也可以不相等，第二喷孔组件中相邻两个第二喷孔4之间的距离可以相等也可以不相等；相邻两个第一喷孔3之间的距离与相邻两个第二喷孔4之间的距离可以相等也可以不相等。

本方案中第一喷孔组件包括至少一个第一喷孔3，第二喷孔组件包括至少一个第二喷孔4。

第一喷孔组件和第二喷孔组件相对于预燃室2的轴线呈非对称设置的方式有多种。

第一种，第一喷孔与第二喷孔的直径、形状和个数相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的锥角小于第二喷孔组件的第二喷孔4的锥角。

第二种，第一喷孔与第二喷孔的锥角、形状和个数相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的直径小于第二喷孔组件的第二喷孔4的直径。

第三种，第一喷孔与第二喷孔的锥角、直径和个数相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的形状与第二喷孔组件的第二喷孔4的形状不同。

第四种，第一喷孔与第二喷孔的锥角、直径和形状相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的个数少于第二喷孔组件的第二喷孔4的个数。

第五种，第一喷孔与第二喷孔的形状和个数相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的锥角小于第二喷孔组件的第二喷孔4的锥角，且第一喷孔组件的第一喷孔3的直径小于第二喷孔组件的第二喷孔4的直径。

第六种，第一喷孔与第二喷孔的直径和个数相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的锥角小于第二喷孔组件的第二喷孔4的锥角，且第一喷孔组件的第一喷孔3的形状与第二喷孔组件的第二喷孔4的形状不同。

第七种，第一喷孔与第二喷孔的形状和个数相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的锥角小于第二喷孔组件的第二喷孔4的锥角，且第一喷孔组件的第一喷孔3的个数少于第二喷孔组件的第二喷孔4的个数。

第八种，第一喷孔与第二喷孔的锥角和个数相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的直径小于第二喷孔组件的第二喷孔4的直径，且第一喷孔组件的第一喷孔3的形状与第二喷孔组件的第二喷孔4的形状不同。

第九种，第一喷孔与第二喷孔的锥角和形状相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的直径小于第二喷孔组件的第二喷孔4的直径，且第一喷孔组件的第一喷孔3的个数少于第二喷孔组件的第二喷孔4的个数。

第十种，第一喷孔与第二喷孔的直径和锥角相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的形状与第二喷孔组件的第二喷孔4的形状不同，且第一喷孔组件的第一喷孔3的个数少于第二喷孔组件的第二喷孔4的个数。

第十一种，第一喷孔与第二喷孔的个数相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的锥角小于第二喷孔组件的第二喷孔4的锥角，且第一喷孔组件的第一喷孔3的直径小于第二喷孔组件的第二喷孔4的直径，且第一喷孔组件的第一喷孔3的形状与第二喷孔组件的第二喷孔4的形状不同。

第十二种，第一喷孔与第二喷孔的形状相同，但是第一喷孔组件的第一喷孔3的锥角小于第二喷孔组件的第二喷孔4的锥角，且第一喷孔组件的第一喷孔3的直径小于第二喷孔组件的第二喷孔4的直径，且第一喷孔组件的第一喷孔3的个数少于第二喷孔组件的第二喷孔4的个数。

第十三种，第一喷孔组件的第一喷孔3的锥角小于第二喷孔组件的第二喷孔4的锥角，且第一喷孔组件的第一喷孔3的直径小于第二喷孔组件的第二喷孔4的直径，且第一喷孔组件的第一喷孔3的个数少于第二喷孔组件的第二喷孔4的个数，且第一喷孔和第二喷孔的形状不同。

优选地，预燃室2与篷顶式主燃烧室1同轴布置。

本申请公开的当量比发动机通过第一喷孔组件和第二喷孔组件的非对称设置，以减小通过第一喷孔组件引入预燃室2的进气总量，解决了预燃室2内只一边扫气的技术问题，优化电极附近的扫气效果，提高点火的成功率和篷顶式主燃烧室1内的燃烧。

本申请中可以仅对预燃室2的逆流侧的第一喷孔组件进行改进，不对预燃室2的顺流侧的第二喷孔组件进行改进，预燃室2的第二喷孔组件保持原有的扫气进气量，减小预燃室2的第一喷孔组件的进气量，使第二喷孔组件的扫气进气量与第一喷孔组件的扫气进气量相当，从而解决由于篷顶式主燃烧室1强滚流造成的预燃室2内仅进行单侧扫气的问题。

本申请公开的当量比发动机将篷顶式主燃烧室1与预燃室2结合，利用篷顶式发动机在压缩上止点附近残余滚流仍然很强的技术特征，通过对顺流侧和逆流侧的扫气进气量进行调节，实现对电极附近的有效吹扫。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种当量比发动机，其特征在于，包括篷顶式主燃烧室（1）和预燃室（2），所述预燃室（2）设置在所述篷顶式主燃烧室（1）上且位于压缩上止点的上方，所述篷顶式主燃烧室（1）内气流组织为强滚流，所述预燃室（2）上开设有靠近所述篷顶式主燃烧室（1）的进气道（11）的第一喷孔组件和靠近所述篷顶式主燃烧室（1）的排气道（12）的第二喷孔组件，所述进气道（11）位于强滚流的逆流侧，所述排气道（12）位于强滚流的顺流侧，所述第一喷孔组件用于将强滚流的逆流侧的混合气引入所述预燃室（2），所述第二喷孔组件用于将强滚流的顺流侧的混合气引入所述预燃室（2），所述第一喷孔组件和所述第二喷孔组件相对于所述预燃室（2）的轴线呈非对称设置，且所述第一喷孔组件的第一喷孔（3）的轴线和与所述第一喷孔（3）位置对应的滚流方向的切线之间具有夹角α，α＞10°，所述第一喷孔（3）的轴线与所述第一喷孔（3）位置对应的滚流方向的切线之间的夹角大于所述第二喷孔组件的第二喷孔（4）的轴线与所述第二喷孔组件的第二喷孔（4）位置对应的滚流方向的切线之间的夹角，以减小通过所述第一喷孔组件引入所述预燃室（2）的进气总量，使通过所述第一喷孔组件和所述第二喷孔组件引入的所述预燃室（2）的气体总量和能量相当。

2.根据权利要求1所述的当量比发动机，其特征在于，所述第一喷孔组件的第一喷孔（3）的锥角b小于所述第二喷孔组件的第二喷孔（4）的锥角a。

3.根据权利要求2所述的当量比发动机，其特征在于，所述第一喷孔组件中相邻两个所述第一喷孔（3）的锥角相同或不相同。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的当量比发动机，其特征在于，所述第二喷孔组件的第二喷孔（4）的轴线和与所述第二喷孔（4）位置对应的滚流方向的切线之间的夹角小于5°。

5.根据权利要求1所述的当量比发动机，其特征在于，所述第一喷孔组件的第一喷孔（3）为圆柱形孔，所述第二喷孔组件的第二喷孔（4）为圆柱形孔，所述第一喷孔（3）的直径小于所述第二喷孔（4）的直径。

6.根据权利要求1所述的当量比发动机，其特征在于，所述第一喷孔组件的第一喷孔（3）为锥形喷孔，所述锥形喷孔的直径较小的一端与所述篷顶式主燃烧室（1）连通，所述锥形喷孔的直径较大的一端与所述预燃室（2）连通，所述第二喷孔组件的第二喷孔（4）为圆柱形孔，所述第二喷孔（4）的直径与所述锥形喷孔的直径较大的一端的直径相等。

7.根据权利要求1所述的当量比发动机，其特征在于，所述第一喷孔组件的第一喷孔（3）的个数少于所述第二喷孔组件的第二喷孔（4）的个数。

8.根据权利要求1所述的当量比发动机，其特征在于，所述预燃室（2）与所述篷顶式主燃烧室（1）同轴布置。

9.根据权利要求1所述的当量比发动机，其特征在于，所述第一喷孔组件中相邻两个第一喷孔（3）之间的距离与所述第二喷孔组件中相邻两个第二喷孔（4）之间的距离相等或不相等。

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