CN115355082B - 一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气发动机技术领域，尤其涉及一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构。本发明公开了一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，包括有燃烧室凹坑，燃烧室凹坑开设在活塞顶上，燃烧室凹坑中部向上凸起为导流坡，导流坡中部设有分隔凸块，活塞体上开设有引流孔，活塞顶与燃烧室凹坑的衔接边缘为弧形衔接边沿，沿弧形衔接边沿开设有若干个分压引流槽。本发明通过燃烧室凹坑与导流坡和分隔凸块配合，使进气气体所带的流动势能有更好的保持，通过引流孔，使挤流运动被部分抵消，同时增强了活塞体运动过程中气缸内部滚流运动的产生，在弧形衔接边沿和分压引流槽的作用下，既减轻了挤流运动的覆盖范围，也降低了气缸爆震的风险。

Description

一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构

技术领域

本发明涉及燃气发动机技术领域，尤其涉及一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构。

背景技术

燃气发动机是一种燃烧各类气体工作的发动机，由于其染料的清洁性被广泛研究与应用，目前大部分燃气发动机都是在现有柴油机的机型基础上改型而来的，由于柴油机的气缸内产生的涡流有助于其燃料燃烧，但燃气发动机的工作机理想状态为气缸内空气存在高湍动能，高湍动能会加速火焰传播，继而加速气体燃烧。

现有燃气发动机气缸内运行的活塞一般是在柴油机的活塞基础上改造而成，现有进气道多为旋流气道，在进气过程中形成较强的绕气缸中心轴线的涡流运动，涡流能确保缸内湍动能维持在较高水平，但是大尺度流动会影响火焰发展形态，并且活塞和气缸盖靠近时，会产生的纵向和横向的挤流运动，压缩末期的挤流运动对火焰的横向扩散传播起到有益效果，但是火焰纵向传播速度慢，挤流运动的覆盖面积过大或不均匀还会造成延迟点燃现象，不利于气体燃料的预混燃烧，所述的横向是指沿气缸径向，纵向是指沿气缸轴向。

现有多数燃气发动机采用四气门进出气体，进气过程中双进气流在气缸内相互冲撞，气流的势能在撞击中大量浪费，不单是不易实现气缸内理想状态下的高湍动能，并且会造成燃料燃烧不充分，使发动机的动力不足。

因此亟需研发一种适用于四气门具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构。

发明内容

为了克服上述背景技术中的缺点，本发明公开了一种适用于四气门具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构。

本发明的技术实施方案是：一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，包括有相对于活塞顶向下凹陷的燃烧室凹坑，燃烧室凹坑为前后对称结构，燃烧室凹坑于左右横置中心轴部向上凸起为导流坡，燃烧室凹坑呈半球状沿左右横置中心轴向中心均匀收缩形成的异形葫芦状，导流坡中部设有分隔凸块，导流坡和分隔凸块配合将燃烧室凹坑分隔呈两个导流腔，与进气口侧相邻的燃烧室凹坑为入射导流部，与出气口侧相邻的燃烧室凹坑为出射导流部。

作为优选，燃烧室凹坑的中心点位于活塞体的纵向中心轴上。

作为优选，燃烧室凹坑前后两侧的最大弧形边半径为R，燃烧室凹坑其余弧形边半径均为r，且R=（1+√2）r。

作为优选，分隔凸块呈扁平的半椭球状，分隔凸块的宽径与活塞体的左右横置径向中心轴平行。

作为优选，活塞体上部开设有引流孔，引流孔呈弧形结构，活塞顶上开设有增流口，引流孔的上端口与相邻的增流口连通。

作为优选，引流孔的下端口于导流坡的坡顶引出指向活塞体的轴向中心轴。

作为优选，增流口分别位于活塞顶的进气口侧和出气口侧中部，增流口的上端口面积大于其下端口面积，增流口上端口至下端口之间平滑衔接。

作为优选，活塞顶与燃烧室凹坑的衔接边缘为弧形衔接边沿，沿弧形衔接边沿开设有若干个分压引流槽。

作为优选，位于进气口侧的分压引流槽宽度小于出气口侧的分压引流槽宽度，分压引流槽的分布密度从进气口侧向出气口侧逐渐增大。

作为优选，弧形衔接边沿为指向燃烧室凹坑向上凸起的弧形状，分压引流槽为指向燃烧室凹坑向下凹陷的弧形状，设分压引流槽于活塞顶的投影长度为H，分压引流槽高度为h，且H大于h。

根据上述具体方案，本发明体现的有益效果为：本发明通过将燃烧室凹坑设置为前后对称的异形葫芦状，燃烧室凹坑与导流坡和分隔凸块配合形成的双导流腔，使双进气口进气后的气体流态更为稳定，对进气气体所带的流动势能有更好的保持；

由于挤流运动的影响，因此通过设置引流孔，使挤流运动被部分抵消，同时增强了活塞体运动过程中气缸内部滚流运动的产生，并配合降低了气体点燃时爆震概率的发生；

本方案在弧形衔接边沿和分压引流槽的作用下，既减轻了挤流运动的覆盖范围，同时一定程度上引导了气体点燃时火焰的燃烧倾向，降低了气缸爆震的风险。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明活塞体的左右横置径向中心轴立体结构剖面图。

图3为本发明活塞体的前后横置径向中心轴立体结构剖面图。

图4为本发明的立体结构俯视平面图。

附图标记说明：1-活塞体，2-活塞顶，3-燃烧室凹坑，31-入射导流部，32-出射导流部，4-导流坡，5-分隔凸块，6-引流孔，7-增流口，8-弧形衔接边沿，9-分压引流槽。

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。

一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，如图1-图4所示，包括有相对于活塞顶2向下凹陷的燃烧室凹坑3，燃烧室凹坑3为前后对称结构，燃烧室凹坑3于左右横置中心轴部向上凸起为导流坡4，燃烧室凹坑3呈半球状沿左右横置中心轴向中心均匀收缩形成的异形葫芦状，导流坡4中部设有分隔凸块5，导流坡4和分隔凸块5配合将燃烧室凹坑3分隔呈两个导流腔，与进气口侧相邻的燃烧室凹坑3为入射导流部31，与出气口侧相邻的燃烧室凹坑3为出射导流部32。

四气门燃气发动机工作时，当燃气和空气的混合气体从进气口进入气缸内后，气流向下进入燃烧室凹坑3并经过入射导流部31的引导向出射导流部32移动，并经过出射导流部32向上移动，以此在气缸内形成大范围的滚流运动，在导流坡4和分隔凸块5的配合分隔作用下，从双进气口进入气缸内的气体分别经过同侧的入射导流部31和出射导流部32形成整体方向相同的双滚流运动，在图3所示的方向上形成方向相反的滚流，需说明此处所讲双滚流运动并不是完全分隔的双滚流运动，两团滚流的交接处会发生部分气体流态交融，在导流坡4和分隔凸块5的作用下，燃烧室凹坑3内平行于活塞顶2气体流动的涡流被打散，因此燃烧室凹坑3内不会形成大范围的涡流，大范围的滚流并且无涡流的产生有利于提升气缸内气体压缩后期的湍动能，气体的湍流有利于气体之间的混态流动，在对气体进行点火时，便于火焰快速传递，使发动机的燃烧速度快速提升。

使燃烧室凹坑3的中心点位于活塞体1的纵向中心轴上，以此使气缸压缩末尾时产生的挤流运动相对均匀，避免由于挤流运动带来的空气引燃时的燃烧迟滞现象，燃烧迟滞现象是指当挤流运动不均匀时，挤流运动较强的一侧的空气点燃时间会慢于挤流运动较弱一侧的现象。

设定燃烧室凹坑3前后两侧的最大弧形边半径为R，燃烧室凹坑3其余弧形边半径均为r，且R=（1+√2）r，如此设置，进一步优化燃烧室凹坑3形状结构，使气体进入燃烧室凹坑3的过程更为顺滑，使气体流动的能量和惯性得到最大保持，以在气缸内形成流态更强的滚流，避免气流在燃烧室凹坑3内流通的过程中迟滞，进而影响大范围滚流的产生，并且圆弧的应力分散效果最佳，通过圆弧形的设置，防止气体点燃时产生的冲击力将活塞体1击穿，同时配合分隔凸块5的应力集中效果，使燃烧室凹坑3内防应力击穿的效果更好。

分隔凸块5呈扁平的半椭球状，分隔凸块5的宽径与活塞体1的左右横置径向中心轴平行，以此减少分隔凸块5对其两侧的气体的阻碍，分隔凸块5在具备分隔效果的同时，还针对燃烧室凹坑3内的应力集中起引导效果，使应力更多在分隔凸块5上集中，减轻燃烧室凹坑3的应力集中现象。

在气体压缩的过程中，为减轻进气侧的挤流运动，并且减轻气体沿出气侧出射导流部32向上流出燃烧室凹坑3后在气缸内向出气侧逸散移动的情况，在活塞体1上部开设引流孔6，引流孔6呈弧形结构，引流孔6的下端口于导流坡4的坡顶引出指向活塞体1的轴向中心轴，进气侧的引流孔6在进气过程中，其上端口进气并由下端口向分隔凸块5排气，以此在分隔凸块5与导流坡4之间形成气体分隔壁障，与导流坡4和分隔凸块5配合将进入燃烧室凹坑3的气体进行分隔，并且由于大范围滚流的存在，气缸内进气口侧的引流孔6上端口处压力要大于出气口侧的引流孔6处压力，因此出口侧的引流孔6在进气过程中，其下端口进气由上端口排出，其上端口排出的气体减轻了从出射导流部32向上流出气体向气缸侧壁移动的趋势，使出射导流部32向上流出的气体保持较大运动势能，进一步加强了气缸内气体的滚流程度，进而在气体压缩后期时能产生更强的湍流，对气体的燃烧加速起到积极影响。

在点燃气体燃烧时，活塞体1开始沿气缸向下移动，气缸内上部的气体首先被点燃，此时燃烧的膨胀气体从引流孔6的上端口进入并由下端口排出，由引流孔6下端口排出的气体翻动燃烧室凹坑3内的气体加速向上移动燃烧，以此使气缸内气体快速混合点燃，同样也减小了气缸爆震的风险，活塞顶2上开设有增流口7，引流孔6的上端口与相邻的增流口7连通，增流口7起到了气流聚集的作用，使经引流孔6上端口向下流通的气体量增大。

增流口7分别位于活塞顶2的进气口侧和出气口侧中部，使较宽的活塞顶2中部位置的挤流运动减轻，增流口7的上端口面积大于其下端口面积，增流口7上端口至下端口之间平滑衔接，以此减少气体在运动过程中的阻力。

活塞顶2与燃烧室凹坑3的衔接边缘为弧形衔接边沿8，以此减轻空气在活塞顶2与燃烧室衔接处流通时的阻力，使气流进入燃烧室凹坑3时的流动阻力降低，并且使气流排出燃烧室凹坑3时的流动阻力降低，便于弧形衔接边沿8处的气体向气缸壁流动转移，在压缩时对滚流运动有更好的加强效果，沿弧形衔接边沿8开设有若干个分压引流槽9，使压缩末期在活塞顶2处产生的挤流运动分散和减轻。

位于进气口侧的分压引流槽9宽度小于出气口侧的分压引流槽9宽度，分压引流槽9的分布密度从进气口侧向出气口侧逐渐增大，以此使进气口侧的挤流运动强度略大于出气口侧的挤流运动，使气体被点燃时偏向于排气口侧一些，进一步减小了气缸内爆震的风险。

弧形衔接边沿8为指向燃烧室凹坑3向上凸起的弧形状，分压引流槽9为指向燃烧室凹坑3向下凹陷的弧形状，以此使气体的挤流运动在经过向下凹陷的弧形缓冲后变慢，避免挤流运动面积过大燃烧迟滞现象，设分压引流槽9于活塞顶2的投影长度为H，分压引流槽9高度为h，且H大于h，以此增强分压引流槽9对活塞顶2处的挤流分压效果，且经过分压引流槽9的气体被小角度挤出，避免与弧形衔接边沿8处形成的挤流运动互相引动产生紊流，以此形成覆盖面较小的挤流运动。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，其特征是：包括有相对于活塞顶（2）向下凹陷的燃烧室凹坑（3），燃烧室凹坑（3）为前后对称结构，燃烧室凹坑（3）于左右横置中心轴部向上凸起为导流坡（4），燃烧室凹坑（3）呈半球状沿左右横置中心轴向中心均匀收缩形成的异形葫芦状，导流坡（4）中部设有分隔凸块（5），导流坡（4）和分隔凸块（5）配合将燃烧室凹坑（3）分隔呈两个导流腔，与进气口侧相邻的燃烧室凹坑（3）为入射导流部（31），与出气口侧相邻的燃烧室凹坑（3）为出射导流部（32）；

活塞体（1）上部开设有引流孔（6），引流孔（6）呈弧形结构，活塞顶（2）上开设有增流口（7），引流孔（6）的上端口与相邻的增流口（7）连通；

引流孔（6）的下端口于导流坡（4）的坡顶引出指向活塞体（1）的轴向中心轴；

活塞顶（2）与燃烧室凹坑（3）的衔接边缘为弧形衔接边沿（8），沿弧形衔接边沿（8）开设有若干个分压引流槽（9）。

2.按照权利要求1所述的一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，其特征是：燃烧室凹坑（3）的中心点位于活塞体（1）的纵向中心轴上。

3.按照权利要求1所述的一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，其特征是：燃烧室凹坑（3）前后两侧的最大弧形边半径为R，燃烧室凹坑（3）其余弧形边半径均为r，且R=（1+√2）r。

4.按照权利要求1所述的一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，其特征是：分隔凸块（5）呈扁平的半椭球状，分隔凸块（5）的宽径与活塞体（1）的左右横置径向中心轴平行。

5.按照权利要求1所述的一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，其特征是：增流口（7）分别位于活塞顶（2）的进气口侧和出气口侧中部，增流口（7）的上端口面积大于其下端口面积，增流口（7）上端口至下端口之间平滑衔接。

6.按照权利要求1所述的一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，其特征是：位于进气口侧的分压引流槽（9）宽度小于出气口侧的分压引流槽（9）宽度，分压引流槽（9）的分布密度从进气口侧向出气口侧逐渐增大。

7.按照权利要求1所述的一种具有加速燃烧功能的燃气发动机燃烧室结构，其特征是：弧形衔接边沿（8）为指向燃烧室凹坑（3）向上凸起的弧形状，分压引流槽（9）为指向燃烧室凹坑（3）向下凹陷的弧形状，设分压引流槽（9）于活塞顶（2）的投影长度为H，分压引流槽（9）高度为h，且H大于h。

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