CN115419501B - 进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，包括：气缸；缸盖，安装在气缸的顶部，缸盖包括一体形成的第一盖体和第二盖体，第一盖体和第二盖体分别与水平面倾斜设置且第一盖体与水平面的夹角a1等于第二盖体与水平面的夹角a2；活塞，设置在气缸内部，活塞的顶面、气缸的内壁以及缸盖的底面共同围设出燃烧室；火花塞，安装在缸盖的底面的中心位置；进气道，设置在第一盖体上方，进气道被构造成使得外部气流通过进气道进入燃烧室后形成与缸盖的轴线相倾斜并朝向气缸底部流动的斜轴涡流气流；排气管路，设置在第二盖体上方，排气管路被构造成排出燃烧室内的气流；以及燃油供给喷射系统，设置在进气道上或者缸盖的底面。
Description
技术领域
本发明的至少一种实施例涉及发动机技术领域，尤其涉及一种进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统。
背景技术
在重型车平台中搭载天然气发动机燃烧系统在实现低碳清洁燃烧方面具有优势，但是，现有的发动机燃烧系统的燃烧室空间尺度相对较大，由此，使得天然气火焰在燃烧室内的传播速率较低，加大了爆震倾向，制约了发动机热效率的提高。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，通过将缸盖设置为包括一体形成的第一盖体和第二盖体，且将进气道设置在第一盖体上方，在燃烧室内形成与缸盖的轴线相倾斜并朝向气缸底部流动的斜轴涡流气流，加快天然气火焰在燃烧室内的传播速率。
根据本发明的实施例，提供了一种进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，包括：气缸；缸盖，安装在所述气缸的顶部，所述缸盖包括一体形成的第一盖体和第二盖体，所述第一盖体和所述第二盖体分别与水平面倾斜设置且所述第一盖体与水平面的夹角a1等于所述第二盖体与水平面的夹角a2；活塞，设置在所述气缸内部，所述活塞的顶面、所述气缸的内壁以及所述缸盖的底面共同围设出燃烧室；火花塞，安装在所述缸盖的底面的中心位置，适用于点燃所述燃烧室内的燃烧介质；进气道，设置在所述第一盖体上方，所述进气道被构造成使得外部气流通过所述进气道进入所述燃烧室后形成与所述缸盖的轴线相倾斜并朝向所述气缸底部流动的斜轴涡流气流；排气管路，设置在所述第二盖体上方，所述排气管路被构造成排出所述燃烧室内的气流；以及燃油供给喷射系统，设置在所述进气道上或者所述缸盖的底面。
根据本发明的实施例，所述进气道包括：两个进气支管，分别与所述燃烧室连通；以及进气总管，分别连通两个所述进气支管，使得外部气流从所述进气总管分别经两个所述进气支管流入所述燃烧室，以在所述燃烧室内形成与所述缸盖的轴线相倾斜并朝向所述气缸底部流动的斜轴涡流气流；其中，所述进气支管被构造成相对于所述进气总管弯曲的圆筒。
根据本发明的实施例，所述进气支管位于所述第一盖体上的进气口处的切线的延伸方向与所述第一盖体所在的平面垂直。
根据本发明的实施例，两个所述进气支管位于所述第一盖体上的进气口关于所述缸盖顶部的第一径向中心线对称设置。
根据本发明的实施例，所述排气管路包括：两个排气管道，分别设置在所述第二盖体的上方并与所述燃烧室连通；以及排气口，分别连通两个所述排气管道，使得来自于燃烧室的气流分别从两个所述排气管道和所述排气口排出；其中，两个所述排气管道位于所述第二盖体上的入气口处的切线的延伸方向与所述第二盖体所在的平面垂直，且两个所述排气管道位于所述第二盖体上的入气口关于所述缸盖顶部的所述第一径向中心线对称设置；其中，所述进气道和所述排气管路位于与所述第一径向中心线垂直的第二径向中心线的两侧。
根据本发明的实施例，两个所述进气支管的顶部分别设置有用于安装进气门阀杆的第一通气孔；两个所述排气管道的顶部分别设置有用于安装排气门阀杆的第二通气孔。
根据本发明的实施例，所述第一盖体与水平面之间的夹角a1为10°-15°。
根据本发明的实施例，所述进气总管的中心位置与所述缸盖底面的距离H1等于所述排气口的中心位置与所述缸盖底面的距离H2。
根据本发明的实施例，所述进气总管的中心位置与所述缸盖底面的距离H1为所述气缸内径D的55％-60％。
根据本发明的实施例，所述活塞的顶面被构造成凹向所述气缸底部的圆弧面，所述圆弧面的最低位置与所述圆弧面的最高位置之间的距离H3为所述气缸内径D的15％-20％。
根据本发明的上述实施例的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，通过将缸盖设置为包括一体形成的第一盖体和第二盖体，第一盖体和第二盖体分别与水平面倾斜设置且第一盖体与水平面的夹角a1等于第二盖体与水平面的夹角a2；并将进气道设置在第一盖体上方，在燃烧室内形成与缸盖的轴线相倾斜并朝向气缸底部流动的斜轴涡流气流，加快天然气火焰在燃烧室内的传播速度，降低爆震倾向，提高热效率。
附图说明
图1是本发明的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统的俯视图；
图2是本发明的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统的主视图；以及
图3是本发明的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统的左视图。
图中：
1-气缸；
2-缸盖；21-第一盖体；22-第二盖体；23-第一径向中心线；24-第二径向中心线；
3-活塞；31-圆弧面；
4-燃烧室；
5-火花塞；
6-进气道；61-进气支管；611-进气口；612-第一通气孔；62-进气总管；7-排气管路；71-排气管道；711-入气口；712-第二通气孔；72-排气口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
根据本发明一个方面的发明构思，提供了一种进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，包括：气缸；缸盖，安装在气缸的顶部，缸盖包括一体形成的第一盖体和第二盖体，第一盖体和第二盖体分别与水平面倾斜设置且第一盖体与水平面的夹角a1等于第二盖体与水平面的夹角a2；活塞，设置在气缸内部，活塞的顶面、气缸的内壁以及缸盖的底面共同围设出燃烧室；火花塞，安装在缸盖的底面的中心位置，适用于点燃燃烧室内的燃烧介质；进气道，设置在第一盖体上方，进气道被构造成使得外部气流通过进气道进入燃烧室后形成与缸盖的轴线相倾斜并朝向气缸底部流动的斜轴涡流气流；排气管路，设置在第二盖体上方，排气管路被构造成排出燃烧室内的气流；以及燃油供给喷射系统，设置在进气道上或者缸盖的底面。
图1是本发明的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统的俯视图；图2是本发明的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统的主视图；图3是本发明的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统的左视图。
根据本发明的示例性实施例，请参照图1-图3，提供一种进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，包括气缸1、缸盖2、活塞3、火花塞5、进气道6、排气管路7以及燃油供给喷射系统(图中未示出)。缸盖2安装在气缸1的顶部，缸盖2包括一体形成的第一盖体21和第二盖体22，第一盖体21和第二盖体22分别与水平面倾斜设置且第一盖体21与水平面的夹角a1等于第二盖体22与水平面的夹角a2。活塞3设置在气缸1内部，活塞3的顶面、气缸1的内壁以及缸盖2的底面共同围设出燃烧室4。火花塞5安装在缸盖2的底面的中心位置，适用于点燃燃烧室4内的燃烧介质。进气道6设置在第一盖体21上方，进气道6被构造成使得外部气流通过进气道6进入燃烧室4后形成与缸盖2的轴线相倾斜并朝向气缸1底部流动的斜轴涡流气流。排气管路7设置在第二盖体22上方，排气管路7被构造成排出燃烧室4内的气流。燃油供给喷射系统设置在进气道6上或者缸盖2的底面。
在本实施例中，通过将缸盖2设置为包括一体形成的第一盖体21和第二盖体22，第一盖体21和第二盖体22分别与水平面倾斜设置且第一盖体21与水平面的夹角a1等于第二盖体22与水平面的夹角a2；并将进气道6设置在第一盖体21上方，在燃烧室4内形成与缸盖2的轴线相倾斜并朝向气缸1底部流动的斜轴涡流气流，加快天然气火焰在燃烧室4内的传播速度，降低爆震倾向，提高热效率。
需要说明的是，在本实施例中，燃油供给喷射装置用于向燃烧室4内部喷射天然气，外部气流指的是空气。
在一些示例性实施例中，参照图1-图3，进气道6包括两个进气支管61以及进气总管62。两个进气支管61分别与燃烧室4连通。进气总管62分别连通两个进气支管61，使得外部气流从进气总管62分别经两个进气支管61流入燃烧室4，以在燃烧室4内形成与缸盖2的轴线相倾斜并朝向气缸1底部流动的斜轴涡流气流。其中，进气支管61被构造成相对于进气总管62弯曲的圆筒。
需要说明的是，在本实施例中，将进气支管61构造成相对于进气总管62弯曲的圆筒，以形成切向进气管道，外部气流进入进气支管61后，在该切向进气管道的作用下，外部气流在进气支管61内的流动方向始终与进气支管61的管壁相切，使得气流流入燃烧室4后形成滚流气流，该滚流气流的流动方向如图2中箭头A所指的方向，并结合第一盖体21与水平面倾斜设置，使得外部气流分别经两个进气支管61流入燃烧室4混合后形成与缸盖2的轴线相倾斜并朝向气缸1底部流动的斜轴涡流气流。
在一些示例性实施例中，参照图1-图2，进气支管61位于第一盖体21上的进气口611处的切线的延伸方向与第一盖体21所在的平面垂直。其中，进气支管61位于第一盖体21上的进气口611处的切线的延伸方向如图2中虚线M-M所示。
在一些示例性实施例中，参照图1，两个进气支管61位于第一盖体21上的进气口611关于缸盖2顶部的第一径向中心线23对称设置。
在一些示例性实施例中，参照图1-图3，排气管路7包括两个排气管道71以及排气口72。两个排气管道71分别设置在第二盖体22的上方并与燃烧室4连通。排气口72分别连通两个排气管道71，使得来自于燃烧室4的气流分别从两个排气管道71和排气口72排出。其中，两个排气管道71位于第二盖体22上的入气口711处的切线的延伸方向与第二盖体22所在的平面垂直，且两个排气管道71位于第二盖体22上的入气口711关于缸盖2顶部的第一径向中心线23对称设置。其中，进气道6和排气管路7位于与第一径向中心线23垂直的第二径向中心线24的两侧。其中，排气管道71位于第二盖体22上的入气口711处的切线的延伸方向如图2中虚线N-N所示。
在一些示例性实施例中，参照图1，两个进气支管61的顶部分别设置有用于安装进气门阀杆的第一通气孔612；两个排气管道71的顶部分别设置有用于安装排气门阀杆的第二通气孔712。
在一些示例性实施例中，参照图2，第一盖体21与水平面之间的夹角a1为10°-15°。
在一些示例性实施例中，参照图1-图2，进气总管62的中心位置与缸盖2底面的距离H1等于排气口72的中心位置与缸盖2底面的距离H2。
在一些示例性实施例中，参照图1-图2，进气总管62的中心位置与缸盖2底面的距离H1为气缸1内径D的55％-60％。
在一些示例性实施例中，参照图2，活塞3的顶面被构造成凹向气缸1底部的圆弧面31，圆弧面31的最低位置与圆弧面31的最高位置之间的距离H3为气缸1内径D的15％-20％。由此，使得活塞3顶面呈凹向气缸1底部的浅盆型。
在本实施例中，通过将缸盖2设置为包括一体形成的第一盖体21和第二盖体22，第一盖体21和第二盖体22分别与水平面倾斜设置且第一盖体21与水平面的夹角a1等于第二盖体22与水平面的夹角a2；并将进气道6设置在第一盖体21上方，在燃烧室4内形成与缸盖2的轴线相倾斜并朝向气缸1底部流动的斜轴涡流气流，并结合活塞3顶面的圆弧面31对气流流动的引导，有效提高气缸1内纵向的滚流强度及保持能力，进而通过压缩冲程末期大尺度滚流破碎增加近上止点气缸1内的湍流强度，尤其是增强对火花塞5位置附近湍动能，从而加快天然气火焰在燃烧室4中的传播速度，降低爆震倾向，提高气缸1内最大爆发压力，进而提升发动机燃烧系统热效率。
进一步地，以天然气为燃料，本实施例的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统与现有的发动机燃烧系统相比，气缸1内最大滚流强度增加了4.7倍，在点火时刻，气缸1内平均湍动能增加76.9％，从而加快天然气火焰在燃烧室4内的传播速度，降低爆震倾向，提高气缸1内最大爆发压力，使得发动机燃烧系统以天然气为燃料仍可实现相对较高的热效率及升功率。
需要说明的是，为满足发动机燃烧系统的压缩比的要求，在本实施例中，进气总管62的中心位置与缸盖2底面的距离H1为气缸1内径D的55％-60％，圆弧面31的最低位置与圆弧面31的最高位置之间的距离H3为气缸1内径D的15％-20％。
进一步地，在本实施例中，气缸1的内径D优选为123mm，发动机燃烧系统的压缩比优选为11.5，基于气缸1的内径D以及发动机燃烧系统的压缩比的限制，进气总管62的中心位置与缸盖2底面的距离H1以及排气口72的中心位置与缸盖2底面的距离H2优选为50mm，圆弧面31的半径优选为160mm，圆弧面31的最低位置与圆弧面31的最高位置之间的距离H3优选为21.5mm。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，其特征在于，包括：
气缸(1)；
缸盖(2)，安装在所述气缸(1)的顶部，所述缸盖(2)包括一体形成的第一盖体(21)和第二盖体(22)，所述第一盖体(21)和所述第二盖体(22)分别与水平面倾斜设置且所述第一盖体(21)与水平面的夹角a1等于所述第二盖体(22)与水平面的夹角a2；
活塞(3)，设置在所述气缸(1)内部，所述活塞(3)的顶面、所述气缸(1)的内壁以及所述缸盖(2)的底面共同围设出燃烧室(4)；
火花塞(5)，安装在所述缸盖(2)的底面的中心位置，适用于点燃所述燃烧室(4)内的燃烧介质；
进气道(6)，设置在所述第一盖体(21)上方，所述进气道(6)被构造成使得外部气流通过所述进气道(6)进入所述燃烧室(4)后形成与所述缸盖(2)的轴线相倾斜并朝向所述气缸(1)底部流动的斜轴涡流气流；
排气管路(7)，设置在所述第二盖体(22)上方，所述排气管路(7)被构造成排出所述燃烧室(4)内的气流；以及
燃油供给喷射系统，设置在所述进气道(6)上或者所述缸盖(2)的底面；
其中，所述进气道(6)包括：
两个进气支管(61)，分别与所述燃烧室(4)连通；以及
进气总管(62)，分别连通两个所述进气支管(61)，使得外部气流从所述进气总管(62)分别经两个所述进气支管(61)流入所述燃烧室(4)，以在所述燃烧室(4)内形成与所述缸盖(2)的轴线相倾斜并朝向所述气缸(1)底部流动的斜轴涡流气流；
其中，所述进气支管(61)被构造成相对于所述进气总管(62)弯曲的圆筒，以形成切向进气管道，外部气流进入所述进气支管(61)后，在该切向进气管道的作用下，外部气流在所述进气支管(61)内的流动方向始终与所述进气支管(61)的管壁相切，使得气流流入所述燃烧室(4)后形成滚流气流，并结合所述第一盖体(21)与水平面倾斜设置，使得外部气流分别经两个所述进气支管(61)流入所述燃烧室(4)混合后形成与所述缸盖(2)的轴线相倾斜并朝向所述气缸(1)底部流动的斜轴涡流气流。
2.根据权利要求1所述的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，其特征在于，所述进气支管(61)位于所述第一盖体(21)上的进气口(611)处的切线的延伸方向与所述第一盖体(21)所在的平面垂直。
3.根据权利要求2所述的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，其特征在于，两个所述进气支管(61)位于所述第一盖体(21)上的进气口(611)关于所述缸盖(2)顶部的第一径向中心线(23)对称设置。
4.根据权利要求3所述的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，其特征在于，所述排气管路(7)包括：
两个排气管道(71)，分别设置在所述第二盖体(22)的上方并与所述燃烧室(4)连通；以及
排气口(72)，分别连通两个所述排气管道(71)，使得来自于燃烧室(4)的气流分别从两个所述排气管道(71)和所述排气口(72)排出；
其中，两个所述排气管道(71)位于所述第二盖体(22)上的入气口(711)处的切线的延伸方向与所述第二盖体(22)所在的平面垂直，且两个所述排气管道(71)位于所述第二盖体(22)上的入气口(711)关于所述缸盖(2)顶部的所述第一径向中心线(23)对称设置；
其中，所述进气道(6)和所述排气管路(7)位于与所述第一径向中心线(23)垂直的第二径向中心线(24)的两侧。
5.根据权利要求4所述的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，其特征在于，两个所述进气支管(61)的顶部分别设置有用于安装进气门阀杆的第一通气孔(612)；两个所述排气管道(71)的顶部分别设置有用于安装排气门阀杆的第二通气孔(712)。
6.根据权利要求1所述的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，其特征在于，所述第一盖体(21)与水平面之间的夹角a1为10°-15°。
7.根据权利要求4所述的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，其特征在于，所述进气总管(62)的中心位置与所述缸盖(2)底面的距离H1等于所述排气口(72)的中心位置与所述缸盖(2)底面的距离H2。
8.根据权利要求7所述的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，其特征在于，所述进气总管(62)的中心位置与所述缸盖(2)底面的距离H1为所述气缸(1)内径D的55％-60％。
9.根据权利要求1所述的进气道、缸盖以及燃烧室协同的发动机燃烧系统，其特征在于，所述活塞(3)的顶面被构造成凹向所述气缸(1)底部的圆弧面(31)，所述圆弧面(31)的最低位置与所述圆弧面(31)的最高位置之间的距离H3为所述气缸(1)内径D的15％-20％。
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2022
- 2022-10-19 CN CN202211278435.3A patent/CN115419501B/zh active Active
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