CN115898623A - 利于提高发动机热效率的燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利于提高发动机热效率的燃烧系统，包括进气道、排气道、喷油器和燃烧室，所述燃烧室包括用于形成密闭燃烧空间的气缸盖、气缸体及活塞，所述气缸盖位于所述气缸体顶部，所述活塞在所述气缸体内做循环往复运动，所述气缸盖上开设有进气门和排气门且底面朝向远离所述气缸体的方向凹陷形成凹坑，所述凹坑的进气侧在避开所述进气门的位置形成用于提高混合气流动的滚流面，所述凹坑的排气侧在避开所述排气门的位置形成用于提高排气速度的导流面；所述进气门与所述进气道连通，所述排气门与所述排气道连通，所述喷油器靠近所述滚流面。本发明提高燃烧室的燃烧稳定性降低发动机油耗，提高热效率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，具体涉及一种利于提高发动机热效率的燃烧系统。
背景技术
燃烧室是燃料或推进剂在其中燃烧生成高温燃气的装置。它是燃气涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机的重要部件。活塞到达上止点后其顶部与汽缸盖之间的空间，燃料即在此室燃烧。当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室。在汽油机气缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑，习惯上称这些凹坑为燃烧室。通常要求燃烧室具有燃烧稳定、燃烧效率高、点火范围宽、流动阻力小以及结构简单、尺寸小、安全可靠和寿命长等特性。
现有的汽油发动机为了追求性能，进气道一般设计为大流量系数和弱滚流比，因此发动机油耗和排放差；现有的燃烧室为球形燃烧室及活塞表面为平面结构，不带挤气面，燃烧传递路径长，容易引起发动机早燃和爆震，导致发动机性能和质量受损，燃烧时缸内滚流比低，燃气混合不均匀，导致发动机油耗高且排放差，无法满足降低油耗和提高热效率的要求。同时传统的排气歧管为了保证其可靠性(避免开裂)，高温的情况下需加浓燃气，降低排温，导致油耗高和排放差。
因此，为解决以上问题，需要一种利于提高发动机热效率的燃烧系统，在现有燃烧室的结构基础上对气缸盖及燃烧室活塞头部形状进行优化，以提高燃烧室的滚流比及排气速度，缩短燃烧传递路径，提高燃烧室的燃烧稳定性降低发动机油耗，提高热效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供利于提高发动机热效率的燃烧系统，在现有燃烧室的结构基础上对气缸盖及燃烧室活塞头部形状进行优化，以提高燃烧室的滚流比及排气速度，缩短燃烧传递路径，提高燃烧室的燃烧稳定性降低发动机油耗，提高热效率，结合凸轮型线、喷油器、进排气流量系数及滚流比，通过对该燃烧系统进行分析，各项指标均得到大幅度提高。
本发明的利于提高发动机热效率的燃烧系统，包括进气道、排气道、喷油器和燃烧室，所述燃烧室包括用于形成密闭燃烧空间的气缸盖、气缸体及活塞，所述气缸盖位于所述气缸体顶部，所述活塞在所述气缸体内做循环往复运动，所述气缸盖上开设有进气门和排气门且底面朝向远离所述气缸体的方向凹陷形成凹坑，所述凹坑的进气侧在避开所述进气门的位置形成用于提高混合气流动的滚流面，所述凹坑的排气侧在避开所述排气门的位置形成用于提高排气速度的导流面；所述进气门与所述进气道连通，所述排气门与所述排气道连通，所述喷油器靠近所述滚流面。活塞位于上止点位置时，混合气从喷油器喷入到进入到燃烧室后在滚流面的作用下，迅速提高燃烧室内中心位置的滚流比，有利于缩短燃烧传递路径，优化燃烧效果，提高发动机输出动力，燃烧室内混合气燃烧产生热能将活塞推至下止点位置完成功率输出；一次做功完成后活塞在曲柄的带动下从下止点位置推至上止点位置，排气门打开排除缸内废气，在活塞挤气面及气缸盖上导流面的作用下辅助气缸快速排除废气。进气道采用鱼腹式气道，燃烧室内在靠近喷油器喷嘴的位置设置滚流面，能够保证有较强的滚流比，保证混合气混合充分，提高燃烧速度，降低油耗；活塞顶部(活塞销方向)靠近气缸盖排气侧设计挤气面，保证可燃气体集中在中间进行燃烧，缩短燃烧距离，抑制爆震，可以增大点火角，降低油耗。
进一步，所述活塞顶部向上凸起形成用于提高排气的挤气面，所述挤气面用于在活塞压缩至上止点位置时辅助排尽燃烧系统内的废气，当在活塞的上止点位置时，挤气面也不会对进气门和排气门形成干涉，挤气面的设计时利用了空气动力学原理有效地提高了废气排出时的气流速度，以达到快速排出缸内废气的目的，提高进排气流量系数，提高发动机热效率。
进一步，所述进气门和排气门均为两个，两个所述进气门与两个所述排气门相对设置且进气门位于所述凹坑的进气侧，排气门位于所述凹坑的排气侧，进气侧与排气侧相对设置，与传统发动机的进气门及排气门设置方式一样，在此不再赘述。
进一步，所述滚流面位于两所述进气门之间用于提高从进气门进入到燃烧系统内混合气的滚流比，所述滚流面为平滑过渡曲面且相对于所述凹坑向下凸起，所述滚流面距离所述凹坑的最远点距离为5.48mm，滚流面的设计很大程度上提高了进入到燃烧室内的混合气的流动性，提高了滚流比，缩短了燃烧传递路径，高度为5.48mm滚流面能达到最佳的滚流放大效果，且能满足气缸盖燃烧室的容积为31.32ml，满足发动机燃烧室设计要求，保证在活塞压缩终了时，燃烧室内混合气混合均匀，高滚流比能使燃气混合均匀，不会出现过稀或过浓的问题，过稀会导致发动机燃烧不好，甚至失火的问题，过浓会导致燃烧不充分，发动机油耗高，也会产生过多的排气污染物。
进一步，所述导流面位于两所述排气门之间用于将废气导向至排气门，所述导流面为平滑过渡曲面且相对于所述凹坑向下凸起，所述滚流面距离所述凹坑的最远点距离为5.48mm，导流面的设计主要是运用了空气动力学原理加速了废气排出气缸的速度，有效提高了进排气流量系数，高度为5.48mm的导流面对其他零部件不产生干涉且能最大限度上满足排气导流的需求。
进一步，所述进气道包括主气道和至少两个由所述主气道一端分支而形成的分气道,其中，所述主气道的上表面设有与所述分气道的进口一一对应的导气凹坑,所述导气凹坑用以引导气体流入各个分气道,每个分气道均呈鱼腹形，各个所述分气道的自由端分别连通所述进气门，鱼腹式进气道配合导气凹坑的增大进气量，能够快速达到燃烧室内理想的空燃比也能使燃烧室内获得较强的滚流比使得燃气混合均匀，提高燃烧速度和质量，降低油耗和排放。
进一步，所述排气道包括至少两个分排气管和总排气管，所述分排气管汇合连通至总排气管；所述分排气管的自由端与所述排气门连通，排气管集成在气缸盖内，因此排气温度较低，整个燃烧过程均可以采用稀空燃比，降低油耗和排放,另外排气道集成在缸盖内，冷却较好，因此高速标定时，不会因为排温高而加浓，降低了油耗。
进一步，所述进气门的中心线与所述气缸盖的缸盖平面夹角为73°，所述排气门的中心线与所述气缸盖的缸盖平面夹角为73°，进气门和排气门在这个角度能够最大限度保证进气和排气的流畅快速，也有助于提高发动机功率。
进一步，所述活塞顶部中心向下凹陷形成气门坑，边沿向上凸起形成一对对称的挤气面，挤气面的设置进一步提高了气缸排出废气的速度，活塞头部的容积为0.64ml，保证可燃气体集中在中间的气门坑进行燃烧，缩短燃烧距离，抑制爆震，可以增大点火角，降低油耗和排放。
进一步，所述挤气面位于相邻的进气门与排气门之间的下方空间内，获得挤气面的最大设计空间，同时也能更好地利用空气流动方向，最大程度将废气挤向排气门，在压缩终了时因为滚流区出现在中心靠近气侧，有利于火焰燃烧且进排气末端时间一致，火花塞周围滚流比小，不影响其点火。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种利于提高发动机热效率的燃烧系统，在现有燃烧室的结构基础上对气缸盖及燃烧室活塞头部形状进行优化，以提高燃烧室的滚流比及排气速度，缩短燃烧传递路径，提高燃烧室的燃烧稳定性降低发动机油耗，提高热效率，结合凸轮型线、喷油器、进排气流量系数及滚流比，通过对该燃烧系统进行分析，各项指标均得到大幅度提高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中B-B的横截面剖视结构示意图；
图3为图1中R-R的横截面剖视结构示意图；
图4为本发明的活塞结构示意图；
图5为图4中K-K的横截面剖视结构示意图；
图6为图4中E-E的横截面剖视结构示意图；
图7为本发明的进气道结构示意图；
图8为图7的侧视图；
图9为本发明的排气道结构示意图；
图10为图9的侧视图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图2为图1中B-B的横截面剖视结构示意图，图3为图1中R-R的横截面剖视结构示意图，图4为本发明的活塞结构示意图，图5为图4中K-K的横截面剖视结构示意图，图6为图4中E-E的横截面剖视结构示意图，图7为本发明的进气道结构示意图，图8为图7的侧视图，图9为本发明的排气道结构示意图，图10为图9的侧视图，如图所示，本实施例中的利于提高发动机热效率的燃烧系统包括进气道6、排气道7、喷油器8和燃烧室，所述燃烧室包括用于形成密闭燃烧空间的气缸盖1、气缸体2及活塞3，所述气缸盖1位于所述气缸体2顶部，所述活塞3在所述气缸体2内做循环往复运动，所述气缸盖1上开设有进气门4和排气门5且底面朝向远离所述气缸体2的方向凹陷形成凹坑，所述凹坑的进气侧在避开所述进气门4的位置形成用于提高混合气流动的滚流面1a，所述凹坑的排气侧在避开所述排气门5的位置形成用于提高排气速度的导流面1b；所述进气门4与所述进气道6连通，所述排气门5与所述排气道7连通，所述喷油器8靠近所述滚流面1a。活塞3位于上止点位置时，混合气从喷油器8喷入到进入到燃烧室后在滚流面1a的作用下，迅速提高燃烧室内中心位置的滚流比，有利于缩短燃烧传递路径，优化燃烧效果，提高发动机输出动力，燃烧室内混合气燃烧产生热能将活塞3推至下止点位置完成功率输出；一次做功完成后活塞3在曲柄的带动下从下止点位置推至上止点位置，排气门5打开排除缸内废气，在活塞3挤气面3a及气缸盖1上导流面1b的作用下辅助气缸快速排除废气。进气道6采用鱼腹式气道，燃烧室内在靠近喷油器8喷嘴的位置设置滚流面1a，能够保证有较强的滚流比，保证混合气混合充分，提高燃烧速度，降低油耗；活塞3顶部(活塞3销方向)靠近气缸盖1排气侧设计挤气面3a，保证可燃气体集中在中间进行燃烧，缩短燃烧距离，抑制爆震，可以增大点火角，降低油耗。
本实施例中，所述活塞3顶部向上凸起形成用于提高排气的挤气面3a，所述挤气面3a用于在活塞3压缩至上止点位置时辅助排尽燃烧系统内的废气，当在活塞3的上止点位置时，挤气面3a也不会对进气门4和排气门5形成干涉，挤气面3a的设计时利用了空气动力学原理有效地提高了废气排出时的气流速度，以达到快速排出缸内废气的目的，提高进排气流量系数，提高发动机热效率。
本实施例中，所述进气门4和排气门5均为两个，两个所述进气门4与两个所述排气门5相对设置且进气门4位于所述凹坑的进气侧，排气门5位于所述凹坑的排气侧，进气侧与排气侧相对设置，与传统发动机的进气门4及排气门5设置方式一样，在此不再赘述。
本实施例中，所述滚流面1a位于两所述进气门4之间用于提高从进气门4进入到燃烧系统内混合气的滚流比，所述滚流面1a为平滑过渡曲面且相对于所述凹坑向下凸起，所述滚流面1a距离所述凹坑的最远点距离为5.48mm，滚流面1a的设计很大程度上提高了进入到燃烧室内的混合气的流动性，提高了滚流比，缩短了燃烧传递路径，高度为5.48mm滚流面1a能达到最佳的滚流放大效果，且能满足气缸盖燃烧室的容积为31.32ml，满足发动机燃烧室设计要求，保证在活塞3压缩终了时，燃烧室内混合气混合均匀，高滚流比能使燃气混合均匀，不会出现过稀或过浓的问题，过稀会导致发动机燃烧不好，甚至失火的问题，过浓会导致燃烧不充分，发动机油耗高，也会产生过多的排气污染物。
本实施例中，所述导流面1b位于两所述排气门5之间用于将废气导向至排气门5，所述导流面1b为平滑过渡曲面且相对于所述凹坑向下凸起，所述滚流面1a距离所述凹坑的最远点距离为5.48mm，导流面1b的设计主要是运用了空气动力学原理加速了废气排出气缸的速度，有效提高了进排气流量系数，高度为5.48mm的导流面对其他零部件不产生干涉且能最大限度上满足排气导流的需求。
本实施例中，所述进气道6包括主气道6a和至少两个由所述主气道6a一端分支而形成的分气道6b,其中，所述主气道6a的上表面设有与所述分气道6b的进口一一对应的导气凹坑6c,所述导气凹坑6c用以引导气体流入各个分气道6b,每个分气道6b均呈鱼腹形，各个所述分气道6b的自由端分别连通所述进气门4，鱼腹式进气道6配合导气凹坑6c的增大进气量，能够快速达到燃烧室内理想的空燃比也能使燃烧室内获得较强的滚流比使得燃气混合均匀，提高燃烧速度和质量，降低油耗和排放。
本实施例中，所述排气道7包括至少两个分排气管7b和总排气管7a，所述分排气管7b汇合连通至总排气管7a；所述分排气管7b的自由端与所述排气门5连通，排气管集成在气缸盖1内，因此排气温度较低，整个燃烧过程均可以采用稀空燃比，降低油耗和排放,另外排气道7集成在缸盖内，冷却较好，因此高速标定时，不会因为排温高而加浓，降低了油耗。
本实施例中，所述进气门4的中心线与所述气缸盖1的缸盖平面夹角为73°，所述排气门5的中心线与所述气缸盖1的缸盖平面夹角为73°，进气门4和排气门5在这个角度能够最大限度保证进气和排气的流畅快速，也有助于提高发动机功率。
本实施例中，所述活塞3顶部中心向下凹陷形成气门坑3b，边沿向上凸起形成一对对称的挤气面3a，挤气面3a的设置本实施例中提高了气缸排出废气的速度，活塞3头部的容积为0.64ml，保证可燃气体集中在中间的气门坑3b进行燃烧，缩短燃烧距离，抑制爆震，可以增大点火角，降低油耗和排放。
本实施例中，所述挤气面3a位于相邻的进气门4与排气门5之间的下方空间内，获得挤气面3a的最大设计空间，同时也能更好地利用空气流动方向，最大程度将废气挤向排气门5，在压缩终了时因为滚流区出现在中心靠近气侧，有利于火焰燃烧且进排气末端时间一致，火花塞周围滚流比小，不影响其点火。
本发明公开的一种利于提高发动机热效率的燃烧系统，在现有燃烧室的结构基础上对气缸盖1及燃烧室活塞3头部形状进行优化，以提高燃烧室的滚流比及排气速度，缩短燃烧传递路径，提高燃烧室的燃烧稳定性降低发动机油耗，提高热效率，结合凸轮型线、喷油器8、进排气流量系数及滚流比，通过对该燃烧系统进行分析，各项指标均得到大幅度提高。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：包括进气道、排气道、喷油器和燃烧室，所述燃烧室包括用于形成密闭燃烧空间的气缸盖、气缸体及活塞，所述气缸盖位于所述气缸体顶部，所述活塞在所述气缸体内做循环往复运动，所述气缸盖上开设有进气门和排气门且底面朝向远离所述气缸体的方向凹陷形成凹坑，所述凹坑的进气侧在避开所述进气门的位置形成用于提高混合气流动的滚流面，所述凹坑的排气侧在避开所述排气门的位置形成用于提高排气速度的导流面；所述进气门与所述进气道连通，所述排气门与所述排气道连通，所述喷油器靠近所述滚流面。
2.根据权利要求1所述的利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：所述活塞顶部向上凸起形成用于提高排气的挤气面，所述挤气面用于在活塞压缩至上止点位置时辅助排尽燃烧系统内的废气。
3.根据权利要求1所述的利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：所述进气门和排气门均为两个，两个所述进气门与两个所述排气门相对设置且进气门位于所述凹坑的进气侧，排气门位于所述凹坑的排气侧。
4.根据权利要求3所述的利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：所述滚流面位于两所述进气门之间用于提高从进气门进入到燃烧系统内混合气的滚流比，所述滚流面为平滑过渡曲面且相对于所述凹坑向下凸起，所述滚流面距离所述凹坑的最远点距离为5.48mm。
5.根据权利要求3所述的利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：所述导流面位于两所述排气门之间用于将废气导向至排气门，所述导流面为平滑过渡曲面且相对于所述凹坑向下凸起，所述滚流面距离所述凹坑的最远点距离为5.48mm。
6.根据权利要求1所述的利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：所述进气道包括主气道和至少两个由所述主气道一端分支而形成的分气道,其中，所述主气道的上表面设有与所述分气道的进口一一对应的导气凹坑,所述导气凹坑用以引导气体流入各个分气道,每个分气道均呈鱼腹形，各个所述分气道的自由端分别连通所述进气门。
7.根据权利要求6所述的利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：所述排气道包括至少两个分排气管和总排气管，所述分排气管汇合连通至总排气管；所述分排气管的自由端与所述排气门连通。
8.根据权利要求7所述的利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：所述进气门的中心线与所述气缸盖的缸盖平面夹角为73°，所述排气门的中心线与所述气缸盖的缸盖平面夹角为73°。
9.根据权利要求2所述的利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：所述活塞顶部中心向下凹陷形成气门坑，边沿向上凸起形成一对对称的挤气面。
10.根据权利要求8所述的利于提高发动机热效率的燃烧系统，其特征在于：所述挤气面位于相邻的进气门与排气门之间的下方空间内。
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Application publication date: 20230404 Assignee: Luzhou Rongda Intelligent Transmission Co.,Ltd. Assignor: Celes Group Co.,Ltd. Contract record no.: X2023500000006 Denomination of invention: A combustion system that is conducive to improving engine thermal efficiency License type: Exclusive License Record date: 20230608 |
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