CN116066254A - 燃烧系统及具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃烧系统及具有其的车辆，燃烧系统包括：气缸盖；活塞，活塞通过缸筒与气缸盖连接，活塞的顶平面设置有凸台，凸台与缸筒之间具有距离地设置，以形成供燃烧室内产生的火焰传播的传播通道。应用本发明的技术方案，气缸盖与活塞通过缸筒连接，通过在活塞的顶平面设置凸台，凸台与缸筒之间具有距离地设置，以形成供燃烧室内产生的火焰传播的传播通道，从而避免因凸台与缸筒之间距离过小导致狭缝进而导致火焰无法传播，解决了现有技术中汽油机燃烧系统火焰传播受阻的问题。

Description

燃烧系统及具有其的车辆

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体而言，涉及一种燃烧系统及具有其的车辆。

背景技术

近年来，传统内燃机不断受到油耗法规、排放法规和新能源发展的挑战，电动汽车成为当前汽车行业发展的一大趋势。但纯电动汽车的续航和充电问题等问题使得纯电动汽车的发展收到了一定的限制，尤其是在低温地区。面对这种现状，混合动力发动机成为了当前研究的大热点，而发动机的热效率是影响动力性和经济型的最重要因素之一。目前国内汽车厂商主流传统发动机的热效率在36～38％范围，很难突破40％热效率，但混动专用发动机热效率需达到43％甚至更高，同时还要在发动机舱容积不变的情况下，加增加电机等零件，需要发动机做的更小。燃烧系统开发一直以来是实现高热效率的基础，其优化方向主要为活塞顶部与底部凹坑结构设计，高压缩比燃烧系统可有效的提高热效率，现有技术中的汽油机燃烧系统中，一方面，缸盖燃烧室为内凹的“棚顶”形状，为实现高压缩比，需要活塞表面向上凸起，但这会造成火焰过早接触壁面，导致火焰传播受阻、燃烧速度降低、传热损失增大；另一方面，为配合汽油机缸盖燃烧室的非中心对称结构，活塞顶面也需设计成非中心对称结构，以形成均布的燃烧空间，提高火焰的燃烧效率。在克服上述问题的同时还要保证发动机的体积足够小。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃烧系统及具有其的车辆，以解决现有技术中汽油机燃烧系统火焰传播受阻的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃烧系统，包括：气缸盖；活塞，活塞通过缸筒与气缸盖连接，活塞的顶平面设置有凸台，凸台与缸筒之间具有距离地设置，以形成供燃烧室内产生的火焰传播的传播通道。

进一步地，凸台与缸筒之间的距离为S，其中，S＞3mm。

进一步地，凸台为两个，两个凸台相对设置，活塞的顶平面的中部开设有凹坑，且凹坑位于两个凸台之间。

进一步地，气缸盖设置有多个挤气结构，至少一个挤气结构与其余挤气结构的结构不同地设置，且多个挤气结构沿气缸盖的周向方向间隔地设置。

进一步地，多个挤气结构包括第一挤气结构、第二挤气结构和第三挤气结构，第二挤气结构和第三挤气结构相对设置，且第二挤气结构和第三挤气结构均为环形凹坑，第一挤气结构位于第二挤气结构和第三挤气结构的一侧设置，第一挤气结构为水平面，且第一挤气结构朝向气缸盖的几何中心一侧延伸设置。

进一步地，活塞的顶平面设置有第四挤气结构，第四挤气结构与第一挤气结构相配合地设置，且第四挤气结构与凸台沿活塞的顶平面的周向方向间隔地设置。

进一步地，气缸盖开设有进气道，进气道的轴线与水平面之间具有夹角α，其中，22°＜α＜25°。

进一步地，燃烧系统包括：火花塞，火花塞与气缸盖连接，火花塞位于进气道的一侧设置，火花塞为高能点火火花塞。

进一步地，凹坑的宽度为A，其中，30mm＜A＜40mm。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括燃烧系统，燃烧系统为上述的燃烧系统。

应用本发明的技术方案，气缸盖与活塞通过缸筒连接，通过在活塞的顶平面设置凸台，凸台与缸筒之间具有距离地设置，以形成供燃烧室内产生的火焰传播的传播通道，从而避免因凸台与缸筒之间距离过小导致狭缝进而导致火焰无法传播，解决了现有技术中汽油机燃烧系统火焰传播受阻的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的燃烧系统的第一实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的燃烧系统的第二实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的气缸盖的实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的活塞的第一实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明的活塞的第二实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、气缸盖；11、第一挤气结构；12、第二挤气结构；13、第三挤气结构；14、进气道；15、排气道；

20、活塞；21、凸台；22、凹坑；23、第四挤气结构；24、进气避阀坑；

30、缸筒；

40、火花塞；41、阳极；42、阴极；

50、进气门；

60、排气门；

70、油束。

具体实施方式

需要说明的是，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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图5所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种燃烧系统。

具体地，燃烧系统包括气缸盖10和活塞20，活塞20通过缸筒30与气缸盖10连接，活塞20的顶平面设置有凸台21，凸台21与缸筒30之间具有距离地设置，以形成供燃烧室内产生的火焰传播的传播通道。

应用本实施例的技术方案，气缸盖10与活塞20通过缸筒30连接，通过在活塞20的顶平面设置凸台21，凸台21与缸筒30之间具有距离地设置，以形成供燃烧室内产生的火焰传播的传播通道，从而避免因凸台21与缸筒30之间距离过小导致狭缝进而导致火焰无法传播，解决了现有技术中汽油机燃烧系统火焰传播受阻的问题。

进一步地，凸台21与缸筒30之间的距离为S，其中，S＞3mm。具体地，S＝3.65mm。这样设置进一步保证了凸台21与缸筒30之间的距离能够让火焰传播，促进燃烧室内气体燃烧。

如图4所示，凸台21为两个，两个凸台21相对设置，活塞20的顶平面的中部开设有凹坑22，且凹坑22位于两个凸台21之间。这样设置减小了凸台21对滚流的阻挡，有利于在燃烧室内形成高滚流，使得油气混合更均匀，保证点火的顺利进行。

在本申请的一个具体实施例中，凸台21为拱形，并且凸台21的凸起高度为B，其中，0＜B＜4mm，具体地，B＝3.6mm。凸台21沿活塞20的径向方向延伸设置，这样设置使得凸台21具有较低的凸起高度，保证了凸台21不会对形成的较高的滚流产生大的阻挡，有利于气体顺利的流过，滚流的保持性较好。

进一步地，气缸盖10设置有多个挤气结构，至少一个挤气结构与其余挤气结构的结构不同地设置，且多个挤气结构沿气缸盖10的周向方向间隔地设置。通过在缸盖设置多个挤气结构，有利于形成更高的滚流，进一步促进点火。

如图3所示，多个挤气结构包括第一挤气结构11、第二挤气结构12和第三挤气结构13，第二挤气结构12和第三挤气结构13相对设置，且第二挤气结构12和第三挤气结构13均为环形凹坑，第一挤气结构11位于第二挤气结构12和第三挤气结构13的一侧设置，第一挤气结构11为水平面，且第一挤气结构11朝向气缸盖10的几何中心一侧延伸设置。具体地，第一挤气结构11设置于燃烧室的排气侧，第二挤气结构12设置于燃烧室的后端侧，第三挤气结构13设置于燃烧室的前端侧，通过将第二挤气结构12和第三挤气结构13设置为环形凹坑，减小了气缸盖10的容积，并且通过设置第一挤气结构11、第二挤气结构12和第三挤气结构13有利于缸内气流运动，提高滚流比和湍流强度，降低了燃烧室内传热损失，有利于燃烧效率的提高，从而提高了发动机热效率。

如图3和图4所示，活塞20的顶平面设置有第四挤气结构23，第四挤气结构23与第一挤气结构11相配合地设置，且第四挤气结构23与凸台21沿活塞20的顶平面的周向方向间隔地设置。具体地，在活塞20上也设置第四挤气结构23，第四挤气结构23的形状与第一挤气结构11形状相同，提高了活塞20与气缸盖10之间地可靠性，并且通过第四挤气结构23进一步有利于缸内气流运动，提高滚流比和湍流强度，降低燃烧室内传热损失，提高燃烧效率，从而进一步提高发动机热效率。

如图1所示，气缸盖10开设有进气道14，进气道14的轴线与水平面之间具有夹角α，其中，22°＜α＜25°。在本实施例中，α＝23°。这样设置使得进气道14的轴线与水平面之间的夹角α较小，有利于在进气时形成较高的初始滚流。

进一步地，燃烧系统包括火花塞40，火花塞40与气缸盖10连接，火花塞40位于进气道14的一侧设置，火花塞40为高能点火火花塞。通过采用高能点火火花塞，进一步保证了点火的顺利进行。

如图1所示，燃烧系统还包括进气门50，进气门50与气缸盖10连接，且部分的进气门50位于进气道14内。气缸盖10还开设有排气道15，燃烧系统还包括排气门60，排气门60与气缸盖10连接，部分的排气门60位于排气道15内，火花塞40位于进气道14与排气道15之间。进气门50的底部、气缸盖10、火花塞40、排气门60的底部、缸筒30和活塞20共同组成了燃烧系统的燃烧室。

进一步地，凹坑22的宽度为A，其中，30mm＜A＜40mm。具体地，A＝35.14mm，并且凹坑22的深度为1mm。这样设置使得凹坑22的宽度较宽，从而使得火花塞40的中心截面位置附近滚流充分发展的区域更宽，进一步保证了高滚流的保持。在活塞20的顶平面还开设有两个进气避阀坑24，凹坑22形成于两个进气避阀坑24、两个凸台21与第四挤气结构23之间。

在本申请的其中一个具体实施例中，燃烧系统的缸径和排量较小，活塞20上的第四挤气结构23随气缸盖10的形状设计，从而保证燃烧系统在满足发动机较小的体积要求及具有较大的压缩比的条件下，凸台21的凸起高度更低，凹坑22的宽度更宽，进而给予进气和压缩阶段混合气充分的发展空间，有利于滚流的保持，最大程度地保证油气混合的均匀性。并且将凹坑22设计成火花塞40对应位置最深的通道形凹坑，从而使火花塞截面滚流的发展空间最大，滚流更强，油气混合更均匀。

具体地，燃烧系统采用缸内直喷的方式，部分油束位置见图1中油束70，在发动机运行过程中，喷油方案采取三喷策略，最后一次喷射时刻在压缩阶段接近压缩上止点时，油束70设计成最靠上一束距离火花塞40较近，有利于在保证油束70撞壁量不高的情况下，在点火时刻，火花塞40的阳极41和阴极42之间形成较浓的油气混合气，进一步有利于点火。

根据本申请的另一个具体实施例，提供了一种车辆，包括燃烧系统，燃烧系统为上述实施例中的燃烧系统。由于车辆采用了上述实施例中的燃烧系统，从而保证了车辆具有较小的体积及较大的压缩比，提高了发动机的热效率。

具体地，燃烧系统的工作过程如下：

发动机处于进气冲程时，进气门50向下移动，进气门50打开，进气道14内的气体以较小角度α经进气门50进入燃烧室，较低的进气倾角(即α)有利于气体流向排气侧，使得滚流范围更大，则滚流比更高。进入燃烧室的气体沿气缸盖10经火花塞40、排气门60的底部，流向缸筒30，气缸盖10的多个挤气结构有利于靠近火花塞40的中心截面附近滚流的发展空间更大，有利于在火花塞40的中心截面附近形成更高的滚流。经过排气门60底部的气体沿缸筒30向活塞20的方向流动，流向活塞20的气体沿活塞20的顶平面的形状流动，活塞20的凸台21较低，不会对形成的较高的滚流产生大的阻挡，有利于气体顺利的流过，滚流的保持性较好，同时活塞20的凹坑22较宽，则火花塞40的中心截面位置附近滚流充分发展的区域更宽，进一步保证了高滚流的保持。流过活塞20的顶平面的流体流向缸筒30，沿缸筒30向上流动，流向进气门50底部，完成一次完整的流动。

发动机处于压缩冲程时，活塞20上行，燃烧室内的流体继续保持上述流动，在接近压缩上止点时，高滚流破碎，形成高湍动能，高湍动能可使油气充分混合，因气缸盖10上的多个挤气结构、活塞20上的凹坑22，保证了火花塞40的中心截面位置附近滚流发展更充分，则在接近压缩上止点时火花塞40的阳极41和阴极42之间附近的滚流更高，破碎后湍动能更强，油气混合更充分，有利于点火的顺利进行。

发动机处于做功冲程时，活塞20下行，火焰由火花塞40向四周传播，活塞20上的凸台21较低，火焰不易撞到活塞20的凸台21上，导致火焰传播中断产生避免淬熄现象，同时活塞20的凸台21与缸筒30的距离较大，火焰较容易传播到凸台21与缸筒30之间，不易因距离过小导致火焰无法传播。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃烧系统，其特征在于，包括：

气缸盖(10)；

活塞(20)，所述活塞(20)通过缸筒(30)与所述气缸盖(10)连接，所述活塞(20)的顶平面设置有凸台(21)，所述凸台(21)与所述缸筒(30)之间具有距离地设置，以形成供燃烧室内产生的火焰传播的传播通道。

2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述凸台(21)与所述缸筒(30)之间的距离为S，其中，S＞3mm。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧系统，其特征在于，所述凸台(21)为两个，两个所述凸台(21)相对设置，所述活塞(20)的顶平面的中部开设有凹坑(22)，且所述凹坑(22)位于两个所述凸台(21)之间。

4.根据权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于，所述气缸盖(10)设置有多个挤气结构，至少一个挤气结构与其余挤气结构的结构不同地设置，且多个所述挤气结构沿所述气缸盖(10)的周向方向间隔地设置。

5.根据权利要求4所述的燃烧系统，其特征在于，多个所述挤气结构包括第一挤气结构(11)、第二挤气结构(12)和第三挤气结构(13)，所述第二挤气结构(12)和所述第三挤气结构(13)相对设置，且所述第二挤气结构(12)和所述第三挤气结构(13)均为环形凹坑，所述第一挤气结构(11)位于所述第二挤气结构(12)和所述第三挤气结构(13)的一侧设置，所述第一挤气结构(11)为水平面，且所述第一挤气结构(11)朝向所述气缸盖(10)的几何中心一侧延伸设置。

6.根据权利要求5所述的燃烧系统，其特征在于，所述活塞(20)的顶平面设置有第四挤气结构(23)，所述第四挤气结构(23)与所述第一挤气结构(11)相配合地设置，且所述第四挤气结构(23)与所述凸台(21)沿所述活塞(20)的顶平面的周向方向间隔地设置。

7.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述气缸盖(10)开设有进气道(14)，所述进气道(14)的轴线与水平面之间具有夹角α，其中，22°＜α＜25°。

8.根据权利要求7所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧系统包括：

火花塞(40)，所述火花塞(40)与所述气缸盖(10)连接，所述火花塞(40)位于所述进气道(14)的一侧设置，所述火花塞(40)为高能点火火花塞。

9.根据权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于，所述凹坑(22)的宽度为A，其中，30mm＜A＜40mm。

10.一种车辆，其特征在于，包括燃烧系统，所述燃烧系统为权利要求1-9中任一项所述的燃烧系统。

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