CN116291853A - 一种汽油机燃烧系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽油机燃烧系统及汽车，系统包括进气门、进气道和缸盖燃烧室，所述进气道通过连接部与缸盖燃烧室连接并连通，所述进气门的最大升程位置位于连接部以上，当所述进气门的头部经过连接部时，所述进气门的头部与连接部的内表面之间形成间隙。本发明满足发动机动力性和排放性能设计要求，具有较好的应用前景。

Description

一种汽油机燃烧系统及汽车

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，具体涉及汽油机的燃烧系统。

背景技术

随着石油供需矛盾的日益加剧和汽车排放法规的日趋严格，改善燃烧方式和降低燃油消耗成为内燃机研究的重要课题。气道喷射汽油机是将燃油喷在进气道内，依靠壁面温度与进气门打开时废气倒流的温度促进燃油的蒸发，从而与空气混合形成可燃混合气。传统气道喷射汽油机在中低负荷采用节气门控制负荷，泵气损失大，循环膨胀小，热效率较低。阿特金森循环气道喷射式汽油机具有高几何压缩比和高膨胀比的特点，对于气道喷射式汽油机而言，借助可变配气相位技术（进气门晚关（LIVC），控制进气充量，消除或者降低节流损失，可实现阿特金森循环技术在气道喷射式汽油机上的应用，再匹配外部EGR技术，将发动机燃烧后排气的小部分气体经过额外的冷却系统冷却后，引入气缸内，降低缸内气体的温度，同时再循环废气具有惰性会延缓燃烧过程，可抑制爆震，进一步增加热效率。但是EGR的引入也会延长发动机主燃期持续时间、降低发动机燃烧过程的等容度、推迟发动机的燃烧重心、增加发动机燃烧的循环变动甚至引起失火等问题，对发动机热效率的提高和排放物的降低造成不利影响。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种汽油机燃烧系统，以解决现有技术引入EGR后不利于发动机热效率的提高的问题；目的之二在于提供一种汽车。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种汽油机燃烧系统，包括进气门、进气道和缸盖燃烧室，所述进气道通过连接部与缸盖燃烧室连接并连通，所述进气门的最大升程位置位于连接部以上，当所述进气门的头部经过连接部时，所述进气门的头部与连接部的内表面之间形成间隙。

根据上述技术手段，根据公知常识，发动机吸气时，进气门从最大升程位置向下运动时，空气从进气门座圈孔进入燃烧室中，由于连接部位于最大升程位置以下，因此在进气门经过连接部时，空气进入燃烧室内的空间突然变小，进而使得流速增加，具有较强的节流作用，可以在保证不降低最大气门升程下流量系数的前提下，在低气门升程形成较强的滚流，从而保证在全气门升程均具有较强的滚流，有利于提高发动机的热效率。

进一步，所述间隙沿着所述进气门的头部周向布置。

进一步，所述缸盖上设有进气门座圈孔和排气门座圈孔，所述汽油机燃烧系统具有活塞，所述缸盖燃烧室布置在缸盖内，当活塞上行时，所述缸盖燃烧室和活塞之间具有挤气间隙，在缸盖的径向方向上，所述挤气间隙相对于所述进气门座圈孔和排气门座圈孔的组合靠外布置。

进一步，所述挤气间隙为第一挤气面和第二挤气面之间的空间，使得所述第一挤气面和第二挤气面分别为所述挤气间隙的上、下边界，所述第一挤气面设置在缸盖燃烧室的内表面上，并位于所述气门通道孔的下方，所述第二挤气面设置在所述活塞的顶面上。

进一步，所述活塞的顶面的中部设有相对于所述第二挤气面朝上凸出的凸起。

进一步，所述进气道外侧具有安装面，所述安装面固定有喷油器安装孔，用于安装喷油器，使得所述喷油器的安装角度为15°-20°，所述安装角度以水平面为基准。

进一步，沿着进气的方向上，所述进气道整体呈前高后低的方式倾斜布置，所述安装面位于进气道的下部，所述进气道的上部与安装面对应的面相对于水平方向的倾斜角度大于所述进气道的上部的其余面相对于水平方向的倾斜角度。

进一步，所述挤气间隙的数量为多个，所述气门通道孔的四周均布置有所述挤气间隙。

进一步，还包括火花塞，所述火花塞的点火位置位于所述缸盖燃烧室内部，与所述缸盖燃烧室内的顶部的距离为5mm-6mm。

进一步，所述火花塞的点火位置与排气门座圈孔的中心位置的距离小于所述火花塞的点火位置与进气门座圈孔的中心位置的距离。

进一步，所述凸起相对于第二挤气面凸出的长度为0.4mm-0.6mm。

进一步，所述活塞运动至上止点位置时，所述进气门座圈孔的中心与活塞沿着进气门轴线方向的距离为6.5mm-7.5mm，所述排气门座圈孔的中心与活塞沿着排气门轴线方向的距离为6.5mm-7.5mm。

进一步，所述连接部为圆柱形面。

一种汽车，配置有上述的汽油机燃烧系统。

本发明的有益效果：

本发明使得气流进入燃烧室过程中即易于在气门低升程下和高升程下均形成强的滚流运动，又利于在压缩末期形成强的湍流运动，从而改善缸内燃烧速度。从而降低泵气损失，增加循环膨胀功，进一步提高热效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明汽油机缸盖燃烧室结构示意图，其中3a为缸盖燃烧室侧面示意图，3b为缸盖燃烧室俯视图，3c为进气门和排气门剖面示意图，3d为气体通过间隙后的流向示意图；

图4为本发明活塞结构示意图，其中4a为活塞俯视图，4b为活塞正视图；

其中，1-进气道；2-进气门；3-火花塞；4-排气门；5-排气道；6-缸盖燃烧室；61-第一挤气面；7-活塞；71-第二挤气面；72-凸起；7-3-避阀坑；8-喷油器安装孔；9-连接部；10-进气门座圈孔；11-排气门座圈孔；12-挤气间隙。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明技术方案的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例提出了一种汽油机燃烧机构，如图1-图4所示，包括进气道1、进气门2、火花塞3、排气门4、排气道5、缸盖燃烧室6、活塞7、喷油器安装孔8、连接部9、进气门座圈孔10、排气门座圈孔11和挤气间隙12。

进气道1采用直线型进气道结构，如图2所示，在进气的方向上，进气道1整体前高后低的倾斜状态，气道角度θ为30°-35°，气道喉口部位相邻的两曲面的夹角β约为85°-90°，喷油器安装孔1-2位于气道下方，喷油器安装角度γ为15°-20°，喷油器安装面距离气门轴向距离MN为60mm-70mm。通过设置安装面以及喷油器安装角度，既能保证喷油器与进气道完美匹配，起到气流导流作用而增大缸内滚流，又能在设置合理的喷油时刻的作用下，在使气门开启时刻，喷油束能够喷射至进气道1内部，减少气道湿壁，利用燃油蒸发潜热降低缸内温度，进一步抑制爆震。

进气道1的下表面具有安装面，安装面上安装有喷油器安装孔8，用于固定喷油器，进气道1的顶部具有与安装面相对应的面，即图2中TQ直线段所对应的面（以下成为TQ面），TQ面朝下倾斜的程度大于进气道1的上表面的其他面的倾斜程度，即TQ面与水平面的夹角大于其他面与水平面的夹角，实现TQ面逐渐内缩，补偿因设置喷油器安装孔8导致的截面积增加，进而影响滚流比的不利之处，又能保证流量系数相对于原机不进一步下降。

本发明中，进气门2与缸径中心夹角α1为14°-16°，排气门4与缸径中心夹角α2为17°-19°，火花塞3为中置火花塞，火花塞3的安装位置位于进气门座圈孔10和排气门座圈孔11之间的中部，火花塞3的点火位置与排气门座圈孔11的中心位置的距离小于火花塞3的点火位置与进气门座圈孔的中心位置的距离，即火花塞3的点火位置（头部）偏向排气侧方向，偏移的长度为0.7mm-1.2mm，确保排气侧火焰面传播速度快速到达排气末端，降低爆震风险；火花塞3的点火位置深入缸盖燃烧室6的长度为5mm-6mm，确保点火位置处于高湍动能区域，保证火焰快速传播。

本实施例中，缸盖燃烧室6设置在缸盖上，缸盖燃烧室6与活塞7之间设有挤气间隙12，活塞7上行时挤气间隙12逐渐形成，此时滚流被破碎成湍流，产生一系列的涡流运动，可加快压缩末期燃烧速度。而挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定，本实施例中有宽广的挤气面，第一挤气面61和第二挤气面71所形成分别构成了挤气间隙12的上、下边界面，第一挤气面61布置在缸盖燃烧室6的内表面上，位于气门通道孔的下方，本实施例中的第一挤气面61为弧形面，第二挤气面71布置在活塞7的顶面上。

进气门座圈孔10和排气门座圈孔11均设置在缸盖燃烧室6上，气门座圈孔10和排气门座圈孔11组合为气门通道孔，挤气间隙12在缸盖的径向方向上，相对于气门通道孔朝外布置，即布置在缸盖燃烧室6的边缘位置，在不影响滚流形成的前提下，缩小了缸盖燃烧室6的气体燃烧区域的容积，给高压缩比活塞设计提供了更大的空间，进一步降低了活塞顶面凸起高度，从而保持缸内持续高滚流运动，加快燃烧。

活塞7的顶面上还设有凸起72，凸起72相对于第二挤气面71朝上凸出，凸出的长度为0.4mm-0.6mm，该结构与缸套同心，凸起高度较低，更加有利于滚流保持和压缩末期滚流有效破损成湍流，且平面凸起面更加有利于催化器起燃工况的燃烧稳定性。

本实施例中，采用多挤气间隙结构，挤气间隙12的数量为4个，分布在气门通道孔的四周，增加了挤气面积，在不影响滚流形成的前提下，挤气间隙12的侧面的边界设置为朝向气门通道孔弯曲的弧形，进一步增加了挤气面结构，以及进一步提高了压缩比。

缸盖燃烧室6的进气侧布置有连接部9，连接部9为半径约为15.5mm的圆柱形面，高度范围为3mm-7mm之间，进气道1的末端通过连接部9连接并连通至进气门座圈孔10，当进气门2下行时连接部9与进气门2形成较小间隙，如图3d所示，在空气从进气道进入缸盖燃烧室6的过程中，在进气门2的头部与连接部之间的截面积突然变小，使得间隙具有较强的节流作用，同时通过进气道1进入的气体能够在间隙处分流，大部分气体经过I2进入缸盖燃烧室6，只有少部分气体经过I1流入燃烧室6，可以在保证不降低最大气门升程流量系数的前提下，使大部分气体紧贴排气侧以I2形式进入缸内，从而使得气流在低气门升程下即可形成较强的滚流，从而保证在全气门升程均具有较强的滚流。

本实施中，在确保不削弱滚流的前提下，进气门座圈孔10、排气门座圈孔11的位置设计的与缸盖燃烧室6的内部更加紧凑，从而保证缸盖燃烧室6容积更小，为高压缩比活塞设计奠定基础。其中，进气门座圈孔10圆心所在位置A1沿气门轴线与上止点位置活塞的距离A1B1为6.5mm-7.5mm，排气门座圈孔11圆心所在位置A2沿气门轴线与上止点位置活塞的距离A2B2为6.5mm-7.5mm，确保缸盖燃烧室6结构紧凑而合理，保证压缩后期滚流有效破碎。

通过以上结构，气流进入缸盖燃烧室6的过程中即易于在气门低升程下和高升程下均形成强的滚流运动，又利于在压缩末期形成强的湍流运动，从而改善缸内燃烧速度。此外，该结构使气道喷射控制更加有效，又能像GDI发动机一样使燃油在缸内蒸发，进一步降低缸内温度，降低爆震风险，结合高压缩比活塞以及高EGR率的应用，从而降低泵气损失，增加循环膨胀功，进一步提高热效率。

本实施例还提出了一种汽车，配置有上述汽油机燃烧机构。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种汽油机燃烧系统，包括进气门、进气道和缸盖燃烧室，其特征在于：所述进气道通过连接部与缸盖燃烧室连接并连通，所述进气门的最大升程位置位于连接部以上，当所述进气门的头部经过连接部时，所述进气门的头部与连接部的内表面之间形成间隙。

2.根据权利要求1所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：所述间隙沿着所述进气门的头部周向布置。

3.根据权利要求2所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：所述缸盖上设有进气门座圈孔和排气门座圈孔，所述汽油机燃烧系统具有活塞，所述缸盖燃烧室布置在缸盖内，当活塞上行时，所述缸盖燃烧室和活塞之间具有挤气间隙，在缸盖的径向方向上，所述挤气间隙相对于所述进气门座圈孔和排气门座圈孔的组合靠外布置。

4.根据权利要求3所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：所述挤气间隙为第一挤气面和第二挤气面之间的空间，使得所述第一挤气面和第二挤气面分别为所述挤气间隙的上、下边界，所述第一挤气面设置在缸盖燃烧室的内表面上，并位于所述气门通道孔的下方，所述第二挤气面设置在所述活塞的顶面上。

5.根据权利要求4所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：所述活塞的顶面的中部设有相对于所述第二挤气面朝上凸出的凸起。

6.根据权利要求1所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：所述进气道外侧具有安装面，所述安装面固定有喷油器安装孔，用于安装喷油器，使得所述喷油器的安装角度为15°-20°，所述安装角度以水平面为基准。

7.根据权利要求6所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：沿着进气的方向上，所述进气道整体呈前高后低的方式倾斜布置，所述安装面位于进气道的下部，所述进气道的上部与安装面对应的面相对于水平方向的倾斜角度大于所述进气道的上部的其余面相对于水平方向的倾斜角度。

8.根据权利要求3所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：所述挤气间隙的数量为多个，所述气门通道孔的四周均布置有所述挤气间隙。

9.根据权利要求5所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：所述凸起相对于第二挤气面凸出的长度为0.4mm-0.6mm。

10.根据权利要求5所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：所述活塞运动至上止点位置时，所述进气门座圈孔的中心与活塞沿着进气门轴线方向的距离为6.5mm-7.5mm，所述排气门座圈孔的中心与活塞沿着排气门轴线方向的距离为6.5mm-7.5mm。

11.根据权利要求1所述的汽油机燃烧系统，其特征在于：所述连接部构造为圆柱形面。

12.一种汽车，其特征在于：配置有权利要求1-11任一所述的汽油机燃烧系统。

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