CN117329017A - 进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室及设计方法，燃烧室内腔的底部向下凹陷形成弧形结构；弧形结构顶部具有活塞燃烧室廓口，活塞燃烧室廓口位于活塞下方，活塞燃烧室廓口小于活塞直径；燃烧室内腔的底部截面包括两段圆弧，两段圆弧交接部位平滑连接。本发明有益效果：燃烧室底部设置成弧形，混合气通过弧形燃烧室底部形成良好的滚流，加速油气混合均匀性，以实现进入燃烧室的空气与甲醇均匀混合的技术效果在燃烧室内产生了强烈的滚流，加速气流运动及油气混合，同时提升扫气效果，降低缸内残余废气；当活塞运行至上止点附近时，油气混合完毕，混合气向火花塞附近运动，火花塞产生电弧点火，引燃混合气，提升甲醇利用率。

Description

进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室及设计方法

技术领域

本发明属于甲醇发动机用活塞燃烧室领域，尤其是涉及进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室及设计方法。

背景技术

随着国家双碳政策的逐步实施，我国能源结构也发生了重大变化，甲醇燃料具有生产量大、储备充足、排放低等优点，逐步成为现阶段除天然气外的最优质新能源燃料。目前，燃用传统燃油(汽油、柴油)的发动机面临着排放法规升级、设备不满足现有的法规要求的困境，重新开发设计新能源燃料发动机成本大、周期长，投入产出比高，因此，在传统发动机上燃油新能源燃料是一种周期短、见效快的方式。

传统汽油机燃用甲醇不需要特别改造，其自身燃烧室形状能够满足燃用甲醇时的油气混合要求。然而传统柴油机燃用甲醇、尤其是将传统柴油机改造成火花塞点燃式进气道喷射甲醇发动机时，其自身燃烧室形状不能满足油气混合需求，从而会造成发动机功率输出低，醇耗增加。因此需要针对该类型发动机设计专用活塞燃烧室。

图1为传统柴油机采用传统活塞燃烧室(ω型)进气道喷射甲醇时，油气混合情况及上止点附近油气运动情况。

从图中可以看出，进气道喷射的甲醇与空气一同进入缸内，受限于传统活塞燃烧室形状的限制，活塞上行过程中并未产生良好的气流运动，滚流效果很差，油气混合均匀性差，同时整个空间利用程度低。当活塞上行至上止点附近时，滚流基本消失，且气流运行方向不统一，未向火花塞方向流动，从而造成点火困难，燃料利用率低，醇耗高，进一步造成功率输出低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室及设计方法，已至少解决背景技术中的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室，燃烧室内腔的底部向下凹陷形成弧形结构；

弧形结构顶部具有活塞燃烧室廓口，活塞燃烧室廓口位于活塞下方，活塞燃烧室廓口小于活塞直径；

燃烧室内腔的底部截面包括两段圆弧，两段圆弧交接部位平滑连接。

进一步的，所述弧形结构为非对称式结构，燃烧室内腔的底部截面由两段偏心圆弧组成，分别为近偏心端圆弧和远偏心端圆弧；

近偏心端圆弧圆心与远偏心端圆弧圆心共轴不共点。

进一步的，包括近偏心端唇口和远偏心端唇口，其中近偏心端唇口高度大于远偏心端唇口高度。

进一步的，近偏心端圆弧圆心与远偏心端圆弧圆心之间存在偏心距，偏心距小于活塞燃烧室廓口一半。

进一步的，活塞燃烧室深度位于近偏心端与远偏心端交点处。

进一步的，所述弧形结构为对称式结构，两段圆弧为同心弧。

进一步的，所述的燃烧室底部圆弧圆心所在轴与活塞中心线重合。

相对于现有技术，本发明所述的进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室及设计方法具有以下有益效果：

燃烧室底部设置成弧形，混合气通过弧形燃烧室底部形成良好的滚流，加速油气混合均匀性，以实现进入燃烧室的空气与甲醇均匀混合的技术效果在燃烧室内产生了强烈的滚流，加速气流运动及油气混合，同时提升扫气效果，降低缸内残余废气；当活塞运行至上止点附近时，油气混合完毕，混合气向火花塞附近运动，火花塞产生电弧点火，引燃混合气，提升甲醇利用率，提高功率输出降低醇耗量，降低排放，相应国家“双碳”政策。

附图说明

构成本发明的一部分的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是传统活塞廓形(ω型)进气道喷射甲醇时气流运动示意图；

图2是本发明的非对称式燃烧室结构示意图；

图3是本发明的非对称式燃烧室活塞与缸盖安装及流动示意图；

图4是本发明的非对称式燃烧室俯视图；

图5是本发明的非对称式燃烧室左视图；

图6是本发明的非对称式燃烧室右视图；

图7是本发明的对称式燃烧室结构示意图；

图8是本发明的对称式燃烧室俯视图；

图9是本发明的对称式燃烧室的第一左视图；

图10是本发明的对称式燃烧室的第二左视图；

图11是本发明的非对称式燃烧室结构立体示意图；

图12是本发明的对称式燃烧室结构立体示意图。

附图标记说明：

1-活塞燃烧室廓口；2-活塞燃烧室深度；3-近偏心端燃烧室唇部高度；4-远偏心端燃烧室唇部高度；5-活塞燃烧室偏心距；6-近偏心端圆弧；7-近偏心端圆弧圆心；8-远偏心端圆弧；9-远偏心端圆弧圆心。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。

下面将分别以非对称式燃烧室结构和对称式燃烧室结构对本方案作出详细阐述：

非对称式燃烧室结构：图2给出的是本发明的结构示意图，它包括活塞燃烧室廓口1、活塞燃烧室深度2、近偏心端燃烧室唇部高度3、远偏心端燃烧室唇部高度4、活塞燃烧室偏心距5、近偏心端圆弧6及对应圆心7、远偏心端圆弧8及对应圆心9。上述9个参数构成非对称式船型燃烧室。由于偏心轴的存在，及其左右两段圆弧关于偏心轴不对称，圆心共轴不共点，因此，该燃烧室不能通过传统的旋转生成，只能通过切削生成。

该活塞燃烧室与气缸盖安装位置及气缸内气流运动如图3所示。

当空气与甲醇混合气进入气缸后，由于活塞燃烧室形状的影响，在燃烧室内产生了强烈的滚流，加速气流运动及油气混合，同时提升扫气效果，降低缸内残余废气；当活塞运行至上止点附近时，油气混合完毕，混合气向火花塞附近运动，火花塞产生电弧点火，引燃混合气。

本发明的优选技术方案一是在将活塞燃烧室底部设置成弧形，混合气通过弧形燃烧室底部形成良好的滚流，加速油气混合均匀性，以实现进入燃烧室的空气与甲醇均匀混合的技术效果。

本发明的优选技术方案二是将燃烧室底部弧形通过偏心距分隔成两部分，燃烧室最低点位于近偏心端，近偏心端圆弧半径小，远偏心端圆弧半径大，该燃烧室近偏心端安装在进气道下方，远偏心端安装在排气道上方，通过该种燃烧室设计方式及与缸盖的安装方式，保证进气阶段空气与甲醇能够较长时间混合，混合气能够形成较强的滚流；另一方面，该种设计方式，能够保证扫气强度，降低缸内残余废气量，以达到产生强滚流、加速油气混合、加强扫气效果的目的。

所述的活塞燃烧室廓口应小于活塞直径。

所述的近偏心端唇口高度应大于远偏心端唇口高度。

所述的近偏心端圆弧圆心与远偏心端圆弧圆心共线，同位于偏心距产生的偏心轴上。

所述的偏心距应小于活塞燃烧室廓口一半。

所述的活塞燃烧室深度位于近偏心端与远偏心端交点处。

所述的活塞燃烧室各部分平滑连接。

在具体实施过程中，本方案如下：一种压燃式柴油机改点燃式进气道喷射甲醇发动机用非对称式船型活塞燃烧室及设计方法，它包括活塞燃烧室廓口1、活塞燃烧室深度2、近偏心端燃烧室唇部高度3、远偏心端燃烧室唇部高度4、活塞燃烧室偏心距5、近偏心端圆弧6及对应圆心7、远偏心端圆弧8及对应圆心9。上述9个参数构成非对称式船型燃烧室。由于偏心轴的存在，及其左右两段圆弧关于偏心轴不对称，圆心共轴不共点，因此，该燃烧室不能通过传统的旋转生成，只能通过切削生成。

所述的活塞燃烧室廓口应小于活塞直径。

所述的近偏心端唇口高度应大于远偏心端唇口高度。

所述的近偏心端圆弧圆心与远偏心端圆弧圆心共线，同位于偏心距产生的偏心轴上。

所述的偏心距应小于活塞燃烧室廓口一半。

所述的活塞燃烧室深度位于近偏心端与远偏心端交点处。

所述的活塞燃烧室各部分平滑连接。

通过在活塞燃烧室设置偏心距5、并在燃烧室底部设置两段圆弧6和8，当空气与甲醇混合气进入气缸后，由于活塞燃烧室形状的影响，在燃烧室内产生了强烈的滚流，加速气流运动及油气混合，同时提升扫气效果，降低缸内残余废气；当活塞运行至上止点附近时，油气混合完毕，混合气向火花塞附近运动，火花塞产生电弧点火，引燃混合气，提升甲醇利用率，提高功率输出降低醇耗量，降低排放，相应国家“双碳”政策。

相较于非对称式燃烧室结构，对称式燃烧室的弧形结构为对称式结构，两段圆弧为同心弧。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室，其特征在于：燃烧室内腔的底部向下凹陷形成弧形结构；

弧形结构顶部具有活塞燃烧室廓口，活塞燃烧室廓口位于活塞下方，活塞燃烧室廓口小于活塞直径；

燃烧室内腔的底部截面包括两段圆弧，两段圆弧交接部位平滑连接。

2.根据权利要求1所述的进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室，其特征在于：所述弧形结构为非对称式结构，燃烧室内腔的底部截面由两段偏心圆弧组成，分别为近偏心端圆弧和远偏心端圆弧；

近偏心端圆弧圆心与远偏心端圆弧圆心共轴不共点。

3.根据权利要求2所述的进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室，其特征在于：包括近偏心端唇口和远偏心端唇口，其中近偏心端唇口高度大于远偏心端唇口高度。

4.根据权利要求2所述的进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室，其特征在于：近偏心端圆弧圆心与远偏心端圆弧圆心之间存在偏心距，偏心距小于活塞燃烧室廓口一半。

5.根据权利要求2所述的进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室，其特征在于：活塞燃烧室深度位于近偏心端与远偏心端交点处。

6.根据权利要求1所述的进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室，其特征在于：所述弧形结构为对称式结构，两段圆弧为同心弧。

7.根据权利要求6所述的进气道喷射甲醇发动机用船型活塞燃烧室，其特征在于：所述的燃烧室底部圆弧圆心所在轴与活塞中心线重合。