CN214403744U - 一种发动机燃烧系统和混动车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种发动机燃烧系统和混动车辆。发动机燃烧系统包括：燃烧室，由发动机的缸盖和活塞顶限定而成，具有进气侧和排气侧；其中，所述燃烧室内所述缸盖表面形成有四个挤气面，包括分别设置在所述燃烧室的所述进气侧、前端侧、后端侧和所述排气侧的第一平挤气面、第二平挤气面、第三平挤气面和斜挤气面。本实用新型方案通过在燃烧室的前端侧和后端侧增加了两个平挤气面，可提高滚流比和湍流强度，同时提高发动机热效率；通过将排气侧的挤气结构由传统的平挤气面改为斜挤气面，增大了排气侧的挤气间隙，有利于燃烧火焰传向排气侧，降低早燃和爆震风险，同时减少未燃损失，提高系统燃烧效率。

Description

一种发动机燃烧系统和混动车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，特别是一种发动机燃烧系统和混动车辆。

背景技术

随着油耗和排放法规的日益严苛，发展新能源车辆成为大势所趋。新能源车辆根据动力的不同主要分为混合动力(Hybrid Electric Vehicle，HEV)、插电混合动力(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)、增程(Extended Range Electric Vehicle，REEV)和纯电动(Electric Vehicle，EV)车辆。HEV、PHEV和REEV车辆中均存在混动专用发动机。为实现新能源整车油耗的最低化，混动专用发动机的热效率要求越来越高，这对发动机燃烧系统的设计提出了更高要求。目前，为实现高的热效率，新能源专用发动机的燃烧系统均采用高压缩比和快速燃烧技术。

现有技术中，常规增大压缩比的方法主要有以下三种：(1)保持燃烧室容积不变，增大活塞凸起；但是，由于活塞凸起高，阻碍了缸内气流运动，降低了缸内滚流比和湍流强度，以致降低燃烧效率，同时，活塞凸起造成燃烧系统面积(燃烧室与活塞面积之和)增大，燃烧热损失增大，热效率降低。(2)保持活塞顶部形状不变，将燃烧室轮廓整体下沉；但是，由于燃烧室下沉，燃烧室内部与水套之间的壁厚增加，燃烧室散热性能降低，燃烧室内气体温度高，爆震倾向提高。(3)燃烧室采用四挤气结构减小容积，同时活塞凸起；然而，四挤气燃烧室结构配合凸起的活塞顶容易在挤气区域燃烧速度慢，易产生早燃或爆震(尤其是排气侧)，不利于燃烧效率的提高。

常规实现快速燃烧的方法主要有以下四种：(1)进气道采用“鱼腹”设计以提高气道滚流比；但是，由于鱼腹之后气道喉口截面积急剧减小，气道流量系数减小，不利于气道流量系数和滚流比的同时提高。(2)燃烧室气门采用遮蔽设计(Masking)，以提高气道低升程滚流比，但其对高升程滚流比的提高作用不明显。(3)进气道激光熔覆设计，这种设计不仅提高气道流量系数，而且提高滚流比，但是激光熔覆技术成本高，目前国内暂未掌握该项技术。(4)活塞顶球型设计，此种设计能够一定程度上提高缸内滚流比，但效果有限。

总而言之，如何同时提高混动专用发动机的流量系数和滚流比，并实现高压缩比(如压缩比13以上)下快速燃烧的燃烧系统设计方案为本领域面临的技术难题。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的发动机燃烧系统和混动车辆。

本实用新型的一个目的是提供一种发动机燃烧系统，其通过燃烧室的三平挤气和一斜挤气组合设计，提高了缸内滚流比和湍流强度，提高了系统燃烧效率，从而提高发动机热效率。

本实用新型一个进一步的目的是通过燃烧室和活塞顶的匹配设计以及进气道的设计，实现了流量系数和滚流比的同时提高，并实现了高压缩比下燃烧系统的快速燃烧。

特别地，根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种发动机燃烧系统，包括：

燃烧室，由发动机的缸盖和活塞顶限定而成，具有进气侧和排气侧；其中

燃烧室内缸盖表面形成有四个挤气面，包括分别设置在燃烧室的进气侧、前端侧、后端侧和排气侧的第一平挤气面、第二平挤气面、第三平挤气面和斜挤气面。

可选地，发动机燃烧系统还包括：

进气道，与燃烧室的进气侧连通；以及

进气门，设置在进气道内；其中

进气道的中心线与燃烧室的底面之间的夹角在20-35°范围内。

可选地，进气道包括主体部和横截面积大于主体部的入口，入口与主体部之间以圆滑曲面过渡相接。

可选地，发动机燃烧系统还包括：

排气道，与燃烧室的排气侧连通；以及

排气门，设置在排气道内；其中

燃烧室内在进气门与排气门之间形成有第一导流曲面，且第一导流曲面靠近进气门的一端高于靠近排气门的另一端。

可选地，进气门的数量为两个；且

两个进气门之间形成有中间曲面，中间曲面自进气门之间向燃烧室的外缘向下倾斜。

可选地，发动机燃烧系统还包括：

喷油器，设置在燃烧室顶部靠近进气侧的位置；以及

火花塞，设置在燃烧室顶部靠近排气侧的位置；其中

喷油器的位置高于火花塞的位置。

可选地，燃烧室内在喷油器和火花塞之间形成有第二导流曲面，且第二导流曲面靠近喷油器的一端高于靠近火花塞的另一端。

可选地，活塞顶与进气门对应的位置设置有避阀坑，且活塞顶与排气门对应的位置设置有避阀面。

可选地，活塞顶的中央设置有凹坑，凹坑的边缘分别连接避阀坑和避阀面。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种混动车辆，包括前文中任一项所述的发动机燃烧系统。

本实用新型实施例提出的发动机燃烧系统和混动车辆，通过在燃烧室的前端侧和后端侧增加了两个平挤气面，可减小燃烧室容积，使燃烧室结构更加紧凑，并降低活塞顶部凸起，有利于缸内气流运动，提高滚流比和湍流强度；同时，可减小燃烧系统面积，减小燃烧热损失，从而提高发动机热效率。另外，通过将排气侧的挤气结构由传统的平挤气面改为斜挤气面，增大了排气侧的挤气间隙，有利于燃烧火焰传向排气侧，降低早燃和爆震风险，同时减少未燃损失，提高系统燃烧效率。

进一步地，通过采用进气道入口曲面圆滑设计，并将进气道整体拉低，保持气道倾角(即进气道的中心线与燃烧室的底面之间的夹角)在20-35°之间，实现了同时提高气道滚流比和流量系数。

进一步地，通过燃烧室和活塞顶的匹配设计，实现了压缩比13以上燃烧系统快速燃烧，达到41％以上的热效率。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为根据本实用新型一个实施例的发动机燃烧系统的燃烧室的上盖的仰视图；

图2为根据本实用新型一个实施例的发动机燃烧系统的整体结构示意图；

图3为根据本实用新型一个实施例的发动机燃烧系统的燃烧室的内部结构示意图；

图4为根据本实用新型一个实施例的发动机燃烧系统的活塞顶的俯视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

目前，对于发动机燃烧系统，特别是混动专用发动机的燃烧系统的设计，如何在进气道设计中同时提高流量系数和滚流比、如何实现高压缩比(具体为13以上压缩比)、如何实现高压缩比下快速燃烧为难点所在。

为解决或至少部分解决上述技术问题，本实用新型实施例提出一种发动机燃烧系统。

图1为根据本实用新型一个实施例的发动机燃烧系统的燃烧室2的上盖的仰视图，图2为根据本实用新型一个实施例的发动机燃烧系统的整体结构示意图。参照图1和图2所示，本实用新型提供的发动机燃烧系统包括燃烧室2，其中，燃烧室2由发动机的缸盖和活塞顶(即活塞4的顶面)限定而成，此时，缸盖作为燃烧室2的上盖，活塞顶则构成燃烧室2的底面5。燃烧室2具有进气侧和排气侧。特别地，燃烧室2内缸盖表面形成有四个挤气面，四个挤气面分别为设置在燃烧室2的进气侧的第一平挤气面2-2，设置在燃烧室2的前端侧的第二平挤气面2-4，设置在燃烧室2的后端侧的第三平挤气面2-5，和设置在燃烧室2的排气侧的斜挤气面2-3。具体地，第一平挤气面2-2、第二平挤气面2-4和第三平挤气面2-5呈水平状态，分别位于燃烧室2的上盖的下表面的进气侧、前端侧和后端侧的外缘处，相应地，活塞顶与第一平挤气面2-2、第二平挤气面2-4和第三平挤气面2-5相应的位置也分别形成有相应的水平面挤气部。斜挤气面2-3位于燃烧室2的上盖的下表面的排气侧的外缘处，沿从燃烧室2的中心向外的方向向下倾斜，相应地，活塞顶与斜挤气面2-3相应的位置也形成有相应的斜面挤气部。如此，在活塞4向上运行进行压缩时，形成相应的三平一斜挤气区。

燃烧室通常会采用挤气设计，以增强活塞在上止点附近缸内湍流强度，进而提高燃烧效率，因此常规的燃烧室在进排气侧均存在挤气结构设计，一般为两平挤气或两斜挤气设计。本实施例提供的发动机燃烧系统，相对现有的两平挤气或两斜挤气设计，通过在燃烧室2的前端侧和后端侧增加了平挤气面结构设计，不仅减小了燃烧室2容积，降低了高压缩比活塞顶部凸起，有利于缸内气流运动，提高滚流比和湍流强度，而且使燃烧室2结构更加紧凑，减小燃烧系统面积，降低了燃烧室2内传热损失，有利于燃烧效率的提高，从而提高发动机热效率。另外，通过在排气侧采用斜挤气结构，增大了排气侧的挤气间隙，有利于燃烧火焰快速传向排气侧，降低早燃和爆震风险，同时减少排气侧未燃损失，进一步提高了系统燃烧效率。

参照图2所示，在一个实施例中，发动机燃烧系统还可以包括进气道1和设置在进气道1内的进气门9。进气道1与燃烧室2的进气侧连通，或者说，其在燃烧室2的进气侧与燃烧室2连通。特别地，进气道1的中心线6与燃烧室2的底面5之间的夹角(也可以称为进气道倾角，图2中以θ表示)在20-35°范围内。通过使进气道倾角保持在20-35°之间，使进气道1整体拉低，能够促使气流更快、更多地流向排气侧，实现了同时提高气道滚流比和流量系数的效果。

进一步地，进气门9的中心线7与燃烧室2的底面5之间也可以形成第一预设角度，以保证气流的顺利喷入。第一预设角度可根据实际应用需求进行设置，本申请对此不做限制。

继续参照图2，在一个进一步的实施例中，进气道1可以包括主体部和横截面积大于主体部的入口，入口与主体部之间以圆滑曲面过渡相接。具体地，圆滑曲面包括分别位于进气道1的入口的上侧和下侧的入口上曲面1-1和入口下曲面1-2。入口上曲面1-1为沿着气流的流动方向逐渐下降的凹形弧面，入口下曲面1-2则为沿着气流的流动方向逐渐上升的凸形弧面。通过进气道1入口曲面的圆滑设计，减小了气流进入气道时的流速分离，降低了流量损耗，进一步提高了流量系数。

继续参照图2，在一个实施例中，发动机燃烧系统还可以包括排气道3和设置在排气道3内的排气门10。排气道3与燃烧室2的排气侧连通，或者说，其在燃烧室2的排气侧与燃烧室2连通。特别地，排气门10的中心线8与燃烧室2的底面5之间也可以形成第二预设角度，以保证气流的顺利排出。第二预设角度可根据实际应用需求进行设置，本申请对此不做限制。结合图3所示，燃烧室2内在进气门9与排气门10之间形成有第一导流曲面2-1，且第一导流曲面2-1靠近进气门9的一端高于靠近排气门10的另一端，即，进气侧曲面高于排气侧曲面。第一导流曲面2-1由燃烧室2的上盖的下表面形成。在进气过程中，由进气道1产生的高速气流从进气侧流向排气侧从而在发动机缸内形成大滚流，通过进排气侧间的第一导流曲面2-1的导向设计，更有利于气流由进气侧流向排气侧，减少排气侧流速死区的出现，不仅提高了流量系数而且增大了缸内滚流比。

需要说明的是，进气道1和排气道3的数量可以根据实际应用需求进行选择，例如可以为1个、2个等。进气门9的数量与进气道1的数量对应，排气门10的数量与排气道3的数量对应。

继续参照图1和图3，在一个实施例中，进气门9的数量可以为2个(相应地，进气道1的数量也为2个)。两个进气门9之间形成有中间曲面2-6，中间曲面2-6自进气门9之间向燃烧室2的外缘向下倾斜。进气门9中间曲面2-6的倾斜设计，有利于进气门9之间的气流流向气门底部，从而提高流量系数，增强缸内滚流；同时，在燃烧过程中，增加了火焰传播至进气侧挤气结构区域的空间，有利于火焰传播至进气侧，提高活塞4进气侧避阀坑(在活塞4进气侧设置避阀坑的情况下)和进气侧火力岸的气流速度，降低进气侧的爆震倾向，从而实现快速燃烧。

继续参照图3，在一个实施例中，发动机燃烧系统还可以包括喷油器11和火花塞12。具体地，喷油器11设置在燃烧室2顶部靠近进气侧(具体为进气门9)的位置，火花塞12设置在燃烧室2顶部靠近排气侧(具体为排气门10)的位置，且喷油器11的位置高于火花塞12的位置。进一步地，燃烧室2内在喷油器11和火花塞12之间形成有第二导流曲面2-7，且第二导流曲面2-7靠近喷油器11的一端高于靠近火花塞12的另一端。第二导流曲面2-7由燃烧室2的上盖的下表面形成。通过这种设计，保证喷油器11侧曲面高于火花塞12侧曲面。在压缩过程中，活塞4靠近上止点附近时，通过活塞顶和第二导流曲面2-7的导向作用，促使缸内气流流向火花塞12附近，提高火花塞12附近的气流流速，提高燃烧速度和点火稳定性，从而提高废气容忍度，降低油耗。

参照图3和图4所示，在一个实施例中，活塞顶与进气门9对应的位置设置有避阀坑4-1，且活塞顶与排气门10对应的位置设置有避阀面4-2。也就是说，在活塞顶的排气侧无避阀坑设计，而是设置为避阀面4-2。若排气侧存在避阀坑，则气流在避阀坑处存在流动死区，减小了缸内流动速度，降低缸内滚流比；同时由于排气侧温度高，早燃和爆震风险大。本实施例通过采用排气侧无避阀坑设计，降低了避阀面4-2处气流流动死区，提高了缸内气流速度，增大了滚流比，降低了排气侧早燃和爆震倾向，提高燃烧系统的稳定性。

此外，活塞顶的中央还可以设置有凹坑4-3，凹坑4-3的边缘分别连接避阀坑4-1和避阀面4-2。通过活塞4的中心凹坑4-3设计，有利于气门关闭后缸内滚流的保持，进一步提高缸内湍流强度，实现快速燃烧。

由此，通过燃烧室2和活塞顶的匹配设计，可实现压缩比13以上燃烧系统快速燃烧，达到41％以上的热效率。

基于同一技术构思，本实用新型实施例还提供了一种混动车辆。该混动车辆(或称混合动力车辆)包括前文任意实施例或实施例组合所述的发动机燃烧系统。本实施例中的混动车辆可以为HEV、PHEV、REEV车辆等。

本实施例的混动车辆可实现流量系数和滚流比的同时提高，且实现了压缩比13以上的燃烧系统的快速燃烧，达到41％以上的热效率。

根据上述任意一个可选实施例或多个可选实施例的组合，本实用新型实施例能够达到如下有益效果：

本实用新型实施例提出的发动机燃烧系统和混动车辆，通过在燃烧室的前端侧和后端侧增加了两个平挤气面，可减小燃烧室容积，使燃烧室结构更加紧凑，并降低活塞顶部凸起，有利于缸内气流运动，提高滚流比和湍流强度；同时，可减小燃烧系统面积，减小燃烧热损失，从而提高发动机热效率。另外，通过将排气侧的挤气结构由传统的平挤气面改为斜挤气面，增大了排气侧的挤气间隙，有利于燃烧火焰传向排气侧，降低早燃和爆震风险，同时减少未燃损失，提高系统燃烧效率。

进一步地，通过采用进气道入口曲面圆滑设计，并将进气道整体拉低，保持气道倾角(即进气道的中心线与燃烧室的底面之间的夹角)在20-35°之间，实现了同时提高气道滚流比和流量系数。

进一步地，通过燃烧室和活塞顶的匹配设计，实现了压缩比13以上燃烧系统快速燃烧，达到41％以上的热效率。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本实用新型的精神和原则之内，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脱离本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种发动机燃烧系统，其特征在于，包括：

燃烧室，由发动机的缸盖和活塞顶限定而成，具有进气侧和排气侧；其中

所述燃烧室内所述缸盖表面形成有四个挤气面，包括分别设置在所述燃烧室的所述进气侧、前端侧、后端侧和所述排气侧的第一平挤气面、第二平挤气面、第三平挤气面和斜挤气面。

2.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统，其特征在于，还包括：

进气道，与所述燃烧室的所述进气侧连通；以及

进气门，设置在所述进气道内；其中

所述进气道的中心线与所述燃烧室的底面之间的夹角在20-35°范围内。

3.根据权利要求2所述的发动机燃烧系统，其特征在于，

所述进气道包括主体部和横截面积大于所述主体部的入口，所述入口与所述主体部之间以圆滑曲面过渡相接。

4.根据权利要求2所述的发动机燃烧系统，其特征在于，还包括：

排气道，与所述燃烧室的所述排气侧连通；以及

排气门，设置在所述排气道内；其中

所述燃烧室内在所述进气门与所述排气门之间形成有第一导流曲面，且所述第一导流曲面靠近所述进气门的一端高于靠近所述排气门的另一端。

5.根据权利要求2所述的发动机燃烧系统，其特征在于，

所述进气门的数量为两个；且

两个所述进气门之间形成有中间曲面，所述中间曲面自所述进气门之间向所述燃烧室的外缘向下倾斜。

6.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统，其特征在于，还包括：

喷油器，设置在所述燃烧室顶部靠近所述进气侧的位置；以及

火花塞，设置在所述燃烧室顶部靠近所述排气侧的位置；其中

所述喷油器的位置高于所述火花塞的位置。

7.根据权利要求6所述的发动机燃烧系统，其特征在于，

所述燃烧室内在所述喷油器和所述火花塞之间形成有第二导流曲面，且所述第二导流曲面靠近所述喷油器的一端高于靠近所述火花塞的另一端。

8.根据权利要求4所述的发动机燃烧系统，其特征在于，

所述活塞顶与所述进气门对应的位置设置有避阀坑，且所述活塞顶与所述排气门对应的位置设置有避阀面。

9.根据权利要求8所述的发动机燃烧系统，其特征在于，

所述活塞顶的中央设置有凹坑，所述凹坑的边缘分别连接所述避阀坑和所述避阀面。

10.一种混动车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的发动机燃烧系统。

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