CN218439549U - 燃烧系统、发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃烧系统、发动机及车辆，包括缸体、活塞、缸盖进气门、排气门以及火花塞，活塞与缸盖之间形成燃烧室，进气门和排气门分别自外端至内端逐渐相互靠近、且进气门的倾斜角度大于排气门的倾斜角度，火花塞靠近排气门设置、且火花塞的电极点火端向靠近进气门的方向倾斜。本实用新型提供的燃烧系统，通过控制进气门以及排气门的倾斜角度，实现对气流的引导作用，引导缸体内混合气的有序流动，避免了爆震、进气失火问题的发生，有效地提高了缸体内的湍动能，对火花塞的角度的限定，有效的提高了混合气的燃烧速度，进而提高了发动机的热效率。

Description

燃烧系统、发动机及车辆

技术领域

本实用新型属于燃烧设备技术领域，更具体地说，是涉及一种燃烧系统、设有上述燃烧系统的发动机、及设有上述发动机的车辆。

背景技术

随着车辆制造行业的飞速发展，提升发动机的热效率成为厂家追逐的目标。提升热效率最直接的方法就是提升燃烧速度，一般通过提升点火时刻缸体内的湍动能来实现。

提高湍动能的常规方式有以下两种，一是提高进气道滚流比，二是优化燃烧室、提高进气道的流动特性。在有限的配气条件及现有的缸盖布置结构下，进气道的滚流比提升难度较大，而且滚流比提高到极限后，新鲜空气的流动达到极限，会伴随产生进气噪声或发生爆震问题，严重时还会导致进气失火。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃烧系统、发动机及车辆，能够有效引导缸体内混合气的有序流动，提高混合气体的燃烧速度。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种燃烧系统，包括缸体、活塞、缸盖、进气门、排气门以及火花塞，活塞与缸盖之间形成燃烧室，进气门和排气门分别自外端至内端逐渐相互靠近、且进气门的倾斜角度大于排气门的倾斜角度，火花塞靠近排气门设置、且火花塞的电极点火端向靠近进气门的方向倾斜。

在一种可能的实现方式中，进气门的主轴与缸体的主轴之间的夹角为a1，排气门的主轴与缸体的主轴之间的夹角为a2，火花塞的主轴与缸体的主轴之间的夹角为a3，其中，a3≤a2≤a1。

一些实施例中，a1≤30°，a3≤15°。

在一种可能的实现方式中，火花塞的电极点火中心与活塞的运行上止点之间的距离为h1，火花塞的电极点火中心与缸体的主轴之间的距离为d1，火花塞的直径为d2；

其中，d1≤h1≤d2、且d1≤50％d2。

在一种可能的实现方式中，燃烧室具有燃烧室内壁面，燃烧室内壁面包括缸盖内壁面和活塞内壁面；

缸盖内壁面包括进气门壁面、排气门壁面、缸盖燃烧室壁面以及火花塞伸出缸盖用于燃烧的壁面，缸盖内壁面的表面积为S燃，缸体的横截面面积为S缸；

其中，S缸≤S燃≤1.6S缸。

一些实施例中，活塞内壁面包括活塞燃烧室壁面以及活塞避阀坑壁面，活塞的内壁面为S活；

其中，S缸≤S活≤1.5S缸。

一些实施例中，S缸≤S活≤S燃≤1.6S缸。

在一种可能的实现方式中，进气门和排气门分别设有两个、且进气门和排气门呈矩形布设于缸盖上，火花塞位于矩形的中部。

本实用新型还提供了发动机，上述发动机包括燃烧系统。该发动机通过进气门、排气门以及火花塞倾斜角度设置，引导气流的走向以及混合气的流向，同时优化燃烧室的缸盖内壁面与活塞内壁面的结构，有效地提高了缸体内的湍动能，提高了混合气的燃烧速度以及发动机的热效率，实现了发动机的经济性。

本实用新型还提供了一种车辆，上述车辆包括发动机。上述车辆包括发动机。该车辆采用上述高热效率的发动机，能够实现资源的有效利用，具有良好的经济性。

本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，本申请实施例所示的方案，通过控制进气门以及排气门的倾斜角度，实现对气流的引导作用，引导缸体内混合气的有序流动，避免了爆震、进气失火问题的发生，有效地提高了缸体内的湍动能，对火花塞的角度的限定，有效的提高了混合气的燃烧速度，进而提高了发动机的热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的燃烧系统的俯视结构示意图；

图2为本实用新型实施例图1中A-A的剖视结构示意图；

图3为本实用新型实施例图1中B-B的剖视结构示意图；

图4为本实用新型实施例图2中Ⅰ的局部放大结构示意图；

图5为本实用新型实施例图1中活塞的俯视结构示意图；

图6为本实用新型实施例图1中缸盖、进气门、排气门及火花塞的仰视结构示意图；

图7为本实用新型实施例图1中缸盖位置的湍动能分布示意图；

图8为本实用新型实施例图1中燃烧室的湍动能速度场示意图；

图9为本实用新型实施例图1中缸盖的当量比分布示意图。

其中，图中各附图标记：

1、缸体；2、缸盖；3、活塞；31、活塞燃烧室壁面；32、活塞避阀坑壁面；4、进气门；41、进气道；42、进气门导管；5、排气门；51、排气道；52、排气门导管；6、火花塞；7、燃烧室；71、缸盖燃烧室。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本实用新型的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图9，现对本实用新型提供的燃烧系统、发动机及车辆进行说明。燃烧系统，包括缸体1、活塞3、缸盖2、进气门4、排气门5以及火花塞6，活塞3与缸盖2之间形成燃烧室7，进气门4和排气门5分别自外端至内端逐渐相互靠近、且进气门4的倾斜角度大于排气门5的倾斜角度，火花塞6靠近排气门5设置、且火花塞6的电极点火端向靠近进气门4的方向倾斜。

参阅图3，缸盖2上设置有进气道41和排气道51，进气门4的内端封堵于进气道41的出口端(靠近燃烧室7的一端)，进气门4设置在进气门导管42内，且进气门4自靠近燃烧室7的一端(内端)至远离燃烧室7的一端(外端)逐渐向靠近进气道41的方向倾斜。

排气门5的内端封堵于排气道51的进口端(靠近燃烧室7的一端)，排气门5设置在排气门导管52内，且排气门5自靠近燃烧室7的一端(内端)至远离燃烧室7的一端(外端)逐渐向靠近排气道51的方向倾斜。以进气门4为例进行说明，进气门4的内端为喇叭状，用于封堵在进气道41的出口端，喇叭状的盘面部分的外端面能够对进气门4进入的气流进行引导，结合进气门4倾斜角度的设置，可有效地地对气流进行引导作用。在此基础上，结合排气门5的倾斜角度的设置，最终实现增加缸体1内滚流强度的效果。

火花塞6靠近排气门5设置，火花塞6的内端伸入燃烧室内。火花塞6的主轴与缸体1的主轴之间也具有一定夹角，使得火花塞6在点火过程中便于火花的传递，同时使火花塞6的引燃点处于燃烧室7内混合气能量较高的位置，便于火焰的形成。

本实施例提供的燃烧系统，与现有技术相比，本实施例提供的燃烧系统，通过控制进气门4以及排气门5的倾斜角度，实现对气流的引导作用，引导缸体1内混合气的有序流动，避免了爆震、进气失火问题的发生，有效地提高了缸体1内的湍动能，对火花塞6的角度的限定，有效的提高了混合气的燃烧速度，进而提高了发动机的热效率。

一些可能的实现方式中，参见图2和图3，进气门4的主轴与缸体1的主轴之间的夹角为a1，排气门5的主轴与缸体1的主轴之间的夹角为a2，火花塞6的主轴与缸体1的主轴之间的夹角为a3，其中，a3≤a2≤a1，上述参数的选择有利于引导燃烧室7内的气流流动。具体的，取值范围选择如下，a1≤30°，a3≤15°。

缸体1的轴线与进气门4的轴线的夹角a1一般小于30°，优选18°或20°，火花塞6的外端逐渐向排气侧偏置，缸体1的轴线与火花塞6的轴线的夹角a3一般不大于15°，排气门5也向排气侧偏置，其偏斜幅度大于火花塞6的偏斜幅度，排气门5的轴线与火花塞6的轴线的夹角a2，上述三个夹角的大小关系如下a3≤a2≤a1，通过合理配置上述夹角，可以有效地利用进气门4以及排气门5的内端喇叭状的锥面结构对气体的流动进行引导，以便增加缸体1内的滚流强度，进而提高燃烧室7内的湍动能。

一些可能的实现方式中，参见图4，火花塞6的电极点火中心与活塞3的运行上止点之间的距离为h1，火花塞6的电极点火中心与缸体1的主轴之间的距离为d1，火花塞6的直径为d2；

其中，d1≤h1≤d2、且d1≤50％d2，上述设置使火花塞6位于燃烧室7内能量较高的位置。

火花塞6的电极伸入到缸盖燃烧室71中，伸入位置要适当以便于电火花的传递。可选的，火花塞6的电极点火中心与缸体1中心的距离d1一般不大于火花塞6直径d2的50％，火花塞6的电极点火中心与活塞3的运行上止点之间的距离h1不大于火花塞6的直径d2，同时不小于d1。

通过上述间距值的限定与设置，使火花塞6的电极中心在限定范围内，有效地保证火花塞6的电极中心布置在缸体1内混合气流场能量较高的位置，便于火花塞6产生的电火花能够直接引燃燃烧室7内能量较高的混合气，进而促进火焰的形成以及火焰向火花塞6周围迅速传播，有效地提高了混合气的燃烧效率。

与此同时，上述设置还可以有效地缩小火焰传递至燃烧室7周边的距离，降低爆震产生的可能性。当活塞3运行到上止点时，火花塞6产生的电火花可迅速直接的传递到活塞燃烧室最低点附近，便于快速引燃活塞燃烧室壁面31的高湍动能的混合气，提高燃烧速度及燃烧效率，进而提高的发动机的热效率。

一些可能的实现方式中，燃烧室7具有燃烧室内壁面，燃烧室内壁面包括缸盖内壁面和活塞内壁面；

缸盖内壁面包括进气门壁面、排气门壁面、缸盖燃烧室壁面以及火花塞6伸出缸盖2用于燃烧的壁面，缸盖内壁面的表面积为S燃，缸体1的横截面面积为S缸；其中，S缸≤S燃≤1.6S缸，上述参数关系的选择可以控制燃烧爆发压力作用于燃烧室7的室壁面上。

本实施例中，缸盖内壁面的表面积与缸体1的横截面面积具有以下关系，S缸≤S燃≤1.6S缸，上述比值关系可以缩短电火花的传播路径，降低的爆震发生的可能性。同时，还可以使缸盖2内部气流流过具有平顺性，降低燃烧室内壁面与缸盖2的接触面积，减小缸体1内燃烧产生的热量的损失，使更多的热量参与做功，提高动力性能，降低缸盖内壁面的热负荷，有效的控制缸体1内燃烧爆发的压力作用在缸盖内壁面上的压力，降低缸盖内壁面上的压强，便于热负荷和热应力向缸盖2本体传递，提高缸盖2的可靠性寿命。

在上述限定的基础上，活塞内壁面包括活塞燃烧室壁面31以及活塞避阀坑壁面32，活塞3的内壁面为S活；

其中，S缸≤S活≤1.5S缸，上述设置用于降低火花塞6的电火花的传播路径。

本实施例中，通过限定活塞内壁面与缸体1的截面面积之间的关系，可以有效地降低火花塞6产生的电火花的传播路径，降低的爆震发生的可能性。使缸盖2内部气流能够平顺流动，避免了活塞3避阀坑附近气流的突变。同时，还可以减小活塞内壁面与燃烧室7内高温气体的接触面积，减小缸体1内燃烧产生的能量损失，提高动力性能，降低活塞3承受的爆发压力及热负荷的作用，同时降低活塞内壁面的压强，便于活塞内壁面的热负荷和热应力便于向活塞3本体传热，提高缸盖2的可靠性，延长其使用寿命。

优选的，S缸≤S活≤S燃≤1.6S缸，上述设置能够控制燃烧爆发压力作用于燃烧室7的室壁面上，与此同时，还可以降低火花塞6的电火花的传播路径。

上述面积比值的选择，能够减小缸体1壁面与混合气之间的接触面积，促使更多的混合气参与缸体1内的湍流流动，维持缸体1内滚流的运动趋势，形成高滚流高湍动能运动核心，使高能量的混合气聚集在缸体1中心，便于火花塞6更好的点燃混合气，提高燃烧效率，进而提高的发动机的热效率。

上述设置，通过优化燃烧室7的缸盖内壁面与活塞内壁面的结构，同时结合进气门4、排气门5以及火花塞6的倾斜角度的设置，引导气流的走向以及混合气的流向，有效地提高了缸体1内的湍动能，满足了高湍动能的需求，提高了混合气的燃烧速度以及发动机的热效率，保证了发动机的经济性。

一些可能的实现方式中，上述特征进气门4和排气门5采用如图6所示结构。参见图6，进气门4和排气门5分别设有两个、且进气门4和排气门5呈矩形布设于缸盖2上，火花塞6位于矩形的中部。

本实施例中，缸盖2上设有两个进气门4和排气门5，且进气门4和排气门5在水平方向上一一对应，能够有效的提升燃烧系统的燃烧效率，便于降低油耗。水平对应的进气门4的主轴与排气门5的主轴处于同一平面内，便于实现气流的平顺导送。火花塞6位于两个进气门4和两个排气门5形成的矩形的中部，且火花塞6的外端向靠近排气门5的方向倾斜，可对气流的走向进行引导，进而提高缸体1内的湍动能，并提高混合气的燃烧速度，最终实现发动机热效率的提高。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种发动机，上述发动机包括燃烧系统。该发动机通过进气门4、排气门5以及火花塞6倾斜角度设置，引导气流的走向以及混合气的流向，同时优化燃烧室7的缸盖内壁面与活塞内壁面的结构，有效地提高了缸体1内的湍动能，提高了混合气的燃烧速度以及发动机的热效率，实现了发动机的经济性。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种车辆，上述车辆包括发动机。该车辆采用上述高热效率的发动机，能够实现资源的有效利用，具有良好的经济性。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.燃烧系统，包括缸体、活塞、缸盖、进气门、排气门以及火花塞，所述活塞与所述缸盖之间形成燃烧室，其特征在于，所述进气门和所述排气门分别自外端至内端逐渐相互靠近、且所述进气门的倾斜角度大于所述排气门的倾斜角度，所述火花塞靠近所述排气门设置、且所述火花塞的电极点火端向靠近所述进气门的方向倾斜；

所述燃烧室具有燃烧室内壁面，所述燃烧室内壁面包括缸盖内壁面和活塞内壁面；

所述缸盖内壁面包括进气门壁面、排气门壁面、缸盖燃烧室壁面以及所述火花塞伸出所述缸盖用于燃烧的壁面，所述缸盖内壁面的表面积为S燃，所述缸体的横截面面积为S缸；

其中，S缸≤S燃≤1.6S缸；

所述活塞内壁面包括活塞燃烧室壁面以及活塞避阀坑壁面，所述活塞的内壁面为S活；

其中，S缸≤S活≤1.5S缸；

S缸≤S活≤S燃≤1.6S缸。

2.如权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述进气门的主轴与所述缸体的主轴之间的夹角为a1，所述排气门的主轴与所述缸体的主轴之间的夹角为a2，所述火花塞的主轴与所述缸体的主轴之间的夹角为a3，其中，a3≤a2≤a1。

3.如权利要求2所述的燃烧系统，其特征在于，a1≤30°，a3≤15°。

4.如权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述火花塞的电极点火中心与所述活塞的运行上止点之间的距离为h1，所述火花塞的电极点火中心与所述缸体的主轴之间的距离为d1，所述火花塞的直径为d2；

其中，d1≤h1≤d2、且d1≤50％d2。

5.如权利要求1-4中任一项所述的燃烧系统，其特征在于，所述进气门和所述排气门分别设有两个、且所述进气门和所述排气门呈矩形布设于所述缸盖上，所述火花塞位于矩形的中部。

6.发动机，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的燃烧系统。

7.车辆，其特征在于，包括权利要求6所述的发动机。

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