CN220979658U - 一种燃烧室、燃烧系统和发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃烧室、燃烧系统和发动机，本实用新型提供了一种燃烧室，包括基体、第一回卷区、第二回卷区和第一分流脊，其中：第一回卷区和第二回卷区呈卵形结构并凹设于基体的顶面，且第二回卷区围绕第一回卷区的周向布置；第一分流脊位于第一回卷区和第二回卷区之间，以将喷油分流至第一回卷区和第二回卷区。可见，该燃烧室通过底部与上部空间的双卷流效应，提升油气混合均匀性，可以大幅度改善烟度排放并且提升燃油经济性。

Description

一种燃烧室、燃烧系统和发动机

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，特别涉及一种燃烧室、燃烧系统和发动机。

背景技术

高压缩比燃烧系统的活塞凹坑容积即有效容积占比逐渐减小，燃烧组织能力变弱，油气混合均与性和混合速度降低，燃烧速度变慢，烟度排放恶化，导致高压缩比燃烧系统的燃烧热效率提升难度增加。传统高压缩比燃烧系统为了提升燃烧速度并降低烟度排放，会使用大流量多孔喷油器方案配合高涡流比进气系统，但是这样会增加缸内传热损失，并且高涡流进气系统比在进气道设计过程中为了保证进气系统具有足够高的涡流比，通常会牺牲一定的进气道流通性能，这会在一定程度上增加换气损失，降低缸内充气效率，不利于发动机功率的提升。

因此，如何有效提升油气混合速度和均匀性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提出了一种燃烧室、燃烧系统和发动机，以有效提升油气混合速度和均匀性。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种燃烧室，包括基体、第一回卷区、第二回卷区和第一分流脊，其中：

第一回卷区和第二回卷区呈卵形结构并凹设于基体的顶面，且第二回卷区围绕第一回卷区的周向布置；

第一分流脊位于第一回卷区和第二回卷区之间，以将喷油分流至第一回卷区和第二回卷区。

可选的，上述燃烧室中，第二回卷区的最低点高于第一回卷区的最高点。

可选的，上述燃烧室中，还包括挤流区，挤流区凹设于基体的顶面，并围绕第二回卷区的周向布置。

可选的，上述燃烧室中，挤流区的最低点高于第二回卷区的最高点。

可选的，上述燃烧室中，挤流区与第二回卷区之间还设置有第二分流脊，以将第二回卷区的喷油分流至第二回卷区和挤流区。

可选的，上述燃烧室中，第二分流脊包括导流面和与导流面平滑过渡连接的挤流面，导流面凸出第二回卷区，挤流面与挤流区平滑过渡连接。

可选的，上述燃烧室中，第一回卷区为圆环结构。

可选的，上述燃烧室中，第一回卷区的中部设置有中心凸起，中心凸起与第一回卷区平滑过渡连接。

可选的，上述燃烧室中，中心凸起的最高点介于第二回卷区的最高点和第二回卷区的最低点之间。

可选的，上述燃烧室中，燃烧室为活塞的顶部区域。

第二方面，一种燃烧系统，包括喷油器和如上述任一项的燃烧室，喷油器的喷孔与燃烧室的第一分流脊对齐。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种发动机，包括如上述的燃烧系统。

由上述技术方案可以看出，喷油首先撞击第一分流脊位置处，并在第一分流脊分流作用下，将油束分流至第一回卷区和第二回卷区。流向第一回卷区的燃油形成底部空间的卷流效应，加快油气混合速度，提升油气混合的均匀程度，并且卵形结构通过增加燃烧室底部靠近中心处的容积引导混合气扩散的可以有效避免已燃混合气与新喷射出的燃油出现干涉；流向第二回卷区的燃油通过第一分流脊形成燃烧室上部空间靠近中心区域的卷流效应，有效促进燃烧室上部空间的油气混合过程，加快燃烧速度。可见，该燃烧室通过底部与上部空间的双卷流效应，提升油气混合均匀性，可以大幅度改善烟度排放并且提升燃油经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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示例或实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本实用新型应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

图1为本实用新型所提供的一种燃烧室的剖视示意图；

图2为本实用新型所提供的一种燃烧室的仿真示意图；

图示中，100为基体、110为顶面、200为第一回卷区、300为第二回卷区、400为第一分流脊、500为挤流区、600为第二分流脊、700为中心凸起。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

发动机(Engine)是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机(往复活塞式发动机)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、喷气发动机、电动机等。

燃烧室:由活塞顶部、气缸盖底面以及中间气缸套内壁组成的封闭空间。

有效容积占比：活塞中间凹坑容积与上止点时刻燃烧室总容积的比值。

柴油机低油耗、低排放需求越来越大，高压缩比燃烧系统逐渐得到了重视并逐渐应用到柴油机性能提升中，目前中重型增压柴油机的压缩比普遍已经提升到20及以上，但是随着发动机压缩比的提升，一系列的问题也随之而来。

高压缩比燃烧系统的活塞凹坑容积即有效容积占比逐渐减小，燃烧组织能力变弱，油气混合均与性和混合速度降低，燃烧速度变慢，烟度排放恶化，导致高压缩比燃烧系统的燃烧热效率提升难度增加。传统高压缩比燃烧系统为了提升燃烧速度并降低烟度排放，会使用大流量多孔喷油器方案配合高涡流比进气系统，但是这样会增加缸内传热损失，并且高涡流进气系统比在进气道设计过程中为了保证进气系统具有足够高的涡流比，通常会牺牲一定的进气道流通性能，这会在一定程度上增加换气损失，降低缸内充气效率，不利于发动机功率的提升。

因此，需要设计有效提升油气混合速度和均匀性的燃烧室，成为本领域的技术问题。为了解决上述技术问题，下面结合附图对本实用新型技术方案进行介绍：

参见图1和图2，图1公开了一种燃烧室的剖视结构示意图；图2为本实用新型所提供的一种燃烧室的仿真示意图。

本实用新型实施例的燃烧室，包括基体100、第一回卷区200、第二回卷区300和第一分流脊400，其中：第一回卷区200和第二回卷区300呈卵形结构并凹设于基体100的顶面110，且第二回卷区300围绕第一回卷区200的周向布置；第一分流脊400位于第一回卷区200和第二回卷区300之间，以将喷油分流至第一回卷区200和第二回卷区300。

喷油首先撞击第一分流脊400位置处，并在第一分流脊400分流作用下，将油束分流至第一回卷区200和第二回卷区300。流向第一回卷区200的燃油形成底部空间的卷流效应，加快油气混合速度，提升油气混合的均匀程度，并且卵形结构通过增加燃烧室底部靠近中心处的容积引导混合气扩散的可以有效避免已燃混合气与新喷射出的燃油出现干涉；流向第二回卷区300的燃油通过第一分流脊400形成燃烧室上部空间靠近中心区域的卷流效应，有效促进燃烧室上部空间的油气混合过程，加快燃烧速度，如图2所示。可见，该燃烧室通过底部与上部空间的双卷流效应，提升油气混合均匀性，可以大幅度改善烟度排放并且提升燃油经济性。

可见，本实用新型实施例的燃烧室，其混合均匀性提高，从而能够降低发动机空气系统涡流比需求，以提升发动机充气效率。另外，由于采用双卷流效应，又能加快油气混合速度，提升油气混合均匀性，加快燃烧速度，使缸内燃烧更加充分，提升发动机燃油经济性。

另外，该燃烧室有效结合传统台阶型燃烧室与浅盆型燃烧室特点，减小燃烧室整体深度，增加其横向尺寸，可以有效降低燃烧室的涡流比需求，低涡流比需求首先可以降低进气系统的涡流比，有利于提升进气系统的流通能力，降低空气系统的泵气损失，提升发动机的充气效率。然后燃烧系统的涡流比降低，可以降低缸内高温气体与内壁面的传热损失，有利于进一步提升燃烧热效率。

上述燃烧室对任何缸内的直喷式柴油机燃烧室都适用，适用范围广泛。

需要说明的是，上述第一分流脊400包括分居两侧的第一弧形导流面和第二弧形导流面，第一弧形导流面与第一回卷区200平滑过渡连接，第二弧形导流面与第二回卷区300平滑过渡连接。一部分燃油在第一弧形导流面的作用下，导流至第一回卷区200，一部分燃油在第二弧形导流面的作用下，导流至第二回卷区300。

进一步的，本实用新型一些实施例中，第二回卷区300的最低点高于第一回卷区200的最高点。从而实现了第二回卷区300和第一回卷区200呈台阶布置，第一回卷区200对应燃烧室底部，第二回卷区300对应燃烧室的上部，从而实现了燃油在第一回卷区200和第二回卷区300的混合。

本实用新型实施例中，为了降低烟度排放，本实用新型实施例的燃烧室还包括挤流区500，挤流区500凹设于基体100的顶面110，并围绕第二回卷区300的周向布置。其中，该挤流区500可呈花瓣状布置于第二回卷区300的周向，还可呈环状结构布置于第二回卷区300的周向。通过设置挤流区500可，增加燃烧室顶部空间，充分利用挤流效应促进油气混合过程，降低烟度排放，并且有效提升了燃烧速度。

进一步的，挤流区500的最低点可高于第二回卷区300的最高点，挤流区500的最低点还可低于第二回卷区300的最高点，当挤流区500的最低点低于第二回卷区300的最高点时，挤流区500存在向基体100的底部凹陷的区域。

为了优化上述方案，挤流区500与第二回卷区300之间还设置有第二分流脊600，以将第二回卷区300的喷油分流至第二回卷区300和挤流区500。在第二分流脊600的作用下，使得第二回卷区300的燃油一部分分流至挤流区500处，一部分在卷流效应的作用下，在第二回卷区300的上方进行混合。

为了充分理解本实用新型的第二分流脊600，本实用新型具体介绍了第二分流脊600的结构，该第二分流脊600包括导流面和与导流面平滑过渡连接的挤流面，导流面凸出第二回卷区300，挤流面与挤流区500平滑过渡连接。其中，导流面凸出第二回卷区300使得，第二回卷区300的燃油在导流面的作用下，进行回卷；并在挤流面的作用下，引流至挤流区500。

需要说明的是，上述第一回卷区200为圆环结构，第一回卷区200的中部设置有中心凸起700，中心凸起700与第一回卷区200平滑过渡连接。

中心凸起700的最高点介于第二回卷区300的最高点和第二回卷区300的最低点之间。或者中心凸起700的最高点高于第二回卷区300的最高点，并低于挤流区500的最高点。

上述燃烧室为活塞的顶部区域，其中，燃烧室的基体100可以与活塞一体成型，还可组装在活塞上。当基体100与活塞一体成型时，基体100上设置有安装活塞环的沟槽。

本实用新型实施例还公开了一种燃烧系统，包括喷油器和如上述任一项的燃烧室，喷油器的喷孔与燃烧室的第一分流脊400对齐。由于上述燃烧室具有以上有益效果，包括该燃烧室的燃烧系统具有相应效果，此处不再赘述。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种发动机，包括如上述的燃烧系统。由于上述燃烧系统具有以上有益效果，包括该燃烧系统的发动机具有相应效果，此处不再赘述。

其中，在本实用新型实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

以上，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更多个该特征。

需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。本实用新型中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种燃烧室，其特征在于，包括基体、第一回卷区、第二回卷区和第一分流脊，其中：

所述第一回卷区和所述第二回卷区呈卵形结构并凹设于所述基体的顶面，且所述第二回卷区围绕所述第一回卷区的周向布置；

所述第一分流脊位于所述第一回卷区和所述第二回卷区之间，以将喷油分流至所述第一回卷区和所述第二回卷区。

2.如权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述第二回卷区的最低点高于所述第一回卷区的最高点。

3.如权利要求2所述的燃烧室，其特征在于，还包括挤流区，所述挤流区凹设于所述基体的顶面，并围绕所述第二回卷区的周向布置。

4.如权利要求3所述的燃烧室，其特征在于，所述挤流区的最低点高于所述第二回卷区的最高点。

5.如权利要求3所述的燃烧室，其特征在于，所述挤流区与所述第二回卷区之间还设置有第二分流脊，以将第二回卷区的喷油分流至第二回卷区和所述挤流区。

6.如权利要求5所述的燃烧室，其特征在于，所述第二分流脊包括导流面和与所述导流面平滑过渡连接的挤流面，所述导流面凸出所述第二回卷区，所述挤流面与所述挤流区平滑过渡连接。

7.如权利要求1至6中任一项所述的燃烧室，其特征在于，所述第一回卷区为圆环结构。

8.如权利要求7所述的燃烧室，其特征在于，所述第一回卷区的中部设置有中心凸起，所述中心凸起与所述第一回卷区平滑过渡连接。

9.如权利要求8所述的燃烧室，其特征在于，所述中心凸起的最高点介于所述第二回卷区的最高点和所述第二回卷区的最低点之间。

10.如权利要求8所述的燃烧室，其特征在于，所述燃烧室为活塞的顶部区域。

11.一种燃烧系统，其特征在于，包括喷油器和如权利要求1至10任一项所述的燃烧室，所述喷油器的喷孔与所述燃烧室的第一分流脊对齐。

12.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求11所述的燃烧系统。