一种燃烧室与一种燃气发动机
阅读说明：本技术 一种燃烧室与一种燃气发动机 (Combustion chamber and gas engine ) 是由 吕顺 李卫 高克营 唐国鹏 钟绍海 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种燃烧室与一种燃气发动机,燃烧室应用于具有至少两个进气喉口和至少两个排气喉口的燃气发动机,该燃烧室包括位于活塞的顶部并相对活塞上顶面向下凹陷的燃烧室凹坑,燃烧室凹坑与活塞纵截面的交线为圆弧线,燃烧室凹坑内设有分隔凸筋,分隔凸筋由燃烧室凹坑的底部向上延伸并将燃烧室凹坑分隔成两个导流坑,导流坑包括位于进气喉口的下方的入射导流部和位于排气喉口的下方的出射导流部,导流坑的壁面与分隔凸筋的相接处为圆滑过渡面。由于燃烧室凹坑被分隔凸筋分隔成两个导流坑,因此,两侧的进气喉口的进气在燃烧室内形成了两股旋转方向相反的大尺度滚流运动,有利于压缩末期湍动能的提升,有利于发动机的快速燃烧。(The invention discloses a combustion chamber and a gas engine, wherein the combustion chamber is applied to the gas engine with at least two air inlet throats and at least two air outlet throats, the combustion chamber comprises a combustion chamber pit which is positioned at the top of a piston and is sunken downwards relative to the upper top surface of the piston, the intersection line of the combustion chamber pit and the longitudinal section of the piston is an arc line, a separation convex rib is arranged in the combustion chamber pit, the separation convex rib extends upwards from the bottom of the combustion chamber pit and separates the combustion chamber pit into two diversion pits, each diversion pit comprises an incident diversion part positioned below the air inlet throat and an emergent diversion part positioned below the air outlet throat, and the joint of the wall surface of each diversion pit and the separation convex rib is a smooth transition surface. Because the combustion chamber pit is divided into two diversion pits by the separation convex rib, the air inlet of the air inlet throats on the two sides forms two large-scale tumble motions with opposite rotation directions in the combustion chamber, so that the improvement of the turbulent kinetic energy at the last stage of compression is facilitated, and the rapid combustion of an engine is facilitated.)
技术领域
本发明涉及发动机
技术领域
，尤其涉及一种燃烧室与一种燃气发动机。背景技术
随着燃气发动机技术的发展，目前越来越多的发动机制造商开始在柴油发动机的基础上设计开发燃气发动机。由于柴油发动机的燃烧方式的特殊性，需要发动机燃烧室在进气的过程组织气流产生足够的涡流比。但是，燃气发动机并不需要过多的涡流，而是需要组织气流更多的形成旋转中心轴线和缸套中心轴线垂直的滚流。也就是说，对于燃气发动机，只有有效的产生足够的滚流，才能达到优化燃烧的目的。
现有气体机的活塞及气缸盖结构一般在柴油机的基础上改造而成，活塞的燃烧室01多采用浅盆形结构，如图1所示。同时，现有的进气道多为旋流气道，在进气过程中形成较强的绕气缸中心轴线的涡流运动。由于存在大尺度涡流，可以近似为刚体圆周运动，确保缸内湍动能维持在较高水平，但是大尺度流动会影响火焰发展形态，循环变动高。挤流是指活塞表面的某一部分和气缸盖彼此靠近时产生的纵向和横向气流运动。得益于压缩末期的挤流运动，火焰横向传播速度较快，但是燃烧室01内的火焰纵向传播速度慢，不利于气体燃料的预混燃烧，如图1所示，位于火花塞03附近的矩形虚线框区域为火焰传播低速区02，本文中所述的横向是指沿气缸径向，纵向是指沿气缸轴向。
另外，对于四气门发动机，现有技术方案中，气缸盖下方在两个进气门中间的区域是通过两个进气道支路流出的高速射流相互冲撞的区域，即，两股进气气流在该区域会相互干扰，合成的高速射流区来回摆动，导致进气气流的流动能量大幅损失，不仅影响了燃烧室内滚流的形成，而且在压缩冲程的末期使得湍动能处于较低水平，很难达到加速燃烧的效果。
因此，如何有助于气体机燃烧室内生成滚流，改善燃气发动机的燃烧特性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃烧室，本发明在现有柴油机燃烧室结构的基础上通过结构改进，能够有助于进气气流在燃烧室内翻滚运动形成滚流，加快火焰传播速度，提高压缩末期湍动能，从而改善燃气发动机的燃烧特征，提高燃气发动机的热效率。本发明的另一个目的在于提供一种包括上述燃烧室的燃气发动机。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种燃烧室，应用于具有至少两个进气喉口和至少两个排气喉口的燃气发动机，包括位于活塞的顶部并相对活塞上顶面向下凹陷的燃烧室凹坑，所述燃烧室凹坑与活塞纵截面的交线为圆弧线，所述燃烧室凹坑内设有分隔凸筋，所述分隔凸筋由所述燃烧室凹坑的底部向上延伸并将所述燃烧室凹坑分隔成两个导流坑，所述导流坑包括位于所述进气喉口的下方的入射导流部和位于所述排气喉口的下方的出射导流部，所述导流坑的壁面与所述分隔凸筋的相接处为圆滑过渡面。
优选地，所述分隔凸筋在所述活塞上顶面的投影的延伸方向与进排气喉口中心连线的延伸方向平行。
优选地，两个所述导流坑相对于所述分隔凸筋呈对称分布。
优选地，两个所述导流坑相对于经过活塞中心线的所述活塞纵截面呈对称分布。
优选地，位于所述分隔凸筋的对侧的所述入射导流部的壁面设有沿所述活塞的径向向外凸起的入射导流槽，所述入射导流槽与所述活塞纵截面的交线为圆弧线，所述入射导流槽与所述入射导流部的其余壁面的相接处为圆滑过渡面。
优选地，所述入射导流槽的上端边缘和所述燃烧室凹坑的其余上端边缘均为圆弧线。
优选地，所述入射导流槽的上端边缘的半径为所述燃烧室凹坑的其余上端边缘的半径的1.05~1.2倍。
优选地，所述入射导流槽的上端边缘靠近所述出射导流部的一端与所述燃烧室凹坑的中心的连线为入射导流槽起始线，所述入射导流槽起始线与曲轴垂直方向线的夹角为20°~30°。
优选地，所述入射导流槽的上端边缘远离所述出射导流部的一端与所述燃烧室凹坑的中心的连线为入射导流槽宽度线，所述入射导流槽起始线与所述入射导流槽宽度线的夹角为20°~40°。
优选地，相邻两个所述进气喉口之间的气缸盖底面上设置有向下凸出的第一导流凸起，相邻两个所述排气喉口之间的所述气缸盖底面上设置有向下凸出的第二导流凸起。
优选地，所述分隔凸筋位于所述第一导流凸起和所述第二导流凸起的下方，且所述分隔凸筋的上端设有与所述第一导流凸起对应的第一避让坑以及与所述第二导流凸起对应的第二避让坑。
优选地，所述第一导流凸起在所述气缸盖底面上的投影的延伸方向与相邻两个所述进气喉口的中心连线方向垂直布置或交叉布置。
优选地，所述第一导流凸起在所述气缸盖底面上的投影的延伸方向的长度为所述进气喉口的直径的0.8~1.2倍。
优选地，所述第一导流凸起相对所述气缸盖底面凸出的高度为进气门的全升程的0.7~1.3倍。
优选地，所述进气喉口的底孔边缘设有偏心倒角，所述偏心倒角的回转中心相对所述进气喉口的中心向靠近所述排气喉口的方向偏离布置。
优选地，所述偏心倒角的回转中心与其所在的所述进气喉口的中心的连线为偏心倒角方向线，所述偏心倒角方向线与曲轴垂直方向线的夹角为20°~90°。
优选地，所述进气喉口的数量为两个，所述偏心倒角的回转中心相对所述进气喉口的中心向远离所述第一导流凸起的方向偏离布置。
本发明提供的燃烧室，应用于具有至少两个进气喉口和至少两个排气喉口的燃气发动机，包括位于活塞的顶部并相对活塞上顶面向下凹陷的燃烧室凹坑，所述燃烧室凹坑与活塞纵截面的交线为圆弧线，所述燃烧室凹坑内设有分隔凸筋，所述分隔凸筋由所述燃烧室凹坑的底部向上延伸并将所述燃烧室凹坑分隔成两个导流坑，所述导流坑包括位于所述进气喉口的下方的入射导流部和位于所述排气喉口的下方的出射导流部，所述导流坑的壁面与所述分隔凸筋的相接处为圆滑过渡面。
本发明的工作原理如下：
当发动机进气时，从进气喉口进入燃烧室的进气气流会沿着入射导流部进入导流坑内，在导流坑的圆弧面的导向作用下向上抛射并流出导流坑，从而形成滚流运动，由于燃烧室凹坑被分隔凸筋分隔成两个导流坑，因此，两侧的进气喉口的进气在燃烧室内形成了两股旋转方向相反的大尺度滚流运动，有利于压缩末期湍动能的提升，有利于发动机的快速燃烧。
本发明还提供了一种包括上述燃烧室的燃气发动机。该燃气发动机产生的有益效果的推导过程与上述燃烧室带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的浅盆形燃烧室的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中的气缸盖的结构示意图；
图3为本发明具体实施例中的燃烧室的进气效果示意图；
图4为本发明具体实施例中的排气喉口及冷却水套的放大示意图；
图5为本发明具体实施例中的偏心倒角布置方向示意图；
图6为本发明具体实施例中的活塞的俯视图。
图1中的附图标记的含义如下：
01-燃烧室、02-火焰传播低速区、03-火花塞；
图2至图6中的各项附图标记的含义如下：
1-进气喉口、2-排气喉口、3-第一导流凸起、4-第二导流凸起、5-气缸盖底面、6-冷却水套、7-排气门、8-进气门、21-密封面、61-水套延伸部、9-偏心倒角、10-偏心倒角方向线、11-曲轴垂直方向线、12-活塞、13-导流坑、14-分隔凸筋、15-入射导流槽、131-入射导流部、132-出射导流部、141-第一避让坑、142-第二避让坑、151-入射导流槽起始线、152-入射导流槽宽度线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参照图2至图6，图2为本发明具体实施例中的气缸盖的结构示意图；图3为本发明具体实施例中的燃烧室的进气效果示意图；图4为本发明具体实施例中的排气喉口及冷却水套的放大示意图；图5为本发明具体实施例中的偏心倒角布置方向示意图；图6为本发明具体实施例中的活塞的俯视图。
本发明提供了一种燃烧室，应用于具有至少两个进气喉口1和至少两个排气喉口2的燃气发动机，包括位于活塞12的顶部并相对活塞上顶面向下凹陷的燃烧室凹坑，燃烧室凹坑与活塞纵截面的交线为圆弧线，即，燃烧室凹坑的壁面为圆弧曲面，燃烧室凹坑内设有分隔凸筋14，分隔凸筋14由燃烧室凹坑的底部向上延伸并将燃烧室凹坑分隔成两个导流坑13，导流坑13包括位于进气喉口1的下方的入射导流部131和位于排气喉口2的下方的出射导流部132，导流坑13的壁面与分隔凸筋14的相接处为圆滑过渡面。
本发明的工作原理如下：
当发动机进气时，从进气喉口1进入燃烧室的进气气流会沿着入射导流部131进入导流坑13内，在导流坑13的圆弧面的导向作用下向上抛射并流出导流坑13，从而形成滚流运动，由于燃烧室凹坑被分隔凸筋14分隔成两个导流坑13，因此，两侧的进气喉口1在燃烧室内形成了两股旋转方向相反的大尺度滚流运动，有利于压缩末期湍动能的提升，有利于发动机的快速燃烧。进气气流经过进气门8进入燃烧室后形成的滚流运动的示意如图3中的带箭头的弯曲线所示。
需要说明的是，分隔凸筋14的作用是将燃烧室凹坑分隔成两部分，以便于将大部分进气气流引导形成两股大尺度的滚流运动，因此，分隔凸筋14的布置方向应该使两个导流坑13能够尽可能满足两股大尺度流动充满整个燃烧室的空间，优选地，分隔凸筋14在活塞上顶面的投影的延伸方向与进排气喉口中心连线（即进气喉口1的中心与排气喉口2的中心的连线）的延伸方向平行。如此设置，进气气流在进入导流坑13后沿着入射导流部131至出射导流部132的方向运动，从而能够向排气喉口2的下方区域传播，从而充满整个燃烧室空间。
进一步优选地，两个导流坑13相对于分隔凸筋14呈对称分布。如此设置，可以使两个导流坑13内的滚流强度保持一致，从而有助于火焰传播。
进一步优选地，两个导流坑13相对于经过活塞中心线的活塞纵截面呈对称分布。如此设置，使得燃烧室凹坑的中心与活塞中心线重合布置，从而进一步保证燃烧室内滚流分布更加均匀。
优选地，位于分隔凸筋14的对侧的入射导流部131的壁面设有沿活塞12的径向向外凸起的入射导流槽15，如图6所示，入射导流槽15与活塞纵截面的交线为圆弧线，即，入射导流槽15为由活塞上顶面向燃烧室凹坑底部延伸的圆弧曲面，入射导流槽15与入射导流部131的其余壁面的相接处为圆滑过渡面，目的是保证气流在流经相接处时减小阻力。
优选地，入射导流槽15的上端边缘和燃烧室凹坑的其余上端边缘均为圆弧线。如图6所示，燃烧室凹坑的主体的上端边缘为圆弧线边缘，入射导流槽15的上端边缘的半径比燃烧室凹坑的上端边缘的圆弧线边缘的半径更大，从而形成向外凸出的槽结构。当然，本发明还可以将入射导流槽15的上端边缘和燃烧室凹坑的其余上端边缘设计为椭圆弧线形状，或者其他曲线形状等，本文不再赘述。
为了保证进气气流能够更加顺利地进入入射导流部131，同时，避免入射导流槽15尺寸过大而影响活塞12的强度，优选地，如图6所示，入射导流槽15的上端边缘的半径R2为燃烧室凹坑的其余上端边缘的半径R1的1.05~1.2倍，即，R2＝（1.05~1.2）R1。
优选地，如图6所示，入射导流槽15的上端边缘靠近出射导流部132的一端与燃烧室凹坑的中心的连线为入射导流槽起始线151，入射导流槽起始线151与曲轴垂直方向线11的夹角α为20°~30°。其中，曲轴垂直方向线11是指与曲轴轴线延伸方向垂直的方向线。
优选地，如图6所示，入射导流槽15的上端边缘远离出射导流部132的一端与燃烧室凹坑的中心的连线为入射导流槽宽度线152，入射导流槽起始线151与入射导流槽宽度线152的夹角β为20°~40°。
优选地，相邻两个进气喉口1之间的气缸盖底面5上设置有向下凸出的第一导流凸起3，相邻两个排气喉口2之间的气缸盖底面5上设置有向下凸出的第二导流凸起4。第一导流凸起3可以避免相邻两个进气喉口1流出的高速进气射流相互冲撞，使得大部分进气气流从进气喉口1周向其他部位流向燃烧室，从而使得进气能量得以维持。对于具有两个进气喉口1的气缸盖来说，进气气流从其他方向射入燃烧室后，再通过第一导流凸起3的引导作用，可以在气缸内形成旋转方向相反的两股大尺度滚流运动，有利于压缩末期湍动能的提升，有利于燃气发动机的快速燃烧。同时，排气门7之间的第二导流凸起4特征也可以起到维持滚流的作用，还可以增大排气道流通能力，从而降低泵气损失，提升热效率。
优选地，分隔凸筋14位于第一导流凸起3和第二导流凸起4的下方，且分隔凸筋14的上端设有与第一导流凸起3对应的第一避让坑141以及与第二导流凸起4对应的第二避让坑142。设计避让坑结构的目的，是为了当活塞运行到达上止点附近时，避免两个导流凸起结构与分隔凸筋14结构的上端发生干涉。
需要说明的是，第一避让坑141与第二避让坑142的长度可设计为相等或不相等，优选地，本方案中的第一避让坑141的长度H1与第二避让坑142的长度H2均设计为第一导流凸起3的长度B的1.1~1.2倍，即，H1＝（1.1~1.2）B，H2＝（1.1~1.2）B。
优选地，第一导流凸起3在气缸盖底面5上的投影的延伸方向与相邻两个进气喉口1的中心连线方向垂直布置或呈锐角夹角，锐角夹角范围可选70°~90°或80°~90°之间。本方案中优选采用垂直布置的方式布置第一导流凸起3。另外，第二导流凸起4的布置方式与第一导流凸起3的布置方式类似，本文不再赘述。
优选地，第一导流凸起3在气缸盖底面5上的投影的延伸方向的长度（如图2所示的长度B）为进气喉口1的直径（如图2和图3中所示的直径D）的0.8~1.2倍，即，B＝（0.8~1.2）D。
优选地，第一导流凸起3相对气缸盖底面5凸出的高度（如图3所示的高度C）为进气门的全升程（记为LF）的0.7~1.3倍，即，C＝（0.7~1.3）LF。
优选地，进气喉口1的底孔边缘设有偏心倒角9，偏心倒角9的回转中心相对进气喉口1的中心向靠近排气喉口2的方向偏离布置，从而使得进气门在开启时与进气喉口1的底孔之间形成的环形间隙在靠近排气喉口2的一侧的宽度较大，从而有利于将大部分气流引导向排气侧流动。当进气气流进入气缸时，偏心倒角9可以引导气流向排气喉口2方向移动，进而有利于在气缸内形成大尺度滚流运动，有利于压缩末期破碎成小尺度湍流，加快燃烧。
优选地，偏心倒角9的回转中心与其所在的进气喉口1的中心的连线为偏心倒角方向线10，如图5所示，偏心倒角方向线10与曲轴垂直方向线11的夹角θ为20°~90°。其中，曲轴垂直方向线11是指与曲轴轴线延伸方向垂直的方向线。
优选地，进气喉口1的数量为两个，偏心倒角9的回转中心相对进气喉口1的中心向远离第一导流凸起3的方向偏离布置，如此布置，就可以使得两个进气喉口1的进气气流向相互远离的方向射入气缸内，在气缸内壁和活塞凹坑的进一步引导作用下，就可以形成两股大尺度的滚流运动，这也有利于维持进气能量。
优选地，每个排气喉口2连接有对应的分支排气道，两个排气门7之间的缸盖温度最高，叠加第二导流凸起4特征后，带来缸盖热裂风险。因此，两个分支进气道之间的冷却水套6需要进一步向下延伸。但是，受限于排气门座圈结构，冷却水套6的下移量不能太大，限制了冷却水套6向下进一步延伸。因此，本发明中采用无排气门座圈的方案，通过在气缸盖的排气喉口2内圈加工出与排气门7配合的密封面21，并进行热处理工艺以增强其耐磨性，排气门7就可以直接与气缸盖的排气喉口2接触落座。如此设置，就可以将相邻的两个分支进气道之间的冷却水套6设置进一步向下延伸的水套延伸部61，如图4所示，降低缸盖热裂风险。
进一步优选地，上述密封面21为经过淬火处理的热处理密封面。
本发明还提供了一种包括上述气缸盖的燃气发动机。该燃气发动机产生的有益效果的推导过程与上述气缸盖带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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