一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室制造技术

本发明专利技术公开了一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，是由缸盖、进气门和排气门、活塞、气缸套、喷油器和火花塞包围的空腔。缸盖的进气侧蓬顶斜面由与活塞轴线夹角不同的两相连斜面构成，其上凹陷有球形避油坑；进气门座位置在垂直方向上高于进气侧蓬顶，两者共同形成一阶梯；喷油器为压电晶体外开式喷油器，与火花塞共同布置于气缸中心；活塞中央凸起，凸起顶面倾斜，其上凹陷有球形凹坑。本发明专利技术通过蓬顶上的阶梯实现逆滚流扫气、减少进气短路；通过避油坑、活塞凸起顶面以及活塞凹坑减少燃油湿壁；通过中置的外开式喷油器组织分层混合气。本发明专利技术可实现二冲程汽油机的高效扫气，优化燃油分层并减少燃油湿壁，有利于实现汽油机小型化。

Combustion chamber of direct injection two stroke cylinder direct injection gasoline engine

The invention discloses a combustion chamber of a direct injection gasoline engine with a two stroke cylinder, which is composed of a cylinder cover, an air inlet valve, an exhaust valve, a piston, a cylinder sleeve, an injector and a spark plug. The air inlet side of the cylinder head top bevel Peng composed of different angle with the axis of the piston two connected with the inclined plane, the depression has a spherical obstacle oil pit; intake valve seat position is higher than the air inlet side of the roof in the vertical direction, together forming a ladder; piezoelectric injector for external open injector and spark plug arranged in common the piston cylinder center; central bulge, convex top surface tilt, the concave spherical pit. The invention is realized through the roof of the ladder on inverse rolling sweep gas, reduce the short-circuit; by avoiding oil pit, the piston top surface and piston convex pits reduce fuel wetted wall; through the open fuel injector organization mid stratified mixture. The invention can realize the high efficiency scavenging of the two stroke gasoline engine, optimize the fuel layering and reduce the wet wall of the fuel oil, and is favorable to realize the miniaturization of the gasoline engine.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发动机
，特别是涉及一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室。
技术介绍
汽油机小型强化通过减小汽油机排量或降低发动机转速的方法，使汽油机运行于经济性较高的工况并同时降低摩擦损失，实现汽油机油耗的降低。二冲程汽油机点火周期为四冲程汽油机的一半，具有扭矩输出高、能量密度高、运行平稳等优点，是实现小型强化、提高汽油机效率的一种极具潜力的手段。然而，传统二冲程发动机受其结构和扫气过程限制，若直接用于实现小型强化并不能带来经济性的改善。首先，传统二冲程汽油机采用活塞运动控制气口扫气的换气方式，固定的气口开闭时刻导致在进气压力较高的条件下存在严重的进气短路现象，即新鲜充量未能有效扫除整个燃烧室的废气而直接流出排气口，进而导致在采用气道预混均质混合气时，油耗以及HC排放急剧增多。虽然可通过缸内直喷技术减少燃油的短路，但是进气能量的损失仍旧亟待解决。其次，传统二冲程汽油机的润滑方式会导致HC排放的增加。此外，进排气口的温差还可导致活塞变形，不仅降低了发动机的耐久性，还进一步增加进入燃烧室的润滑油量，加剧HC排放的恶化。为了解决上述问题，使二冲程的发动机运转模式能切实应用于汽油机的小型强化，提出了顶置气门二冲程汽油机的概念。这种汽油机基于传统四冲程汽油机的结构，通过凸轮轴型线的改变实现二冲程运转，结合较长的进、排气门重叠期来控制扫气过程，旨在通过不对称的气门相位改善进气短路。与此同时，顶置气门二冲程汽油机由于取消了扫气口结构，还大大减少了活塞的受热不均。此外，传统四冲程汽油机的润滑油供给方式也消除了润滑油进入燃烧室的现象。在顶置气门结构结合缸内直喷的基础之上，组织进气逆滚流扫气可进一步有效减少进气短路。进气逆滚流扫气的主要思想是使新鲜空气沿“进气门下方-进气门侧缸壁-活塞-排气侧缸壁-排气门”的扫气路径遍历燃烧室空间，将废气推挤出排气门。进气逆滚流可通过物理遮挡进气门上方进气、使空气尽量从进气门下方的流通截面进入气缸的方式实现，包括水平进气道内设置遮挡、进气门上方增加导气屏、进气门侧缸头增加竖直挡板、竖直进气道配合燃烧室蓬顶阶梯结构等方法。其中，竖直进气道配合燃烧室棚顶台阶结构的方法，可在组织进气逆滚流的同时减少进气流动损失，并通过气门定时和进气压力的控制灵活调节扫气效率。但是，顶置气门二冲程直喷汽油机的实际应用仍然面临缸内混合气组织和燃烧稳定性控制等方面的技术问题。首先，大负荷条件下缸内气体密度较高，且在大气门重叠角的限制下喷油定时较晚，不利于燃油的雾化破碎、蒸发、扩散以及形成火焰传播所必须的分层混合气，尤其在采用竖直进气道结合蓬顶阶梯结构改善充气和扫气时，缸盖内部结构为更先进的喷雾引导式直喷系统以及火花塞的布置提出了难题。同时，不管是中小负荷下采用高残余废气率还是大负荷下较强的缸内气体流动，均不利于火焰传播过程中早期初始火核的形成和发展，导致早期燃烧稳定性较低，着火和燃烧相位难控制。此外，大负荷工况下还存在爆震和压力升高率较大的隐患，会导致发动机损伤。
技术实现思路
针对现有技术存在的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机在扫气、混合气分层和燃烧控制方面的难题，本专利技术提供一种燃烧室。该燃烧室基于采用竖直进气道和蓬顶阶梯结构的顶置气门二冲程汽油机，配有喷雾引导型缸内直喷以及火花点火功能，在降低进气短路、调控扫气效率的同时，可在整个负荷范围内灵活组织混合气分层、维持稳定燃烧，并减少燃油撞壁现象。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，是由缸盖、进气门和排气门、活塞、气缸套、以及喷油器和火花塞包围形成的空腔，所述缸盖位于气缸套上方，缸盖上设有两个进气门、两个排气门、喷油器和火花塞，所述活塞在发动机运行过程中在气缸套内沿气缸中心方向往复运动；所述缸盖为蓬顶型，所述活塞为凹坑型活塞；所述喷油器为压电晶体外开式喷油器。所述缸盖的蓬顶包括位于进气门侧和排气门侧相对的两侧蓬顶面，进气门侧的蓬顶面由靠近气缸中心的第一蓬顶斜面和靠近进气侧壁的第二蓬顶斜面构成，所述第一蓬顶斜面与所述第二蓬顶斜面相连，所述第一蓬顶斜面与所述活塞轴线的夹角小于所述第二蓬顶斜面与所述活塞轴线的夹角；排气门座根部位于排气门侧蓬顶面上；进气门座根部所在平面与所述第二蓬顶斜面平行，但在其垂直方向上比所述第二蓬顶斜面高，且进气门座通过其下方与进气门座同轴且直径大于进气门座的圆孔与燃烧室连通，该圆孔与所述的第一蓬顶斜面和第二蓬顶斜面分别相交，从而使所述第一蓬顶斜面与圆孔内表面相交后在进气门上方靠近缸盖中心的一侧形成一阶梯，所述阶梯用于在进气门升程较低时防止进气门上方的新鲜空气经由缸盖顶部直接流入排气门、减少顶置气门二冲程缸内直喷汽油机的进气短路现象，同时使空气经由进气门下方进入燃烧室，并依次流经进气侧缸壁、活塞表面和排气侧缸壁，形成顺时针方向的滚流运动，将残余废气推挤出排气门，实现二冲程汽油机的扫气；在第一蓬顶斜面和第二蓬顶斜面连接处，且位于两个进气门之间，设有球形避油坑，所述球形避油坑的中心位于所述喷油器的中心线上，以避免油束与第一蓬顶斜面相撞，减少燃油湿壁；所述喷油器和火花塞均安装于所述缸盖的中心部位，其中，所述喷油器和火花塞布置于垂直于燃烧室的纵剖面的方向，所述喷油器的喷孔和所述火花塞的电极位于气缸中心线的两侧，所述喷油器和所述火花塞均指向气缸中心线以及进气门的方向，从而使喷油器喷射的油束前端到达火花塞电极的中心，所述喷油器和火花塞之间相对距离的设定要同时满足布置冷却水套的空间以及二者与水套之间缸盖实体的强度要求，所述喷油器和火花塞的轴线方向的设定要同时满足二者不与进气道和排气道发生干涉以及二者与进气门座和排气门座之间缸盖实体的强度要求；所述活塞的顶部由中央凸起以及位于其中的凹坑构成；中央凸起在凹坑存在的基础上控制发动机的压缩比；中央凸起的表面是在圆锥回转面上由三个相连的截切平面截切后所形成的表面，三个截切平面均垂直于燃烧室纵剖面，三个截切平面包括第一截切平面、第二截切平面和第三截切平面，其中，第一截切平面与排气门座根部所在平面平行，第二截切平面与进气门座根部所在平面平行，以避免活塞在位于上止点时与蓬顶的干涉；第三截切平面位于第一截切平面和第二截切平面之间，所述第三截切平面与第一截切平面的相交线高于所述第三截切平面与第二截切平面的相交线，从而在燃油喷射方向上增大燃油与活塞之间的距离、减少燃油湿壁量；所述第一截切平面与圆锥回转面之间、所述第二截切平面与圆锥回转面之间均为圆滑过渡；所述凹坑的中心位于所述喷油器的中心线上，所述凹坑为开口式球形浅坑。进一步讲，本专利技术所述的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，其中，进气门和排气门头部外径相同，从而在保证充气和扫气效率的条件下，为所述喷油器和火花塞的布置预留更大空间。再进一步，本专利技术所述的顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，其中，火花塞的外径不大于10mm，为所述喷油器和火花塞的布置预留更大空间。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：将本专利技术用于顶置气门二冲程缸内直喷汽油机时，可以与可变气门定时机构、增压系统配合使用，根据工况需求调整扫气和充气效率，尤其在大负荷工况下可降低由于进气压力较高、气门重叠期较长所引起的进气短路现象；实现喷雾引导式缸内直喷，燃油液滴尺寸小、易于雾化蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，是由缸盖(1)、进气门(2)和排气门(3)、活塞(4)、气缸套(5)、以及喷油器(6)和火花塞(7)包围形成的空腔，所述缸盖(1)位于气缸套(5)上方，缸盖(1)上设有两个进气门(2)、两个排气门(3)、喷油器(6)和火花塞(7)，所述活塞(4)在发动机运行过程中在缸套内沿气缸中心方向往复运动；所述缸盖(1)为蓬顶型，所述活塞(4)为凹坑型活塞；所述喷油器(6)为压电晶体外开式喷油器；其特征在于：所述缸盖(1)的蓬顶包括位于进气门侧和排气门侧相对的两侧蓬顶面，进气门侧的蓬顶面由靠近气缸中心的第一蓬顶斜面(8)和靠近进气侧壁的第二蓬顶斜面(9)构成，所述第一蓬顶斜面(8)与所述第二蓬顶斜面(9)相连，所述第一蓬顶斜面(8)与所述活塞轴线的夹角小于所述第二蓬顶斜面(9)与所述活塞(4)轴线的夹角；排气门座(10)根部位于排气门侧的蓬顶面上；进气门座(11)根部所在平面与所述第二蓬顶斜面(9)平行，但在其垂直方向上比所述第二蓬顶斜面(9)高，且进气门座(11)通过其下方与进气门座(11)同轴且直径大于进气门座(11)的圆孔(12)与燃烧室连通，该圆孔(12)与所述的第一蓬顶斜面(8)和第二蓬顶斜面(9)分别相交，从而使所述第一蓬顶斜面(8)与圆孔(12)内表面相交后在进气门上方靠近缸盖中心的一侧形成一阶梯，所述阶梯用于在进气门升程较低时防止进气门上方的新鲜空气经由缸盖顶部直接流入排气门、减少顶置气门二冲程缸内直喷汽油机的进气短路现象，同时使空气经由进气门下方进入燃烧室，并依次流经进气侧缸壁、活塞表面和排气侧缸壁，形成顺时针方向的滚流运动，将残余废气推挤出排气门，实现二冲程汽油机的扫气；在第一蓬顶斜面(8)和第二蓬顶斜面(9)连接处，且位于两个进气门(2)之间，设有球形避油坑(13)，所述球形避油坑的中心位于所述喷油器(6)的中心线上，以避免油束与第一蓬顶斜面(8)相撞，减少燃油湿壁；所述喷油器(6)和火花塞(7)均安装于所述缸盖(1)的中心部位，其中，所述喷油器(6)和火花塞(7)布置于垂直于燃烧室的纵剖面的方向，所述喷油器(6)的喷孔和所述火花塞(7)的电极位于气缸中心线的两侧，所述喷油器(6)和所述火花塞(7)均指向气缸中心线以及进气门的方向，从而使喷油器(6)喷射的油束前端到达火花塞电极的中心，所述喷油器(6)和火花塞(7)之间相对距离的设定要同时满足布置冷却水套的空间以及二者与冷却水套之间缸盖实体的强度要求，所述喷油器(6)和火花塞(7)的轴线方向的设定要同时满足二者不与进气道和排气道发生干涉以及二者与进气门座(11)和排气门座(10)之间缸盖实体的强度要求；所述活塞(4)的顶部由中央凸起(14)以及位于其中的凹坑(15)构成；中央凸起(14)在凹坑(15)存在的基础上控制发动机的压缩比；中央凸起(14)的表面是在圆锥回转面上由三个相连的截切平面截切后所形成的表面，三个截切平面均垂直于燃烧室纵剖面，三个截切平面包括第一截切平面(16)、第二截切平面(17)和第三截切平面(18)，其中，第一截切平面(16)与排气门座(10)根部所在平面平行，第二截切平面(17)与进气门座(11)根部所在平面平行，以避免活塞在位于上止点时与蓬顶的干涉；第三截切平面(18)位于第一截切平面(16)和第二截切平面(17)之间，所述第三截切平面(18)与第一截切平面(16)的相交线高于所述第三截切平面(18)与第二截切平面(17)的相交线，从而在燃油喷射方向上增大燃油与活塞之间的距离、减少燃油湿壁量；所述第一截切平面(16)与圆锥回转面之间、所述第二截切平面(17)与圆锥回转面之间均为圆滑过渡；所述凹坑(15)的中心位于所述喷油器(6)的中心线上，所述凹坑(15)为开口式球形浅坑。...

【技术特征摘要】
1.一种顶置气门二冲程缸内直喷汽油机燃烧室，是由缸盖(1)、进气门(2)和排气门(3)、活塞(4)、气缸套(5)、以及喷油器(6)和火花塞(7)包围形成的空腔，所述缸盖(1)位于气缸套(5)上方，缸盖(1)上设有两个进气门(2)、两个排气门(3)、喷油器(6)和火花塞(7)，所述活塞(4)在发动机运行过程中在缸套内沿气缸中心方向往复运动；所述缸盖(1)为蓬顶型，所述活塞(4)为凹坑型活塞；所述喷油器(6)为压电晶体外开式喷油器；其特征在于：所述缸盖(1)的蓬顶包括位于进气门侧和排气门侧相对的两侧蓬顶面，进气门侧的蓬顶面由靠近气缸中心的第一蓬顶斜面(8)和靠近进气侧壁的第二蓬顶斜面(9)构成，所述第一蓬顶斜面(8)与所述第二蓬顶斜面(9)相连，所述第一蓬顶斜面(8)与所述活塞轴线的夹角小于所述第二蓬顶斜面(9)与所述活塞(4)轴线的夹角；排气门座(10)根部位于排气门侧的蓬顶面上；进气门座(11)根部所在平面与所述第二蓬顶斜面(9)平行，但在其垂直方向上比所述第二蓬顶斜面(9)高，且进气门座(11)通过其下方与进气门座(11)同轴且直径大于进气门座(11)的圆孔(12)与燃烧室连通，该圆孔(12)与所述的第一蓬顶斜面(8)和第二蓬顶斜面(9)分别相交，从而使所述第一蓬顶斜面(8)与圆孔(12)内表面相交后在进气门上方靠近缸盖中心的一侧形成一阶梯，所述阶梯用于在进气门升程较低时防止进气门上方的新鲜空气经由缸盖顶部直接流入排气门、减少顶置气门二冲程缸内直喷汽油机的进气短路现象，同时使空气经由进气门下方进入燃烧室，并依次流经进气侧缸壁、活塞表面和排气侧缸壁，形成顺时针方向的滚流运动，将残余废气推挤出排气门，实现二冲程汽油机的扫气；在第一蓬顶斜面(8)和第二蓬顶斜面(9)连接处，且位于两个进气门(2)之间，设有球形避油坑(13)，所述球形避油坑的中心位于所述喷油器(6)的中心线上，以避免油束与第一蓬顶斜面(8)相撞，减少燃油湿壁；所述喷油器(6)和火花塞(7)均安装于所述缸盖(1)的中心部位，其中，所述喷油器(6)和火花塞(7)布置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：何邦全，李之华，赵华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12