一种燃烧室及气体发动机制造技术

本发明专利技术公开了一种燃烧室及气体发动机，其中，燃烧室用于由柴油机改造成的气体发动机，该燃烧室与弱滚流气缸盖结构组合使用，该燃烧室包括位于活塞的顶部的燃烧室凹坑以及环绕燃烧室凹坑的周向的活塞顶面，活塞顶面包括进气侧活塞顶面和排气侧活塞顶面，进气侧活塞顶面高于排气侧活塞顶面，且进气侧活塞顶面与排气侧活塞顶面之间通过顶部平滑过渡面相接，燃烧室凹坑的表面为椭球形曲面的一部分，燃烧室凹坑在沿活塞的轴向的横截面为椭圆形横截面。本发明专利技术通过将燃烧室凹坑设计为半椭球形凹坑，在进气过程中可以强化滚流，将活塞顶面设计为进排气侧非等高结构，在压缩过程中进一步强化滚流，还能优化湍动能分布，加快火焰传播速度，降低爆震风险。降低爆震风险。降低爆震风险。

Combustion chamber and gas engine

【技术实现步骤摘要】
一种燃烧室及气体发动机


[0001]本专利技术涉及发动机
，尤其涉及一种燃烧室及气体发动机。

技术介绍

[0002]目前，天然气发动机的设计开发一般是在柴油发动机的基础上进行改造，对柴油机而言，旋流气道产生的涡流在一定程度上有助于油束与空气混合，从而实现高效率燃烧以及低污染物排放。而气体机为预混燃烧，燃料在进气过程已经与空气混合，火花塞点火生成火核之后，理想状态是在燃烧过程中缸内存在较高的湍动能。湍动能的提升会加快火焰传播速度，这对于改善气体机燃烧过程，降低循环变动意义重大。如果气体机中继续存在涡流这种大尺寸流动，在压缩末期，火花塞附近流速偏低，纵向流速也偏低，涡流无法破碎成小尺度湍流，导致湍动能较低，因此，大尺度涡流运动不利于气体机的预混燃烧，并且循环变动大。对于气体机，适当提高混合气的滚流强度可以提升湍动能，进而改善燃气燃烧特性。其中，涡流是指气体绕气缸中心轴线有组织的大尺度旋流运动；滚流是指气流绕与气缸中心轴线垂直轴线有组织的大尺度的旋流运动；另外，湍流与层流不同，湍流是指气流速度较高时在流场中产生的许多方向不固定的小尺度旋流。
[0003]由于柴油机的中间进气方式和铸造偏差，会导致涡流比一致性差，进而导致各缸一致性差。在柴油机的气门杆无法倾斜的前提下，无法做到类似汽油机的蓬顶型燃烧室，所以，滚流强度偏低，为了配合滚流，气体机通常采用直口活塞，而当前气体机燃烧速度仍较慢，需要对活塞进一步优化，加强滚流程度，提高火焰传播速度，提升发动机热效率。
[0004]现有的气体机活塞一般是在柴油机活塞基础上改造而成，活塞的燃烧室01多采用直口的盆形结构，如图1所示，由于存在大尺度涡流运动，会影响火焰发展形态，导致循环变动较高，另外，活塞顶部高度相同，进气门、排气门两侧产生挤流强度相近，火焰横向传播速度较快，但是火花塞03附近区域的纵向速度较低，湍动能较低且分布不合理，导致点火初期火焰传播速度较慢。如图1所示，位于火花塞03附近示意的虚线框区域为火焰传播低速区域02。与此同时，排气门侧较低的火焰传播速度会使爆震倾向增大。其中，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；爆震是指燃烧室内燃气点火后，火焰波尚未完全扩散，远处未燃的燃气即因为高温或者高压而自燃，其火焰波与正常燃烧的火焰波撞击而产生极大压力，使得发动机产生不正常的敲击声。本文中所述的横向是指沿气缸径向方向，纵向是指沿气缸轴向方向。
[0005]因此，如何优化气体机燃烧室以改善燃气燃烧过程，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种燃烧室及气体发动机，本专利技术通过优化燃烧室结构，并结合现有的弱滚流气道，有利于气缸内组织形成滚流，并能够改变湍动能的分布，从而有利于提高火焰传播速度，提升热效率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种燃烧室，用于由柴油机改造成的气体发动机，所述燃烧室与弱滚流气缸盖结构组合使用，所述燃烧室包括位于活塞的顶部的燃烧室凹坑以及环绕所述燃烧室凹坑的周向的活塞顶面，所述活塞顶面包括进气侧活塞顶面和排气侧活塞顶面，所述进气侧活塞顶面高于所述排气侧活塞顶面，且所述进气侧活塞顶面与所述排气侧活塞顶面之间通过顶部平滑过渡面相接，所述燃烧室凹坑的表面为椭球形曲面的一部分，所述燃烧室凹坑在沿所述活塞的轴向的横截面为椭圆形横截面。
[0008]优选地，所述活塞上方的气缸盖底面设有两个进气喉口，经过所述活塞的轴线并且与两个所述进气喉口的中心连线垂直的平面为活塞对称面，所述燃烧室与所述活塞对称面的交线包括依次相连的进气侧活塞顶面型线、燃烧室凹坑型线和排气侧活塞顶面型线，所述进气侧活塞顶面型线和所述排气侧活塞顶面型线均与所述活塞的轴线垂直。
[0009]优选地，所述椭圆形横截面的长轴方向与两个所述进气喉口的中心连线方向平行，所述燃烧室凹坑型线为圆弧线。
[0010]优选地，所述燃烧室凹坑与所述进气侧活塞顶面相接处对应的椭圆为进气侧凹坑椭圆，所述燃烧室凹坑的底部与所述进气侧活塞顶面的距离为所述进气侧凹坑椭圆的短轴长度的一半。
[0011]优选地，所述进气侧凹坑椭圆的长轴长度为活塞半径的1.4倍~1.6倍，所述进气侧凹坑椭圆的短轴长度为所述活塞半径的1.2倍~1.4倍。
[0012]优选地，所述顶部平滑过渡面在所述活塞对称面上的投影为顶部平滑过渡面型线，所述顶部平滑过渡面型线为圆弧线。
[0013]优选地，所述顶部平滑过渡面型线的半径为活塞半径的0.3倍~0.6倍。
[0014]优选地，所述进气侧活塞顶面和所述顶部平滑过渡面的相接处在所述活塞对称面上的投影位于所述活塞的轴线上。
[0015]优选地，所述进气侧活塞顶面与所述排气侧活塞顶面的高度差为活塞半径的0.05倍~0.2倍。
[0016]优选地，所述燃烧室凹坑的上边沿与所述活塞顶面之间通过圆角过渡面相接。
[0017]优选地，所述圆角过渡面的半径为活塞半径的0.05倍~0.1倍。
[0018]本专利技术通过将燃烧室凹坑设计为半椭球形凹坑形状，且燃烧室凹坑的横截面为椭圆形横截面，在进气过程中，可以使更多的气流进入到燃烧室凹坑内，进而使主滚流方向滚流强化。本专利技术将活塞顶面设计为进气侧高于排气侧的非对称结构，在压缩过程中，活塞顶面的非等高特征可以使进、排气两侧产生的挤流强度不同，从而引导气流从进气门一侧向排气门一侧流动，进而加强燃烧室内的滚流强度。同时，活塞顶面的非等高设计可以使进气侧与排气侧的压缩余隙不同，使气流从进气门一侧向排气门一侧流动，增大火花塞附近的气流速度，优化点火时刻火花塞附近的湍动能分布，加快火焰传播速度，同时加快排气门侧附近区域的燃烧速度，能够有效降低爆震风险。另外，活塞顶面不同高度部分之间采用大圆角过渡的特征，不仅能够减少由于顶部非等高产生的涡流强度损失，而且能够有效降低过渡部分的热负荷，降低爆震风险，提升活塞可靠性。
[0019]本专利技术还提供了一种包括上述任一种燃烧室的气体发动机。该气体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
[0020]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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。
[0021]图1为现有技术中的直口盆形燃烧室的结构示意图；图2为本专利技术具体实施例中的活塞及燃烧室的结构示意图；图3为本专利技术具体实施例中的活塞及燃烧室的活塞对称面剖视图；图4为现有技术燃烧室与本专利技术燃烧室的标定点缸内滚流强度变化曲线；图5为现有技术燃烧室与本专利技术燃烧室的标定点缸内涡流强度变化曲线；图6为现有技术燃烧室与本专利技术燃烧室的标定点放热率变化曲线。
[0022]图1中：01为燃烧室；02为火焰传播本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃烧室，用于由柴油机改造成的气体发动机，所述燃烧室与弱滚流气缸盖结构组合使用，其特征在于，所述燃烧室包括位于活塞的顶部的燃烧室凹坑以及环绕所述燃烧室凹坑的周向的活塞顶面，所述活塞顶面包括进气侧活塞顶面和排气侧活塞顶面，所述进气侧活塞顶面高于所述排气侧活塞顶面，且所述进气侧活塞顶面与所述排气侧活塞顶面之间通过顶部平滑过渡面相接，所述燃烧室凹坑的表面为椭球形曲面的一部分，所述燃烧室凹坑在沿所述活塞的轴向的横截面为椭圆形横截面。2.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述活塞上方的气缸盖底面设有两个进气喉口，经过所述活塞的轴线并且与两个所述进气喉口的中心连线垂直的平面为活塞对称面，所述燃烧室与所述活塞对称面的交线包括依次相连的进气侧活塞顶面型线、燃烧室凹坑型线和排气侧活塞顶面型线，所述进气侧活塞顶面型线和所述排气侧活塞顶面型线均与所述活塞的轴线垂直。3.根据权利要求2所述的燃烧室，其特征在于，所述椭圆形横截面的长轴方向与两个所述进气喉口的中心连线方向平行，所述燃烧室凹坑型线为圆弧线。4.根据权利要求3所述的燃烧室，其特征在于，所述燃烧室凹坑与所述进气侧活塞顶面相接处对应的椭圆为进气侧凹坑椭圆，所述燃烧室凹坑的底部与所述进气侧活塞顶面的距离为所述进气侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫，耿国芳，王慧，
申请(专利权)人：潍柴动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：