一种适用于柴油机改用汽油燃料的发动机燃烧系统的制作方法

本实用新型涉及发动机燃烧系统结构设计优化，特别是一种适用于柴油机改用汽油燃料的发动机燃烧系统。

背景技术：

重型柴油机碳烟及氮氧化物排放是造成当前环境污染的最主要因素之一，面临不断升级的排放法规，柴油机后处理系统也越来越为复杂，由此导致柴油机整体使用成本不断增加。针对这一问题，在原有柴油机基础上改用汽油燃料当量预混燃烧可通过配合三效催化器有效满足超低排放要求；另一方面，相比传统汽油机，以现有柴油机机体强度为基础可实现更高的缸内爆发压力，从而使得发动机在改用汽油燃料后仍可实现较高的升功率及热效率，满足商用车需求。汽油燃料预混燃烧过程受缸内气流运动影响较大，尤其是缸内湍流强度；然而当前柴油机燃烧系统多采用螺旋进气道及ω型燃烧室，其最初目的在于提高缸内直喷柴油与空气的混合速率及混合均匀程度，并不十分适用于汽油燃料预混燃烧，因此需对原有柴油机燃烧系统结构进一步加以改进，从而同时满足重型商用发动机性能及排放的要求。

技术实现要素：

本实用新型目的在于针对上述情况提供一种适用于在原有柴油机结构基础上改用点燃式汽油燃料预混燃烧的燃烧系统，通过进气道及活塞顶面结构设计最大限度改善汽油燃料预混燃烧过程，进而配合三效催化器，在后处理系统大为简化的条件下满足重型商用发动机性能及排放的要求。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于柴油机改用汽油燃料的发动机燃烧系统，包括由缸盖底面、气缸壁面及活塞顶面围成的燃烧室，两个进气门与两个排气门，两条进气道与两条排气道，火花塞及燃油供给与喷射系统，其特征在于，所述缸盖底面为平面，所述火花塞位于所述缸盖底面的中心位置；所述活塞顶面是整体呈下凹对称的圆弧面；两条进气道为整体呈直线型的切向进气道，并与两条排气道相对布置；两条进气道相互平行并在缸盖进气道入口处连通，两条排气道相互平行并在缸盖排气道出口处连通；所述进气道入口和排气道出口的所在平面均与所述缸盖底面垂直。

进一步讲，本实用新型中，所述活塞顶面下凹处的最大深度H为气缸直径D0的8-10％，且活塞顶面下凹处最低点的连线L与两个进气门的底面中心连线N平行、并与气缸中心轴线相交。

所述进气道的下壁面侧向轮廓线为直线段，记作第一直线段，所述第一直线段与缸盖底面的夹角为25-30°、与进气道入口的连接圆弧半径R2为15-20mm、与进气道喉口的连接圆弧半径R4为4-6mm。

所述进气道的上壁面侧向轮廓线包括直线段部分及圆弧段部分，该直线段部分记作第二直线段，所述第二直线段与所述第一直线段平行，所述第二直线段与第一直线段的间距D1同所述进气道喉口的直径d的比值为1～1.2，所述第二直线段与进气道入口的连接圆弧半径R1为40-50mm；所述圆弧段部分与第二直线段相切，所述圆弧段部分的半径R3同进气道喉口的半径的比值为4～8，且该圆弧段部分的另一端与进气道喉口之间为圆弧连接，连接圆弧的半径R5为8-12mm。

与现有柴油机燃烧系统结构相比，本实用新型的有益效果是：切向进气道配合整体下凹的活塞顶面可通过对气流运动的引导，有效提高缸内纵向滚流强度及保持能力，进而通过在压缩上止点附近大尺度滚流破碎明显提高缸内湍流强度，从而加快火焰传播速率，降低爆震倾向，提高缸内最大爆发压力，保证发动机改用汽油燃料后使得仍可实现较高的热效率及升功率。

附图说明

图1为本实用新型燃烧系统进排气道及燃烧室结构示意图；

图2为本实用新型燃烧系统中进排气道整体结构及布置示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型的功能结构，下面结合附图和优选的实施例对本实用新型作详细说明，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，本实用新型提出的一种适用于柴油机改用汽油燃料的发动机燃烧系统，包括燃烧室，两个进气门5与两个排气门14，两条进气道1与两条排气道13，火花塞7及燃油供给与喷射系统。

所述燃烧室由缸盖底面8、气缸壁面9及活塞顶面10围成。所述缸盖底面8为平面，所述火花塞7位于所述缸盖底面8的中心位置；所述活塞顶面10是整体呈下凹对称的圆弧面，所述活塞顶面10下凹处的最大深度H为气缸直径D0的8-10％，且活塞顶面10下凹处最低点的连线L与两个进气门5的底面中心连线N平行、并与气缸中心轴线相交。

两条进气道1为整体呈直线型的切向进气道，并与两条排气道13相对布置；两条进气道1相互平行并在缸盖进气道入口4处连通，两条排气道13相互平行并在缸盖排气道出口12处连通，如图2所示；所述进气道入口4和排气道出口12的所在平面均与所述缸盖底面8垂直，如图1所示。

所述进气道1的下壁面侧向轮廓线2为直线段，记作第一直线段，所述第一直线段与缸盖底面8的夹角为25-30°、与进气道入口4的连接圆弧半径R2为15-20mm、与进气道喉口6的连接圆弧半径R4为4-6mm。所述进气道1的上壁面侧向轮廓线3包括直线段部分及圆弧段部分，该直线段部分记作第二直线段，所述第二直线段与所述第一直线段平行，所述第二直线段与第一直线段的间距D1同所述进气道喉口6的直径d的比值为1～1.2，所述第二直线段与进气道入口4的连接圆弧半径R1为40-50mm；所述圆弧段部分与第二直线段相切，所述圆弧段部分的半径R3同进气道喉口6的半径的比值为4～8，且该圆弧段部分的另一端与进气道喉口6之间为圆弧连接，连接圆弧的半径R5为8-12mm。

实施例：本实施例中发动机气缸直径D0为113mm，压缩比为12，缸盖为四气门结构。如图1和图2所示，该发动机燃烧系统包括由平底缸盖底面8、气缸壁面9与下凹活塞顶面10围成的燃烧室；两个进气门5与两个排气门14，两条进气道1与两条排气道13，火花塞7及燃油供给与喷射系统。如图2所示，两个进气门5与两个排气门14均对称分布于直线P两侧，其中，直线P通过气缸中心轴线并与活塞销孔11的中心轴线M垂直。活塞顶面10的下凹弧面为圆弧面，其轮廓线半径R6为154mm，圆弧面下凹的最大深度H为10.7mm，约为气缸直径D0的9.5％；圆弧面最低点的连线L与两个进气门5的底面中心连线N平行、并与气缸中心轴线相交。两条进气道1为整体呈直线型的切向进气道，并与两条排气道13相对布置；两条进气道1相互平行并在缸盖进气道入口4处连通，两条排气道13相互平行并在缸盖排气道出口12处连通；如图1所示，进气道入口4和排气道出口12所在平面均与缸盖底面8垂直。该实施例中，进气道喉口6的直径d为31mm。进气道1的下壁面侧向轮廓线2整体为直线段，记作第一直线段，其与缸盖底面8的夹角α为25°、与进气道入口4的连接圆弧半径R2为20mm、与进气道喉口6的连接圆弧半径R4为6mm。上壁面侧向轮廓线3主要由直线段及圆弧段两部分组成；该直线段部分记作第二直线段，第二直线段与第一直线段相平行，且与第一直线段的间距D1为35mm、与进气道入口4的连接圆弧半径R1为45mm；上壁面侧向轮廓线圆弧段部分与所述第二直线段相切，其半径R3为85mm，该圆弧段部分另一端与进气道喉口6仍呈圆弧连接，其连接圆弧半径R5为8mm。本实用新型中，在保留原有柴油机平底缸盖基础上，两直线型切向进气道配合气缸壁面及下凹活塞顶面可在进气行程中产生较强的缸内纵向滚流，并减少其在压缩行程中的动量衰减，增加滚流保持能力，进而通过上止点附近大尺度滚流破碎提高缸内湍流强度。

尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。