一种在柴油机基础上改用汽油点燃发动机的燃烧系统的制作方法

本发明涉及发动机技术领域，更具体的说，是涉及一种在柴油机基础上改用汽油点燃发动机的燃烧系统。

背景技术：

在柴油机基础上改用汽油燃料的点燃式发动机能够利用原柴油机平台的高机体强度，采用高压缩比、高增压、废气稀释等先进的燃烧控制技术实现全工况范围内的高效清洁燃烧。然而，上述技术的应用效果很大程度上取决于缸内的气流运动及湍动能水平。现有柴油机平台多采用平底缸盖、螺旋进气道及ω型燃烧室，缸内流动以涡流为主，其主要作用是为增加柴油和空气的混合程度及混合速率，并不适合点燃式发动机的火焰传播。当改用汽油点火燃烧时，需要对该燃烧系统结构进行进一步改进，提高近上止点缸内的湍动能水平，提高火焰传播速度，降低爆震倾向。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种在柴油机基础上改用汽油点燃发动机的燃烧系统，通过进气道和燃烧室结构的优化设计打破缸内有序的涡流场，增加纵向滚流强度，提高缸内湍流强度，尤其是近上止点火花塞位置的湍流强度，从而提高火焰传播速度，降低爆震倾向，提高缸内最大爆发压力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明在柴油机基础上改用汽油点燃发动机的燃烧系统，包括气缸和缸盖，所述缸盖上部设置有与气缸内部连通的复合进气道和两条排气道，所述复合进气道由螺旋进气道和切向进气道组成；所述螺旋进气道由依次连接的螺旋进气道入口、直流段、向下盘旋的螺旋段以及螺旋进气道出口组成，所述螺旋进气道出口设置于缸盖上，并与气缸内部连通；所述切向进气道的入口端为切向进气道入口，出口端为切向进气道出口，所述切向进气道出口设置在缸盖上，并与气缸内连通；两条排气道相互平行，两条排气道的排气道入口分别设置于缸盖上并与气缸内部连通，两条排气道的排气道出口处合二为一相连通；

所述缸盖底面中心位置安装有火花塞，所述气缸内设置有活塞，所述缸盖底面、气缸内壁面和活塞顶面围成的空间作为燃烧室，所述活塞顶面设置为整体呈下凹对称的圆弧面，所述圆弧面的贯通方向与螺旋进气道出口和切向进气道出口底面中心连线垂直。

所述螺旋进气道的螺旋段顶部设置有用于固定和导向进气门阀杆的第一圆孔，且所述第一圆孔位于螺旋进气道出口的中心轴线上。

所述切向进气道的顶部设置有用于固定和导向进气门阀杆的第二圆孔，且所述第二圆孔位于切向进气道出口的中心轴线上。

所述两条排气道的顶部均设置有用于固定和导向排气门阀杆的第三圆孔，且所述第三圆孔位于排气道入口的中心轴线上。

所述螺旋进气道入口与切向进气道入口的形状一致，所述螺旋进气道入口、切向进气道入口和排气道出口所在的竖直平面均与缸盖底面所在水平面垂直。

所述螺旋进气道入口的水平中轴线距离缸盖顶面之间的高度与所述切向进气道入口的水平中轴线距离缸盖顶面之间的高度相同，均为气缸内径的50-60％。

所述螺旋进气道出口和切向进气道出口以缸盖的一条径向中心轴线为对称轴左右对称分布，两个所述排气道入口以缸盖的同一条径向中心轴线为对称轴左右对称分布。

所述活塞顶面的圆弧面的半径为气缸内径的90-97％，所述活塞顶面的下凹处的最大深度为气缸内径的8-15％。

所述复合进气道或缸盖底面设置有燃油供给与喷射系统。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明是在保留原有柴油机平底缸盖的基础上，通过螺旋进气道和切向进气道的设计在缸内形成斜轴涡流，配合整体下凹的圆弧活塞顶面实现对气流运动的引导，有效提高缸内纵向的滚流强度及保持能力，进而通过压缩冲程末期大尺度滚流破碎增加近上止点缸内的湍流强度，尤其是火花塞点火位置的湍流强度，从而加快火焰的传播速度，降低爆震倾向，提高缸内最大爆发压力，使得发动机改用汽油燃料后仍可实现相对较高的热效率及升功率，保证发动机在改用汽油燃料后仍具有较好的动力性及经济性，使其满足在中重型商用车或增程式混合动力系统的应用要求。

附图说明

图1为本发明燃烧系统中进排气道整体结构及布置示意图；

图2为本发明燃烧系统在a-a截面的剖面图；

图3为本发明燃烧系统在b-b截面的剖面图。

附图标记：1螺旋进气道，2切向进气道，3-1螺旋进气道入口，3-2切向进气道入口，4直流段，5螺旋段，6-1螺旋进气道出口，6-2切向进气道出口，7-1第一圆孔，7-2第二圆孔，8缸盖，9排气道，10排气道出口，11排气道入口，12火花塞，13气缸，14活塞，15第三圆孔。

具体实施方式

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

如图1至图3所示，本发明在柴油机基础上改用汽油点燃发动机的燃烧系统，包括气缸13、缸盖8、复合进气道、两条排气道9、火花塞12、燃油供给与喷射系统。所述复合进气道和两条排气道9设置于缸盖8上部，且与气缸13内部连通。

所述复合进气道由螺旋进气道1和切向进气道2组成，并与排气道9相对布置。所述螺旋进气道1由依次连接的螺旋进气道入口3-1、直流段4、向下盘旋的螺旋段5以及螺旋进气道出口6-1组成，所述螺旋进气道出口6-1设置于缸盖8上，并与气缸13内部连通。所述螺旋进气道1的螺旋段5顶部设置有一个用于固定和导向进气门阀杆的第一圆孔7-1，且所述第一圆孔7-1位于螺旋进气道出口6-1的中心轴线上。

所述切向进气道2的入口端为切向进气道入口3-2，所述切向进气道2的出口端为切向进气道出口6-2。所述切向进气道出口6-2设置在缸盖8上，并与气缸13内部连通。所述切向进气道2的顶部设置有一个用于固定和导向进气门阀杆的第二圆孔7-2，且所述第二圆孔7-2位于切向进气道出口6-2的中心轴线上。

所述螺旋进气道入口3-1与切向进气道入口3-2的形状一致，所述螺旋进气道入口3-1、切向进气道入口3-2和排气道出口10所在的竖直平面均与缸盖8底面所在水平面垂直。所述螺旋进气道出口6-1和切向进气道出口6-2以缸盖8的一条径向中心轴线为对称轴左右对称分布，两个所述排气道入口11以缸盖8的同一条径向中心轴线为对称轴左右对称分布。所述螺旋进气道入口3-1的水平中轴线距离缸盖8顶面之间的高度h1与所述切向进气道入口3-2的水平中轴线距离缸盖8顶面之间的高度h1相同，均为气缸内径d的50-60％。

两条排气道9相互平行，两条排气道9的入口端为排气道入口11，两条排气道9的排气道入口11分别设置于缸盖8上并与气缸13内部连通，两条排气道9的排气道出口10处合二为一相连通。两条排气道9的顶部均设置有用于固定和导向排气门阀杆的第三圆孔15，且所述第三圆孔15位于排气道入口11的中心轴线上。

所述缸盖8底面为沿水平方向设置的平面，在缸盖8底面中心位置安装有火花塞12，所述燃油供给与喷射系统安装在复合进气道或者缸盖8底面均可以。所述气缸13内设置有活塞14，所述缸盖8底面、气缸13内壁面和活塞14顶面围成的空间作为燃烧室。所述活塞14顶面设置为整体呈下凹对称的圆弧面，所述圆弧面的贯通方向与螺旋进气道出口6-1和切向进气道出口6-2底面中心连线垂直。所述活塞14顶面的圆弧面的半径为气缸内径d的90-97％，所述活塞14顶面的下凹处的最大深度为气缸内径d的8-15％。

实施例

本实施例中发动机的气缸内径d为85mm，压缩比为12，缸盖8为四气门结构。所述螺旋进气道入口3-1的水平中轴线距离缸盖8顶面之间的高度h1与所述切向进气道入口3-2的水平中轴线距离缸盖8顶面之间的高度h1相同，均为51mm。燃油供给与喷射系统安装在复合进气道中。如图2和图3所示，所述燃烧室由缸盖8底面、气缸13内壁面及活塞14顶面围成；所述活塞14顶面是整体呈下凹对称的圆弧面；如图1所示，所述圆弧面的贯通方向与所述螺旋进气道出口6-1和切向进气道出口6-2底面中心连线p垂直；如图2所示，所述圆弧面的半径r为81.3mm；所述活塞14顶面的下凹处的最大深度h2为12mm。

测试效果：本发明在保留原有柴油机平底缸盖的基础上，通过采用螺旋和切向的复合进气道在缸内形成斜轴涡流，配合整体下凹的圆弧活塞顶面引导气流运动，和原机相比，缸内纵向滚流强度增加1.25倍，在-30℃aatdc(接近点火时刻)，缸内平均湍动能水平增加21.3％，火花塞位置的湍动能增加26.6％，从而加快火焰的传播速度，降低爆震倾向，提高缸内最大爆发压力，使得发动机改用汽油燃料后仍可实现相对较高的热效率及升功率。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明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发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。