发动机的制作方法_3

文档序号:9301961阅读:来源:国知局
7的曲率半径r4可为23-27mm,优选为25mm,底壁第三直线段139优选是平行于气缸盖101底面的,并且底壁第三直线段139位于底壁第一直线段131的上方(斜上方),即底壁第三直线段139的设置高度大于底壁第一直线段131的设置高度。
[0085]上述设计方式可以使得活塞109的口径比保持在0.7-0.8之间,缩口比保持在0.8-0.9之间,并且是一种较优选的实施方式,利于柴油向燃烧室余隙扩散,从而有效降低HC排放。
[0086]同时结合图22所示,图22示出了根据本发明实施例的活塞108在采用上述线型设计之后,与原传统活塞进行的比对实验,从图22中可以看出,采用上述线型设计使得发动机1000的HC有害物质排放大大降低,降低NOx,利于燃烧的进行,提高了燃烧的充分程度。
[0087]在本发明的一些实施例中,第三直线段在活塞109处于上止点时与气缸盖101的底面Ml的距离在2.5mm-3.5mm之间,即K3 = 2.5mm-3.5mm(如图11所不),优选为3mm,即K3 = 3mm。通过合理地控制第三直线段与气缸盖101底面Ml的距离(活塞109处于上止点时),从而使得凹坑111能够形成浅盘型汽油燃烧的特点,提高燃烧效率,使燃烧更充分,降低排放。
[0088]为了使得柴油能够在活塞109压缩的过程中更好地被混合气导流入压缩余隙和淬熄区域,作为优选的实施方式,活塞109的顶面与活塞109的侧壁之间通过倒角118过渡,如图11所示,该倒角118角度可为45°,长度可为0.5-2mm,并且活塞109的压缩余隙K2为1-2.5mm。这里,压缩余隙指的是活塞109在上止点时活塞109的顶面与气缸盖101底面的距离。
[0089]由此,通过在活塞109顶部外缘设置倒角118且控制倒角118的长度在0.5_2mm,同时控制活塞109的压缩余隙在1-2.5mm之间,配合曲率半径在18_22mm的侧壁过渡段121,此三者的结合设计能使柴油在活塞109压缩过程中很好地被压缩的气体导流入压缩余隙和活塞109与气缸壁的淬熄区域,使此区域的燃烧混合物能具有更好的着火特性,能有效的降低HC的排放,提高燃油的利用率,降低油耗。
[0090]作为优选的实施方式,活塞109的顶面与活塞109的侧壁之间的倒角118长度在
1-1.5_,活塞109的压缩余隙为1.5-2_,由此能够使燃烧混合物具有更优的着火特性,提升发动机1000的燃油经济性,大大减少有害气体的排放。
[0091]结合图21所示,图21示出了根据本发明实施例的活塞108采用上述压缩余隙、侧壁过渡段121以及倒角118的结合设计相比原传统活塞进行的比对试验,从图21中可以看出,采用上述设计之后,可以使得发动机1000的HC有害物质排放大大降低,降低NOx,利于燃烧的进行,提高了燃烧的充分程度。
[0092]综上,根据本发明实施例的活塞109结构充分结合了传统的柴油“ ω ”型和浅盘型汽油燃烧的特点,通过对燃烧室线型的优化和创新设计,满足了双燃料发动机1000在不同工作模式下对燃烧室结构的需求。
[0093]同时,活塞109顶面的尺寸结构设计构成了活塞109较大的口径比和较小的缩口t匕,活塞109边缘的倒角118结构和活塞109顶面与气缸盖101底面的配合产生的较大的压缩余隙有利于柴油在压缩过程中被导入到压缩余隙与活塞109与气缸壁之间的淬熄区,能有效的降低HC排放,提高燃料的利用率。
[0094]此外,根据本发明实施例的活塞109在整体上形成浅“ ω ”型,面容比大大降低,从而降低了发动机1000在工作过程中对外的传热损失,提高了发动机1000的热效率。
[0095]另外,根据本发明实施例的发动机1000的气缸盖101的底面Ml为平面,配合这种“ ω ”型活塞109以及适宜的涡流比(例如1.5-5)和压缩比(例如14.8-15.5),从而在整体上提升了发动机1000的各项性能,降低了有害气体的排放。并且,根据本发明实施例的发动机1000可以以柴油发动机作为原型机进行改造。
[0096]下面参照图7-图10结合具体实施例对进气门108、排气门110以及火花塞105进行详细描述。
[0097]在本发明的实施例,火花塞105设置在气缸盖101上,例如火花塞105可通过螺纹结构紧固在气缸盖101上。火花塞105的设置位置关系到火焰传播距离、火焰面积扩展速率、燃烧速度等,对于起动时的排放有着重要影响。
[0098]发明人发现,如图10所示,通过将火花塞105偏置,即偏离气缸203的中心线M2设置,同时控制火花塞105与气缸盖101交点距离气缸203中心线的距离Kl对于起动时燃烧火焰以及燃烧速率的控制具有有益影响。
[0099]由此,在一些实施例中,火花塞105偏离对应气缸203的中心线M2设置,也就是说,火花塞105的中心线与对应气缸203的中心线M2是不重合的,并且优选地,火花塞105是位于排气侧的,如图7所示。
[0100]进一步,在一些实施例中,火花塞105的中心线与气缸盖101的底面的交点距离气缸203的中心线M2的距离Kl是气缸203直径D的0.35-0.45之间,即Kl = 0.35-0.45D。
[0101]由此,在起动发动机1000时,可以避免发生爆震现象,改善火焰面积扩展速率以及燃烧速率,均衡火焰传播距离,有效避免早燃,同时也方便发动机1000清扫废气,更好地改善点火困难问题,且大大提高了起动以及低速低负荷工况(此时火花塞105也可以参与点火工作)的工作稳定性。此外,由于根据本发明实施例的发动机1000具有柴油喷油器107,通过将火花塞105偏置,从而为柴油喷油器107的中心布置方式提供有效空间,避免二者在安装位置上发生干涉而影响发动机1000的性能。
[0102]作为优选的实施方式,火花塞105的中心线与气缸盖101的底面的交点距离气缸203的中心线的距离是气缸203直径的0.375-0.425之间,即Kl = 0.375-0.425D0
[0103]在本发明的实施例中,如图7所示,火花塞105的第一端伸入到对应的气缸203内,火花塞105的第二端穿过该气缸203对应的排气道104并向外延伸,这里的向外延伸指的是向背离燃烧室的方向延伸。通过这种布置,可以使得气缸盖101结构更加紧凑,同时避免与柴油喷油器107发生干涉,火花塞105穿过排气道104可以最大限定地节约布置空间,同时对于排气性能影响较小,大大提高了气缸盖101顶面的空间利用率。
[0104]作为进一步优化的实施例,如图8所示,每个气缸203对应的排气道104为两个,两个排气道104的尾部彼此靠近并紧邻以形成共用通道112,火花塞105的第二端可以穿过该共用通道112并向外延伸。这样,火花塞105位于两个排气道104的正中,使得气缸盖101的整体结构更加紧凑,空间利用率更高,利于减少机体组占用的体积,特别为配气机构以及柴油喷油器107的布置提供了便利。
[0105]发明人发现,对于传统发动机1000而言,其火花塞105 —般居中布置,且火花塞105的中心线与气缸203的中心线重合。而本申请中火花塞105偏置设置,因此火花塞105的设置角度对火焰面积扩展速率以及燃烧速率会产生一定的影响。
[0106]发明人发现,将火花塞105倾斜设置可以改善这一情况,因此在本发明的一个实施例中,火花塞105相对于该火花塞105对应的气缸203倾斜设置,即火花塞105的中心线与气缸203的中心线是不平行的,如图10所示。
[0107]进一步,在一些实施例中,如图10所示,火花塞105的中心线与对应气缸203的中心线的夹角β6在20° -30°之间。由此,可以改善火焰面积扩展速率以及燃烧速率,均衡火焰传播距离,有效避免早燃,同时也方便发动机1000清扫废气,更好地改善点火困难问题。
[0108]此外,将火花塞105倾斜设置还有利于火花塞105穿过排气道104,避免与配气机构等结构发生干涉。
[0109]作为优选的实施方式,如图10所示,火花塞105的中心线与对应气缸203的中心线的夹角β6在23° -26°之间。
[0110]由此,不仅可以有效避免液态燃油碰撞火花塞105以及向火花塞105供应过浓的混合气而在火花塞105上形成积碳,还权衡了火花塞105附近的冷却效果。同时通过采用柴油喷油器107与火花塞105较大间距的布置形式,且火花塞105倾斜布置于排气侧,从而利于提高火焰面积扩展速率以及燃烧速率,均衡火焰传播距离,从而更好地避免早燃。此外,这种角度设计也最有利于穿过排气道104,避免与其它结构发生干涉。
[0111]下面结合图9对进气门108和排气门110进行描述。
[0112]由于根据本发明实施例的气缸盖101上不仅要布置柴油喷油器107,同时还要布置火花塞105,因此对气缸盖101的结构要求较高,同时也增加了配气机构的布置难度。
[0113]结合图7和图9所示,由于进气门108封闭进气道103末端(燃烧室处)的进气口 102且进气门108的中心线与该进气口 102是大致正交的,类似地,排气门110封闭排气道104头端(燃烧室处)的排气口 106且排气门110的中心线与该排气口 106是大致正交的,因此进气门108以及排气门110的设置角度间接反映了该进气口 102与气缸盖101底面Ml以及排气口 106与气缸盖101底面Ml之间的夹角。
[0114]例如,以进气门108与通过发动机1000的纵向中心线200的竖直平面M3 (M3如图9所示)的夹角为5°为例,则该进气门108与气缸盖101底面Ml的夹角为85°左右,而由于该进气口 102与进气门108是大致正交的,因此该进气口 102与气缸盖101底面的夹角在5°左右,从而可以认为进气道103特别是进气道103尾段与气缸盖101的底面夹角即为
5°左右。
[0115]类似地,以排气门110与上述竖直平面M3的夹角为5°为例,则该排气门110与气缸盖101底面Ml的夹角为85°左右,而由于该排气口 106与排气门110是大致正交的,因此该排气口 106与气缸盖101底面的夹角在5°左右,从而可以认为排气道104特别是排气道104初始段与气缸盖101的底面夹角即为5°左右。
[0116]简言之,进气门108和排气门110的设置角度间接反映了排气道104(特别是排气道104的尾段,可以认为是排气口 104)以及进气道103 (特别是进气道103的初始段,可以认为是进气口 102)与气缸盖101底面的夹角。即,如图9所示,可以近似地认为β? =β 4,β 2 = β 5ο
[0117]而基于此,发明人发现,通过合理设计进气道103(间接反映进气口 102)、排气道104 (间接反映排气口 106)与气缸盖101底面Ml的夹角,从而不仅能够方便设计气缸盖101,降低气缸盖101的内部构造(例如为柴油喷油器107、火花塞105、各种气道、水套)的设计难度,同时特别地,通过合理设计该夹角,从而保证发动机1000在各转速下均具有较佳地扩散燃烧阶段的混合速率,并在达到一定范围内时能够增大湍流强度,进而利于燃烧过程的顺利进行,同时降低烟度。
[0118]发明人发现,通过将进气口 102和排气口 106设计成与气缸盖101底面Ml的夹角β4、β5分别在0° -6°之间,对燃烧过程的顺利进行以及烟度的降低具有显著效果。因此,在本发明的一些实施例中,进气门108的中心线与通过发动机1000的纵向中心线的竖直平面M3的夹角β 2为0° -6°之间,类似地,排气门110的中心线与该竖直平面M3的夹角β I也在0° -6°之间。
[0119]由此,进气门108与排气门110之间的夹角小于12° ,即气门夹角相对较窄,这种较窄的气门夹角可使气缸盖101结构紧凑,减少冷却损失并得到最佳的表面积/容积。
[0120]作为优选的实施方式,进气门108的中心线与排气门110的中心线之间的夹角β 3在10°内。其中,需要说明的是,这里的进气门108和排气门110的夹角指的是在发动机1000横向上彼
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