双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于发动机中的活塞，更具体地说，本实用新型涉及一种用于天然气/柴油双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞。
【背景技术】
[0002]石油资源的日益匮乏与环境污染的日益严重是制约汽车行业发展的主要因素。在这种趋势下，天然气以其资源丰富和排放友好得到了广泛应用。按照目前天然气发动机的使用状况来看，主要分为天然气点燃式和天然气/柴油双燃料压燃式两类。天然气/柴油双燃料发动机虽然目前还没得到广泛应用，但在节能与环保方面均体现出了优势，具有良好的发展前景。它与传统的柴油机相比，天然气/柴油发动机可以同时降低NO和碳烟排放，使用天然气还可以降低对石油的依赖性；与天然气点燃式发动机相比，引燃柴油较多的火源加快了火焰的传播速度，可以采用较大压缩比，提高热效率。
[0003]但是，天然气/柴油双燃料发动机不可避免的存在一些问题，其中较为突出的问题是在小负荷下由于混合气浓度稀、缸内温度低、火焰传播速度慢等不利条件，易出现燃烧中断现象，从而导致天然气燃烧不完全，大量CH4没经过燃烧就排出缸外，造成大量的CH4排放。尤其在高替代率下问题更加严重。为了解决这一问题，可以通过优化设计燃烧室的形状，组织缸内湍流流动，提高混合气燃烧速度，改善天然气/柴油双燃料发动机的燃烧过程。目前国内外没有专门为天然气/柴油双燃料发动机设计的燃烧室，最常见的为沿用适用于柴油机的缩口 ω形燃烧室。而天然气/柴油双燃料发动机兼具点燃式和压燃式发动机两方面特点，单纯适用于汽油机、柴油机的燃烧室显然不是双燃料发动机的最佳选择，因而需要重新设计燃烧室。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是克服了天然气/柴油双燃料发动机小负荷下由于混合气浓度稀、缸内温度低、火焰传播速度慢等原因造成的天然气燃烧不完全、热效率低、CH4排放过高的缺点，提供一种用于天然气/柴油双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的:所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞即燃烧室式活塞顶端的中心处设置一个四角哑铃形燃烧室，四角哑铃形燃烧室的对称轴线与燃烧室式活塞的对称轴线共线；
[0006]所述的四角哑铃形燃烧室是由上部的四角形柱体孔、下部的哑铃形回转腔及过度圆环曲面组成；
[0007]上部的四角形柱体孔的底端与下部的哑铃形回转腔的顶端采用过度圆环曲面连接。
[0008]技术方案中所述的四角形柱体孔是由四段矩形平面及四段圆柱面组成，四段圆柱面与四段矩形平面相间布置，每段圆柱面与其两侧的矩形平面为相切连接，四角形柱体孔的对称中心线与燃烧室式活塞的回转中心线共线，四段矩形平面与燃烧室式活塞的回转中心线平行且距离相等，四段圆柱面的回转中心线与燃烧室式活塞的回转中心线平行且距离相等。
[0009]技术方案中所述的四段矩形平面的长度为42mm?44_，四段圆柱面的半径为3mm?4mm,四角形柱体孔的高度为3mm?4mm。
[0010]技术方案中所述的连接四角形柱体孔底端与哑铃形回转腔顶端的过度圆环曲面的曲面半径为3mm?4mm。
[0011]技术方案中所述的哑铃形回转腔包括外圆环圆弧面、凸台圆台面与底圆环圆弧面；凸台圆台面位于哑铃形回转腔的中心处，凸台圆台面的回转轴线、哑铃形回转腔的回转轴线与燃烧室式活塞的回转轴线共线；外圆环圆弧面的底端与底圆环圆弧面的外端连接，底圆环圆弧面的里端与凸台圆台面的底端连接。
[0012]技术方案中所述的底圆环圆弧面的里端与凸台圆台面的底端连接是指:采用小半径圆环圆弧面将底圆环圆弧面的里端和凸台圆台面的底端连接。
[0013]技术方案中所述的哑铃形回转腔的外圆环圆弧面的半径为1mm?11mm，凸台圆台面的底端直径为48mm?50mm，凸台圆台面的顶端直径为1mm?12mm，凸台圆台面的顶端面距四角哑铃形燃烧室顶部距离为4mm?5mm，底圆环圆弧面的半径为40mm?42mm，底圆环圆弧面的回转中心在哑铃形回转腔的内侧，小半径圆环圆弧面的半径为6mm?8mm。
[0014]与现有技术相比本实用新型的有益效果是:
[0015]1.与本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞最为接近的是日本小松微涡流燃烧室，与本实用新型适用领域不同。并且小松微涡流燃烧室上部的四角形和下部圆形的连接处直接用圆弧过度，本实用新型所述的燃烧室上部是高度为3?4_的四角形柱体，是上部直口形燃烧室，然后再用过度圆弧连接下部的圆形腔。小松微涡流燃烧室的凸台形状和大小也与本实用新型所述的燃烧室有很大不同，本实用新型所述的凸台较小松微涡流燃烧室大，这样的凸台对柴油起到引流的作用。
[0016]2.本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞相比于原机可以改变引燃柴油的着火位置，从而使柴油的着火点分布合理。
[0017]3.本实用新型所述的双燃料发动机中加工有四角哑铃形燃烧室的活塞相比于原机一方面由于可以产生较强的挤流与逆挤流，另一方面上部四角形、下部哑铃形截面变化引起的较强的涡流。两者共同实现了提高缸内的平均湍动能，组织缸内快速流动，提高天然气火焰传播速度的作用。
[0018]4.本实用新型所述的双燃料发动机中加工有四角哑铃形燃烧室的活塞在1335r/min、等能量25%负荷(与原柴油机25%负荷释放的能量相同)与90%替代率(天然气占总质量的90%)工况下进行数值模拟时，缸内最大爆发压力比原机缩口 ω形燃烧室提高9 %左右，提尚了动力性。
[0019]5.本实用新型所述的双燃料发动机中加工有四角哑铃形燃烧室的活塞在1335r/min、等能量25 %负荷与90 %替代率工况下进行数值模拟时，第一放热率峰值和原机相当，第二放热率峰值比原机高且对应的曲轴转角提前。
[0020]6.本实用新型所述的双燃料发动机中加工有四角哑铃形燃烧室的活塞在1335r/min、等能量25%负荷与90%替代率工况下进行数值模拟时，原机天然气剩余量接近30%，而用四角哑铃形燃烧室天然气剩余量为1%左右，大大降低了由于天然气未完全燃烧引起的CH4排放高的现象。Soot排放较原机降低3倍，NO较原机提高10%。
[0021]7.本实用新型所述的双燃料发动机中加工有四角哑铃形燃烧室的活塞比之前本课题组发明的八瓣哑铃形燃烧室性能稍差，但是加工工艺简单，可以节约成本，实现双燃料发动机燃烧室的合理匹配。
【附图说明】
[0022]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明:
[0023]图1为现有技术中加工有燃烧室的活塞的顶端中心处所设置的原机缩口 ω形燃烧室的主视图；
[0024]图2为现有技术中加工有燃烧室的活塞的顶端中心处所设置的原机缩口 ω形燃烧室的俯视图；
[0025]图3为本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞的顶端中心处所设置的四角哑铃形燃烧室的主视图；
[0026]图4为本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞的顶端中心处所设置的四角哑铃形燃烧室的俯视图；
[0027]图5为本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞的顶端所设置的四角哑铃形燃烧室与原机缩口 ω形燃烧室的缸内平均湍动能随曲轴转角的变化曲线；
[0028]图6为本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞的顶端所设置的四角哑铃形燃烧室与原机缩口 ω形燃烧室的缸内平均压力随曲轴转角的变化曲线；
[0029]图7为本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞的顶端所设置的四角哑铃形燃烧室与原机缩口 ω形燃烧室的缸内温度随曲轴转角的变化曲线；
[0030]图8为本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞的顶端所设置的四角哑铃形燃烧室与原机缩口 ω形燃烧室放热率随曲轴转角的变化曲线；
[0031]图9为本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞的顶端所设置的四角哑铃形燃烧室与原机缩口 ω形燃烧室燃料剩余百分比随曲轴转角的变化曲线；
[0032]图中:1.燃烧室式活塞，2.四角形柱体孔，3.哑铃形回转腔，4.过度圆环曲面。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本实用新型作详细的描述:
[0034]参阅图1至图2，图中为目前双燃料发动机广泛采用的顶端加工有缩口 ω形燃烧室的活塞，该燃烧室上部为渐缩圆柱体形孔，底部为ω形回转腔，两者之间采用圆环曲面连接。
[0035]参阅图3，本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞即燃烧室式活塞I与现有技术所采用的活塞结构形状和尺寸是基本相同的，所不同的是现有技术中所述的活塞头部加工一个缩口 ω形燃烧室，而在本实用新型所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞即燃烧室式活塞I顶端的中心处设置一个四角哑铃形燃烧室，四角哑铃形燃烧室