导流壁形天然气发动机快速燃烧室的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种导流壁形天然气发动机快速燃烧室，位于活塞的顶部设有燃烧室空腔，燃烧室空腔的对称轴线与活塞的对称轴线共线，燃烧室空腔为一四棱柱或四棱台腔体，燃烧室空腔的各侧壁中间位置均分别设有突出的导流壁面，该突起的导流壁面的横切轮廓呈现不对称分布，导流壁面的一侧与所在侧壁之间为圆弧面相连接，圆弧面形成了一导流面，导流面的半径为活塞直径的1/3，另一侧与所在侧壁垂直，燃烧室空腔的相邻侧壁之间均以半径为活塞直径1/4～1/5的圆弧面相连。本发明通过导流壁面的设计一方面引导气流在靠近燃烧室中心位置发生碰撞，另一方面引导气流撞向侧壁，使得大尺度涡流破碎，增加燃烧室内湍流强度，提高天然气发动机火焰传播速度。
【专利说明】 导流壁形天然气发动机快速燃烧室
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于天然气发动机中快速燃烧室，特别针对采用稀薄燃烧或废气再循环的当量比燃烧天然气发动机燃烧室中的应用。
【背景技术】
[0002]随着汽车保有量增加，石油资源短缺及环境污染问题日益严重，替代燃料及电动汽车迅速发展，天然气因其来源广泛，储量丰富，燃烧清洁，抗爆性强成为十分理想的替代燃料的选择，且其利用技术的开发成本远低于电动汽车，对于现有内燃机结构改动较小，此外天然气价格低，经济性好，因此其在发动机中的高效清洁利用技术的开发成为研究热点。
[0003]目前重型天然气发动机多采用稀薄燃烧及EGR技术，为满足日益严格的排放法规进一步降低氮氧化物排放(天然气几乎不产生碳烟)，需要进一步提高燃烧稀限，而天然气自身火焰传播速度慢，着火温度高，混合气过稀将使其着火困难甚至发生失火造成大量碳氢排放，因此提高其火焰传播速度十分重要。为满足更高要求的法规，实现超低排放，当量比燃烧配合三效催化器技术再次被重视，而为避免其热负荷过高及降低泵气损失，需采取较高比例的废气再循环，为避免热效率明显降低，保证天然气燃烧稳定迅速，也对提高其火焰传播速度提出要求。
[0004]为满足以上天然气发动机开发要求，重新设计燃烧室形状增加湍动能对于提高天然气火焰传播速度，满足稀燃及当量比燃烧技术应用的需求十分重要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于为稀燃或采用废气再循环的当量比燃烧天然气发动机提供一种快速燃烧室，增加缸内湍流强度，实现火焰快速传播，缩短燃烧持续期，在满足更高排放法规要求的同时提高热效率。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明一种导流壁形天然气发动机快速燃烧室，位于活塞的顶部设有燃烧室空腔，所述燃烧室空腔的对称轴线与所述活塞的对称轴线共线，所述燃烧室空腔为一四棱柱或四棱台腔体，所述燃烧室空腔的各侧壁中间位置均分别设有突出的导流壁面，该突起的导流壁面的横切轮廓呈现不对称分布，所述导流壁面的一侧与所在侧壁之间为圆弧面相连接，所述圆弧面形成了一导流面，所述导流面的半径为活塞直径的1/3，所述导流壁面的另一侧与所在侧壁垂直，所述燃烧室空腔的相邻侧壁之间均以半径为活塞直径1/4?1/5的圆弧面相连。
[0007]本发明导流壁形天然气发动机快速燃烧室，其中，所述燃烧室空腔呈敞口、直口或缩口布置，具体布置形式的选择是按所需挤流强度由弱到强可依次选取，所述燃烧室空腔顶部开口的边长在满足压缩比及活塞设计强度的前提下尽可能偏小；所述燃烧室空腔底部的厚度> 8mm，所述燃烧室空腔与活塞冷却油腔之间的壁厚> 8mm。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0009]本发明导流壁形天然气发动机快速燃烧室，本发明通过导流壁面的设计一方面引导气流在靠近燃烧室中心位置发生碰撞，另一方面引导气流与侧壁相撞，使得大尺度涡流打碎，增加燃烧室内湍流强度，提高天然气发动机火焰传播速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1-1为本发明燃烧室的结构主视剖视图；
[0011]图1-2示出了图1所示燃烧室的俯视图；
[0012]图2为上止点时刻实施例燃烧室内部湍动能场及气流运动示意图；
[0013]图中:1-活塞，2-燃烧室空腔，3-导流壁面，4-导流面，5-垂直面。
【具体实施方式】
[0014]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0015]如图1-1和图1-2所示，本发明导流壁形天然气发动机快速燃烧室，位于活塞I的顶部设有燃烧室空腔2，所述燃烧室空腔2的对称轴线与活塞I的对称轴线共线，且呈敞口的四棱台布置，所述燃烧室空腔2的每一侧壁的中间位置处均分别设有突出的导流壁面3，该向内(即向所述燃烧室空腔2的对称轴线方向)突起的导流壁面3的横切轮廓呈现不对称分布，所述导流壁面3的一侧为导流面4，该导流面4由自该侧面连接至所在侧壁的一圆弧面形成，该导流面3的半径为活塞直径的1/3，所述导流壁面3的另一侧是一与所在侧壁垂直的垂直面5，，本发明中该导流面3的布置应依据气流从进气道进入缸内形成的涡流旋转方向而定，以保证将气流引向靠近燃烧室中心位置，若从图1-1自上而下看，即如图1-2所示，气流顺时针旋转时，则导流壁面3的左侧与侧壁垂直，导流壁面3的右侧为导流面3，所述燃烧室空腔2的各相邻的侧壁之间均以半径为活塞直径1/4?1/5的圆弧面相连，燃烧室的各棱边均以半径为3?5mm圆弧面倒棱。
[0016]本发明中，所述燃烧室空腔2可以是敞口(即内腔为敞口四棱台)、直口(即内腔为四棱柱)或缩口(即内腔为缩口四棱台)布置，图1-1和图1-2示出的是敞口燃烧室空腔的实例，上述三种布置形式的选择是按所需挤流强度由弱到强依次选取敞口、直口和缩口，以增加挤流面积，进一步提高燃烧室性能；所述燃烧室空腔2顶部的开口边长在满足压缩比及活塞设计强度的前提下尽可能偏小，所述燃烧室空腔底部的厚度>8_，所述燃烧室空腔2与活塞冷却油腔之间的壁厚> 8mm。
[0017]实施例:
[0018]如图1-2所示，活塞I直径113mm，压缩比为12，在活塞I的顶部加工一呈敞口的四棱台腔体的燃烧室空腔2，在该燃烧室空腔2的每一侧壁的中心位置处均设有向内突起的导流壁面3。所述燃烧室空腔2顶部开口的边长为74mm，底部的边长为52mm，相邻侧壁之间以半径为15_的圆弧面B相连接,导流壁面3的轮廓头部的圆弧面直径1mm,该圆弧面B顶部的横切轮廓的圆弧中心O与所在侧壁的距离LI为11mm，底部横切轮廓圆弧中心P与侧壁的距离L2为2mm，导流壁面3 —侧的导流面4的圆弧半径为17.5mm,导流壁面3另一侧是与所在壁面相垂直的垂直面5，该垂直面5以半径为2_的圆弧面C与所在侧壁相连接，燃烧室空腔2的深度为30.5mm，侧壁与顶部平面之间、侧壁与底部平面之间的倒棱圆弧面C的半径均为3mm。本实施例设计的燃烧室，可以保证该燃烧室底部的最小壁厚大于8mm，燃烧室空腔与活塞冷却油腔最小距离8mm。[0019]图2示出可本实施例中点火时刻燃烧室内部湍动能场及气流运动示意图；如图2，利用燃烧室侧壁中心向内突起的导流壁面，顺着涡流运动方向，将进入燃烧室的气流引向燃烧室中心位置，四个导流壁面所引导的气流在靠近中心的位置发生碰撞，将大尺度涡流转化为小尺度的湍流，同时部分气流偏离中心与侧壁发生碰撞，进一步将大尺度涡流破碎，增加缸内湍动能，从而实现火焰迅速传播，有利于稀燃发动机的稳定燃烧，扩展其运行范围，同时也可用于采用废气再循环的当量比燃烧发动机，增加废气承受能力，提高热效率。
[0020]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，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种导流壁形天然气发动机快速燃烧室，其特征在于，位于活塞(I)的顶部设有燃烧室空腔(2)，所述燃烧室空腔(2)的对称轴线与所述活塞(I)的对称轴线共线，所述燃烧室空腔(2)为一四棱柱或四棱台腔体，所述燃烧室空腔(2)的各侧壁中间位置均分别设有突出的导流壁面(3)，该突起的导流壁面(3)的横切轮廓呈现不对称分布，所述导流壁面(3)的一侧与所在侧壁之间为圆弧面相连接，所述圆弧面形成了一导流面(4)，所述导流面(4)的半径为活塞直径的1/3，所述导流壁面(3)的另一侧与所在侧壁垂直，所述燃烧室空腔(2)的相邻侧壁之间均以半径为活塞直径1/4?1/5的圆弧面相连。
2.根据权利要求1所述导流壁形天然气发动机快速燃烧室，其特征在于，所述燃烧室空腔(2)呈敞口、直口或缩口布置，所述燃烧室空腔(2)顶部开口的边长在满足压缩比及活塞设计强度的前提下尽可能偏小；所述燃烧室空腔底部的厚度> 8_，所述燃烧室空腔(2)与活塞冷却油腔之间的壁厚> 8mm。
【文档编号】F02B23/00GK104033234SQ201410282594
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】尧命发, 闫博文, 郑尊清, 刘海峰, 李永志, 刘佳林, 郭银飞, 毛斌, 黄冠衍 申请人:天津大学