[0036]参阅图3与图4，本发明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上的四角哑铃形燃烧室是由上部的四角形柱体孔2、下部的哑铃形回转腔3及两者之间采用的过度圆环曲面4连接而成。
[0037]参阅图4，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。
[0038]所述的四段矩形平面长为42?44mm，四段圆柱面半径为3?4mm,四角形柱体孔高为3?4_，过高对涡流抑制作用过强，过低发挥不了上部四角形柱体孔的作用，同时四角形柱体孔可以产生小尺度涡流。
[0039]所述的连接上部的四角形柱体孔2底端与下部的哑铃形回转腔3顶端的过度圆环曲面4的曲面半径为3?4mm，这样不产生尖点，可以减轻热负荷，同时还可以实现从上部的四角形柱体孔2到下部的圆形变截面的过度。
[0040]参阅图3，所述的下部的哑铃形回转腔3由外圆环圆弧面、凸台圆台面与底圆环圆弧面构成；其中:凸台即凸台圆台面位于四角哑铃形燃烧室中哑铃形回转腔3的中心处，凸台圆台面的回转轴线、四角哑铃形燃烧室中哑铃形回转腔3的回转轴线与燃烧室式活塞I的回转轴线共线。
[0041]外圆环圆弧面的顶端采用过度圆环曲面4与上部的四角形柱体孔2的底端圆滑连接，外圆环圆弧面的底端与底圆环圆弧面的外端圆滑连接，底圆环圆弧面的里端与凸台圆台面的底端相切连接，确切地说，底圆环圆弧面和凸台圆台面底端之间采用小半径圆环圆弧面将底圆环圆弧面和凸台圆台面底端圆滑连接，防止热负荷过重。
[0042]实施例中下部的哑铃形回转腔3的外圆环圆弧面的半径为10?11mm，凸台圆台面的顶端直径为10?12mm，凸台圆台面的底端直径为48?50mm，凸台圆台面的顶端面距四角哑铃形燃烧室顶部(即燃烧室式活塞I的顶端面的)距离为4?5mm，这样大的凸台圆台面占据混合气运动的死区，增加了混合气的利用率，同时这样大的凸台圆台面还迫使燃烧室内涡流运动加强，引导柴油火核向四角哑铃形燃烧室底部运动，改变着火点位置。外圆环圆弧面和凸台圆台面之间用半径为40?42mm的底圆环圆弧面连接。半径为40?42mm的底圆环圆弧面的半径回转中心在哑铃形回转腔3的内侧。半径为40?42mmm的底圆环圆弧面和凸台圆台面之间采用半径为6?8mm小半径圆环圆弧面将两者圆滑连接。
[0043]模拟试验:
[0044]通过对CA6DL2-35E5RB天然气/柴油双燃料发动机进行试验研宄，对原机ω形燃烧室和本发明所述的四角哑铃形燃烧室在1335r/min，等能量25%负荷，90%替代率工况下的工作过程进行了模拟分析。分析结果表明:
[0045]采用原机缩口 ω形燃烧室使得燃烧末期燃烧室底部和气缸中心附近剩余大量的天然气。原机燃烧室底部没燃烧主要由于柴油在原机燃烧室上部着火，原机燃烧室底部湍动能弱，引燃柴油火核不能向燃烧室底部传播。而气缸中心为火焰传播末端，还没来得及燃烧即排出缸外，两者共同作用导致了大量的HC排放。总之，原机天然气未完全燃烧是由于着火点分布不合理和燃烧室内瑞动能太弱的缘故。
[0046]本发明所述的四角哑铃形燃烧室即可同时实现理想的着火点分布和较强的湍动能分布。
[0047]本发明所述的四角哑铃形燃烧室在着火阶段，哑铃形凸台占据混合气运动的死区，增加了混合气的利用率，同时大的凸台还迫使燃烧室内涡流向外运动，速度增大，较强的涡流引导柴油火核向燃烧室底部运动，改变着火点位置，从而使着火点分布合理。
[0048]本发明所述的四角哑铃形燃烧室在火焰传播阶段，一方面由于四角形柱体孔可以产生较强的逆挤流和小尺度涡流，另一方面上部的四角形柱体孔、下部的哑铃形回转腔3圆形截面变化引起的较强的涡流，两者共同作用造成湍动能分布范围广，并且长时间保持较高的水平，从而使天然气火焰迅速传播。
[0049]模拟试验结果:
[0050]1.参阅图5，所述的四角哑铃形燃烧室相比于原机缩口 ω形燃烧室缸内平均湍动能大大提尚。
[0051]2.参阅图6至图8，所述的四角哑铃形燃烧室由于缸内平均湍动能增加，缸内最大爆发压力比原机缩口 ω形燃烧室提高9%左右，提高了动力性；缸内平均温度峰值比原机缩口 ω形燃烧室缸内平均温度峰值高27%左右，改善了缸内的燃烧条件。
[0052]所述的四角哑铃形燃烧室出现了两个明显的放热率峰值。主要原因为四角哑铃形燃烧室在火焰传播的过程中缸内产生较大的湍动能促进了天然气火焰的传播速度，使天然气作为主要燃料燃烧更完全。
[0053]3.参阅图9，所述的四角哑铃形燃烧室柴油着火后由于缸内流动增强，柴油与周围混合气混合充分，从而柴油着火点分布广泛，引燃天然气的火源多，分布在四角哑铃形燃烧室的各个角落，同时较强的湍动能提高天然气火焰传播速度，促使原来燃烧室中未燃的天然气完全燃烧，剩余量约1%，提高了经济性，大大降低了由于天然气未完全燃烧引起的CH4排放。Soot排放较原机降低3倍，NO较原机提高10%。
【主权项】
1.一种双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞，其特征在于，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，四角哑铃形燃烧室的对称轴线与燃烧室式活塞(I)的对称轴线共线； 所述的四角哑铃形燃烧室是由上部的四角形柱体孔(2)、下部的哑铃形回转腔(3)及过度圆环曲面⑷组成； 上部的四角形柱体孔(2)的底端与下部的哑铃形回转腔(3)的顶端采用过度圆环曲面(4)连接。2.按照权利要求1所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞，其特征在于，所述的四角形柱体孔(2)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(2)的对称中心线与燃烧室式活塞(I)的回转中心线共线，四段矩形平面与燃烧室式活塞(I)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(I)的回转中心线平行且距离相等。3.按照权利要求2所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞，其特征在于，所述的四段矩形平面的长度为42mm?44mm，四段圆柱面的半径为3mm?4mm,四角形柱体孔(2)的高度为3mm?4mm。4.按照权利要求1所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞，其特征在于，所述的连接四角形柱体孔(2)底端与哑铃形回转腔(3)顶端的过度圆环曲面(4)的曲面半径为3mm ?4mm η5.按照权利要求1所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞，其特征在于，所述的哑铃形回转腔(3)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⑶的中心处，凸台圆台面的回转轴线、哑铃形回转腔⑶的回转轴线与燃烧室式活塞(I)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。6.按照权利要求5所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞，其特征在于，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。7.按照权利要求5所述的双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞，其特征在于，所述的哑铃形回转腔(3)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(3)的内侧，小半径圆环圆弧面的半径为6mm?8mm。
【专利摘要】本发明公开了一种双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞，旨在克服天然气/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天然气燃烧不完全、热效率低、CH4排放过高的缺点，双燃料发动机中加工有燃烧室的活塞即燃烧室式活塞(1)顶端的中心处设置一个四角哑铃形燃烧室，四角哑铃形燃烧室由上部的四角形柱体孔(2)、下部的哑铃形回转腔(3)及过度圆环曲面(4)组成；四角形柱体孔(2)是由四段矩形平面及四段圆柱面相间布置连接，哑铃形回转腔(3)由外圆环圆弧面、底圆环圆弧面与凸台圆台面依次连接而成，上部的四角形柱体孔(2)的底端与下部的哑铃形回转腔(3)的顶端采用过度圆环曲面(4)连接。
【IPC分类】F02F3/26
【公开号】CN104989544
【申请号】CN201510478615
【发明人】王忠恕, 刘忠长, 杨舟, 李伟峰, 李慧
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年8月7日