[发明专利]一种天然气发动机快速燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种燃烧室，具体地说是用于燃料为天然气的燃烧室。

背景技术

汽车保有量的迅速增加使能源短缺和环境污染问题日益突出，汽车制造商为了达到当前严格的燃料经济性和排放法规要求，应对激烈的市场竞争，积极研究和采用先进的发动机技术，同时还投入大量人力和物力探索汽车替代能源，发展代用燃料发动机技术。在所有替代能源中，天然气是最为丰富的一次能源，并且燃烧比较清洁，因此成为提前应对能源短缺、解决环境污染问题的最现实的解决方案。为了充分发挥天然气作为发动机清洁能源的优势，稀燃和EGR技术通常被采用，但是天然气自身的理化性质决定了其存在着火温度高和火焰传播速度慢等问题，特别是发动机燃用稀混合气或加入EGR时，燃烧速度进一步降低，循环变动增加，当接近发动机稳定运行稀燃极限时，会产生部分燃烧甚至失火的现象，因此通过对天然气燃烧系统结构进行优化、合理组织缸内气流运动及采用先进的发动机控制技术来改善发动机燃烧过程、扩展发动机运行稀限成为当前研究重点。

当在汽油机基础上开发天然气发动机时，由于天然气的辛烷值明显高于汽油，抗暴性能好，天然气发动机的压缩比可以提高到10.5～12，而原汽油机的燃烧室位于缸盖内，活塞的头部通常为平顶，为了缩短产品的开发周期、降低开发成本，发动机制造商会尽量避免对缸盖结构做较大的改动，只对活塞顶部形状进行设计，但是简单的在平顶活塞上面加工一个凸顶将无法使发动机工作在最佳的状态，需要通过活塞头部形状优化设计来改善天然气发动机燃烧过程。

发明内容

本发明的目的在于提供能够实现快速燃烧、扩展发动机稳定运行稀燃极限的一种天然气发动机快速燃烧室。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种天然气发动机快速燃烧室，包括缸盖、活塞上表面、汽缸壁面和火花塞，其特征是：缸盖为盆浴形，活塞上表面为楔形凸起、且楔形凸起位于出气道一侧，火花塞安装在缸盖的侧面与顶面交汇线的中点、位于进气道一侧。

本发明一种天然气发动机快速燃烧室还可以包括：

所述的楔形凸起的高度为10～13mm，楔形凸起顶部斜面与活塞上表面平面的夹角为17～21°，楔形凸起的侧面与缸盖壁面平行，楔形凸起的侧面与缸盖壁面形成的挤气间隙为1.5～3mm。

本发明的优势在于：通过天然气发动机燃烧室结构的优化设计，缩短火焰传播距离，同时通过对缸内挤流强度进行控制，使火花塞对侧挤流与缸内涡流实现有效耦合，增加缸内的湍流动能，通过采用在进气行程后期进行燃料喷射的方式在缸内实现自上而下由浓到稀的混合浓度分层，保证可靠点火和实现快速燃烧，扩展发动机稳定运行稀限，从而改善发动机燃料经济性和排放性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明经过活塞中心的轴向截面。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明一种天然气发动机快速燃烧室是由缸盖1、汽缸壁面3和活塞上表面4所围成的封闭空间，缸盖1为盆浴形缸盖，活塞上表面4有一楔形凸起2，这一楔形凸起2布置在火花塞5的对侧，楔形凸起2的高度h＝10～13mm；楔形凸起2顶部平面与活塞上表面4平面之间的夹角为：α＝17～21°；楔形凸起2侧面与缸盖1壁面平行且构成挤气面，挤气间隙为δ＝1.5～3mm，发动机压缩比为11；楔形凸起2这种布置方式可以使天然气发动机燃烧室的空间主要分布在火花塞5附近，从而能够缩短火焰传播距离，并且楔形凸起2与火花塞5对侧缸盖1壁面形成挤气面，在快速燃烧期内火花塞5对侧挤气容积内的燃料被挤入火焰前封面内参与燃烧，同时楔形凸起2可以对火花塞5对侧挤气容积内气体的流动方向进行控制，与缸内的涡流进行有效耦合，较强的挤流破坏缸内涡流结构可以增加缸内湍流动能，从而加快整个化学反应进程。在进气冲程后期将燃料喷入进气道的进气门入口处，并随空气一起进入缸内，在点火初期缸内实现自上而下的混合气浓度分层，保证天然气发动机实现可靠的点火和快速燃烧。