一种燃烧室、发动机以及燃烧室的设计方法与流程

1.本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种燃烧室、发动机排气管以及燃烧室的设计方法。


背景技术：

2.发动机燃烧室内的挤流可以提高活塞上止点时的湍动能，达到促进缸内燃烧，提高热效率，降低排放的目的，因此会布置很高的挤流比。但是当挤流比过高时，挤流区域的增加会造成进排气被遮挡，会使得进排气受阻，进排气能力下降，流通损失增大，进而带来额外的能量损失。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明第一个目的在于提供一种燃烧室，以实现高挤流比的同时，减小气流的遮挡区，保证进排气流量。
4.本发明的第二个目的在于提供一种包括上述燃烧室的发动机以及上述燃烧室的设计方法。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃烧室，所述燃烧室由活塞、缸盖以及气缸壁围成，所述燃烧室的底面包括设置在所述活塞的顶部的燃烧室凹坑以及环绕所述燃烧室凹坑的活塞顶面，所述活塞顶面包括进气侧活塞挤流面、排气侧活塞挤流面以及进排气间活塞挤流面，所述排气侧活塞挤流面高于所述进气侧活塞挤流面，所述进排气间活塞挤流面为拱形面，所述拱形面的最高点高于所述排气侧活塞挤流面；所述燃烧室的顶面包括设置在所述缸盖的底部的蓬顶结构、设置于所述蓬顶结构的排气侧的挤流凹槽、设置于所述蓬顶结构的进气侧的进气侧缸盖挤流面以及沿垂直于所述蓬顶结构的进气侧至排气侧方向位于所述蓬顶结构两侧的进排气间缸盖挤流面，所述挤流凹槽朝向所述活塞的表面为排气侧缸盖挤流面，所述排气侧缸盖挤流面高于所述进气侧缸盖挤流面；所述活塞设置所述排气侧活塞挤流面的部分能够嵌入所述挤流凹槽内形成排气侧挤流结构，所述进气侧活塞挤流面与所述进气侧缸盖挤流面配合构成进气侧挤流结构，所述进排气间活塞挤流面与所述进排气间缸盖挤流面配合形成进排气间挤流结构。
6.可选地，所述进气侧活塞挤流面以及所述排气侧活塞挤流面为相互平行的平面，所述排气侧缸盖挤流面与所述进气侧缸盖挤流面为相互平行的平面。
7.可选地，所述进气侧活塞挤流面以及所述排气侧活塞挤流面垂直于所述活塞的轴线。
8.可选地，所述排气侧活塞挤流面设置排气门避让槽，或者，所述排气侧活塞挤流面与所述进排气间活塞挤流面之间设置排气门避让槽。
9.可选地，所述蓬顶结构的排气侧表面与所述缸盖的底部平面之间的夹角θ1等于所
述缸盖的排气座圈底孔倒角所在平面与所述缸盖的底部平面之间的夹角θ2。
10.可选地，所述进排气间缸盖挤流面在所述蓬顶结构的进气侧的部分在所述缸盖的底部平面的投影沿所述缸盖的进气门至排气门方向的长度l1，与所述缸盖的进气座圈底孔倒角的下边界在所述缸盖的底部平面的投影沿所述缸盖的进气门至排气门方向的长度l2满足l1=（0.55~0.65）l2。
11.可选地，所述进排气间缸盖挤流面在所述蓬顶结构的排气侧的部分的延长线和所述缸盖的底部平面的交点，与所述蓬顶结构的最高点在所述缸盖的底部平面的投影之间的垂直距离l3，以及，所述缸盖的排气座圈底孔倒角的下边界的延长线与所述缸盖的底部平面的交点，与所述蓬顶结构的最高点在所述缸盖的底部平面的投影之间的垂直距离l4满足l3＞l4。
12.可选地，所述缸盖的排气座圈底孔倒角的上边界的最低点距离所述缸盖的底部平面的高度h1与所述排气侧缸盖挤流面距离所述缸盖的底部平面的高度h2满足h2=（0.85~0.95）h1。
13.可选地，所述进排气间活塞挤流面的最高点距离所述进气侧活塞挤流面的高度h3与所述蓬顶结构的最高点距离所述缸盖的底部平面的高度h4满足h3＜h4。
14.一种发动机，所述发动机包括如上任意一项所述的燃烧室。
15.一种燃烧室的设计方法，包括步骤：步骤1：根据如上任意一项所述的燃烧室构建燃烧室的三维模型；步骤2：对所述三维模型进行cfd分析，获取所述三维模型的进排气流量数据以及滚流强度数据，根据获取的进排气流量数据以及滚流强度数据对所述三维模型的各个挤流面尺寸进行调整，直到获取的进排气流量数据以及滚流强度数据与目标进排气流量数据以及目标滚流强度数据相吻合；步骤3：将所述三维模型制成燃烧室实物模型并进行进排气吹风试验，若进排气吹风试验结果与目标进排气流量数据以及目标滚流强度数据相吻合，则燃烧室实物模型满足设计要求；若进排气吹风试验结果与目标进排气流量数据以及目标滚流强度数据不吻合，则返回所述步骤2继续对所述三维模型的各个挤流面尺寸进行调整。
16.由上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种燃烧室，该燃烧室由活塞、缸盖以及气缸壁围成，燃烧室的底面包括设置在活塞的顶部的燃烧室凹坑以及环绕燃烧室凹坑的活塞顶面，活塞顶面包括进气侧活塞挤流面、排气侧活塞挤流面以及进排气间活塞挤流面，排气侧活塞挤流面高于进气侧活塞挤流面，进排气间活塞挤流面为拱形面，拱形面的最高点高于排气侧活塞挤流面；燃烧室的顶面包括设置在缸盖的底部的蓬顶结构、设置于蓬顶结构的排气侧的挤流凹槽、设置于蓬顶结构的进气侧的进气侧缸盖挤流面，挤流凹槽朝向活塞的表面为排气侧缸盖挤流面以及沿垂直于蓬顶结构的进气侧至排气侧方向位于蓬顶结构两侧的进排气间缸盖挤流面，排气侧缸盖挤流面高于进气侧缸盖挤流面；活塞设置排气侧活塞挤流面的部分能够嵌入挤流凹槽内形成排气侧挤流结构，进气侧活塞挤流面与进气侧缸盖挤流面配合构成进气侧挤流结构，进排气间活塞挤流面与进排气间缸盖挤流面配合形成进排气间挤流结构；上述燃烧室采用了活塞局部嵌入缸盖的挤流结构，并且使活塞顶面形状与缸盖的底部形状相适配，这样可以在保持挤流区域较大，具有足够挤流比的同时，减小气流的遮挡区，保证进排气流量，达到高进排气流通性的目的。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的燃烧室的活塞的结构示意图；图2为本发明实施例提供的燃烧室的缸盖的结构示意图；图3为本发明实施例提供的燃烧室的缸盖的俯视图；图4为本发明实施例提供的燃烧室的缸盖的仰视图；图5为本发明实施例提供的燃烧室沿排气门至进气门方向且经过活塞中轴的剖面图；图6为本发明实施例提供的燃烧室的缸盖的侧视图。
19.图示中，1为活塞；1-1为燃烧室凹坑；1-2为进气侧活塞挤流面； 1-3为排气侧活塞挤流面；1-4为进排气间活塞挤流面；1-5为排气门避让槽；2为缸盖；2-1为进气座圈；2-2为排气座圈；2-3为进气侧缸盖挤流面；2-4为排气侧缸盖挤流面；2-5为蓬顶结构；2-6为进排气间缸盖挤流面。
具体实施方式
20.本发明公开了一种燃烧室，该燃烧室的结构设计使其能够实现高挤流比的同时，减小气流的遮挡区，保证进排气流量。
21.本发明还公开了一种包括上述燃烧室的发动机以及上述燃烧室的设计方法。
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.具体请参阅图1至图5，图1为本发明实施例提供的燃烧室的活塞的结构示意图，图2为本发明实施例提供的燃烧室的缸盖的结构示意图，图3为本发明实施例提供的燃烧室的缸盖的俯视图，图4为本发明实施例提供的燃烧室的缸盖的仰视图，图5为本发明实施例提供的燃烧室沿排气门至进气门方向且经过活塞中轴的剖面图。
24.本发明实施例公开的一种燃烧室，该燃烧室由活塞1、缸盖2以及气缸壁围成。
25.其中，燃烧室的底面包括设置在活塞1的顶部的燃烧室凹坑1-1以及环绕燃烧室凹坑1-1的活塞1顶面，活塞1顶面包括进气侧活塞挤流面1-2、排气侧活塞挤流面1-3以及进排气间活塞挤流面1-4，排气侧活塞挤流面1-3高于进气侧活塞挤流面1-2，进排气间活塞挤流面1-4为拱形面，拱形面的最高点高于排气侧活塞挤流面1-3。
26.燃烧室的顶面包括设置在缸盖2的底部的蓬顶结构2-5、设置于蓬顶结构2-5的排气侧的挤流凹槽、设置于蓬顶结构2-5的进气侧的进气侧缸盖挤流面2-3以及沿垂直于蓬顶结构2-5的进气侧至排气侧方向位于蓬顶结构2-5两侧的进排气间缸盖挤流面2-6，挤流凹槽朝向活塞1的表面为排气侧缸盖挤流面2-4，排气侧缸盖挤流面2-4高于进气侧缸盖挤流
面2-3。
27.活塞1设置排气侧活塞挤流面1-3的部分能够嵌入挤流凹槽内形成排气侧挤流结构，进气侧活塞挤流面1-2与进气侧缸盖挤流面2-3配合构成进气侧挤流结构，进排气间活塞挤流面1-4与进排气间缸盖挤流面2-6蓬顶结构2-5配合形成进排气间挤流结构。
28.与现有技术相比，本发明实施例提供的燃烧室采用了活塞1局部嵌入缸盖2的挤流结构，并且使活塞1顶面形状与缸盖2的底部形状相适配，这样可以在保持挤流区域较大，具有足够挤流比的同时，减小气流的遮挡区，保证进排气流量，达到高进排气流通性的目的。
29.作为优选地，如图4所示，在本发明实施例中，上述进气侧活塞挤流面1-2以及排气侧活塞挤流面1-3为相互平行的平面，排气侧缸盖挤流面2-4与进气侧缸盖挤流面2-3为相互平行的平面。
30.进一步地，在本发明实施例中，进气侧活塞挤流面1-2以及排气侧活塞挤流面1-3垂直于活塞1的轴线。
31.如图1所示，在本发明实施例中，上述排气侧活塞挤流面1-3设置排气门避让槽1-5，或者，排气侧活塞挤流面1-3与进排气间活塞挤流面1-4之间设置排气门避让槽1-5。
32.对于缸盖2的排气侧，挡气区越小越好，为尽可能减小缸盖2排气侧挡气区，请参阅图5，缸盖2的蓬顶结构2-5的排气侧表面与缸盖2的底部平面之间的夹角θ1等于缸盖2的排气座圈2-2底孔倒角所在平面与缸盖2的底部平面之间的夹角θ2。
33.为进一步减小缸盖2排气侧挡气区，如图5所示，进排气间缸盖挤流面2-6在蓬顶结构2-5的排气侧的部分的延长线和缸盖2的底部平面的交点，与蓬顶结构2-5的最高点在缸盖2的底部平面的投影之间的垂直距离l3，以及，缸盖2的排气座圈2-2底孔倒角的下边界的延长线与缸盖2的底部平面的交点，与蓬顶结构2-5的最高点在缸盖2的底部平面的投影之间的垂直距离l4满足l3＞l4。
34.并且，缸盖2的排气座圈2-2底孔倒角的上边界的最低点距离缸盖2的底部平面的高度h1与排气侧缸盖挤流面2-4距离缸盖2的底部平面的高度h2满足h2=（0.85~0.95）h1，即排气侧缸盖挤流面2-4距离缸盖2的底部平面的高度h2为h1的0.85倍~0.95倍。
35.针对缸盖2的进气侧，由于进气要产生足够的滚流比，需要减小进气流通区的遮挡区域，对进气阻气侧的挡气区进行保留，即如图5所示，进排气间缸盖挤流面2-6在蓬顶结构2-5的进气侧的部分蓬顶结构2-5在缸盖2的底部平面的投影沿缸盖2的进气门至排气门方向的长度l1，与缸盖2的进气座圈2-1底孔倒角的下边界在缸盖2的底部平面的投影沿缸盖2的进气门至排气门方向的长度l2满足l1=（0.55~0.65）l2，因为进排气间缸盖挤流面2-6在蓬顶结构2-5的进气侧的部分蓬顶结构2-5在缸盖2的底部平面的投影沿缸盖2的进气门至排气门方向的长度l1过小则会造成进气的遮挡，造成进气减少，滚流强度降低。进排气间缸盖挤流面2-6在蓬顶结构2-5的进气侧的部分在缸盖2的底部平面的投影沿缸盖2的进气门至排气门方向的长度l1过大会造成进气阻气侧阻气能力不足，进而达不到理想的滚流比，因此在本发明实施例中，l1为l2的0.55倍~0.65倍。
36.同时，在本发明实施例中，如图5所示，进排气间活塞挤流面1-4的最高点距离进气侧活塞挤流面1-2的高度h3与蓬顶结构2-5的最高点距离缸盖2的底部平面的高度h4满足h3＜h4，以满足结构要求。
37.通过上述设计，相对于现有技术，燃烧室的气流遮挡区减小约60%，可以大幅提高
进排气能力，同时由于进气流通区进气量的增加，滚流比也会相应增加。
38.本发明实施例还提供了一种发动机，该发动机包括如上述实施例所述的燃烧室，由于该发动机采用了上述实施例中的燃烧室，因此该发动机的技术效果请参考上述实施例。
39.本发明还提供了一种如上述实施例所述的燃烧室的设计方法，该设计方法包括步骤：步骤1：根据如上述实施例所述的燃烧室构建燃烧室的三维模型；步骤2：对三维模型进行cfd分析，获取三维模型的进排气流量数据以及滚流强度数据，根据获取的进排气流量数据以及滚流强度数据对三维模型的各个挤流面尺寸进行调整，直到获取的进排气流量数据以及滚流强度数据与目标进排气流量数据以及目标滚流强度数据相吻合；步骤3：将三维模型制成燃烧室实物模型并进行进排气吹风试验，若进排气吹风试验结果与目标进排气流量数据以及目标滚流强度数据相吻合，则燃烧室实物模型满足设计要求；若进排气吹风试验结果与目标进排气流量数据以及目标滚流强度数据不吻合，则返回步骤2继续对三维模型的各个挤流面尺寸进行调整。
40.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
41.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要负荷与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种燃烧室，所述燃烧室由活塞、缸盖以及气缸壁围成，其特征在于，所述燃烧室的底面包括设置在所述活塞的顶部的燃烧室凹坑以及环绕所述燃烧室凹坑的活塞顶面，所述活塞顶面包括进气侧活塞挤流面、排气侧活塞挤流面以及进排气间活塞挤流面，所述排气侧活塞挤流面高于所述进气侧活塞挤流面，所述进排气间活塞挤流面为拱形面，所述拱形面的最高点高于所述排气侧活塞挤流面；所述燃烧室的顶面包括设置在所述缸盖的底部的蓬顶结构、设置于所述蓬顶结构的排气侧的挤流凹槽、设置于所述蓬顶结构的进气侧的进气侧缸盖挤流面以及沿垂直于所述蓬顶结构的进气侧至排气侧方向位于所述蓬顶结构两侧的进排气间缸盖挤流面，所述挤流凹槽朝向所述活塞的表面为排气侧缸盖挤流面，所述排气侧缸盖挤流面高于所述进气侧缸盖挤流面；所述活塞设置所述排气侧活塞挤流面的部分能够嵌入所述挤流凹槽内形成排气侧挤流结构，所述进气侧活塞挤流面与所述进气侧缸盖挤流面配合构成进气侧挤流结构，所述进排气间活塞挤流面与所述进排气间缸盖挤流面配合形成进排气间挤流结构。2.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述进气侧活塞挤流面以及所述排气侧活塞挤流面为相互平行的平面，所述排气侧缸盖挤流面与所述进气侧缸盖挤流面为相互平行的平面。3.根据权利要求2所述的燃烧室，其特征在于，所述进气侧活塞挤流面以及所述排气侧活塞挤流面垂直于所述活塞的轴线。4.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述排气侧活塞挤流面设置排气门避让槽，或者，所述排气侧活塞挤流面与所述进排气间活塞挤流面之间设置排气门避让槽。5.根据权利要求1-4任意一项所述的燃烧室，其特征在于，所述蓬顶结构的排气侧表面与所述缸盖的底部平面之间的夹角θ1等于所述缸盖的排气座圈底孔倒角所在平面与所述缸盖的底部平面之间的夹角θ2。6.根据权利要求1-4任意一项所述的燃烧室，其特征在于，所述进排气间缸盖挤流面在所述蓬顶结构的进气侧的部分在所述缸盖的底部平面的投影沿所述缸盖的进气门至排气门方向的长度l1，与所述缸盖的进气座圈底孔倒角的下边界在所述缸盖的底部平面的投影沿所述缸盖的进气门至排气门方向的长度l2满足l1=（0.55~0.65）l2。7.根据权利要求1-4任意一项所述的燃烧室，其特征在于，所述进排气间缸盖挤流面在所述蓬顶结构的排气侧的部分的延长线和所述缸盖的底部平面的交点，与所述蓬顶结构的最高点在所述缸盖的底部平面的投影之间的垂直距离l3，以及，所述缸盖的排气座圈底孔倒角的下边界的延长线与所述缸盖的底部平面的交点，与所述蓬顶结构的最高点在所述缸盖的底部平面的投影之间的垂直距离l4满足l3＞l4。8.根据权利要求1-4任意一项所述的燃烧室，其特征在于，所述缸盖的排气座圈底孔倒角的上边界的最低点距离所述缸盖的底部平面的高度h1与所述排气侧缸盖挤流面距离所述缸盖的底部平面的高度h2满足h2=（0.85~0.95）h1。9.根据权利要求1-4任意一项所述的燃烧室，其特征在于，所述进排气间活塞挤流面的最高点距离所述进气侧活塞挤流面的高度h3与所述蓬顶结构的最高点距离所述缸盖的底部平面的高度h4满足h3＜h4。10.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括如权利要求1-8任意一项所述的燃烧室。
11.一种燃烧室的设计方法，其特征在于，包括步骤：步骤1：根据权利要求1-8任意一项所述的燃烧室构建燃烧室的三维模型；步骤2：对所述三维模型进行cfd分析，获取所述三维模型的进排气流量数据以及滚流强度数据，根据获取的进排气流量数据以及滚流强度数据对所述三维模型的各个挤流面尺寸进行调整，直到获取的进排气流量数据以及滚流强度数据与目标进排气流量数据以及目标滚流强度数据相吻合；步骤3：将所述三维模型制成燃烧室实物模型并进行进排气吹风试验，若进排气吹风试验结果与目标进排气流量数据以及目标滚流强度数据相吻合，则燃烧室实物模型满足设计要求；若进排气吹风试验结果与目标进排气流量数据以及目标滚流强度数据不吻合，则返回所述步骤2继续对所述三维模型的各个挤流面尺寸进行调整。

技术总结
本发明公开了一种燃烧室、发动机以及燃烧室的设计方法，该燃烧室的底面包括活塞顶面，活塞顶面包括进气侧活塞挤流面、排气侧活塞挤流面及进排气间活塞挤流面，排气侧活塞挤流面高于进气侧活塞挤流面，进排气间活塞挤流面为拱形面；燃烧室的顶面包括位于缸盖的底部的蓬顶结构、位于蓬顶结构的排气侧的挤流凹槽、位于蓬顶结构的进气侧的进气侧缸盖挤流面及蓬顶结构两侧的进排气间缸盖挤流面，挤流凹槽朝向活塞的表面为排气侧缸盖挤流面；上述燃烧室采用了活塞局部嵌入缸盖的挤流结构，并且使活塞顶面形状与缸盖的底部形状相适配，这样可以在保持挤流区域较大，具有足够挤流比的同时，减小气流的遮挡区，保证进排气流量，达到高进排气流通性的目的。排气流通性的目的。排气流通性的目的。


技术研发人员：王利雨 李军银 王慧 张善永 贺经纬
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/7/6