[发明专利]缸内直喷天然气二气门发动机稀薄分层燃烧室结构

说明书

技术领域

本发明涉及天然气发动机，特指一种缸内直喷天然气二气门发动机稀薄分层燃烧室结构。

背景技术

随着新世纪的到来，人类面临着经济增长和环境保护的双重压力，改变能源的生产和消费方式，用现代技术开发利用天然气等新能源，对建立可持续发展的能源系统，促进社会经济发展和生态环境改善以及摆脱对化石能源的依赖都具有重大意义。

天然气以其价格便宜、排放污染低的突出优点倍受人们的青睐，被认为是最有潜力的发动机替代燃料。目前天然气发动机的主要工作方式有两种：一是利用柴油引燃天然气均质混合气的双燃料发动机，二是火花点火的均质混合气的天然气发动机。第一种方式需要两套燃料供给系统并且低负荷时HC排放高；火花点火的均质混合气天然气发动机点火时CNG已经与空气均匀混合，由于进气空气量减少，输出功率下降，单点着火火焰传播过程缓慢，低、中负荷时热效率低，稀燃能力差。虽然采用高能点火系统可以一定程度提高稀燃极限，但效果有限。1994年三菱汽车公司开发了缸内直接喷射汽油机，采用纵向气道在缸内形成强烈的滚流，火花塞周围形成浓混合气，火花塞至燃烧室空间形成由浓至稀的混合气分层现象，可以降低20％的燃油消耗和提高6％8％的最大转矩，然而，由于燃料分层，浓混合气区燃烧仍然存在着碳烟排放问题。

目前，国内外已开展了直喷天然气发动机燃烧特性和不同喷射时刻下缸内直喷天然气燃烧特性的研究。形成了有关天然气发动机结构、进气系统等方面的发明、实用新型和外观设计专利，但有关直喷天然气发动机燃烧系统的专利很少，只有公开号为CN2559802的“燃气发动机燃烧室的改进”这一实用新型专利，其特征是在机体与气缸盖之间加设一个扩容块，这个扩容块上的燃烧室、冷却道、油道和固定孔分别与机体上的燃烧室、冷却道、油道及固定孔对应连通且几何尺寸相同。该改进的结构实际上等于加长了机体尺寸和增加了燃烧室的容积，不用缩短活塞尺寸也可达到燃烧室扩容、减小压缩比的目的。

发明内容

本发明提供一种缸内直喷天然气二气门发动机稀薄分层燃烧室结构，由于采用直喷天然气二气门发动机稀薄分层燃烧系统，实现了火花塞附近较浓混合气的分层燃烧和可靠的点火燃烧，采用普通火花塞时也可确保在稀薄燃烧时发动机能可靠点火燃烧，大幅度提高发动机中低负荷时的动力性及经济性，排放低，实现了天然气喷射、空气运动和燃烧室形状三者间的良好匹配，提高发动机的综合性能。

一种缸内直喷天然气二气门发动机稀薄分层燃烧室结构，包括活塞、气缸盖、气缸体、进气门和排气门，其特征在于：活塞顶面设有一个导流凹坑，天然气喷嘴部分安装在气缸盖上，靠近导流凹坑的曲率半径较大部分；火花塞也安装在气缸盖上，位置与天然气喷嘴相对，火花塞靠近导流凹坑曲率半径较小的部分。

上述的一种缸内直喷天然气二气门发动机稀薄分层燃烧室结构，其特征在于：燃烧室容积包括活塞顶面导流凹坑的容积和余隙容积，活塞顶面导流凹坑的容积占整个燃烧室总容积的60％～70％。

上述的一种缸内直喷天然气二气门发动机稀薄分层燃烧室结构，其特征在于：燃烧室凹坑的曲率半径最大部分的深度为2-6mm范围，曲率半径最小部分的深度为12-18mm范围。

上述的一种缸内直喷天然气二气门发动机稀薄分层燃烧室结构，其特征在于：天然气喷嘴部分以与气缸盖底面成30～40°的角度斜置安装在气缸盖上。

上述的一种缸内直喷天然气二气门发动机稀薄分层燃烧室结构，其特征在于：火花塞的电极伸进燃烧室里的距离为3～6mm。

当天然气喷嘴喷射时，与活塞顶上导流凹坑相配合，利用气体压缩挤流运动，使分布在火花塞附近的天然气混合气浓度较高，远离火花塞附近的天然气混合气浓度较低，实现分层效果，采用普通火花塞时也可确保在稀薄燃烧时发动机能可靠点火燃烧，大幅度提高发动机中低负荷时的动力性及经济性，排放低。本发明采用传统的每缸二气门机构，在活塞顶部设计导流凹坑的曲率半径较小部分靠近天然气喷嘴部分，稀薄燃烧时与喷射时间相配合，利用其导流作用及气体压缩挤流运动使火花塞附近行成较浓可燃混合气，使发动机可靠点火和燃烧，发动机充气效率高，动力性及经济性好，排放低。天然气主要成分为甲烷CH4，来源丰富，成本较低，加强其利用可减少环境的污染，还可减少对石油资源的依赖，是一种清洁能源，节能环保。

附图说明

图1燃烧系统总体结构图

图2火花塞和喷油嘴示意图

图3活塞顶面

1 火花塞   2 进气门   3 天然气(CNG)喷嘴   4 气缸体   5 活塞   6 气缸盖  7 排气门   8 导流凹坑