[发明专利]一种弱滚流快速燃烧系统与一种燃气发动机

说明书

本发明公开了一种弱滚流快速燃烧系统与一种燃气发动机，其中，弱滚流快速燃烧系统包括活塞、缸盖、进气道和排气道，活塞的顶部与缸盖之间形成燃烧室，缸盖设有进气喉口和排气喉口，进气道的靠近进气喉口的一段为滚流引导气道，滚流引导气道的轴线相对缸盖的底面倾斜布置，滚流引导气道的上侧面为相对缸盖的底面倾斜布置的下冲引导面，滚流引导气道的下侧面为朝向缸盖的底面方向凹陷的弧形引导面，进气喉口的下端设有偏心倒角，且偏心倒角的偏心方向为沿着由进气喉口至排气喉口的中心连线的方向偏移。本方案在吸气时使燃气在气缸内形成大尺度弱滚流运动并在压缩末期破碎成小尺度湍流，从而加快火焰传播速度，提升燃气利用率和发动机热效率。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种弱滚流快速燃烧系统与一种燃气发动机。

背景技术

目前，天然气发动机一般是在柴油机基础上改造而成，对于缸盖部分的设计往往直接采用原柴油机缸盖结构。对柴油机而言，其燃烧模式为扩散燃烧，一定程度的涡流有助于油束与空气混合，从而改善燃烧过程，同时降低污染物的排放。其中，涡流是指气体绕气缸轴线有组织的旋流运动。而气体燃料燃烧本质上属于预混燃烧，对涡流强度要求不高，需要小尺度的湍流运动来形成火焰褶皱面，从而加快火焰传播速度，提升热效率。其中，湍流是指气流速度较高时在流场中产生的许多方向不固定的小旋流，区别于层流。

如果天然气发动机采用柴油机缸盖结构，所形成的涡流在压缩及做功冲程中无法破碎，导致气流运动能量无法充分利用，而且容易导致循环变动加剧，对整机可靠性带来不利影响。如图1所示，现有的气体机的活塞01一般是在柴油机活塞的基础上改造而成，燃烧室02多采用浅盆形结构，形状简单，工艺性好。这种结构的燃烧室02可以充分利用挤流来提高缸内湍动能，从而改善燃烧过程。其中，挤流是指在压缩冲程末期，活塞将位于气缸边缘附近的气体挤入燃烧室内部而形成的向心运动。

现有技术方案在进气过程中，由气道喷入的进气气流产生绕气缸轴线的涡流运动，随着活塞上行运动，涡流被挤压进入燃烧室，浅盆形结构的燃烧室使得涡流强度不断提高，在此过程中，涡流不会破碎成小尺度的湍流运动。然而，对于气体机而言，小尺度湍流对火焰传播起着至关重要的作用，因此，现有技术不利于气体燃料的燃烧。同时，受限于较慢的火焰传播速度，使得发动机爆震倾向大，无法使用高压缩比活塞来进一步改善热效率。

因此，如何改善燃气燃烧特性，提升燃气发动机的热效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弱滚流快速燃烧系统，该燃烧系统能够加快火焰传播速度，改善燃烧特性，提升燃气利用率，进而提升燃气发动机的热效率。本发明的另一个目的在于提供一种包括上述弱滚流快速燃烧系统的燃气发动机。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种弱滚流快速燃烧系统，包括活塞、缸盖、进气道和排气道，所述活塞的顶部与缸盖之间形成燃烧室，所述缸盖设有进气喉口和排气喉口，所述进气道的靠近所述进气喉口的一段为滚流引导气道，所述滚流引导气道的轴线相对所述缸盖的底面倾斜布置，所述滚流引导气道的上侧面为相对所述缸盖的底面倾斜布置的下冲引导面，所述滚流引导气道的下侧面为朝向所述缸盖的底面方向凹陷的弧形引导面，所述进气喉口的下端设有偏心倒角，且所述偏心倒角的偏心方向为沿着由所述进气喉口至所述排气喉口的中心连线的方向偏移。

优选地，所述弧形引导面的曲率半径为60mm~80mm，所述下冲引导面与所述缸盖的底面的夹角为40°~80°。

优选地，所述偏心倒角相对于所述进气喉口的偏心距离为1mm~3mm。

优选地，所述活塞为敞口活塞，所述敞口活塞的顶部开设有敞口凹坑结构，所述敞口凹坑结构的由底部至顶部的横截面宽度逐渐变大；

或者，所述活塞为缩口活塞，所述缩口活塞的顶部开设有缩口凹坑结构，所述缩口凹坑结构的由底部至顶部的横截面宽度逐渐缩小。