一種阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)，包括缸蓋和活塞，活塞的設(shè)計(jì)滿足壓縮比在12~14之間，活塞頂面設(shè)計(jì)為突起結(jié)構(gòu)，頂面中心區(qū)域設(shè)計(jì)為凹球面形狀。排氣門、第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門的升程為非可變氣門升程。第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門的氣門運(yùn)動(dòng)受同一機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)曲線為非對(duì)稱，包含升程和相位，非對(duì)稱相位設(shè)計(jì)使得缸內(nèi)氣體形成渦流運(yùn)動(dòng)，非對(duì)稱的設(shè)計(jì)結(jié)合了滾流和渦流，形成斜軸渦流，在點(diǎn)火時(shí)刻形成更強(qiáng)的湍流運(yùn)動(dòng)，從而提高燃燒效率。本發(fā)明在不改變?cè)懈咨w的前提下，通過(guò)氣門運(yùn)動(dòng)和燃燒室的合理設(shè)計(jì)，可以提高阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，進(jìn)而降低部分負(fù)荷油耗，提升低速扭矩。本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，具體涉及阿特金森循環(huán)燃燒系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著混合動(dòng)力汽車成為汽車行業(yè)的未來(lái)發(fā)展的熱點(diǎn)，高熱效率低功率的阿特金森循環(huán)汽油機(jī)又重新成為各汽車企業(yè)的研究熱點(diǎn)。阿特金森循環(huán)汽油機(jī)應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足時(shí)，采用電機(jī)助力，從而降低了整車對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力需求，因此在開發(fā)混合動(dòng)力汽車應(yīng)用的阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，更注重發(fā)動(dòng)機(jī)的部分負(fù)荷下的低油耗，而高速下的功率可以適當(dāng)犧牲。
[0003]目前的混合動(dòng)力汽車中應(yīng)用的阿特金森循環(huán)汽油機(jī)都是利用高壓縮比、進(jìn)氣門晚關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)有效膨脹比大于有效壓縮比，降低部分負(fù)荷時(shí)的油耗，同時(shí)避免高負(fù)荷的爆震。為了實(shí)現(xiàn)通用化，一般在開發(fā)阿特金森循環(huán)汽油機(jī)時(shí)，基礎(chǔ)機(jī)的缸體缸蓋不作改動(dòng)，通過(guò)活塞頂部的平頂突起實(shí)現(xiàn)高壓縮比，通過(guò)更改氣門控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣門晚關(guān)。然而這種設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題:現(xiàn)代汽油機(jī)一般追求高速下的大功率，多采用對(duì)稱雙進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)和對(duì)稱的氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且進(jìn)氣道設(shè)計(jì)為高流量系數(shù)低滾流系數(shù)。在進(jìn)行阿特金森循環(huán)汽油機(jī)開發(fā)時(shí)，缸蓋結(jié)構(gòu)不作改動(dòng)，進(jìn)氣道引導(dǎo)形成的滾流強(qiáng)度難以提高；另外由于阿特金森循環(huán)汽油機(jī)采用進(jìn)氣門晚關(guān)的策略，缸內(nèi)滾流強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，使得燃燒更加緩慢，熱效率下降，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生失火現(xiàn)象；因高壓縮比而設(shè)計(jì)的活塞頂部的平頂突起會(huì)進(jìn)一步影響缸內(nèi)混合氣燃燒，在低速高負(fù)荷下爆震傾向嚴(yán)重，導(dǎo)致低速扭矩惡化。因此，有效改善缸內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定高效燃燒、降低部分負(fù)荷油耗的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種高效的阿特金森循環(huán)燃燒系統(tǒng)，目的是通過(guò)燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以“非對(duì)稱進(jìn)氣流動(dòng)”和“凹球面燃燒室”的方式提高阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)混合氣的著火穩(wěn)定性，提高燃燒效率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和低速扭矩。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)，包括缸蓋和活塞，活塞的設(shè)計(jì)滿足壓縮比在12?14之間，活塞頂面設(shè)計(jì)為突起結(jié)構(gòu)，頂面中心區(qū)域設(shè)計(jì)為凹球面形狀；所述缸蓋上設(shè)計(jì)第一進(jìn)氣道和第二進(jìn)氣道和至少一個(gè)排氣道，所述缸蓋上設(shè)計(jì)有第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門和至少一個(gè)排氣門；至少設(shè)置一套凸輪控制機(jī)構(gòu)對(duì)排氣門、第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門采取獨(dú)立或非獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)控制；所述排氣門、第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門的升程為非可變氣門升程。
[0006]所述第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門的氣門運(yùn)動(dòng)受同一機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)曲線為非對(duì)稱，包含升程和相位，非對(duì)稱相位設(shè)計(jì)使得缸內(nèi)氣體形成渦流運(yùn)動(dòng)，非對(duì)稱的設(shè)計(jì)結(jié)合了滾流和渦流，形成斜軸渦流，在點(diǎn)火時(shí)刻形成更強(qiáng)的湍流運(yùn)動(dòng)，從而提高燃燒效率。
[0007]進(jìn)一步，所述兩個(gè)進(jìn)氣門中，其中一個(gè)進(jìn)氣門升程設(shè)計(jì)為高升程，另一個(gè)進(jìn)氣門升程設(shè)計(jì)為低升程；兩個(gè)進(jìn)氣門開啟相位不同，進(jìn)氣持續(xù)期相同或不同。高升程的進(jìn)氣門運(yùn)動(dòng)曲線保持原有的流量系統(tǒng)，低升程的進(jìn)氣門運(yùn)動(dòng)曲線更有利于缸內(nèi)滾流的形成。
[0008]本發(fā)明在不改變?cè)懈咨w的前提下，通過(guò)氣門運(yùn)動(dòng)和燃燒室的合理設(shè)計(jì)，通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)雙進(jìn)氣門的氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)氣體流動(dòng)的非對(duì)稱性；通過(guò)活塞頂部突起凹球面的設(shè)計(jì)，避免了阿特金森循環(huán)高壓縮比帶來(lái)的燃燒不利影響。與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，可以提高阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，進(jìn)而降低部分負(fù)荷油耗，提升低速扭矩。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1 (a)是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1 (b)是活塞頂部具體結(jié)構(gòu)形狀的俯視圖；
圖1 (C)是本發(fā)明的燃燒室具體結(jié)構(gòu)仰視圖；
圖2是進(jìn)氣驅(qū)動(dòng)凸輪結(jié)構(gòu)的凸輪型線示意圖；
圖3是進(jìn)排氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0011]如圖1所示，對(duì)于活塞(8)的設(shè)計(jì)，是在不更改缸蓋和缸體的前提下，設(shè)計(jì)活塞滿足壓縮比在12?14之間，活塞頂面設(shè)計(jì)為突起結(jié)構(gòu)，活塞(8)頂面中心區(qū)域設(shè)計(jì)為凹球面形狀，避免高壓縮比突起結(jié)構(gòu)對(duì)滾流和火焰?zhèn)鞑ゲ焕挠绊憽?br> [0012]進(jìn)一步，排氣門(5)、第一進(jìn)氣門(6)和第二進(jìn)氣門(7)的升程為非可變氣門升程；所述的進(jìn)氣門I (6)和進(jìn)氣門2 (7)的氣門運(yùn)動(dòng)受同一機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)曲線設(shè)計(jì)為非對(duì)稱設(shè)計(jì)，包含升程和相位；其中一個(gè)進(jìn)氣門升程設(shè)計(jì)為高升程，另一個(gè)進(jìn)氣門升程設(shè)計(jì)為低升程；兩個(gè)進(jìn)氣門開啟相位不同，進(jìn)氣持續(xù)期可以相同或不同；
如圖1所示，阿特金森循環(huán)系統(tǒng)包括缸蓋(I)和活塞(8)。在缸蓋(I)上設(shè)計(jì)至少一個(gè)排氣道(2)、第一進(jìn)氣道(3)和第二進(jìn)氣道(4)，所述的缸蓋(I)至少設(shè)置一套凸輪控制機(jī)構(gòu)，至少包括一個(gè)排氣門(5)、第一進(jìn)氣門(6)和第二進(jìn)氣門(7)。排氣門(5)、第一進(jìn)氣門
(6)和第二進(jìn)氣門(7)可采用獨(dú)立或非獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)控制方式。
[0013]如圖1所示，活塞(8)和缸蓋(I)上的第一進(jìn)氣道(3)、第二進(jìn)氣道(4)、排氣道(2)是燃燒系統(tǒng)的重要組成部分，為了實(shí)現(xiàn)阿特金森循環(huán)的高壓縮比，在缸蓋燃燒室不作改動(dòng)的前提下，活塞(8)采用突起結(jié)構(gòu)，在活塞(8)中心區(qū)域設(shè)計(jì)為凹球面形狀(8-1)，球面半徑可設(shè)計(jì)為缸徑的廣4倍，如圖1 (b)所示，從而避免了活塞頂部突起結(jié)構(gòu)對(duì)滾流和燃燒的不利影響。另外，凹球面的合理設(shè)計(jì)，不僅可以避免火焰碰到活塞頂部突起產(chǎn)生淬熄，而且在缸內(nèi)形成最大的湍流強(qiáng)度，更有利于火焰的快速傳播，從而有效的避免高負(fù)荷下的爆震。
[0014]如圖2所示，第一進(jìn)氣道(3)和第二進(jìn)氣道(4)保留原有的直氣道不變。一般進(jìn)排氣氣門采用凸輪驅(qū)動(dòng)形式，保持不變。第一進(jìn)氣門(3)和第二進(jìn)氣門(4)為同一凸輪軸
(9)上兩個(gè)不同的凸輪驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)凸輪的行程不同，α表示兩個(gè)進(jìn)氣凸輪的相位差相位不同。受進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)的第一進(jìn)氣門(3)和第二進(jìn)氣門(4)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同，分別為高低升程曲線，如圖3所示。第一進(jìn)氣門(3)為高升程運(yùn)動(dòng)曲線，依然可以保持高流量系數(shù)，有利于保持高速下的功率；第二進(jìn)氣門(4)為低升程運(yùn)動(dòng)曲線，提升缸內(nèi)滾流強(qiáng)度，并可以提升低速下的充氣效率；同時(shí)，設(shè)計(jì)第一進(jìn)氣門(3)和第二進(jìn)氣門(4)的開啟相位不同，如圖2所示，單側(cè)進(jìn)氣門開啟時(shí)會(huì)不僅會(huì)增加氣道的滾流強(qiáng)度，還會(huì)形成缸內(nèi)渦流，滾流與渦流結(jié)合成斜軸渦流，在活塞上止點(diǎn)點(diǎn)火時(shí)刻附近形成更強(qiáng)的湍流，可以縮短火焰?zhèn)鞑r(shí)間，提升燃燒效率，并降低爆震傾向，不僅有利于部分負(fù)荷油耗，還有利于低速下的扭矩。
[0015]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例描述，本發(fā)明專利的實(shí)現(xiàn)方式不受上述方式的限制，只要采用了本專利的構(gòu)思或方案，未經(jīng)改進(jìn)或進(jìn)行了各種改進(jìn)，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)，包括缸蓋(I)和活塞(8)，其特征在于活塞(8)的設(shè)計(jì)滿足壓縮比在12?14之間，活塞頂面設(shè)計(jì)為突起結(jié)構(gòu)，頂面中心區(qū)域設(shè)計(jì)為凹球面形狀(8-1);所述缸蓋(I)上設(shè)計(jì)第一進(jìn)氣道(3)和第二進(jìn)氣道(4)和至少一個(gè)排氣道(2)，第一進(jìn)氣道(3)和第二進(jìn)氣道(4)為直氣道；所述缸蓋(I)上設(shè)計(jì)有第一進(jìn)氣門(6)、第二進(jìn)氣門(7)和至少一個(gè)排氣門(5);至少設(shè)置一套凸輪控制機(jī)構(gòu)對(duì)排氣門(5)、第一進(jìn)氣門(6)和第二進(jìn)氣門(7)采取獨(dú)立或非獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)控制；所述排氣門(5)、第一進(jìn)氣門(6)和第二進(jìn)氣門(7)的升程為非可變氣門升程；所述第一進(jìn)氣門(6)和第二進(jìn)氣門(7)的氣門運(yùn)動(dòng)同一凸輪軸(9)上兩個(gè)不同的凸輪驅(qū)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)曲線為非對(duì)稱，包含升程和相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)，其特征在于:所述兩個(gè)進(jìn)氣門中，其中一個(gè)進(jìn)氣門升程設(shè)計(jì)為高升程，另一個(gè)進(jìn)氣門升程設(shè)計(jì)為低升程；兩個(gè)進(jìn)氣門開啟相位不同，進(jìn)氣持續(xù)期相同或不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)，其特征在于:活塞(8)的凹球面的球面半徑為缸徑的f 4倍。
【文檔編號(hào)】F02F3/28GK103437897SQ201310360904
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】聶相虹, 詹樟松, 胡鐵剛, 李小勇, 蒲運(yùn)平, 余冰 申請(qǐng)人:重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司