雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于發(fā)動機中的活塞，更具體地說，本實用新型涉及一種用于天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]石油資源的日益匱乏與環(huán)境污染的日益嚴重是制約汽車行業(yè)發(fā)展的主要因素。在這種趨勢下，天然氣以其資源豐富和排放友好得到了廣泛應(yīng)用。按照目前天然氣發(fā)動機的使用狀況來看，主要分為天然氣點燃式和天然氣/柴油雙燃料壓燃式兩類。天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機雖然目前還沒得到廣泛應(yīng)用，但在節(jié)能與環(huán)保方面均體現(xiàn)出了優(yōu)勢，具有良好的發(fā)展前景。它與傳統(tǒng)的柴油機相比，天然氣/柴油發(fā)動機可以同時降低NO和碳煙排放，使用天然氣還可以降低對石油的依賴性；與天然氣點燃式發(fā)動機相比，引燃柴油較多的火源加快了火焰的傳播速度，采用較大壓縮比，提高熱效率。
[0003]但是，天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機不可避免的存在一些問題，其中較為突出的問題是在小負荷下HC排放過高，天然氣燃燒不完全，尤其在高替代率下問題更加嚴重。為了解決這一問題，可以通過優(yōu)化設(shè)計燃燒室的形狀來改善天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機的燃燒過程。目前國內(nèi)外沒有專門為天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機專門設(shè)計的燃燒室，最常見的為沿用適用于柴油機的縮口 ω形燃燒室。而天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機既有擴散燃燒又有預(yù)混燃燒，兼具點燃式和壓燃式發(fā)動機兩方面特點，單純適用于汽油機、柴油機的燃燒室顯然不是雙燃料發(fā)動機的最佳選擇，因而需要重新設(shè)計燃燒室。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服了天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機小負荷下HC排放過高，天然氣燃燒不完全的缺點，提供了一種用于天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞即燃燒室式活塞頂端的中心處設(shè)置一個八瓣啞鈴形燃燒室，八瓣啞鈴形燃燒室的對稱軸線與燃燒室式活塞的對稱軸線共線。
[0006]所述的八瓣啞鈴形燃燒室是由上部的八瓣形柱體孔、下部的啞鈴形回轉(zhuǎn)腔及兩者之間采用的過度圓環(huán)曲面連接而成。
[0007]技術(shù)方案中所述的八瓣形柱體孔是由八段向內(nèi)凸起的等半徑的內(nèi)圓柱面和八段向外凸起的等半徑的外圓柱面組成，八段內(nèi)圓柱面與八段外圓柱面相間布置，八段內(nèi)圓柱面的回轉(zhuǎn)中心線與八段外圓柱面的回轉(zhuǎn)中心線相互平行，八段內(nèi)圓柱面的回轉(zhuǎn)中心線與燃燒室式活塞的回轉(zhuǎn)中心線平行且距離相等，八段外圓柱面的回轉(zhuǎn)中心線與燃燒室式活塞的回轉(zhuǎn)中心線平行且距離相等，相鄰的內(nèi)圓柱面與外圓柱面圓滑連接。
[0008]技術(shù)方案中所述的八段內(nèi)圓柱面直徑為57?59mm，八段外圓柱面的直徑為17?19mm，八段外圓柱面距離燃燒室式活塞的回轉(zhuǎn)中心線最近距離為25?27mm，八瓣形柱體孔的高度為3?4mm。
[0009]技術(shù)方案中所述的啞鈴形回轉(zhuǎn)腔由外圓環(huán)圓弧面、凸臺圓臺面與底圓環(huán)圓弧面構(gòu)成；其中:凸臺即凸臺圓臺面位于八瓣啞鈴形燃燒室中啞鈴形回轉(zhuǎn)腔的中心處，凸臺圓臺面的回轉(zhuǎn)軸線、八瓣啞鈴形燃燒室中啞鈴形回轉(zhuǎn)腔的回轉(zhuǎn)軸線與燃燒室式活塞的回轉(zhuǎn)軸線共線。外圓環(huán)圓弧面的頂端采用過度圓環(huán)曲面與上部的八瓣形柱體孔的底端圓滑連接，夕卜圓環(huán)圓弧面的底端與底圓環(huán)圓弧面的一端圓滑連接，底圓環(huán)圓弧面的另一端與凸臺圓臺面的底端連接，確切地說，底圓環(huán)圓弧面的另一端和凸臺圓臺面底端之間采用小圓環(huán)圓弧面將底圓環(huán)圓弧面和凸臺圓臺面底端圓滑連接。
[0010]技術(shù)方案中所述的啞鈴形回轉(zhuǎn)腔的外圓環(huán)圓弧面的半徑為10?11mm，凸臺圓臺面的底端直徑為48?50mm，凸臺圓臺面的頂端直徑為10?12mm，凸臺圓臺面的頂端面距八辧啞鈴形燃燒室頂部距離為3?4mm，底圓環(huán)圓弧面的半徑為50?52mm，小圓環(huán)圓弧面的半徑為5?6mm。
[0011]技術(shù)方案中所述的過度圓環(huán)曲面即連接上部的八瓣形柱體孔與下部的啞鈴形回轉(zhuǎn)腔中的外圓環(huán)圓弧面的過度圓環(huán)曲面的曲面半徑為5?6mm。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的有益效果是:
[0013]1.本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞可以改變引燃柴油的著火位置，從而使柴油的著火點分布合理。
[0014]2.本實用新型所述的八瓣啞鈴形燃燒室在火焰?zhèn)鞑ルA段，一方面由于可以產(chǎn)生較強的逆擠流，另一方面上部八瓣形、下部啞鈴形截面變化引起的較強的渦流，兩者共同作用造成湍動能分布范圍廣，并且長時間保持較高的水平，從而使天然氣火焰迅速傳播。
[0015]3.本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的八瓣啞鈴形燃燒室在1335r/min、等能量25%負荷(與原柴油機25%負荷釋放的能量相同)與90%替代率(天然氣占總質(zhì)量的90%)工況下進行數(shù)值模擬時，缸內(nèi)壓力峰值比原機縮口 ω形燃燒室缸內(nèi)壓力峰值高13%左右，動力性提高約38%，這說明八瓣啞鈴形燃燒室有利于天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機作為主要燃料的天然氣的燃燒。
[0016]4.本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的八瓣啞鈴形燃燒室在1335r/min、等能量25%負荷與90%替代率工況下進行數(shù)值模擬時，第二放熱率峰值比第一放熱率峰值還要高，八瓣啞鈴形燃燒室相比于原機可以促使天然氣完全燃燒，充分發(fā)揮天然氣主要燃料的作用，提高經(jīng)濟性。
[0017]5.本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的八瓣啞鈴形燃燒室在1335r/min、等能量25%負荷與90%替代率工況下進行數(shù)值模擬時，原機天然氣剩余量接近30%，而用八瓣啞鈴形燃燒室天然氣剩余量不到1%，大大降低了由于天然氣未完全燃燒引起的HC排放。
[0018]6.本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的八瓣啞鈴形燃燒室在1335r/min、等能量25%負荷與90%替代率工況下進行數(shù)值模擬時，soot相比于原機降低了十倍，NO只提高了 1.5倍。
【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明:
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中加工有燃燒室的活塞的頂端中心處所設(shè)置的原機縮口 ω形燃燒室的主視圖；
[0021]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中加工有燃燒室的活塞的頂端中心處所設(shè)置的原機縮口 ω形燃燒室的的俯視圖；
[0022]圖3為本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端中心處所設(shè)置的八瓣啞鈴形燃燒室結(jié)構(gòu)組成的軸測投影圖；
[0023]圖4為本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端中心處所設(shè)置的八瓣啞鈴形燃燒室的主視圖；
[0024]圖5為本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端中心處所設(shè)置的八瓣啞鈴形燃燒室的俯視圖；
[0025]圖6為本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的八瓣啞鈴形燃燒室與原機縮口 ω形燃燒室的缸內(nèi)平均壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線；
[0026]圖7為本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的八瓣啞鈴形燃燒室與原機縮口 ω形燃燒室的缸內(nèi)平均溫度隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線；
[0027]圖8為本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的八瓣啞鈴形燃燒室與原機縮口 ω形燃燒室放熱率隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線；
[0028]圖9為本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的八瓣啞鈴形燃燒室與原機縮口 ω形燃燒室燃料剩余百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線；
[0029]圖10為本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的八瓣啞鈴形燃燒室與原機縮口 ω形燃燒室NO生成量示意圖；
[0030]圖11為本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的八瓣啞鈴形燃燒室與原機縮口 ω形燃燒室碳煙生成量示意圖；
[0031]其中:1.燃燒室式活塞，2.八瓣形柱體孔，3.啞鈴形回轉(zhuǎn)腔，4.過度圓環(huán)曲面。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本實用新型作詳細的描述:
[0033]參閱圖1至圖2，圖中為目前雙燃料發(fā)動機廣泛采用的加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的縮口 ω形燃燒室，該燃燒室上部為漸縮圓柱體，底部為ω形回轉(zhuǎn)腔，兩者之間采用圓環(huán)曲面過度。
[0034]參閱圖3，本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞即燃燒室式活塞I與現(xiàn)有技術(shù)所采用的活塞結(jié)構(gòu)形狀和尺寸是基本相同的，所不同的是現(xiàn)有技術(shù)所采用活塞頭部加工一個縮口 ω形燃燒室，而在本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞即燃燒室式活塞I頂端的中心處設(shè)置一個八瓣啞鈴形燃燒室，八瓣啞鈴形燃燒室的對稱軸線與燃燒室式活塞I的對稱軸線共線。
[0035]參閱圖3與圖4，本實用新型所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞即燃燒室式活塞I上的八瓣啞鈴形燃燒室是由上部的八瓣形柱體孔2、下部的啞鈴形回轉(zhuǎn)腔3及兩者之間采用的過度圓環(huán)曲面4連接而成。
[0036]參閱圖5，所述的上部的八瓣形柱體孔2是由八段向內(nèi)凸起的等半徑的內(nèi)圓柱面和八段向外