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]本發(fā)明涉及一種用于發(fā)動機中的活塞,更具體地說,本發(fā)明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,可以采用較大壓縮比,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由于混合氣濃度稀、缸內(nèi)溫度低、火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷炔焕麠l件,易出現(xiàn)燃燒中斷現(xiàn)象,從而導(dǎo)致天然氣燃燒不完全,大量CH4沒經(jīng)過燃燒就排出缸外,造成大量的CH4排放。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,組織缸內(nèi)湍流流動,提高混合氣燃燒速度,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]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機小負荷下由于混合氣濃度稀、缸內(nèi)溫度低、火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷仍蛟斐傻奶烊粴馊紵煌耆?、熱效率低、CH4排放過高的缺點,提供一種用于天然氣/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,本發(fā)明是采用如下技術(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)置一個四角啞鈴形燃燒室,四角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]所述的四角啞鈴形燃燒室是由上部的四角形柱體孔、下部的啞鈴形回轉(zhuǎn)腔及過度圓環(huán)曲面組成;
[0007]上部的四角形柱體孔的底端與下部的啞鈴形回轉(zhuǎn)腔的頂端采用過度圓環(huán)曲面連接。
[0008]技術(shù)方案中所述的四角形柱體孔是由四段矩形平面及四段圓柱面組成,四段圓柱面與四段矩形平面相間布置,每段圓柱面與其兩側(cè)的矩形平面為相切連接,四角形柱體孔的對稱中心線與燃燒室式活塞的回轉(zhuǎn)中心線共線,四段矩形平面與燃燒室式活塞的回轉(zhuǎn)中心線平行且距離相等,四段圓柱面的回轉(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。
[0009]技術(shù)方案中所述的四段矩形平面的長度為42mm?44_,四段圓柱面的半徑為3mm?4mm,四角形柱體孔的高度為3mm?4mm。
[0010]技術(shù)方案中所述的連接四角形柱體孔底端與啞鈴形回轉(zhuǎn)腔頂端的過度圓環(huán)曲面的曲面半徑為3mm?4mm。
[0011]技術(shù)方案中所述的啞鈴形回轉(zhuǎn)腔包括外圓環(huán)圓弧面、凸臺圓臺面與底圓環(huán)圓弧面;凸臺圓臺面位于啞鈴形回轉(zhuǎn)腔的中心處,凸臺圓臺面的回轉(zhuǎn)軸線、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)圓弧面的底端與底圓環(huán)圓弧面的外端連接,底圓環(huán)圓弧面的里端與凸臺圓臺面的底端連接。
[0012]技術(shù)方案中所述的底圓環(huán)圓弧面的里端與凸臺圓臺面的底端連接是指:采用小半徑圓環(huán)圓弧面將底圓環(huán)圓弧面的里端和凸臺圓臺面的底端連接。
[0013]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1mm?11mm,凸臺圓臺面的底端直徑為48mm?50mm,凸臺圓臺面的頂端直徑為1mm?12mm,凸臺圓臺面的頂端面距四角啞鈴形燃燒室頂部距離為4mm?5mm,底圓環(huán)圓弧面的半徑為40mm?42mm,底圓環(huán)圓弧面的回轉(zhuǎn)中心在啞鈴形回轉(zhuǎn)腔的內(nèi)側(cè),小半徑圓環(huán)圓弧面的半徑為6mm?8mm。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1.與本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞最為接近的是日本小松微渦流燃燒室,與本發(fā)明適用領(lǐng)域不同。并且小松微渦流燃燒室上部的四角形和下部圓形的連接處直接用圓弧過度,本發(fā)明所述的燃燒室上部是高度為3?4mm的四角形柱體,是上部直口形燃燒室,然后再用過度圓弧連接下部的圓形腔。小松微渦流燃燒室的凸臺形狀和大小也與本發(fā)明所述的燃燒室有很大不同,本發(fā)明所述的凸臺較小松微渦流燃燒室大,這樣的凸臺對柴油起到引流的作用。
[0016]2.本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞相比于原機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。
[0017]3.本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有四角啞鈴形燃燒室的活塞相比于原機一方面由于可以產(chǎn)生較強的擠流與逆擠流,另一方面上部四角形、下部啞鈴形截面變化引起的較強的渦流。兩者共同實現(xiàn)了提高缸內(nèi)的平均湍動能,組織缸內(nèi)快速流動,提高天然氣火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖饔谩?br>[0018]4.本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有四角啞鈴形燃燒室的活塞在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)最大爆發(fā)壓力比原機縮口 ω形燃燒室提高9%左右,提尚了動力性。
[0019]5.本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有四角啞鈴形燃燒室的活塞在1335r/min、等能量25%負荷與90%替代率工況下進行數(shù)值模擬時,第一放熱率峰值和原機相當,第二放熱率峰值比原機高且對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角提前。
[0020]6.本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有四角啞鈴形燃燒室的活塞在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 %,而用四角啞鈴形燃燒室天然氣剩余量為1%左右,大大降低了由于天然氣未完全燃燒引起的CH4排放高的現(xiàn)象。Soot排放較原機降低3倍,NO較原機提高10%。
[0021]7.本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有四角啞鈴形燃燒室的活塞比之前本課題組發(fā)明的八瓣啞鈴形燃燒室性能稍差,但是加工工藝簡單,可以節(jié)約成本,實現(xiàn)雙燃料發(fā)動機燃燒室的合理匹配。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明:
[0023]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;
[0024]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形燃燒室的俯視圖;
[0025]圖3為本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端中心處所設(shè)置的四角啞鈴形燃燒室的主視圖;
[0026]圖4為本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端中心處所設(shè)置的四角啞鈴形燃燒室的俯視圖;
[0027]圖5為本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的四角啞鈴形燃燒室與原機縮口 ω形燃燒室的缸內(nèi)平均湍動能隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線;
[0028]圖6為本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的四角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;
[0029]圖7為本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的四角啞鈴形燃燒室與原機縮口 ω形燃燒室的缸內(nèi)溫度隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線;
[0030]圖8為本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的四角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;
[0031]圖9為本發(fā)明所述的雙燃料發(fā)動機中加工有燃燒室的活塞的頂端所設(shè)置的四角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;
[0032]圖中:1.燃燒室式活塞,2.四角形柱體孔,3.啞鈴形回轉(zhuǎn)腔,4.過度圓環(huán)曲面。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的描述:
[0034]參閱圖1至圖2,圖中為目前雙燃料發(fā)動機廣泛采用的頂端加工有縮口 ω形燃燒室的活塞,該燃燒室上部為漸縮圓柱體形孔,底部為ω形回轉(zhuǎn)腔,兩者之間采用圓環(huán)曲面連接。
[0035]參閱圖3,本發(fā)明所述的雙燃料發(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)中所述的活塞頭部加工一個縮口 ω形燃燒室,而在本發(fā)明所述的雙燃料發(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)置一個四角啞鈴形燃燒室,四角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。