本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室。

背景技術(shù)：

汽油機(jī)小型強(qiáng)化通過減小汽油機(jī)排量或降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，使汽油機(jī)運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)性較高的工況并同時(shí)降低摩擦損失，實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)油耗的降低。二沖程汽油機(jī)點(diǎn)火周期為四沖程汽油機(jī)的一半，具有扭矩輸出高、能量密度高、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)小型強(qiáng)化、提高汽油機(jī)效率的一種極具潛力的手段。

然而，傳統(tǒng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)受其結(jié)構(gòu)和掃氣過程限制，若直接用于實(shí)現(xiàn)小型強(qiáng)化并不能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)性的改善。首先，傳統(tǒng)二沖程汽油機(jī)采用活塞運(yùn)動(dòng)控制氣口掃氣的換氣方式，固定的氣口開閉時(shí)刻導(dǎo)致在進(jìn)氣壓力較高的條件下存在嚴(yán)重的進(jìn)氣短路現(xiàn)象，即新鮮充量未能有效掃除整個(gè)燃燒室的廢氣而直接流出排氣口，進(jìn)而導(dǎo)致在采用氣道預(yù)混均質(zhì)混合氣時(shí)，油耗以及HC排放急劇增多。雖然可通過缸內(nèi)直噴技術(shù)減少燃油的短路，但是進(jìn)氣能量的損失仍舊亟待解決。其次，傳統(tǒng)二沖程汽油機(jī)的潤(rùn)滑方式會(huì)導(dǎo)致HC排放的增加。此外，進(jìn)排氣口的溫差還可導(dǎo)致活塞變形，不僅降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性，還進(jìn)一步增加進(jìn)入燃燒室的潤(rùn)滑油量，加劇HC排放的惡化。

為了解決上述問題，使二沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式能切實(shí)應(yīng)用于汽油機(jī)的小型強(qiáng)化，提出了頂置氣門二沖程汽油機(jī)的概念。這種汽油機(jī)基于傳統(tǒng)四沖程汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)，通過凸輪軸型線的改變實(shí)現(xiàn)二沖程運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)合較長(zhǎng)的進(jìn)、排氣門重疊期來(lái)控制掃氣過程，旨在通過不對(duì)稱的氣門相位改善進(jìn)氣短路。與此同時(shí)，頂置氣門二沖程汽油機(jī)由于取消了掃氣口結(jié)構(gòu)，還大大減少了活塞的受熱不均。此外，傳統(tǒng)四沖程汽油機(jī)的潤(rùn)滑油供給方式也消除了潤(rùn)滑油進(jìn)入燃燒室的現(xiàn)象。

在頂置氣門結(jié)構(gòu)結(jié)合缸內(nèi)直噴的基礎(chǔ)之上，組織進(jìn)氣逆滾流掃氣可進(jìn)一步有效減少進(jìn)氣短路。進(jìn)氣逆滾流掃氣的主要思想是使新鮮空氣沿“進(jìn)氣門下方-進(jìn)氣門側(cè)缸壁-活塞-排氣側(cè)缸壁-排氣門”的掃氣路徑遍歷燃燒室空間，將廢氣推擠出排氣門。進(jìn)氣逆滾流可通過物理遮擋進(jìn)氣門上方進(jìn)氣、使空氣盡量從進(jìn)氣門下方的流通截面進(jìn)入氣缸的方式實(shí)現(xiàn)，包括水平進(jìn)氣道內(nèi)設(shè)置遮擋、進(jìn)氣門上方增加導(dǎo)氣屏、進(jìn)氣門側(cè)缸頭增加豎直擋板、豎直進(jìn)氣道配合燃燒室蓬頂階梯結(jié)構(gòu)等方法。其中，豎直進(jìn)氣道配合燃燒室棚頂臺(tái)階結(jié)構(gòu)的方法，可在組織進(jìn)氣逆滾流的同時(shí)減少進(jìn)氣流動(dòng)損失，并通過氣門定時(shí)和進(jìn)氣壓力的控制靈活調(diào)節(jié)掃氣效率。

但是，頂置氣門二沖程直噴汽油機(jī)的實(shí)際應(yīng)用仍然面臨缸內(nèi)混合氣組織和燃燒穩(wěn)定性控制等方面的技術(shù)問題。首先，大負(fù)荷條件下缸內(nèi)氣體密度較高，且在大氣門重疊角的限制下噴油定時(shí)較晚，不利于燃油的霧化破碎、蒸發(fā)、擴(kuò)散以及形成火焰?zhèn)鞑ニ仨毜姆謱踊旌蠚?，尤其在采用豎直進(jìn)氣道結(jié)合蓬頂階梯結(jié)構(gòu)改善充氣和掃氣時(shí)，缸蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)為更先進(jìn)的噴霧引導(dǎo)式直噴系統(tǒng)以及火花塞的布置提出了難題。同時(shí)，不管是中小負(fù)荷下采用高殘余廢氣率還是大負(fù)荷下較強(qiáng)的缸內(nèi)氣體流動(dòng)，均不利于火焰?zhèn)鞑ミ^程中早期初始火核的形成和發(fā)展，導(dǎo)致早期燃燒穩(wěn)定性較低，著火和燃燒相位難控制。此外，大負(fù)荷工況下還存在爆震和壓力升高率較大的隱患，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)在掃氣、混合氣分層和燃燒控制方面的難題，本發(fā)明提供一種燃燒室。該燃燒室基于采用豎直進(jìn)氣道和蓬頂階梯結(jié)構(gòu)的頂置氣門二沖程汽油機(jī)，配有噴霧引導(dǎo)型缸內(nèi)直噴以及火花點(diǎn)火功能，在降低進(jìn)氣短路、調(diào)控掃氣效率的同時(shí)，可在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)靈活組織混合氣分層、維持穩(wěn)定燃燒，并減少燃油撞壁現(xiàn)象。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室，是由缸蓋、進(jìn)氣門和排氣門、活塞、氣缸套、以及噴油器和火花塞包圍形成的空腔，所述缸蓋位于氣缸套上方，缸蓋上設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣門、兩個(gè)排氣門、噴油器和火花塞，所述活塞在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中在氣缸套內(nèi)沿氣缸中心方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述缸蓋為蓬頂型，所述活塞為凹坑型活塞；所述噴油器為壓電晶體外開式噴油器。所述缸蓋的蓬頂包括位于進(jìn)氣門側(cè)和排氣門側(cè)相對(duì)的兩側(cè)蓬頂面，進(jìn)氣門側(cè)的蓬頂面由靠近氣缸中心的第一蓬頂斜面和靠近進(jìn)氣側(cè)壁的第二蓬頂斜面構(gòu)成，所述第一蓬頂斜面與所述第二蓬頂斜面相連，所述第一蓬頂斜面與所述活塞軸線的夾角小于所述第二蓬頂斜面與所述活塞軸線的夾角；排氣門座根部位于排氣門側(cè)蓬頂面上；進(jìn)氣門座根部所在平面與所述第二蓬頂斜面平行，但在其垂直方向上比所述第二蓬頂斜面高，且進(jìn)氣門座通過其下方與進(jìn)氣門座同軸且直徑大于進(jìn)氣門座的圓孔與燃燒室連通，該圓孔與所述的第一蓬頂斜面和第二蓬頂斜面分別相交，從而使所述第一蓬頂斜面與圓孔內(nèi)表面相交后在進(jìn)氣門上方靠近缸蓋中心的一側(cè)形成一階梯，所述階梯用于在進(jìn)氣門升程較低時(shí)防止進(jìn)氣門上方的新鮮空氣經(jīng)由缸蓋頂部直接流入排氣門、減少頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的進(jìn)氣短路現(xiàn)象，同時(shí)使空氣經(jīng)由進(jìn)氣門下方進(jìn)入燃燒室，并依次流經(jīng)進(jìn)氣側(cè)缸壁、活塞表面和排氣側(cè)缸壁，形成順時(shí)針方向的滾流運(yùn)動(dòng)，將殘余廢氣推擠出排氣門，實(shí)現(xiàn)二沖程汽油機(jī)的掃氣；在第一蓬頂斜面和第二蓬頂斜面連接處，且位于兩個(gè)進(jìn)氣門之間，設(shè)有球形避油坑，所述球形避油坑的中心位于所述噴油器的中心線上，以避免油束與第一蓬頂斜面相撞，減少燃油濕壁；所述噴油器和火花塞均安裝于所述缸蓋的中心部位，其中，所述噴油器和火花塞布置于垂直于燃燒室的縱剖面的方向，所述噴油器的噴孔和所述火花塞的電極位于氣缸中心線的兩側(cè)，所述噴油器和所述火花塞均指向氣缸中心線以及進(jìn)氣門的方向，從而使噴油器噴射的油束前端到達(dá)火花塞電極的中心，所述噴油器和火花塞之間相對(duì)距離的設(shè)定要同時(shí)滿足布置冷卻水套的空間以及二者與水套之間缸蓋實(shí)體的強(qiáng)度要求，所述噴油器和火花塞的軸線方向的設(shè)定要同時(shí)滿足二者不與進(jìn)氣道和排氣道發(fā)生干涉以及二者與進(jìn)氣門座和排氣門座之間缸蓋實(shí)體的強(qiáng)度要求；所述活塞的頂部由中央凸起以及位于其中的凹坑構(gòu)成；中央凸起在凹坑存在的基礎(chǔ)上控制發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比；中央凸起的表面是在圓錐回轉(zhuǎn)面上由三個(gè)相連的截切平面截切后所形成的表面，三個(gè)截切平面均垂直于燃燒室縱剖面，三個(gè)截切平面包括第一截切平面、第二截切平面和第三截切平面，其中，第一截切平面與排氣門座根部所在平面平行，第二截切平面與進(jìn)氣門座根部所在平面平行，以避免活塞在位于上止點(diǎn)時(shí)與蓬頂?shù)母缮妫坏谌厍衅矫嫖挥诘谝唤厍衅矫婧偷诙厍衅矫嬷g，所述第三截切平面與第一截切平面的相交線高于所述第三截切平面與第二截切平面的相交線，從而在燃油噴射方向上增大燃油與活塞之間的距離、減少燃油濕壁量；所述第一截切平面與圓錐回轉(zhuǎn)面之間、所述第二截切平面與圓錐回轉(zhuǎn)面之間均為圓滑過渡；所述凹坑的中心位于所述噴油器的中心線上，所述凹坑為開口式球形淺坑。

進(jìn)一步講，本發(fā)明所述的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室，其中，進(jìn)氣門和排氣門頭部外徑相同，從而在保證充氣和掃氣效率的條件下，為所述噴油器和火花塞的布置預(yù)留更大空間。

再進(jìn)一步，本發(fā)明所述的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室，其中，火花塞的外徑不大于10mm，為所述噴油器和火花塞的布置預(yù)留更大空間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：將本發(fā)明用于頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)時(shí)，可以與可變氣門定時(shí)機(jī)構(gòu)、增壓系統(tǒng)配合使用，根據(jù)工況需求調(diào)整掃氣和充氣效率，尤其在大負(fù)荷工況下可降低由于進(jìn)氣壓力較高、氣門重疊期較長(zhǎng)所引起的進(jìn)氣短路現(xiàn)象；實(shí)現(xiàn)噴霧引導(dǎo)式缸內(nèi)直噴，燃油液滴尺寸小、易于霧化蒸發(fā)，噴油壓力高且可實(shí)現(xiàn)多次噴射，可通過噴油定時(shí)、噴射次數(shù)以及噴油持續(xù)期控制燃燒室空間內(nèi)的混合氣分層，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定點(diǎn)火；通過高壓噴射燃油、活塞凹坑形狀與氣體流動(dòng)的相互作用，增強(qiáng)燃燒室內(nèi)氣體湍流運(yùn)動(dòng)，有利于加快火焰?zhèn)鞑?、減少爆震傾向；增大了燃油與燃燒室壁面的距離，增強(qiáng)油氣混合過程并減少燃油撞壁，有助于降低排放。尤其在與豎直進(jìn)氣道配合使用時(shí)，可防止中置噴油器和火花塞與氣道的干涉，節(jié)省空間，因此更有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性。

附圖說明

圖1(a)是本發(fā)明頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室縱向結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖1(b)是圖1(a)中A-A所示剖切位置的剖面圖；

圖2(a)是本發(fā)明中缸蓋內(nèi)表面的俯視圖；

圖2(b)是圖2(a)所示缸蓋內(nèi)表面的側(cè)視圖；

圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)均為本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室中噴油器和火花塞基于燃燒室腔體的布置示意圖，其中：

圖3(a)是對(duì)應(yīng)圖1(a)中所示噴油器和火花塞布置方式示意圖；

圖3(b)是對(duì)應(yīng)圖1(b)中所示噴油器和火花塞布置方式示意圖；

圖3(c)是對(duì)應(yīng)圖3(a)后視的噴油器和火花塞布置方式示意圖；

圖4(a)是本發(fā)明中活塞的俯視圖；

圖4(b)是圖4(a)所述活塞的側(cè)視圖；

圖5是本發(fā)明頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室的氣門定時(shí)、噴油定時(shí)和點(diǎn)火定時(shí)示意圖；

圖6是本發(fā)明頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室在掃氣過程中，進(jìn)氣門開啟時(shí)間過半后，在過進(jìn)氣門中線的縱剖面上的氧氣濃度分布云圖以及速度矢量分布圖；

圖7是本發(fā)明頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室在噴油過程中油束的形態(tài)。

圖中：1-缸蓋，2-進(jìn)氣門，3-排氣門，4-活塞，5-氣缸套，6-噴油器，7-火花塞，8-第一蓬頂斜面，9-第二蓬頂斜面，10-排氣門座，11-進(jìn)氣門座，12-圓孔，13-避油坑，14-活塞中央凸起，15-活塞凹坑，16-第一截切平面，17-第二截切平面，18-第三截切平面，19-直噴油束。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖和具體實(shí)例，按發(fā)動(dòng)機(jī)單個(gè)循環(huán)內(nèi)掃氣、混合氣組織和燃燒的工作順序，對(duì)本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1(a)和圖1(b)分別展示了本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室的縱向結(jié)構(gòu)剖視圖和A-A剖面剖視圖，其中，剖面A-A為經(jīng)過氣缸中心線且與圖1(a)中縱向剖面垂直的剖面。如圖1(a)和圖1(b)所示，本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室是缸蓋1、進(jìn)氣門2和排氣門3、活塞4、氣缸套5、以及噴油器6和火花塞7包圍形成的空腔。其中，缸蓋1位于活塞的上方，缸蓋1上設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣門2、兩個(gè)排氣門3、噴油器6和火花塞7；活塞4在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中在氣缸套5內(nèi)沿氣缸中心方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述缸蓋1為蓬頂型，所述活塞4為凹坑型活塞；所述噴油器6為壓電晶體外開式噴油器。為了實(shí)現(xiàn)二沖程汽油機(jī)的逆滾流掃氣、減少進(jìn)氣短路帶來(lái)的能量損失，本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室的蓬頂具有階梯結(jié)構(gòu)，該階梯的構(gòu)成見圖2(a)和圖2(b)。其中，圖2(a)和圖2(b)分別展示了本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室中缸蓋的內(nèi)表面的俯視圖和側(cè)視圖。

所述缸蓋1的蓬頂包括位于進(jìn)氣門側(cè)和排氣門側(cè)相對(duì)的兩側(cè)蓬頂面，進(jìn)氣門側(cè)的蓬頂面由靠近氣缸中心的第一蓬頂斜面8和靠近進(jìn)氣側(cè)壁的第二蓬頂斜面9構(gòu)成，所述第一蓬頂斜面8與所述第二蓬頂斜面9相連，所述第一蓬頂斜面8與所述活塞4軸線的夾角小于所述第二蓬頂斜面9與所述活塞4軸線的夾角；排氣門座10根部位于排氣門側(cè)的蓬頂面上；進(jìn)氣門座11根部所在平面與所述第二蓬頂斜面9平行，但在其垂直方向上比所述第二蓬頂斜面9高，且進(jìn)氣門座11通過其下方與進(jìn)氣門座11同軸且直徑大于進(jìn)氣門座11的圓孔12與燃燒室連通，該圓孔12與所述的第一蓬頂斜面8和第二蓬頂斜面9分別相交，從而使所述第一蓬頂斜面8與圓孔12內(nèi)表面相交后在進(jìn)氣門上方靠近缸蓋中心的一側(cè)形成一階梯，從而由靠近氣缸中心的第一蓬頂斜面8、靠近進(jìn)氣側(cè)缸壁的第二蓬頂斜面9、以及進(jìn)氣門座11在進(jìn)氣門2上方共同構(gòu)成了缸蓋的蓬頂階梯結(jié)構(gòu)，該蓬頂階梯結(jié)構(gòu)在進(jìn)氣門2升程較小時(shí)可以防止進(jìn)氣門2上方的新鮮空氣經(jīng)由缸蓋頂部?jī)?nèi)表面直接流入排氣門3、減少頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的進(jìn)氣短路現(xiàn)象，同時(shí)使空氣經(jīng)由進(jìn)氣門2下方進(jìn)入燃燒室，并依次流經(jīng)進(jìn)氣側(cè)缸壁、活塞表面和排氣側(cè)缸壁，形成順時(shí)針方向的逆滾流運(yùn)動(dòng)，將殘余廢氣推擠出排氣門3，實(shí)現(xiàn)二沖程汽油機(jī)的掃氣。

本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室具有蓬頂避油坑13結(jié)構(gòu)。圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)均為本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室中噴油器和火花塞基于燃燒室腔體的布置示意圖。圖3(a)為基于燃燒室縱向剖視圖的噴油器和火花塞布置方式；圖3(b)為基于燃燒室A-A剖視圖的噴油器和火花塞布置方式，其中A-A剖切位置如圖1(b)所示；圖3(c)為對(duì)應(yīng)圖3(a)所示的后視圖的噴油器和火花塞布置方式。

如圖2(a)、圖2(b)和圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)所示，蓬頂避油坑13為球形，位于第一蓬頂斜面8和第二蓬頂斜面9連接處，且在兩個(gè)進(jìn)氣門2之間，其中心位于噴油器6的中心線上，該避油坑可避免直噴油束與第一蓬頂斜面8相撞，減少燃油濕壁，進(jìn)而減少碳煙和未燃HC排放。

本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室，采用噴霧引導(dǎo)式缸內(nèi)直噴，噴油器6和火花塞7均安裝與缸蓋1頭部中心部位，如圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)所示。其中，所述噴油器6和火花塞7布置于垂直于燃燒室的縱剖面的方向，所述噴油器6的噴孔和所述火花塞7的電極位于氣缸中心線的兩側(cè)，所述噴油器6和所述火花塞7均指向氣缸中心線以及進(jìn)氣門的方向，從而使噴油器6噴射的油束前端到達(dá)火花塞7電極的中心。這種布置方法，可在保證噴霧引導(dǎo)式缸內(nèi)直噴所要求的油束與火花塞電極的相對(duì)位置基礎(chǔ)上，避免噴油器6和火花塞7與進(jìn)、排氣道，進(jìn)、排氣門和進(jìn)、排氣門座之間的干涉，尤其在進(jìn)氣道為豎直型進(jìn)氣道時(shí)效果更明顯。

所述噴油器6和火花塞7之間相對(duì)距離的設(shè)定要同時(shí)滿足布置冷卻水套的空間即為缸蓋內(nèi)噴油器6與火花塞7之間的冷卻系統(tǒng)布置留有空間以及二者與冷卻水套之間缸蓋實(shí)體的強(qiáng)度要求，所述噴油器6和火花塞7的軸線方向的設(shè)定要同時(shí)滿足二者不與進(jìn)氣道和排氣道發(fā)生干涉以及二者與進(jìn)氣門座8和排氣門座9之間缸蓋實(shí)體的強(qiáng)度要求。本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室所采用的凹坑型的活塞4結(jié)構(gòu)的俯視圖和縱向側(cè)視圖如圖4(a)和圖4(b)所示。所述活塞4的頂部由中央凸起14以及位于其中的凹坑15構(gòu)成。

中央凸起14在凹坑存在的基礎(chǔ)上控制發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。中央凸起14的表面是在底面直徑小于氣缸直徑的圓錐回轉(zhuǎn)面上，由三個(gè)相連的截切平面截切后所形成的表面。三個(gè)截切平面均垂直于燃燒室縱剖面，包括第一截切平面16、第二截切平面17和第三截切平面18，其中，第一截切平面16與排氣門座10根部所在平面平行，第二截切平面17與進(jìn)氣門座11根部所在平面平行，以避免活塞4在位于上止點(diǎn)時(shí)與蓬頂?shù)母缮?；第三截切平?8位于第一截切平面16和第二截切平面17之間，所述第三截切平面18與第一截切平面16的相交線高于所述第三截切平面18與第二截切平面17的相交線，從而在如圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)所示的燃油噴射方向上增大燃油與活塞4之間的距離、減少燃油濕壁量；所述第一截切平面16與圓錐回轉(zhuǎn)面之間、所述第二截切平面17與圓錐回轉(zhuǎn)面之間均為圓滑過渡。

所述凹坑15的中心位于所述噴油器6的中心線上，所述凹坑為開口式球形淺坑,可增大來(lái)自噴油器6的燃油與活塞4之間的距離，并且可在燃油噴射較晚時(shí)，將燃油控制在凹坑范圍內(nèi)。

本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室的進(jìn)氣門2和排氣門3頭部外徑相同，可在保證充氣和掃氣效率的條件下，為噴油器6和火花塞7的布置預(yù)留更大空間。

本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室的火花塞7的外徑不大于10mm，為所述噴油器6和火花塞7的布置預(yù)留更大空間。

本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室利用蓬頂階梯結(jié)構(gòu)遮擋進(jìn)氣門升程較小時(shí)欲流經(jīng)進(jìn)氣門上方的新鮮空氣，組織逆滾流掃氣；通過中置外開式噴油器迅速組織缸內(nèi)混合氣分層，并直接在火花塞周圍形成較濃的混合氣區(qū)；利用蓬頂避油坑、帶有頂部?jī)A斜截切平面的活塞凸起以及活塞凹坑增大燃油與壁面的距離，從而可以減少由于蓬頂階梯結(jié)構(gòu)和中置噴油器引起的蓬頂上的燃油濕壁量以及活塞頭部的燃油濕壁量。

本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室通過將噴油器和火花塞布置于垂直于燃燒室的縱剖面的方向、采用相同的進(jìn)、排氣門頭部外徑、采用螺紋部分外徑不大于10mm的火花塞，使燃燒室結(jié)構(gòu)更加緊湊，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)合圖1-圖7，對(duì)本發(fā)明提供的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室工作原理描述如下，其中，圖5展示的是頂置氣門二沖程汽油機(jī)的一種氣門定時(shí)組合，以及噴油和點(diǎn)火定時(shí)。

頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)工作時(shí)，由于換氣時(shí)間短，且在大負(fù)荷工況下為避免爆震需要盡量減少缸內(nèi)殘余廢氣的量，因此需要采用較大的進(jìn)、排氣門重疊期進(jìn)行掃氣。在掃氣過程中，排氣門3首先打開，利用此時(shí)缸內(nèi)壓力高于排氣道壓力的特點(diǎn)進(jìn)行自由排氣。隨后，進(jìn)氣門2打開，利用從進(jìn)氣門2進(jìn)入燃燒室的新鮮空氣的流動(dòng)將上一個(gè)循環(huán)的燃燒產(chǎn)物由排氣門3推擠出燃燒室，進(jìn)行強(qiáng)制排氣。強(qiáng)制排氣過程結(jié)束后，排氣門3先關(guān)閉，進(jìn)氣門2后關(guān)閉，則這期間進(jìn)行過后充氣。

在掃氣過程中，由靠近氣缸中心的進(jìn)氣側(cè)的第一蓬頂斜面8、靠近進(jìn)氣側(cè)缸壁的進(jìn)氣側(cè)的第二蓬頂斜面9、進(jìn)氣門座11以及將進(jìn)氣門座11與燃燒室連通的圓孔12在進(jìn)氣門2上方所共同構(gòu)成的蓬頂階梯結(jié)構(gòu)，在進(jìn)氣門升程較小時(shí)時(shí)可以遮擋進(jìn)氣門2上方的氣體流動(dòng)，并使新鮮空氣主要經(jīng)由進(jìn)氣門下方進(jìn)入燃燒室并形成逆滾流掃氣，因此在降低進(jìn)氣短路的同時(shí)保證了二沖程汽油機(jī)的充氣效率。圖6是本發(fā)明頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室在掃氣過程中，進(jìn)氣門開啟時(shí)間過半后，在過進(jìn)氣門3中線的縱剖面上的氧氣濃度分布云圖以及速度矢量分布圖，其中，燃燒室呈透視狀；在所述過進(jìn)氣門3中線的縱剖面上，以氧氣的濃度代表缸內(nèi)新鮮空氣的分布，顏色越淺的地方氧氣濃度越高，最高可達(dá)0.233，即與空氣中的氧濃度相同，顏色越深的地方氧氣濃度越低，最低可達(dá)0，即沒有氧氣存在；在所述過進(jìn)氣門3中線的縱剖面上，以箭頭標(biāo)識(shí)在該剖面上的氣體的流動(dòng)方向。如圖6所示，在所選時(shí)刻，新鮮空氣主要沿預(yù)定的進(jìn)氣門下方-進(jìn)氣門側(cè)缸壁-活塞-排氣門側(cè)缸壁呈逆滾流運(yùn)動(dòng)，僅有少量空氣從進(jìn)氣門上方經(jīng)缸蓋頭部直接流入排氣道。

為了完全消除燃油的短路，進(jìn)、排氣門完全關(guān)閉后才開始噴油。在指定的噴油時(shí)刻，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元將發(fā)出噴油信號(hào)，此時(shí)噴油器6將一定量的燃油噴入燃燒室內(nèi)。噴油器6為壓電晶體外開式噴油器，其所噴射的油束外形呈傘形薄膜狀。噴油器6具有噴油壓力高且所噴射的燃油液滴初始尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，有利于燃油的迅速破碎和蒸發(fā)；此外噴油器6可快速靈活控制噴油次數(shù)和持續(xù)期，根據(jù)燃油分層需求可在噴油區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)單次或多次噴油。

由于構(gòu)成蓬頂階梯的靠近氣缸中心的進(jìn)氣側(cè)的第一蓬頂斜面8與活塞軸線夾角較小，且噴霧引導(dǎo)型缸內(nèi)直噴采用噴油器中置的布置方法，導(dǎo)致直噴燃油從噴油器6噴孔射出后直接打在第一蓬頂斜面8上，燃油濕壁嚴(yán)重且不利于燃油霧化。因此在第一蓬頂斜面8和第二蓬頂斜面9的連接處沿噴油器6中心線方向凹陷有避油坑13，完全避免燃油在噴射路徑上與第一蓬頂斜面8碰撞，使燃油在燃燒室內(nèi)與更多空氣接觸。圖7所示為燃燒室內(nèi)噴油過程中燃油運(yùn)動(dòng)軌跡，其中，燃燒室呈灰色透視狀，燃燒室范圍內(nèi)由密集黑色點(diǎn)所構(gòu)成的傘形為外開式噴油器噴射出的油束。由圖可見，由于所述避油坑13的存在，直噴油束19沒有與第一蓬頂斜面8相撞而改變運(yùn)動(dòng)方向，所述避油坑13具有減少燃油撞壁的功能。

活塞4的中央凸起14帶有向進(jìn)氣門2一側(cè)傾斜的第三截切平面18，且中央凸起14上凹陷有球形活塞凹坑15，可以增大燃油在噴射方向上的自由運(yùn)動(dòng)距離，增加燃油與空氣接觸的機(jī)會(huì)，有利于燃油的蒸發(fā)以及燃油撞壁現(xiàn)象的減少。

火花塞7跳火點(diǎn)燃火花塞電極附近的混合氣并促使火焰?zhèn)鞑サ漠a(chǎn)生。受工況的影響，火花塞7的點(diǎn)火時(shí)刻在點(diǎn)火區(qū)間內(nèi)變化，其中，當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)需要使用較晚的點(diǎn)火時(shí)刻以減少爆震?；鸹ㄈ?與噴油器6的安裝位置保證油束前端可到達(dá)火花塞7電極的中心，確保電極附近混合氣濃度及分層符合火焰產(chǎn)生和傳播的要求。

燃料燃燒，并推動(dòng)活塞4下行并對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩，隨后排氣門3和進(jìn)氣門2相繼打開開始新的工作循環(huán)。

本發(fā)明所描述的頂置氣門二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒室的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以改善二沖程汽油機(jī)掃氣過程中的進(jìn)氣短路并降低進(jìn)氣損失，組織燃油分層并維持穩(wěn)定燃燒，減少燃油與壁面的接觸并降低排放。此外，所述燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)小型化以及經(jīng)濟(jì)性的提高。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。