专利名称：内燃机的燃烧室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机的燃烧室。
背景技术：
内燃机的燃烧室是其气缸内容纳可燃混合气燃烧放热的空间，一般分为统一式燃烧室和分开式燃烧室两大类。这些传统的内燃机燃烧室普遍存在的问题是由于燃烧室是固定不可变的，占有固定的容积，因此在排气行程终了时，不可能将燃烧室内的废气排尽，导致废气残留在燃烧室内，在人民交通出版社出版的《汽车构造》第一章第17页中有这样的记载“由于燃烧室占有一定的容积，因此在排气行程终了时，不可能将废气排尽，这一部分留下的废气称为残余废气”。由此可见，由于燃烧室占有固定的容积，所以造成了残余废气这个技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种能够减少残余废气的内燃机燃烧室。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种内燃机燃烧室，其包括燃烧室壁体，该燃烧室壁体内腔设置有燃烧室活塞，该燃烧室活塞的底面外部设置有使该燃烧室活塞沿燃烧室中心线作往复运动的机构。
此使燃烧室活塞作往复运动的机构可以是一根或若干根弹簧，该弹簧的一端支撑或连接在所述燃烧室活塞的底面，另一端连接在与气缸活塞销座相连的桥状结构上。这样，通过气缸内气压大小的变化及在该弹簧的弹力作用下，使所述燃烧室活塞沿燃烧室中心线作往复运动。所述燃烧室活塞的底面外部安置有用于限制所述燃烧室活塞移动幅度的限位装置，该限位装置可以是一根或若干根软绳，该软绳的两端分别与该桥状结构和所述燃烧室活塞底面相连接，通过设置该软绳的伸直长度来限制所述燃烧室活塞的最大移动幅度，该软绳可以由钢丝或铜丝制造，也可以采用其它耐高温、有一定韧性、能够弯曲的材料制造。
此使燃烧室活塞作往复运动的机构也可以由凸轮、滚轮、滚轮体、弹簧、弹簧座、推杆和推杆导向座组成。该推杆的两端分别与燃烧室活塞底面和弹簧座相连接，推杆导向座套装于推杆上，用以推杆运动导向，推杆导向座孔内表面与推杆外表面间隙配合，该弹簧安装于推杆导向座与弹簧座之间，弹簧的上端支撑在推杆导向座上，下端压靠在推杆端的弹簧座上，弹簧安装时有一定的预紧力，通过弹簧座将推杆推向下方，使弹簧座压紧在滚轮体上，从而使滚轮保持与凸轮紧密接触。这样，当旋转传动机构带动凸轮转动时，在弹簧的弹力作用下，使所述燃烧室活塞沿燃烧室中心线作往复运动。
作为本发明的一种优选结构，燃烧室壁体内腔有一个与燃烧室壁体为一整体件的定位座圈，用于支承所述燃烧室活塞，使所述燃烧室活塞更加稳固以及提高燃烧室的密封性能。
作为本发明进一步的优选结构，所述燃烧室活塞的外圆周面有一个或若干个沿着整个圆周方向延伸的凹入环槽，该凹入环槽内安置有活塞环，该活塞环可以是保证所述燃烧室活塞与燃烧室壁面间密封的气环，也可以是用来润滑燃烧室壁面和刮除该壁面多余的润滑油的油环，还可以采用气环叠置于油环上面的方式置入该凹入环槽中，用以减小燃烧室活塞的厚度和重量。在定位座圈与该燃烧室壁体内腔壁面的夹角处设置有用于支承该活塞环的活塞环垫圈，该活塞环垫圈的内侧面与燃烧室活塞外圆周面留有一定的间隙以避免撞击，该活塞环与该活塞环垫圈上表面接触时垂直于燃烧室壁体内腔壁面，这样，该活塞环垫圈起到提高活塞环的抗压强度和密封性能的作用。
作为本发明的一种改进，气缸活塞顶部与气缸盖上相应的凹入空间一起形成燃烧室，所述燃烧室活塞设置于气缸活塞头部顶端的凹入内腔，所述燃烧室活塞的表面形状与该燃烧室内腔表面形状大致相适配，以适应各种燃烧室形状的设计需要。这样，所述燃烧室活塞头部从气缸活塞顶部伸出进入该燃烧室时能够消除大部分的燃烧室容积。
采取上述结构后，在排气行程终了时，由于通过燃烧室活塞的移动而消除了燃烧室容积，大量减少了燃烧室内的残余废气，从而改善燃烧工况和减少排放污染物，具有增效、节能、环保等多重技术效果。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是头部顶端燃烧室壁体内腔设置有本发明内燃机燃烧室的气缸活塞俯视图。
图2是图1所示气缸活塞顶部沿图1中A-A线的侧面剖视图(燃烧室活塞座落于定位座圈上时)。
图3是图1所示气缸活塞顶部沿图1中A-A线的侧面部视图(燃烧室活塞表面位于气缸活塞顶部时)。
图4是本发明内燃机燃烧室一种优选结构的局部放大图。
图5是采用本发明的分开式燃烧室中副燃烧室的侧面剖视图。
图6是燃烧室空间位于气缸盖、燃烧室活塞位于气缸活塞头部顶端凹入内腔的本发明内燃机燃烧室的侧面剖视图(燃烧室活塞座落于定位座圈上时)。
图7是燃烧室空间位于气缸盖、燃烧室活塞位于气缸活塞头部顶端凹入内腔的本发明内燃机燃烧室的侧面剖视图(燃烧室活塞头部进入燃烧室时)。
具体实施例方式
由图1所示头部顶端燃烧室壁体内腔设置有本发明内燃机燃烧室的气缸活塞俯视图及图2所示的该气缸活塞顶部沿图1中A-A线的侧面剖视图可知，该气缸活塞1头部的顶端为环形燃烧室壁体3，该环形燃烧室壁体3形成一个呈圆台形(显然也可以是圆柱形)的凹入内腔5，图2中由环形燃烧室壁体3及呈圆台形的燃烧室活塞4构成的凹入空间便是一个统一式燃烧室6。该燃烧室活塞4采用铝合金或其它耐热金属材料制造。该燃烧室活塞4的底面9外部安置有一根弹簧7，该弹簧7的一端连接在与气缸活塞1销座相连的桥状结构8上，另一端支撑或连接在燃烧室活塞4的底面9，弹簧7安装时有一定的预紧力，通过弹簧力作用将燃烧室活塞4推向气缸活塞1顶部，气缸内气体压力大小的变化可使该弹簧7作伸缩运动，从而使该燃烧室活塞4在燃烧室壁体内腔5沿燃烧室6中心线作往复运动。很显然，该弹簧7也可以由若干根弹簧组成的弹簧组替代。
由图3所示所述气缸活塞顶部沿图1中A-A线的侧面剖视图可知，燃烧室活塞4在弹簧7的弹力作用下，离开定位座圈11移动至气缸活塞1顶部，如图3所示，当所述燃烧室活塞4表面10到达气缸活塞1顶部时，消除了燃烧室的容积，从而把燃烧室内的气体排放干净。
由图2和图3可知，燃烧室活塞4的底面9外部安置有一根(显然也可以是若干根)用于限制燃烧室活塞4移动幅度的限位软绳12，该软绳12由钢丝制造，该钢丝软绳12的两端分别与燃烧室活塞4底面9和桥状结构8连接。如图2所示，当燃烧室活塞4座落于定位座圈11上时，该钢丝软绳12处于弯曲的状态；如图3所示，当燃烧室活塞4表面10位于气缸活塞1顶部时，该钢丝软绳12处于伸直状态。这样，通过设置该钢丝软绳12的伸直长度便可以限制燃烧室活塞4的最大移动幅度，在消除燃烧室6容积把废气排放干净的同时，避免燃烧室活塞4由于移动幅度过大而与其它部件造成撞击损害。该软绳12也可以采用铜丝或其它耐高温、有一定韧性、能够弯曲的材料制造。
由图2和图3可知，燃烧室壁体内腔5有一个用于支承该燃烧室活塞4的定位座圈11，该定位座圈11与燃烧室壁体3成一整体件，该定位座圈11与燃烧室活塞4的接触面成相配合的斜面，这样可以增加接触面积，使燃烧室活塞4座落于定位座圈11上时更加稳固，提高燃烧室的传热和密封性能。显然，定位座圈11与燃烧室活塞4的接触面也可以是相配合的平面。
从图1至图3可知，燃烧室壁体内腔5镶入空心的燃烧室套2来形成燃烧室6的工作表面，燃烧室套2可用耐磨性较好的合金材料或陶瓷材料制造，以延长燃烧室6工作表面的使用寿命。燃烧室活塞4的外圆周面有沿着整个圆周方向延伸的凹入环槽13、14，用于安置活塞环15、16，该凹入环槽13、14的纵截面为长方形(显然也可以是正方形)，该活塞环15、16的外圆周面与燃烧室套2内壁面相接触。该凹入环槽13安置有气环15，用于保证燃烧室活塞4与燃烧室套2内壁面之间的密封，该凹入环槽14安置有油环16，用于润滑燃烧室套2内壁面和刮除该壁面多余的润滑油。
图4为本发明内燃机燃烧室一种优选结构的局部放大图，图中示出了另一种燃烧室活塞4的活塞环15、16位置结构，气环15以重叠于油环16上面的方式安置于燃烧室活塞4外圆周面的凹入环槽13中，这样有利于减小燃烧室活塞4的厚度和重量。在定位座圈11与燃烧室壁体内腔5壁面的夹角处设置有用于支承活塞环16的活塞环垫圈17，该活塞环垫圈17的外侧面和下底面分别与燃烧室壁体内腔5壁面和定位座圈11上表面相接触，内侧面与燃烧室活塞4外圆周面留有一定的间隙以避免撞击，活塞环16与该活塞环垫圈17上表面接触时垂直于燃烧室壁体内腔5壁面。由于燃烧室6的工作环境相当恶劣，该活塞环垫圈17支承油环16的压力，油环16支承气环15的压力，因而能够提高活塞环15、16的抗压强度和密封性能。显然，还可以采用气环与油环一体化的活塞环来替代气环重叠于油环上面的方式置入凹入环槽13中。
采用上述结构后，内燃机在进气行程中，气缸活塞1从上止点向下止点移动时，气缸内气缸活塞1上方的空间增大，气体压力降低到小于大气压，即产生了真空度，进气终了时气缸内的气体压力约为74-93kpa，所以在弹簧7的弹力作用下，燃烧室活塞4上表面10与气缸活塞1顶部持平而处于消除燃烧室容积的状态。在压缩行程中，气缸活塞1自下止点向上止点移动，随着气缸容积的不断缩小，混合气(或空气)受到压缩后压力不断增大，当气体压力克服弹簧7的弹力后，燃烧室活塞4在受到气体压力继续升高的作用下，不断压紧弹簧7而从气缸活塞1顶部向定位座圈11移动，直到座落在定位座圈11上而形成凹形燃烧室6，压缩行程终了时，气体压力约为600-1500kpa(柴油机压力约为3500-4500kpa)。在作功行程中，点燃后的可燃混合气释放出大量的热能，燃气压力迅速增加，所能达到的最高压力约为3000-5000kpa(柴油机可达6000-9000kpa)，此阶段在高压力的作用下燃烧室活塞4紧压定位座圈11而处于形成凹形燃烧室6状态。在排气行程中，随着废气不断排放到排气管及大气中，气缸内气体压力不断下降，当弹簧7的弹力克服燃烧室活塞4的自重及气体压力之后，燃烧室活塞4随着气体压力的持续下降而离开定位座圈11不断向气缸活塞1顶部移动，直至燃烧室活塞4上表面10与气缸活塞1顶部持平而消除燃烧室容积，排气行程终了时，气缸内气体压力稍高于大气压力，约为105-115kpa。综上所述，当弹簧7的弹力大于排气行程终了气压及燃烧室活塞4自重而小于压缩行程终了气压时，便可以顺利地完成四个行程并把燃烧室6内的废气排放干净。
图5示出了采用本发明的分开式燃烧室中副燃烧室的侧面剖视图，该副燃烧室壁体内腔5设置有燃烧室活塞4，该燃烧室活塞4与燃烧室壁体3形成燃烧室6，该燃烧室6通过顶部孔道25与气缸活塞1顶和气缸盖底之间的主燃烧室相连通，其与图1至图3所示的内燃机燃烧室区别在于采用了另一种使燃烧室活塞4沿燃烧室6中心线作往复运动的机构。此使燃烧室活塞4作往复运动的机构由凸轮18、滚轮19、滚轮体20、弹簧21、弹簧座22、推杆23和推杆导向座24组成。该推杆23的两端分别与燃烧室活塞4底面9和弹簧座22相连接，推杆导向座24套装于推杆23上，用以推杆23运动导向，推杆导向座24孔内表面与推杆23外表面间隙配合，配合程度应使推杆23在推杆导向座24内可以作相对于推杆导向座24的往复运动，该弹簧21安装于推杆导向座24与弹簧座22之间，弹簧21的上端支撑在推杆导向座24上，下端压靠在推杆23端的弹簧座22上，弹簧21安装时有一定的预紧力，通过弹簧座22将推杆23推向下方，使弹簧座22压紧在滚轮体20上，从而使滚轮19保持与凸轮18紧密接触。这样，当旋转传动机构带动凸轮18转动时，凸轮18凸起部分即顶起滚轮19及滚轮体20，通过弹簧座22压缩弹簧21，使推杆23推动燃烧室活塞4离开定位座圈11向燃烧室6顶部移动，在经过凸轮18凸起部分的顶点时，燃烧室活塞4表面10到达与燃烧室6顶部相适配的位置，而消除燃烧室容积，当凸轮18凸起部分滑过滚轮19后，燃烧室活塞4便在弹簧21的作用下座落在定位座圈11上，从而形成燃烧室6。在进气行程中，燃烧室活塞4从燃烧室6顶部向定位座圈11移动，在压缩行程初始阶段，燃烧室活塞4座落于定位座圈11而形成燃烧室6，经过压缩和点燃作功后，在作功行程后期随着排气门的提前打开，燃烧室活塞4开始离开定位座圈11向燃烧室6顶部移动，在排气行程终了时到达燃烧室6顶部相适配的位置，从而消除燃烧室容积，将燃烧室6内的废气排放干净。
图6和图7示出了燃烧室6空间位于气缸盖26、燃烧室活塞4位于气缸活塞1头部顶端凹入内腔27的本发明内燃机燃烧室的侧面剖视图，其中图6示出了燃烧室活塞4座落于定位座圈11上时，燃烧室活塞4表面10大致与气缸活塞1顶部持平而形成燃烧室6，图7示出了燃烧室活塞4头部从气缸活塞1顶部伸出进入燃烧室6时而消除了大部分的燃烧室容积。根据图6可知，气缸活塞1顶部与气缸盖26相应的凹入空间一起形成燃烧室6，燃烧室活塞4设置于气缸活塞1头部顶端的凹入内腔27，如图7所示，燃烧室活塞4表面10形状与燃烧室6内腔表面形状大致相适配，其配合程度应使燃烧室活塞4的表面10避免与其它部件撞击，采用这种结构可以适应各种燃烧室形状的设计需要。图6与图7中，燃烧室活塞4的空腔结构可以降低燃烧室活塞的重量，根据结构设计的需要，设置了两根限位软绳12，该两根软绳12相对称位于弹簧7与定位座圈11之间。
由上述可知，图2和图3所示的使燃烧室活塞4沿燃烧室6中心线作往复运动的弹簧式机构具有质量小、结构简单、成本低廉等特点，而图5所示的传动式机构可以通过机械运转准确控制燃烧室活塞4作往复运动的规律。
采用上述技术方案之后，由于本发明的内燃机燃烧室能够将燃烧室6内的废气大量排放，从而改善了燃烧工况，使燃料得以充分燃烧，进而减少了尾气中有害物质的排放，提高了内燃机的动力性和经济性，达到了增效、环保、节能的多重技术效果。本发明适于内燃机的改造，技术方案优越，实施简便，成本低廉，易于推广普及，具有很好的经济效益和社会效益。
上述实施例的任何细节只是用于说明本发明，而不是用来限制本发明，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和主要特征的前提下，其他的多种结构变化是显而易见的，都被认为落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种内燃机燃烧室，包括燃烧室壁体(3)，其特征在于所述燃烧室壁体内腔(5)设置有燃烧室活塞(4)，该燃烧室活塞(4)的底面(9)外部设置有使该燃烧室活塞(4)沿所述燃烧室(6)中心线作往复运动的机构。
2.根据权利要求1所述的内燃机燃烧室，其特征在于所述使燃烧室活塞(4)沿燃烧室(6)中心线作往复运动的机构是一根或若干根弹簧(7)。
3.根据权利要求2所述的内燃机燃烧室，其特征在于所述燃烧室活塞(4)的底面(9)外部设置有限制所述燃烧室活塞(4)移动幅度的限位软绳(12)。
4.根据权利要求1所述的内燃机燃烧室，其特征在于所述使燃烧室活塞(4)沿燃烧室(6)中心线作往复运动的机构由凸轮(18)、滚轮(19)、滚轮体(20)、弹簧(21)、弹簧座(22)、推杆(23)和推杆导向座(24)组成，该推杆(23)的两端分别与所述燃烧室活塞(4)底面(9)和弹簧座(22)相连接，该推杆导向座(24)套装于该推杆(23)上，该弹簧(21)安装于该推杆导向座(24)和该弹簧座(22)之间，使该弹簧座(22)压紧在该滚轮体(20)上，从而使该滚轮(19)与该凸轮(18)紧密接触。
5.根据权利要求1所述的内燃机燃烧室，其特征在于气缸活塞(1)的顶部与气缸盖(26)上相应的凹入空间组成燃烧室(6)，所述燃烧室活塞(4)设置于气缸活塞(1)头部顶端的凹入内腔(27)，所述燃烧室活塞(4)的表面(10)形状与该燃烧室(6)内腔表面形状大致相适配。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机燃烧室，其特征在于所述燃烧室壁体内腔(5)设有支承所述燃烧室活塞(4)的定位座圈(11)，该定位座圈(11)与所述燃烧室壁体(3)为一整体件。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机燃烧室，其特征在于所述燃烧室活塞(4)的外圆周面有沿着整个圆周方向延伸的凹入环槽(13、14)，该凹入环槽(13、14)内安置有活塞环(15、16)。
8.根据权利要求7所述的内燃机燃烧室，其特征在于气环(15)以叠置于油环(16)上面的方式置入所述凹入环槽(13)中。
9.根据权利要求7所述的内燃机燃烧室，其特征在于在所述定位座圈(11)与所述燃烧室壁体内腔(5)壁面的夹角处设置有支承所述活塞环(16)的活塞环垫圈(17)，该活塞环垫圈(17)的内侧面与所述燃烧室活塞(4)外圆周面留有一定的间隙，所述活塞环(16)与该活塞环垫圈(17)上表面接触时垂直于燃烧室壁体内腔(5)壁面。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机燃烧室，其特征在于其是一种头部顶端设置有所述燃烧室(6)的气缸活塞(1)。
全文摘要
本发明公开了一种内燃机燃烧室，该燃烧室包括燃烧室壁体(3)，该燃烧室壁体内腔(5)设置有燃烧室活塞(4)，该燃烧室活塞(4)的底面(9)外部设置有使该燃烧室活塞(4)沿燃烧室(6)中心线作往复运动的机构。采取这样的结构，就可以在排气行程终了时，通过燃烧室活塞的移动而消除燃烧室容积，大量减少燃烧室内的残余废气，从而改善燃烧工况和减少排放污染物，具有增效、节能、环保等多重技术效果。
文档编号F02B23/00GK1861994SQ20051003461
公开日2006年11月15日 申请日期2005年5月11日 优先权日2005年5月11日
发明者晏家全 申请人:晏家全