一种缸内直喷氢发动机以及汽车的制作方法

本技术涉及发动机，具体涉及一种缸内直喷氢发动机以及汽车。

背景技术：

1、发动机(engine)是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器(如：汽油发动机、航空发动机)。在实际应用中，发动机可以使用氢气作为燃料。而且，使用氢气作为发动机燃料时，氢燃料具有热值高，火焰传播速度快，燃烧所需的着火能量较小，扩散性好且着火浓度范围广，燃烧等容度高，循环变动小等优点。此外，由于氢气的分子中不含有碳原子，排放物单一，在燃烧时不会产生未燃碳氢化合物(hc)、一氧化碳(co)及二氧化碳(co2)等尾气，可以实现发动机的零碳排放。

2、然而，由于氢气的密度极低，扩散速度更快，在发动机的缸内瞬变复杂的气流运动下，混合气分层状态难以维持和控制，影响缸内氢气的燃烧情况。

技术实现思路

1、本实用新型的目的之一在于提供一种缸内直喷氢发动机，以解决或部分解决现有技术中的缸内直喷氢发动机中的混合气分层状态难以维持和控制，影响缸内氢气的燃烧情况的问题；目的之二在于提供一种汽车。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

3、一种缸内直喷氢发动机，该缸内直喷氢发动机包括气缸盖、气缸、活塞、火花塞、进气门和排气门，所述气缸盖、所述气缸和所述活塞围合成燃烧室，所述气缸盖与所述火花塞、所述进气门和所述排气门连接，所述活塞的活塞顶面设有导流部，所述导流部用于引导所述燃烧室内的氢气流动；所述导流部设有避让凹槽，所述避让凹槽与所述火花塞、所述进气门、所述排气门中至少之一对应设置，所述避让凹槽用于避免所述导流部与所述火花塞、所述进气门、所述排气门中至少之一发生干涉。

4、根据上述技术手段，导流部可以与气缸的缸壁配合，实现对喷入燃烧室内的氢气束方向以及燃烧室内混合气的引导，保证氢气束与缸内宏观气流运动方向一致，一方面促进氢气与缸内整体滚流相配合，增强缸内湍动能，有利于氢气在缸内扩散，且能够有效保证点火时刻的湍动能；另一方面实现火花塞附近高浓区域的气体组织(火花塞附近形成较浓的氢混合气)，改善发动机燃烧情况。同时，所述导流部设有避让凹槽，所述避让凹槽与所述火花塞、所述进气门、所述排气门中至少之一对应设置，所述避让凹槽用于避免所述导流部与所述火花塞、所述进气门、所述排气门中至少之一发生干涉，避免活塞往复移动时对所述火花塞、所述进气门、所述排气门造成损伤。

5、进一步，所述导流部为凹坑。

6、根据上述技术手段，凹坑可以用于引导所述燃烧室内的氢气流动，以掌控燃烧室内混合气分层状态，改善发动机燃烧情况。

7、进一步，所述凹坑沿所述活塞的直径布置，所述凹坑的一端位于进气门侧，所述凹坑的相对另一端位于排气门侧，所述凹坑的最深处靠近所述进气门侧。

8、根据上述技术手段，凹坑可以用于引导所述燃烧室内的氢气流动，以掌控燃烧室内混合气分层状态，改善发动机燃烧情况。

9、进一步，所述避让凹槽包括凹坑避让凹槽，所述凹坑避让凹槽设有至少两个；部分所述凹坑避让凹槽位于所述凹坑的一端，对应所述进气门设置；其余所述凹坑避让凹槽位于所述凹坑的相对另一端，对应所述排气门设置。

10、根据上述技术手段，可以避免所述导流部与所述进气门和所述排气门发生干涉，对进气门和所述排气门产生损伤。

11、进一步，所述缸内直喷氢发动机还包括氢喷嘴，所述氢喷嘴靠近所述进气门设置，所述氢喷嘴用于在所述气缸的压缩中后期喷射氢气。

12、根据上述技术手段，在氢喷嘴用于晚喷氢气且导流部为凹坑的情况下，可以形成明显分层的混合气组织，即在火花塞周围形成较浓的氢混合气，在气缸的缸壁周围形成较稀的氢混合气。火花塞周围较浓的氢混合气可以有效改善点火过程，有利于点火初始时刻火花塞燃烧的稳定性和速度的提升，促进火焰快速发展；而在缸壁周围较稀的氢混合气可以降低传热损失，能够在提升发动机快速响应特性和动力性的同时，提高燃油经济性。这种明显分层的混合气组织利于提升氢发动机性能，还可以提高缸内峰值压力及峰值对应相位，保持较好的滚流比以及点火时刻较高的湍动能，并保证火焰稳定传播。

13、进一步，所述导流部为凸起。

14、根据上述技术手段，凸起可以用于引导所述燃烧室内的气体流动，以掌控燃烧室内混合气分层状态，改善发动机燃烧情况。

15、进一步，所述凸起沿所述活塞的直径布置，所述凸起的一端位于进气门侧，所述凸起的相对另一端位于排气门侧，所述凸起的最高处靠近所述排气门侧。

16、根据上述技术手段，凸起可以用于引导所述燃烧室内的气体流动，以掌控燃烧室内混合气分层状态，改善发动机燃烧情况。

17、进一步，所述避让凹槽包括凸起避让凹槽，所述凸起避让凹槽位于所述凸起的中部，所述凸起避让凹槽对应所述火花塞设置。

18、根据上述技术手段，凸起避让凹槽用于避免所述导流部与所述火花塞发生干涉，避免对火花塞产生损伤。

19、进一步，所述缸内直喷氢发动机还包括氢喷嘴，所述氢喷嘴靠近所述进气门设置，所述氢喷嘴用于在所述气缸的压缩前中期喷射氢气。

20、根据上述技术手段，在氢喷嘴用于早喷氢气以及导流部为凸起的情况下，可以形成弱分层的混合气组织，即在火花塞附近形成较浓的氢混合气和高湍动能区，在缸壁周围形成的混合气相对均匀，缸壁周围形成较稀的氢混合气，可以降低传热损失，能够在提升发动机快速响应特性和动力性的同时，提高燃油经济性。在缸内直喷氢发动机的缸内形成弱分层的混合气组织，利于控制缸内温度，以及降低氮氧化物排放。

21、一种汽车，包括车体，所述车体设有上述的缸内直喷氢发动机。

22、本实用新型的有益效果：

23、(1)本实用新型的活塞顶部设有的凹坑或凸起与气缸的缸壁配合，实现对氢气束方向引导以及气束空间位置组织，使得喷入燃烧室内的氢气束与缸内宏观气流运动方向一致，一方面促进氢气与缸内整体滚流相配合，增强缸内湍动能，另一方面实现火花塞附近高浓区域的组织(较浓的氢混合气)，较浓的氢混合气可以有效改善点火过程，有利于点火初始时刻火花塞燃烧的稳定性和速度的提升，促进火焰快速发展；而在缸壁周围较稀的氢混合气可以降低传热损失，能够在提升发动机快速响应特性和动力性的同时，提高燃油经济性。

24、(2)本实用新型可以合理组织缸内气体，可实现较为理想的混合气分布状态；且促进喷入缸内的氢气与缸内整体滚流相配合，提升缸内湍流强度，从而改善发动机燃烧情况，调高燃烧效率，实现低排放。而且，本申请实施例的缸内直喷氢发动机为采用稀薄燃烧，保证了大空燃比下的稳定可靠着火以及快速燃烧。

技术特征：

1.一种缸内直喷氢发动机，包括气缸盖(1)、气缸(2)、活塞(3)、火花塞(4)、进气门和排气门，所述气缸盖(1)、所述气缸(2)和所述活塞(3)围合成燃烧室(5)，所述气缸盖(1)与所述火花塞(4)、所述进气门和所述排气门连接，其特征在于：所述活塞(3)的活塞顶面设有导流部(6)，所述导流部(6)用于引导所述燃烧室(5)内的氢气流动；

2.根据权利要求1所述的缸内直喷氢发动机，其特征在于：所述避让凹槽包括凹坑避让凹槽(113)，所述凹坑避让凹槽(113)设有至少两个；部分所述凹坑避让凹槽(113)位于所述凹坑(11)的一端，对应所述进气门设置；其余所述凹坑避让凹槽(113)位于所述凹坑(11)的相对另一端，对应所述排气门设置。

3.根据权利要求1所述的缸内直喷氢发动机，其特征在于：所述缸内直喷氢发动机还包括氢喷嘴(9)，所述氢喷嘴(9)靠近所述进气门设置，所述氢喷嘴(9)用于在所述气缸(2)的压缩中后期喷射氢气。

4.根据权利要求1所述的缸内直喷氢发动机，其特征在于：所述导流部(6)为凸起(12)。

5.根据权利要求4所述的缸内直喷氢发动机，其特征在于：所述凸起(12)沿所述活塞(3)的直径布置，所述凸起(12)的一端位于进气门侧，所述凸起(12)的相对另一端位于排气门侧，所述凸起(12)的最高处靠近所述排气门侧。

6.根据权利要求4所述的缸内直喷氢发动机，其特征在于：所述避让凹槽包括凸起避让凹槽(123)，所述凸起避让凹槽(123)位于所述凸起(12)的中部，所述凸起避让凹槽(123)对应所述火花塞(4)设置。

7.根据权利要求4所述的缸内直喷氢发动机，其特征在于：所述缸内直喷氢发动机还包括氢喷嘴(9)，所述氢喷嘴(9)靠近所述进气门设置，所述氢喷嘴(9)用于在所述气缸(2)的压缩前中期喷射氢气。

8.一种汽车，包括车体，其特征在于：所述车体设有如权利要求1-7任一所述的缸内直喷氢发动机。

技术总结本技术涉及一种缸内直喷氢发动机以及汽车，该缸内直喷氢发动机包括气缸盖、气缸、活塞、火花塞、进气门和排气门，气缸盖、气缸和活塞围合成燃烧室，气缸盖与火花塞、进气门和排气门连接，活塞的活塞顶面设有导流部，导流部用于引导燃烧室内的氢气流动；导流部设有避让凹槽，避让凹槽与火花塞、进气门、排气门中至少之一对应设置，避让凹槽用于避免导流部与火花塞、进气门、排气门中至少之一发生干涉。导流部与气缸的缸壁配合，实现对氢气束方向引导以及气束空间位置组织，使得喷入燃烧室内的氢气束与缸内宏观气流运动方向一致，促进氢气与缸内整体滚流相配合，增强缸内湍动能，且实现火花塞附近高浓区域的组织，促进火焰快速发展。技术研发人员：李潜,汤雪林,薛亚飞,蒋文萍,陈堂明受保护的技术使用者：重庆长安汽车股份有限公司技术研发日：20231025技术公布日：2024/6/11