專(zhuān)利名稱(chēng)：直噴式柴油機(jī)多邊形渦流室燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直噴式柴油機(jī)多邊形渦流室燃燒系統(tǒng)，其屬于發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成和燃燒領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，柴油機(jī)雖然過(guò)量空氣系數(shù)大，但由于多孔噴霧在圓周方向分布不均勻，一部分噴霧堆積在落點(diǎn)附近或形成油膜，另一部分反彈后向圓周擴(kuò)散，由于緊貼燃燒室壁，卷入的空氣量較少，而在噴霧的落點(diǎn)處形成過(guò)濃區(qū)，使得燃燒不完全，而燃燒室外圍的空氣利用不好，產(chǎn)生碳煙。因此，優(yōu)化匹配燃燒室形狀、噴霧和氣流運(yùn)動(dòng)一直是內(nèi)燃機(jī)工作者的主要任務(wù)之一。在柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)中，由于渦流室式燃燒室中存在主副燃燒室，可以組織起強(qiáng)烈的壓縮渦流，有利于燃油與空氣的快速混合，因此對(duì)于噴油器的噴油壓力要求不高。其次，渦流室式柴油機(jī)還具有工作平穩(wěn)，NOX和HC以及碳煙排放低等優(yōu)點(diǎn)。但是，渦流室的散熱面積相對(duì)較大，而且又直接與冷卻水接觸，使得其散熱損失較大，使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難，經(jīng)濟(jì)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
為了更好地利用燃燒室內(nèi)的氣流來(lái)改善混合氣的形成與燃燒，本發(fā)明提供了一種直噴式柴油機(jī)多邊形渦流室燃燒系統(tǒng)。該燃燒系統(tǒng)應(yīng)采用一個(gè)燃燒室中央凸臺(tái)和一個(gè)環(huán)形渦流室相配合，使噴霧撞擊在凸臺(tái)邊緣的導(dǎo)向面后，其在圓周方向擴(kuò)散的范圍加大，油粒也更加細(xì)小，可以隨著氣流快速進(jìn)入渦流室空間，在渦流室縱切面內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)烈擠流和渦流室的邊角處產(chǎn)生的紊流作用下，實(shí)現(xiàn)快速而均勻的油氣混合，從而極大地改善了可燃混合氣的質(zhì)量。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種直噴式柴油機(jī)多邊形渦流室燃燒系統(tǒng)，它主要由一個(gè)燃燒室、一個(gè)渦流室和一個(gè)噴油器組成，燃燒室通過(guò)環(huán)形通道與渦流室相通，噴油器位于燃燒室中央上方位置。所述的渦流室采用多邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在活塞頭部的燃燒室中設(shè)置一個(gè)凸臺(tái)，在凸臺(tái)的頂面邊緣設(shè)置碰撞導(dǎo)向面，碰撞導(dǎo)向面位于環(huán)狀通道的下側(cè)，噴油器的油束的中心指向碰撞導(dǎo)向面，噴射的油束沿該碰撞導(dǎo)向面散開(kāi)形成擴(kuò)散油束經(jīng)環(huán)狀通道進(jìn)入渦流室。所述的渦流室的縱剖面采用直線段連接的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，在兩直線段的相交處用弧線過(guò)渡，或采用直線段和曲線段相連的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。所述的凸臺(tái)的頂面輪廓線采用低于活塞頂面的斜面和碰撞導(dǎo)向面的組合結(jié)構(gòu)，其中碰撞導(dǎo)向面采用起導(dǎo)向作用的凹狀圓弧。
上述技術(shù)方案的指導(dǎo)思想是在壓縮行程中，氣流通過(guò)環(huán)狀通道進(jìn)入多邊形渦流室，由于所設(shè)計(jì)的通道面積很小，因而氣流進(jìn)入多邊形渦流室的速度很大，在多邊形渦流室內(nèi)形成了強(qiáng)烈的擠流，即繞多邊形渦流室中心高速旋轉(zhuǎn)的壓縮渦流；渦流室設(shè)計(jì)成多邊形的目的是為了使氣流經(jīng)過(guò)這些角與邊的轉(zhuǎn)換處時(shí)能產(chǎn)生紊流，加強(qiáng)燃油和空氣的微觀混合，使可燃混合氣更加均勻；當(dāng)速度越高時(shí)，多邊形的渦流室結(jié)構(gòu)對(duì)其內(nèi)部氣流運(yùn)動(dòng)的阻力越大，這個(gè)特征與內(nèi)燃機(jī)在高速工況下需要較小的渦流比的要求是一致的，因而本燃燒系統(tǒng)對(duì)不同工況的適應(yīng)性比較好。在高速柴油機(jī)的工作過(guò)程中，高速?lài)婌F油束以一定入射角碰撞高凸臺(tái)頂面邊緣的凹狀導(dǎo)向面后，形成擴(kuò)散油束，其在圓周方向擴(kuò)散的范圍加大，油粒也更加細(xì)小；并且由于該導(dǎo)向面也正好處于連接主燃燒室與多邊形渦流室之間的通道處，該處氣流速度高，因而擴(kuò)散油束可以隨通道處的氣流快速進(jìn)入多邊形渦流室空間，在渦流室縱剖面內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)烈擠流和多邊形渦流室的邊角處產(chǎn)生的紊流的共同作用下，實(shí)現(xiàn)快速而均勻的油氣混合，極大地改善了可燃混合氣的質(zhì)量。當(dāng)著火后，多邊形渦流室的壓力急劇增大，使得燃燒火焰和未燃混合氣高速?zèng)_出渦流室，與燃燒室內(nèi)的空氣進(jìn)行二次混合，促使燃燒更加完全。
本發(fā)明的有益效果是由于該燃燒系統(tǒng)在縮口燃燒室中央設(shè)置一個(gè)凸臺(tái)，該凸臺(tái)的頂部外緣接近燃燒室唇部的下邊緣，在二者接近的地方形成一個(gè)環(huán)狀的通道，而該凸臺(tái)的側(cè)面和燃燒室凹坑外圍壁之間又形成了一個(gè)多邊形渦流室。由于噴霧撞擊燃燒室中央凸臺(tái)頂面外邊緣的凹狀導(dǎo)向曲面后，沿該導(dǎo)向曲面展開(kāi)，形成二次油束，其在圓周方向的擴(kuò)散范圍急劇增加，并隨通道處的氣流進(jìn)入多邊形渦流室空間，在多邊形渦流室縱剖面內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)烈擠流和渦流室的邊角處的紊流的共同作用下，實(shí)現(xiàn)快速而均勻的油氣混合，極大地改善了可燃混合氣的質(zhì)量。著火后，由于環(huán)狀通道的存在，燃燒火焰會(huì)快速蔓延沖出，使主燃燒室內(nèi)的空氣也能充分利用，參與燃燒，使得燃燒更為完善，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放指標(biāo)都明顯改善。在高速柴油機(jī)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明油耗降低5％，碳煙降低40％。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是一種直噴式柴油機(jī)多邊形渦流室燃燒系統(tǒng)的縱剖面構(gòu)造圖。
圖2是另一種直噴式柴油機(jī)多邊形渦流室燃燒系統(tǒng)的縱剖面構(gòu)造圖。
圖中1、活塞，2、氣缸套，3、氣缸蓋，4、噴油器，5、活塞唇部，6、環(huán)狀通道，7、渦流室，8、油束，8a、擴(kuò)散油束，9、凸臺(tái)，9a、斜面，9b、碰撞導(dǎo)向面。
具體實(shí)施例方式
在圖1所示的實(shí)施例中，由氣缸蓋3、氣缸套2和活塞1構(gòu)成一個(gè)封閉的燃燒空間。直噴式柴油機(jī)渦流室燃燒系統(tǒng)主要由一個(gè)燃燒室10、一個(gè)多邊形渦流室7和一個(gè)噴油器4組成，位于活塞1頭部的縮口燃燒室10的中央設(shè)置了一個(gè)凸臺(tái)9，渦流室7的縱剖面采用4條直線段連接的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，在兩直線段的相交處用弧線過(guò)渡。此處的多邊形共有4個(gè)角，又在凸臺(tái)9的頂面外緣設(shè)置凹狀的碰撞導(dǎo)向面9b，在活塞唇部5的下表面和凸臺(tái)9上的凹狀碰撞導(dǎo)向面9b之間形成了一個(gè)與多邊形的渦流室7連通的環(huán)狀通道6，安裝在氣缸蓋3中心噴油器4的油束8的中心指向凹狀碰撞導(dǎo)向面9b，然后沿該導(dǎo)向面展開(kāi)形成擴(kuò)散油束8a經(jīng)環(huán)狀通道6進(jìn)入多邊形的渦流室7。在高速柴油機(jī)的壓縮行程中，因而環(huán)狀通道6處的氣流進(jìn)入多邊形的渦流室7的速度很快，在多邊形的渦流室7內(nèi)形成較強(qiáng)的壓縮縱向渦流。另一方面，高速?lài)婌F油束8以一定入射角撞擊凹狀碰撞導(dǎo)向面9b，沿著碰撞導(dǎo)向面9b向圓周方向擴(kuò)散成扇形，繼而在環(huán)狀通道6處的高速氣流的帶動(dòng)下進(jìn)入多邊形的渦流室7，在強(qiáng)烈的縱向壓縮渦流和由渦流室7的邊角處產(chǎn)生的紊流的共同作用下快速地與空氣混合。較快的氣流運(yùn)動(dòng)和分布范圍廣的噴霧，保證了相對(duì)均勻混合氣的快速形成。當(dāng)著火后，多邊形的渦流室7的壓力急劇增大，使得燃燒火焰和未燃混合氣高速?zèng)_出多邊形的渦流室7，與燃燒室10內(nèi)的空氣進(jìn)行二次混合，促使燃燒更加完全。環(huán)狀通道6起到類(lèi)似渦流室通道的作用，在高速發(fā)動(dòng)機(jī)中，環(huán)狀通道6內(nèi)的氣流速度和多邊形的渦流室7內(nèi)的渦流強(qiáng)度將更大。
在圖2所示的實(shí)施例中，渦流室7的縱剖面采用6條直線段連接的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，在兩直線段的相交處用弧線過(guò)渡。此處的多邊形共有6個(gè)角，其余與圖1所示完全相同。
權(quán)利要求
1.一種直噴式柴油機(jī)多邊形渦流室燃燒系統(tǒng)，它主要由一個(gè)燃燒室(10)、一個(gè)渦流室(7)和一個(gè)噴油器(4)組成，燃燒室(10)通過(guò)環(huán)形通道(6)與渦流室(7)相通，噴油器(4)位于燃燒室中央上方位置；其特征在于所述的渦流室(7)采用多邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在活塞(1)頭部的燃燒室(10)中設(shè)置一個(gè)凸臺(tái)(9)，在凸臺(tái)(9)的頂面邊緣設(shè)置碰撞導(dǎo)向面(9b)，碰撞導(dǎo)向面(9b)位于環(huán)狀通道(6)的下側(cè)，噴油器(4)的油束(8)的中心指向碰撞導(dǎo)向面(9b)，噴射的油束(8)沿該碰撞導(dǎo)向面(9b)散開(kāi)形成擴(kuò)散油束(8a)經(jīng)環(huán)狀通道(6)進(jìn)入渦流室(7)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的直噴式柴油機(jī)渦流室燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述的渦流室(7)的縱剖面采用直線段連接的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，在兩直線段的相交處用弧線過(guò)渡，或采用直線段和曲線段相連的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。
3.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直噴式柴油機(jī)渦流室燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述的凸臺(tái)(9)的頂面輪廓線采用低于活塞(1)頂面的斜面(9a)和碰撞導(dǎo)向面(9b)的組合結(jié)構(gòu)，其中碰撞導(dǎo)向面(9b)采用起導(dǎo)向作用的凹狀圓弧。
全文摘要
一種直噴式柴油機(jī)多邊形渦流室燃燒系統(tǒng)，其屬于發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成和燃燒領(lǐng)域。由于該燃燒系統(tǒng)在燃燒室中央設(shè)置一個(gè)凸臺(tái)，一個(gè)環(huán)狀通道與一個(gè)環(huán)狀多邊形渦流室相連通。由于噴油嘴噴射的油束指向碰撞導(dǎo)向面，形成二次油束，并隨通道處的氣流進(jìn)入多邊形渦流室空間，在多邊形渦流室內(nèi)的強(qiáng)烈擠流和邊角處的紊流的共同作用下，實(shí)現(xiàn)快速而均勻的油氣混合，極大地改善了可燃混合氣的質(zhì)量。著火后，由于環(huán)狀通道的存在，燃燒火焰會(huì)快速蔓延沖出，使主燃燒室內(nèi)的空氣也能充分利用，參與燃燒，使得燃燒更為完善，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放指標(biāo)都明顯改善。在高速柴油機(jī)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明油耗降低5％，炭煙降低40％。
文檔編號(hào)F02B23/00GK1975122SQ20061013484
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者隆武強(qiáng), 冷先銀, 田江平, 魏勝利, 杜寶國(guó), 齊鯤鵬, 付磊 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)