CN100354507C - 柴油机预混合燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

一种柴油机预混合燃烧系统，其属于内燃机构造和燃烧领域。这种预混合燃烧系统主要包括一个火花塞点火系统，在气缸盖上设有一个火花塞，进气迟后角β至少为下止点后30度曲柄转角，供油泵的几何供油提前角θ在压缩冲程上止点前20～180度曲柄转角范围内选取。由于采用了较大的进气迟后角和较大的几何供油提前角，明显降低了压缩比、泵气损失和被压缩的气体温度，显著延长了滞燃期，可把着火点控制在压缩冲程上止点附近。这种预混合方式使燃烧更为充分、完善，燃料热能利用率高，缸内最高压力和最高温度降低，工作柔和，使用寿命延长，实现了柴油机燃烧高效清洁的目的。

Description

柴油机预混合燃烧系统
技术领域
本发明涉及一种柴油机预混合燃烧系统，其属于内燃机构造和燃烧领域。
背景技术
众所周知，传统柴油机燃烧属于非均质混合的扩散燃烧，这种燃烧方式的固有本质决定了其必然存在着经济性和排放性、碳烟排放和NOx排放两对矛盾。为此内燃机工作者一直在努力探寻一种能够解决上述矛盾的新的高效、清洁燃烧方式。20世纪80年代初，从改善柴油机燃烧和排放角度出发，正式提出了柴油机热预混合燃烧方式：在压缩着火前，将全部燃料喷入缸内，快速形成均质稀薄混合气，并将着火点控制在上止点附近，从而实现较低缸内压力和温度条件下的燃烧，达到高效清洁的目的。并以伞喷燃烧系统为基础进行了深入的研究。由于一直没有找到有效的办法，目前，只能在低负荷下，部分实现预混合燃烧，在较高负荷时，仍然是扩散燃烧。
发明内容
为了在压缩着火前，将全部燃料喷入缸内，快速形成均质稀薄混合气并将着火点控制在上止点附近，本发明提供一种柴油机预混合燃烧系统，该燃烧系统应采用一个低压缩比、高膨胀比循环来实现柴油机的预混合燃烧，达到高效清洁的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柴油机预混合燃烧系统，它主要包括一个进、排气阀提前开启和迟后关闭的配气机构以及一个在压缩冲程上止点前把燃油喷入气缸内的燃油系统。进、排气阀可以采用凸轮驱动式配气机构，也可采用电磁阀直接驱动。它还包括一个火花塞点火系统，在气缸盖上设有一个火花塞，进气迟后角β至少为下止点后30度曲柄转角，供油泵的几何供油提前角θ在压缩冲程上止点前20～180度曲柄转角范围内选取。火花塞在上止点±5度曲柄转角范围内开始点火。
上述技术方案的指导思想是：柴油机要实现预混合燃烧，以下三点是关键：一、在缸内形成均质混合气；二、将着火点控制在上止点附近；三、保证燃烧速度不要太快。为了在气缸内形成均质稀薄混合气，必须将燃料尽早喷入气缸内，并保证有足够长的滞然期，使燃料和空气充分混合，而降低气缸内压缩温度是加长滞燃期的最有效办法；调整气缸内压缩温度也是控制着火点的有效办法；较低的缸内压缩温度又可以抑制燃烧速度。即：降低缸内压缩温度，可以实现柴油机预混合燃烧。要得到较低的缸内压缩温度，可以降低压缩比，但是，较低的压缩比导致经济性下降。为了保证柴油机较低的压缩温度，又不降低经济性，可采用低压缩比、高膨胀比循环来实现柴油机预混合燃烧。又为了保证柴油机在低压缩比下能可靠着火，特设有一套火花塞点火系统。根据不同的机型，采用预混合燃烧的柴油机，进气迟后角β可以在下止点后30～90度曲柄转角范围内选取；几何供油提前角θ可以在压缩冲程上止点前20～180度曲柄转角范围内选取；火花塞点火角φ一般选在上止点±5度曲柄转角范围内。因为这种柴油机燃烧系统设有火花塞，所以还可以采用柴油混合燃料，如：柴油+汽油、柴油+LPG、柴油+醇类、柴油+汽油+醇类等的混合燃料。
本发明的有益效果是：这种柴油机预混合燃烧系统，由于采用了较大的进气迟后角和较大的几何供油提前角，明显降低了压缩比、泵气损失和被压缩的气体温度，显著延长了滞燃期，可把着火点控制在压缩冲程上止点附近，加上火花塞的点燃，保证了柴油机在低压缩比条件下的可靠着火；再加上采用了高膨胀比，充分发挥了气缸内燃气的作功能力。这种预混合方式使燃烧更为充分、完善，燃料热能利用率高，缸内最高压力降低，工作柔和，使用寿命延长，实现了柴油机燃烧高效清洁的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是一种柴油机预混合燃烧系统的结构图。
图2是图1所示柴油机的供油、点火和配气相位图。
图中：1、活塞，2、连杆，3、进气凸轮，4、曲轴，5、喷油器，6、火花塞，α、进气提前角，β、进气迟后角，γ、排气提前角，δ、排气迟后角，θ、几何供油提前角，φ、点火角。
具体实施方式
在图1、2所示的实施例中：图1中采用预混合燃烧的柴油机与普通的柴油机在结构上无明显的区别，例如活塞1、连杆2和曲轴4为主要运动件，固定件和各大系统都变化不大，但在气缸盖上增设了一个火花塞6，进气凸轮3也变得比较肥大。膨胀比由原来的17提高到22。图2是图1所示柴油机的供油、点火和配气相位图，显然采用预混合燃烧的柴油机有着明显的特点：进气迟后角β为80度曲柄转角；几何供油提前角θ为90度曲柄转角；火花塞点火角φ在上止点前1度曲柄转角。对于进气提前角α、排气提前角γ和排气迟后角δ与同类型柴油机的要求并无差别，这里的α为12度曲柄转角，γ为15度曲柄转角，δ为12度曲柄转角。实验结果证明：PM、NOx超过欧IV标准，效率提高了6％。

Claims (2)

1、一种柴油机预混合燃烧系统，它主要包括一个进、排气阀提前开启和滞后关闭的配气机构以及一个在压缩冲程上止点前把燃油喷入气缸内的燃油系统，进、排气阀可以采用凸轮驱动式配气机构，也可采用电磁阀直接驱动，其特征是：它还包括一个火花塞点火系统，在气缸盖上设有一个火花塞(6)，进气迟后角β至少为下止点后30度曲柄转角，供油泵的几何供油提前角θ在压缩冲程上止点前20～180度曲柄转角范围内选取。
2、据权利要求1所述的柴油机预混合燃烧系统，其特征是：火花塞(6)在上止点±5度曲柄转角范围内点火。
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