CN1006169B - 直接喷射式柴油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直接喷射式柴油机，其中燃油喷嘴装置安装在气缸盖上，并偏离燃烧室中心，所述燃油喷嘴装置具有一个主喷嘴孔和一个副喷嘴孔，主喷嘴孔暴露干燃烧室，而副喷嘴孔暴露于燃烧室内壁表面，并处于紧邻内壁表面的一个位置。当所述柴油机处于低负载时，燃油喷嘴装置仅仅通过副喷嘴孔喷射燃油，而主喷嘴孔则保持关闭。

Description

直接喷射式柴油机

本发明所涉及的是一种直接喷射式柴油机，更具体讲这种直接喷射式柴油机其噪声低、并且改善了HC（由于不完全燃烧而随废气排出的碳氢化合物气体）以及兰白烟的境况。

直接喷射式柴油机的优点是燃烧效率高，排气温度低，但其缺点是爆发压力高，并且伴随有很大的振动及噪声。

公知的一种直接喷射式柴油机采用的是M型（Mann-type）燃烧室，其结构是这样的：从一个燃油喷嘴所喷出的燃油被沉积在燃烧室的一个内壁表面上，由此在该内壁表面上形成一层燃油膜。该燃油膜由燃烧室内的气氛以及内壁的热量予以加热，这样就产生了燃油蒸气，燃油蒸气与吸入的空气混合形成了供燃烧用的空气-燃油混合物，进而自燃点火。

在这种采用M型燃烧室的直接喷射式柴油机中，由燃烧室内壁予以相继汽化的燃油蒸气用来供以燃烧，结果放慢了燃烧速度，并且抑制了压力的迅速增大，因此相对来讲噪声和振动减小了。然而，点火滞后却容易产生了，由此引起爆炸燃烧，进而HC和兰白烟境况遭到恶化。这种情况在低载荷低温度下极易发生。

再者，公知的另一种直接喷射式柴油机采用的是倒锥针副喷孔式喷嘴（Pintaux nozzle）用来预喷射。在这种情况下，预喷射的燃油（副流燃油）被喷射到燃烧室的中心，呈涡流S状。由此加速了空气-燃油混合物的产生，并且改善了可燃性及HC和兰白烟的境况，然而，由于空气-燃油混合物的产生是瞬时获得的，因此，燃烧也是一个瞬时进程，其结果压力的增加速度变高，而产生很大的噪声及振动。

本发明解决了上述问题，其目的在于提供一种直接喷射式柴油机，它可以减小噪声，并且改善HC和蓝白烟的境况。

根据本发明的一个方面，该直接喷射式柴油机包括一个燃烧室，该燃烧室具有一个形成在一活塞的活塞顶部的内壁表面，该活塞在该柴油机气缸内作往复运动。该柴油机还包括一个燃油喷嘴装置，该燃油喷嘴装置安装在该柴油机的气缸盖上并偏离所述燃烧室的中心，所述燃油喷嘴装置具有一个主喷嘴孔和一个副喷嘴孔，该主喷嘴孔暴露于该燃烧室，而该副喷嘴孔则偏离该燃烧室的中心，并且暴露于该燃烧室的内壁表面紧邻该燃烧室的侧部的一个位置，其中主喷嘴孔在该柴油机低负载情况下是关闭的，以允许燃油只从副喷嘴孔喷射。从副喷嘴孔喷出的一部分燃油与该燃烧室的内壁表面发生碰撞，从而得以雾化，而其余的一部分燃油则沿着该燃烧室的内壁表面流动，由此得到提前点火以及缓慢燃烧。

根据本发明的另一方面，该直接喷射式柴油机包括一个燃烧室，该燃烧室具有一个形成在一活塞的活塞顶部的内壁表面，该活塞在该柴油机气缸内作往复运动;该柴油机还包括一条通道，该通道形成在该柴油机的气缸盖上，并与该气缸连通，所述通道具有一内壁表面，该内壁表面与该燃烧室的内壁表面连接;该柴油机还包括一个燃烧喷嘴装置，该装置设置在上述通道内，所述燃油喷嘴装置具有一个主喷嘴孔和一个副喷嘴孔，该主喷嘴孔暴露于该燃烧室，而该副喷嘴孔则暴露于该通道的内壁表面，其中主喷嘴孔在该柴油机低负载情况下是关闭的，以允许燃油只从副喷嘴孔喷射。该通道的内壁表面形成在该燃油喷嘴装置和该燃烧室内壁表面之间。从副喷嘴孔喷出的一部分燃油与该通道内壁表面发生碰撞，从而得以雾化，而其余的一部分燃油则从该通道的内壁表面沿着该燃烧室的内壁表面流动，由此得到提前点火以及缓慢燃烧。

下面对附图进行简要说明：

图1是本发明最佳实施例的一个平面图;

图2是沿图1的Ⅱ-Ⅱ线截取的剖面图;

图3是本发明另一个最佳实施例的截面侧视图;

图4是先有技术的一个平面图;和

图5是先有技术的一个截面侧视图。

现在我们将参照附图详细叙述本发明的最佳实施例。

如图1和图2所示，在一柴油机气缸中作往复运动的活塞的活塞顶部1中形成有一个球状燃烧室2，该燃烧室有一内壁表面8。另一方面，该柴油机的一个气缸盖3上设置有一个燃油喷嘴装置，在该喷嘴装置上设有一通道4，该通道与该气缸在偏离燃烧室2的中心的一个位置处连通。一个燃油喷嘴装置5以这样的方式设置在通道4中，其结果该喷嘴装置暴露于燃烧室2，其位置与该燃烧室2的中心偏离。

燃油喷嘴装置5的类型类似于倒锥针副喷孔式喷嘴（Pintaux nozzle），该燃油喷嘴装置5具有一个主喷嘴孔6用于在其中心部位进行主喷射，该装置5还具有一个副喷嘴孔7用于在该喷嘴装置的侧锥面部位上进行副喷射。在低载荷下，当一针阀（没有表明在图中）的升力的量值小于一预定量值时，并且例如，主喷嘴孔6关闭时，副喷嘴孔7用于开启并喷射-副流燃油。另一方面，在高负载下，例如当该针阀升力的量值大于该预定量值时，该主喷嘴孔6则支配该副喷嘴孔7用来开启并喷射-主流燃油。具体讲，副喷嘴孔7的小孔设计的很小，这样就能充分地雾化该副流燃油。

由于燃油喷嘴装置5偏离于燃烧室2的中心，因此副喷嘴孔7可以对峙于该燃烧室的内壁表面8，该内壁表面以很短的距离紧邻于孔7。另一方面，主喷嘴孔6可以对峙于燃烧室2的内壁表面8，与内壁表面8相距一段相对较长的距离，位于在燃烧室2中所产生的涡流S的下流侧之上。

在工作过程中，在低负载下比如空运转时，所喷射的燃油量很少，因此该针阀的升力量值少以制得很小，同时仅仅从副喷嘴孔7喷射副流然油f。所喷射的副流燃油f与该燃烧室的内壁表面8碰撞，并且燃油的一部分f₁由此碰撞力预以雾化，然后，该雾化燃油向下散布在燃烧室2内，并且由在燃烧室2中产生的涡流S转化成空气-燃油混合物，用来供以点火。

在碰撞之后，其余的大部分燃油f很快则沉积在柴油机内壁表面8上，并且以薄膜状沿涡流S流动。换句话说，与内壁表面8碰撞所散布的雾化燃油f₁通过涡流S与空气混合即可实现点火提前，进而，在点火后的燃烧可由沿该燃烧室内壁表面8流动的薄膜状燃油f予以减缓，这样即可阻止点火滞后，并且在气缸内压力增大的速度可以被抑制，由此来实现噪声的降低。

当燃油形成薄膜时，并且该薄膜状燃油以与涡流S的流动方向相同的方向流动时，借助涡流S燃油与空气的混合就会受到抑制。如果燃油的汽化以及燃油与空气的混合被大大地扰乱，则HC和蓝白烟的境况就会恶化。关于这一点，根据本发明，副流燃油f通过制造的小孔雾化，并且形成的该燃油膜很薄，结果，燃油通过燃烧室中气氛和燃烧室内壁的热量所进行的汽化则会加速。在该加速条件下，部分燃油f₁得以雾化及散布，由此得到提前点火。在提前点火之后，燃油蒸气充分供给燃烧，由此获得了平稳缓慢的燃烧，并进一步改善了HC和蓝白烟的境况。

由此，根据本发明，在加速汽化条件下，以及薄膜燃油与空气混合条件下，一缓慢燃烧过程就实现了。在加速燃油汽化以及缓慢燃烧的这样一个良好平衡下，压力的迅速增长被抑制了，因此减小了噪声并改善了HC和蓝白烟的境况。特别是由部分燃油f₁的雾化所带来的点火提前阻止了点火滞后以及爆炸燃烧，并且进一步抑制了HC和蓝白烟的产生。

另外，根据本发明，燃烧室的内壁表面8安排在副喷嘴孔7的附近，因此就有可能抑制在燃油与燃烧室内壁表面8碰撞之前副流燃油f被涡流S卷走，也正是这个原因，可以阻止迅速的燃烧。

另一方面，在中高负载时，在点火开始时所进行的燃烧过程类似于低负载，特别是在这种情况下，该针阀被大大地开启，然后一具有大喷雾穿透深度的主流燃油F内主喷嘴孔6喷出，类似地，主流燃油F以与涡流S的流动方向相同的方向喷射，朝向燃烧室2的内壁表面8，在涡流S的顺流侧，并且以薄膜的状态由涡流S的能量被沉积在燃烧室2的内壁表面8上。然后，燃油F由副流燃油f的提前点火所产生的火焰等予以汽化，因此，比起整个燃油与空气的瞬时混合来有可能降低噪声。

图3表明了本发明的另一个最佳实施例。根据该最佳实施例，代替上述结构，即副喷嘴孔7暴露于该燃烧室的内壁表面8，并使该表面紧邻孔7，由此副流燃油f与该内壁发生碰撞并沉积在该腔室的内壁表面8上，在该实施例中，安装在通道4中的该燃料喷嘴装置具有一内壁表面9，该表面9与燃烧室的内壁表面8连接，并且副喷嘴孔7暴露于内壁表面9。该副流燃油f与内壁表面9发生碰撞，然后，经通道4流向燃烧室的内壁表面8。在这种情况下，直到副流燃油f与燃烧室内壁表面8发生碰撞，副流燃油f才被涡流S卷走，由此抑制了快速燃烧，在该最佳实施例中主喷嘴孔6类似于前述实施例。

进而，根据本发明，缩短点火滞后（实现点火提前）使得使用低十六烷值燃油以及稳定柴油机的操作成为可能。

如上所述，本发明的优越效果总结如下：（1）通过提前点火以及减缓燃烧过程使燃油可以令人满意地燃烧，由此减小了噪声，并改善了HC和蓝白烟的境况。

（2）直到副流燃油与内壁表面发生碰撞，该副流燃油才被涡流卷走，这样就抑制了快速燃烧。

（3）由此有可能使用低十六烷值的燃油，由于实现了提前点火，即可稳定柴油机的操作。

Claims (18)

1、直接喷射式柴油机包括：

一个由凹进在柴油机活塞顶部而限定的燃烧室，所述燃烧室有在燃烧室环形方向产生涡流的侧壁，

带有两个喷孔的燃料喷嘴，其中一个喷孔在发动机所有运转情况下都处于开启状态向燃烧室喷射并雾化燃烧，另一个喷孔只在高负荷情况下开启向燃烧室喷射并雾化燃料，而且来自上述另一个喷孔的燃料颗粒直径大于来自上述喷孔的燃料直径，

其特征在于：

上述燃料喷嘴装置安装在相对于燃烧室中心轴线偏离的位置以便于上述喷嘴装置可以靠近燃烧室侧壁，

上述一个喷孔朝向靠近位于涡流下游方向的喷嘴装置的侧壁，这样使得喷射的燃料撞击在涡流下游方向的侧壁上，其中一部分燃料弥散开，其余的部分粘附在燃烧室的壁上。在涡流方向形成一层燃料薄膜，

上述另一个喷孔朝向在涡流下游方向的侧壁，这样使得该孔喷出的燃料在涡流方向以燃料薄膜的形式弥散开以形成雾化燃料。

2、按权利要求1的直接喷射式柴油机，其特征在于：上述一个喷孔朝向燃烧室内壁，这样使得从上述喷孔喷出的燃料沿涡流流向在内壁上雾化。

3、直接喷射式柴油机包括，

一个由凹进在柴油机活塞顶部而限定的燃烧室，所述燃烧室有在该燃烧室环形方向产生涡流的侧壁，

带有两个喷孔的燃料喷嘴，其中一个喷孔在发动机所有运转情况下都处于开启状态都向燃烧室喷射并雾化燃料，另一个喷孔只在高负荷情况下开启向燃烧室喷射并雾化燃料，而且来自上述另一个喷孔的燃料颗粒直径大于来自上述喷孔的燃料直径，

其特征在于：

在发动机缸体顶部上形成一个通道，当活塞到达其顶部死点时，上述通道与燃烧室联通，

上述燃料喷嘴装置安置在上述通道上部，当活塞到达其顶部死点时，上述通道面对燃烧室内，

上述一个喷孔面对限定上述通道的壁，这样从上述喷孔喷出的部分燃料撞击在上述壁上，其余的燃料则流进燃烧室;

上述另一个喷孔通过上述通道面对燃烧室内。

4、按照权利要求3的直接喷射式柴油机，其特征在于，上述一个喷孔朝向燃烧室内壁，这样使得从上述喷孔喷出的燃烧沿涡流流向在内壁上雾化。

5、按照权利要求3的直接喷射式柴油机，其特征在于，上述另一个喷孔沿涡流流向面对燃烧室内，从上述喷孔喷出的燃料向下进入燃烧室并在燃烧室内壁上雾化。