CN101482051A - 多通道涡流燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种多通道涡流燃烧室，属于发动机混合气形成和燃烧领域。这种多通道涡流燃烧室主要包括一个涡流室和一个把涡流室和主燃烧室隔开的镶块，在镶块上设有把涡流室和主燃烧室连通的两条或两条以上的连接通道，其中至少有两条连接通道的中心线相交成利于在涡流室中和在主燃烧室中形成扰流运动的角度为0＜α＜50度角。各通道截面近似扁长形，以扩大扰动区域。这是一种标本兼治的技术方案，当空气由主燃烧室流入涡流室以及已燃和可燃混合气由涡流室流入主燃烧室时，两个通道的交叉流形成扰流可以增强主燃烧室、涡流室的湍流运动，扰流的存在也可以促进燃料雾化，改善可燃混合气的质量，加速燃烧进程，提高燃烧效率。

Description

多通道涡流燃烧室

技术领域

本发明涉及一种多通道涡流燃烧室，属于发动机混合气形成和燃烧领域。

背景技术

由于涡流室式柴油机具有工作柔和、噪声小、可靠性好、低排放性，因此在小型高速机和农用机械上仍有巨大的市场潜力。目前涡流室柴油机较直喷式柴油机经济性和冷起动性差，主要原因是主燃烧室放热迟缓、散热损失大、通道流动损失大。研究发现涡流强度越高，混合气形成越好，对燃烧越有利，但同时不可避免地会增加流动损失和散热损失等其它损失，最终导致热效率不一定增加，因此如何在不增加或者降低后两项损失的前提下来改善发动机的放热规律以提高发动机的热效率成为主要问题。对此，国内外研究者做了大量改进工作，一些研究者采用治“标”的方法来降低各项损失，如在涡流室壁面喷涂氮化硅隔热层来降低散热损失，采用连接通道由两段角度不同的通道组成来提高通道流量系数，在涡流室通道左侧开一个小扇形，使混合气更容易进入主燃烧室，降低节流损失等，这些方法虽然针对涡流室柴油机某一方面的性能进行直接改进并有一些成效，但未从根本上改善涡流室柴油机的性能，因此对涡流室柴油机整体性能的提高有限；一些研究者采用治“本”的方法来提高涡流室柴油机的性能，如采用三旋流涡流室式燃烧方式、变通道涡流燃烧室，这些方法本质都是利用涡流室、连接通道、主燃烧室三者的最佳匹配，达到最大限度利用系统中的涡流运动来促进燃烧，因此对柴油机的燃烧性能有了很大提高，但其终究局限于对涡流运动的利用上，而未能打破燃烧系统中比较单一的流动状态，因此这些方法对柴油机性能的提高已经逐渐无法满足现在社会对柴油机性能日益严格的要求了。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，提高涡流室发动机的燃烧效率，本发明提供一种多通道涡流燃烧室，它采用在涡流室镶块上按不同角度开设两个或两个以上的近似扁长形的连接通道，增加涡流室和主燃烧室内混合气的扰动，以形成良好的可燃混合气，从而提高涡流室柴油机的经济性和排放性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多通道涡流燃烧室，它主要包括一个涡流室和一个把涡流室和主燃烧室隔开的镶块。在所述镶块上设有把涡流室和主燃烧室连通的至少一个第一连接通道和至少一个第二连接通道，第一连接通道的中心线与第二连接通道的中心线相交成利于在涡流室中和在主燃烧室中形成扰流运动的角度为0<α<50度角。

所述第一连接通道和第二连接通道都采用变截面通道；第一变截面通道在主燃烧室一侧的流通面积大于在涡流室一侧的流通面积，其锥形角β1的范围：0>β 1<40度角；第二变截面通道在涡流室一侧的流通面积大于在主燃烧室一侧的流通面积，其锥形角β 2的范围：0>β 2<40度角。

所述第一连接通道和第二连接通道都采用等截面通道、变截面通道或等截面通道和变截面通道的组合。

本发明的有益效果是：这种多通道涡流燃烧室主要包括一个涡流室和一个把涡流室和主燃烧室隔开的镶块，在镶块上设有把涡流室和主燃烧室连通的第一连接通道和第二连接通道，第一连接通道的中心线与第二连接通道的中心线相交成利于在涡流室中和在主燃烧室中形成扰流运动的角度为0<α<50度角。这是一种标本兼治的技术方案，当空气由主燃烧室流入涡流室以及已燃和可燃混合气由涡流室流入主燃烧室时，两个通道的交叉流形成扰流可以增强主燃烧室、涡流室的湍流运动，扰流的存在也可以促进燃料雾化，改善了可燃混合气的质量，加速燃烧进程，提高燃烧效率。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本发明做进一步说明。

图1是一种双通道涡流燃烧室的结构示意图。

图2是一种采用变截面通道的镶块结构图。

图3是图2所示镶块上平面(涡流室一侧)结构图。

图4是图2所示镶块下平面(主燃烧室一侧)结构图。

图5是一种采用相交通道的镶块结构图。

图6是一种采用二个通道的镶块结构图。

图7是一种采用三个通道的镶块结构图。

图8是压缩行程后期涡流室燃烧系统的空气流动示意图。

图9是膨胀行程初期涡流室燃烧系统的空气流动示意图。

图中：1、喷油器，1a、喷束，2、涡流室，3、镶块，3a、第一变截面通道，3b、第二变截面通道，4、主燃烧室。

具体实施方式

图1示出了一种双通道涡流燃烧室的结构。涡流室2设置在发动机的气缸盖中，喷油器1向涡流室2喷入油束1a，主燃烧室4设置在发动机的活塞顶部，一个镶块3把涡流室2和主燃烧室4隔开，但在镶块3上设有第一连接通道3a和第二连接通道3b。

图2、3、4是一种采用变截面通道的镶块结构图。在镶块3上第一变截面通道3a的中心线与第二变截面通道3b的中心线相交成利于在涡流室2中和在主燃烧室4中形成扰流运动的角度α＝20度角，第一变截面通道3a在主燃烧室4一侧的流通面积大于在涡流室2一侧的流通面积，其锥形角β 1＝12度角；第二变截面通道3b在涡流室2一侧的流通面积大于在主燃烧室4一侧的流通面积，其锥形角β 2＝30度角。

图5、6、7是不同方案通道的镶块结构图。镶块上可以是二通道相交，也可以是二个通道不相交，还可以是三个通道，甚至采用更多的通道或等截面通道与不等截面通道进行组合。

图8是压缩行程后期涡流室燃烧系统的空气流动示意图。主燃烧室内的空气经第一变截面通道3a进入涡流室2中，形成适当的涡流；还有少量空气经第二变截面通道3b进入涡流室2中，流动方向设置为正好通过经第一变截面通道3a进入而形成的涡流的中心部位，从而在该部位形成较大的冲击扰动。这有利于进一步促进由喷油器1向涡流室2喷入的油束1a与涡流室内空气混合。

图9是膨胀行程初期涡流室燃烧系统的空气流动示意图。此时，由于涡流室内的燃油部分燃烧，使涡流室的压力高于主燃烧室，已燃和未燃的油气混合物经第一变截面通道3a和第二变截面通道3b进入主燃烧室4中，由于第一变截面通道3a和第二变截面通道3b的中心面相交，两股射流相互冲击，在主燃烧室4中形成强烈的湍流扰动，促使未燃燃油与主燃烧室4中的空气更快地进行二次混合，从而加速主燃烧室内的燃烧，大幅降低油耗。

采用上述技术方案的指导思想是尽量做到标本兼治：

一、治本的方法

1、多连接通道对原来涡流室的涡流运动加强了扰动，涡流与扰流相互作用，形成具有高湍流强度的复合空气运动，可以有力促进油气混合，使燃烧速率增加。

2、扰流的存在使燃油与空气的接触面积增大，油气之间的相对运动速率和热交换率增加，并且降低了油滴周围的蒸气浓度，促进燃料蒸发。

3、已燃和未燃混合气通过多连接通道喷入主燃烧室，形成的交叉流加强了主燃烧室气流的扰动，可以加速主燃烧室的紊流燃烧进程，改善主燃烧室燃烧滞后现象，提高燃烧效率。

二、治标的原理

1、由于加强了紊流作用，因此不需要很高涡流比，涡流室内的流动由原来的高速涡流变为复合空气运动，减弱了气流对壁面的冲刷效果，而且可以减小涡流室容积，从而减小涡流室的散热面积，因此可以降低发动机散热损失。2、原来单通道涡流室为了在保证一定的通道截面积下不使主燃烧室、涡流室气流发生短路，镶块需要保证一定的厚度，而多通道涡流室每个连接通道截面积变小，使主燃烧室、涡流室气流发生短路的镶块最小厚度降低，因此可以减小镶块厚度，使得主燃烧室、涡流室连接更紧密，更接近“直喷式”，因此可以有效降低流动损失。

3、多通道有利于可燃混合气进入主燃烧室，加快混合气进入主燃烧室的进程，对改善冷启动性和主燃烧室燃烧滞后也是有利的。因此其经济性可以提高5％以上。

Claims (3)

1、一种多通道涡流燃烧室，它主要包括一个涡流室(2)和一个把涡流室(2)和主燃烧室(4)隔开的镶块(3)；其特征是：在所述镶块(3)上设有把涡流室(2)和主燃烧室(4)连通的至少一个第一连接通道和至少一个第二连接通道，第一连接通道的中心线与第二连接通道的中心线相交成利于在涡流室(2)中和在主燃烧室(4)中形成扰流运动的角度为0<α<50度角。

2、据权利要求1所述的多通道涡流燃烧室；其特征是：所述第一连接通道和第二连接通道都采用变截面通道；第一变截面通道(3a)在主燃烧室(4)一侧的流通面积大于在涡流室(2)一侧的流通面积，其锥形角β1的范围：0<β1<40度角；第二变截面通道(3b)在涡流室(2)一侧的流通面积大于在主燃烧室(4)一侧的流通面积，其锥形角β2的范围：0<β2<40度角。

3、据权利要求1所述的多通道涡流燃烧室；其特征是：所述第一连接通道和第二连接通道采用等截面通道、变截面通道或等截面通道和变截面通道的组合。

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