CN102251845A

CN102251845A - 一种涡流式柴油机的燃烧系统

Info

Publication number: CN102251845A
Application number: CN2011101712122A
Authority: CN
Inventors: 谢志富; 钟平
Original assignee: CHANGFA POWER MACHINERY Co Ltd CHANGZHOU CITY
Current assignee: Jiangsu Changfa Agricultural Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: CN102251845B

Abstract

本发明公开了一种涡流式柴油机的燃烧系统，其包括主燃烧室和涡流室，主燃烧室位于所述气缸盖与活塞顶面之间，涡流室的镶块设有连通涡流室与主燃烧室的涡流通道，涡流通道在垂直于气体流通方向上的截面在接近涡流室中心的一侧为直线，接近涡流室壁的一侧为弧线，所述直线侧与所述弧线侧通过外拱的圆弧线平滑过渡，涡流通道在气体流通方向上的截面面积不变,所述截面的长宽比D/C为2.75-2.85。该燃烧系统的涡流室的结构形式使得整个涡流室里的涡流强度比较均匀，喷油器喷出的油有充分的时间跟涡流气体混合，获得更加均匀的混合气，提高燃烧效率，提高经济性，降低排放，降低开启压力，也提高了喷油器的可靠性。

Description

一种涡流式柴油机的燃烧系统

技术领域

本发明属于柴油机零部件设计制造领域，特别涉及一种涡流式柴油机的燃烧系统。

背景技术

涡流室式柴油机，相对于直喷机具有工作柔和、低噪音和低排放等优点。但经济性和冷起动性能不如直喷式柴油机，常规涡流机的涡流室容积占总燃烧室容积的60%以上，这样散热面积较大，热量损失较大，而且为了获得较大涡流，涡流通道截面积与缸体截面积之比都较小，约为0.7%～0.8％，狭窄的涡流通道造成了极大流动损失，现在的小缸径柴油机受涡流室空间限制，较少使用电热塞，冷起动不理想。

为解决上述问题，中国专利CN 201083150Y公开了一种具有低排放性能涡流燃烧室的柴油机。其将涡流室镶块内壁的凹腔设计成具有平底的倒锥形，并将涡流室与主燃烧室的连接通道在镶块外壁上的几何中心与镶块凹腔的回转轴线之间的距离定为H = 4-6mm，连接通道的轴芯线与镶块凹腔的回转轴线相交成夹角 40⁰-50⁰。解决现有柴油机由于涡流室内的涡流强度不强、油气混合不均匀，喷入涡流室的燃料不能完全燃烧所造成的柴油机的动力性、经济性和排放性能不理想的问题。但是，该涡流室的通道截面形状为腰形，其为对称形状，就使得靠近涡流室壁的区域1和靠近涡流室中心的区域2的气体流量基本相等，这样就造成区域1的涡流速度慢，而区域2的涡流速度快，而且常规轴针式喷油器的开启压力为13-15MPa，高速喷出来的油束在穿越区域1时间极短，造成区域1的油量很少，大部分油在区域2强涡流的作用下与区域2里的空气混合，所以区域1里成了稀油区，而区域2里成了富油区，油气混合不均匀，不能完全充分燃烧，柴油机的经济性和排放性能下降。

为解决上述技术问题，中国专利CN8645755 A公开一种柴油机涡流燃烧室镶块，其特点是改进了涡流燃烧室原有连接通道的结构形式。连接通道做成长度方向从上至下渐扩，截面成弧形，使进入涡流室的气流几乎同时到达涡流室的壁面，在平行的平面内产生有组织的主涡流，膨胀过程中燃气沿渐扩的连接通道喷出，至主燃烧室后，基本沿凹坑柱面流动，从而提高了空气利用率，降低了燃油损耗，改善了主燃烧室燃烧状况。但是，这种截面形状的连接通道存在两个缺点:1.它虽然改善了靠近涡流室壁的涡流强度，但却使得涡流室中心涡流强度减弱了，燃油和气体混合效果不能达到最佳;2.渐扩形状虽然减少了做功冲程的流动损失，但在压缩冲程，气流通过通道时就加大了损失。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种低排放性能的涡流式柴油机的燃烧系统。

为解决上述技术问题，本发明的涡流式柴油机的燃烧系统，其包括主燃烧室和涡流室，所述涡流室设置于气缸盖上，所述涡流室的下部腔室设置一镶块，所述镶块上设有凹槽，所述凹槽同所述涡流室的上部腔室形成一整体的涡流腔室，所述镶块的下端面同气缸盖的下端面平齐，所述涡流腔室同喷油孔相连通；所述主燃烧室设置于活塞与气缸盖之间，所述镶块上设有连通所述涡流腔室与主燃烧室的涡流通道，所述涡流通道在垂直于气体流通方向上的截面形状为：在接近所述涡流室中心的一侧为直线，接近所述涡流室壁的一侧为弧线，所述直线侧与所述弧线侧通过外拱的圆弧线平滑过渡，所述涡流通道在气体流通方向上的截面面积不变,所述截面的长宽比D/C为2.75-2.85。

所述涡流通道的过流截面积与活塞的截面积之比为1%-1.5%，所述涡流通道同气缸盖的下端面所形成的夹角γ为35°-45°。

所述涡流腔室的容积占主燃烧室和涡流腔室总容积的53-58%。

所述涡流室的上部腔室为半球形。

所述镶块凹槽呈倒圆台形，其锥角β为30°-40°。

所述活塞的顶面上设有活塞导流槽，所述活塞导流槽的宽度P与涡流通道长度D相同，深度尺寸h为1.8-2.2mm，导流圆弧半径R为20-25mm，所述活塞导流槽的中线与活塞的轴线所形成的夹角θ为20°-25°。

所述喷油孔的中心线与所述涡流腔室的轴线所形成的夹角α为23°-27°。

所述涡流室的上部腔室还连通有电热塞，所述电热塞的轴线距所述涡流室轴线距离B为10-12mm。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明的的涡流通道在垂直于气体流通方向上的截面形状为：在接近所述涡流室中心的一侧为直线，接近所述涡流室壁的一侧为弧线，所述直线侧与所述弧线侧通过外拱的圆弧线平滑过渡，所述截面的长宽比D/C为2.75-2.85。所述涡流通道在气体流通方向上的截面面积不变。这种结构的涡流通道使得靠近涡流室壁的区域的空气量适当大于靠近涡流室中心的区域的空气，这样可以使得整个涡流室里的涡流强度比较均匀，喷油器喷出的油束有充分的时间跟涡流气体混合，获得更加均匀的混合气，提高燃烧效率，提高经济性，降低排放，降低开启压力，也提高了喷油器的可靠性。

（2）本发明将涡流室容积适当减小，使其占总燃烧室比降为53%-58%，这样减少了散热损失，涡流通道截面积与缸体截面积之比由常规的0.7%～0.8％提升到1%-1.5%，在活塞顶设置导流槽，使得气体流动更加平顺，大大减小了流动损失，也改善了起动性能；涡流通道截面积的提高，使得涡流速度降低了，通过加大涡流通道截面长、宽比，使得涡流室中涡流强度增强，涡流室死角处气流利用率提高，从而抵消因加大通道截面积带来的负面影响。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1 是本发明的涡流式柴油机的燃烧系统；

图2 是涡流室的结构示意图；

图3 是镶块结构示意图；

图4 是图3的A向视图；

图5 是活塞导流槽的结构示意图

图6 是图5的E-E向视图；

图7 是图5的C-C向视图。

图中附图标记表示为：

1-气缸盖 2-上部腔室 3-涡流通道 4-镶块 5-起动孔 6-活塞 7-喷油孔 8-喷油器 9-导电板 10-电热塞 61-活塞导流槽。

具体实施方式

图1所示为一种涡流式柴油机的燃烧系统，其包括主燃烧室和涡流室：

所述涡流室如图2所示，其由气缸盖1内壁形成的上部腔室2以及具有一个凹槽的底部镶块4围成，本实施例所述上部腔室2为半球形。所述上部腔室2与喷油孔7相通，所述喷油孔内连接有轴针式单孔喷油器8，所述喷油孔7与所述涡流室的轴线的夹角α为23°-27°。所述涡流室上部还连通有电热塞10，多缸电热塞10通过导电板9连接在一起。所述电热塞10轴线距所述涡流室轴线距离B为10-12mm。所述镶块4内壁为倒圆台形，其锥角β为30°-40°，如图3所示。所述镶块4的下端面同气缸盖1的下端面平齐。涡流室里加装电热塞10，在起动时给混合气预热，可以明显改善冷起动性能。

所述主燃烧室位于所述主燃烧室设置于活塞6与气缸盖1之间之间，所述镶块4设有连通所述涡流室与所述主燃烧室的涡流通道3和起动孔5，所述涡流通道3垂直于气体流通方向上的截面在接近所述涡流室中心的一侧为直线，接近所述涡流室壁的一侧为弧线，所述直线侧与所述弧线侧通过外拱的圆弧线平滑过渡，如图4所示。所述涡流通道3截面积与活塞截面积之比为1%-1.5%，截面长宽比D/C为2.75-2.85。所述涡流通道同气缸盖1的下端面所形成的夹角γ为35°-45°。涡流通道截面积的提高使得涡流速度降低了，通过加大涡流通道截面长、宽比，使得涡流室中涡流强度增强，涡流室死角处气流利用率提高，从而抵消因加大通道截面积带来的负面影响。我们通过将喷油器开启压力降低至10-11MPa, 涡流通道3的形状改为弓形，弓身方向朝着涡流室壁远离涡流室中心，所述截面的长宽比D/C为2.75-2.85，使得靠近涡流室壁的区域里空气量适当大于靠近涡流室中心的区域里的空气，这样可以使得整个涡流室里的涡流强度比较均匀，喷油器喷出的油束有充分的时间跟涡流气体混合，获得更加均匀的混合气，提高燃烧效率，提高经济性，降低排放，降低开启压力，也提高了喷油器的可靠性。

所述涡流通道在气体流通方向上的截面面积不变。使得该燃烧系统在做功冲程和压缩冲程中气流通过通道的流动量基本一致，气体的流动损失小。

所述涡流室的容积占主燃烧室和涡流室总容积的53-58%，其相对现有大部分柴油机燃烧系统来说，涡流室的比例降低，即减少了散热损失。

所述活塞6顶面上设有活塞导流槽61，如图5所示。所述活塞导流槽61的宽度P与涡流通道3长度D相同，如图6所示。深度尺寸h为1.8-2.2mm，导流圆弧半径R为20-25mm。如图7所示。所述活塞导流槽中心与活塞中心夹角θ为20°-25°，导流槽61使得气体流动更加平顺，大大减小了流动损失，也改善了起动性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种涡流式柴油机的燃烧系统，其包括主燃烧室和涡流室，所述涡流室设置于气缸盖（1）上，所述涡流室的下部腔室设置一镶块（4），所述镶块（4）上设有凹槽，所述凹槽同所述涡流室的上部腔室(2)形成一整体的涡流腔室，所述镶块（4）的下端面同气缸盖（1）的下端面平齐，所述涡流腔室同喷油孔（7）相连通；所述主燃烧室设置于活塞（6）与气缸盖（1）之间，所述镶块（4）上设有连通所述涡流腔室与主燃烧室的涡流通道（3），其特征在于：

所述涡流通道（3）在垂直于气体流通方向上的横截面在接近所述涡流室中心的一侧为直线，接近所述涡流室壁的一侧为弧线，所述直线侧与所述弧线侧通过外拱的圆弧线平滑过渡，所述涡流通道(3)在气体流通方向上的截面面积不变,所述截面的长宽比（D/C）为2.75-2.85。

2.根据权利要求1所述的涡流式柴油机的燃烧系统，其特征在于：

所述涡流通道（3）的过流截面积与活塞的截面积之比为1%-1.5%，所述涡流通道(3)同气缸盖的下端面所形成的夹角（γ）为35°-45°。

3.根据权利要求1或2所述的涡流式柴油机的燃烧系统，其特征在于：

所述涡流腔室的容积占主燃烧室和涡流腔室总容积的53-58%。

4.根据权利要求3所述的涡流式柴油机的燃烧系统，其特征在于：

所述涡流室的上部腔室（2）为半球形。

5.根据权利要求3所述的涡流式柴油机的燃烧系统，其特征在于：

所述镶块（4）凹槽呈倒圆台形，其锥角（β）为30°-40°。

6.根据权利要求1所述的涡流式柴油机的燃烧系统，其特征在于：

所述活塞（6）的顶面上设有活塞导流槽（61），所述活塞导流槽（61）的宽度（P）与涡流通道（3）长度（D）相同，深度尺寸（h）为1.8-2.2mm，导流圆弧半径（R）为20-25mm，所述活塞导流槽的中线与活塞的轴线所形成的夹角θ为20°-25°。

7.根据权利要求5所述的涡流式柴油机的燃烧系统，其特征在于：

所述喷油孔（7）的中心线与所述涡流腔室的轴线所形成的夹角（α）为23°-27°。

8.根据权利要求5所述的涡流式柴油机的燃烧系统，其特征在于：

所述涡流室的上部腔室还连通有电热塞（6），所述电热塞（6）的轴线距所述涡流室轴线距离（B）为10-12mm。