CN102400770A - 柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室 - Google Patents
柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种柴油机燃烧室，特别是一种柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室，属于内燃机技术领域。本发明包括陶瓷燃烧室、陶瓷高压气室、固紧罗纹、金属放电环、气体喷射孔、导电金属条、金属传导杆、陶瓷高压气室金属放电顶、凹形陶瓷片、高压静电发生器、高压点火控制板。本发明可使得气体分子作定向运动，气体分子在三维空间的无规则布朗运动变为了定向运动，直接推动活塞，提高了做功效率。采用陶瓷燃烧室大大减缓了散热效应，提高了燃烧室温度，使得燃气做功的过程由偏向等温膨胀变为偏向绝热膨胀，提高了热功效率。采用耐高压的大电容来吸收高压脉冲电流，然后放电给电源，可节省电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油机燃烧室，特别是一种柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室，属于内燃机技术领域。
背景技术
现有的柴油机约25%的热能通过废气排出，约35%的热能通过冷却系统的水带走，总计约近60%的热能是不能做功的，真正做功的热能小于40%。世界各国的研究人员都一直致力于提高柴油机的工作效率，由于原来的设计思路一直局限于让燃气更好地爆燃来达到充分燃烧的目的，燃气分子在缸体内仍然还是做三维空间作无规则的布朗运动，如何大幅度提高热效率是一个亟待解决的问题。本发明针对柴油机特性进行改进。现有技术“高压电等离子陶瓷内燃机，申请号为200910094266.6”中，气缸整体采用的是陶瓷，而陶瓷发动机由于加工工艺难度极大，因而很难实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室，可使燃气分子在缸体内由无规则的布朗运动变为定向运动，减少燃烧室散热，从而使得做功效率极大提高，减少能源消耗。
本发明的技术方案是：一种柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室，包括陶瓷燃烧室5、陶瓷高压气室3、固紧罗纹6、金属放电环7、气体喷射孔8、导电金属条9、金属传导杆15、高压柴油喷嘴20、凹形陶瓷片19、高压静电发生器13、燃油喷射及高压电控板14。陶瓷燃烧室5通过固紧罗纹6嵌入到金属缸盖4内，陶瓷燃烧室5内设有陶瓷高压气室3。陶瓷高压气室3为椭球腔体，陶瓷高压气室3顶端装有高压柴油喷嘴20，金属缸盖4本身为负极搭铁，高压柴油喷嘴20与金属缸盖4连接，使得高压柴油喷嘴20本身构成负极搭铁。陶瓷高压气室3底端设有气体喷射孔8，气体喷射孔8对应活塞11的顶部位置镶嵌有凹形陶瓷片19。气体喷射孔8外缘镶嵌有金属放电环7，在金属放电环7处，柴油喷射面小于金属放电环内孔7面积（这里柴油喷射面特指柴油喷射流的截面），金属放电环7通过导电金属条9与金属管套17连接。金属管套17内插有金属传导杆15，金属传导杆上段设有绝缘陶瓷套16，使得金属传导杆与金属缸盖保持绝缘。金属传导杆15的外端连接有高压静电发生器13。燃油喷射及高压电控制板14给出的控制信号同时传输给高压柴油喷嘴20的电控阀门和高压电发生器13，直流电源12为高压电发生器和燃油喷射及高压电控板14提供电能。
本发明所述高压静电发生器13和高压点火控制板14均为市售产品。
本发明的工作原理是：柴油机压缩冲程结束，到达点火位置时，陶瓷高压气室3内的压缩空气温度及压力达到最大值，燃油喷射及高压电控制板14给出一个喷射信号传输给高压柴油喷嘴20的电控阀门和高压电发生器13。一方面，高压柴油喷嘴20的电控阀门打开，高压柴油喷嘴20喷射燃油，燃油随高压空气直接喷射出来，在喷射的过程中，燃油燃烧。另一方面，高压静电发生器13便发出多个连续直流高压电脉冲，经过金属传导杆15传输至金属管套17后再传输至金属放电环7，金属放电环7和陶瓷高压气室3顶端的高压柴油喷嘴20之间的气体被击穿，辅助点火，提高燃烧效率，使得陶瓷高压气室3内的高压燃气燃烧的极为均匀，燃烧产生高温高压的气体，陶瓷高压气室3内的燃气构成低温等离子体。与此同时，点火后，进入做功冲程，活塞11开始下行，活塞腔体变大，陶瓷高压气室3的燃气从气体喷射孔8喷射出，一边喷射一边燃烧。由于高温、高压的燃气喷射出来，会对活塞顶部造成烧蚀，在活塞11的顶部的对应位置镶嵌有凹形陶瓷片19，这样就避免了活塞顶的高温损伤，同时有效的承接高压气体喷射的压力，有效的反推活塞。
做功过程中，一方面，燃油喷射及高压电控制板14按程序发出指令，高压静电发生器13连续给出高压脉冲，由于燃气在做功的过程中，高温燃气在陶瓷高压气室3内燃烧，陶瓷构成绝热体，其温度必然高于金属燃烧室的温度，（柴油机缸内燃烧温度高于1700℃），为低温等离子气体，电离度小于1%，但高压脉冲击穿高温气体所需的电压比常温的要低，电能耗较低。被击穿的燃气分子是电离的等离子体，为导体。在导电的过程中，高温气体分子沿电场方向做定向运动，直接推动活塞；另一方面，陶瓷高压气室3的燃气从气体喷射孔8喷射出，使得大部分气体沿喷射方向运动，结合上述两方面因素，宏观上表现为气体分子近似作定向运动。原来的气体分子在三维空间作无规则的布朗运动，现在作一维运动。从物理学原理上讲，做布朗运动时，分子沿三个维度的压力是均等的，如果分子做定向运动，三个方向的压力转到一个方向，压力变为原来的三倍。燃气喷射使得做功效率会大为提高。
在做功的过程中，燃烧室是散热最大的区域，采用陶瓷燃烧室大大减缓了散热效应，提高了燃烧室温度，使得燃气做功的过程由偏向等温膨胀变为偏向绝热膨胀，提高了热功效率。
本发明的有益效果是：燃气在做功的过程中，气体分子作定向运动。一方面，利用做功冲程中，主要燃烧过程在陶瓷高压气室3内进行，燃气从气体喷射孔8喷射出。另一方面，利用低温等离子气体在高压静电场中，被击穿的燃气分子是电离的等离子体，等离子气体沿电场运动。两方面因素使得气体分子作定向运动，气体分子在三维空间的无规则布朗运动变为了定向运动，直接推动活塞，提高了做功效率。采用陶瓷燃烧室大大减缓了散热效应，提高了燃烧室温度，使得燃气做功的过程由偏向等温膨胀变为偏向绝热膨胀，提高了热功效率。采用耐高压的大电容来吸收高压脉冲电流，然后放电给电源，可节省电能。本发明将现有技术中的陶瓷气缸套改回为金属气缸套，和市场上通用的发动机的一致，仅保留燃烧室采用陶瓷材料，使得燃烧室内的温度可以很高，并且燃烧室采用一个小椭球燃烧室轴对称分布，具有很高的实用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视示意图；
图中各标号为：1：排气门，2：进气门，3：陶瓷高压气室，4：金属缸盖，5：陶瓷燃烧室，6：固紧罗纹，7：金属放电环，8：气体喷射孔，9：导电金属条，10：金属缸体，11：活塞，12：电源，13：高压静电发生器，14：燃油喷射及高压电控制板，15：金属传导杆，16：绝缘陶瓷套，17：金属管套，18：陶瓷高压气室金属放电顶，19：凹形陶瓷片，20：高压柴油喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：一种柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室，包括陶瓷燃烧室5、陶瓷高压气室3、固紧罗纹6、金属放电环7、气体喷射孔8、导电金属条9、金属传导杆15、高压柴油喷嘴20、凹形陶瓷片19、高压静电发生器13、燃油喷射及高压电控板14。陶瓷燃烧室5通过固紧罗纹6嵌入到金属缸盖4内，陶瓷燃烧室5内设有陶瓷高压气室3。陶瓷高压气室3为椭球腔体，陶瓷高压气室3顶端装有高压柴油喷嘴20，金属缸盖4本身为负极搭铁，高压柴油喷嘴20与金属缸盖4连接，使得高压柴油喷嘴20本身构成负极搭铁。陶瓷高压气室3底端设有气体喷射孔8，气体喷射孔8对应活塞11的顶部位置镶嵌有凹形陶瓷片19。气体喷射孔8外缘镶嵌有金属放电环7，在金属放电环7处，柴油喷射面小于金属放电环内孔7面积（这里柴油喷射面特指柴油喷射流的截面），金属放电环7通过导电金属条9与金属管套17连接导电。金属管套17内插有金属传导杆15，金属传导杆上段设有绝缘陶瓷套16，使得金属传导杆与金属缸盖保持绝缘。金属传导杆15的外端连接有高压静电发生器13。燃油喷射及高压电控制板14给出的控制信号同时传输给高压柴油喷嘴20的电控阀门和高压电发生器13，直流电源12为高压电发生器和燃油喷射及高压电控板14提供电能。
Claims (3)
1.一种柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室，其特征在于：包括陶瓷燃烧室（5）、陶瓷高压气室（3）、固紧罗纹（6）、金属放电环（7）、气体喷射孔（8）、导电金属条（9）、金属传导杆（15）、高压柴油喷嘴（20）、凹形陶瓷片（19）；陶瓷燃烧室（5）通过固紧罗纹（6）嵌入到金属缸盖（4）内，陶瓷燃烧室（5）内设有陶瓷高压气室（3），陶瓷高压气室（3）为椭球腔体，陶瓷高压气室（3）顶端装有高压柴油喷嘴（20），陶瓷高压气室（3）底端设有气体喷射孔（8）。
2.根据权利要求1所述的柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室，其特征在于：气体喷射孔（8）对应活塞（11）的顶部位置镶嵌有凹形陶瓷片（19）。
3.根据权利要求1或2所述的柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室，其特征在于：气体喷射孔（8）外缘镶嵌有金属放电环（7），金属放电环（7）通过导电金属条（9）与金属管套（17）连接。
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