CN102678260A - 一种高速柴油机燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速柴油机燃烧室，呈筒状设置在活塞柱端部，其特征在于，该燃烧室由活塞柱顶端至燃烧室底部依次包括有内缩口、喉口、底槽和凸台，该内缩口为内径自活塞柱顶端递减的环状弧形槽，该喉口为连接在内缩口底缘的环状弧形凸起，该底槽为设置在燃烧室底部边缘的弧形槽，该喉口的内径小于内缩口和底槽的内径，该凸台为设置在燃烧室底部中央的球冠状结构，该凸台底缘与底槽的下边缘之间设有导流台，该导流台为一环形弧状凸起结构。本发明的燃烧室能防止高压喷射油束出现撞壁现象，改善燃油空间分布和油气混合均匀性，进而保证发动机有较高的热效率和较低的油耗、排放。

Description

一种高速柴油机燃烧室
技术领域
本发明涉及轻型柴油机技术领域，更具体的说是涉及一种高速直喷式柴油机的燃烧室。
背景技术
现代直喷式柴油机燃烧室一般是ω形的燃烧室，由燃烧室喉口、半球型凸台、燃烧室圆弧组成，结构简单，燃烧室设计只是针对凸台高度、喉口直径、燃烧室圆弧弧度进行组合，改善燃烧过程的效果有限，特别是高速柴油机燃烧室空间比较小，燃烧室K系数偏低，空气利用率比较低，燃烧过程组织更困难，热效率也会比较低。对于1400bar以上的高压喷射，还存在燃油油束撞壁比较严重的现象，而且燃烧室的形状影响气流运动组织的合理性、混合气在燃烧室空间内的分布均匀性，导致燃烧室内的空气利用率低，燃烧过程不能充分进行，造成发动机排放差、油耗高，热效率得不到进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于针对上述情况提供一种高速直喷式柴油机的燃烧室，防止高压喷射油束出现撞壁现象，改善燃油空间分布和油气混合均匀性，进而保证发动机有较高的热效率和较低的油耗、排放。
本发明是采用如下技术方案来实现上述目的：一种高速柴油机燃烧室，呈筒状设置在活塞柱端部，其特征在于，该燃烧室由活塞柱顶端至燃烧室底部依次包括有内缩口、喉口、底槽和凸台，该内缩口为内径自活塞柱顶端递减的环状弧形凸起，该喉口为连接在内缩口底缘的环状弧形凸起，该底槽为设置在燃烧室底部边缘的弧形槽，该喉口的内径小于内缩口和底槽的内径，该凸台为设置在燃烧室底部中央的球冠状结构，该凸台底缘与底槽的下边缘之间设有导流台，该导流台为一环形弧状凸起结构。
作为上述方案的进一步说明：
优选地，所述内缩口底缘与喉口之间设有环状阶梯过渡槽，该阶梯过渡槽包括弧形过渡槽和锥筒，该弧形过渡槽上边缘与内缩口底缘连接，该弧形过渡槽下边缘与锥筒上边缘连接，该锥筒下边缘与喉口上边缘连接，且锥筒上部直径大于下部直径。
优选地，所述凸台的半径为大于等于8mm小于等于12mm，该凸台顶端与活塞柱顶端距离为大于等于4mm小于等于7mm。
优选地，所述导流台的圆弧半径为大于等于3mm小于等于5mm，该导流台的圆弧的圆心与活塞柱顶端距离为大于等于13.5mm小于等于16.5mm。
优选地，所述内缩口的最大内径为大于等于50mm小于等于65mm，该内缩口的圆弧半径为大于等于1.5mm小于等于3mm，该内缩口的圆弧的圆心与活塞柱顶端距离为大于等于2mm小于等于3mm。
优选地，所述喉口的内径为大于等于47mm小于等于54mm，该喉口圆弧的圆心与活塞柱顶端的距离为大于等于2.5mm小于等于4.5mm。
优选地，所述底槽圆弧的半径为大于等于5mm小于等于8mm，该圆弧的圆心到燃烧室中轴线的距离是大于等于19.5mm小于等于24.5mm，该圆弧的圆心到活塞柱顶端的距离是大于等于9.6mm小于等于11.5mm，该圆弧上边缘的切线与燃烧室中轴线的夹角为大于等于20°小于等于30°。
优选地，所述弧形过渡槽的圆弧半径为大于等于2mm小于等于3mm。
优选地，所述燃烧室的容积是大于等于26.2ml小于等于33.9ml。
本发明采用以上技术方案所能达到的有益效果是：本发明的燃烧室在底部设有凸台和底槽，并在凸台和底槽之间设有过渡连接的导流台，因此在压缩行程中，燃烧室内形成沿凸台、导流台和底槽的挤流，结合进气流在燃烧室底部的涡流，能有效的防止高压喷射油束出现撞壁现象，促进燃油的雾化和空间混合及分布，极大的减少进入有害容积中的混和气；在膨胀行程中，燃烧室内形成了沿燃烧室侧壁、底槽、导流台、凸台的逆挤流，逆挤流在到达导流台之前，混合气(已燃和未燃)流动发生分离，大部分混合气被卷入燃烧室上部的空气较充足区域，燃烧过程进行充分，同时也可促进燃烧产物的后期氧化；一小部分混合气汇集于凸台上部，利用导流台的引流作用，加强了此部分混合气和凸台上部空气的混合，使这部分混合气的燃烧过程也比较完全，同时可以减少喷油器油嘴的积碳现象和局部燃烧高温区。因此本发明的燃烧室能加强和控制空气混合过程，降低了初期燃烧速率，减少NOx形成，同时由于充分利用燃烧室上部空气，大幅降低浓区的存在，促进碳烟的后期氧化，使得烟度排放大大改善。
附图说明
图1是本发明燃烧室的剖视示意图；
图2是图1中局部放大示意图A；
图3是图2中局部放大示意图B；
图4是本发明燃烧室内燃油燃烧时的气流走向示意图。
附图标记说明：
1-活塞柱，2-内缩口，3-喉口，4-底槽，5-凸台，6-导流台，7-弧形过渡槽，8-锥筒。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的结构和功能，以下结合附图和优选的实施例对本发明作详细说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例一
图1至图4均为实施例一内容，图1为本实施例燃烧室的剖视示意图，如图中所示，该燃烧室的剖面大体上呈ω形，该燃烧室由活塞柱1顶端至燃烧室底部依次包括有内缩口2、喉口3、底槽4和凸台5，该内缩口2为内径自活塞柱1顶端递减的环状弧形凸起，其剖面为开口背向燃烧室中轴线且朝向侧下方圆弧，该喉口3为过渡连接在内缩口2底缘的环状弧形凸起，其剖面也为开口背向燃烧室中轴线的圆弧，该底槽4为设置在燃烧室底部边缘的弧形槽，其剖面为开口面向燃烧室中轴线且朝向侧上方圆弧，该凸台5为设置在燃烧室底部中央的球冠状结构，该凸台5底缘与底槽4的下边缘之间设有导流台6，该导流台6为一环形弧状凸起结构，其剖面为开口面向燃烧室中轴线且朝向侧下方圆弧。
图2是图1中局部放大示意图A，如图中所示，内缩口2底缘与喉口3之间的过渡部分为环状阶梯过渡槽，该喉口3的下边缘与底槽4上边缘相切过渡连接，该切线与竖直方向的夹角为α，因图中燃烧室中轴线也为竖直方向，所以该夹角α也为所述切线与燃烧室中轴线的夹角。
图3是图2中局部放大示意图B，如图中所示，所述阶梯过渡槽包括弧形过渡槽7和一个上大下小的锥筒8，该弧形过渡槽7的剖面为开口朝向活塞柱顶端的圆弧，该锥筒8的剖面为平滑过渡连接在弧形过渡槽7和内缩口2之间的直线，即该弧形过渡槽7上边缘与内缩口2底缘连接，该弧形过渡槽7下边缘与锥筒8上边缘连接，该锥筒8下边缘与喉口3上边缘平滑连接。
在图1、图2和图3中，内缩口2的最大内径为64.5mm，该内缩口2的圆弧半径为2mm，喉口3的最小内径为54mm，该喉口3圆弧的圆心与活塞柱1顶端的距离为2.5mm，底槽4圆弧的半径为6mm，该底槽4圆弧的圆心到燃烧室中轴线的距离是24mm，该底槽4圆弧的圆心到活塞柱1顶端的距离是11.5mm，该圆弧上边缘的切线与燃烧室中轴线的夹角为20°，该凸台5的半径为10mm，该凸台5顶端与活塞柱1顶端距离为6.5mm，该导流台6的圆弧半径为4mm，该圆弧的圆心与活塞柱1顶端的距离为16.5mm，该弧形过渡槽7的圆弧半径为2mm，燃烧室的容积是33.88ml。
图4是本发明燃烧室内燃油燃烧时的气流走向示意图，如图中所示，燃烧室内形成了沿燃烧室侧壁、底槽4、导流台6、凸台5的逆挤流，逆挤流在到达喉口3前，经阶梯过渡槽引流分出一部分形成侧壁分流卷入燃烧室上部，其余部分经由底槽4流向凸台5，在剩下的逆挤流到达导流台6之前，混合气(已燃和未燃)流动发生分离，大部分混合气被卷入燃烧室上部的空气较充足区域形成导流台6分流，其燃烧过程进行的比较充分，可促进燃烧产物的后期氧化，分流后剩下部分的混合气汇集于凸台5上部，利用导流台6的引流作用，加强了此部分混合气和凸台5上部空气的混合，使这部分混合气的燃烧过程也比较完全，同时可以减少喷油器油嘴的积碳现象和局部燃烧高温区，因此本发明的燃烧室能加强和控制空气混合过程，降低燃烧速率，减少NOx的形成，同时由于充分利用燃烧室上部空气，大幅降低浓区的存在，使得烟度排放大大改善。
本实施例经过与其他燃烧室对比试验，明显可降低发动机排放，按GB17691-2005排放法规，达到国4排放水平，NOx排放是2.79g/kW·h(限值3.5g/kW·h)，颗粒物PM排放是0.015g/kW·h(限值0.02g/kW·h)，其工程裕度超过20％，具有国5排放(PM排放限值0.02g/kW·h，NOx排放限值为2.0g/kW·h)的潜力，燃油消耗率得到明显的改善，同时发动机的平均指示压力的循环变动小于1％，有利于噪声水平的提升，怠速燃烧噪声低于70dB(A)。
在燃油喷射压力高达1600bar的情况下，喷油器油嘴积碳和温度场试验表明，油嘴的积碳现象得到明显改善，油嘴温度场得到降低，顺利通过德国BOSCH公司喷油器认证，保证了喷油器和燃油系统的精确、可靠的工作。
实施例二
本实施例与实施例一相比，除具体尺寸有变外，形状和功能均与实施例一的一致，因此不再赘述结构连接关系以及工作过程。
在本实施例中，内缩口2的最大内径为58.2mm，该内缩口2的圆弧半径为2mm，喉口3的最小内径为49.1mm，该喉口3圆弧的圆心与活塞柱1顶端的距离为2.5mm，底槽4圆弧的半径为5.6mm，该底槽4圆弧的圆心到燃烧室中轴线的距离是20mm，该底槽4圆弧的圆心到活塞柱1顶端的距离是10mm，该圆弧上边缘的切线与燃烧室中轴线的夹角为20°，该凸台5的半径为8mm，该凸台5顶端与活塞柱1顶端距离为4.5mm，该导流台6的圆弧半径为3mm，该圆弧的圆心为与活塞柱1顶端距离为14mm，该弧形过渡槽7的圆弧半径为2mm，燃烧室的容积是26.25ml。
本发明上述实施例和附图所示仅为本发明较佳实施例之一部分，并不能以此局限本发明，在不脱离本发明精髓的条件下，本领域技术人员所做的任何变动，都属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高速柴油机燃烧室，呈筒状设置在活塞柱端部，其特征在于，该燃烧室由活塞柱顶端至燃烧室底部依次包括有内缩口、喉口、底槽和凸台，该内缩口为内径自活塞柱顶端递减的环状弧形槽，该喉口为连接在内缩口底缘的环状弧形凸起，该底槽为设置在燃烧室底部边缘的弧形槽，该喉口的内径小于内缩口和底槽的内径，该凸台为设置在燃烧室底部中央的球冠状结构，该凸台底缘与底槽的下边缘之间设有导流台，该导流台为一环形弧状凸起结构。
2.根据权利要求1所述的高速柴油机燃烧室，其特征在于，所述内缩口底缘与喉口之间设有环状阶梯过渡槽，该阶梯过渡槽包括弧形过渡槽和锥筒，该弧形过渡槽上边缘与内缩口底缘连接，该弧形过渡槽下边缘与锥筒上边缘连接，该锥筒下边缘与喉口上边缘连接，且锥筒上部直径大于下部直径。
3.根据权利要求1或2所述的高速柴油机燃烧室，其特征在于，所述凸台的半径为大于等于8mm小于等于12mm，该凸台顶端与活塞柱顶端距离为大于等于4mm小于等于7mm。
4.根据权利要求3所述的高速柴油机燃烧室，其特征在于，所述导流台的圆弧半径为大于等于3mm小于等于5mm，该导流台的圆弧的圆心与活塞柱顶端距离为大于等于13.5mm小于等于16.5mm。
5.根据权利要求4所述的高速柴油机燃烧室，其特征在于，所述内缩口的最大内径为大于等于50mm小于等于65mm，该内缩口的圆弧半径为大于等于1.5mm小于等于3mm，该内缩口的圆弧的圆心与活塞柱顶端距离为大于等于2mm小于等于3mm。
6.根据权利要求5所述的高速柴油机燃烧室，其特征在于，所述喉口的内径为大于等于47mm小于等于54mm，该喉口圆弧的圆心与活塞柱顶端的距离为大于等于2.5mm小于等于4.5mm。
7.根据权利要求6所述的高速柴油机燃烧室，其特征在于，所述底槽圆弧的半径为大于等于5mm小于等于8mm，该圆弧的圆心到燃烧室中轴线的距离是大于等于19.5mm小于等于24.5mm，该圆弧的圆心到活塞柱顶端的距离是大于等于9.6mm小于等于11.5mm，该圆弧上边缘的切线与燃烧室中轴线的夹角为大于等于20°小于等于30°。
8.根据权利要求7所述的，其特征在于，所述弧形过渡槽的圆弧半径为大于等于2mm小于等于3mm。
9.根据权利要求8所述的，其特征在于，所述燃烧室的容积是大于等于26.2ml小于等于33.9ml。
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