CN104632353B - 一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统 - Google Patents

一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统。该燃烧系统的燃烧室位于活塞的头部并中置，需配合多孔油嘴的喷油器联合使用。其结构为在燃烧室的中央底部设有凸台，燃烧室喉口周向均匀分布有碰撞导向块，导向块上设有碰撞引导斜面。工作过程中，喷油器直接把油束喷向碰撞导向块上，使一次油束沿着碰撞引导斜面展开，不会堆积在落点，喷雾扩散速度快，分布的空间范围大。又因为二次雾化，使得喷雾粒径变细，在挤流作用下分布更均匀，从而提高油气分布均匀度，实现改善燃烧、降低油耗和排放的目标。

Description

一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统
技术领域
本发明涉及发动机混合气形成和燃烧领域，特别涉及一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统。
背景技术
目前，直喷式柴油机由于自身的喷射高压化和结构紧凑化的发展趋势，其在工作过程中不可避免地出现燃油碰壁。其结果造成燃油沉淀壁面而形成近壁过浓混合气。此外，直喷式柴油机多孔喷雾在圆周方向上的不均匀性：在喷雾区域形成过浓区，而其他区域少有喷雾。以上因素将影响到柴油机的燃烧过程，最终影响到发动机的动力性、经济性以及排放特性。但是研究发现，合理的喷雾撞壁能够改善喷雾的空间分布和雾化效果，提高空气利用率和混合气均匀度。在柴油机燃烧中，利用积极的喷雾撞壁效应，则可以加强燃油的雾化与蒸发、促进均质混合气的形成、提高燃烧速度，进而降低柴油机的油耗和排放。
发明内容
为了解决直喷式柴油机的喷雾碰壁附壁和多孔喷雾的落点处混合气过浓和圆周分布不均匀的问题，本发明提供一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统，包括燃烧室、喷油器，所述燃烧室上部为燃烧室喉口，所述喷油器位于所述燃烧室喉口的上方位置，所述燃烧室喉口周向布置有碰撞导向块，所述碰撞导向块上设有碰撞引导斜面。所述喷油器设有喷孔,所述碰撞引导斜面对应喷油器的喷孔。喷油器位于燃烧室喉口的上方位置。由于碰撞导向块改变一次油束的方向，使其偏离侧壁，这样混合射流就偏向于燃烧室中心方向，减小了燃油碰壁。油束沿着碰撞引导斜面展开，不会堆积在落点处，喷雾分散速度快，分布的空间范围大，又因为二次雾化，使得喷雾粒径变细，在挤流作用下油束的分布更均匀，因而能较快地形成相对均匀的混合气。
进一步的，所述燃烧室的中央底部设有凸台。所述喷油器的中心线和所述凸台的中心线重合。所述凸台的作用能把进入燃烧室内空气挤向外围分布，增强燃烧室内空气流动。同时由于碰撞导向块处在相对靠近燃烧室的外围，这样外围的空气就得到充分利用，燃油与空气接触面积增大，加上挤流的作用，使雾化更良好，从而使油、气混合更充分。
进一步的，所述喷油器为多孔油嘴。
进一步的，所述碰撞导向块的个数与所述喷油器的孔数相等。若孔数为n，则碰撞导向块呈360°/n均布在喉口四周。
进一步的，所述碰撞导向块表面附有一层金属基陶瓷涂层。碰撞导向块四周有棱角在高温下容易热应力集中，其表面经处理附有一层金属基陶瓷涂层，提高导向块耐高温，抗腐蚀的能力。
进一步的，所述碰撞引导斜面表面经打磨处理。碰撞引导斜面表面经过打磨处理，具有较高的表面光洁度，油束在其表面可以迅速扩散不滞留。
进一步的，D1为所述燃烧室喉口的直径，D2为所述燃烧室最大的直径，所述D1/D2为0.78至0.82；H1为所述燃烧室喉口的深度，H2为所述燃烧室的最大深度，所述H1/H2为0.28至0.30。燃烧室的设计为了更好地组织进气。
本发明的有益效果是：减小了燃油碰壁，有效地改善了发动机可燃混合气的质量，使燃烧迅速和完善，而且不需要大的空气涡流。该燃烧室的喷雾不会堆积在落点处，空间分布均匀，雾化性能好。
附图说明
图1是碰撞喷雾燃烧室工作过程示意图。
图2是碰撞喷雾燃烧室示意图。
图3是碰撞喷雾燃烧室的活塞剖视图。
图4是活塞顶部俯视图。
图5是碰撞喷雾燃烧室剖面三维图。
图6是碰撞导向块示意图。
图中：1、气缸盖，2、气缸套，3、活塞，4、燃烧室，5、喷油器，6、碰撞导向块，7、碰撞引导斜面，8、碰撞前的油束，8a、碰撞后的扩散油雾，9、凸台，10、燃烧室喉口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统，包括燃烧室4、喷油器5，所述燃烧室4包括气缸盖1、气缸套2和活塞3，所述燃烧室4的中央底部设有凸台9，所述喷油器5为多孔油嘴，所述燃烧室4上部为燃烧室喉口10，所述喷油器5位于燃烧室喉口10的上方位置，所述喷油器5的中心线和所述凸台9的中心线重合。所述燃烧室喉口10周向布置有碰撞导向块6，所述碰撞导向块6上设有碰撞引导斜面7，所述碰撞导向块6的个数与所述喷油器5的孔数相等, 所述碰撞引导斜面7对应喷油器5的喷孔。所述碰撞导向块6表面附有一层金属基陶瓷涂层。所述碰撞引导斜面7表面经打磨处理。D1为所述燃烧室喉口10的直径，D2为所述燃烧室4最大的直径，所述D1/D2为0.78至0.82；H1为所述燃烧室喉口10的深度，H2为所述燃烧室4的最大深度，所述H1/H2为0.28至0.30。
在具体实施例中，燃烧室喉口10周向均匀分布四个碰撞导向块6，每个碰撞导向块6分别设有碰撞引导斜面7，一次燃油油束直接喷射到碰撞引导斜面7，碰撞后，很小部分油束反弹，绝大部分顺着碰撞引导斜面7迅速成扇形扩散展开，在燃烧室4内形成周向分布更广泛，与空气接触面积更大，更为均匀的二次油束。上述的碰撞导向块6和其上布置的碰撞引导斜面7也可设计为3个、6个、8个或10个，并相应配以3孔、6孔、8孔或10孔喷油器5。
内燃机工作过程中，喷油器5用多油束方式把高压燃油以雾状喷入燃烧室4中形成可燃混合气。喷油器5的每个一次油束,即碰撞前的油束8都直接喷射到相应碰撞导向块6的碰撞引导斜面7上，绝大部分燃油顺着碰撞引导斜面7迅速成扇形扩散展开，在燃烧室4内形成均匀分布的二次油束，即碰撞后的扩散油雾8a，很小部分燃油反弹。燃烧室4中央的凸台9能把空气挤向外围分布，增强燃烧室4内空气流动。同时由于碰撞导向块6处在相对靠近燃烧室4的外围，这样外围的空气就得到充分利用，燃油与空气接触面积增大，加上挤流的作用，使雾化更良好，从而使油、气混合更充分。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统，其特征在于：包括燃烧室(4)、喷油器(5),所述燃烧室(4)上部为燃烧室喉口(10),所述喷油器(5)位于所述燃烧室喉口(10)的上方位置，所述燃烧室喉口(10)周向布置有碰撞导向块(6),所述碰撞导向块(6)上设有碰撞引导斜面(7),所述碰撞引导斜面(7)对应喷油器(5)的喷孔，所述喷油器(5)为多孔油嘴，所述碰撞导向块(6)的个数与所述喷油器(5)的孔数相等，所述燃烧室(4)的中央底部设有凸台(9)。
2.根据权利要求1所述的一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统，其特征在于：所述碰撞导向块(6)表面附有一层金属基陶瓷涂层。
3.根据权利要求1所述的一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统，其特征在于：所述碰撞引导斜面(7)表面经打磨处理。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种直喷式柴油机碰撞喷雾扩散燃烧系统，其特征在于：D1为所述燃烧室喉口(10)的直径，D2为所述燃烧室(4)最大的直径，所述D1/D2为0.78至0.82；H1为所述燃烧室喉口(10)的深度，H2为所述燃烧室(4)的最大深度，所述H1/H2为0.28至0.30。
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