CN104675506A - 柴油机多点分布式导向台燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种柴油机多点分布式导向台燃烧室，其属于发动机混合气形成和燃烧领域。这种燃烧室将顶隙高度增加，在喷雾落点处设有导向台，扩展了油雾在燃烧室内的分布范围。多孔喷油嘴喷出的雾状油束喷射到各导向台上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分撞击导向台向四周散开，实现油气更好的空间混合。这种燃烧室使燃油与空气的混合速率和空间区域大幅增加,在燃烧室内形成较稀薄的混合气,从而使碳烟和NOx排放同时降低，有效改善柴油机燃烧，提高经济性。在标定工况下，多点分布式导向台燃烧室与原机系统相比，经济性提高3%，碳烟排放下降30%，NOx排放下降8%。

Description

柴油机多点分布式导向台燃烧室

技术领域

本发明涉及一种柴油机多点分布式导向台燃烧室，其属于发动机混合气形成和燃烧领域。

背景技术

目前，柴油机不同程度地存在喷射燃油撞到燃烧室凹坑壁面的情况，尤其在大缸径船用机中，缸内涡流作用很弱，燃油碰壁后会在壁面形成一层较浓的相对稳定的混合气层，这层浓的混合气层对柴油机中的碳烟形成及HC排放具有重要影响。随着柴油机燃油喷射压力的提高和缸径的小型化，这种现象将更加严重。另外，多孔喷雾在圆周方向上分布不均，喷雾在落点处堆积或产生油膜。顶隙空间利用不充分，混合气空间分布均匀度并不理想，使空气利用率不高，燃烧不完全，导致油耗高、碳烟排放大。

发明内容

为了解决多孔喷雾的落点处混合气堆积和燃烧室顶隙空间利用率低的问题。本发明提供一种柴油机多点分布式导向台燃烧室。该柴油机多点分布式导向台燃烧室增加了顶隙高度并设置导向台；多孔喷油嘴喷出的雾状油束喷射到导向台上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分撞击导向台向四周散开，实现油气更好的空间混合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柴油机多点分布式导向台燃烧室，多孔喷油嘴以多油束方式把高压燃油以雾状喷入由缸盖、气缸套和活塞组成的燃烧室中。所述燃烧室增加顶隙高度并设置导向台；所述多孔喷油嘴喷出的雾状油束喷射到导向台上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分撞击导向台向四周散开，实现油气更好的空间混合；所述导向台包括碰撞面和导向面。

所述导向台分为独立式导向台和一体式导向台；所述独立式导向台在原燃烧室型线基础上向燃烧室内凸起，各导向台彼此独立，形成敞开式的燃烧室空间；所述一体式导向台各部分相连接，与原燃烧室型线圆滑过度，增加部分顶隙高度，在导向台四周延伸出喷雾扩展空间，形成更广泛的油气混合空间。

所述导向台导向面采用平面导向面、凸曲面导向面或凹曲面导向面；所述平面导向面倾斜角度配合喷射角度和燃烧室型线相应调整；所述凸曲面导向面和凹曲面导向面的曲率配合喷射角度和燃烧室型线相应调整。

所述导向台碰撞面采用第一碰撞平面或第二碰撞平面；所述第一碰撞平面采用椭圆平面；所述第二碰撞平面采用圆平面；所述第一碰撞平面和第二碰撞平面倾斜角度配合喷射角度和燃烧室型线相应调整。

所述导向台碰撞面采用第一碰撞曲面、第二碰撞曲面、第三碰撞曲面或第四碰撞曲面；所述第一碰撞曲面采用对称凸曲面；所述第二碰撞曲面采用水滴型曲面，沿燃烧室径向方向由窄变宽；所述第三碰撞曲面采用水滴型曲面，沿燃烧室径向方向由宽变窄；所述第三碰撞曲面采用“8”型曲面，沿燃烧室径向方向宽度变化，中间比两端窄；所述第一碰撞曲面、第二碰撞曲面、第三碰撞曲面或第四碰撞曲面沿燃烧室径向方向配合喷射角度和燃烧室型线相应调整。

所述导向台采用圆周多点分布或在圆周多点分布基础上在燃烧室中心增加一个中心导向台；所述中心导向台的碰撞面采用第二碰撞平面或球形碰撞平面。

所述燃烧室外围部分采用平滑过度曲面或浅盆型过度曲面。

本发明的有益效果是：这种柴油机多点分布式导向台燃烧室增加了顶隙高度，并设置多个导向台，多孔喷油嘴喷出的雾状油束喷射到各导向台上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分撞击导向台向四周散开，实现油气更好的空间混合。该燃烧室使燃油与空气的混合速率和空间区域大大增加,在燃烧室内形成较稀薄的混合气,从而使碳烟和NOx排放同时降低，有效改善柴油机燃烧，提高经济性。标定工况下，碰撞分流燃烧室与原机系统相比，经济性提高3%，碳烟排放下降30%，NOx排放下降8%。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是一种柴油机多点分布式导向台燃烧室的结构示意图。

图2是带导向台的碗型活塞的俯视图和纵剖面图（A-A剖面方案一），碰撞顶面采用第一碰撞平面。

图3是带导向台的                                                型活塞的纵剖面图（图2中A-A剖面方案二），碰撞顶面采用第一碰撞平面。

图4是带导向台的浅盆型活塞的纵剖面图（图2中A-A剖面方案三），碰撞顶面采用第一碰撞平面。

图5是图2中B视图的局部放大图，导向面采用平面。

图6是凸曲面导向面的导向台示意图。

图7是凹曲面导向面的导向台示意图。

图8是采用第二碰撞平面活塞的俯视图和纵剖面图。

图9是采用第一碰撞曲面的活塞俯视图和纵剖面图。

图10是采用第二碰撞曲面的活塞俯视图和纵剖面图。

图11是采用第三碰撞曲面的活塞俯视图和纵剖面图。

图12是采用第四碰撞曲面的活塞俯视图和纵剖面图。

图13是采用一体式导向台的活塞俯视图和纵剖面图。

图14是增加中心导向台，采用第二碰撞平面的活塞俯视图和纵剖面图。

图15是增加中心导向台，采用球形碰撞平面的活塞俯视图和纵剖面图。

图16是燃烧室外围采用平滑过度曲线的燃烧室纵剖面图。

图17是燃烧室外围采用浅盆型过度曲线的燃烧室纵剖面图。

图中：1、气缸盖，2、气缸套，3、活塞，4、燃烧室，5、多孔喷油嘴，6、导向台，7、雾状油束，8、碰撞面，9、导向面，10、碗型燃烧室,11、型燃烧室，12、浅盆型燃烧室，13、平面导向面，14、凸曲面导向面，15、凹曲面导向面，16、第一碰撞平面， 17、第二碰撞平面，18、第一碰撞曲面，19、第二碰撞曲面，20、第三碰撞曲面，21、第四碰撞曲面，22、一体式导向台，23、中心导向台，24、球形碰撞平面,25、独立式导向台，26、燃烧室外围部分平滑过度曲面，27、燃烧室外围部分浅盆型过度曲面。

具体实施方式

图1示出了柴油机多点分布式导向台燃烧室的结构示意图。图中，柴油机多点分布式导向台燃烧室的多孔喷油嘴5以多油束方式把高压燃油以雾状喷入由缸盖1、气缸套2和活塞3组成的燃烧室4中，燃烧室4增加了顶隙高度H并设置多个导向台6。多孔喷油嘴喷出的雾状油束7喷射到各导向台上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分撞击导向台向四周散开，实现油气更好的空间混合。导向台包括碰撞面8和导向面9。

图2、3、4示出了三种燃烧室的结构示意图。分别为碗型燃烧室10、型燃烧室11或浅盆型燃烧室12。碰撞面采用第一碰撞椭圆形平面16。不同燃烧室形状可以适应不同用途的柴油机，组织缸内气流运动，配合导向台使油气混合更加均匀。

图2、13示出了两种形式的导向台示意图。导向台采用独立式导向台25，在原燃烧室型线基础上向燃烧室内凸起，各导向台彼此独立，形成敞开式的燃烧室空间；或采用一体式导向台22，导向台各部分彼此相连，与原燃烧室型线圆滑过度，增加部分顶隙高度，在导向台四周延伸出喷雾扩展空间，形成更广泛的油气混合燃烧室空间。

图5、6、7示出了三种导向台导向面的结构示意图。导向面采用平面导向面13、凸曲面导向面14或凹曲面导向面15，调整导向台周面的倾斜角度或曲率，可以调整气流运动方向，组织缸内气流运动，促进油气混合。

图8示出了第二种碰撞平面的活塞俯视图和纵剖面图。碰撞面采用圆形平面17。调整碰撞平面17的倾斜角度，使其与多孔喷油嘴5喷出的雾状油束7的碰撞位置和角度发生变化，控制燃烧室内喷雾的走向。

图9、10、11、12示出了四种碰撞曲面的结构示意图。碰撞面采用第一碰撞曲面18、第二碰撞曲面19、第三碰撞曲面20或第四碰撞曲面21。导向台沿燃烧室径向方向成长条状，使整个喷油过程中油雾都可以碰撞到导向台6上。通过变化碰撞曲面的形状，可以使喷雾以不同形态散向燃烧室四周，从而控制油气混合。

图14、15示出了增加中心导向台的两种碰撞平面结构示意图。碰撞面采用第二碰撞平面或球形碰撞面。中心导向台的作用是配合中心正置喷射油束的碰撞，使其发生二次雾化，并向燃烧室四周快速散开，增加缸内的扰动，加快油气混合速率，并使油气分布更加均匀。

图16、17示出了两种燃烧室外围部分结构示意图。燃烧室外围部分采用过度曲面或浅盆型过度曲线。喷雾与碰撞台发生碰撞后，一部分燃油流向燃烧室外围空间，通过不同形式的燃烧室型线组织燃烧室外围气流运动，促进油气混合。

柴油机多点分布式导向台燃烧室中心部分有三种方案：第一种方案：碗型燃烧室；第二种方案：型燃烧室；第三种方案：浅盆型燃烧室。

柴油机多点分布式导向台燃烧室导向台有两种：第一种方案：独立式导向台；第二种方案：一体式导向台。

柴油机多点分布式导向台燃烧室导向台导向面有三种方案。第一种方案：平面导向面；第二种方案：凸曲面导向面；第三种方案：凹曲面导向面。

柴油机多点分布式导向台燃烧室碰撞面分为平面和曲面两种。

平面碰撞面有两种。第一种方案：椭圆形碰撞平面；第二种方案：圆形碰撞平面。

曲面碰撞面有四种。第一种方案：对称凸曲面；第二种方案：水滴型曲面，沿燃烧室径向方向由窄变宽；第三种方案：水滴型曲面，沿燃烧室径向方向由宽变窄；第四种方案：“8”型曲面，沿燃烧室径向方向宽度变化，中间比两端窄。四种碰撞曲面宽度变化情况可以沿燃烧室径向方向配合喷射角度和燃烧室型线相应调整，控制喷雾碰撞落点和角度，使油气混合更加均匀。

柴油机多点分布式导向台燃烧室的导向台分布形式有两种；第一种方案：沿多孔喷雾落点成圆周分布；第二种方案：在圆周分布基础上增加中心导向台。两种布置方案可以配合不同形式的喷油嘴，合理组织缸内油束碰撞并发生二次雾化，增加缸内气流扰动，促进油气混合。

柴油机多点分布式导向台燃烧室外围部分有两种方案：第一种方案：平滑过渡曲线燃烧室；第二种方案：浅盆型过渡曲线燃烧室。

不同型线的燃烧室中心部分与外围部分的底面形状可以相互组合，形成多种型线的燃烧室，不同程度地组织气流运动，可以适应多种用途的柴油机和不同的工况。

不同导向台与燃烧室型线的配合可以不同程度扩大油雾在燃烧室内的分布范围，促进油气混合。

不同导向台的碰撞面和导向面进行组合，形成不同形式的导向台。

不同的导向台和燃烧室底面可以进行组合，形成不同形式的燃烧室形状。

不同的导向台布置方案可以适应不同的喷油嘴，合理组织缸内气流运动。

燃油经多孔喷嘴喷出后，一部分喷雾撞击碰撞环带后反弹，进行二次雾化，另一部分沿各导向台散向四周。通过导向台的碰撞和导向作用，扩大喷雾空间分布范围，增强缸内扰动，增加空气卷吸量。增加活塞的顶隙空间，提高空气利用率。

Claims (8)

1.一种柴油机多点分布式导向台燃烧室，多孔喷油嘴（5）以多油束方式把高压燃油以雾状喷入由缸盖（1）、气缸套（2）和活塞（3）组成的燃烧室（4）中，其特征是：所述燃烧室（4）增加了顶隙高度H并设置导向台（6）；所述多孔喷油嘴（5）喷出的雾状油束（7）喷射到导向台（6）上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分撞击导向台（6）向四周散开，实现油气更好的空间混合；所述导向台（6）包括碰撞面（8）和导向面（9）。

2.根据权利要求1所述的柴油机多点分布式导向台燃烧室，其特征是：所述燃烧室（4）采用不同种形状。

3.根据权利要求1所述的柴油机多点分布式导向台燃烧室，其特征是：所述导向台（6）分为独立式导向台（25）和一体式导向台（22）；所述独立式导向台（25）在原燃烧室型线基础上向燃烧室（4）内凸起，各导向台彼此独立，形成敞开式的燃烧室空间；所述一体式导向台（22）各部分相连接，与原燃烧室型线圆滑过度，增加部分顶隙高度，在导向台四周延伸出喷雾扩展空间，形成更广泛的油气混合空间。

4.根据权利要求1所述的柴油机多点分布式导向台燃烧室，其特征是：所述导向台导向面（9）采用平面导向面（13）、凸曲面导向面（14）或凹曲面导向面（15）；所述平面导向面（13）倾斜角度配合喷射角度和燃烧室型线相应调整；所述凸曲面导向面（14）和凹曲面导向面（15）的曲率配合喷射角度和燃烧室型线相应调整。

5.根据权利要求1所述的柴油机多点分布式导向台燃烧室，其特征是：所述导向台碰撞面（8）采用第一碰撞平面（16）或第二碰撞平面（17）；所述第一碰撞平面（16）采用椭圆平面；所述第二碰撞平面（17）采用圆平面；所述第一碰撞平面（16）和第二碰撞平面（17）倾斜角度配合喷射角度和燃烧室型线相应调整。

6.根据权利要求1所述的柴油机多点分布式导向台燃烧室，其特征是：所述导向台碰撞面（8）采用第一碰撞曲面（18）、第二碰撞曲面（19）、第三碰撞曲面（20）或第四碰撞曲面（21）；所述第一碰撞曲面（18）采用对称凸曲面；所述第二碰撞曲面（19）采用水滴型曲面，沿燃烧室径向方向由窄变宽；所述第三碰撞曲面（20）采用水滴型曲面，沿燃烧室径向方向由宽变窄；所述第三碰撞曲面（20）采用“8”型曲面，沿燃烧室径向方向宽度变化，中间比两端窄；所述第一碰撞曲面（18）、第二碰撞曲面（19）、第三碰撞曲面（20）或第四碰撞曲面（21）沿燃烧室径向方向配合喷射角度和燃烧室型线相应调整。

7.根据权利要求1所述的柴油机多点分布式导向台燃烧室，其特征是：所述导向台（6）采用圆周多点分布或在圆周多点分布基础上在燃烧室中心增加一个中心导向台（23）：所述中心导向台（23）的碰撞面（8）采用第二碰撞平面（17）或球形碰撞平面（24）。

8.根据权利要求1所述的柴油机多点分布式导向台燃烧室，其特征是：所述燃烧室外围部分采用平滑过度曲面（26）或浅盆型过度曲面（27）。