CN105715356A - 一种分卷流燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分卷流燃烧室，包括基础燃烧室和分卷室，所述基础燃烧室为侧卷流燃烧室，在侧卷流燃烧室的上部加工环形盘状结构，形成分卷室。该燃烧室工作时,喷孔喷出的油束与基础燃烧室和分卷室之间的连接部位对应,由此当喷油器喷嘴喷出燃油油束后，同时撞击尖端分流造型和分卷室，在尖端分流造型两侧形成两个方向的侧向卷流运动，在分卷室发生分流,使燃烧室远端的空气利用率提高，充分地利用燃烧室整个空间内的空气，能够有效改善发动机经济性、动力性和排放性能。

Description

一种分卷流燃烧室
技术领域
发明涉及一种燃烧室，具体涉及一种分卷流燃烧室。
背景技术
现代柴油机的燃油破碎、油气混合过程直接影响着燃烧性能及排放特性。因此，使燃油在燃烧室空间范围内分布更广，提高与空气的混合速度，减少燃烧室中出现燃油的极浓极稀区，都可以明显改善柴油机的动力性、经济性及排放性能。
现代柴油机中应用了各种方法来改善燃油、空气、燃烧室的匹配，从而提高发动机燃烧及排放性能，但这些技术在一定程度上仍存在油气分布不均、空气利用率不高等问题。为了更好地说明，下面结合图1和图2分别分析几种典型燃烧室存在的问题。图1是ω型燃烧室的造型，A、B、C、D区分别为燃烧室的不同空间位置；采用燃油高压喷射技术可使燃油在B、C区内快速雾化，提高油气混合速度，但是燃烧室远端的D区及油束下面的A区空间仅有少量燃油，空气利用率较低。图2是侧卷流燃烧室造型，喷油嘴喷孔中喷出的油束与燃烧室尖端分流造型相撞，形成侧向卷流，燃烧室内周向方向上的燃油分布扩大，燃油扩散到更广的空间内，与空气混合效果得到加强，但燃烧室挤流区域的空气没能得到充分利。
综上所述，这些技术虽然注重了燃烧室部分空间内的油气混合，但没有办法实现整个燃烧室空间内燃油的均匀分布及空气的充分利用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种分卷流燃烧室，通过在侧卷流燃烧室的基础上，增加分卷室，该种结构形式的分卷流燃烧系统能够使燃烧室远端径向方向油、气浓度均匀，油、气混合及燃烧速度加快，从而扩大燃油分布范围、促进油气混合进而提高动力及排放性能。
所述的种分卷流燃烧室包括基础燃烧室和分卷室，外围设备为喷油器；所述基础燃烧室为侧卷流燃烧室，在所述侧卷流燃烧室的顶部设置环形盘状结构，形成分卷室；所述分卷室与基础燃烧室之间的连接部位为弧脊。
所述环形盘状结构包括锥形段、柱形段以及锥形段和柱形段之间的弧形过渡段，其中锥形段的小端与所述基础燃烧室相连，且与所述基础燃烧室的直径一致；锥形段的大端通过弧形过渡段与柱形段相连。
所述喷油器上设置有两个以上喷孔，所述喷孔沿圆周方向均匀间隔分布，且所述喷孔喷出的油束方向与所述弧脊的位置相对应。
作为本发明的一种优选方式，所述分卷室中柱形段的半径与所述基础燃烧室半径之间的差值L1＝(0.040-0.048)D，分卷室的厚度H1＝(0.012-0.019)D，分卷室中弧形过渡段的过渡圆弧R1＝(0.013-0.021)D，分卷室中锥形段的母线与水平方向之间的夹角α＝8°-14°；其中D为燃烧室的活塞直径。
有益效果：
通过在侧卷流燃烧室的基础上，增加分卷室，高压燃油经喷嘴喷出，喷油器喷孔喷出的油束与侧卷室与分卷室之间的弧脊相撞击，油束被一分为二，一部分燃油在尖端分流造型的作用下发生侧向卷流，混合较均匀，在燃烧室内空间空气的利用率提高的基础上，另一部分燃油由于分卷室的作用在分卷室内发生分流，使燃烧室远端的空气利用率提高，充分地利用燃烧室整个空间内的空气，能够有效改善发动机经济性、动力性和排放性能。且由于本发明可在原有侧卷流燃烧室的基础上进行匹配，简便易行。
附图说明
图1为现有的ω型燃烧室空间分区图；
图2为现有的侧卷流燃烧室示意图；
图3为本发明提供的分卷流燃烧室的主视图；
图4为侧卷流燃烧室和分卷流燃烧室指示功率对比图；
图5为侧卷流燃烧室和分卷流燃烧室缸内平均压力曲线；
图6为侧卷流燃烧室和分卷流燃烧室缸内平均温度曲线；
图7为侧卷流燃烧室和分卷流燃烧室累计放热量曲线；
图8为侧卷流燃烧室和分卷流燃烧室未然当量比曲线。
其中：1-侧卷室，2-分卷室，3-弧脊
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供一种可使燃油雾注同时与燃烧室尖端分流造型、分卷室碰撞的柴油机分卷流燃烧室，以达到扩大燃油分布范围、促进油气混合进而提高动力及排放性能的目的。
所述燃烧室为由活塞顶部、缸盖和缸壁围成的空间，该燃烧室的基础为侧卷流燃烧室，如图2所示，为扩大侧卷流燃烧室燃油径向分布、提高燃烧室远端空气利用率，在侧卷流燃烧室的上部加工有环形盘状结构，形成分卷室，如图3所示。所述环形盘状结构包括锥形段、柱形段以及锥形段和柱形段之间的弧形过渡段，其中锥形段的小端与原侧卷流燃烧室的顶部相连，且与原侧卷流燃烧室的直径一致；锥形段的大端通过弧形过渡段与柱形段相连。由此形成的分卷流燃烧室包括侧卷室1和分卷室2，侧卷室1与分卷室2之前的连接部位为弧脊3。
在该分卷流燃烧室中，分卷室的结构设计和油束的匹配是关键，为了达到分卷流燃烧室充分利用燃烧室内空气的目的，需考虑合适的油束夹角。当燃油油束在合适的夹角喷出，同时撞击尖端分流造型(侧卷室1)和分卷室，并有一个合理的燃油分配比例时，才是分卷流燃烧室的最佳工作状态。当油束夹角过小，使得燃油喷出后只撞击尖端分流造型而形成侧向卷流，无法发挥该燃烧室分卷室的优势。而当油束夹角过大时，燃油集中在分卷室，燃油过多容易连成一片，对混合不利。而分卷室的几何尺寸、位置和与之匹配的喷孔角度在一定程度上决定了油束在分卷室周围的分布情况的优劣。因此，合理分配燃油的比例也是非常重要的。
基于此，本实施例中分卷室的尺寸为：分卷室2最远端与侧卷室1外圆周面之间的距离(即形成分卷室的柱形段的半径与原侧卷流燃烧室的半径之间的差值)L1＝(0.040-0.048)D，分卷室的厚度H1＝(0.012-0.019)D，分卷室2中弧形过渡段的过渡圆弧R1＝(0.013-0.021)D，分卷室2中锥形段的母线与水平方向之间的夹角α＝8°-14°；其中D为活塞直径。喷油器上的喷孔沿圆周方向均匀间隔分布，且调整喷孔角度使喷孔喷出的油束与所述弧脊3的位置相对应。由此当喷油器喷嘴喷出燃油油束后，同时撞击尖端分流造型和分卷室，在尖端分流造型两侧形成两个方向的侧向卷流运动，在分卷室发生了分流。
本实施例中该分卷流燃烧室的侧卷室部分，沿其圆周方向均匀设置有16个小圆弧段，适合8喷孔的喷油器，每束燃油分别撞击尖端分流造型，燃油向尖端分流造型两侧流动，形成侧向卷流，燃油撞击到分卷室，形成分流。燃烧室远端的径向方向燃油扩散得到加强，燃烧室远端的空气利用率得到提高，对发动机的动力性、经济性及排放性都有一定程度的改善。
分别建立相同压缩比条件下的分卷流燃烧室及侧卷流燃烧室的CFD三维网格模型，进行仿真计算对比，三维建模中建立近乎同等网格条件下的两种燃烧室进行计算以便加以比较，其他计算设置相同。由此得到两种燃烧室指示功率、缸内平均压力、缸内平均温度、累积放热量、未燃当量比对比图。
其中图4为分卷流燃烧室和侧卷流燃烧室指示功率对比图。经计算，从进气门关闭到排气门打开的计算时间段内，分卷流燃烧室和侧卷流燃烧室的指示功率分别为75.2kW和74.6kW，分卷流燃烧室的功率比侧卷流燃烧室功率高0.8％。
图5为侧卷流燃烧室和分卷流燃烧室缸内平均压力图，从图中可以看出，分卷流燃烧室最大缸内平均压力可达到17.7MPa，而侧卷流燃烧室缸内平均压力为16.5MPa。在整个燃烧过程中，分卷流燃烧室的缸内平均压力比侧卷流燃烧室缸内平均压力高。
图6为侧卷流燃烧室和分卷流燃烧室缸内平均温度图，从图中可以看出，370℃A前的缸内平均温度相差不大，370℃A到410℃A时，分卷流燃烧室平均温度稍高于侧卷流燃烧室缸内平均温度，但410℃A后其燃烧平均温度低于双卷流燃烧室缸内平均温度，说明分卷流燃烧室前期燃烧快。
图7为两种燃烧室的累积放热量曲线，在燃烧放热初期侧卷流燃烧室的燃烧瞬时放热率偏高，而从365℃A开始分卷流燃烧室累计放热量高于侧卷流燃烧室。
图8为两种燃烧室未燃当量比的计算结果，燃烧初期侧卷流燃烧室未燃当量比较低，燃烧速度稍快，到中后期，分卷流燃烧室燃烧速度有所提高，燃烧速度较快。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种分卷流燃烧室，其特征在于，包括基础燃烧室和分卷室，外围设备为喷油器；所述基础燃烧室为侧卷流燃烧室，在所述侧卷流燃烧室的顶部设置环形盘状结构，形成分卷室(2)；所述分卷室(2)与基础燃烧室之间的连接部位为弧脊(3)；
所述环形盘状结构包括锥形段、柱形段以及锥形段和柱形段之间的弧形过渡段，其中锥形段的小端与所述基础燃烧室相连，且与所述基础燃烧室的直径一致；锥形段的大端通过弧形过渡段与柱形段相连；
所述喷油器上设置有两个以上喷孔，所述喷孔沿圆周方向均匀间隔分布，且所述喷孔喷出的油束方向与所述弧脊(3)的位置相对应。
2.如权利要求1所述的分卷流燃烧室，其特征在于，所述分卷室中柱形段的半径与所述基础燃烧室半径之间的差值L1＝(0.040-0.048)D，分卷室的厚度H1＝(0.012-0.019)D，分卷室中弧形过渡段的过渡圆弧R1＝(0.013-0.021)D，分卷室中锥形段的母线与水平方向之间的夹角α＝8°-14°；其中D为燃烧室的活塞直径。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1040851A (zh) * 1988-08-31 1990-03-28 北京理工大学 双卷流燃烧系统
CN2067361U (zh) * 1990-05-10 1990-12-12 北京理工大学 多流燃烧室
JP2000274247A (ja) * 1999-03-19 2000-10-03 Toyota Motor Corp ディーゼルエンジン
CN101737145A (zh) * 2009-11-06 2010-06-16 北京理工大学 分卷流燃烧室
CN101839166A (zh) * 2009-11-06 2010-09-22 北京理工大学 侧卷流燃烧室
CN102518504A (zh) * 2012-01-13 2012-06-27 北京理工大学 复合卷流燃烧室
CN105134370A (zh) * 2015-07-23 2015-12-09 北京理工大学 一种分卷流燃烧系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1040851A (zh) * 1988-08-31 1990-03-28 北京理工大学 双卷流燃烧系统
CN2067361U (zh) * 1990-05-10 1990-12-12 北京理工大学 多流燃烧室
JP2000274247A (ja) * 1999-03-19 2000-10-03 Toyota Motor Corp ディーゼルエンジン
CN101737145A (zh) * 2009-11-06 2010-06-16 北京理工大学 分卷流燃烧室
CN101839166A (zh) * 2009-11-06 2010-09-22 北京理工大学 侧卷流燃烧室
CN102518504A (zh) * 2012-01-13 2012-06-27 北京理工大学 复合卷流燃烧室
CN105134370A (zh) * 2015-07-23 2015-12-09 北京理工大学 一种分卷流燃烧系统

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