CN106014599A - 波浪形燃烧室 - Google Patents

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田华
田江平
崔靖晨
冯立岩
杜宝国
王洋
肖鸽
何爽
陈晓瑜
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

一种波浪形燃烧室，其属于发动机混合气形成和燃烧领域。该燃烧室的深度较一般燃烧室浅，波浪形导向面较为平坦。当喷雾碰到导向面后，实现二次扩散。由于落点处的导向角较小，小部分向燃烧室中心部扩散，大部分向燃烧室外围扩散，从而大幅增加了喷雾的分布范围。活塞的上下运动，使得喷雾与波浪形导向面的碰撞位置也随之变化。这种燃烧室使油气在更大的空间区域快速进行混合，形成相对稀薄的混合气，从而有效地改善柴油机的燃烧，提高热效率，使碳烟和NOX排放同时降低。在额定工况下，与原机燃烧室相比，经济性提高4%，碳烟排放下降40%，NOX排放下降10%。

Description

波浪形燃烧室
技术领域
本发明涉及一种波浪形燃烧室，其属于发动机混合气形成和燃烧领域。
背景技术
燃烧室的形状是影响柴油机燃烧的重要因素。传统的ω型、盆形等燃烧室普遍存在燃油碰撞到活塞底部凹坑中后形成浓混合气区的问题，造成柴油机燃烧室内的局部高温过浓燃烧，使得PM和NOX排放升高，其缩口会滞留燃油，降低了燃油利用率，燃油经济性下降。另外，燃烧室深度不够浅、顶隙高度低，余隙空间未能有效利用，混合气在燃烧室内的分布很不均匀，也使得燃烧不充分，造成油耗高、HC和CO及碳烟的生成量多。
发明内容
为了解决喷雾在喷射落点处形成浓混合区、且余隙容积利用不充分的问题，本发明提供了波浪形燃烧室。该燃烧室设置了波浪形导向面，深度较传统燃烧室浅，增加了燃烧室的有效空间。这种燃烧室可以有效地降低排放，提高燃油经济性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种波浪形燃烧室，喷油器将高压燃油以雾状喷入由气缸盖、气缸套和活塞体组成的燃烧室中。喷雾碰撞在波浪形导向面上，实现二次扩散。相对于传统燃烧室来说，由于喷雾落点处的波浪形导向面斜率较小，降低了喷雾在发展方向上的阻力，喷雾沿发展方向扩散的距离更远，大部分向燃烧室外围扩散，小部分向燃烧室中心部扩散。根据柴油机缸径的大小，可以设置不同的波浪形导向面的形状和个数。因为活塞的运动，喷雾可以喷射到导向面的不同位置，进一步扩大喷雾的空间分布范围，加快油气混合；所述的导向角a为喷雾在波浪形导向面落点处的切线和水平线所组成的夹角；所述燃烧室中心部直径D为首个波浪形导向面中心对称起始点的距离。
所述导向角a根据喷雾锥角、喷射夹角，燃油内外分布比例以及引导喷雾走向等要求进行相应调整。
所述波浪形导向面的波数可以依据喷雾与导向面碰撞情况及缸径大小等因素进行设计，可以以1/4波长为单位，依次进行延展。
所述波浪形导向面的每1/4波的长度L可以根据导向面对喷雾走向的引导要求进行设计，可为相同，或为不同。
所述波浪形导向面的各个波高h可以根据导向面对喷雾走向的引导要求进行设计，可为相同，或为不同。
所述波浪形导向面在圆周方向上可以依据喷雾碰撞的要求进行相应的设计，可为等高面，或凹凸形。若为凹凸形，喷油器喷射出的每一个喷雾对应一个凸台。
所述波浪形燃烧室喷嘴采用双排喷孔设计，上下两排喷孔间隔分布；上排喷雾角度较大，喷射至波形导向面偏外侧；下排喷雾角度较小，喷射至波形导向面内侧；上下两排喷孔喷雾量根据机型和燃烧室形状变化可进行相应调整。
所述波浪形导向面的波峰可为曲面，或为平面，根据喷油期间喷雾碰撞在导向面的情况进行设计。
所述燃烧室中心部为圆锥体、或为圆台、或为平底，根据燃烧室型线的具体设计进行相应调整。
所述活塞顶中心部直径D根据喷雾的喷射夹角大小以及波浪形导向面与喷雾碰撞具体时刻进行相应调整。
所述顶隙高度H根据波浪形导向面和燃烧室中心部的具体设计确定。
本发明的有益效果是：这种波浪形燃烧室可以扩大喷雾的扩散范围，加速混合气的形成。喷雾碰撞波浪形导向面后，被分为流向燃烧室中心部和外围两部分。喷雾经过导向后，充分利用了余隙容积，快速形成了稀薄混合气，实现了相对稀薄的扩散燃烧。从而使碳烟和NOX同时减低，并提高了燃油经济性。在标定工况下，与原机燃烧室相比，经济性提高4%，碳烟排放下降40%，NOX排放下降10%。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的保护内容范围并不受具体实施方式的限制。
图1是上止点时，5/4个波的波浪形燃烧室结构示意图。
图2是喷油起始时，5/4波的波浪形燃烧室结构示意图。
图3是波高由内而外渐低的波浪形燃烧室结构示意图。
图4是波高由内而外渐高的波浪形燃烧室结构示意图。
图5是1个波的波浪形燃烧室结构示意图。
图6是3/4个波的波浪形燃烧室结构示意图。
图7是1/2个波的波浪形燃烧室结构示意图。
图8是波峰为平面的波浪形燃烧室结构示意图。
图9是波浪形导向面沿圆周方向为凹凸形的燃烧室结构示意图。
图10是沿圆周方向为凹凸形导向面的径向截面局部图。
图11燃烧室中心部为平底或圆台的局部示意图。
图中：1、活塞体，2、气缸套，3、气缸盖，4、波浪形导向面，4a、波浪形迎雾导向I面，4b、波浪形背雾导向I面，4c、波浪形迎雾导向II面，5、锥形燃烧室中心部，5a、圆台形燃烧室中心部，6、喷油器，7、喷雾， 8、圆周方向凹凸形导向面，9、燃烧室外围。
具体实施方法
图1和图2示出了在上止点和喷油起始时刻5/4个波的波浪形燃烧室结构示意图。喷油器6将高压燃油以喷雾7的形式喷入到有活塞体1、气缸套2和气缸盖3组成的燃烧室内。喷雾7碰撞在波浪形迎雾导向I面4a上，碰撞后的喷雾7被分为两部分，少部分燃油流入燃烧室中心部5中，大部分燃油继续向燃烧室外围9扩展。向燃烧室外围9扩展的燃油又再次经过波浪形背雾导向I面4b和波浪形迎雾导向II面4c，使得喷雾体积进一步扩大，且因为活塞上下运动，喷雾7喷射到导向面的位置不同，使得喷雾7碰撞后扩散范围更大，进一步促进了油气混合。波浪形迎雾导向II面还可以避免由于喷雾贯穿距太大而导致燃油附在气缸套2上。
图3和图4示出了波高由内而外渐低和渐高的波浪形燃烧室结构示意图。其波浪形背雾导向I面4b可以剥离燃油，使得此处空气卷吸量增加，增强油气混合。
图5和图6示出了1个和3/4个波的波浪形燃烧室结构示意图。其波浪形背雾导向I面4b可以剥离燃油，使得此处空气卷吸量增加，增强油气混合。
图7示出了1/2个波的波浪形燃烧室结构示意图。其设计可以使得顶隙高度较高。
图8示出了波峰为平面的波浪形燃烧室结构示意图。其平面波峰的设计可以对喷雾产生碰撞反射，增加喷雾扩散体积。
图9和图10示出了波浪形导向面4沿圆周方向为凹凸形的燃烧室结构示意图和导向面径向截面局部图。圆周方向凹凸形导向面8的设计，喷雾喷射至凸台上，可以使喷雾在周向进一步扩展。
图11是燃烧室中心部5为平底或圆台的局部示意图，5a为平底形燃烧室中心部，5b为圆台形燃烧室中心部。
以上公开的发明具体实施方式并不局限于此，任何本专业人员由此引发的新想法都属于本发明的保护内容范围。

Claims (9)

1.一种波浪形燃烧室，喷油器（6）把高压燃油喷入由活塞体（1）、气缸套（2）和气缸盖（3）组成的燃烧室中，其特征是：所述燃烧室设有波浪形导向面（4），喷雾（7）喷射到导向角为a的波浪形导向面（4）后，小部分燃油流向燃烧室中心部（5），大部分燃油向燃烧室外围（9）扩展。
2.活塞的上下运动，使得喷雾（7）喷射到波浪形导向面（4）的不同位置，不同位置的碰撞导向进一步加大了喷雾（7）的扩展空间，促进油气能够快速地在大空间区域内进行混合。
3.根据权利要求1所述的波浪形燃烧室，其特征是：所述喷雾（7）在波浪形导向面（4）的落点处的切线与水平线所组成的导向角a小于45°。
4.根据权利要求1所述的波浪形燃烧室，其特征是：所述波浪形导向面（4）的波数可以是1/2，3/4，1，5/4。
5.根据权利要求1所述的波浪形燃烧室，其特征是：所述波浪形导向面（4）分别有各自的波长L。
6.根据权利要求1所述的波浪形燃烧室，其特征是：所述波浪形导向面（4）在圆周方向上为等高面；或沿圆周方向为凹凸形，喷雾喷射至凸起部分。
7.根据权利要求1所述的波浪形燃烧室，其特征是：所述波浪形燃烧室喷嘴采用上下双排喷孔设计，上下两排喷孔间隔分布；上排喷雾角度较大，喷射至导向面（4）偏外侧；下排喷雾角度较小，喷射至导向面（4）内侧；根据机型和波浪形燃烧室结构的变化，可相应调整上排、下排喷孔喷雾量的大小分布。
8.根据权利要求1所述的波浪形燃烧室，其特征是：所述波浪形导向面（4）的波峰为曲面或平面。
9.根据权利要求1所述的波浪形燃烧室，其特征是：所述燃烧室中心部（5）为圆锥体、或为圆台、或为平底。
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