CN108488000A - 一种带导流斜面的柴油机燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种带导流斜面的柴油机燃烧室，包括中心凸台（8），本燃烧室结构为沿中心凸台（8）的对称结构，中心凸台（8）外侧与内导向斜面（7）内侧相连，内导流斜面（7）外侧与凸脊（6）内侧连接，凸脊（6）外侧与凹坑（5）内侧相连，凹坑（5）外侧连接有下部竖直导流沿（4），凹坑（5）外侧上沿与下部竖直导流沿（4）下沿相接，下部竖直导流沿（4）上沿连接有喉口（3），喉口（3）上侧连接有外导流斜面（2），外导流斜面（2）上侧连接有上部竖直导流沿（1），上部竖直导流沿（1）上部过度圆弧延伸到活塞顶面。改善活塞喉口（3）热负荷，防止喉口（3）处开裂和氧化剥落，喉口（3）可靠性提高。

Description

一种带导流斜面的柴油机燃烧室

技术领域

本发明涉及一种柴油机燃烧室，更具体的说涉及一种带导流斜面的柴油机燃烧室，属于柴油机缸内混合气形成及燃烧技术领域。

背景技术

现代直喷式增压柴油机燃烧室多采用带缩口的ω型燃烧室，或者在ω型燃烧室缩口和活塞顶面之间使用一个小台阶过度。高压燃油直接喷射在燃烧室喉口部位，使得分布在燃烧室凹坑内的燃油比例增加，燃烧室顶部空气利用率低，燃烧不完全，热效率低；另外，为适应发动机比功率增加和排放法规日益严格的苛刻要求，活塞尤其是喉口部位面临着更高机械负荷和热负荷的考验，容易出现活塞喉口氧化剥落或喉口开裂等问题，影响活塞的可靠性。

中国发明专利《一种柴油机气缸活塞及应用该燃烧室的柴油机》（申请号：201310664305.8、申请日：2013年12月9日）公开了一种柴油机气缸活塞，其顶面具有轴向截面外轮廓呈ω字形的燃烧室，所述燃烧室的外侧内壁具有内伸于容腔的弧脊，以所述弧脊的径向突出最高点形成的切线划分所述燃烧室为内侧常规区和凹槽区；所述燃烧室的喉口外沿处具有坡口，以形成与所述凹槽区连通的缓冲区，所述缓冲区的外轮廓自所述凹槽区至活塞顶面呈渐进的趋势变化。该发明通过对燃烧室的结构优化，可以调整上涡流走向，在满足提高热效率、降低油耗的基础上，能够有效规避缸盖底面热负荷高的问题。但是，该柴油机燃烧室具有以下缺陷：1、该燃烧室凹槽区的底面为直线段4，该直线段与水平面之间的夹角为8-10°，较小的夹角会使直线段4上方凹槽区的油气混合速度变慢，这将导致燃烧速度变慢，柴油机燃油经济性下降。2、所述弧脊的下轮廓面为直线段且与所述活塞顶面之间的夹角为65-75°，弧脊径向突出最高点至活塞中心线的距离与燃烧室常规区的最大直径之比为0.7-0.75，喉口处内缩比较明显，这将使喉口离活塞冷却油道的距离变远，喉口处热负荷高，增大活塞失效风险。

中国发明专利《柴油机双层分流燃烧系统》（申请号：201210152367.6，申请日：2012年5月16日）公开了一种直喷式柴油机双层分流燃烧系统，该系统燃烧室分上下两层，燃烧室上层部门直径大于下层部分直径，减小了活塞底面与缸盖顶面的空间，在上下层的结合处设有碰撞台。多孔喷油器喷出的油束撞击到碰撞台上，一部分油束被反弹，实现二次雾化，一部分沿着导向面流向燃烧室的上层和下层。通过导向分流，减少喷雾在落点及附件的推挤，扩散速度快，空气卷吸量增加，因而能较快的形成相对均匀的混合气，使燃烧迅速和完善，改善柴油机的经济性和排放性能。但是，该直喷式柴油机双层分流燃烧系统有以下缺陷：1、该专利中虽然提到了燃烧室上下分层的概念，但喷雾碰撞台7上方的燃烧室上层8空间呈现出扁平状，燃烧室上层直径D1远大于下层直径D2，将导致下层混合气形成速度快于上层，缸内混合气不均匀，燃油经济性下降。2、该燃烧室喷雾碰撞台的径向突出最高点到活塞中心线的距离远小于燃烧室下层的半径，活塞缩口率大，燃烧室喉口部位很容易发生烧蚀和开裂风险；活塞的开裂将导致柴油机工作不正常，并使大量高温燃气冲入曲轴箱，降低柴油机的动力性和经济性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的柴油机燃烧室存在的喉口处热负荷高、或者燃油经济性低等不足，提供一种带导流斜面的柴油机燃烧室。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种带导流斜面的柴油机燃烧室，包括中心凸台，所述的中心凸台位于燃烧室底部中心位置，本燃烧室结构为沿中心凸台的对称结构，中心凸台两侧分别包括凹坑、凸脊和内导流斜面，所述的中心凸台外侧与内导向斜面内侧相连，所述的内导流斜面外侧与凸脊内侧连接，所述的凹坑位于燃烧室底部，所述的凸脊外侧与凹坑内侧相连，所述的凹坑外侧连接有下部竖直导流沿，凹坑外侧上沿与下部竖直导流沿下沿相接，所述的下部竖直导流沿上沿连接有喉口，下部竖直导流沿上沿与喉口下侧相接，所述的喉口上侧连接有外导流斜面，所述的外导流斜面上侧连接有上部竖直导流沿，外导流斜面和上部竖直导流沿之间圆弧过度，所述的上部竖直导流沿位于燃烧室上部，上部竖直导流沿上部过度圆弧延伸到活塞顶面。

所述的燃烧室开口直径D1=0.72-0.76D，相对两侧上部竖直导流沿之间的距离D2=0.7-0.74D，相对两侧下部竖直导流沿之间的距离D3=0.58-0.65D，相对两侧凸脊的圆弧中心之间距离D4=0.33-0.38D，燃烧室深度H1=0.12-0.16D，喉口圆弧中心到燃烧室顶面高度H2=0.06-0.1D，上部竖直导流沿底部距燃烧室顶面深度H3=0.015-0.03D，中心凸台距燃烧室顶面的距离H4为4.9mm-6.5mm，凹坑半径为7-9.5mm，其中D为气缸直径。

所述的外导流斜面与燃烧室顶面夹角a1为35°-45°，中心凸台两侧内导流斜面之间的夹角a2为120°-140°。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明中凹坑外侧连接有下部直导流沿，下部直导流沿上沿连接有喉口，结构简单明了；喉口处采用无缩口设计，便于活塞冷却油道布置，有效的缩小了活塞冷却油道到喉口的距离，从而改善活塞喉口热负荷，防止喉口处开裂和氧化剥落，喉口可靠性提高。

2、本发明中喉口位于燃烧室中部略偏上的位置，喉口圆弧中心到燃烧室顶面高度H2=0.06-0.1D，燃烧室深度H1=0.12-0.16D，H2与H1的比值为0.4-0.5，通过燃烧室形状与高压燃油喷雾配合，能够有效避免随着燃油喷设压力增大，大部分燃油喷入燃烧室下方凹坑处导致的混合气过浓现象。外导流斜面2与燃烧室顶面夹角a1为35°-45°，高压燃油喷射在燃烧室喉口部位，一部分燃油沿着外导流斜面向燃烧室顶部卷吸，在外导流斜面的作用下，混合速度加快，提高了燃烧室顶部和外围新鲜空气利用率；另一部分燃油沿着下部竖直导流沿、凹坑、内导流斜面向内部卷吸，底部凹坑处空气得到有效利用，有效改善了整个燃烧室空间内燃油的分布和油气混合均匀度，改善燃烧过程，保证了发动机具有较高的热效率和较低的油耗、排放水平，当发动机合理匹配后处理装置后，排放水平能达到国六排放。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明尺寸示意图。

图中，上部竖直导流沿1，外导流斜面2，喉口3，下部竖直导流沿4，凹坑5，凸脊6，内导流斜面7，中心凸台8。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，一种带导流斜面的柴油机燃烧室结构，其设置在活塞头部，包括中心凸台8，所述的中心凸台8位于燃烧室底部中心位置，本燃烧室结构为沿中心凸台8的对称结构。

参见图1，中心凸台8两侧分别包括凹坑5、凸脊6和内导流斜面7。所述的中心凸台8外侧与内导向斜面7内侧相连，所述的内导流斜面7外侧与凸脊6内侧连接；所述的凹坑5位于燃烧室底部，所述的凸脊6外侧与凹坑5内侧相连。所述的凹坑5外侧连接有下部竖直导流沿4，凹坑5外侧上沿与下部竖直导流沿4下沿相接；所述的下部竖直导流沿4上沿连接有喉口3，该下部竖直导流沿4与活塞中心轴线平行，下部竖直导流沿4位于喉口3下侧，下部竖直导流沿4上沿与喉口3下侧相接。所述的喉口3位于燃烧室中部略偏上的位置，喉口3上侧连接有外导流斜面2，外导流斜面2设置在喉口3的上部；所述的外导流斜面2上侧连接有上部竖直导流沿1，外导流斜面2和上部竖直导流沿1之间圆弧过度，所述的上部竖直导流沿1位于燃烧室上部，上部竖直导流沿1上部过度圆弧延伸到活塞顶面。

参见图2，所述的燃烧室开口直径D1=0.72-0.76D，相对两侧上部竖直导流沿1之间的距离D2=0.7-0.74D，相对两侧下部竖直导流沿4之间的距离D3=0.58-0.65D，相对两侧凸脊6的圆弧中心之间距离D4=0.33-0.38D；燃烧室深度H1=0.12-0.16D，喉口3圆弧中心到燃烧室顶面高度H2=0.06-0.1D，上部竖直导流沿1底部距燃烧室顶面深度H3=0.015-0.03D，中心凸台8距燃烧室顶面的距离H4为4.9mm-6.5mm，凹坑5半径为7-9.5mm，其中D为气缸直径。

参见图2，所述的外导流斜面2与燃烧室顶面夹角a1为35°-45°，中心凸台8两侧内导流斜面7之间的夹角a2为120°-140°。

参见图1至2，本发明通过燃烧室形状与燃油喷雾配合，改善空间内燃油的分布和油气混合均匀度，从而保证发动机具有较高的热效率和较低的油耗、排放水平；喉口3处采用无缩口设计，便于活塞冷却油道布置，有效的缩小了活塞冷却油道到喉口3的距离，活塞燃烧室可靠性提高。

参见图1至图2，实施例一：

本发明中柴油机燃烧室D1=97mm，D2=95mm，D3=84mm，D4=48mm，H1=20.8mm，H2=10mm，H3=3mm，H4=5mm，a1=43，a2=133，R=8.5mm。该方案经过流体动力学计算，本实施例与现有的方案对比，在NOx排放相当的情况下，额定点油耗降低1.8%，碳烟降低70%。

参见图1至图2，本系统以气体为动力源，同时也可改用为液压、电机等其他动力源。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种带导流斜面的柴油机燃烧室，包括中心凸台（8），所述的中心凸台（8）位于燃烧室底部中心位置，本燃烧室结构为沿中心凸台（8）的对称结构，中心凸台（8）两侧分别包括凹坑（5）、凸脊（6）和内导流斜面（7），其特征在于：所述的中心凸台（8）外侧与内导向斜面（7）内侧相连，所述的内导流斜面（7）外侧与凸脊（6）内侧连接，所述的凹坑（5）位于燃烧室底部，所述的凸脊（6）外侧与凹坑（5）内侧相连，所述的凹坑（5）外侧连接有下部竖直导流沿（4），凹坑（5）外侧上沿与下部竖直导流沿（4）下沿相接，所述的下部竖直导流沿（4）上沿连接有喉口（3），下部竖直导流沿（4）上沿与喉口（3）下侧相接，所述的喉口（3）上侧连接有外导流斜面（2），所述的外导流斜面（2）上侧连接有上部竖直导流沿（1），外导流斜面（2）和上部竖直导流沿（1）之间圆弧过度，所述的上部竖直导流沿（1）位于燃烧室上部，上部竖直导流沿（1）上部过度圆弧延伸到活塞顶面。

2.一种带导流斜面的柴油机燃烧室，其特征在于：所述的燃烧室开口直径D1=0.72-0.76D，相对两侧上部竖直导流沿（1）之间的距离D2=0.7-0.74D，相对两侧下部竖直导流沿（4）之间的距离D3=0.58-0.65D，相对两侧凸脊（6）的圆弧中心之间距离D4=0.33-0.38D，燃烧室深度H1=0.12-0.16D，喉口（3）圆弧中心到燃烧室顶面高度H2=0.06-0.1D，上部竖直导流沿（1）底部距燃烧室顶面深度H3=0.015-0.03D，中心凸台（8）距燃烧室顶面的距离H4为4.9mm-6.5mm，凹坑（5）半径为7-9.5mm，其中D为气缸直径。

3.一种带导流斜面的柴油机燃烧室，其特征在于：所述的外导流斜面（2）与燃烧室顶面夹角a1为35°-45°，中心凸台（8）两侧内导流斜面（7）之间的夹角a2为120°-140°。