CN110671190A - 一种预燃室射流扰动强化燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预燃室射流扰动强化燃烧系统，包括主燃烧室和主喷油器，所述主喷油器的喷油嘴下端位于主燃烧室内部，所述主燃烧室外设置有预燃室，所述预燃室和主燃烧室之间通过预燃室通道连接，每个预燃室外均设置有副喷油器，每个所述副喷油器的喷油嘴下端分别位于其所对应的预燃室内部。本发明抛弃当前重型柴油机燃烧系统的结构、布局和燃烧过程理念，在使用自主可控的零部件、材料和工艺条件下，显著提高燃油与空气的混合速率和燃烧速率。

Description

一种预燃室射流扰动强化燃烧系统
技术领域
本发明涉及一种燃烧系统，更具体的说，是涉及一种预燃室射流扰动强化燃烧系统。
背景技术
高升功率大排量柴油机燃烧强化的难点在于一方面燃油系统无法实现高喷油压力和喷油速率，另一方面燃油与空气的混合速率不能满足高升功率强化燃烧的需要。如何提高油气混合速率与燃烧速率，是实现发动机高升功率，快速、高强化燃烧的关键。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种预燃室射流扰动强化燃烧系统，抛弃当前重型柴油机燃烧系统的结构、布局和燃烧过程理念，在使用自主可控的零部件、材料和工艺条件下，显著提高燃油与空气的混合速率和燃烧速率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明预燃室射流扰动强化燃烧系统，包括主燃烧室和主喷油器，所述主喷油器的喷油嘴下端位于主燃烧室内部，所述主燃烧室外设置有预燃室，所述预燃室和主燃烧室之间通过预燃室通道连接，每个预燃室外均设置有副喷油器，每个所述副喷油器的喷油嘴下端分别位于其所对应的预燃室内部。
所述预燃室爆燃冲击形成转化为出口气体动量，所述预燃室个数至少设置为一个，所述预燃室形状为球型、圆柱型或梨型，所述预燃室喷射方式采用往气缸切向喷、中心喷或对冲喷。
所述预燃室通道把预燃室高压势能转化为高动量，兼顾压缩进气低流阻和燃烧喷射高动量的需求；所述预燃室通道个数至少设置为一个，所述预燃室通道形状采用缩阔型、渐阔型、渐缩型或圆柱型。
所述主喷油器和副喷油器采用同一共轨或不同的共轨。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明预燃室射流扰动强化燃烧系统，一方面解决燃油系统无法实现高喷油压力和喷油速率的瓶颈，另一方面通过控制主-预燃室压力差，在主燃烧室燃料大量聚集的时候，喷射高速气流，在主燃烧室内形成强烈的气流扰动，提高主燃烧室内油气混合速率，进而实现强化燃烧，提高发动机功率密度。
附图说明
图1是本发明预燃室射流扰动强化燃烧系统示意图；
图2是本发明中预燃室形状示意图，(a)球型，(b)圆柱型，(c)梨型；
图3是本发明中预燃室容积大小对比图(以球型为例)；
图4是本发明中预燃室布置示意图；
图5是本发明中预燃室通道形状示意图，
(a)缩阔型，(b)渐阔型，(c)渐缩型，(d)圆柱型；
图6是本发明中预燃室通道角度示意图；
图7是本发明中预燃室通道尺寸示意图(以圆柱型通道为例)。
附图标记：1主燃烧室，2预燃室，3预燃室通道，4主喷油器，5副喷油室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明预燃室射流扰动强化燃烧系统，包括主燃烧室1和主喷油器4，所述主喷油器4的喷油嘴下端位于主燃烧室1内部，所述主燃烧室1外设置有预燃室2，所述预燃室2和主燃烧室1之间通过预燃室通道3连接，每个预燃室2外均设置有副喷油器5，每个所述副喷油器5的喷油嘴下端分别位于其所对应的预燃室2内部。
所述主燃烧室1在压缩过程中气流形成弱湍流或无湍流，通过基于主燃烧室1结构尺寸和预燃室2喷口动量、热量流与主燃烧室1充量动量和热量的传递关系，分析主燃烧室1结构和特征尺度对湍动能和标量耗散率时空谱的影响，提出高混合率的主燃烧室结构和尺度，包括主燃烧室1的直径、收口表面圆弧以及中心凸台等关键微小尺度。
本发明通过预燃室2爆燃冲击形成高的压力势能，并经过预燃室通道3转化成为扰动主燃烧室1动量，在主燃烧室1内形成强烈的湍流运动。预燃室2爆燃冲击形成转化为出口气体动量。本发明通过研究预燃室2结构和尺度，如个数、形状、预燃室布置方式、预燃室容积占比等参数，得到对预燃室2内形成高势能的关键因素，设计预燃室2的结构和尺寸方案。
(1)预燃室2个数：预燃室2个数可以是单个或多个，如可设计成一个、两个、三个、四个等，一般个数不会设计太多。
(2)预燃室2形状：预燃室2形状为球型、圆柱型或梨型等，见图2。
(3)预燃室2大小：预燃室容积占比对预燃室2内形成爆燃进而实现高势能起着至关重要的作用，如图3所示。
(4)预燃室2布置：如图4所示，预燃室2喷射方式可采用往气缸切向喷、中心喷或对冲喷。
本发明通过研究预燃室通道3个数、形状以及尺度等参数，对“喷出射流”过程中压力势能向动能转化的规律，以及在活塞压缩形成的压差下预燃室2的进气流通能力。所述预燃室通道3把预燃室2高压势能转化为高动量，该方案兼顾压缩进气低流阻和燃烧喷射高动量的需求。所述预燃室通道3个数可以是单个或多个，一个预燃室2对应一个预燃室通道3，预燃室通道3尺度可以是长度、孔径、分段型线等。
(1)预燃室通道3形状：采用缩阔型、渐阔型、渐缩型或圆柱型等，如图5所示。
(2)预燃室通道3角度：如图6所示
(3)预燃室通道3尺寸：(以圆柱型通道为例)如图7所示。
本发明基于复杂流场中喷雾特性的影响机理，提出主喷油器4和副喷油器5的喷孔的结构设计、布置方式以及喷射策略，包括喷油器的喷孔个数、喷孔直径、喷孔角度以及布置方案。所述主喷油器4和副喷油器5可以共用同一共轨，也可以分别使用不同的共轨。
本发明预燃室射流扰动强化燃烧系统通过控制主-预燃室压力差，在主燃烧室1燃料大量聚集的时候，喷射高速气流，在主燃烧室1内形成强烈的气流扰动，提高主燃烧室1内油气混合速率，进而实现强化燃烧，提高发动机功率密。
本发明预燃室射流扰动强化燃烧系统按照以下步骤进行：(1)根据主燃烧室1结构和尺度对湍动能和标量耗散率谱的影响，得到主燃烧室1结构形状方案；(2)基于预燃室喷口形状和布置对主燃烧室湍动能和标量耗散率谱的影响，得到预燃室通道3形状及布置方案；(3)根据预燃室2爆燃冲击形成及对出口气体动量的影响，得到预燃室2结构形状方案；(4)根据主-预燃室内复杂流场中的喷雾特性，得到主-副燃油系统的喷孔结构设计与布置方案。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种预燃室射流扰动强化燃烧系统，包括主燃烧室(1)和主喷油器(4)，所述主喷油器(4)的喷油嘴下端位于主燃烧室(1)内部，其特征在于，所述主燃烧室(1)外设置有预燃室(2)，所述预燃室(2)和主燃烧室(1)之间通过预燃室通道(3)连接，每个预燃室(2)外均设置有副喷油器(5)，每个所述副喷油器(5)的喷油嘴下端分别位于其所对应的预燃室(2)内部。
2.根据权利要求1所述的预燃室射流扰动强化燃烧系统，其特征在于，所述预燃室(2)爆燃冲击形成转化为出口气体动量，所述预燃室(2)个数至少设置为一个，所述预燃室(2)形状为球型、圆柱型或梨型，所述预燃室(2)喷射方式采用往气缸切向喷、中心喷或对冲喷。
3.根据权利要求1所述的预燃室射流扰动强化燃烧系统，其特征在于，所述预燃室通道(3)把预燃室(2)高压势能转化为高动量，兼顾压缩进气低流阻和燃烧喷射高动量的需求；所述预燃室通道(3)个数至少设置为一个，所述预燃室通道(3)形状采用缩阔型、渐阔型、渐缩型或圆柱型。
4.根据权利要求1所述的预燃室射流扰动强化燃烧系统，其特征在于，所述主喷油器(4)和副喷油器(5)采用同一共轨或不同的共轨。
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