CN111677598A - 一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法 - Google Patents

一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111677598A
CN111677598A CN202010387268.0A CN202010387268A CN111677598A CN 111677598 A CN111677598 A CN 111677598A CN 202010387268 A CN202010387268 A CN 202010387268A CN 111677598 A CN111677598 A CN 111677598A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spray
wall
coating
nozzle
controllable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010387268.0A
Other languages
English (en)
Inventor
尧命发
马天宇
王浒
钟鑫
王海龙
罗正刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202010387268.0A priority Critical patent/CN111677598A/zh
Publication of CN111677598A publication Critical patent/CN111677598A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12—Pistons  having surface coverings on piston heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12—Pistons  having surface coverings on piston heads
    • F02F3/14—Pistons  having surface coverings on piston heads within combustion chambers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

本发明公开了一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法，包括以下步骤:第一步，在内燃机的活塞顶面以及从活塞顶面延伸至燃烧室凹坑内涂覆锆酸镁涂层，燃烧室凹坑内涂层覆盖深度H＝2/3燃烧室凹坑深度；第二步，采用可控夹角喷嘴向燃烧室凹坑内喷油，在小负荷条件下，可控夹角喷嘴的喷雾夹角α设置为70°—80°之间，此时喷雾冲击覆盖的近壁面区域全部为锆酸镁涂层所覆盖；在中大负荷条件下，可控夹角喷嘴的喷雾夹角α设置为65°—75°之间，喷雾冲击近壁区域部分为锆酸镁涂层所覆盖。采用本方法改善了不同负荷条件下近活塞壁面区域的燃料燃烧效率。

Description

一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法
技术领域
本发明涉及改善缸内燃烧室近壁区域燃烧的方法，尤其涉及控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法。
背景技术
柴油机和缸内直喷汽油机均采用缸内高压喷射技术实现快速的油气混合。由于其热效率较高，动力性强，且易于实现精确控制，因而在追求小型轻量化的发动机中被越来越广泛的应用。然而，随着喷油压力的增加以及燃烧室小型化的需要，缸内喷入的燃油极易撞到燃烧室壁面进而在近壁区域燃烧。考虑到近壁区域受燃烧室几何形状限制的边界层流动状态，以及较低的壁面温度，近壁区域的燃油蒸发较慢，燃烧效率较低，燃烧过程中容易产生大量的碳烟及颗粒物。从而影响发动机的动力性和经济性。
研究表明，在环境温度较低条件下，提高壁面温度可有效降低喷雾撞壁后沉积液膜质量，提高燃烧效率；而在环境温度较高条件下，需要降低喷雾撞壁角度，改善近壁区域的油气混合过程从而改善近壁区域燃烧。
现有的热障涂层可用于动力机械高速运动部件的表面隔热和保护。涂层材料多采用氧化钇稳定氧化锆(8YSG)、锆酸镁(MgZrO3)、镍铬铝合金(NiCrAl)等陶瓷材料。大量发动机涂层实验表明：运用表面喷涂热障涂层的活塞可降低边界散热，从而提高热效率。但现有的图层喷涂方法一般是活塞表面全部喷涂，会降低发动机进气充量。且由于燃油喷雾方向固定，在大负荷工况下燃油在近壁区域过高的燃烧温度会导致氮氧化物 (NOx)排放增加。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控制内燃机喷雾，改善近壁区域燃烧，进而提高热效率并改善缸内排放的方法。
本发明的一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法，包括以下步骤:
第一步，在内燃机的活塞顶面以及从活塞顶面延伸至燃烧室凹坑内涂覆锆酸镁涂层，燃烧室凹坑内涂层覆盖深度H＝2/3燃烧室凹坑深度；
第二步，采用可控夹角喷嘴向燃烧室凹坑内喷油，在小负荷条件下，可控夹角喷嘴的喷雾夹角α设置为70°—80°之间，此时喷雾冲击覆盖的近壁面区域全部为锆酸镁涂层所覆盖；
在中大负荷条件下，可控夹角喷嘴的喷雾夹角α设置为65°—75°之间，喷雾冲击近壁区域部分为锆酸镁涂层所覆盖。
本发明的有益效果是:
1.通过在火力岸及活塞顶面增加热障涂层，降低了燃烧室挤气区域的传热损失，增加了喷雾撞壁边界区域温度。改善了不同负荷条件下近活塞壁面区域的燃料燃烧效率，对降低发动机缸内原始排放有重要的意义。
2.本发明方法通过控制不同负荷下的喷雾夹角，配合热障涂层覆盖区域，可针对发动机不同负荷喷条件下的缸内近壁区域燃烧状况进行改善。尤其在近壁区域的喷雾撞壁条件下，有明显的改善效果，从而提高热效率并改善缸内排放。
附图说明
图1为发动机小负荷条件下的喷雾和涂层耦合控制燃烧示意图；
图2为发动机中大负荷条件下的喷雾和涂层耦合控制燃烧示意图。
具体实施方式
下面对本发明具体实施方式作进一步详细地描述。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如附图所示本发明的一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法，包括以下步骤:
第一步，在内燃机的活塞顶面以及从活塞顶面延伸至燃烧室凹坑内涂覆锆酸镁(MgZrO3)涂层2，燃烧室凹坑内涂层覆盖深度H＝2/3燃烧室凹坑深度；
第二步，采用可控夹角喷嘴1向燃烧室凹坑内喷油，在小负荷条件下，可控夹角喷嘴的喷雾夹角α设置为70°—80°之间，此时喷雾冲击覆盖的近壁面区域全部为锆酸镁涂层所覆盖，喷雾撞壁冲击角度在50°以上。锆酸镁涂层可明显提高近壁区域温度，从而改善近壁燃烧并降低碳烟排放。随着负荷条件增加，喷油时刻环境温度逐渐增加，此时需要降低喷油夹角，从而降低喷雾撞壁强度。
在中大负荷条件下，可控夹角喷嘴的喷雾夹角α设置为65°—75°之间，喷雾冲击近壁区域部分为锆酸镁涂层所覆盖，喷雾撞壁角度低于60°，油气混合程度增加。
所述的可控夹角喷嘴1采用现有结构即可，如参考论文公开的喷嘴：作者MasatakaArai，题目：The Possibility of Active Attitude Control for Fuel Spray(主动姿态控制燃油喷射的可能性)，期刊：Engineering(工程)，2019年，第5卷，第3期，页码519-534，DOI 号：https://doi.org/10.1016/j.eng.2019.04.010。

Claims (1)

1.一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法，其特征在于包括以下步骤:
第一步，在内燃机的活塞顶面以及从活塞顶面延伸至燃烧室凹坑内涂覆锆酸镁涂层，燃烧室凹坑内涂层覆盖深度H＝2/3燃烧室凹坑深度；
第二步，采用可控夹角喷嘴向燃烧室凹坑内喷油，在小负荷条件下，可控夹角喷嘴的喷雾夹角α设置为70°—80°之间，此时喷雾冲击覆盖的近壁面区域全部为锆酸镁涂层所覆盖；
在中大负荷条件下，可控夹角喷嘴的喷雾夹角α设置为65°—75°之间，喷雾冲击近壁区域部分为锆酸镁涂层所覆盖。
CN202010387268.0A 2020-05-09 2020-05-09 一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法 Pending CN111677598A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010387268.0A CN111677598A (zh) 2020-05-09 2020-05-09 一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010387268.0A CN111677598A (zh) 2020-05-09 2020-05-09 一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111677598A true CN111677598A (zh) 2020-09-18

Family

ID=72451821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010387268.0A Pending CN111677598A (zh) 2020-05-09 2020-05-09 一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111677598A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000303936A (ja) * 1999-04-22 2000-10-31 Toyota Motor Corp 燃料噴射ノズル
US20030066509A1 (en) * 2001-10-09 2003-04-10 Scott Shafer Fuel injector having dual mode capabilities and engine using same
EP1923566A1 (fr) * 2006-11-20 2008-05-21 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Injecteur de carburant muni d'une aiguille creuse
JP2011220207A (ja) * 2010-04-08 2011-11-04 Toyota Motor Corp 内燃機関およびピストン作製方法
JP2013119836A (ja) * 2011-12-08 2013-06-17 Ud Trucks Corp 燃料噴射装置
CN103982350A (zh) * 2014-04-22 2014-08-13 江苏大学 燃油喷射装置的针阀组件
JP2016186257A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 いすゞ自動車株式会社 直噴式エンジンの燃焼室構造
CN106164454A (zh) * 2014-05-23 2016-11-23 丰田自动车株式会社 用于内燃机的活塞
CN110056423A (zh) * 2018-01-18 2019-07-26 丰田自动车株式会社 压缩自点火式内燃机
CN110268151A (zh) * 2017-02-09 2019-09-20 日立汽车系统株式会社 内燃机用活塞及其制造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000303936A (ja) * 1999-04-22 2000-10-31 Toyota Motor Corp 燃料噴射ノズル
US20030066509A1 (en) * 2001-10-09 2003-04-10 Scott Shafer Fuel injector having dual mode capabilities and engine using same
EP1923566A1 (fr) * 2006-11-20 2008-05-21 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Injecteur de carburant muni d'une aiguille creuse
JP2011220207A (ja) * 2010-04-08 2011-11-04 Toyota Motor Corp 内燃機関およびピストン作製方法
JP2013119836A (ja) * 2011-12-08 2013-06-17 Ud Trucks Corp 燃料噴射装置
CN103982350A (zh) * 2014-04-22 2014-08-13 江苏大学 燃油喷射装置的针阀组件
CN106164454A (zh) * 2014-05-23 2016-11-23 丰田自动车株式会社 用于内燃机的活塞
JP2016186257A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 いすゞ自動車株式会社 直噴式エンジンの燃焼室構造
CN110268151A (zh) * 2017-02-09 2019-09-20 日立汽车系统株式会社 内燃机用活塞及其制造方法
CN110056423A (zh) * 2018-01-18 2019-07-26 丰田自动车株式会社 压缩自点火式内燃机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7597084B2 (en) Internal combustion engine and operating method therefor
EP1134400B1 (en) Auto-ignition combustion management in internal combustion engine
JP2017025775A (ja) エンジンの制御装置
US9874173B2 (en) Control device for direct injection gasoline engine
EP2513448B1 (en) Internal combustion piston engine assembly
JP2010048212A (ja) 直噴ガソリンエンジン
CN100465416C (zh) 用于运行直接喷射柴油内燃机的方法及内燃机
CN111677598A (zh) 一种控制内燃机喷雾撞壁改善近壁区域燃烧的方法
JP5783701B2 (ja) 筒内噴射エンジンの制御装置
WO2017199574A1 (ja) 内燃機関制御装置
CN101063420A (zh) 一种带有热工腔隔热结构的沼气发动机
JP2000008858A (ja) 直噴式エンジン及びそのピストン
EP2313631B1 (en) Compression ignited internal combustion engine and method of operating internal combustion engine
KR101226058B1 (ko) 직접분사식 가솔린 엔진에서 점화플러그 카본누적을 방지하기 위한 밸브제어방법
Numata et al. Increase of thermal efficiency and reduction of nox emissions in di diesel engines
Sakthivel et al. Effect of engine design parameters in NOx reduction
CN113431692B (zh) 一种定向喷射抑制爆震方法及使用该方法的点燃式内燃机
Cung et al. The Importance of Late-Cycle Combustion to Thermal Efficiency of Compression-Ignition Engine: A Study using Single-Cylinder Engine Experiment
Yin et al. Design of Mechanical and Combustion System for Small Non-Road Diesel Engine to Meet the EPA IV Emission Regulations
Uchida et al. Technologies integration to achieve brake thermal efficiency beyond 55% for HD diesel engines
US10989104B2 (en) Jet pattern of a multi-hole injection valve for injection pressures of over 300 bar in spark-ignition engines having a central injector position
JP2000008857A (ja) 直噴式エンジン用のピストン及び直噴式エンジン
JP2008064073A (ja) 燃料噴射装置
Piancastelli et al. Mapping optimization for partial loads of common rail diesel piston engines
Cao et al. A PRELIMINARY STUDY OF APPLICATION OF SMART THERMAL INSULATION COATING ON IMPROVING THERMAL EFFICIENCY IN A MARINE LOW-SPEED DIESEL ENGINE

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200918