CN112879147A - 一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，属于柴油机相关技术领域，包括竖直设置在气缸盖中心的主喷油器和倾斜设置在气缸盖的副喷油器，主副喷油器设有多个喷油孔，副喷油器设有多个喷油孔，且主喷油器的一个喷油孔与副喷油器的一个喷油孔相对设置；主喷油嘴的多个喷油孔以与副喷油嘴相对设置的喷油孔的中心轴线沿主喷油嘴圆周方向对称分布并且沿远离副喷油器的方向上相邻喷油孔之间的角度逐渐增大。本发明中主喷油器的喷油孔在副喷油器一侧的喷油孔分布较为稀疏，在远离副喷油器一侧的喷油孔分布较为密集，可以平衡和补偿因为副喷油器存在而导致的总体燃油分布不均匀、不对称的问题，使得柴油机缸内燃油在整体上分布均匀对称。

Description

一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统
技术领域
本发明属于柴油机相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统。
背景技术
为了满足特种车辆(如坦克)动力舱体积不断缩小的要求，发动机的强化程度越来越高，其升功率指标已经突破了100～110kW/L，并且正在朝着120kW/L甚至更高的目标发展。出于安全性和动力性考虑，特种发动机一般为柴油机。而柴油机的燃料是以喷雾混合为主导的扩散燃烧。要提高柴油机的升功率，相应地，就要提高柴油机的喷油量和喷油速率。为此，可以在缸内设置一主一副两支喷油器，主喷油器在气缸盖中心竖着安装，副喷油器在气缸盖外侧倾斜安装，两支喷油器同时可以增大总体喷油速率，缩短喷油持续期，满足高功率密度柴油机关于喷油速率的要求。
但是，主副喷油器系统中，副喷油器的燃油雾束关于气缸中心轴线是不对称的，使得总体燃油分布也是不对称的，副喷油器一侧的燃油较多，远离副喷油器一侧的燃油较少，从而导致总体当量比分布不均匀、不对称，影响燃烧性能。显然，在这种高功率密度柴油机主副喷油器系统中，改善当量比分布的不均匀性、不对称性是优化其燃烧性能的关键。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，其目的在于通过主副喷油器燃油雾束的匹配设置，以及喷油孔的分均匀布置，优化燃油在燃烧室中的分布特征，使其总体分布较为均匀，由此解决传统高功率密度柴油机主副喷油器系统中燃油和当量比分布不均匀、不对称的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，该喷油系统包括竖直设置在气缸盖中心的主喷油器和倾斜设置在气缸盖的副喷油器，其中：
所述主喷油器的喷油嘴设有多个喷油孔，所述副喷油器的喷油嘴设有多个喷油孔，且所述主喷油器的一个喷油孔与副喷油器的一个喷油孔相对设置；
所述主喷油器的多个喷油孔以其与副喷油器相对设置的喷油孔为参照对称分布并且沿远离所述副喷油器的方向上相邻喷油孔之间的角度逐渐增大，以使所述主喷油器在靠近所述副喷油器一侧的喷油量少于在远离所述副喷油器一侧的喷油量，从而实现燃烧室内的燃油均匀分布。
优选地，所述副喷油器的喷油孔的数量为单数，且所述副喷油器的喷油孔以其中间喷油孔为参照对称分布。
优选地，所述副喷油器的喷油孔所喷出的燃油雾束指向所述燃烧室的中心区域，从而充分利用所述燃烧室中心区域的空气。
优选地，所述燃烧室设置于活塞中，所述燃烧室侧壁中部设置有向内的燃烧室环形凸起，以把所述燃烧室分为燃烧室上层凹坑和燃烧室下层凹坑。
优选地，所述主喷油器的喷油孔所喷出的燃油雾束指向所述燃烧室环形凸起，燃油雾束的末端与所述燃烧室环形凸起发生碰撞，被分成向上和向下的两股卷流，并与所述燃烧室内的空气进一步混合。
优选地，所述燃烧室为轴对称结构，其中心轴线与气缸的中心轴线重合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提出的适用于高功率密度柴油机的喷油系统，该系统中的主喷油器的喷油孔是分均匀分布的，并且主喷油器的喷油孔在副喷油器一侧的喷油孔分布较为稀疏，在远离副喷油器一侧的喷油孔分布较为密集，可以平衡和补偿因为副喷油器存在而导致的总体燃油分布不均匀、不对称的问题，使得柴油机缸内燃油在整体上分布均匀对称。
2、本发明提出的适用于高功率密度柴油机的喷油系统，包括一主一副两支喷油器，主喷油器和副喷油器同时喷油可以增大喷油速率，缩短喷油持续期，有效解决高功率密度柴油机中单喷油器喷油速率不足的问题，从而实现快速燃烧以及更高的升功率指标。
3、本发明提出的适用于高功率密度柴油机的喷油系统中主喷油器的燃油雾束与副喷油器的燃油雾束之间具有良好的匹配关系，可以优化柴油机缸内燃油分布，促进油气混合。
4、本发明提出的适用于高功率密度柴油机的喷油系统中燃烧室侧壁中部设置有向内的环形凸起，燃烧室环形凸起将燃烧室凹坑分为燃烧室上层凹坑和燃烧室下层凹坑，主喷油器的燃油雾束指向环形凸起，并与环形凸起发生碰撞后被分成向上和向下的两股卷流，可以与燃烧室内的空气充分混合，加强油气混合效果。
附图说明
图1是本发明适用于高功率密度柴油机的喷油系统的结构示意图；
图2是本发明喷油系统的实施例中主副喷油器喷油孔及燃油雾束分布的俯视图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-气缸盖；2-主喷油器；3-副喷油器；4-主喷油器的喷油孔；5-主喷油器的燃油雾束；6-副喷油器的喷油孔；7-副喷油器的燃油雾束；8-燃烧室；9-燃烧室环形凸起；10-燃烧室上层凹坑；11-燃烧室下层凹坑；12-气缸；13-活塞。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明提出了一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，其中该喷油系统包括一支主喷油器2和一支副喷油器3，所述主喷油器2在气缸盖1中心竖直安装，所述副喷油器2在气缸盖1外侧倾斜安装，主副喷油器同时喷油可以增大总体喷油速率，缩短喷油持续期，有效解决高功率密度柴油机中单喷油器喷油速率不足的问题；该喷油系统中，所述副喷油器喷出的燃油分布是不均匀的，主要集中副喷油器一侧的燃烧室凹坑中，针对该现象，本发明将所述主喷油器2的喷油孔在所述副喷油器3一侧分布较为稀疏，在远离所述副喷油器3一侧分布较为紧凑，这样就可以平衡和补偿副喷油器喷出的燃油分布不均的问题，使得缸内燃油在整体上的分布是均匀的，对称的。
如图1所示，本发明的实施例中，所述喷油系统具体包括主喷油器2和副喷油器3，所述主喷油器2和所述副喷油器3均设置在气缸盖1上，并且均为缸内直接喷射，并且所述主喷油器2和所述副喷油器3共用一个燃烧室8。
进一步地，所述主喷油器2在气缸盖1上竖直安装，其中心轴线与气缸12的中心轴线重合，所述副喷油器3在气缸盖上倾斜安装，其中心轴线与所述气缸12的中心轴线在一个平面上，所述副喷油器3的中心轴线与所述气缸12的中心轴线的夹角为α，所述副喷油器3中心轴线与所述气缸盖1底面的交点为A，所述交点A与所述主喷油器2的中心轴线之间的径向距离为L，所述夹角α与所述径向距离L根据目标机型具体确定。
作为本发明的一个优选实施例，所述夹角α与所述径向距离L的参考值分别为25°，36mm。
更进一步的说明，所述主喷油器2的喷油嘴上沿圆周方向设置有多个非均匀分布的喷油孔4，所述主喷油器的喷油孔4的中心轴向与所述气缸12的中心轴线之间的夹角为θ；所述燃烧室8侧壁中部设置有向内的燃烧室环形凸起9，所述燃烧室环形凸起9将燃烧室凹坑分为燃烧室上层凹坑10和燃烧室下层凹坑11，所述主喷油器的燃油雾束5指向所述燃烧室环形凸起9，所述主喷油器的燃油雾束5的末端与所述燃烧室环形凸起9发生碰撞，被分成向上和向下的两股卷流，与所述燃烧室8内的空气充分混合。
作为本发明的一个优选实施例，所述夹角θ的参考值为73°。
更进一步的说明，所述副喷油器3的喷油嘴沿内侧(朝向所述燃烧室8的方向为内侧)圆周方向设置有多个非均匀布置的喷油孔6，所述副喷油器的喷油孔6的中心轴线与所述气缸12的中心轴线之间的夹角为β，所述副喷油器的燃油雾束7指向所述燃烧室8的中心区域，充分利用所述燃烧室8中心区域的新鲜空气。
作为本发明的一个优选实施例，所述夹角β的参考值为78°。
请参阅图2，本发明的实施例中，所述主喷油器2的中心轴线与所述副喷油器3的中心轴线延展构成平面S，所述主喷油器2其中一个喷油孔P0的中心轴线位于所述平面S上，且指向所述副喷油器3一侧，所述主喷油器2的其余喷油孔以所述平面S为参照对称布置；所述副喷油器3的喷油孔的数量一般为单数，且中间喷油孔的中心轴线也位于平面S上，所述副喷油器3的喷油孔以所述平面S为参照对称布置；所述主喷油器2承担主要的喷油量，所述副喷油器3起辅助喷油的作用，所述副喷油器3喷出的燃油分布是不均匀的，主要集中在所述副喷油器3一侧的燃烧室凹坑中。
作为本发明的一个优选实施例，所述主喷油器2的喷油孔的数量的参考值为8；所述副喷油器3的喷油孔的数量的参考值为3，所述副喷油器3左右喷油孔与其中间喷油孔的夹角的参考值为47°；所述主喷油器2的喷油量与所述副喷油器3的喷油量之比的参考值为8:2。
具体的，从所述喷油孔P0开始，所述主喷油器2的其余喷油孔依次按顺序可标记为P1(P1′)，P2(P2′)...Pi(Pi′)...，所述Pi和Pi′为对称布置的喷油孔，所述主喷油器2相邻喷油孔之间夹角依次为γ1，γ2...γi...，其中γ1为所述喷油孔P0和所述喷油孔P1(P1′)之间的夹角，γ2为所述喷油孔P1(P1′)和所述P2(P2′)之间的夹角，以此类推，所述夹角γ1，γ2...γi...依次减小，即γ1＞γ2＞…＞γi＞…，其结果是所述主喷油器2在所述副喷油器3一侧的喷油孔分布较为稀疏，在远离所述副喷油器3一侧的喷油孔分布较为密集，相应地，所述主喷油器2在所述副喷油器3一侧的喷油量较少，在远离所述副喷油器3一侧的喷油量较多，这样的燃油分布特征可以平衡和补偿因为所述副喷油器存在而导致的总体燃油分布不均匀、不对称的问题。
作为本发明的一个优选实施例，所述γ1，γ2，γ3，γ4的参考值分别为60°，50°，40°，30°。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，其特征在于，该喷油系统包括竖直设置在气缸盖(1)中心的主喷油器(2)和倾斜设置在气缸盖(1)的副喷油器(3)，其中：
所述主喷油器(2)的喷油嘴设有多个喷油孔，所述副喷油器(3)的喷油嘴设有多个喷油孔，且所述主喷油器(2)的一个喷油孔与副喷油器(3)的一个喷油孔相对设置；
所述主喷油器(2)的多个喷油孔以其与副喷油器(3)相对设置的喷油孔为参照对称分布且沿远离所述副喷油器(3)的方向上相邻喷油孔之间的角度逐渐增大，以使所述主喷油器(2)在靠近所述副喷油器(3)一侧的喷油量少于在远离所述副喷油器(3)一侧的喷油量，从而实现燃烧室(8)内的燃油均匀分布。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，其特征在于，所述副喷油器(3)的喷油孔的数量为单数，且所述副喷油器(3)的喷油孔以其中间喷油孔为参照对称分布。
3.根据权利要求2所述的一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，其特征在于，所述副喷油器(3)的喷油孔所喷出的燃油雾束指向所述燃烧室(8)的中心区域，从而充分利用所述燃烧室(8)中心区域的空气。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，其特征在于，所述燃烧室(8)设置于活塞(13)中，所述燃烧室(8)侧壁中部设置有向内的燃烧室环形凸起(9)，以把所述燃烧室(8)分为燃烧室上层凹坑(10)和燃烧室下层凹坑(11)。
5.根据权利要求4所述的一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，其特征在于，所述主喷油器(2)的喷油孔所喷出的燃油雾束指向所述燃烧室环形凸起(9)，主喷油器的燃油雾束的末端与所述燃烧室环形凸起(9)发生碰撞，被分成向上和向下的两股卷流，并与所述燃烧室(8)内的空气进一步混合。
6.根据权利要求4或5所述的一种适用于高功率密度柴油机的喷油系统，其特征在于，所述燃烧室(8)为轴对称结构，其中心轴线与气缸(12)的中心轴线重合。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114233544A (zh) * 2022-02-25 2022-03-25 潍柴动力股份有限公司 一种发动机双主喷装置及发动机冷启动过程的标定方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4273084A (en) * 1977-11-23 1981-06-16 Ab Volvo Fuel injection system for diesel engines
JPH04171264A (ja) * 1990-11-05 1992-06-18 Nissan Motor Co Ltd 燃料噴射装置
JPH09317604A (ja) * 1996-05-24 1997-12-09 Isuzu Motors Ltd 直接噴射式ディーゼルエンジン
CN102661193A (zh) * 2012-05-16 2012-09-12 大连理工大学 直喷式柴油机双层分流燃烧系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4273084A (en) * 1977-11-23 1981-06-16 Ab Volvo Fuel injection system for diesel engines
JPH04171264A (ja) * 1990-11-05 1992-06-18 Nissan Motor Co Ltd 燃料噴射装置
JPH09317604A (ja) * 1996-05-24 1997-12-09 Isuzu Motors Ltd 直接噴射式ディーゼルエンジン
CN102661193A (zh) * 2012-05-16 2012-09-12 大连理工大学 直喷式柴油机双层分流燃烧系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114233544A (zh) * 2022-02-25 2022-03-25 潍柴动力股份有限公司 一种发动机双主喷装置及发动机冷启动过程的标定方法
WO2023160281A1 (zh) * 2022-02-25 2023-08-31 潍柴动力股份有限公司 发动机双主喷装置及发动机冷启动过程的标定方法

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