CN117418931B - 一种燃烧室及柴油发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃烧室及柴油发动机，燃烧室包括设置在活塞顶端的燃烧室凹坑；燃烧室凹坑的侧壁设置有呈螺旋状延伸的喉口，且喉口的螺旋方向与进气涡流的方向一致，进气涡流为进气道输送至燃烧室内且呈螺旋状的气流。本发明提供的燃烧室，由于进气道输入燃烧室内的气流呈涡流状，因此，燃烧室内的涡流对油气的吹动使得油气整体沿着涡流方向偏移。而由于喉口呈螺旋状延伸设置，且螺旋方向与进气涡流的方向一致，因此，喉口的高度能够随着进气涡流发生对应改变，使得喉口位置能够达到合理分配油束的位置，从而实现合理的油气混合。即本发明提供的燃烧室提高了油气在燃烧室内的分布效果。

Description

一种燃烧室及柴油发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种燃烧室及柴油发动机。

背景技术

燃烧室中，活塞顶部凹坑、活塞上顶面、气缸盖底平面、气缸盖垫片以及气缸套围成用于燃烧的封闭空间。进气道为燃烧室提供新鲜空气，并在燃烧室内形成特定方向的涡流，在喷油器向燃烧室喷油过程中，燃烧室型线对喷油器油嘴喷射的油束具有碰壁、反弹、导流、油气混合的作用。但是，由于活塞顶部凹坑随着活塞在气缸内做往复轴线运动，造成燃烧室型线相对于喷油器的油束的相对位置不断的变化，因此，使得燃烧室型线只在特定的时刻对油束具有良好的燃油分配、油气混合作用，离开这个特定时刻，燃烧室内油束的分配及组织油气混合都无法得到很好的保证，油气在燃烧室内的分布效果将变差。

综上所述，如何提高油气在燃烧室内的分布效果，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种燃烧室，以提高油气在燃烧室内的分布效果。

本发明的第二个目的是提供一种柴油发动机。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：

一种燃烧室，包括设置在活塞顶端的燃烧室凹坑；

所述燃烧室凹坑的侧壁设置有呈螺旋状延伸的喉口，且所述喉口的螺旋方向与进气涡流的方向一致，所述进气涡流为进气道输送至所述燃烧室内且呈螺旋状的气流。

在一个具体的实施方案中，所述喉口包括多个依次首尾连接的子喉口，且所述子喉口的个数与喷油器的喷孔个数相等。

在另一个具体的实施方案中，所述子喉口向所述活塞顶端的投影的角度为θ，且θ＝360°/m，其中，m为所述喷油器的喷孔个数。

在另一个具体的实施方案中，所述子喉口沿着所述活塞的轴向高度为h；

当喷油提前角β≥喷油持续曲轴转角α时，

当时，/>

当时，/>

其中，s为发动机的行程。

在另一个具体的实施方案中，所述喷油持续曲轴转角α＝6nt×10^-6；

其中，n为所述发动机的最低油耗转速，t为所述喷油器的喷油时间。

在另一个具体的实施方案中，沿着所述燃烧室凹坑的顶端到底端的方向，所述燃烧室凹坑的侧壁依次设置有第一环槽、第二环槽以及第三环槽；

所述第二环槽与所述第三环槽之间光滑过渡连接，并形成所述喉口。

在另一个具体的实施方案中，所述燃烧室凹坑的中心位置处设置有弧面凸起。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

本发明提供的燃烧室，由于进气道输入燃烧室内的气流呈涡流状，因此，燃烧室内的涡流对油气的吹动使得油气整体沿着涡流方向偏移。而由于喉口呈螺旋状延伸设置，且螺旋方向与进气涡流的方向一致，因此，喉口的高度能够随着进气涡流发生对应改变，使得喉口位置能够达到合理分配油束的位置，从而实现合理的油气混合。即本发明提供的燃烧室提高了油气在燃烧室内的分布效果。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：

一种柴油发动机，包括如上述中任意一项所述的燃烧室。

在一个具体的实施方案中，所述柴油发动机还包括进气道；

所述进气道用于向所述燃烧室内输入气体，且所述气体在所述燃烧室内形成涡流。

在另一个具体的实施方案中，所述柴油发动机还包括喷油器；

所述喷油器上设置有多个喷孔，以向所述燃烧室内喷入燃油。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

由于本发明提供的柴油发动机包括上述任意一项中的燃烧室，因此，上述燃烧室所具有的有益效果均是本发明公开的柴油发动机所包含的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的燃烧室的三维结构示意图；

图2为本发明提供的油束在燃烧室内流动的示意图；

图3为本发明提供的喷油器喷孔中心线与燃烧室凹坑扇形区域的偏移示意图；

图4为本发明一种实施例提供的发动机的曲轴转角与行程之间的示意图；

图5为本发明另一种实施例提供的发动机的曲轴转角与行程之间的示意图；

图6为本发明又一种实施例提供的发动机的曲轴转角与行程之间的示意图。

其中，图1-图6中：

燃烧室100、燃烧室凹坑101、第一环槽101-1、第二环槽101-2、第三环槽101-3、弧面凸起101-4、喉口102、子喉口102a。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-6，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

结合图1-图6所示，本发明第一方面提供了一种燃烧室100，用于提高油气在燃烧室100内的分布效果。

如图1所示，燃烧室100包括设置在活塞顶端的燃烧室凹坑101，具体地，沿着燃烧室凹坑101的顶端到底端的方向，燃烧室凹坑101的侧壁依次设置有第一环槽101-1、第二环槽101-2以及第三环槽101-3，第一环槽101-1、第二环槽101-2及第三环槽101-3同轴并依次连通设置，且第一环槽101-1、第二环槽101-2及第三环槽101-3的口径依次增大，以便于油气流向燃烧室100的各个位置处。

燃烧室凹坑101的侧壁设置有呈螺旋状延伸的喉口102，具体地，喉口102为第二环槽101-2与第三环槽101-3之间光滑过渡连接的那部分弧形凸起。

如图2所示为油束在燃烧室100内流动示意图，由图2，可得：油束的油量分配、油气混合组织过程中，喉口102起主要作用，随着活塞沿着气缸套轴线运动，喉口102螺旋设置，进气涡流对油气的吹动，使得油气整体沿着涡流方向偏移，油气的偏移与喉口102位置刚好达到更合理的匹配，使得燃烧室100型线能够更合理的对油束的分配，更合理的组织油气的混合。

喉口102的螺旋方向与进气涡流的方向一致，进气涡流为进气道输送至燃烧室100内且呈螺旋状的气流。由于进气道输入燃烧室100内的气流呈涡流状，因此，燃烧室100内的涡流对油气的吹动使得油气整体沿着涡流方向偏移。而由于喉口102呈螺旋状延伸设置，且螺旋方向与进气涡流的方向一致，因此，喉口102的高度能够随着进气涡流发生对应改变，使得喉口102位置能够达到合理分配油束的位置，从而实现合理的油气混合。即本发明提供的燃烧室100提高了油气在燃烧室100内的分布效果。

在一个具体实施方式中，喉口102包括多个依次首尾连接的子喉口102a，且子喉口102a的个数与喷油器的喷孔个数相等。

如图3所示，燃烧室100沿螺旋线扫过的扇形区域相对于喷油器的对应喷孔的偏移角度γ与涡流强度相关，涡流强度较大，偏移角度γ较大，涡流强度较弱，偏移角度γ较小。通过进气道的合理设计控制燃烧室100内涡流强度，使得涡流强度与喷油器的喷孔喷射出的油束扫过的燃烧室凹坑101的扇形区域匹配，达到充分利用燃烧室100空间和空气利用率的目的。

在一个具体实施方式中，子喉口102a向活塞顶端的投影的角度为θ，且θ＝360°/m，其中，m为喷油器的喷孔个数。即本发明通过根据喷孔的个数设计子喉口102a的个数，进一步优化了喉口102，从而进一步提高了油气在燃烧室100内的分布效果。

在一个具体实施方式中，子喉口102a沿着活塞的轴向高度为h。如图4所示，当喷油提前角β≥喷油持续曲轴转角α时， 其中，s为发动机的行程。由图4可得：h为负值，负值是指沿着涡流旋转方向喉口102的高度逐渐减小。

如图5所示，当时，/>由图5可得：h也为负值，喉口102高度同样随着涡流旋转方向逐渐减小。

如图6所示，当时，/>由图6可得：h为正值，正值代表喉口102高度随着涡流旋转方向逐渐增大。

本发明通过上述计算公式，获得喉口102的高度轨迹，方便快捷，且保证了合理分配油束。

进一步地，本发明公开了喷油持续曲轴转角α＝6nt×10^-6，其中，n为发动机的最低油耗转速，单位为转/min；t为喷油器的喷油时间，单位为us。

进一步地，设计喉口102半径R时，可以通过设计多条不同半径R对应的燃烧室型线，通过燃烧仿真软件(如Converge软件)等进行仿真计算，以油耗最低或者只是功最高或者排放最低为依据判断R值的取值范围。

在一个具体实施方式中，燃烧室凹坑101的中心位置处设置有弧面凸起101-4，便于油气由燃烧室凹坑101的底部向上移动，便于油气充满整个燃烧室100。

可以理解地，设计喉口102的尺寸及位置时还可以考虑喷油器喷出的油束，以提高燃烧室100内油气混合的充分性，从而提高发动机的效率。

以喷油器上开设的喷孔为多个，且沿着喷油器的轴向分为2排间隔设置为例，设置较靠下的1排喷孔所对应的喉口102位置处的高度高于较靠下的1排喷孔所对应的喉口102位置处高度，且较靠下的1排喷孔所对应的喉口102位置处相对于较靠下的1排喷孔所对应的喉口102位置处更靠近燃烧室100的弧面凸起101-4。较靠下1排喷孔喷出的油束的燃油中主要利用燃烧室凹坑101中心位置处的空间及空气；较靠上1排喷孔喷出的油束的燃油主要利用燃烧室100上部及外缘的空间及空气，从而使得燃烧室100油气混合更加充分，对燃烧室100空间内的空气利用率更高。油气混合气的充分混合能够充分减少高浓度油气混合区域，燃烧的烟度更低，同时，由于燃烧室100内部温度过高区域减少，燃烧室100生成的NO_X会明显降低。

本发明第二方面提供了一种柴油发动机，包括如上述中任意一项实施例中的燃烧室100。

由于本发明提供的柴油发动机包括上述任意一项实施例中的燃烧室100，因此，上述燃烧室100所具有的有益效果均是本发明公开的柴油发动机所包含的。

在一个具体实施方式中，柴油发动机还包括进气道，进气道用于向燃烧室100内输入气体，且气体在燃烧室100内形成涡流。具体地，进气道与燃烧室100配合，使得气体能够在燃烧室100内形成涡流。

进一步地，本发明公开了柴油发动机还包括喷油器，喷油器固定在气缸盖上，喷油器上设置有多个喷孔，以向燃烧室100内喷入燃油。

具体地，喷孔可以设置为环绕喷油器的周向的一排喷孔，也可以设置为环绕喷油器的周向的两排喷孔等，以便于实现燃烧室100内喷油的均匀性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造特点相一致的最宽的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种燃烧室，其特征在于，包括设置在活塞顶端的燃烧室凹坑；

所述燃烧室凹坑的侧壁设置有呈螺旋状延伸的喉口，且所述喉口的螺旋方向与进气涡流的方向一致，所述进气涡流为进气道输送至所述燃烧室内且呈螺旋状的气流；

沿着所述燃烧室凹坑的顶端到底端的方向，所述燃烧室凹坑的侧壁依次设置有第一环槽、第二环槽以及第三环槽；

所述第二环槽与所述第三环槽之间光滑过渡连接，并形成所述喉口。

2.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述喉口包括多个依次首尾连接的子喉口，且所述子喉口的个数与喷油器的喷孔个数相等。

3.根据权利要求2所述的燃烧室，其特征在于，所述子喉口向所述活塞顶端的投影的角度为θ，且θ＝360°/m，其中，m为所述喷油器的喷孔个数。

4.根据权利要求2所述的燃烧室，其特征在于，所述子喉口沿着所述活塞的轴向高度为h；

当喷油提前角β≥喷油持续曲轴转角α时，

当时，/>

当时，/>

其中，s为发动机的行程。

5.根据权利要求4所述的燃烧室，其特征在于，所述喷油持续曲轴转角α＝6nt×10^-6；

其中，n为所述发动机的最低油耗转速，t为所述喷油器的喷油时间。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的燃烧室，其特征在于，所述燃烧室凹坑的中心位置处设置有弧面凸起。

7.一种柴油发动机，其特征在于，包括如权利要求1-6中任意一项所述的燃烧室。

8.根据权利要求7所述的柴油发动机，其特征在于，还包括进气道；

所述进气道用于向所述燃烧室内输入气体，且所述气体在所述燃烧室内形成涡流。

9.根据权利要求7或8所述的柴油发动机，其特征在于，还包括喷油器；

所述喷油器上设置有多个喷孔，以向所述燃烧室内喷入燃油。