CN117421841B - 一种燃烧室、发动机及燃烧室设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃烧室、发动机及燃烧室设计方法，燃烧室的设计方法包括：步骤S1：搭建发动机的燃烧模型，喷油器上开设有至少两排沿着间隔设置的喷孔，且各排喷孔的数量相等，同一排喷孔的喷油夹角相同，相邻两排喷孔的喷油夹角不同；步骤S2：利用燃烧模型，根据喷油器不同排的喷孔，分别获取所对应燃烧室型线的凹坑尺寸及抛射凸台半径；步骤S3：获取对应的燃烧室型线最大开口半径，得到各个喷孔所对应的燃烧室型线，分别由对应的燃烧室型线扫描各个喷孔对应的燃烧室扇形区域，相邻燃烧室扇形区域之间圆滑连接，以获取燃烧室。本发明针对不同高度的喷孔设计喷油落点，使得燃烧室能够适应多孔大流量喷油器，提高了高功率密度发动机的功率。

Description

一种燃烧室、发动机及燃烧室设计方法

技术领域

本发明涉及发动机设计技术领域，尤其是涉及一种燃烧室、发动机及燃烧室设计方法。

背景技术

针对高功率密度柴油发动机，需要较多燃油，获取更多的燃油的途径主要有增大喷射压力、延长喷油器的加电时间以及增大喷油器的流量。

针对增大喷射压力的方法，由于喷油器的最大喷射压力对于燃油系统来说是确定的，因此，通过喷射压力来增大喷油量是受燃油系统最大喷射压力限制。

针对延长喷油器的加电时间，由于高功率密度发动机的转速比较高，喷油的持续时间反而比较短，因此，同时延长喷油器的加电时间，会带来燃烧的恶化，柴油机热效率的降低。

针对增大喷油器的流量，可以通过增大喷嘴油孔直径来增大喷油器的流量，但是会带来燃油雾化不好，影响燃烧的问题；也可通过增加油孔数量来增大喷油器流量，通过增加油孔的数量实现了增大喷油器的流量。然而，由于油嘴的物理结构限制，因此，增加喷嘴油孔数量只能通过沿着油嘴的轴向设置双排油孔的方式。

对于高功率密度发动机而言，喷嘴油孔的布置形式发生了变化，两排油孔的位置不同，喷油夹角也不相同，因此，两排油孔喷出的燃油的喷油落点是不同的，而轴对称结构的燃烧室在以燃烧室轴线为旋转轴的360°范围内的所有截面都是相同的，无法根据不同的喷油落点进行匹配，导致燃烧恶化，热效率降低，烟度大等一系列问题。

因此，如何提供一种燃烧室，使得燃烧室能够适应多孔大流量喷油器，以提高高功率密度发动机的功率是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

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设计方法，旨在实现燃烧室能够适应多孔大流量喷油器，以提高高功率密度发动机的功率的目的。

本发明的第二个目的是提供一种燃烧室。

本发明的第三个目的是提供一种发动机。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：

一种燃烧室的设计方法，包括：

步骤S1：搭建发动机的燃烧模型，其中，所述燃烧模型中，喷油器上开设有至少两排沿着所述喷油器的轴向间隔设置的喷孔，且各排所述喷孔的数量相等，同一排所述喷孔的喷油夹角相同，相邻两排所述喷孔的喷油夹角不同；

步骤S2：利用所述燃烧模型，根据各个所述喷孔，分别获取所对应燃烧室型线的凹坑尺寸及抛射凸台半径；

步骤S3：根据各所述凹坑尺寸及所述抛射凸台半径，分别获取对应的燃烧室型线最大开口半径，得到各个所述喷孔所对应的燃烧室型线，分别由对应的燃烧室型线扫描各个所述喷孔对应的燃烧室扇形区域，相邻所述燃烧室扇形区域之间圆滑连接，以获取所述燃烧室。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S2具体包括：

步骤S21：利用所述燃烧模型，以所述喷孔喷出的油束与所述燃烧室的中心凸台不干涉为目标，确定所述中心凸台的高度及圆锥夹角；

步骤S22：利用所述燃烧模型，以所述油束的碰壁及反射进行流体动力学仿真来初步确定各个所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口位置；

步骤S23：利用所述燃烧模型进行仿真，获取所述发动机的额定工况下所述油束在所述燃烧室内的分布情况，获取初始所述燃烧室型线的最大开口半径；

步骤S24：根据初步确定的所述燃烧室型线的喉口位置，结合各排所述喷孔的位置参数及所述发动机的基本参数，获取各排所述喷孔对应的燃烧室型线的压缩比值；

步骤S25：以所述发动机的性能最佳和排放最佳为目标，获取各排所述喷孔对应的所述凹坑尺寸及所述抛射凸台半径。

在另一个具体的实施方案中，所述步骤S21中，所述中心凸台的高度由所述喷孔喷出的液滴自喷出到燃烧完成的寿命评估获得。

在另一个具体的实施方案中，所述液滴的寿命t_d＝D²/K；

其中，K为蒸发常数，D为所述液滴的直径。

在另一个具体的实施方案中，沿着所述燃烧室的径向，所述喷孔的中心到所述喉口的圆弧面的距离X_Throat：

X_Throat＝L×tanα＝2.97R_ej ^-1L；

其中，R_ej为射流雷诺数，L为所述喷孔的中心与所述喉口的圆弧面的距离，α为射流扩张角。

在另一个具体的实施方案中，所述燃烧模型包括喷雾模型及燃烧室模型，所述步骤S1具体包括：

步骤S11：明确所述燃烧模型的参数；

步骤S12：标定所述喷雾模型及所述燃烧室模型。

在另一个具体的实施方案中，所述燃烧室的设计方法还包括步骤S4：优化相邻所述燃烧室扇形区域之间的圆滑过渡区域。

在另一个具体的实施方案中，所述步骤S4具体包括：

步骤S41：确定加工工艺能够实现的最小刀具几何尺寸，以确定最小的过渡区域面积及圆滑过渡半径；

步骤S42：利用所述燃烧模型，通过燃烧仿真计算得到初始的燃烧模型的发动机性能仿真结果；

步骤S43：调节刀具几何尺寸，加大或者缩小所述圆滑过渡区域的面积和过渡圆弧半径，进行燃烧室仿真计算，并评估燃烧室性能变化趋势；

步骤S44：判断所述燃烧室性能是否满足预设要求，若是，则结束，若否，则转步骤S43。

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。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：

一种燃烧室，通过如上述中任意一项所述的燃烧室的设计方法设计而成；

喷油器相邻的两排喷孔中，较靠下的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口的高度高于较靠上的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口高度，且较靠下的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口相对于较靠上的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口更靠近所述燃烧室的中心凸台，较靠下的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的凹坑的深度大于较靠上的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的凹坑的深度。

为了实现上述第三个目的，本发明提供了如下方案：

一种发动机，包括喷油器及如上述所述的燃烧室。

本发明提供的燃烧室的设计方法，通过搭建发动机的燃烧模型，并根据喷油孔不同排的喷孔分别获取对应的燃烧室型线，并由对应的燃烧室型线扫描每个喷孔对应的燃烧室扇形区域，相邻燃烧室扇形区域之间圆滑连接，来获取燃烧室，针对不同高度的喷孔设计喷油落点，使得燃烧室能够适应多孔大流量喷油器，提高了高功率密度发动机的功率。

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设计方法的流程图；

图2为本发明提供的喷油器的局部结构示意图；

图3为本发明提供的喷油器上设置两排喷油孔仰视时各喷孔所呈夹角的示意图；

图4为本发明提供的燃烧室中心凸台高度及圆锥夹角的示意图；

图5为本发明提供的初步确定喉口位置的示意图；

图6为本发明提供的初步确定最大开口半径的示意图；

图7为本发明提供的抛射凸台半径及凹坑尺寸的示意图；

图8为本发明提供的不同喷孔匹配的最佳燃烧室型线的示意图；

图9为本发明提供的不同喷孔对应的不同燃烧室型线油气分配及流动示意图；

图10为本发明提供的不同喷孔对应型线的喉口位置的示意图；

图11为本发明提供的不同喷孔对应型线的凹坑位置的示意图；

图12为本发明提供的不同喷孔对应型线的抛射凸台位置的示意图；

图13为本发明提供的不同喷孔对应型线的顶部环槽深度及半径的示意图；

图14为本发明提供的燃烧室的局部示意图；

图15为本发明提供的燃烧室的结构示意图。

附图标记说明：

第一区域1、第二区域2、第三区域3、中心凸台4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-图15，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，本发明一方面提供了一种燃烧室的设计方法，使得获得的燃烧室能够适应多孔大流量喷油器，并提高高功率密度发动机的功率。

具体地，燃烧室的设计方法包括：

步骤S1：搭建发动机的燃烧模型，燃烧模型中的喷油器上开设有至少两排沿着喷油器的轴向间隔设置的喷孔，且各排喷孔的数量相等，同一排喷孔的喷油夹角相同，相邻两排喷孔的喷油夹角不同。

需要说明的是，喷油器上所有的喷孔向喷油器的底端端面的投影均不重合设置，即所有的喷孔沿着喷油器的轴向均错开设置。喷油器的底端端面是指喷油器面向燃烧室的中心凸台4的一端端面。

具体地，燃烧模型包括燃烧室模型及喷油器所对应的喷雾模型，步骤S1具体包括：步骤S11：明确燃烧模型的参数；步骤S12：标定喷雾模型及燃烧室模型。

具体地，喷油器上开设有至少两排沿着喷油器的轴向间隔设置的喷孔，且各排喷孔的数量相等，同一排喷孔的喷油夹角相同，相邻两排喷孔的喷油夹角不同。相邻两排喷孔中，较靠下的一排喷孔的喷油夹角小于较靠上的一排喷孔的喷油夹角，使得较靠上一排喷孔喷出的燃油更多地利用燃烧室上部和外部的空间，较靠下一排喷孔喷出的燃油更多地利用燃烧室中心的空间和空气，从而使得喷油器匹配本发明燃烧室可以更加合理的利用燃烧室空间，提升燃烧室内空气利用率，可以有效的提升内燃机热效率，有效提升发动机功率密度。

燃烧室模型的参数包括喷油器的参数及发动机的主要参数。其中，喷油器的参数包括：喷孔数量n，喷孔直径d，喷油夹角θ，喷孔的孔中心距离喷油器的轴线的径向距离r，喷孔的孔中心距离喷油器安装支撑平面(即安装在喷油器上的垫片的下平面)的轴向距离h。以喷油器上开设有12个喷孔，且沿着喷油器的轴向分为两排间隔设置为例，其中，各排喷孔绕设喷油器的轴线环形均布在喷油器上，如图2所示，喷孔的孔中心距离喷油器的垫片下平面的轴向距离标注为h，喷孔的孔中心距离喷油器的轴线的径向距离为r，喷油夹角为θ。为了便于表述，命名较靠下一排的喷孔的孔中心距离喷油器的垫片下平面的距离标注为h₁，命名较靠下一排的喷孔的孔中心距离油嘴轴线的径向距离为r₁，命名较靠下一排的喷孔的喷油夹角为θ₁；命名较靠上一排的喷孔的孔中心距离喷油器垫片下平面的距离标注为h₂，命名较靠上一排的喷孔的孔中心距离喷油器的轴线的距离为r₂，命名较靠上一排的喷孔的喷油夹角为θ₂，h₁＞h₂，r₁＜r₂，θ₁＜θ₂。

发动机的主要参数包括：发动机的缸径D_缸、发动机行程S、发动机连杆长度L、设计压缩比Cr。

标定喷油器的喷雾模型包括喷油器喷油规律曲线、喷油器喷射开启延迟模型、喷油器喷射关闭延迟模型、发动机电控标定边界及发动机燃烧数据。

标定燃烧计算模型包括根据发动机试验边界(中冷后进气温度、压力、进气量)及根据发动机缸内燃烧数据(缸压、温度、与发动机相位的关系曲线)，标定燃烧模型的喷油提前角、喷射时间及喷油量。

步骤S2：利用燃烧模型，根据各个喷孔，分别获取所对应燃烧室型线的凹坑尺寸及抛射凸台半径。

具体地，燃烧室由气缸、活塞及气缸盖围设而成，燃烧室是指活塞到达上止点后，活塞的顶端与气缸盖之间的空间，活塞顶面开设有凹坑，凹坑的中心位置处设置有中心凸台4，如图15所示，其中，中心凸台4的表面为锥形面。凹坑尺寸包凹坑的各处半径等。抛射凸台半径为喷油器的轴线与能够引导并形成射流的凸起之间的径向距离。

步骤S3：根据各凹坑尺寸及抛射凸台半径，分别获取对应的燃烧室型线最大开口半径，得到各个喷孔所对应的燃烧室型线，分别由对应的燃烧室型线扫描各个喷孔对应的燃烧室扇形区域，相邻燃烧室扇形区域之间圆滑连接，以获取燃烧室。

以喷油器上开设两排喷孔为例，以步骤S2确定的较靠下一排喷孔对应的燃烧室型线的凹坑为基础，确定较靠下一排喷孔对应型线的最大开口半径；以步骤S2确定的较靠上一排喷孔对应的燃烧室型线的凹坑为基础，确定较靠上一排喷孔对应型线的最大开口半径，最终得到两排喷孔对应的燃烧室型线；通过过渡区域连接得到完整的高功率密度燃烧室如图15所示。

本发明提供的燃烧室的设计方法，通过搭建发动机的燃烧模型，并根据喷油孔不同排的喷孔分别获取对应的燃烧室型线，并由对应的燃烧室型线扫描每个喷孔对应的燃烧室扇形区域，相邻燃烧室扇形区域之间圆滑连接，来获取燃烧室，针对不同高度的喷孔设计喷油落点，使得燃烧室能够适应多孔大流量喷油器，提高了高功率密度的功率。

在一些实施例中，步骤S2具体包括：

步骤S21：利用燃烧模型，以喷孔喷出的油束与燃烧室的中心凸台4不干涉为目标，确定中心凸台4的高度及圆锥夹角。

中心凸台4的高度H及圆锥夹角ω如图4所示。

中心凸台4的高度由喷孔喷出的液滴自喷出到燃烧完成的寿命评估获得。

具体地，液滴的寿命t_d＝D²/K，其中，D为液滴的直径，K为油滴蒸发常数，对于理想气体，蒸发常数

蒸发常数K是一个与温度T有关的参数，从参考态到298开氏温度的状态进行积分，根据公式可得P_sat，其中，P_sat为油滴在给定温度下的饱和蒸气压，MW_C6H6为油滴为C₆H₆时的摩尔质量，h_fg为气化潜热，R_u为通用气体常数；参考态下，P＝1atm，T_boil为压强P＝1atm的情况下对应的温度值。

根据公式计算得到油滴质量分数Y_A,S，MW_A为参考态下的油滴的摩尔质量，/>为对应不同饱和蒸汽压下的油滴摩尔质量。

发动机的混合器的温度越高，燃烧室中心凸台4高度则越高，直到与活塞上顶面平齐，按照每10开氏温度对应2mm高度差来确定中心凸台4高度。

步骤S22：利用燃烧模型，以油束碰壁及反射进行流体动力学仿真来初步确定燃烧室的喉口位置。

具体地，喉口位置包括如图5中的X_Throat、Z_Throat以及R_Throat，其中，X_Throat为沿着燃烧室的径向，喷油器的轴心线到喉口的距离；Z_Throat为沿着燃烧室的周向，喷油器的轴心线到喉口的距离，也就是喉口的高度；喉口呈弧形设置，R_Throat为喉口的圆弧面的半径。

具体地，如图6所示，沿着燃烧室的径向，喷油器的轴心线到喉口的距离X_Throat＝L×tanα＝2.97R_ej ^-1L；

其中，R_ej为射流雷诺数，L为喷孔的中心(即圆心)距离喉口的圆弧面的距离，α为射流扩张角。

步骤S23：利用燃烧模型进行仿真，获取发动机的额定工况下油束在燃烧室内的分布情况，获取初始燃烧室型线的最大开口半径。

燃烧室的最大开口半径R_openmax与喷油器的喷油夹角、喷油提前角及喷油持续时间关系明显，因此，燃烧室的最大开口半径对发动机的性能和可靠性都有显著地影响。根据发动机的额定工况来获取燃烧室的最大开口半径使得燃烧室能够满足使用需求。

步骤S24：根据初步确定的燃烧室的喉口位置，结合各排喷孔的位置参数及发动机的基本参数，获取各排喷孔对应的燃烧室型线的压缩比值。

不同的喷孔位置(r、h参数的不同)对应的最优燃烧室型线是不同的，不同的燃烧室型线对应的压缩比也是不同的，但是1个燃烧室的压缩比Cr值是唯一确定，因此，需要获取燃烧室的压缩比Cr。

以喷油器上的喷孔为两排为例，较靠上一排喷孔对应的燃烧室型线的压缩比为C_rmax，较靠下一排喷孔对应的燃烧室型线的压缩比为C_rmin，由于两排喷孔数相同，因此，C_r＝(C_rmax+C_rmin)/2。

根据初步确定的喉口位置，结合两排油孔位置参数(r、h参数)和发动机的基本参数(D、S参数)估算C_rmax与C_rmin。

以较靠下一排喷孔参数(r、h参数)、燃烧模型及确定的燃烧室型线的基本参数进行定压缩比型线选型。

步骤S25：以发动机的性能最佳和排放最佳为目标，获取各排喷孔对应的凹坑尺寸及抛射凸台半径。

具体地，以发动机性能最佳和排放最佳为目标，通过DOE(试验设计)选型，得到抛射凸台半径R_boss和燃烧室型线的凹坑尺寸。凹坑尺寸包括凹坑半径R及深度H_pit。

本发明针对不同的喷孔参数(喷油夹角、位置坐标)，设计不同的燃烧室喉口，不同的抛射凸台位置，不同的燃烧室凹坑半径。通过匹配不同的燃烧室型线，使得相邻两排喷孔中，较靠下一排喷孔喷出的油束的燃油下部燃油占比大于上部燃油占比，主要利用燃烧室中心凹坑的空间及空气；较靠上一排喷孔喷出的油束的燃油下部燃油占比小于上部燃油占比，主要利用燃烧室上部及外缘的空间及空气，从而使得燃烧室油气混合更加充分，对燃烧室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，由于燃烧室内部温度过高区域减少，燃烧室生成的NO_X会明显降低。如图8所示为相邻两排喷孔对应的燃烧室型线的示意图，如图9所示为不同喷孔对应不同燃烧室型线的油气分配及流动示意图。

在一些实施例中，燃烧室的设计方法还包括步骤S4：优化相邻燃烧室扇形区域之间的圆滑过渡区域。

通过步骤S4进一步提高了燃烧室的燃烧效率。

具体地，步骤S4具体包括：

步骤S41：确定加工工艺能够实现的最小刀具几何尺寸，以确定最小的过渡区域面积及圆滑过渡半径。

可以理解地，这里的过渡区域面积是指相邻燃烧室扇形区域之间的圆滑过渡区域的面积。

步骤S42：利用燃烧模型，通过燃烧仿真计算得到初始的燃烧室模型的发动机性能仿真结果。

步骤S43：调节刀具几何尺寸，加大或者缩小圆滑过渡区域的面积和过渡圆弧半径，进行燃烧室仿真计算，并评估燃烧室性能变化趋势。

步骤S44：判断燃烧室性能是否满足预设要求，若是，则结束，若否，则转步骤S43。

具体地，预设要求具体可以根据实际需要进行设定，设定预设要求时需要综合考虑制造效率、成本、性能提升收益等。

当加大圆滑过渡区域的面积和过渡圆弧半径，发动机燃烧性能恶化时，则需要返回步骤S43去缩小圆滑过渡区域的面积和过渡圆弧半径。同理，当缩小圆滑过渡区域的面积和过渡圆弧半径，发动机燃烧性能恶化时，则需要返回步骤S43去加大圆滑过渡区域的面积和过渡圆弧半径。

如图15所示，本发明第二方面提供了一种燃烧室，通过如上述中任意一项的燃烧室的设计方法设计而成。

喷油器相邻的两排喷孔中，较靠下的一排喷孔所对应的燃烧室的喉口的高度高于较靠下的一排喷孔所对应的燃烧室的喉口高度，且较靠下的一排喷孔所对应的燃烧室的喉口相对于较靠下的一排喷孔所对应的燃烧室的喉口更靠近燃烧室的中心凸台4。

如图10所示，喷油器相邻的两排喷孔所对应的燃烧室型线的喉口均呈弧形设置，较靠上一排喷孔对应的燃烧室型线的喉口的半径为R_1Throat，较靠下一排喷孔对应的燃烧室型线的喉口的半径为R_1Throat，喷油器相邻的两排喷孔所对应的燃烧室的喉口所呈圆弧的圆心沿着X向(X向也就是燃烧室的径向)的差值△X₁＝(0.5％-3％)D_缸，沿着Z向(Z向也就是燃烧室的轴向)的差值△Z₁＝(0.3％-0.8％)D_缸。喷油器相邻的两排喷孔所对应的燃烧室型线的喉口圆弧半径R_1Throat和R_2Throat可以相同，也可以不同，取值范围均为2.5mm-4mm。具有相同的喷油夹角的两排位置不同的喷孔，由于位置的不同，喷出的油束的落点也必然不同。位置靠下的喷孔(h1更大)落点位置更低，位置靠上的喷孔(h2较小)落点位置稍高。为了更好的利用燃烧的空间，通过喉口位置的调整使得较靠下的喷孔喷出的燃油更多的利用燃烧室中心凹坑的空间和空气进行燃烧；较靠上的喷孔喷出的燃油更多的利用燃烧室上部及边缘的空间和空气进行燃烧。这样燃烧室油气的空间分布就会更加合理均匀，空间利用率更高，有利于燃烧室内空气利用的提升。

如图11所示，每排喷孔对应的燃烧室型线的凹坑是不同的，各凹坑根据每排喷孔参数通过仿真计算得到，对应较靠下一排的喷孔的凹坑低于较靠上一排喷孔对应的燃烧室型线的凹坑，且较靠下一排的喷孔对应的燃烧室型线的喉口更加靠近活塞中心，如上图11所示，对应两条燃烧室型线的凹坑半径分别为R₁和R₂，取值范围均为(3％-9％)D_缸。其中，对应两条型线的燃烧室型线的凹坑的圆心差为△Z₂＝(0.2％-1％)D_缸。

如图12所示，每排油孔对应的型线的抛射凸台的半径是不同的，各燃烧室型线的抛射凸台的半径根据每排油孔参数通过仿真计算得到，对应较靠下一排的油孔型线抛射凸台的半径比较靠上一排喷孔对应的型线的抛射凸台的半径更加靠近活塞中心，两者沿着X向的差值△X_Boss＝(0.8％-5％)D_缸。如图13所示，两条型线顶部环槽的深度和环槽半径的参数即D₁、D₂和R_1Max、R_2Max以燃烧仿真分析和压缩比需求调整，为了保证燃烧质量，R_1Max和R_2Max应该尽量形同或者接近；对应较靠下一排喷孔对应型线的环槽深度D1通常比较靠上一排喷孔的型线的环槽深度D₂小，即D1≤D₂。

分别由不同的型线扫描每一个喷孔对应的扇形燃烧室的凹坑，不同的扇形燃烧室凹坑之间由扇形过渡区域圆滑连接。如下图14所示，第一区域1为较靠下一排的一个喷孔对应的燃烧室扇形区域，第二区域2为靠上一排的一个喷孔对应的燃烧室扇形区域，第三区域3为第一区域1和第二区域2的过渡连接区域。

本发明提供的燃烧室，由于充分考虑的不同参数的油束与特定的燃烧室型线进行匹配，燃烧室效率更高，有利于发动机功率的提升；

本发明燃烧室充分考虑了喷油器的每一排喷孔的结构参数(喷油夹角、喷孔直径、喷孔位置、流量)进行了针对性的匹配，可以更好地对喷孔喷出的每一束油进行合理的分配及混合，尽量消除相邻油束之间的相互影响，合理利用燃烧室的空间及新鲜空气，更加适用于高密度发动机对多孔大流量喷油器，方便了高密度发动机功率提升。

本发明第三方面提供了一种发动机，包括喷油器及如上述实施例中的燃烧室。

由于本发明提供的发动机包含上述中的燃烧室，因此，上述燃烧室所具有的有益效果均是本发明提供的发动机所包含的。

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)

1.一种燃烧室的设计方法，其特征在于，包括：

步骤S1：搭建发动机的燃烧模型，所述燃烧模型包括喷雾模型及燃烧室模型，其中，所述燃烧模型中，喷油器上开设有至少两排沿着所述喷油器的轴向间隔设置的喷孔，且各排所述喷孔的数量相等，同一排所述喷孔的喷油夹角相同，相邻两排所述喷孔的喷油夹角不同；

步骤S2：利用所述燃烧模型，根据各个所述喷孔，分别获取所对应燃烧室型线的凹坑尺寸及抛射凸台半径；

步骤S3：根据各所述凹坑尺寸及所述抛射凸台半径，分别获取对应的燃烧室型线最大开口半径，得到各个所述喷孔所对应的燃烧室型线，分别由对应的燃烧室型线扫描各个所述喷孔对应的燃烧室扇形区域，相邻所述燃烧室扇形区域之间圆滑连接，以获取所述燃烧室；

所述步骤S2具体包括：步骤S21：利用所述燃烧模型，以所述喷孔喷出的油束与所述燃烧室的中心凸台不干涉为目标，确定所述中心凸台的高度及圆锥夹角；步骤S22：利用所述燃烧模型，以所述油束的碰壁及反射进行流体动力学仿真来初步确定各个所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口位置；步骤S23：利用所述燃烧模型进行仿真，获取所述发动机的额定工况下所述油束在所述燃烧室内的分布情况，获取初始所述燃烧室型线的最大开口半径；步骤S24：根据初步确定的所述燃烧室型线的喉口位置，结合各排所述喷孔的位置参数及所述发动机的基本参数，获取各排所述喷孔对应的燃烧室型线的压缩比值；步骤S25：以所述发动机的性能最佳和排放最佳为目标，获取各排所述喷孔对应的所述凹坑尺寸及所述抛射凸台半径。

2.根据权利要求1所述的燃烧室的设计方法，其特征在于，所述步骤S21中，所述中心凸台的高度由所述喷孔喷出的液滴自喷出到燃烧完成的寿命评估获得。

3.根据权利要求2所述的燃烧室的设计方法，其特征在于，所述液滴的寿命t_d＝D²/K；

其中，K为蒸发常数，D为所述液滴的直径。

4.根据权利要求1所述的燃烧室的设计方法，其特征在于，沿着所述燃烧室的径向，所述喷孔的中心到所述喉口的圆弧面的距离X_Throat：

X_Throat＝L×tanα＝2.97R_ej ^-1L；

其中，R_ej为射流雷诺数，L为所述喷孔的中心与所述喉口的圆弧面的距离，α为射流扩张角。

5.根据权利要求1所述的燃烧室的设计方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

步骤S11：明确所述燃烧模型的参数；

步骤S12：标定所述喷雾模型及所述燃烧室模型。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的燃烧室的设计方法，其特征在于，还包括步骤S4：优化相邻所述燃烧室扇形区域之间的圆滑过渡区域。

7.根据权利要求6所述的燃烧室的设计方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S41：确定加工工艺能够实现的最小刀具几何尺寸，以确定最小的过渡区域面积及圆滑过渡半径；

步骤S42：利用所述燃烧模型，通过燃烧仿真计算得到初始的燃烧模型的发动机性能仿真结果；

步骤S43：调节刀具几何尺寸，加大或者缩小所述圆滑过渡区域的面积和过渡圆弧半径，进行燃烧室仿真计算，并评估燃烧室性能变化趋势；

步骤S44：判断所述燃烧室性能是否满足预设要求，若是，则结束，若否，则转步骤S43。

8.一种燃烧室，其特征在于，通过如权利要求1-7中任意一项所述的燃烧室的设计方法设计而成；

喷油器相邻的两排喷孔中，较靠下的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口的高度高于较靠上的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口高度，且较靠下的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口相对于较靠上的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的喉口更靠近所述燃烧室的中心凸台，较靠下的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的凹坑的深度大于较靠上的一排所述喷孔所对应的所述燃烧室型线的凹坑的深度。

9.一种发动机，其特征在于，包括喷油器及如权利要求8所述的燃烧室。