CN1312385C - 内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统 - Google Patents

内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统 Download PDF

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Abstract

内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统主要包括多孔喷油器、缸盖和燃烧室。多孔喷油器的喷孔数为4～8个，喷孔锥角为80度～140度。燃烧室为直口型或缩口型，其底壁的中央部位突起形成中央凸台。该凸台顶部是由凹坑壁面和圆台侧面形成的回转体。圆台侧面顶角为120度～180度。中央凸台中心线与喷孔锥中心线重合。各喷孔喷出的燃油所形成的实心锥形喷雾碰撞圆台侧面后形成壁面喷雾，壁面喷雾离开圆台侧面后，向外侧贯穿，形成悬空喷雾。壁面喷雾和悬空喷雾沿周向扩散面积大。全部喷孔的喷雾象一个不连续斗笠。该燃烧系统综合地充分利用了传统实心锥形喷雾和碰壁喷雾的优点，大大促进燃油与空气的混合和燃烧，进而提高内燃机的综合性能。

Description

内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统
技术领域
本发明涉及的是一种内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统，特别是一种涉及柴油机等压燃式内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统，属于动力机械工程技术领域。
背景技术
内燃机包括以柴油机为代表的压燃式和以汽油机为代表的点燃式内燃机。它们的性能主要取决于燃烧系统。压燃式内燃机燃烧系统主要包括喷油器、燃烧室和气缸盖，采用多孔喷油器向气缸内直接喷射燃油，一般形成4～8束实心锥形燃油喷雾。这种喷雾存在着密实的、雾化不良的核心部分；由于其喷雾锥角为10度～20度，燃油沿燃烧室周向的分布极不均匀。因此，燃油与空气混合不良，制约着柴油机性能的提高。点燃式内燃机也有采用向气缸内直接喷射燃油的趋势。Chengxin Bai等在论文“Development of Methodology for SprayImpingement Simulation”(SAE Paper 950283)中指出，喷雾碰壁可强化喷雾的加热和蒸发。Gianpietro E.Cossali等在论文“Effect of Spray-WallInteraction on Air Entrainment in a Transient Diesel Spray”(SAE Paper930920)中指出，喷雾碰壁可产生强烈湍流，促进喷雾核心部分燃油与空气的混合。可见，合理利用喷雾碰壁，可形成良好的燃油-空气混合气。已有技术中，典型的碰壁喷雾燃烧系统有两种。一种是S.Kato等在论文“New Type of DieselEngine by Impingement of Fuel Jet(OSKA-D)”(SAE Paper 901618)提出的OSKA燃烧系统。它采用单孔喷油器和带中央凸台的燃烧室。其缺点是，由于喷雾垂直碰撞凸台，形成的圆盘状喷雾贯穿能力太弱，其中心部分含有的燃油太多，这就使它不适合用于缸径稍大的柴油机；着火后，后续碰壁喷雾很难突破周围火焰的包围，造成燃烧不充分。另一种是Ichiro Skata等在论文“Development of TOYOTAReflex Burn(TRB)System in Diesel Engine”(SAE Trans.900658)提出的丰田反射燃烧系统。它采用多孔喷油器和带凸缘的燃烧室。其不足是：它在柴油机上应用时，碰壁喷雾易贯穿至缸盖底面或燃烧室底面，形成燃油堆积；为了获得足够的碰撞强度，只能采用小口径的深燃烧室；相邻喷孔的碰壁喷雾易相互干扰。
发明内容
为了克服已有技术的不足和缺陷，本发明提供了一种内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统，特别是压燃式内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统。该燃烧系统主要包括多孔喷油器、缸盖和燃烧室。多孔喷油器为传统的内燃机喷油器，喷孔数为4～8个，喷孔锥角为80度～140度。喷孔锥角为喷油器所有喷孔中心线形成的锥面(喷孔锥)顶角。缸盖为一般内燃机缸盖。多孔喷油器固定在气缸盖内，二者之间装有密封垫圈。燃烧室为直口型或缩口型，缩口可进一步强化滚流、湍流和旋流组成的复合空气运动，促进燃油与空气的混合和燃烧。燃烧室底壁的中央部位突起形成一回转凸台——中央凸台。它将燃烧室中心线附近的部分空气挤向外测，使之得到充分利用。中央凸台顶部是由凹坑壁面和圆台侧面形成的回转体。顶部凹坑可使壁面喷雾的向后贯穿部分悬空，同时为实心锥形喷雾的燃烧提供部分空气。圆台侧面顶角(圆台母线与圆台中心线间夹角的两倍)为120度～180度。当该角为180度时，圆台侧面便成为圆环面。这里把圆环面看作圆台侧面的一个特例。中央凸台的中心线与多孔喷油器的喷孔锥中心线重合。多孔喷油器各喷孔喷出的燃油，首先在其附近形成实心锥形喷雾；实心锥形喷雾碰撞中央凸台圆台侧面后在其上形成壁面喷雾；壁面喷雾离开圆台侧面后，向中央凸台外侧贯穿，最终形成悬空喷雾。悬空喷雾大大减小了燃油喷湿壁面的面积。壁面喷雾只含很小比例的燃油，圆台侧面上也不会形成燃油堆积。而且，由于中央凸台位于燃烧室中部，其壁面温度高，这对壁面喷雾的蒸发特别有利。因为圆台侧面为凸面，凸面对壁面喷雾和悬空喷雾有发散作用，所以这两部分喷雾沿周向扩散面积大。在总体上看，全部喷孔的喷雾象一个斗笠：全部喷孔的实心锥形喷雾和壁面喷雾构成斗笠顶，全部喷孔的悬空喷雾构成斗笠边；同时，各喷孔的喷雾不连接。内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统由此得名。
本发明内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统与已有技术相比具有如下优点：通过多孔喷油器，利用实心锥形喷雾贯穿能力强的特点，快速将燃油喷至碰撞体的圆台侧面，这样可在碰撞体中心线附近只布少量燃油；实心锥形喷雾与碰撞体的圆台侧面碰撞后再将绝大部分燃油以悬空喷雾输送至碰撞体外侧。这使燃油的径向分布合理。含绝大部分燃油的悬空喷雾，扩散面积大，因而与空气的接触面积大，而且从上下两侧面卷吸空气，所以空气卷吸量大。同时，不连续斗笠状燃油喷雾中燃油沿周向的分布相当均匀，这使燃油的周向分布合理。总之，内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统综合地充分利用了传统实心锥形喷雾和碰壁喷雾的优点，大大促进燃油与空气的混合和燃烧，进而提高内燃机的综合性能。
附图说明
图1为本发明的内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统结构示意图。
图中，1是气缸盖，2是密封垫圈，3是多孔喷油器，4是实心锥形喷雾，5是中央凸台顶部凹坑壁面，6是壁面喷雾，7是中央凸台顶部圆台侧面，8是悬空喷雾，9是密封铜垫，10是气缸，11是活塞环，12是活塞，13是燃烧室，14是中央凸台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明包括气缸盖1，密封垫圈2，多孔喷油器3，密封铜垫9，气缸10，活塞环11，活塞12，燃烧室13，中央凸台14。多孔喷油器3为传统的内燃机喷油器，喷孔数为4～8个，喷孔锥角为80度～140度。缸盖1为一般内燃机缸盖。多孔喷油器3固定在气缸盖1内，二者之间装有密封垫圈2。燃烧室13为直口型或缩口型，其底壁的中央部位突起形成一回转凸台——中央凸台14。它将燃烧室13中心线附近的部分空气挤向外测，使之得到充分利用。中央凸台14顶部是由凹坑壁面5和圆台侧面7形成的回转体。顶部凹坑可使壁面喷雾6的向后贯穿部分悬空，同时为实心锥形喷雾4的燃烧提供部分空气。圆台侧面顶角为120度～180度。当该角为180度时，圆台侧面7便成为圆环面。圆环面是圆台侧面7的一个特例。中央凸台14的中心线与多孔喷油器3的喷孔锥中心线重合。多孔喷油器3各喷孔喷出的燃油，首先在其附近形成实心锥形喷雾4；实心锥形喷雾4碰撞中央凸台圆台侧面7后在其上形成壁面喷雾6；壁面喷雾6离开圆台侧面7后，向中央凸台14外侧贯穿，最终形成悬空喷雾8。悬空喷雾8大大减小了燃油喷湿壁面的面积。壁面喷雾6只含很小比例的燃油，圆台侧面7上也不会形成燃油堆积。而且，由于中央凸台14位于燃烧室13中部，其壁面温度高，这对壁面喷雾6的蒸发特别有利。因为圆台侧面7为凸面，凸面对壁面喷雾6和悬空喷雾8有发散作用，所以这两部分喷雾沿周向扩散面积大。在总体上看，全部喷孔的喷雾象一个斗笠：全部喷孔的实心锥形喷雾4和壁面喷雾6构成斗笠顶，全部喷孔的悬空喷雾8构成斗笠边。同时，各喷孔的喷雾不连接。内燃机不连续斗笠状喷雾由此形成。

Claims (2)

1.一种内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统包括气缸盖(1)，密封垫圈(2)，多孔喷油器(3)，密封铜垫(9)，气缸(10)，活塞环(11)，活塞(12)，燃烧室(13)，中央凸台(14)，其特征在于多孔喷油器(3)固定在气缸盖(1)内，二者之间装有密封垫圈(2)，燃烧室(13)为直口型或缩口型，其底壁的中央部位突起形成中央凸台(14)，中央凸台顶部是由凹坑壁面(5)和圆台侧面(7)形成的回转体，中央凸台(14)的中心线与多孔喷油器(3)的喷孔锥中心线重合，气缸盖(1)与气缸(10)间装有密封铜垫(9)，活塞(12)与气缸(10)通过活塞环(11)密封，燃烧室(13)位于活塞(12)的顶部。
2.根据权利要求1所述的内燃机不连续斗笠状喷雾燃烧系统，其特征是多孔喷油器(3)为传统的内燃机喷油器，其喷孔锥角为90度～140度，喷孔数为4～8个，中央凸台(14)的圆台侧面顶角为120度～180度。
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