CN1657752A - 柴油机低压缩比和高膨胀比燃烧系统 - Google Patents

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隆武强
冷先银
冯立岩
陈雷
付磊
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Abstract

一种柴油机低压缩比和高膨胀比燃烧系统，其属于内燃机构造和燃烧领域。这种燃烧系统，由于采用了较大的进气迟后角、较大的膨胀比和较大的几何供油提前角，明显降低了压缩比、泵气损失和被压缩的气体温度，显著延长了滞燃期，可把着火点控制在压缩冲程上止点附近。低压缩比可以降低压缩终点温度，并减低燃烧速度，这样可以减少NOx的排放，低压缩比又可以使得滞燃期延长，让喷雾和空气更好地混合，减少炭烟的排放。因为同时采用了高膨胀比，使得效率得到大幅度提高。

Description

柴油机低压缩比和高膨胀比燃烧系统
技术领域
本发明涉及一种柴油机低压缩比和高膨胀比燃烧系统，其属于内燃机构造和燃烧领域。
背景技术
众所周知，柴油机燃烧属于非均质混合的扩散燃烧，这种燃烧方式的固有本质决定了其必然存在着经济性和排放性、碳烟排放和NOx排放两对矛盾。压缩比提高，经济性变好，但是压缩终点温度也增加，最高燃烧温度增加，导致NOx增加。滞后喷油，可以降低NOx的排放，但是炭烟增加。为此内燃机工作者开展了广泛的研究，如：在缸内净化方面，采用增压以加大进气量，采用高压喷射以提高雾化质量，有效组织缸内气流以提高混合气质量，来达到减少碳烟的目的；采取多次喷射或废气再循环来降低NOx排放。在排气后处理方面，采用DPF减少碳烟的排放，采用催化剂降低NOx。但是，这些方法的成本较高，并且常常是排放性能变好，经济性下降，效果不尽人意。
发明内容
为了更好地解决柴油机的经济性和排放性、碳烟排放和NOx排放这两对矛盾，本发明提供一种柴油机低压缩比和高膨胀比燃烧系统，该燃烧系统应采用一个低压缩比、高膨胀比循环来完成柴油机的工作循环，达到高效清洁的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柴油机低压缩比和高膨胀比燃烧系统，它主要包括一个进、排气阀提前开启和迟后关闭的配气机构以及一个在压缩冲程上止点前把燃油喷入气缸内的燃油系统。进气迟后角β至少为下止点后30度曲柄转角，供油泵的几何供油提前角θ至少比同类机型提前3度曲柄转角，膨胀比高于同类机型的压缩比。
上述技术方案的指导思想是：即要有好的排放特性，又要有好的经济性，必须保证以下四点：一、在缸内形成高质量的混合气；二、将着火点控制在上止点附近；三、保证燃烧速度不要太快；四、要让燃烧气体尽可能发挥其做功的效能。而柴油机采用低压缩比和高膨胀比工作循环，就能满足以上四点。因为要在气缸内形成高质量混合气，必须将燃料尽早喷入气缸内，并保证有足够长的滞然期，使燃料和空气充分混合，而降低气缸内压缩温度是加长滞燃期的最有效办法；调整气缸内压缩温度也是控制着火点的有效办法；较低的缸内压缩温度又可以抑制燃烧速度。要得到较低的缸内压缩温度，可以降低压缩比，但是，较低的压缩比导致经济性下降，而高膨胀比可以提高经济性。为了保证柴油机较低的压缩温度，又不降低经济性，可将柴油机工作循环设置为低压缩比、高膨胀比循环。根据不同的机型，采用低压缩比和高膨胀比的柴油机，进气迟后角β可以在下止点后30～90度曲柄转角范围内选取；几何供油提前角θ可以在压缩冲程上止点前20～180度曲柄转角范围内选取；非增压柴油机的膨胀比可在17～25范围内选取，增压柴油机的膨胀比至少为12。
本发明的有益效果是：这种柴油机低压缩比和高膨胀比燃烧系统，由于采用了较大的进气迟后角、较大的膨胀比和较大的几何供油提前角，明显降低了压缩比、泵气损失和被压缩的气体温度，显著延长了滞燃期，可把着火点控制在压缩冲程上止点附近。低压缩比可以降低压缩终点温度，并减低燃烧速度，这样可以减少NOx的排放，低压缩比又可以使得滞燃期延长，让喷雾和空气更好地混合，减少炭烟的排放。因为同时采用了高膨胀比，使得效率得到大幅度提高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是一种柴油机低压缩比和高膨胀比燃烧系统的结构图。
图2是图1所示柴油机的供油、配气相位图。
图中：1、活塞，2、连杆，3、进气凸轮，4、曲轴，5、喷油器，α、进气提前角，β、进气迟后角，γ、排气提前角，δ、排气迟后角，θ、几何供油提前角。
具体实施方式
在图1、2所示的实施例中：图1中采用低压缩比和高膨胀比工作循环的柴油机与普通的柴油机在结构上无明显的区别，例如活塞1、连杆2和曲轴4为主要运动件，固定件和各大系统都变化不大，但进气凸轮3变得比较肥大。膨胀比由原来的18提高到22。图2是图1所示柴油机的供油、配气相位图，显然采用低压缩比和高膨胀比工作循环的柴油机有着明显的特点：进气迟后角β为60度曲柄转角；几何供油提前角θ为60度曲柄转角。对于进气提前角α、排气提前角γ和排气迟后角δ与普通柴油机的要求并无差别，这里的α为12度曲柄转角，γ为15度曲柄转角，δ为12度曲柄转角。实验结果证明：PM、NOx超过欧III标准，效率提高了5％

Claims (1)

1、一种柴油机低压缩比和高膨胀比燃烧系统，它主要包括一个进、排气阀提前开启和滞后关闭的配气机构以及一个在压缩冲程上止点前把燃油喷入气缸内的燃油系统，其特征是：进气迟后角β至少为下止点后30度曲柄转角，供油泵的几何供油提前角θ至少比同类机型提前3度曲柄转角，膨胀比高于同类机' 型的压缩比。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101779024A (zh) * 2007-08-13 2010-07-14 丰田自动车株式会社 火花点火式内燃机
CN101818668B (zh) * 2007-03-30 2012-09-05 曼柴油机和涡轮公司,德国曼柴油机和涡轮欧洲股份公司的联营公司 十字头型的大型两冲程柴油发动机

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