CN205315110U - 一种船用柴油机燃烧室 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船用柴油机燃烧室，主要参数包含燃烧室绝对口径D、燃烧室压缩比、唇口直径d和锥形凸台锥角α，其特征在于：所述燃烧室的绝对口径D为86.4mm，燃烧室压缩比为14，唇口直径d为7mm，燃烧室底部中央设置有一个锥形凸台，锥形凸台的锥角α为137°。本实用新型在不降低燃烧效率的情况下，有效降低了NOX的排放量。

Description

一种船用柴油机燃烧室

技术领域

本实用新型涉及一种柴油机燃烧室，特别是一种船用柴油机燃烧室。

背景技术

根据国际海事组织（IMO）海洋环境保护委员会（MEPC）对MARPOL公约附则修订案的内容，对船舶柴油机废气排放提出了更高的要求。其中关于N0X排放方面，要求2011年1月1日及以后建造的船上安装的船用柴油机，NOX排放量的限值按如下要求：1）14.4g/(kW.h)，当n<130r/nin。2）44.n(-0.23)g/(kW.h)，当n<2000r/nin。3)7.7g/(kW.h)，当n>2000r/nin[1]。柴油机排气中的N0X包括N0、N02、N20、N203、N204、N205等。在柴油机中，燃料经燃烧后从排气管排出的N0X中约有90%～95%是N0,另外有少量的N02，其它成分较少可不考虑。而柴油机排到大气中的N0会进一步被氧化为N02。对人类直接造成危害的成分是N02，但对柴油机来说要控制的N0X主要是N0的排放量，而同时NO与未燃HC在一定条件下会形成过氧化物，也会由此引起环境污染。

国际上许多组织对控制NOX排放做了大量的调查、研究工作。目前的控制技术主要在两方面，内部的工作过程的改善和外部的废气后处理。前者主要是针对NOX生成机理，从适当降低燃烧温度、减少参与反应的氧量、减少氮和氧的反应时间等方面出发，采用诸如延迟喷油时间、降低进气温度、增加进气湿度、燃用乳化油、燃烧室喷水和废气再循环(EGR)等方法来降低NOX。而后者主要是采用催化剂还原方法(SCR),即向废气中加NH3或尿素等还原剂，使之与NOX反应，生成N2和H2O。然而，这些降低NOX的措施，或者会影响柴油机工作过程的热效率，或会增加运行成本。对于船用柴油机来说如何在控制排放和工作的经济性之间找到最佳的平衡点是一关键性问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种不影响燃烧热效率且降低了NOX排放的船用柴油机燃烧室。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种船用柴油机燃烧室，主要参数包含燃烧室绝对口径D、燃烧室压缩比、唇口直径d和锥形凸台锥角α，其特征在于：所述燃烧室的绝对口径D为86.4mm，燃烧室压缩比为14，唇口直径d为7mm，燃烧室底部中央设置有一个锥形凸台，锥形凸台的锥角α为137°。

进一步地，所述燃烧室内采用8×0.30×150°的喷油器。

进一步地，所述燃烧室为ω型燃烧室。

进一步地，所述喷油器若干个均匀设置并且喷出的油束呈空心锥状。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、缩小原有燃烧室的绝对口径，增加收口度有利于在燃烧室中形成更好的微涡流、挤流和逆挤流，组织有利于形成可燃混合气的缸内气体流动，提高可燃混合气形成的速度以及混合的均匀度，从而为进一步减小供油提前角提供条件；

2、换用了8×0.30×1500的喷油器，减少滞燃期内燃油的喷射量，延长活塞燃烧行程涡流存留的时间，加强气流扰动，在缓燃期加强预混合燃烧期形成的碳烟的氧化，从面获得比较低的烟度；

3、小幅度降低压缩比使燃烧室内的最高压缩压力和压缩温度略为降低，配合略为推迟的供油提前角，使NOx生成受到限制；

4、将凸台的锥角由135°调整为137°，通过其导向作用，有利于形成微涡流、挤流和逆挤流，同时对喷油嘴有很好的保护作用，使其尽可能少的受到高温气流吹拂。

附图说明

图1是本实用新型的一种船用柴油机燃烧室的示意图。

图2是本实用新型的一种船用柴油机燃烧室的NO2排放试验对比图。

图3是本实用新型的一种船用柴油机燃烧室的烟度试验对比图。

图4是本实用新型的一种船用柴油机燃烧室的燃油消耗率的试验对比图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

如图1所示，本实用新型的一种船用柴油机燃烧室，主要参数包含燃烧室绝对口径D、燃烧室压缩比、唇口直径d和锥形凸台锥角α，燃烧室的绝对口径D为86.4mm，燃烧室压缩比为14，唇口直径d为7mm，燃烧室底部中央设置有一个锥形凸台，锥形凸台的锥角α为137°。

其中，燃烧室内采用8×0.30×150°的喷油器。燃烧室为ω型燃烧室。喷油器若干个均匀设置并且喷出的油束呈空心锥状。

对于6150ZLCZ型柴油机，我们选择了优化燃烧室的方案来降低NOX和PM排放，直喷式燃烧室的设计应遵循:滞燃期内不要形成过多的混合气、合理组织燃烧室内的涡流和湍流运动、寻求油——气——燃烧室的最佳配合和加强燃烧后期的扰流。

缩小原有燃烧室的绝对口径，增加收口度。由原来的缩口直径88.7mm改为86.4mm，这样有利于在燃烧室中形成更好的微涡流、挤流和逆挤流，组织有利于形成可燃混合气的缸内气体流动，提高可燃混合气形成的速度以及混合的均匀度，从而为进一步减小供油提前角提供条件；减少滞燃期内燃油的喷射量，延长活塞燃烧行程涡流存留的时间，加强气流扰动，在缓燃期加强预混合燃烧期形成的碳烟的氧化，从面获得比较低的烟度。

适当小幅度降低压缩比。由原来的14.2调整为14，唇口直径由6mm调整为7mm。这可使燃烧室内的最高压缩压力和压缩温度略为降低，配合略为推迟的供油提前角，使NOx生成受到限制。

该柴油机燃烧室底部中央设计有一球形凸台。与多孔式喷油器的各喷孔相配合。从空间几何角度看，每个喷孔喷出的油束呈空心锥状，该锥体的中心部分燃油较少，过量空气系数比较大。如果燃烧室底部能合理匹配油束锥体的形状，会有利于把空气挤向周围，提高空气的利用率。由于在本机型中为降低排放，换用了8×0.30×1500的喷油器，与此相配合，将凸台的锥角由135°调整为137°。通过其导向作用，有利于形成微涡流、挤流和逆挤流，同时对喷油嘴有很好的保护作用，使其尽可能少的受到高温气流吹拂。在活塞膨胀行程之初，高温燃气以逆挤流的方式从燃烧室进入气缸空间，在球形凸台的导向作用下，燃气气流可以尽可能避开喷油嘴的头部，从而避免受高温气流影响，以及避免由于喷油嘴过热而进一部引起的针阀烧蚀或结胶等故障，有利于燃油的雾化，提高燃气混合质量，有利于组织更完善的燃烧，减少排烟。

针对原燃烧室和改进后燃烧室，配合推迟了的供油提前角，在台架上进行了四种工况下柴油机排放及外特性的试验，试验模式见表1，试验结果如图2～图4所示。

表1试验模式

试验模式1234

功率/扭矩％100％75％50％25％

速度％100％91％80％63％

从图2的试验结果可以看出，改进后的燃烧室，在各工况下对于N0X均有一定的控制作用，特别是在低负荷下，下降幅度比较明显。另外通过试验，改进后的燃烧室对HC和CO也有一定的控制作用。这是由于采用改进的燃烧室后，ω型燃烧室的收口度增大，绝对口径减小，径深比也随之减小，从而使燃气与空气混合的过程得到改善，特别是靠近燃烧室壁面和燃烧室底部都有比较高的周向涡流强度，参与燃烧的空气量增加，燃气和空气混合的质量得到提高，避免出现局部混合气过浓的现象，使得燃烧质量提高。从图3中看出，改进后的燃烧室在烟度上略为增加，这是由于压缩比调整后，使压缩温度和初始燃烧温度降低，虽一定程度上控制了N0X的生成，但却不可避免地会造成烟度的增加，又由于采用了增加缩口度的改进方案，使可燃混合气的形成速度和混合的均匀度都得到提高，从而改善了扩散燃烧期的燃烧情况，一定程度上抑制了碳烟的生成，所以总的来说，烟度虽略有增加，但不明显，其试验结果符合标准GB8840《船用柴油机排气烟度限值》规定的限制要求。由图4的试验结果看，除高速时的燃油消耗率略有上升之外，基本上两种燃烧室改进方案的燃油消耗率相近。这是因为油泵在高速全负荷运转时供油压力比较高，油束的射程较远，所以使得其在高转速全负荷工况下的燃油消耗率会稍高。

综合起来评价，改进后的燃烧室达到了比较理想的效果，配合推迟其供油提前角，使得该柴油机在各个工况点N0X的排放均有不同程度的降低，且能满足现阶段MARPOL公约附则修订案中对N0X排放的要求，尤其在全负荷工况下更可比改进前降低10%以上。同时使得烟度和油耗率亦无明显增加，仍能满足设计要求。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种船用柴油机燃烧室，主要参数包含燃烧室绝对口径D、燃烧室压缩比、唇口直径d和锥形凸台锥角α，其特征在于：所述燃烧室的绝对口径D为86.4mm，燃烧室压缩比为14，唇口直径d为7mm，燃烧室底部中央设置有一个锥形凸台，锥形凸台的锥角α为137°。

2.按照权利要求1所述的一种船用柴油机燃烧室，其特征在于：所述燃烧室内采用8×0.30×150°的喷油器。

3.按照权利要求1所述的一种船用柴油机燃烧室，其特征在于：所述燃烧室为ω型燃烧室。

4.按照权利要求2所述的一种船用柴油机燃烧室，其特征在于：所述喷油器若干个均匀设置并且喷出的油束呈空心锥状。