CN2359471Y - 提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机,包括气缸、燃烧室、气道和活塞,其与现有技术的不同之处在于:在气道内加有气流发生器,还有一个独立的外加压缩空气源与气道相连通。优点:结构新颖合理,进气管上不用节气门,提高气缸中混合气相对未混合的空气相对速度,使气缸内过热区域得到特别冷却,减小燃烧室零件热负荷,克服传统内燃机汽缸中央流及紊流强度低的缺陷,从而提高火焰传播速度。

Description

提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机

本实用新型涉及内燃机，是对现有的内燃机结构的改进，具体地说，是一种在内燃机的气缸、气道内改善气流和燃烧状况的内燃机。

进入九十年代末期，对于发动机燃烧过程的研究各国争相投入资金开发，寻找一种新方法，提高火焰传播速度，期望达到降低排放、降低消耗。但从传统的方法，无论是汽油机、气体发动机带燃料的混合气在气缸内部都是在进气过程中自然形成的速度，因而无论采用电喷或者当前最先进的多点喷射，都没有改进原先进入气缸中的空气速度，混合气在气缸中运动速度都比较低，火焰传播速度难以提高。其次，传统的混合方式对于汽油机、气体发动机在进气管上都要布置一个节气门，以调节空气与燃料的比例，这样传统的方法，空气在进气过程中都有阻力，限制了进入汽缸中空气速度的提高。另外，传统的燃烧方式，直至汽油机中多点电喷，柴油机中共轭式电子控制供油，混合气在气缸中浓度分布呈轴向分层。对于径向，在外层混合气浓度分布偏浓，对于汽油机及气体发动机无法消除间隙效应、冷壁效应。对于柴油机喷射后期的余迹。而且，多点电喷的汽油机、气体发动机都有燃料碰气道壁现象无法消除。而对低负荷运行排放，经济性提高都带来困难。

本实用新型的目的是提供严重一种结构新颖合理、提高气缸中混合气相对未混合的空气相对速度、减小燃烧室零件热负荷、克服传统内燃机汽缸中央流及紊流强度低的缺陷的、提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机。

本实用新型的技术解决方案是：一种提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，包括气缸、燃烧室、气道和活塞，其与现有技术的不同之处在于：在气道内加有气流发生器，还有一个独立的外加压缩空气源与气道相连通。

本实用新型中所述的气流发生器为紊流发生器。紊流发生器是由喷管组成，喷管数量为1-3个；对于汽油机紊流发生器是一个组合分管，燃料喷管斜插入空气喷管；对于气体发动机紊流发生器即为燃料喷管；对于柴油机紊流发生器为空气喷管。气流发生器还包括零浓度发生器，零浓度发生器即为空气喷管；零浓度发生器与紊流发生器的喷射方向和喷射定时不一致，零浓度发生器喷管喷向燃烧室周围，紊流发生器喷向活塞中央。气缸中还装有定时控制装置。定时控制装置中有一个阀门，阀门由凸轮轴通过摇臂驱动，或用电磁阀驱动。燃烧室选用“△”收口型燃烧室。发生器喷口对准气缸中一个气门喷射。紊流发生器包角为50°-200°，零浓度发生器包角为140°-240°。发生器工作气源是一个外加的压力空气源，气体发动机外加气源可以用燃料气替代；压缩空气流量为0.05-0.25倍的发动机空气流量，压缩空气压力为0.05-0.4mpa。当然，也可以采用其他合适的结构形式。

本实用新型的优点是：对现有的内燃机结构作了较大的改进，新颖合理。通过引入外加气源使气缸内混合气(对汽油机、气体发动机来说)呈亚球状分层，混合气浓度随着离汽缸中心距离加大，浓度变小，并有一个零浓度区域存在。借助一个外加气源使用汽缸内浓度随着负荷增加，浓度分布区域加大、而着火区域浓度基本不变，因而进气管上不用节气门，提高气缸中混合气相对未混合的空气相对速度。利用外加气源使燃料集中喷射，在气道内不发生扩散，在进入汽缸初期也不扩散，达到消除间隙效应和冷壁效应的目的。由于有一个外加气源存在，可使气缸内过热区域得到特别冷却，减小燃烧室零件热负荷，减少发动机内热点产生。对柴油机来说，还克服了传统柴油机汽缸中央流及紊流强度低的缺陷，从而提高火焰传播速度。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的一种提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机的结构示意图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为图1的B-B向视图。

图1、图2、图3描述了本实用新型的一个实施例。该实施例中包括由现有的气缸8、燃烧室、气道12和活塞5等组成的内燃机整体，与现有技术的不同点在于：在气道12内加有气流发生器，还有一个独立的外加压缩空气源1与气道12相连通。气流发生器包括紊流发生器3和零浓度发生器4。紊流发生器3是由喷管组成，喷管数量为1-3个；对于汽油机紊流发生器是一个组合分管，燃料喷管斜插入空气喷管；对于气体发动机紊流发生器即为燃料喷管；对于柴油机紊流发生器为空气喷管。零浓度发生器4即为空气喷管；零浓度发生器4与紊流发生器3的喷射方向和喷射定时不一致，零浓度发生器4喷管喷向燃烧室周围，紊流发生器3喷向活塞5中央。气缸8中还装有定时控制装置2。定时控制装置2中有一个阀门11，阀门11由凸轮轴9通过摇臂10驱动，或用电磁阀驱动。燃烧室选用“△”收口型燃烧室。发生器喷口对准气缸中一个气门喷射。紊流发生器3包角为50°-200°，零浓度发生器4包角为140°-240°。发生器工作气源是一个外加的压力空气源1，外加压力空气源1是一个常源(可以通过发动机驱动，也可以用电瓶电源驱动压缩机)。气体发动机外加气源可以用燃料气替代；压缩空气流量为0.05-0.25倍的发动机空气流量，压缩空气压力为0.05-0.4mpa。定时系统是有阀门开启来实现，阀门由凸轮轴通过摇臂驱动，也可以用电磁阀驱动实施。紊流发生器与“△”燃烧室匹配，才有利于紊流形成。图中7为排气门。

本实用新型原理说明：

在发动机工作时，每个工作循环进气门6打开后，(此时排气门7还未关死)，外加气源1通过定时系统2，向零浓度发生器4送气。一方面清扫气缸中残余废气，另外向气缸中燃烧室余隙充气。待进气门6开到一定时间之后，紊流发生器3通过定时控制系统2(燃料或预混合气、空气)向气缸中充气。对于汽油机而言，紊流发生器3中空气喷在零浓度发生器4喷气后，空气通过紊流发生器3喷入气缸，过了一定时间后，汽油被定时阀打开进入紊流发生器3空气喷管，此时空气与汽油同时喷射。汽油在空气喷管中预混合后喷入汽缸。汽油停止喷射后，空气还持续喷射一定时间，此时发动机进气门6已在下死点附近。在发动机进气门6越过下死点后一定时间，紊流发生器3空气停止喷射。对于气体发动机紊流发生器喷管中没有空气，只有燃料，工作持续时间同汽油机中汽油喷射时间。

对于柴油机：没有燃料喷管，只有汽油机中紊流发生器的空气喷管。零浓度发生器停止喷射在紊流发生器停止喷射后持续一定时间后关闭。紊流发生器一定与“△”燃烧室配合在于有别于紊流发生器喷出气体在燃烧室内运动减少阻力，促使压缩终点紊流强度提高。

在着火点附近，混合气浓度与负荷无关。混合气分布范围与负荷有关，因此对气体发动机、汽油机而言，不用节气门。浓度呈亚球状分布。紊流发生器的喷管方向是顺气道到发动机气门口。紊流发生器与零浓度发生器与定时控制配合，是用凸轮传动或电磁阀控制。对于汽油机紊流发生器实现预混合过程。燃料喷管与空气喷管组合而成。燃料喷管斜插入空气喷管中。凸轮轴传动由曲轴前端通过齿轮传动引出(或发动机油泵，配合凸轮轴端引出)，凸轮轴及其定时控制部件安置在发动机进气管内或进气管旁。

本实用新型可应用于汽车发动机、柴油机、气体发动机，包括摩托车发动机。

Claims (10)

1、一种提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，包括气缸、燃烧室、气道和活塞，其特征在于：在气道内加有气流发生器，还有一个独立的外加压缩空气源与气道相连通。

2、根据权利要求1所速的提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，其特征在于：气流发生器为紊流发生器。

3、根据权利要求2所述的提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，其特征在于：紊流发生器是由喷管组成，喷管数量为1-3个；对于汽油机紊流发生器是一个组合分管，燃料喷管斜插入空气喷管：对于气体发动机紊流发生器即为燃料喷管；对于柴油机紊流发生器为空气喷管。

4、根据权利要求1或2、3所述的提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，其特征在于：气流发生器还包括零浓度发生器，零浓度发生器即为空气喷管；零浓度发生器与紊流发生器的喷射方向和喷射定时不一致，零浓度发生器喷管喷向燃烧室周围，紊流发生器喷向气缸中活塞中央。

5、根据权利要求1或2、3所述的提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，其特征在于：气缸中还装有定时控制装置。

6、根据权利要求5所述的提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，其特征在于：定时控制装置中有一个阀门，阀门由凸轮轴通过摇臂驱动，或用电磁阀驱动。

7、根据权利要求1或2、3所述的提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，其特征在于：采用紊流发生器后，燃烧室选用“△”收口型燃烧室。

8、根据权利要求4所述的提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，其特征在于：发生器喷口对准气缸中一个气门喷射。

9、根据权利要求4所述的提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，其特征在于：紊流发生器包角为50°-200°，零浓度发生器包角为140°-240°。

10、根据权利要求4所速的提高燃烧过程火焰传播速度的内燃机，其特征在于：发生器工作气源是一个外加的压力空气源，气体发动机外加气源用燃料气替代；压缩空气流量为0.05-0.25倍的发动机空气流量，压缩空气压力为0.05-0.4mpa。

Images