CN86108006A - 内燃机燃烧室 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机燃烧室，它有一个主燃烧室和一个副燃烧室相互联通地位于一个活塞的顶部。它可烧粗柴油，也可烧如汽油和酒精等低十六烷值的挥发性燃油。燃油以细微雾化状喷入主副燃烧室中且粘附在室壁上形成液态油膜。每个燃烧室中都形成一个涡流，副燃烧室中设有一个点火装置，保证在所有负荷工况下都能着火并使燃烧室壁面上的油膜蒸发和燃烧。从而可以获得一种低燃烧噪音、低振动且产生的未燃物也少的燃烧性能。

Description

本发明涉及一种内燃机燃烧室，采用这种燃烧室的内燃机不仅能烧用粗柴油，而且也能烧用挥发性燃油和低十六烷值燃油。尤其是本发明是一种用于改善发动机的起动性能和低负荷运转性能的内燃机燃烧室。
作为一种燃烧燃油（例如粗柴油）的燃烧室，人们都知道日本实用新型公开号为150702/79的专利中描述了其在柴油发动机中的燃烧情况。如附图5所示，在这种常规的燃烧室结构中，一个主燃烧室（c）和一个副燃烧室（e）相互联通地作于一个活塞（a）顶部内，主燃烧室中插有一个喷油器（b），副燃烧室中插有一个辅助点火装置（d），而在两个燃烧室（c）和（e）相联通的部分有一个隆起部分（f）。
在上述结构中，主副燃烧室相互联通是考虑到难于将喷油器和辅助点火装置布置得都对着一个单独的燃烧室的内部。按照上面这种结构，可以获得布置上的灵活（自由）性并可以防止辅助点火装置不受热负荷的影响。
但是，从燃烧性的观点考虑，上述这种常规结构有以下缺陷。
其中所使用的喷油器将燃油喷入主副燃烧室时与发动机的负荷和转速无关，且喷油器有数个喷孔，如图5所示。因此，在低转速低负荷以及发动机怠速运转的情况下，副燃烧室中的主要用于产生火核的空气燃油混合气变得稀薄。结果，即使辅助点火装置点火，混合气也很难燃烧，而且由于火焰传播速度慢，从而有熄火的可能。
上述问题与用粗柴油作为燃油有关。在使用低十六烷值的燃油即挥发性强的燃油，如汽油和酒精时，因为主燃烧室中空气燃油混合气稀，喷入副燃烧室内的燃油朝主燃烧室内扩散，从而导致副燃烧室内的混合气变得更稀。解决这个问题的方法之一是对进气节流，但是由此引起的发动机泵气功的增加而导致损失发动机输出特性并使燃油经济性变坏。因此，这种方法并不被认为是好的，故人们希望开发一种燃烧特性更优越的燃烧室。
本发明的目的是提供一种能满足以下要求的内燃机燃烧室。
（1）在包括发动机持续负荷的所有负荷工况下，不仅能使用粗柴油而且也能使用如汽油和酒精等低十六烷值的挥发性燃油。
（2）在燃烧期间，可抑制未燃物的形成和噪音、振动的增加。
（3）可以获得在输出特性和燃油经济性两方面相同于或优于汽油发动机的燃烧特性。
上述目的通过以下的结构来实现。
在活塞的顶部有一个相对活塞顶表面沿轴向凹下去的主燃烧室。而且，在活塞的上部，构成主燃烧室的周向侧壁部分地沿径向在上部边缘处向外凹入，从而形成一个与主燃烧相邻接通的副燃烧室。
按照与这两个燃烧室的相互关系，在其中布置了一个喷油装置，该装置有数个副喷油孔将燃油在雾化状态下喷入副燃烧室和一个主喷油孔将燃油雾化喷入主燃烧室。
在副燃烧室中布置了一个用于加快副燃烧室内空气燃油混合气着火的点火装置。
以下描述上述燃烧室结构中的工作情况。在轻载工况下，低十六烷值的油以雾化状态由副喷油孔喷入副燃烧室中。由于副燃烧室的容积小于主燃烧室的容积，故副燃烧室内的混合气变得较浓，从而使得即使在这种轻载工况下也能产生迅速燃烧。在中高负荷工况下，油滴直径大于副喷油孔雾化的燃油油滴直径的燃油经主喷油孔喷出。
这样喷入燃烧室的燃油油雾吸收高温燃烧室壁的热量和压缩空气的热量而蒸发。蒸发的燃油与空气混合，形成混合气，并借助于副燃烧室内产生的热能和火焰在火焰传播下燃烧。结果获得这样一种燃烧性能，即着火迟燃期、蓝白色烟的形成量以及噪音都大大降低。
附图的简单说明
图1是本发明的一个最佳实施例的内燃机燃烧室的纵剖面示意图。
图2是一个燃烧室的俯视简图。
图3和图4分别是表示燃油喷雾和燃油蒸气层的纵剖面示意图和俯视图。
图5是表示柴油机上用的一种常规燃烧室结构的纵剖面示意图。
最佳实施例的说明
本发明的内燃机燃烧室的最佳实施例参照附图描述如下。
在图1和图2中，编号1指安装在内燃机气缸（图中未画出）内并可沿气缸作往复运动的活塞;编号2指形成活塞1顶表面的活塞顶;编号3和编号4分别指一个主燃烧室和一个副燃烧室。
如图1和图2所示，主燃烧室3沿活塞1的轴向凹入活塞顶2中。此外相对于主燃烧室3沿径向向外的位置在活塞顶2中凹入的部分是副燃烧室。在该实施例中，通过活塞1的轴线O1的一个主燃烧室3的垂直剖面呈现为一个截去顶的截圆形状，而垂直于活塞1轴向方向的主燃烧室3和副燃烧室4的两个横向剖面都是圆形的。
至于凹坑的深度，副燃烧室4比主燃烧室3浅，且副燃烧室4的容积小于主燃烧室3的容积。
主燃烧室3的内周壁3a和副燃烧室4的内周壁4a在位于两燃烧室之间的相关部分是径向敞开的。这个开口作为通道7，用来以邻接的方式联通两个燃烧室。通过靠近主燃烧室3的轴线O1作副燃烧室4的轴线O2使两燃烧室部分重叠而形成通道7。随着两轴之间距离减小，副燃烧室4与主燃烧室3的重叠度增加，而通道7的开口面积由所述的重叠度来确定。
因此，副燃烧室4是与主燃烧室3的上边侧壁连接而形成的。用于燃烧的空气旋流进入燃烧室3和4中，在燃烧室3和4中分别形成独立的涡流S1和S2。
主燃烧室3的上部沿周向伸展，并沿径向向内突出到一个适当的程度使得主燃烧室3的上部开口处产生节流。用编号5表示的该节流部分产生挤流，该挤流被强迫挤入主燃烧室。
在主燃烧室3和副燃烧室4之间的连接通道7附近装有一个对着通道7的喷油器装置6。喷油器装置6封装在气缸头8内，使得它的一个喷油孔面6a正对燃烧室侧面。喷油器装置6主要由封装在气缸头8内的一个喷油器体9，一个可以相对于在喷油器体9内的一个阀座（图中未画出）作垂直移动的针阀（图中未画出），以及通过阀座形成的许多副喷油孔10和一个由针阀节流部分进行开闭的主喷油孔11所组成。所述的针阀被高压油泵（图中未画出）提供的高压燃油的压力推起。更具体地说，当针阀升程值低于某一予先确定的升程值时，副喷油孔10开启，而当升程值高于所述予先确定的升程值时，主喷油孔11才开启，因此喷油器装置6是一个所谓的倒锥形副喷孔轴针（pintaux）型喷油器装置。
与主喷油孔11相比，副喷油孔10的每一个孔的孔径都很小，以致于当喷油孔打开时，具有良好的着火性的燃油油雾F1以雾化状态喷成细小的油粒。另一方面，具有油粒直径比油雾F1的油粒直径大的油雾F2，其贯穿性和扩散性优良，而从主喷孔11中喷出。
此外，在该实施例中，副燃烧室4内设有一个由火花塞或其它类似物构成的点火装置12，并使它的点火部件13正对着副燃烧室4的内部。副喷油孔10布置得使其既能对着涡流S2上游面又可对着涡流S2的下游面，而使点火部件13位于它们的中间。这样，副喷油孔10布置在对着点火部件13的附近，并指向装点火装置的副燃烧室4的内壁4a。另一方面，主喷油孔11指向主燃烧室3的内壁3a，并指向在主燃烧室3内形成的涡流S1的下游面。
本发明的内燃机燃烧室中的工作情况参照附图说明如下。
如图1到图4所示，由螺旋气道（图中未示出）提供和形成的涡流S1和S2在压缩时借助于流体惯性分别在主副燃烧室3和4中独立地旋转。
在发动机起动或发动机处于低负荷工况时，一种低十六烷值的雾化了的燃油油雾F1由喷油器装置6的副喷油孔10喷入副燃烧室4中。由此喷入的燃油油雾F1的一部分与副燃烧室4的内壁4a相撞，而使其剩余的部分形成一层油膜H1，油膜H1可沿着内壁4a发展。
喷入的低十六烷值燃油的一部分因其油粒尺寸小而立刻被高温压缩空气的热量所蒸发，并与空气混合，在副燃烧室4中形成易着火和易燃烧的燃油蒸气层F3。而油膜H1吸收压缩空气和燃烧室壁面的热量而蒸发。
因此，一旦由点火装置12点火，燃油蒸气层F3就着火并迅速燃烧。产生的火焰传播到沿着副燃烧室4的内壁4a发展和蒸发的油膜H1处，而使之燃烧。当发动机低温起动时，对点火装置12的工作情况有影响的燃油的着火性可以通过调节空燃比来控制。
这样，由于来自副喷油孔10的细微液滴状油雾F1指向副燃烧室4的内壁4a，故许多燃油分布在内壁4a上。并且，该部分分布在壁面上的燃油由着火产生的热量逐渐使其蒸发而燃烧掉。在副燃烧室4中的大部分燃烧气体被其中的涡流S2所包围，所以当发动机负荷低时，燃烧是在副燃烧室4内进行的。结果使燃烧室4中的燃烧温度上升，从而有可能抑制蓝白烟和未燃物（HC）的形成。因此，在低负荷工况下，副燃烧室4中的平均燃烧温度增加，从而防止了蓝白烟和未燃物质（HC）的形成。
当发动机处于高负荷时，雾化了的燃油或油雾F2也从主燃油孔10喷向主燃烧室3的内壁3a和涡流S1的下游面。结果，油膜层H2和燃油蒸气层F4以副燃烧室4中相同的状态在主燃烧室3中形成。此时，副燃烧室4中的一部分燃烧气体流入主燃烧室3中，从而使火焰传播到主燃烧室3中的燃油蒸气层F4，由此点燃主燃烧室3中的油膜H2并使之燃烧掉。由此而论，因为主喷油孔11喷射和雾化的这部分燃油的油粒直径大于副喷油孔10在雾化条件下喷射的那部分燃油的油粒直径，且具有大的贯穿度，同时也因为由涡流S1搅动所蒸发的那部分燃油与空气混合后形成燃油蒸气层F4的油气量不太多，故在主燃烧室3中进行燃烧的速度是低的。换言之，燃油蒸气层F4着火产生的热量使得剩下的油膜H2迅速蒸发，但燃油蒸气却慢慢燃烧，从而获得这样一种缓慢的燃烧方式，这样就防止了主燃烧室3中的快速燃烧，因此抑制了主燃烧室3中的压力增加并进一步减小了噪音。此外，喷油器装置6的结构设计成负荷越高，从主喷油孔11中喷出的燃油也越多，尤其是在发动机高负荷工况下能喷射出最大燃油喷射量的90%或更多。因而，上述的作用无疑能够达到，而且燃油油雾F2形成的燃油蒸气层F4和油膜H2无疑能被从副燃烧室4流入主燃烧室5中的火焰所点燃。
虽然以上使用了一种低十六烷值的燃油作为本发明喷油器装置6喷射燃油的一个例子，但根据本发明，各种高十六烷值的燃油，例如粗柴油也能很好地燃烧。

Claims (7)

1、一种内燃机燃烧室，包括如下部分：一个在活塞顶部沿轴向凹入的主燃烧室，一个在所述的主燃烧室的上边缘的一侧沿径向向外凹入的副燃烧室，所述的副燃烧室与所述的主燃烧室相邻接通，一个加速着火的点火装置，所述的点火装置布置在接近所述活塞上死点位置的副燃烧室中，和一个喷油器装置，所述喷油器装置具有使燃油雾化并将燃油喷入所述主燃烧室中的主喷油孔和使燃油雾化并将燃油喷入所述副燃烧室中的副喷油孔。
2、如权利要求1所述的一种内燃机燃烧室，其特征在于所述副燃烧室是由一凹入部分构成的，该凹入部分的开口直径从所述主燃烧室的上边缘部分沿着所述的主燃烧室凹下的方向向下逐渐变小。
3、如权利要求1所述的一种内燃机燃烧室，其特征在于所述副燃烧室的容积小于所述主燃烧室的容积。
4、如权利要求1所述的一种内燃机燃烧室，其特征在于所述喷油器装置的结构设计成当针阀升程值低于某个予先确定的升程值时，喷射雾化燃油的副喷油孔打开，而当针阀的升程值高于所述予先确定的升程值时，喷射雾化燃油的主喷油孔才打开。
5、如权利要求1所述的一种内燃机燃烧室，其特征在于所述点火装置由一个火花塞组成。
6、如权利要求1所述的一种内燃机燃烧室，其特征在于所述主燃烧室的上部环形开口部分沿径向向内突出，形成一个节流部分。
7、一种内燃机的燃烧室，包括如下部分：一个在活塞顶部沿轴向凹入的主燃烧室，一个在所述的主燃烧室的上边缘的一侧沿径向向外凹入的副燃烧室，所述的副燃烧室与所述的主燃烧室相邻接通，一个加速着火的点火装置，所述的点火装置布置在接近所述活塞上死点位置的副燃烧室中，和一个使燃油雾化并将燃油喷入所述的主燃烧室和所述的副燃烧室中的喷油器装置。
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