CN103835803B - 柴油机碰撞分流燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种柴油机碰撞分流燃烧室，其属于发动机混合气形成和燃烧领域。这种燃烧室设有碰撞环带，碰撞环带将燃烧室分为内外两部分。碰撞环带的外面部分为燃烧室顶隙部，碰撞环带的里面部分为燃烧室中心部。喷油器喷出的雾状油束喷射到碰撞环带上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分沿着喷雾碰撞环带分别流向燃烧室顶隙部和燃烧室中心部，实现油气更好的混合。这种燃烧室使燃油与空气的混合速率和空间区域大幅增加,在燃烧室内形成较稀薄的扩散燃烧,从而使碳烟和NOx排放同时降低，有效改善柴油机燃烧，提高经济性。在标定工况下，碰撞分流燃烧室与原机系统相比，经济性提高4%，碳烟排放下降50%，NOx排放下降8%。

Description

柴油机碰撞分流燃烧室

技术领域

本发明涉及一种柴油机碰撞分流燃烧室，其属于发动机混合气形成和燃烧领域。

背景技术

目前，柴油机不同程度地存在喷射燃油撞到燃烧室凹坑壁面的情况，燃油碰壁后会在壁面形成一层较浓的相对稳定的混合气层，这层浓的混合气层对柴油机中的碳烟形成及HC排放具有重要影响。随着柴油机燃油喷射压力的提高和缸径的小型化，这种现象将更加严重。另外，多孔喷雾在圆周方向上分布不均，喷雾在落点处堆积或产生油膜。顶隙空间利用不充分，混合气空间分布均匀度并不理想，使空气利用率不高，燃烧不完全，导致油耗高、碳烟排放大。

发明内容

为了解决多孔喷雾的落点处混合气堆积和燃烧室顶隙空间利用率低的问题。本发明提供一种柴油机碰撞分流燃烧室。该柴油机碰撞分流燃烧室通过燃烧室形状与燃油喷雾的配合，使喷雾一部分被碰撞环带反弹实现燃油喷雾二次雾化，提高喷雾雾化性能；另一部喷雾沿碰撞环带实现分流，扩大喷雾空间分布范围。增加了顶隙高度，有效地利用了顶隙空间内的空气，形成更加均匀的混合气。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柴油机碰撞分流燃烧室，喷油器以多油束方式把高压燃油以雾状喷入由缸盖、气缸套和活塞组成的燃烧室中，所述燃烧室通过增加顶隙高度H、调整喉口直径D₁和设置碰撞环带，将燃烧室分为燃烧室顶隙部和燃烧室中心部两个区间；所述燃烧室顶隙部的直径D₂为气缸直径；所述喷油器喷出的雾状油束喷射到碰撞环带上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分油束沿着喷雾碰撞环带分别流向燃烧室顶隙部和燃烧室中心部，实现油气更加均匀的混合；所述喷雾碰撞环带包括碰撞面、碰撞上导向面和碰撞下导向面。

所述碰撞面采用碰撞斜面、碰撞凸面或碰撞凹面，碰撞斜面的倾斜角度配合喷射角度相应调整，控制燃烧室顶隙部和燃烧室中心部的燃油分布比例。

所述碰撞面采用第一碰撞锥面、第二碰撞锥面或碰撞曲面；所述第一碰撞锥面的结构包括第一上碰撞斜面、第一碰撞过渡曲面和第一下碰撞斜面；所述第二碰撞锥面的结构包括第二上碰撞斜面、第二碰撞过渡曲面和第二下碰撞凹面；所述碰撞曲面的结构包括上碰撞凸面和下碰撞凹面。

所述碰撞上导向面采用上导向凸面或上导向平滑面；所述上导向凸面高于活塞顶隙面；所述上导向平滑面与活塞顶隙面等高。

所述碰撞下导向面采用下导向平滑面、下导向曲面、下导向直角圆弧面或下导向凹面。

所述活塞顶隙面采用第一顶隙导向斜面或第二顶隙导向斜面。

所述活塞顶隙面采用包括第一顶隙导向凹面和第三顶隙导向斜面的第一顶隙导向面结构；所述第三顶隙导向斜面低于上导向凸面。

所述活塞顶隙面采用包括第二顶隙导向凹面和第四顶隙导向斜面的第二顶隙导向面结构；所述第四顶隙导向斜面高于上导向凸面。

所述活塞顶隙面采用包括顶隙导向过渡面、第五顶隙导向斜面、顶隙过渡面和第六顶隙导向斜面的第三顶隙导向面结构。

所述燃烧室的中心部采用ω形底面或浅盆形底面。

本发明的有益效果是：这种柴油机碰撞分流燃烧室的燃烧室分为燃烧室顶隙部和燃烧室中心部两个区间，在燃烧室顶隙部和燃烧室中心部之间设有碰撞环带，喷油器喷出的雾状油束喷射到碰撞环带上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分沿着喷雾碰撞环带分别流向燃烧室顶隙部和燃烧室中心部，实现油气更加均匀的混合。该燃烧室使燃油与空气的混合速率和空间区域大大增加,在燃烧室内形成较稀薄的扩散燃烧,从而使碳烟和NOx排放同时降低，有效改善柴油机燃烧，提高经济性。标定工况下，碰撞分流燃烧室与原机系统相比，经济性提高4%，碳烟排放下降50%，NOx排放下降8%。

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是一种柴油机碰撞分流燃烧室的结构示意图。

图2是图1的A部放大图碰撞环带采用碰撞斜面结构。

图3是碰撞面采用碰撞凸面结构示意图。

图4是碰撞面采用碰撞凹面结构示意图。

图5是碰撞面采用第一碰撞锥面结构示意图。

图6是碰撞面采用第二碰撞锥面结构示意图。

图7是碰撞面采用碰撞曲面结构示意图。

图8是碰撞上导向面采用上导向平滑面结构和碰撞下导向面采用下导向平滑面结构示意图。

图9是碰撞下导向面采用下导向曲面结构示意图。

图10是碰撞下导向面采用下导向直角圆弧面结构示意图。

图11是碰撞下导向面采用下导向凹面结构示意图。

图12是图1的B部放大图活塞顶隙面采用第一顶隙导向斜面结构。

图13是活塞顶隙面采用第二顶隙导向斜面结构示意图。

图14是活塞顶隙面采用第一顶隙导向面结构示意图。

图15是活塞顶隙面采用第二顶隙导向面结构示意图。

图16是活塞顶隙面采用第三顶隙导向面结构示意图。

图17是燃烧室中心部采用浅盆形底面结构示意图。

图中：1、气缸盖，2、气缸套，3、活塞，4、燃烧室，5、喷油器，6、雾状油束，7、燃烧室顶隙部，8、燃烧室中心部，9、碰撞环带，10、上导向凸面,11、碰撞斜面，12、碰撞凸面，13、碰撞凹面，14、第一碰撞锥面，14a、第一上碰撞斜面，14b、第一碰撞过渡曲面，14c、第一下碰撞斜面，15、第二碰撞锥面，15a、第二上碰撞斜面，15b、第二碰撞过渡曲面，15c、第二下碰撞凹面，16、碰撞曲面，16a、上碰撞凸面，16b、下碰撞凹面，17、上导向平滑面，18、下导向平滑面，19、下导向曲面，20、下导向直角圆弧面，21、下导向凹面，22、第一顶隙导向斜面，23、第二顶隙导向斜面，24、第一顶隙导向面，24a、第一顶隙导向凹面，24b、第三顶隙导向斜面，25、第二顶隙导向面，25a、第二顶隙导向凹面，25b、第四顶隙导向斜面，26、第三顶隙导向面，26a、顶隙导向过渡面，26b、第五顶隙导向斜面，26c、顶隙过渡面，26d、第六顶隙导向斜面，27、ω形底面，28、浅盆形底面。

具体实施方式

图1示出了柴油机碰撞分流燃烧室的结构示意图。图中，柴油机碰撞分流燃烧室的喷油器5以多油束方式把高压燃油以雾状喷入由缸盖1、气缸套2和活塞3组成的燃烧室4中，燃烧室4通过增加顶隙高度H、调整喉口直径D₁和设置碰撞环带，将燃烧室4分为燃烧室顶隙部7和燃烧室中心部8两个区间，燃烧室顶隙部7的直径D₂为气缸直径。喷油器5喷出的雾状油束6喷射到碰撞环带9上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分油束沿着喷雾碰撞环带9分别流向燃烧室顶隙部7和燃烧室中心部8，实现油气更加均匀的混合。喷雾碰撞环带9包括碰撞面、碰撞上导向面和碰撞下导向面。

图2、3、4示出了三种碰撞面的结构示意图。碰撞面采用碰撞斜面11、碰撞凸面12或碰撞凹面13，上导向凸面10与碰撞斜面11的倾斜角度、碰撞凸面12或碰撞凹面13配合，相应调整喷油器5喷出的雾状油束6的喷射角度，控制燃烧室顶隙部7和燃烧室中心部8中的燃油分布比例。

图5、6、7示出了另三种碰撞面的结构示意图。碰撞面采用第一碰撞锥面14、第二碰撞锥面15或碰撞曲面16。第一碰撞锥面14的结构包括第一上碰撞斜面14a、第一碰撞过渡曲面14b和第一下碰撞斜面14c。第二碰撞锥面15的结构包括第二上碰撞斜面15a、第二碰撞过渡曲面15b和第二下碰撞凹面15c。碰撞曲面16的结构包括上碰撞凸面16a和下碰撞凹面16b。调整喷油器5喷出的雾状油束6与第一碰撞锥面14、第二碰撞锥面15或碰撞曲面16的喷射角度，控制燃烧室顶隙部7和燃烧室中心部8中的燃油分布比例。

图8、9示出了碰撞上导向面的结构示意图。碰撞上导向面采用上导向凸面10或上导向平滑面17。上导向凸面10高于活塞顶隙面，上导向平滑面17与活塞顶隙面等高。调整喷油器5喷出的雾状油束6与碰撞斜面11的喷射角度，控制燃烧室顶隙部7和燃烧室中心部8中的燃油分布比例。

图2、8、9、10、11示出了碰撞下导向面的结构示意图。碰撞下导向面采用下导向平滑面18、下导向曲面19、下导向直角圆弧面20或下导向凹面21。调整喷油器5喷出的雾状油束6与碰撞斜面11的喷射角度，控制燃烧室顶隙部7和燃烧室中心部8中的燃油分布比例。

图12、13示出了活塞顶隙面的结构示意图。活塞顶隙面采用第一顶隙导向斜面22或第二顶隙导向斜面23。有利于进入燃烧室顶隙部7中的燃油快速形成更加均匀的混合气。

图14示出了另一种活塞顶隙面的结构示意图。活塞顶隙面采用包括第一顶隙导向凹面24a和第三顶隙导向斜面24b的第一顶隙导向面24结构，第三顶隙导向斜面24b低于上导向凸面10。有利于进入燃烧室顶隙部7中的燃油快速形成更加均匀的混合气。

图15示出了又一种活塞顶隙面的结构示意图。活塞顶隙面采用包括第二顶隙导向凹面25a和第四顶隙导向斜面25b的第二顶隙导向面25结构，第四顶隙导向斜面25b高于上导向凸面10。有利于进入燃烧室顶隙部7中的燃油快速形成更加均匀的混合气。

图16示出了再一种活塞顶隙面的结构示意图。活塞顶隙面采用包括顶隙导向过渡面26a、第五顶隙导向斜面26b、顶隙过渡面26c和第六顶隙导向斜面26d的第三顶隙导向面26结构。有利于进入燃烧室顶隙部7中的燃油快速形成更加均匀的混合气。

图17示出了另一种燃烧室中心部形状的结构示意图。燃烧室中心部采用浅盆形底面28。

柴油机碰撞分流燃烧室碰撞环带有六种方案。第一种方案：碰撞面为斜面；第二种方案：碰撞面为凸曲面；第三种方案：碰撞面为凹曲面；第四种方案：碰撞面由两个圆锥面组成，中间圆滑过渡；第五种方案：碰撞面由斜面和凹曲面组成，中间圆滑过渡；第六种方案：碰撞面由凸曲面和凹曲面组成，中间圆滑过渡。

柴油机碰撞分流燃烧室碰撞上导向面有两种方案。第一种方案：上导向凸面高于活塞顶隙面；第二种方案：上导向平滑面与活塞顶隙面等高。

柴油机碰撞分流燃烧室碰撞下导向面有四种方案。第一种方案：下导向面为平滑面；第二种方案：下导向面为曲面；第三种方案：下导向面为直角圆弧面；第四种方案：下导向面为凹面。

柴油机碰撞分流燃烧室顶隙导向面有五种方案。第一种方案：顶隙导向面为斜面；第二种方案：顶隙导向面为斜面；第三种方案：顶隙导向面由凹曲面和斜面组成，顶隙斜面低于喷雾上导向凸面；第四种方案：顶隙导向面由凹曲面和斜面组成，顶隙斜面高于喷雾上导向凸面；第五种方案：顶隙导向面由浅盆型面和斜面组成。

柴油机碰撞分流燃烧室中心部底面形状有两种方案。第一种方案：中间高外围低的底面；第二种方案：浅盆形底面。

不同中心部底面形状可以不同程度的组织气流运动，适应多种用途的柴油机和不同的工况。

不同碰撞面与碰撞导向面可以进行组合，形成不同形式的碰撞环带。

不同的碰撞环带和不同的顶隙导向面可以进行组合，形成不同形式的燃烧室形状。

燃油经多孔喷嘴喷出后，一部分喷雾撞击碰撞环带后反弹，进行二次雾化，另一部分沿碰撞环带各导向面分流。通过碰撞导向面和顶隙处导向面组织缸内气流，增加缸内扰动，促进滚流运动，增加空气卷吸量。喷雾在缸内快速分流雾化的同时，增加柴油机的顶隙空间，可以快速形成更加均匀的混合气，提高了空气利用率。

Claims (4)

1.一种柴油机碰撞分流燃烧室，喷油器（5）以多油束方式把高压燃油以雾状喷入由缸盖（1）、气缸套（2）和活塞（3）组成的燃烧室（4）中，所述燃烧室（4）通过增加顶隙高度H、调整喉口直径D₁和设置碰撞环带（9），将燃烧室（4）分为燃烧室顶隙部（7）和燃烧室中心部（8）两个区间；所述燃烧室顶隙部（7）的直径D₂为气缸直径；所述喷油器（5）喷出的雾状油束（6）喷射到碰撞环带（9）上，一部分油束被反弹进行二次雾化，一部分油束沿着喷雾碰撞环带（9）分别流向燃烧室顶隙部（7）和燃烧室中心部（8），实现油气更好的混合；其特征是：所述喷雾碰撞环带（9）包括碰撞面、碰撞上导向面和碰撞下导向面；所述碰撞面采用碰撞斜面（11）、碰撞凸面（12）或碰撞凹面（13），碰撞斜面（11）的倾斜角度配合喷射角度相应调整，控制燃烧室顶隙部（7）和燃烧室中心部（8）中的燃油分布比例；或所述碰撞面采用第一碰撞锥面（14）、第二碰撞锥面（15）或碰撞曲面（16）；所述第一碰撞锥面（14）的结构包括第一上碰撞斜面（14a）、第一碰撞过渡曲面（14b）和第一下碰撞斜面（14c）；所述第二碰撞锥面（15）的结构包括第二上碰撞斜面（15a）、第二碰撞过渡曲面（15b）和第二下碰撞凹面（15c）；所述碰撞曲面（16）的结构包括上碰撞凸面（16a）和下碰撞凹面（16b）；所述碰撞上导向面采用上导向凸面（10）或上导向平滑面（17）；所述上导向凸面（10）高于活塞顶隙面；所述上导向平滑面（17）与活塞顶隙面等高；所述碰撞下导向面采用下导向平滑面（18）、下导向曲面（19）、下导向直角面（20）或下导向凹面（21）。

2.根据权利要求1所述的柴油机碰撞分流燃烧室，其特征是：所述活塞顶隙面采用第一顶隙导向斜面（22）或第二顶隙导向斜面（23）。

3.根据权利要求1所述的柴油机碰撞分流燃烧室，其特征是：所述活塞顶隙面采用包括第一顶隙导向凹面（24a）和第三顶隙导向斜面（24b）的第一顶隙导向面（24）结构；所述第三顶隙导向斜面（24b）低于上导向凸面（10）。

4.根据权利要求1所述的柴油机碰撞分流燃烧室，其特征是：所述活塞顶隙面采用包括第二顶隙导向凹面（25a）和第四顶隙导向斜面（25b）的第二顶隙导向面（25）结构；所述第四顶隙导向斜面（25b）高于上导向凸面（10）。