專利名稱：直噴柴油機燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種直噴式柴油機部件，特別涉及一種能實現(xiàn)直nl柴油機高效清潔燃燒的 燃燒裝置。
背景技術(shù)：
隨著世界石油資源日益枯竭和環(huán)境污染日益嚴重，柴油機高效清潔燃燒技術(shù)的研究一 直都是國際內(nèi)燃機界研究的熱點課題。上世紀90年代以來，柴油機燃燒理論研究更趨活 躍，針對未來超低排放、甚至零排放的排放法規(guī)，人們提出了不同的內(nèi)燃機新型燃燒方 式，在各種新型燃燒方式中，以均質(zhì)壓燃(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI)和低溫燃燒過程(Low Temperature Combustion, LTC)最具代表性。無論是均質(zhì) 壓燃還是低溫燃燒，都要求在自燃著火前形成合理分布的混合氣；而在燃燒中后期，具 有快速的混合速率促使uHC和CO向C02的轉(zhuǎn)化。但柴油的粘度大，揮發(fā)性差，如何在短 時間內(nèi)(快速)制備并控制柴油混合氣在缸內(nèi)的分布成為高效清潔柴油機開發(fā)過程中的 核心難題。國內(nèi)外的研究表明，柴油機中混合能量的來源主要有兩個: 一是噴油系統(tǒng)提供的能量； 二是缸內(nèi)氣流運動提供的能量。提高其中任一者的能量都能有效促進混合過程。基于這 個原因，高壓燃油噴射系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。目前，量產(chǎn)的噴油系統(tǒng)壓力已經(jīng)高達160MPa， 更高壓(〉200MPa)的噴油系統(tǒng)也在積極開發(fā)中。高壓噴射使射流具有高的動量，實現(xiàn)了 在噴油期間內(nèi)的高的混合速率，柴油機NOx和微粒的排放得到大幅度的減小。但是，在 燃燒中后期，尤其是噴油結(jié)束后的期間內(nèi)如何促進油/氣、已燃氣體/新鮮充量間的混合 速率成為進一步降低排放的障礙。另一方面，在柴油機中存在著不同程度的燃油撞壁現(xiàn) 象，尤其在中小缸徑的柴油機中，當提高噴射壓力以后，噴霧的貫穿度增加，油束撞壁 現(xiàn)象更是不可避免。油束撞壁后， 一部分動量損失掉，另一部分能量轉(zhuǎn)化為沿著燃燒室 壁面發(fā)展形成壁面射流能量。在壁面摩擦和周圍氣體的阻力的作用下，壁面射流的速度 遠遠小于自由噴霧的速度，混合速率大大降低。而噴油過程尚未結(jié)束，導(dǎo)致燃油大量沉 積于壁面，形成厚約2 3 mm且離壁面越近的區(qū)域其混合氣濃度越高的燃油堆積層。研 究表明，這種壁面噴霧的沉積和噴霧火焰的烊熄正是燃燒惡化的重要原因。如何促進壁 面射流的混合速率并改善這種不利的燃油分布方式成為燃燒系統(tǒng)開發(fā)中的迫切需求。本發(fā)明與發(fā)明人之前所申請的發(fā)明專利(公開號CN1414226A)的主要區(qū)別在于 CN1414226A發(fā)明專利中所發(fā)明的燃燒室特征為在燃燒室壁面上設(shè)有的突沿。而在本發(fā) 明的主要特征為燃燒室壁面上的引導(dǎo)弧及突變截面
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)方案中存在的不足，而提供一種直噴柴油機高 效低排放燃燒裝置，該裝置可實現(xiàn)燃燒中、后期缸內(nèi)柴油和空氣的快速混合并控制燃油 的空間分布，從而實現(xiàn)柴油機的高效、清潔燃燒。本發(fā)明的技術(shù)方案是-一種直噴柴油機燃燒裝置，包括燃燒室，所述燃燒室為co型，燃燒室的內(nèi)壁軸對稱， 燃燒室內(nèi)壁截面具有小曲率圓弧6，在燃燒室內(nèi)壁截面上具有突變截面導(dǎo)流沿，所述截面 導(dǎo)流沿包括大曲率圓弧4和直線5，所述大曲率圓弧4的一端從小曲率圓弧6上引出，另 一端以直線5與小曲率圓弧6相連。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點1. 該燃燒裝置將原本有害的燃油撞壁現(xiàn)象巧妙地通過壁面引導(dǎo)，并經(jīng)突變截面的剝 離作用使噴霧撞壁能量得到有效利用，提供了一條在燃燒中后期，尤其是噴油結(jié) 束后的實現(xiàn)高混合率的有效方案；2. 本方案有效降低了壁面噴霧沉積的量從而減少了噴霧火焰的烊熄的比例，燃燒得 以改善；3. 壁面射流在突變截面導(dǎo)流沿的作用下，再次形成空間射流，與燃燒室內(nèi)空氣之間 形成剪切層，促使湍流強度增加，使混合率大大增強，燃油在缸內(nèi)的分布更趨均 勻；4. 該燃燒裝置對現(xiàn)代燃油噴射系統(tǒng)的適應(yīng)性強。燃燒室本身具有燃燒中后期快速混 合的特性，結(jié)合高壓燃油噴射系統(tǒng)，可以實現(xiàn)全歷程高混合率的燃燒過程，降低 N0X和碳煙排放；5. 燃燒裝置的混合速率快，因此可以推遲供油提前角，缸內(nèi)的最大燃燒溫度降低， 高溫持續(xù)時間減小;.最大爆發(fā)壓力和壓升率下降，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷均 得到降低，適用于強化程度高的增壓柴油機；6. 該燃燒裝置只要改變活塞頂部的結(jié)構(gòu)，不需要改變其他部件的結(jié)構(gòu)。同時，對油 束間夾角的容差范圍大，因此易于推廣使用，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。


圖1本發(fā)明實施例1燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2本發(fā)明實施例2燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3本發(fā)明燃燒裝置的工作原理圖。1.噴油嘴 2.缸蓋下底面 3.活塞上底面 4.大曲率圓弧5.過渡直線 6.小曲率圓弧 7.燃油噴霧 8.突變截面導(dǎo)流沿具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳述。 本發(fā)明針對傳統(tǒng)的"型燃燒室缺陷加以改進，圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖， 該圖為本發(fā)明燃燒室的通過中軸線的截面圖。以燃燒室內(nèi)壁面上某個合適的地方(根據(jù)油束落點決定)為始點引出兩段不同曲率的圓弧。其中曲率小的圓弧6構(gòu)成傳統(tǒng)的"型 燃燒室方案，而曲率大的圓弧4發(fā)展到合適的位置后，以直線5與小曲率圓弧6相連， 從而實現(xiàn)突變截面的燃燒室壁面結(jié)構(gòu)。為了避免熱應(yīng)力集中，大曲率圓弧4與直線5以 適當?shù)膱A弧8平滑過渡。在本發(fā)明中將此結(jié)構(gòu)稱之為突變截面導(dǎo)流沿8。上述突變截面導(dǎo)流8沿可以根據(jù)發(fā)動機運行工況范圍、排量大小以及與之匹配的噴油 系統(tǒng)(這些參數(shù)決定噴油持續(xù)期)而設(shè)計出多個突變截面導(dǎo)流沿，見圖2。本發(fā)明在實際的直噴柴油機燃燒室壁面上通過不同曲率的圓弧巧妙地實現(xiàn)了截面的 突變，參見圖3，從噴油器l中噴出的高壓燃油油束7在撞到燃燒室壁面后，經(jīng)壁面圓弧 引導(dǎo)在突變截面處脫離壁面，形成二次空間射流。二次射流在缸內(nèi)誘導(dǎo)出一對旋向相反 的渦團。渦團大小與結(jié)構(gòu)本身的幾何尺寸具有相比擬的尺度。在導(dǎo)流沿燃燒室中，燃燒 過程由壁面射流的"半表面"燃燒轉(zhuǎn)為二次空間射流時的"全表面"燃燒。在本實施例 中，與傳統(tǒng)燃燒方案相比，在噴油結(jié)束時刻新方案中燃油混合區(qū)的平均當量比降低33.1 %。相比原始w燃燒室，燃燒后以g/kW' h計的N0x排放基本保持不變，而碳煙排放下 降則高達55%。在實際柴油機燃燒室中布置的突變截面的高度、方向、處于空間的位置與實際燃燒室 的形狀、噴油嘴的油線夾角、噴霧錐角、噴射壓力以及發(fā)動機的運行狀態(tài)有關(guān)。通過優(yōu) 化匹配噴霧的油線夾角、大曲率圓弧4的曲率以及圓弧4的發(fā)展終點，可以控制壁面射 流本身的長度和二次空間射流在空間所在的位置，實現(xiàn)全歷程高混合率的燃燒過程，從 而實現(xiàn)高效清潔的柴油機燃燒過程。
權(quán)利要求
1.一種直噴柴油機燃燒裝置，包括燃燒室，所述燃燒室為ω型，燃燒室的內(nèi)壁軸對稱，燃燒室內(nèi)壁截面具有小曲率圓弧(6)，其特征在于，在燃燒室內(nèi)壁截面上具有突變截面導(dǎo)流沿，所述截面導(dǎo)流沿包括大曲率圓弧(4)和直線(5)，所述大曲率圓弧(4)的一端從小曲率圓弧(6)上引出，另一端以直線(5)與小曲率圓弧(6)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直噴柴油機燃燒裝置，包括燃燒室，所述燃燒室為ω型，燃燒室的內(nèi)壁軸對稱，燃燒室內(nèi)壁截面具有小曲率圓弧6，在燃燒室內(nèi)壁截面上具有突變截面導(dǎo)流沿，所述截面導(dǎo)流沿包括大曲率圓弧4和直線5，所述大曲率圓弧4的一端從小曲率圓弧6上引出，另一端以直線5與小曲率圓弧6相連。本發(fā)明的燃燒裝置可實現(xiàn)燃燒中、后期缸內(nèi)柴油和空氣的快速混合并控制燃油的空間分布，從而實現(xiàn)柴油機的高效、清潔燃燒。
文檔編號F02B23/00GK101117910SQ20071005961
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者張曉宇, 蘇萬華, 裴毅強 申請人:天津大學(xué)