一種柴油發動機及其燃燒室的製作方法
2023-06-22 03:59:56 1
專利名稱：一種柴油發動機及其燃燒室的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工程機械技術領域，特別涉及一種用於柴油發動機的燃燒室。本實用新型還涉及一種包括上述燃燒室的柴油發動機。
背景技術：
隨著人們環保意識的提高，柴油發動機的汙染問題得到了廣泛的關注，氮氧化物及其顆粒是柴油發動機尾氣排放的主要汙染物，危害性較大，一直是柴油機排放控制的重點；柴油機使用噴油器將柴油直接噴入氣缸內燃燒做功以提供能量，噴油器噴射的柴油油束與缸內空氣的混合均勻性顯著影響柴油的燃燒效率和汙染物的生成條件而油氣的混合是在氣缸的燃燒室中完成的，因此，燃燒室的結構和形狀與油氣的混合均勻性緊密相關，進而影響著柴油發動機的經濟性能與排放性能。
請參考圖1，圖1為一種典型的用於柴油發動機的燃燒室的結構示意圖。在一種典型的柴油發動機的燃燒室中，其截面形狀為ω形，燃燒室的中心具有兩個凹坑01，燃油與空氣在有效燃燒容積即凹坑01內進行混合，油束在進入燃燒室時，只能進入凹坑01與空氣進行混合，燃油與空氣混合的路徑唯一，且只能形成一個方向的環流，使得燃油在燃燒室中分布較不均勻，導致燃油與空氣的混合均勻性較差，當排放要求進一步提高時，該燃燒室對於排放的貢獻就會受到很大的限制，需要通過提高後處理系統的要求才能滿足條件，造成了成本的升高。因此，改變燃燒室的結構，以使進入燃燒室的燃油分成不同的環流路徑，從而提高燃油與空氣混合的均勻性，降低尾氣排放的汙染程度，就成為本領域技術人員亟需解決的問題。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種用於柴油發動機的燃燒室，其能夠在物理結構上強制地將進入燃燒室內的燃油分成不同的環流路徑，從而提高了燃油與空氣混合的均勻性，降低了尾氣排放的汙染程度。本實用新型的另一目的是提供一種包括上述燃燒室的柴油發動機。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種用於柴油發動機的燃燒室，包括設於其底部的凹坑，還包括設於所述凹坑上方的環形凹槽，所述環形凹槽開設於所述燃燒室的內側壁，且其第一底邊與所述凹坑的第二頂邊重合；所述環形凹槽的第一頂邊相對於所述第一底邊向遠離所述燃燒室中軸線的方向外展，所述環形凹槽的容積為所述燃燒室總容積的 10% 15%。優選地，所述環形凹槽的外側壁包括底面、側面和連接底面和側面的圓弧面；所述側面與所述底面的交點距所述第一頂邊的第一距離，為所述燃燒室軸向最大高度的30% 35%。優選地，所述圓弧面的半徑為所述第一距離的70% 80%。優選地，所述底面最內端點與所述燃燒室中心的距離為所述燃燒室最大直徑的75% 80%ο優選地,所述底面與水平面之間的夾角為8° 12°。優選地，所述側面與水平面之間的夾角為80° 100°。優選地，所述凹坑的側壁與水平面之間的夾角為55° 65°。優選地，所述環形凹槽的容積為所述燃燒室總容積的13%。優選地，第一距離為所述燃燒室在平行所述中軸線方向的最大高度的32%。本實用新型還提供一種柴油發動機，包括活塞、氣缸以及位於所述氣缸的缸蓋底面和所述活塞的頂面之間的燃燒室；所述燃燒室為如上所述的燃燒室。本實用新型所提供的燃燒室用於柴油發動機，該燃燒室包括設於其底部的凹坑和設於所述凹坑上方的環形凹槽，環形凹槽開設於燃燒室的內側壁，且其第一底邊與凹坑的第二頂邊重合；環形凹槽的第一頂邊相對於第一底邊向遠離燃燒室中軸線的方向外展，環形凹槽的容積為燃燒室總容積的10% 15%。本實用新型所提供的燃燒室結構的環形凹槽的第一底邊與凹坑的第一頂邊的相交處形成了中間弧脊，中間弧脊向靠近燃燒室中心的方向凸出，當燃油進入燃燒室後，通過中間弧脊的作用使燃油分為上下兩個部分，且由於環形凹槽的空間較大，能夠引導足夠多的燃油通過凹槽側面向凹槽上面的空間形成第二個環流，使上部分燃油與燃燒室上部及凹槽內的空氣混合；下部分燃油在凹坑中於空氣混合；這樣，使得燃燒室能夠在物理結構上強制地將進入燃燒室內的燃油分成不同的環流路徑，從而提高了燃油與空氣混合的均勻性，降低了尾氣排放的汙染程度。在一種具體實施方式
中，本實用新型所提供的環形凹槽的外側壁包括底面、側面和連接底面和側面的圓弧面，且該圓弧面的半徑為側面與底面的交點距第一頂邊形成的第一距離的70% 80%，底面最內端點與燃燒室中心的距離為燃燒室最大直徑的75% 80%，底面與水平面之間的夾角為8° 12° ,側面與水平面之間的夾角為80° 100° ;從流體力學原理上來看，燃燒室中的環形凹槽採用上述結構能夠進一步保證燃油在燃燒室中的分流，從而進一步提高燃油的混合均勻性。在另一種具體實施方式
中，本實用新型所提供的燃燒室，其凹坑的側壁與水平面之間的夾角為55° 65°，以便保證燃燒室有效容積較大，且增強擠流作用形成的漩渦強度，進一步提高燃氣混合的均勻性。
圖1為一種典型的用於柴油發動機的燃燒室的結構示意圖；圖2為本實用新型所提供的燃燒室一種具體實施方式
的結構示意圖；圖3為圖2所示燃燒室的燃氣流向圖。
具體實施方式
本實用新型的核心是提供一種用於柴油發動機的燃燒室，其能夠在物理結構上強制地將進入燃燒室內的燃油分成不同的環流路徑，從而提高了燃油與空氣混合的均勻性，降低了尾氣排放的汙染程度。本實用新型的另一核心提供一種包括上述燃燒室的柴油發動機。[0027]為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。請參考圖1和圖2，圖1為本實用新型所提供的燃燒室一種具體實施方式
的結構示意圖；圖2為圖1所示燃燒室的燃氣流向圖。在一種具體實施方式
中，本實用新型所提供的燃燒室用於柴油發動機，該燃燒室包括設於其底部的凹坑2和設於所述凹坑2上方的環形凹槽1，環形凹槽I開設於燃燒室的內側壁，且其第一底邊與凹坑2的第二頂邊重合，兩者在重合處形成凸出的弧脊，弧脊朝向燃燒室的內部凸出；環形凹槽I的第一頂邊相對於第一底邊向遠離燃燒室中軸線的方向外展，環形凹槽I的容積為燃燒室總容積的10% 15%。上述環形凹槽I的容積優選為燃燒室總容積的13%，以便既能夠保證燃燒室的燃燒效率，又能夠實現燃油4在燃燒室中的分流；顯然地，環形凹槽I的容積也不局限於為燃燒室總容積的13%，只要能夠有足夠的空間保證進入環形凹槽I的燃油4形成環流即可，例如環形凹槽I的容積也可以為燃燒室總容積的11%、12%或者14%等。上述凹坑2的側壁與水平面之間的夾角Y為55° 65°，以便保證燃燒室有效容積較大，且增強擠流作用形成的漩渦強度，進一步提高燃氣混合的均勻性；優選地，該夾角Y為58°，也可以為57°、60°或者62°等。需要指出的是，任何燃燒室都要配合好的噴油條件才能發揮出比較好的效果，因此需要選擇噴油夾角合適的噴油器，柴油機標定過程中可以通過控制噴油的開始時刻和加電時間來間接控制噴油的油束落點，最終實現多環流的混合燃燒方式。本實用新型所提供的燃燒室結構的環形凹槽I的第一底邊與凹坑2的第一頂邊的相交處形成了中間弧脊，中間弧脊向靠近燃燒室中心的方向凸出，當燃油4進入燃燒室後，通過中間弧脊的作用使燃油4分為上下兩個部分，且由於環形凹槽I的空間較大，能夠引導足夠多的燃油通過凹槽側面向凹槽上面的空間形成第二個環流，使上部分燃油與燃燒室上部及凹槽內的空氣混合；下部分燃油4在凹坑2中於空氣混合；這樣，使得燃燒室能夠在物理結構上強制地將進入燃燒室內的燃油4分成不同的環流路徑，從而提高了燃油4與空氣混合的均勻性，降低了尾氣排放的汙染程度。需要指出的是，文中所述「第一、第二」等序數詞是為了區分相同名稱的不同結構，僅為了便於描述，不表示某種順序，更不應理解為某種限定。優選地，上述環形凹槽I的外側壁包括底面、側面和連接底面和側面的圓弧面，以更好地強制進入環形凹槽I的燃氣產生環流；顯然地，上述環形凹槽I的外側壁也不局限於為上述結構，只要能夠保證容積足夠大，且能夠在環形凹槽I中形成環流即可，例如，也可以為橢圓形的弧形面或者單純的圓弧面等。側面與底面的交點距第一頂邊的第一距離，為燃燒室軸向最大高度的30% 35%，該第一距離可以具體為燃燒室軸向最大高度的32%，顯然地，也不局限於32%，只要能夠實現燃油4的分離並分別形成環流即可。上述圓弧面的半徑可以為第一距離的70% 80%,圓弧面最內端點與所述燃燒室中心的距離為所述燃燒室最大直徑的75% 80% ;從流體力學原理上來看，燃燒室中的環形凹槽I採用上述結構能夠進一步保證燃油4在燃燒室中的分流，從而進一步提高燃油的混合均勻性。[0038]為了形成較好的渦流，且防止分入凹槽處的燃油4向燃燒室凹坑2以外的區域運動過程中布置於直接衝到氣缸壁面上，還需要選擇適當的底面與水平面之間的夾角α以及側面與水平面之間的夾角β，優選地，上述底面與水平面之間的夾角α為8° 12°，夾角α優選為10°，也可以為8°至12°之間的任一角度值，例如9°或者11°等；側面與水平面之間的夾角β為80° 100°，夾角β優選為90°，也可以為80°至100°之間的任一角度，例如85°或者95°等，以保證燃油4與氣缸壁面的合理衝撞。本實用新型所提供的燃燒室更適合於氣缸直徑為120mm 130mm之間的柴油機，在應用於上述類型柴油機時，本實用新型所提供的燃燒室的結構參數優選為以下範圍:環形凹槽I部分容積佔燃燒室總容積的比例處於10% 15%之間，環形凹槽I的圓弧面的半徑與第一距離的比值應處於0.7 0.8之間，底面最內端點距離氣缸中心的距離與燃燒室軸向最大高度相比處於0.75 0.8之間，側面與底面的交點距第一頂邊的第一距離與燃燒室軸向最大高度的比值處於0.3 0.35之間，底面與水平面之間的夾角在10°左右，側面與水平面之間的夾角為55° 65°。除了上述燃燒室，本實用新型還提供一種包括上述燃燒室的柴油發動機，該柴油發動機的其他各部分結構請參考現有技術，在此不再贅述。以上對本實用新型所提供的一種柴油發動機及其燃燒室進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實 用新型權利要求的保護範圍內。
權利要求1.一種用於柴油發動機的燃燒室，包括設於其底部的凹坑(2)，其特徵在於，還包括設於所述凹坑(2)上方的環形凹槽(1)，所述環形凹槽(I)開設於所述燃燒室的內側壁，且其第一底邊與所述凹坑(2)的第二頂邊重合；所述環形凹槽(I)的第一頂邊相對於所述第一底邊向遠離所述燃燒室中軸線的方向外展，所述環形凹槽(I)的容積為所述燃燒室總容積的 10% 15%。
2.根據權利要求1所述的用於柴油發動機的燃燒室，其特徵在於，所述環形凹槽(I)的外側壁包括底面、側面和連接底面和側面的圓弧面；所述側面與所述底面的交點距所述第一頂邊的第一距離，為所述燃燒室軸向最大高度的30% 35%。
3.根據權利要求2所述的用於柴油發動機的燃燒室，其特徵在於，所述圓弧面的半徑為所述第一距離的70% 80%。
4.根據權利要求3所述的用於柴油發動機的燃燒室，其特徵在於，所述底面最內端點與所述燃燒室中心的距離為所述燃燒室最大直徑的75% 80%。
5.根據權利要求4所述的用於柴油發動機的燃燒室，其特徵在於，所述底面與水平面之間的夾角為8° 12°。
6.根據權利要求5所述的用於柴油發動機的燃燒室，其特徵在於，所述側面與水平面之間的夾角為80° 100°。
7.根據權利要求1至6任一項所述的用於柴油發動機的燃燒室，其特徵在於，所述凹坑(2)的側壁與水平面之間的夾角為55° 65°。
8.根據權利要求1至6任一項所述的用於柴 油發動機的燃燒室，其特徵在於，所述環形凹槽(I)的容積為所述燃燒室總容積的13%。
9.根據權利要求2至6任一項所述的用於柴油發動機的燃燒室，其特徵在於，所述第一距離為所述燃燒室在平行所述中軸線方向的最大高度的32%。
10.一種柴油發動機，包括活塞、氣缸以及位於所述氣缸的缸蓋底面和所述活塞的頂面之間的燃燒室；其特徵在於，所述燃燒室為如權利要求1至9任一項所述的燃燒室。
專利摘要本實用新型公開了一種燃燒室，該燃燒室包括設於其底部的凹坑和設於所述凹坑上方的環形凹槽，環形凹槽開設於燃燒室的內側壁，且其第一底邊與凹坑的第二頂邊重合；環形凹槽的第一頂邊相對於第一底邊向遠離燃燒室中軸線的方向外展，第一頂邊與第一底邊在平行中軸線方向的第一距離為燃燒室在該方向最大高度的30%~35%，環形凹槽的容積為燃燒室總容積的10%~15%。這樣，使得燃燒室能夠在物理結構上強制地將進入燃燒室內的燃油分成不同的環流路徑，從而提高了燃油與空氣混合的均勻性，降低了尾氣排放的汙染程度。本實用新型還公開了一種包括上述燃燒室的柴油發動機。
文檔編號F02B23/02GK203081565SQ20122073865
公開日2013年7月24日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者陳文淼, 李志傑, 張紅剛, 馬寶東 申請人:濰柴動力股份有限公司