利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統的製作方法

2023-04-30 20:52:36

專利名稱：利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統，屬於發動機混合氣形成和燃燒領域。
背景技術：
渦流室式柴油機具有成本低廉、工作柔和、噪聲小、可靠性高和排放低等優點，但是其 經濟性和冷啟動性能比直噴式柴油機差，主要原因是渦流室壁面散熱損失大、通道流動損失 大、主燃燒室放熱遲緩。增加渦流室的渦流強度可改善混合氣形成，提高燃燒效率，但同時 不可避免地會增加通道流動損失和渦流室壁面散熱損失，導致冷啟動性變差，且熱效率不一 定增加。因此如果可以在較低的渦流強度下獲得良好的混合氣，將產生高燃燒效率，並減少 散熱和流動損失，從而改善渦流室柴油機的冷啟動性和經濟性。

發明內容
為了使渦流室柴油機在較低的渦流強度下獲得良好的混合氣，本發明提供一種利用傘狀 噴霧的渦流室燃燒系統，讓壓縮衝程中經通道進入渦流室的氣流與周向分布均勻、微粒化好 的傘狀噴霧巧妙結合，迅速形成高質量的混合氣。因不需要很高的渦流強度就可以獲得良好 的混合氣，提高燃燒效率，從而可以設置較小的渦流強度，減小散熱損失和節流損失，提高 冷啟動性和經濟性。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 一種利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統，它 主要包括一個主燃燒室、 一個渦流室和一個鑲塊在鑲塊上設有把主燃燒室與渦流室連接的主 通道或主通道和啟動孔。它還包括一個向所述渦流室內噴射傘狀噴霧的傘狀噴霧油嘴，所述 傘狀噴霧的噴霧錐角a為45 150度角，所述傘狀噴霧油嘴的油嘴中心線與主通道的通道中 心線重合，使壓縮衝程中經主通道進入渦流室的空氣到達傘狀噴霧油嘴的頭部附近後沿渦流 室壁面回折形成渦流。
所述主通道的橫斷面可為圓形、橢圓形、長方形或腰子形。
由於沿渦流室壁面回折形成的渦流方向正好與傘狀噴霧的擴散方向一致，帶動這些微細 液滴快速地與空氣混合。由於傘狀噴霧微粒化好，擴散性高，並且與渦流有良好的配合，因 此可以在渦流室內快速形成比較均質的混合氣，極大地提高了燃燒效率，由此在設計上可以 採用較小的渦流強度，以減少散熱損失和流動損失，改善經濟性和冷啟動性。
上述技術方案的指導思想是改善渦流室燃燒系統的經濟性需要良好的油氣混合和較低的散熱損失及節流損失，但是採用常規的軸針式噴嘴時，由於噴霧油粒較大，為了改善燃燒 效率往往要增加渦流比，這又會造成散熱損失和節流損失的增加，反而不利於提高經濟性， 也會使冷啟動性變差。因此對於渦流室燃燒系統，要提高燃燒效率，勢必應降低散熱及節流 損失。上述技術方案將鑲塊上的主通道設置為正好對準傘狀噴霧油嘴，空氣經主通道進入渦 流室到達壁面後回折形成的渦流就是正好與傘狀噴霧的擴散方向一致的。傘狀噴霧具有貫穿 距短、周向分布均勻、微粒化好的特點，較短的貫穿距也正好適合渦流室較小的空間，周向 分布均勻和微粒化好的特點使之在正好順著其擴散方向的渦流的作用下，不需要太大的渦流 比就可以獲得良好的混合氣，提高燃燒效率，並且同時降低散熱損失和節流損失，從而大幅 提高經濟性，改善冷啟動性。
本發明的有益效果是這種利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統，由於主通道方向的設計使 渦流運動方向正好與傘狀噴霧的擴散方向一致，從而合理地利用了傘狀噴霧貫穿距短、周向 分布均勻、微粒化好的特點來促進油氣混合，提高了燃燒效率，並降低了碳煙排放，因而可 以採用較小的渦流強度，降低散熱損失和流動損失，使熱效率進一步提高，冷啟動性也得以 改善。又由於油氣混合良好，因此可以採用更小的過量空氣係數，從而提高功率密度，也有 利於降低N0x排放。在單缸195柴油機上的實驗表明功率提高10%，油耗降低8%， N0x排放降 低10%，碳煙排放降低20%。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。 圖l是一種帶啟動孔的利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統的示意圖。 圖2是一種不帶啟動孔的利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統的示意圖。 圖3是傘狀噴霧的油束錐角示意圖。
圖中1、氣缸套，2、活塞，3、主燃燒室，4、鑲塊，4a、主通道，4b、啟動孔，4c、 主通道中心線，5、氣缸套，6、渦流室，7、傘狀噴霧油嘴，7a、傘狀噴霧，7b、傘狀噴霧 油嘴中心線；a、油束錐角。
具體實施例方式
圖l所示了一種帶啟動孔的利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統的示意圖。圖中主要示出了 主燃燒室3、渦流室6和鑲塊4，在鑲塊4上設有把主燃燒室3與渦流室6連接的主通道4a和啟動 孔4b。此外，還設有一個向渦流室6內噴射傘狀噴霧7a的傘狀噴霧油嘴7，傘狀噴霧油嘴7的 油嘴中心線7b與主通道4a的通道中心線4c互相重疊。
在鑲塊上設計的啟動孔4b，其作用是在冷啟動時，渦流室6內氣流速度低，部分噴霧油粒可以從啟動孔4b內直接進入空氣溫度相對較高的主燃燒室3，在主燃燒室3內著火燃燒，或 重新從主通道4a進入渦流室6，促進渦流室6內混合氣的著火，從而進一步改善冷啟動性能。
在壓縮衝程中空氣從主通道4a進入渦流室6到達傘狀噴霧噴油嘴7的頭部後沿渦流室壁面 折回，形成環狀渦流。由於燃油噴射時，傘狀噴霧7a的擴散方向正好與渦流從傘狀噴霧油嘴 7附近折回的方向一致，因此噴霧油粒可以順著空氣渦流運動，在渦流室6內快速形成比較均 質的混合氣。由於傘狀噴霧7a周向分布均勻，微粒化好，又正好配合渦流室6中的氣流運動 ，因此不需要太大的渦流比就可以獲得良好的混合和燃燒，可以設計較小的渦流比來降低散 熱損失和節流損失，從而提高渦流室柴油機的熱效率。
圖2所示了一種不帶啟動孔的利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統的示意圖。其構造和工作 原理與圖l所示完全相同，發動性的性能優良。
圖3示出了傘狀噴霧的油束錐角示意圖。傘狀噴霧7a的噴霧錐角a為45 150度角。這完 全與傳統渦流室發動機採用軸針式噴油嘴不同，只需要弱渦流與周向分布均勻、微粒化好的 傘狀噴霧7a配合，就可以獲得良好的可燃混合氣和完全燃燒，從而降低了散熱損失和節流損 失，提高了這種渦流室柴油機的熱效率。
權利要求
1.一種利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統，它主要包括一個主燃燒室(3)、一個渦流室(6)和一個鑲塊(4)，在鑲塊(4)上設有把主燃燒室(3)與渦流室(6)連接的主通道(4a)或主通道(4a)和啟動孔(4b)；其特徵是它還包括一個向所述渦流室(6)內噴射傘狀噴霧(7a)的傘狀噴霧油嘴(7)，所述傘狀噴霧(7a)的噴霧錐角α為45～150度角，所述傘狀噴霧油嘴(7)的油嘴中心線(7b)與主通道(4a)的通道中心線(4c)重合，使壓縮衝程中經主通道(4a)進入渦流室(6)的空氣到達傘狀噴霧油嘴(7)的頭部附近後沿渦流室壁面回折形成渦流。
2.據權利要求l所述的利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統，其特徵是所述主通道(4a)的橫斷面可為圓形、橢圓形、長方形或腰子形。
全文摘要
一種利用傘狀噴霧的渦流室燃燒系統，其屬於發動機混合氣形成和燃燒領域。這種利用傘狀噴霧的噴油嘴的渦流室燃燒系統，其結構特點是傘狀噴霧噴油嘴的中心線與主通道的中心線重合，使壓縮衝程經主通道進入渦流室的空氣到達油嘴頭部附近後沿渦流室壁面回折形成渦流，該渦流的方向正好順著傘狀噴霧擴散的方向，起到加速油氣混合、改善燃燒的效果。由於合理利用了傘狀噴霧貫穿距短、周向分布均勻、微粒化好的特點，因此可以在較低的渦流強度下獲得良好的混合和燃燒，從而減少散熱損失和節流損失，進一步改善發動機的熱效率。在單缸195柴油機上的實驗表明，採用這種利用傘狀噴霧噴油嘴的渦流室燃燒系統後，功率提高10％，油耗降低8％，NOx排放降低10％，碳煙排放降低20％。
文檔編號F02B23/00GK101655029SQ200910308119
公開日2010年2月24日 申請日期2009年10月9日 優先權日2009年10月9日
發明者馮文奇 , 冷先銀 , 杜寶國 , 盛凱 , 陳火雷 , 隆武強 申請人:大連理工大學