直噴式柴油機的製作方法

2023-09-18 00:24:25

專利名稱：直噴式柴油機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直噴式柴油機。
現有的直噴式柴油機，儘管具體的設計參數千差萬別，但其基本的燃燒原理是柴油噴霧的擴散燃燒，即在柴油機壓縮衝程的終點，高壓柴油經噴嘴上的噴孔噴出，噴出的油束，自燃著火後形成一個擴散燃燒的火炬。其燃燒是濃預混合氣自燃著火和化學當量比下的擴散燃燒，且由於油束擴散燃燒形成了濃度、溫度極不均勻的性質，使火焰區的濃度大體等於化學劑量比，溫度高達2700°K，而燃燒室內總體平均溫度只有1300°K。上述原因造成了柴油燃燒後形成大量碳煙和NOx等有害排放物，並且降低了柴油機效率。
本發明的目的是提供一種能降低燃燒後排放物中的碳煙和NOx濃度，並提高燃燒效率的柴油機。
本發明的目的是通過如下技術方案予以實現的。
本發明直噴式柴油機，包括氣缸、氣缸蓋及設在其上的噴油嘴、活塞以及燃燒室，所述的燃燒室底部設有一凸出的錐形體，錐形體底部外側設有圓環狀凸臺，凸臺外側設有圓環狀混合室，所述的噴油嘴上設有多個噴油孔。所有的噴孔軸線布置在一個假想的錐面上，該錐面中心線與燃燒室錐形體的中心線重合，所述的噴油孔的軸線延長線與燃燒室錐形體錐面的夾角為10°～30°。
所述的圓環狀凸臺橫截面為有圓角的矩形，高度為1～2mm。
與現有技術相比本發明有如下有益效果。
現有直噴式柴油機是柴油噴霧的擴散燃燒，在自燃著火過程中，混合氣的空燃比為0.25～0.5，過濃的混合氣形成大量碳煙，著火之後火焰區的空燃比大約為理論空燃比，此時生成的NOx最高。而本發明利用柴油噴霧與燃燒室圓錐臺撞擊，以及環狀凸臺的幹擾作用使柴油噴霧與燃燒室壁面剝離，形成高湍流混合率的二次稀混合燃油射流，此射流的混合率比現有的燃燒系統的壁面射流混合率提高40倍以上，使其空燃比控制在0.6～0.8，從而可大幅度減少碳煙和NOx的生成，實現超低排放，當採用高增壓和電控高壓(高於1000bar)燃油噴射系統時，採用本發明的柴油機NOx排放可低於2g/hp-h，微粒排放可低於0.05g/hp-h。並且隨著碳煙和NOx的減少，柴油的燃燒效率也相應地提高，這樣就可提高柴油機的效率。
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。


圖1是本發明的直噴式柴油機局部示意圖；圖2是本發明的直噴式柴油機的燃燒系統的結構示意圖。
在圖1中，本發明的直噴式柴油機包含有氣缸10，活塞12，氣缸蓋14，噴油嘴7，燃燒室1及噴油嘴7的噴油孔8。本發明的燃燒系統是在帶收口的ω型燃燒室基礎上改進形成的，圖2中1是燃燒室，在其底面中心有一凸出的錐形體4，在錐形體4底部的外側設有圓環狀凸臺3，凸臺3的橫截面為有圓角的矩形，高度為1～2mm，當然其橫截面也可為其它形狀，如梯形、三角形、半圓形等，有凸臺3的外側設有圓環狀混合室2，凸臺3與混合室2之間光滑連接，在錐形體4上方是噴油嘴7，噴油嘴7設有噴油孔8，噴油孔8的數目在5個以上，噴油孔8部設在一個假想錐體的錐面上，該錐體的軸線與燃燒室及錐形體4的軸線重合，且從噴油嘴7中噴出來的油束形成錐形，該錐形的錐頂角的角度小於錐形體4的錐頂角角度，這樣才能保證噴出的油束將噴射在錐形體4的錐面上，油束在燃燒室的撞擊點必須在圓環狀凸臺3的內側，油束與錐形體4錐面的衝擊角為10°～30°，噴孔到撞擊點的距離為17～23mm。
本柴油機的燃燒系統當柴油從噴孔中噴出之後，柴油噴霧存在一個逐步破碎為油滴和蒸發的過程，在開始階段幾乎就是一個液柱，僅有少量柴油蒸汽分布在液柱周圍，當這個柴油噴霧與錐形體4錐面撞擊之後，將迅速轉變為沿錐面向外發展的壁面射流，這個壁面射流在圓環狀凸臺3的擾動下，與燃燒室壁面分離形成二次空間射流，這個二次空間射流的湍流混合率可驟然提高到壁面射流的40倍以上，因此形成為稀的二次預混射流。當活塞在壓縮過程中上行到接近上止點時，上止點前20～30°CA，在活塞的擠壓下空氣進入燃燒室，並在圓環狀混合室2內形成強烈的空間旋轉運動(擠流環渦運動)，二次稀預混射流與活塞形成的空氣擠流運動相撞，而且其發展受到活塞圓環狀混合室2的限制，從而在混合室內形成稀的預混合氣，其燃燒能有效地降低碳煙和NOx的生成。
該燃燒系統需要組織一定的空氣渦流運動，渦流比為1～2，噴油孔數越多，渦流比越小。燃油著火之後，噴油停止之前，上述二次射流的形成過程持續進行，燃燒室內的空氣渦流所形成的離心力和浮力，將把燃燒產物推向燃燒室中心，而把新鮮空氣推向燃燒室外側圓環狀混合室，並與燃油的二次射流混合，由於二次燃料射流引起的高湍流混合率克服了傳統柴油機燃油噴霧燃燒固有的部分區域燃料過濃，部分區域燃料過稀的問題，從而可以大幅度減少碳煙和NOx的生成。
權利要求
1．一種直噴式柴油機，包括氣缸、氣缸蓋及設在其上的噴油嘴、活塞以及燃燒室，其特徵在於所述的燃燒室底部設有一凸出的錐形體，錐形體底部外側設有圓環狀凸臺，凸臺外側設有圓環狀混合室，所述的噴油嘴設有多個噴油孔，所述的噴油嘴噴孔軸線設置在一個假想錐體的錐面上，該錐體中心線與燃燒室錐形體的中心線重合，所述的噴油孔的軸線延長線與燃燒室錐形體錐面的夾角為10°～30°。
2．根據權利要求1所述的直噴式柴油機，其特徵在於所述的圓環狀凸臺橫截面為有圓角的矩形。
3．根據權利要求2所述的直噴式柴油機，其特徵在於所述的圓環狀凸臺高度為1～2mm。
全文摘要
本發明公開了一種直噴式柴油機,它在燃燒室底部設有一凸出的錐形體,錐形體底部外側設有圓環狀凸臺,凸臺外側設有圓環狀混合室,所述噴油嘴設有多個噴油孔,形成二次空間預混射流。二次稀預混射流與活塞形成稀的預混合氣。本發明的柴油機能有效地降低碳煙和NOx的生成,顯著提高燃燒效率。
文檔編號F02B23/06GK1307180SQ0010046
公開日2001年8月8日 申請日期2000年2月2日 優先權日2000年2月2日
發明者蘇萬華, 林榮文 申請人:天津大學