专利名称：直喷柴油机燃烧装置的制作方法
技术领域：
本发明属于一种直喷式柴油机部件，特别涉及一种能实现直nl柴油机高效清洁燃烧的 燃烧装置。
背景技术：
随着世界石油资源日益枯竭和环境污染日益严重，柴油机高效清洁燃烧技术的研究一 直都是国际内燃机界研究的热点课题。上世纪90年代以来，柴油机燃烧理论研究更趋活 跃，针对未来超低排放、甚至零排放的排放法规，人们提出了不同的内燃机新型燃烧方 式，在各种新型燃烧方式中，以均质压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI)和低温燃烧过程(Low Temperature Combustion, LTC)最具代表性。无论是均质 压燃还是低温燃烧，都要求在自燃着火前形成合理分布的混合气；而在燃烧中后期，具 有快速的混合速率促使uHC和CO向C02的转化。但柴油的粘度大，挥发性差，如何在短 时间内(快速)制备并控制柴油混合气在缸内的分布成为高效清洁柴油机开发过程中的 核心难题。国内外的研究表明，柴油机中混合能量的来源主要有两个: 一是喷油系统提供的能量； 二是缸内气流运动提供的能量。提高其中任一者的能量都能有效促进混合过程。基于这 个原因，高压燃油喷射系统得到广泛的应用。目前，量产的喷油系统压力已经高达160MPa， 更高压(〉200MPa)的喷油系统也在积极开发中。高压喷射使射流具有高的动量，实现了 在喷油期间内的高的混合速率，柴油机NOx和微粒的排放得到大幅度的减小。但是，在 燃烧中后期，尤其是喷油结束后的期间内如何促进油/气、已燃气体/新鲜充量间的混合 速率成为进一步降低排放的障碍。另一方面，在柴油机中存在着不同程度的燃油撞壁现 象，尤其在中小缸径的柴油机中，当提高喷射压力以后，喷雾的贯穿度增加，油束撞壁 现象更是不可避免。油束撞壁后， 一部分动量损失掉，另一部分能量转化为沿着燃烧室 壁面发展形成壁面射流能量。在壁面摩擦和周围气体的阻力的作用下，壁面射流的速度 远远小于自由喷雾的速度，混合速率大大降低。而喷油过程尚未结束，导致燃油大量沉 积于壁面，形成厚约2 3 mm且离壁面越近的区域其混合气浓度越高的燃油堆积层。研 究表明，这种壁面喷雾的沉积和喷雾火焰的烊熄正是燃烧恶化的重要原因。如何促进壁 面射流的混合速率并改善这种不利的燃油分布方式成为燃烧系统开发中的迫切需求。本发明与发明人之前所申请的发明专利(公开号CN1414226A)的主要区别在于 CN1414226A发明专利中所发明的燃烧室特征为在燃烧室壁面上设有的突沿。而在本发 明的主要特征为燃烧室壁面上的引导弧及突变截面
发明内容
本发明的目的就在于克服上述现有技术方案中存在的不足，而提供一种直喷柴油机高 效低排放燃烧装置，该装置可实现燃烧中、后期缸内柴油和空气的快速混合并控制燃油 的空间分布，从而实现柴油机的高效、清洁燃烧。本发明的技术方案是-一种直喷柴油机燃烧装置，包括燃烧室，所述燃烧室为co型，燃烧室的内壁轴对称， 燃烧室内壁截面具有小曲率圆弧6，在燃烧室内壁截面上具有突变截面导流沿，所述截面 导流沿包括大曲率圆弧4和直线5，所述大曲率圆弧4的一端从小曲率圆弧6上引出，另 一端以直线5与小曲率圆弧6相连。 本发明具有以下优点1. 该燃烧装置将原本有害的燃油撞壁现象巧妙地通过壁面引导，并经突变截面的剥 离作用使喷雾撞壁能量得到有效利用，提供了一条在燃烧中后期，尤其是喷油结 束后的实现高混合率的有效方案；2. 本方案有效降低了壁面喷雾沉积的量从而减少了喷雾火焰的烊熄的比例，燃烧得 以改善；3. 壁面射流在突变截面导流沿的作用下，再次形成空间射流，与燃烧室内空气之间 形成剪切层，促使湍流强度增加，使混合率大大增强，燃油在缸内的分布更趋均 匀；4. 该燃烧装置对现代燃油喷射系统的适应性强。燃烧室本身具有燃烧中后期快速混 合的特性，结合高压燃油喷射系统，可以实现全历程高混合率的燃烧过程，降低 N0X和碳烟排放；5. 燃烧装置的混合速率快，因此可以推迟供油提前角，缸内的最大燃烧温度降低， 高温持续时间减小;.最大爆发压力和压升率下降，发动机的热负荷和机械负荷均 得到降低，适用于强化程度高的增压柴油机；6. 该燃烧装置只要改变活塞顶部的结构，不需要改变其他部件的结构。同时，对油 束间夹角的容差范围大，因此易于推广使用，具有广阔的产业化前景。
图1本发明实施例1燃烧室结构示意图； 图2本发明实施例2燃烧室结构示意图； 图3本发明燃烧装置的工作原理图。1.喷油嘴 2.缸盖下底面 3.活塞上底面 4.大曲率圆弧5.过渡直线 6.小曲率圆弧 7.燃油喷雾 8.突变截面导流沿具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。 本发明针对传统的"型燃烧室缺陷加以改进，图1为本发明实施例的结构示意图， 该图为本发明燃烧室的通过中轴线的截面图。以燃烧室内壁面上某个合适的地方(根据油束落点决定)为始点引出两段不同曲率的圆弧。其中曲率小的圆弧6构成传统的"型 燃烧室方案，而曲率大的圆弧4发展到合适的位置后，以直线5与小曲率圆弧6相连， 从而实现突变截面的燃烧室壁面结构。为了避免热应力集中，大曲率圆弧4与直线5以 适当的圆弧8平滑过渡。在本发明中将此结构称之为突变截面导流沿8。上述突变截面导流8沿可以根据发动机运行工况范围、排量大小以及与之匹配的喷油 系统(这些参数决定喷油持续期)而设计出多个突变截面导流沿，见图2。本发明在实际的直喷柴油机燃烧室壁面上通过不同曲率的圆弧巧妙地实现了截面的 突变，参见图3，从喷油器l中喷出的高压燃油油束7在撞到燃烧室壁面后，经壁面圆弧 引导在突变截面处脱离壁面，形成二次空间射流。二次射流在缸内诱导出一对旋向相反 的涡团。涡团大小与结构本身的几何尺寸具有相比拟的尺度。在导流沿燃烧室中，燃烧 过程由壁面射流的"半表面"燃烧转为二次空间射流时的"全表面"燃烧。在本实施例 中，与传统燃烧方案相比，在喷油结束时刻新方案中燃油混合区的平均当量比降低33.1 %。相比原始w燃烧室，燃烧后以g/kW' h计的N0x排放基本保持不变，而碳烟排放下 降则高达55%。在实际柴油机燃烧室中布置的突变截面的高度、方向、处于空间的位置与实际燃烧室 的形状、喷油嘴的油线夹角、喷雾锥角、喷射压力以及发动机的运行状态有关。通过优 化匹配喷雾的油线夹角、大曲率圆弧4的曲率以及圆弧4的发展终点，可以控制壁面射 流本身的长度和二次空间射流在空间所在的位置，实现全历程高混合率的燃烧过程，从 而实现高效清洁的柴油机燃烧过程。
权利要求
1.一种直喷柴油机燃烧装置，包括燃烧室，所述燃烧室为ω型，燃烧室的内壁轴对称，燃烧室内壁截面具有小曲率圆弧(6)，其特征在于，在燃烧室内壁截面上具有突变截面导流沿，所述截面导流沿包括大曲率圆弧(4)和直线(5)，所述大曲率圆弧(4)的一端从小曲率圆弧(6)上引出，另一端以直线(5)与小曲率圆弧(6)相连。
全文摘要
本发明涉及一种直喷柴油机燃烧装置，包括燃烧室，所述燃烧室为ω型，燃烧室的内壁轴对称，燃烧室内壁截面具有小曲率圆弧6，在燃烧室内壁截面上具有突变截面导流沿，所述截面导流沿包括大曲率圆弧4和直线5，所述大曲率圆弧4的一端从小曲率圆弧6上引出，另一端以直线5与小曲率圆弧6相连。本发明的燃烧装置可实现燃烧中、后期缸内柴油和空气的快速混合并控制燃油的空间分布，从而实现柴油机的高效、清洁燃烧。
文档编号F02B23/00GK101117910SQ20071005961
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者张晓宇, 苏万华, 裴毅强 申请人:天津大学