专利名称：二气门柴油机燃油均布混合与燃烧系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机的燃烧装置，特别是一种二气门柴油机缩口燃烧室的燃油均 布混合与燃烧装置。
背景技术：
为使柴油机性能优化，燃烧系统设计是关键，小缸径柴油机一般多为二气门结构 (进、排气门各一个〉，燃烧室由于受进、排气门、喷油器布置的空间限制，二气门中 心联线、燃烧室轴心线都须偏置于气缸中心线，喷油器轴线也需偏离燃烧室中心并以倾 斜角度布置，喷油嘴位置偏心使各喷孔的油束长度不等，同时倾斜布置使喷油量在燃烧 室分布可能不均，在柴油机气缸内的油气混合中，燃油在有效燃烧空间的分布对燃烧速 度和燃烧的完善产生很大的影响，从而影响柴油机动力性、排放性能。至今人们已提出 多种燃油在燃烧室内的分布方案，如在传统的直口燃烧室周向的油束分布已有等角度、 等圆弧、等面积的设计方案，而在燃烧室轴向，已有的设计从油线在燃烧室的落点高度 等分析燃油在燃烧室的分布，这些设计从不同研究思路去组织油气混合，使燃油在燃烧 室内与空气混合尽可能均匀，但柴油机喷油系统的研究表明喷油器的斜置使各喷孔的 燃油流量不等，因此发明者认为即使是等面积设计也并非是油气混合的周向(圆周方向) 均布设计，燃烧室的气缸轴向的油气混合和燃烧的优劣目前仍多采用单参数试验的方法 试凑进行，用柴油机最终性能结果确定设计方案。近年来对低排放要求所采用的縮口燃 烧室的油气混合分布的研究国内原创性工作较少，特别是对低排放设计，发明者认为必 须从时空概念研究燃烧室有效空间的油气混合和燃烧，因此完整的燃烧室空间燃油均布 方案尚未解决，定量的空间均布设计仍有一定的难度， 一直是人们期待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种二气门柴油机燃油均布混合与燃烧系统，它是能使二气门 柴油机在取得优良动力性的同时，能有效降低柴油机排放的四冲程柴油机燃油与空气在 有效燃烧空间均匀混合并快速完善燃烧的燃烧系统。
实现上述目的的本发明技术方案如下二气门柴油机燃油均布混合与燃烧系统，具有安装在气缸盖上的喷油器以及进排气道，进排气道下方为活塞，气缸盖底面与活塞顶 面间为燃烧室，其特征是，进气道为螺旋式进气道，在喷油器与进气道的下方的燃烧室 内设置有一缩口凹坑状中间突出的燃烧室，喷油器倾斜安装在气缸盖上，喷油器的头部 伸出气缸盖底面一定高度，并对着燃烧室。
本发明的二气门柴油机气缸盖上设置的进气道为旋流结构，在燃烧室上方的凹坑形 状沿气缸轴向为縮口《型燃烧室，进气方式有自然吸气和不同增压度的设计方案，不同 方案发动机燃烧室缩口率(燃烧室上口径与最大直径之比) 一般为0.82到0.90，喷油 器中心与燃烧室中心间的偏心一般不大于8%燃烧室縮口 口径，喷油器的油嘴头部喷孔 一般为4到8个，各喷孔喷出的油束轴线形成一个锥体与燃烧室中心的凸台形状相匹配， 形成的锥体在轴向将有效燃烧空间(活塞顶部凹坑和凹坑上口对应的余隙空间)分为上 下两部分，通过参数设计使燃油油束在轴向和周向均匀分布，保证燃油在燃烧室有效燃 烧空间内实现等过量空气系数分布，通过油气混合均匀来实现快速、完全燃烧。
燃烧室轴向设计通过气缸盖、燃烧室、喷油嘴参数设计，喷油器各喷孔的油束轴 线形成的锥体罩着的下半部分空间容积与有效燃烧空间容积的容积比控制在56 %左右 (活塞位于上止点位置时，不同的燃烧室缩口率，容积比变化在±3%)，能实现燃油在 有效燃烧空间的轴向均布方案，柴油机综合性能最优。燃烧室"型縮口率值小，此容积 比取大值。因为喷油的油束沿燃烧室斜壁着壁，缩口率值小，燃烧室斜壁与油束的轴线 夹角变小，燃油着壁后油束锥体的下半部分空间的燃油量变多，容积比取大值使下部空 气量多，保证轴向油气混合的比例均匀。
燃烧室周向设计喷油器各喷孔的油束中心线在活塞顶部凹坑最大直径的投影将投
影面积分为与喷孔数相同的几部分。由于二气门结构，喷油器倾斜安装，各喷孔轴线与 喷油器轴线间形成的夹角不等，造成燃油流阻不同，各喷孔喷油量不等，喷孔轴线与喷 油器轴线夹角大，此喷孔的喷油量多。为实现燃油在燃烧室有效燃烧空间均布，对喷油
嘴、燃烧室参数的设计是相邻的油束中心线与燃烧室凹坑圆弧形成的投影面积与两喷
孔喷油量大小成正比例，其比值对一个柴油机燃烧系统而言为定值。当喷油器安装倾斜 角确定，喷油器用喷油嘴的各喷孔轴线与喷油器轴向夹角确定，各喷孔的喷油量差值(已
有研究表明此值最大可达±15%)就能确定，根据此差值大小确定油线在燃烧室的分布，
实现燃烧室的周向油气混合的均布设计。
4上述所述措施使燃烧室内燃油在燃烧室轴向与周向实现等过量空气系数的油气均布 设计，通过喷油的高喷射压力和进气涡流的气流运动作用，使缸内油气混合均匀，燃烧 速度加快，持续期短，燃烧及时，故可实现快速、完善的燃烧，可取得优良的动力性和 经济性，同时通过优化喷油时间，降低柴油机有害排放。因此应用本发明能优化发动机 的综合性能，使发动机在获得优良动力的同时降低污染排放。本发明已在单缸柴油机和 四缸轻型车用柴油机进行试验研究。实施本发明的一款H24单缸柴油机按本发明设计 燃烧系统，使油气混合优化，燃烧改善，柴油机性能的试验结果表明保持柴油机标定 功率不变，柴油机排放和烟度较原机明显下降，CO从原机的3.98下降到2.02g/kWh， HC从原机1.21下降到0.62g/kWh， NOx基本不变，烟度从原机3.2下降到1.8 FSU，同 时燃油消耗率较原机还下降了 4.5g/kWh，顺利达到国内最为严格的低速汽车柴油机的 新排放标准要求。
图l是本发明的结构示意图。
图中，i活塞销，2.活塞环，3.气缸套，4.进气道，5.缩口"型燃烧室，6.喷油器，
7. 气缸盖，8.活塞，El为压縮余隙。
图2是本发明的工作原理图。
图中，11， 12， 13， 14, 15是喷油器喷孔喷油的中心线，6.喷油器，7.气缸盖，
8. 活塞，21为气缸中心线，31为燃烧室中心线，41为喷油嘴中心线，0为气缸中心， O,为燃烧室中心，02喷油嘴中心，E为喷油嘴相对燃烧室的偏心距。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步描述。
二气门柴油机燃油均布混合与快速燃烧系统，结构图见图l，具有安装在气缸盖7 上的喷油器6以及旋流式进气道4，气缸盖7底面与活塞8顶面与气缸套3组成燃烧室， 在喷油器6与进气道4的下方、活塞顶上方设置有一凹坑状的燃烧室5，喷油器6的头 部伸出气缸盖7底面并对着燃烧室5。喷油器轴线与燃烧室中心线夹角为10到23度不 等。图2是本发明的工作原理图，21为气缸中心线，31为燃烧室中心线，41为喷油 嘴中心线，由于进排气门与喷油嘴头部要布置在活塞8的直径内，喷油嘴喷油在燃烧室 内分布尽可能油线等长，造成活塞8顶部的縮口"型燃烧室偏心，结构设计使喷油器6 中心02与燃烧室中心Ch有一喷油器偏心E，燃油喷射在燃烧室内，有效燃烧空间容积 V如图中剖面线部分，它约占燃烧室容积的82到95%左右，是燃油与空气混合、燃烧 的主要空间。它的构成是气缸盖7的底面与活塞8顶部表面间有一气缸余隙E1，在 活塞8顶部的燃烧室縮口上面形成部分有效燃烧空间容积和活塞8顶部的縮口"型燃烧 室空间。喷油器为多孔，图2给出一个5孔喷油器的示例，喷孔喷出的油束中心线形成
锥体，将有效燃烧空间容积分为上部容积V,和下部容积V2， V2/V的比值即为容积比，
研究发现此值为56%左右，燃烧室内轴向油气混合、燃烧达最佳化。喷油油束在燃烧室 的落点分别为图2中的11， 12， ...， 15，喷油器6安装角确定，喷油嘴的各喷孔喷油 量差异和喷孔与喷油器轴线夹角的关系由喷油系统研究结果的资料中可获得，通过喷油 嘴、燃烧室参数设计，使图2中11-02-12形成的面积A,2， 12-02-13形成的面积A23，…， 15-02-11的形成的面积As,与相应喷孔喷油量的比值为定值，使周向内燃油与空气的混 合比相等的设计原则。
本发明按上述设计，采用旋流式进气道，通过喷油器、活塞、气缸盖的参数设计， 使燃油在燃烧室内轴向、周向都均匀分布，在喷油系统高喷射压力和进气涡流的作用， 缸内油气混合均匀，燃烧速度加快，持续期短，燃烧及时，实现了高效快速燃烧，达到 了提高发动机功率和降低有害排放物的目的。
权利要求
1、一种二气门柴油机的燃油均布混合与燃烧系统，包括安装在气缸盖上的喷油器以及进气道，进气道下方为活塞，气缸盖底面与活塞顶面间为燃烧室，其特征是，进气道为旋流进气道，在喷油器与进气道的下方、活塞顶上方设置有一凹坑状的缩口ω型燃烧室，喷油器的头部伸出气缸盖底面并对着燃烧室；通过气缸盖、喷油器、燃烧室参数设计，使燃油与空气在有效燃烧空间内沿轴向与周向按一定的规则实现均匀分布，实现有效燃烧空间内等过量空气系数的油气混合设计。
2、 根据权利要求1所述的二气门柴油机的燃油均布混合与燃烧系统，其特征在于-喷油器各喷孔油束中心线形成一个锥体在轴向将有效燃烧空间分为上下两部分，活塞位 于上止点位置，锥体罩着的下半部分空间容积与有效燃烧空间容积之比为56±3%之间。
3、 根据权利要求1所述的二气门柴油机的燃油均布混合与燃烧系统，其特征在于-喷油器各喷孔油束轴线在活塞顶部凹坑最大直径的投影将燃烧室分为与喷孔数相同的 几部分；各部分面积与相邻两喷孔喷油量大小成比例，且此比值对一个柴油机燃烧系统 而言为定值。
全文摘要
本发明涉及一种二气门柴油机的燃油均布混合与燃烧装置设计方案。它有安装在气缸盖上的喷油器以及进气道，喷油器与进气道的下方为燃烧室，进气道为旋流式进气道，在活塞顶上方设置有一凹坑状的缩口ω型燃烧室，喷油器的头部伸出气缸盖底面并对着燃烧室。通过气缸盖、喷油器、燃烧室参数设计，使燃油与空气在有效燃烧空间内沿轴向与周向按一定的规则实现均匀分布，实现有效燃烧空间内等过量空气系数的油气混合设计，在喷油系统高喷射压力和进气涡流的作用下，缸内油气混合均匀，燃烧速度加快，持续期短，可推迟喷油，实现低排放的高效快速燃烧。应用本发明能优化发动机的综合性能，达到了提高发动机功率和降低有害排放物的目的。
文档编号F02B23/00GK101451463SQ20081024365
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年12月5日
发明者刘胜吉, 尹必峰, 建 王 申请人:江苏大学