高低型双涡流室双缩口燃烧室的制作方法

本发明涉及的是中小型增压中冷直喷式柴油机领域，具体涉及一种高低型双涡流室双缩口燃烧室。

背景技术：

柴油机内的“油-气-室”匹配直接影响了混合气的生成，进而直接关乎柴油机的动力性与排放性。燃烧室的形状是“油-气-室”匹配的基本载体，决定了匹配程度的上限。

当前大部分的直喷式柴油机采用深坑型缩口燃烧室，在压缩上止点前后缩口处将会形成挤流与逆挤流。当挤流与燃烧室中的水平涡流形成作用便形成了斜轴涡流。这虽有利于燃料的雾化、蒸发、空气混合，但是增压柴油机贯穿距离短，燃烧室的底部的涡流与空气却难以被利用。这导致了普通型缩口燃烧室的nox与soot（碳烟）排放偏高。

目前的双层分流燃烧技术能够将燃料分流，增大喷油的贯穿距，将燃料导流并分层燃烧。这扩大了燃烧范围，降低缸内平均温度，减少nox的生成，但是由于碰壁的原因，将会在壁面产生较多的soot。一般的双层分流燃烧技术，比较注重水平方向的涡流，而不注重纵向的滚流。

技术实现要素：

本发明的目的是公开一种能够持久而高效地利用纵向滚流和水平涡流来改善油气混合进而提高功率减少有害物排放的偏置型分流燃烧室。

本发明的目的实现方法如下：

所述燃烧室分为两个高低布置的涡流室，上涡流室呈圆环型，缩口为圆弧状，下涡流室则如普通型缩口燃烧室，底部也为圆弧。由于在贯穿距离较短的增压柴油机中，燃烧主要部位发生在燃烧室上部。下涡流室的空气利用率偏低，湍动能作用较小，所以本发明通过增加上涡流室的空气总量与湍动能来改善油气混合。

在压缩冲程时，由于上涡流室特殊的构造，将会在压缩上止点附近形成纵向旋转的滚流。由于上涡流室为圆弧型缩口，并且相较于下涡流室距离燃烧室中心线较远，加上增压中冷螺旋式进气与燃烧室偏置等原因，在上涡流室形成了整个燃烧室内线速度最大的涡流，由于离心力的的作用，在上涡流室纵向旋转的滚流也随着曲轴中心线旋转，这就使得纵向旋转的滚流变得持久。上涡流室的环型结构还使得其中的水平涡流在压缩冲程的中后期与一整个燃烧期都保持着缸内最大的水平旋转速度。

此外，在压缩冲程时上涡流室可以保存高速旋转的新鲜空气，这将有利于油气的快速与均匀地混合。同时，较大的上涡流室的存在，使得燃烧室上部的空间变大，空气总量增加。因燃烧的主体部分发生在燃烧室上部，这有利于减小燃烧室上部的平均温度，从而降低nox的产生。到了后燃期，上涡流室高速旋转的空气将急燃期产生的soot进行氧化，改善后燃期燃烧。这实现了soot的减排目的。上涡流室的圆弧型缩口还能够减少进入余隙容积的燃料，降低在压缩上止点由于隙效应所造成的燃烧不充分。

鉴于上下涡流室的分界脊具有燃料导向性，本发明在一定程度上也实现了分级燃烧。

弧顶锥台的中心线与燃烧室中心线距离为δ，即燃烧室的偏置量。偏置能够增强涡流的水平旋转速度。

本发明的有益效果为：该燃烧室不仅能够在上涡流室形成持久的纵向滚流与具有较大线速度的水平涡流，还能形成“飞轮效应”：在压缩时期储存空气，为后燃期提供氧气。配合适当的喷油夹角能够实现同时降低nox与soot的目标。

附图说明：

图1为本发明的构造图；

图2a为高低型双涡流双缩口燃烧室的纵向涡示意图；

图2b为分流式单缩口燃烧室的纵向涡示意图；

图2c为大涡流室燃烧室的纵向涡示意图；

图2d为普通型燃烧室的纵向涡示意图；

图3为喷油前后本发明与三种常用燃烧室的水平速度分布；

图4为20°atdc时本发明与三种常用燃烧室的氧气质量分布对比；

图5为本发明与其他三种常用燃烧室缸压图；

图6为本发明与其他三种常用燃烧室nox排放对比；

图7为本发明与其他三种常用燃烧室soot排放对比；

图8为本发明中上下涡流室半径比不同时的nox排放特性；

图9为本发明中上下涡流室半径比不同时的soot排放特性。

其中：1-上涡流室顶部曲面；2-上涡流室；3-导流斜面；4-上下涡流室分界脊；5-下涡流室；6-圆顶锥台。

具体实施方式

本发明的基本构思是将偏置型燃烧室设计成高低分布的两个涡流室，利用上涡流室的圆弧形缩口强化燃烧室内的滚流与涡流，使得油气混合迅速而均匀。并且利用上涡流室的“飞轮效应”为后燃期提供氧气减少soot排放。同时上下涡流室分界脊能够实现部分燃料的分流燃烧。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

具体实施方式一：

如图1所示：一种高低型双涡流室双缩口燃烧室，燃烧室纵剖图呈蝴蝶状，燃烧室分为上下分布的两个圆弧型缩口涡流室，所述燃烧室中心为弧顶圆台。

燃烧室偏置，偏置量δ为4mm。

上、下涡流室的圆弧缩口半径比r/r为0.3。

上下涡流室之间拥有一个分界脊,分界脊的顶端圆角直径为4mm。

上涡流室与分界脊之间有一段导流斜面，导流斜面与上涡流室的圆弧相切。

上涡流室与活塞顶部之间有一个上涡流室顶部曲面，顶端为圆角直径为3mm；圆角低于活塞顶部。

所述燃烧室的径深比l/d为3.0。

具体实施方式二：

如图1所示：一种高低型双涡流室双缩口燃烧室，燃烧室纵剖图呈蝴蝶状，燃烧室分为上下分布的两个圆弧型缩口涡流室，所述燃烧室中心为弧顶圆台。

燃烧室偏置，偏置量δ为5mm。

上、下涡流室的圆弧缩口半径比r/r为1.3。

上下涡流室之间拥有一个分界脊,分界脊的顶端圆角直径为2mm。

上涡流室与分界脊之间有一段导流斜面，导流斜面与上涡流室的圆弧相切。

上涡流室与活塞顶部之间有一个上涡流室顶部曲面，顶端圆角直径为2mm；圆角低于活塞顶部。

所述燃烧室的径深比l/d为3.2。

实施方式三：

与实施方式一的区别在于，上、下涡流室的圆弧缩口半径比r/r为0.7。

实施方式四：

与实施方式一的区别在于，上、下涡流室的圆弧缩口半径比r/r为1。

图2为本发明与几种常用直喷式燃烧室在上止点前的纵向速度场。本发明中的“高低型双涡流双缩口燃烧室”能够形成最大的纵向涡（持续旋转的滚流），这与上涡流室的圆弧缩口直径有关。普通型燃烧室虽然也有强烈的挤流却未能形成明显的纵向涡（持续旋转的滚流）。其余两种燃烧室虽然形成了纵向涡（持续旋转的滚流）但是时间不长，通过计算得出“高低型双涡流双缩口燃烧室”的上涡流室形成的纵向涡（持续旋转的滚流）持续时间最长。

图3为喷油前后本发明与几种常用直喷燃烧室的水平速度分布对比。本计算采用的喷油启停角为12°btdc与8°atdc。在开始喷油时，即12°btdc，本发明“高低型双涡流双缩口燃烧室”与另外三种常用直喷式燃烧室喉口出均有绕燃烧室中心线高速旋转的涡流。在喷油结束时，即8°atdc，高低型双涡流双缩口燃烧室”上涡流室还留着极高的涡流速度。而其余燃烧室中涡流速度最大处已经在余隙容积位置上。在喷油前与喷油时，高速旋转的涡流使得油气混合更加迅速与均匀，这能够优化燃烧，减少有害物的生成并提高功率。在后燃期曲轴转角为20°atdc时，本发明“高低型双涡流双缩口燃烧室”的上涡流室依然保持着较高的旋转速度。这能够为后燃期供氧提供动力并平均缸内温度。从而缩短后燃期降低有害物排放。

图4为曲轴转角为20°atdc时本发明“高低型双涡流双缩口燃烧室”与几种常用燃烧室的氧气质量分布对比，在相同燃烧室体积下，减小底部难以利用的空间，相对来说就增加了燃烧室上部的氧气总量。“高低型双涡流双缩口燃烧室”中上方的缺氧范围最小，在上涡流室中还拥有大量的氧气，并且在不断地与富氧地区交换氧气，为后燃期的soot氧化提供了条件。

图5为四种燃烧室的模拟缸压图，可以看出底部大涡流燃烧室的压力峰值点最低，本发明高低型双涡流双缩口燃烧室与普通分流式燃烧室的缸内压力均比普通型燃烧室高，这也证明了说明上涡流室的“飞轮效应”能够改善油气混合从而提高功率。

图6与图7为本发明高低型双涡流双缩口燃烧室与其他燃烧室的nox与soot排放对比。本发明高低型双涡流双缩口燃烧室同时表现出了最低的nox与soot排放，结合图5可知，在适当的条件下高低型双涡流双缩口燃烧室不仅能够提高功率，还能够实现减排目的。

图8与图9为本发明高低型双涡流双缩口燃烧室，在不同高低涡流室半径比时的nox与soot排放特性，在r/r=0.7与r/r=1.0时效果较好。