专利名称：伞喷油膜燃烧系统的制作方法
技术领域：
一种采用伞喷油膜方式燃烧室是属于直接喷射式发动机的燃烧系统。
在现有技术中，公知的直喷式发动机的燃烧系统大都采用多孔喷油器与W型或四方形燃烧室相配合，组织空间雾化燃烧。这种燃烧方式一直存在着工作粗爆和排气冒烟的问题。它主要表现为最高燃烧压力和压力升高率较高。为了限制最高燃烧压力，传统的措施是控制滞燃期和滞燃期内的喷油量，但是带来的后果是有大量的燃油在着火之后喷入缸内，形成边喷油、边混合、边燃烧的极其复杂的火包油式的扩散燃烧，这就是冒烟的根源。为了限制后燃又不得不将着火点限制在上死点前5度曲轴转角以上，结果使发动机的压升率高、工作粗爆。上述燃烧的关键问题是油——气混合不均匀、空气利用率低。其原因在于燃油不易找到空气。这除与着火后喷油量过多直接有关外，还受到多孔喷油器的喷雾仅分布在局部空间的影响。
本实用新型的目的是设计一种燃烧系统，以便于有效地解决混合气形成不均匀的问题。该燃烧系统采用轴针式伞喷喷油器和燃烧室相配合。在缸内着火前，全部燃油以伞形细粒周向均匀地喷入燃烧室内。在喷油器斜置于缸盖内时，则以半伞形将细粒燃油喷入燃烧室内的外围，利用高速涡流，使油粒在燃烧室内外围均匀分布，并在一定程度上于外围壁面形成薄而匀的油膜分布。不论直立或斜立的喷油器，其喷射的油雾首先在上死点前进行预热混合，达到上死点或以后2～3°曲轴转角，才开始着火燃烧，以达到最高爆发压力接近压缩压力的近似等压燃烧，在此基础上适当提高压缩比，进一步提高经济性和起动性。这就是本实用新型所要遵循的热予混合三原则的伞喷油膜燃烧系统。
本实用新型技术解决方案是一种伞喷油膜燃烧系统，它主要由设置在发动机活塞顶部的燃烧室与伞喷喷油器组成。本技术方案的特殊之处在于在伞喷喷油器从缸盖底平面伸出的位置有一个导流环，伞喷喷油器的喷油端位于导流环的中心，上述导流环的直径dr＝(0.15～0.20)D，厚度tr＝4～5毫米，倾角α＝25～30度。
当伞喷喷油器直立时，采用浅盆形或浅W形，中间凸起的燃烧室，燃烧室上口的直径DK＝(0.7～0.8)D，深度HA＝(0.10～0.15)D，顶隙S0＝1毫米，采用浅盆形燃烧室时，燃烧室底面是平的，采用浅W形燃烧室时，中间凸起ha＝(0.3～0.4)HA。
采用轴针式伞喷喷油器。
当伞喷喷油器斜置时，采用收口形燃烧室，燃烧室上口的直径DK＝(0.4～0.5)D，下底直径DB＝(1.2～1.4)DK，深度HA＝(0.15～0.17)D，顶隙S0＝1毫米，喷油器安装位置离气缸中心的距离dn＝(0.05～0.07)D。
采用半伞形或过半伞形喷油器。
本实用新型技术解决方案的另一个特殊之处在于在缸盖底平面上的燃烧室中心处装一导流柱，导流柱的长度LA＝HA－(1～1.5)毫米，下端直径dc＝(0.2～0.25)Dk，喷油器离导流柱中心的距离dn＝(0.2～0.25)D。
采用收口形燃烧室，在安装喷油器的位置，燃烧室上有一圆弧形缺口，其半径R＝1.5C，燃烧室上口的直径DK＝(0.35～0.45)D，下底的直径DB＝(0.6～0.62)D，侧壁的锥角为120°，下底为平底结构，截锥型燃烧室的高度HA＝(0.18～0.22)D。
本实用新型的指导思想在于设置在发动机活塞顶部的燃烧室。通常有两种形式一种燃烧室适用于直立式或倾斜5°以内喷油器，无进气涡流；另一种燃烧室适用于斜立式(倾斜15°以上)喷油器，有较强的进气涡流。这两种燃烧室有明显的不同。用于直立式喷油器的燃烧室是一种平底或中部凸起较低的浅W形燃烧室。一般采用的相当于3毫秒滞燃角为射油提前角，使伞喷的油雾能落在燃烧室外围，形成一圈薄而均的油膜分布。用于斜立式喷油器的燃烧室，它的上口、侧壁和下底形成的圆弧过渡连接是为了在室内形成一定程度的挤流。燃烧室上口的直径远比下底的直径小，以满足不同燃烧方式的需要。斜立式喷油器位于缸盖上的位置设在燃烧室的一侧。为了喷油器喷射的需要，在活塞顶相对于喷油器处开了一个比喉口直径稍小的缺口，它与喉口相接处适当倒圆。使用的伞喷喷油器喷射油雾呈超半或半伞形，其喷出的油雾只能喷向燃烧室外围的一侧，而无油雾喷射到燃烧室中部。喷向缺口一侧的油雾，在涡流作用下，沿着外壁旋转，并在外围壁面上形成一层薄而匀的油膜。
为了发挥这两种形式燃烧室的效果，在缸盖上还装置了引导压缩空气流动的导流环或导流柱，以促进形成燃烧室内的挤流。对直立式喷油器，在缸盖上喷油器伸入气缸的端部装了导流环。对斜立式喷油器，因它的位置在燃烧室的一侧，当不便按导流环时，则在缸盖上直对燃烧室喉口的中部处装一个导流柱。
附图1是用于直立式喷油器装有导流环的伞喷油膜燃烧室。
附图2是用于斜立式喷油器装有导流环的伞喷油膜燃烧室。
附图3是用于斜立式喷油器装有导流柱的伞喷油膜燃烧室。
附图4是附图3的俯视图。
下面是本实用新型的实施例。通过对该实施例的描述和附图给出本实用新型的细节。
图1是用于直立式喷油器的伞喷油膜燃烧室。图中，D表示活塞直径，燃烧室〔1〕上面的直径DK＝(0.7～0.8)D，视机器速度及有关条件而定。例如开始射油时缸盖的底面离活塞顶的距离C是随着滞燃期及转速而定的。一般在伞喷条件下配合油膜的形式，滞燃期约为3毫秒，要求开始射出的油雾落到燃烧室凹坑外围壁面的上部。当活塞在上死点位置时，顶隙S0≈1毫米。燃烧室的深度HA＝(0.1～0.15)D。燃烧室底面可以是平的或稍凸起的，ha＜0.33HA。组织燃烧原则，应按上述C值确定，使开始喷射的油雾落到燃烧室凹坑外围壁面的上部直至射油结束，达到外围壁面上形成环形油膜的需要。
适应热予混合伞喷燃烧室的需要，在缸盖上喷油器〔2〕的下端装置了一个导流环〔3〕。当活塞上行接近上死点前，活塞顶上被压缩的空气从四周向中部流动时，由于环的引导，各个方面向中间流动的空气彼此不相碰，同时在环的作用下，向室内流动沿着由环的α角决定的方向，从而形成图示的挤流，促进油～气的混合。环的直径dr＝0.2D，环的导流倾斜角α≈30°。
图2的喷油器离气缸中心的距离较近，dn＝(0.05～0.07)D。燃烧室〔4〕上口DK较大，与燃烧室底宽DB与DK相差不大，Dk＝(0.4～0.5)D，DB＝(1.2～1.4)DK，侧壁较直约为60°。HA＝0.15～0.17)D，由需要的燃烧室容积VK而定。当活塞行至上死点前，喷油器开始射油时，缸盖底面跟活塞顶B的距离为C，它相当于滞燃期约为3毫秒的滞燃角时活塞位移的位置，顶隙S0＝1毫米。
缸盖上喷油器〔5〕的下端部套装一个导流环〔10〕，它的直径dr＝(0.15－0.20)D，厚度tr＝(4－5)毫米(D在φ150毫米以内时)D＞150毫米时，tr适当增长。
导流环的作用，在于使活塞顶上各方被压缩的空气向中部流动时互不相撞，在导流环的作用下，按导流环倾角α＝30°的方向，向下向外流动，从而形成S形挤流，有利于油气混合。
图3是用于斜立式喷油器装有导流柱的伞喷油膜燃烧室。
在图3和图4中，喷油器〔8〕离气缸中心的距离较远dn≈(0.2～0.25)D。燃烧室〔6〕中心可与气缸同中心，它是上口小、底部大的截锥形。上口直径DK＝(0.35－0.45)D，下底的直径DB＝(0.6－0.62)D。侧壁的锥角约为120°，下底为平底结构，截锥形燃烧室的高度HA＝(0.18－0.22)D，由燃烧室容积VK需要而定。当活塞行至上死点前，喷油器开始射油时，缸盖底面距活塞顶的距离为C，它相当于滞燃期约为8毫秒的滞燃角时的活塞位移的位置。顶隙S0＝1毫米。在相对于喷油器位置的中心，于活塞顶处开出一圆弧形缺口〔9〕。中心距气缸中心为dn。缺口圆半径R≈R′＝1.5C，应便于外围油雾在缺口侧面上形成油膜。
在缸盖中部正对着燃烧室〔6〕中心处，装一导流柱〔7〕，其长度LA＝HA－(1－1.5毫米)。dc＝(0.20～0.25)DK。导流柱的作用，在于使活塞顶面上各方被压缩的空气向中部流动时，互不相撞，在导流柱的作用下，气流向室内流动形成挤流。当活塞上行，导流柱下底面逐渐接近燃烧室底面。它下面的空气被压缩向外各方流出，使S形挤流逐渐加强，有利于油－气混合。
此种燃烧室使用的喷油器喷射时呈半伞形或过半伞形，使油雾在涡流作用下，沿外围壁面运动，部分油雾在壁上形成油膜，但无油雾射向燃烧室中部。
在图2和图3的方案工作时，进气涡流比大于2。
在本实用新型的效果是它提供了一种伞喷油膜燃烧方式并实行壁面油膜分布，从而延长滞燃期，得以进行着火前油－气热予混合。通过调整射油提前角得以取得着火点落在上死点后2～3°曲轴转角，因此在燃烧性能上取得明显效果。主要表现在空气利用率提高，排放改善，特别是NOX及微粒含量减少，烟度下降，并且发动机的油耗、爆压、排温、燃烧噪音等均有明显改善。
权利要求1.一种伞喷油膜燃烧系统，它主要由设置在发动机活塞顶部的燃烧室[1]与伞喷喷油器[2]组成，本实用新型的特征在于，在缸盖底平面上，有一个导流环[3]，伞喷喷油器的喷油端穿过导流环的中心。
2.据权利要求1所述的伞喷油膜燃烧系统，其特征在于，上述导流环的直径dr＝(0.15－0.20)D，厚度tr＝(4～5)毫米，倾角α＝25～30度。
3.据权利要求1所述的伞喷油膜燃烧系统，其特征在于，当伞喷喷油器〔2〕直立时，采用浅盆形或浅W形中间凸起的燃烧室〔1〕，燃烧室上口的直径Dk＝(0.7～0.8)D，深度HA＝(0.1～0.15)D，顶隙S0＝1毫米，采用浅盆形燃烧室时，中间凸起ha＝(0.3～0.4)HA。
4.据权利要求2所述的伞喷油膜燃烧系统，其特征在于，采用轴针式伞喷喷油器〔2〕。
5.据权利要求1所述的伞喷油膜燃烧系统，其特征在于，当伞喷喷油器〔2〕斜置时，采用收口形燃烧室〔4〕，燃烧室上口的直径DK＝(0.4～0.5)D，下底直径DB＝(1.2～1.4)DK，深度HA＝(0.15～0.17)D，顶隙S0＝1毫米，喷油器安装位置离气缸中心的距离dn＝(0.05～0.07)D。
6.据权利要求4所述的伞喷油膜燃烧系统，其特征在于，采用半伞形或过半伞形喷油器〔5〕。
7.一种伞喷油膜燃烧系统，它包括设置在发动机活塞顶部的燃烧室(6)与伞喷喷油器(8)，其特征在于，在缸盖底平面上， 装一导流柱(7)，导流柱的长度LA＝HA－(1～1.5)毫米，下端直径dc＝(0.2～0.25)DK，喷油器离导流环中心的距离dn＝(0.2～0.25)D，所述伞喷喷油器设置在燃烧室的一侧，其喷雾呈半伞形，且靠近燃烧室侧壁。
8.如权利要求7所述伞喷油膜燃烧系统，其特征在于，采用收口形燃烧室(6)，在安装喷油器(8)的位置，燃烧室(6)上有一圆弧形缺口(9)，其半径R＝1.5C，燃烧室上口的直径DK＝(0.35～0.45)D，下底的直径DB＝(0.6～0.62)D，侧壁的锥角为120°，下底为平面结构，截锥形燃烧室的高度为HA＝(0.18～0.22)D。
专利摘要一种伞喷油膜燃烧系统，由设置在发动机活塞顶部的燃烧室1与伞喷喷油器2组成，在缸盖底平面上，有一个导流环3，伞喷喷油器的喷油端穿过导流环的中心。对直立式设导流环，对斜立式设导流柱，有效控制压缩后期活塞顶上空气流动的方向，在室内形成适当较强的挤流。该燃烧系统两类均实行三点热预混合原则，着火前油气均匀预混合，上死点后开始着火，实现近似等压快速燃烧，以提高发动机经济性、动力性、稳定性和排放性。
文档编号F02B23/06GK2084518SQ8920924
公开日1991年9月11日 申请日期1989年7月8日 优先权日1989年7月8日
发明者胡国栋 申请人:胡国栋