专利名称：热预混合油膜燃烧系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于直喷式燃烧室柴油机的热预混合燃烧系统，特别是喷油器带导流环的热预混合燃烧系统。
在现有技术中，公知的柴油机在活塞上行时，活塞顶上的环形空气被压缩成向气缸中心流动的气流，并相互撞击造成流动损失。同时，给向外喷射的油束一阻力，从而妨碍其向外喷射，特别是细油粒，故使喷油器设计孔数少，孔径大，油粒粗，以抵抗这种阻力。这就是长期以来多孔喷油器的喷孔数少的主要原因。
为了消除气缸中心气流相互撞击造成的流动损失及其对油束的阻力，本发明人在中国专利88100693.9中提出了一种装于柴油机直喷式燃烧室内的导流环。该导流环具有导流面，将气流导向需要的方向，从而减少了气流之流动损失和对油束之阻力。但由于在该发明中，导流环是相对传统的孔数少，孔径大，油粒粗的喷油器而提出来的。尽管其用在传统喷孔之喷油器上产生积极效果，但由于没有认识到导流环的另一方面更显著的作用，从而限制了其作用的发挥。
本发明之目的就是在于提出一种与上述导流环更有效地配合使用的预混合油膜燃烧系统。
本发明之目的是这样实现的，在由缸盖、缸套、活塞围成的燃烧空间中，燃烧室设置于活塞头部，带导流面的导流环固定在缸盖围成燃烧空间的平面上，本发明所述的喷雾粒子细喷射期短的喷油器头部穿过该导流环，伸入燃烧空间或燃烧室中，与该导流环进行更有效地配合，以实现预混合油膜燃烧。
众所周知，在传统的燃烧系统中，由于空气相撞击及流动阻力的妨碍，喷雾油粒子粗，又由于滞燃期很短，油粒子无法蒸发完毕形成预混合气，故其中之燃烧大都是扩散性燃烧，从而使排放及经济指标均不理想。但本发明之燃烧系统一改传统燃烧系统之扩散燃烧为预混合燃烧，使发动机之排放，经济性及爆发压力均得到极大之改善。
由于导流环之存在，燃烧空间这气流被挤压向中心流动，并被导流环之导流面引导向互不干扰的缸盖下方的一定方向流动，并在燃烧空间或燃烧室之外围形成一低压区。由于这一低压区的存在，燃烧空间或燃烧室中部的空气就向外流动，从而帮助油雾向外流出而不受压抑。故使油雾得以与充裕的外围空气充分地均匀混合，喷油器之喷雾粒子就可细化，而不应担心象传统喷油器那样，喷雾粒子细了，喷不出去，聚集在中部，从而使燃烧恶化的危险。这就为采用极细喷雾粒子的喷油器创造了条件。
另一方面，本发明之喷油器将一部分燃油喷射到燃烧室壁面上，形成均匀而薄的油膜，一部分油均匀地散布于燃烧室空间。由于喷雾粒子细，其与空气之混合就盯对均匀稀薄，从而滞燃期长。再增加单位时间的喷油量，缩短喷射期(这在本发明之细粒子短喷射期喷油器上是很容易实现的)，使喷油在滞燃期内结束。
由上分析可知，由于油雾与空气均匀混合，从而着火前燃空混合器基本上处于预混合状态;又由于滞燃期长，故着火点可选择在上死点或其后某一角度，如2或3度(曲柄转角)，使爆压近似压缩压力，实现近似等压燃烧，并消除了传统预混合燃烧工作粗爆之危险。
本发明之细粒子喷射期短的喷油器可采用超多孔喷油器或伞喷喷油器，所述超多孔喷油器来说，其喷孔至少比传统喷油器喷孔多一倍。对小型发动机而言，喷孔至少为8个，最好为8-16个;对中大型机而言，喷孔至少为16个，最好为16-30个。所述伞喷喷油器包括大喷角喷油器与小喷角喷油器。大喷角喷油器的喷射角为100度至160度，大喷角喷油器的喷射角为30度至80度。
所述导流环选择以下结构参数较优导流面相对于气缸盖底平面成向外倾斜状，其角度α＝45°至65°。用于气缸直径D＝150至250毫米的柴油机中，导流环的直径d1＝14至20毫米，厚度h＝3.5～4.5毫米。导流环可随缸径大小而适当放大或缩小。
由上述可看出，本发明之燃烧系统由于采用预混合燃烧，故燃烧较完善，故经济性好，排放低，又由于采用近似等压燃烧，故压升小，爆压低，并解决了传统发动机爆压与经济性二者之间之矛盾。为柴油机组织燃烧研究开辟了一条新途径。
图1是本发明的预混合油膜燃烧系统结构示意图;
图2是本发明之导流环之结构图;
图3本发明之导流环与伞喷喷油器组成的燃烧系统示意图。
图4是本发明之导流环与小喷角伞喷油器组成的燃烧系统示意图。
下面结合附图对实施例作进一步说明。
如图1所示活塞2装在缸套7中，缸盖1装在缸盖上方与缸套紧紧接触实现密封，燃烧室5设置在活塞顶部并与缸套、缸盖、活塞一起围成一燃烧空间。导流环4装在缸盖底平面上，喷油器3装在缸盖上，喷油器头部穿过导流环伸入燃烧空间或燃烧室，将燃油部分喷向燃烧室空间，部分喷到燃烧室壁面形成均匀而薄的油膜。本发明所采用的喷油器为喷雾粒子细喷射期短的喷油器，例如超多孔喷油器和伞喷喷油器。超多孔喷油器的孔至少比传统喷油器的孔数多一倍，对小型发动机而言，孔数至少为8个，最好是8至16个。对中大型机而言，孔数至少为16个，最好是16至30个。所述超多孔喷油器之孔径比传统喷油器小，至少小1/3，从而喷雾粒子细。由于导流环4之作用，缸内气流从中部向外围低压区运动，并将细的油雾粒子带离中部，所以中部之油粒浓度相对降低，并趋向于与外围浓度相一致，最终使整个燃烧室内燃空混合气处于基本预混合状态，再进行燃烧。传统的喷油器是不可能做到这一点的，从而这也是本发明之关键所在。
如图2所示志流环4有一中孔，允许喷油器从中伸出，带有一与气缸盖底面相连接的连接面，导流环之底部为锥形或平面形，锥形最好;导流环外圆周面为斜的导流面，相对气缸盖1成向外倾状，倾角α最好为45°～65°，以引导气流C向图2中所示B向流动。所述导流环最大直径为dr，厚度为h，导流倾面的上下边缘各有一小园周，周角半径r≥0.05毫米。对缸径小于150毫米的柴油机而言，dr＝14毫米，h＝3～3.5毫米，但随缸径之增大或减少，这两具值可适当增大或缩小。
上面结合超多孔喷油器说明了本发明之燃烧系统。但本发明不仅之适用超多孔喷油器，只要喷油器喷出的粒子细，分布更均匀，喷射速度更快，以便于达到预混合燃烧之条件，则这些喷油器均可用，例如伞喷喷油器。由于伞喷喷油器之喷雾极细且均匀，其显示了与导流环配合使用更良好的性能。
图3示出了系统环与伞喷喷油器的组成的燃烧系统。所述导流环结构参数不变，将其装在伞喷喷油器上，并伸入燃烧空间。所述伞喷喷油器包括两种，即大喷角伞喷喷油器和小喷角伞喷喷油器。所述大喷角伞喷喷油器之喷射角为100-160度，所述小喷角伞喷喷油器之喷角为30-80度。由于大喷角伞喷喷油器的喷雾均匀且粒子细，并且空气接触面积大，故在导流环所引导的气体作用下可方便地与周围空气混合成均匀之混合气。故这种喷油器可用在于各种燃烧室中。但小喷角伞喷油器只能用一定形状的燃烧室中。由于小喷角伞喷喷油器之喷雾扩散角小，大都集中在燃烧室中部，从而与空气之接触面积较小。然而，小喷角伞喷喷油器的喷雾力度通常较大喷角伞喷喷油器的大，故其喷雾易于喷射到燃烧室壁面上以形成油膜，并且有部分油粒反弹起来，从而使粒子细化。由于上述特点，对小喷角伞喷喷油器而言，其燃烧室位于喷油器下的部位设置一凸起部分8较好，如图4所示。这样，当燃油喷射到该凸起部分上时，由于喷射力及导流环引导的气流的共同作用，使其在凸起部分表面形成一层油膜。同时部分粗粒子从该凸起部分反弹起来，破碎成极细粒子。从而使燃油与周围空气实现均匀混合。最终产生本发明所述的热预混合油膜燃烧，实现本发明所要求之效果。
至于伞喷喷油器的特定结构已在本发明人申请的中国专利CN89213613.3中记述清楚，与本发明无关，这里没有必要详述。
以上说明了导流环在超多孔喷油器与伞喷喷油器中的特定应用，但本发明之导流环并不仅限于用于上述各种喷油器中，它可与其它任何喷油器及燃烧室匹配，组成所要求之燃烧系统。
权利要求
1.一种热预混合油膜燃烧系统，其包括由气缸盖(1)，缸套(7)，活塞(2)围成的空间，活塞头部上形成的燃烧室(5)及喷油器(3)，导流环(4)，所述导流环装在气缸盖围成燃烧空间的底平面上，所述喷油器装在缸盖上，喷油器头部穿过导流环中间并伸入燃烧室，所述导流环有一外圆周导流面引导气流各自按一定的方向流动，其特征在于所述喷油器为超多孔喷油器，所述孔数至少比传统喷油器孔数多一倍。
2.如权利要求1所述燃烧系统，其特征在于所述喷油器的孔数，对小型发动机至少为8个，对中、大型发动机，至少为16个。
3.如权利要求2所述燃烧系统，其特征在于所述喷孔孔数对小型机为8至16个，对大型机为16至30个。
4.如权利要求1或2或3所述燃烧系统，其特征在于所述导流环导流面斜面α＝45～65度。
5.一种热预混合油膜燃烧系统，其包括由缸盖(1)，缸套(7)，活塞(2)围成的燃烧空间，活塞头部上形成的燃烧室(5)及喷油器(3)，导流环(4)，所述导流环装在气缸盖围成燃烧空间的底平面上，所述喷油器装在缸盖上，喷油器头部穿过导流环中间并伸入燃烧室，所述导流环有一外圆周导流面引导气流各自向一定方向流动，其特征在于所述喷油器为伞喷喷油器。
6.如权利要求5所述燃烧系统，其特征在于伞喷喷油器喷射角为100至160度。
7.如权利要求5所述燃烧系统，其特征在于伞喷喷油器喷射角为30度至80度，燃烧室中心带有一凸出部分，油雾直接喷到该凸出部上与该凸出部分相撞，同时沿凸出部分下滑形成细膜。
8.如权利要求5或6或7所述燃烧系统，其特征在于导流环外圆周导流斜面角α＝45～65度。
全文摘要
本发明涉及热预混合油膜燃烧系统，以解决传统发动机中缸内流场不利于混合气形成的问题。本发明在导流环的基础上采用超多孔喷油器或伞喷喷油器，使射油快，喷雾粒子细，从而更有效地与空气混合，同时在燃烧室部分壁面形成一层薄而均匀的油膜，实现热预混合油膜燃烧，并达到三低的效果，即油耗低、排放低、爆压低。
文档编号F02B23/06GK1062780SQ9010602
公开日1992年7月15日 申请日期1990年12月25日 优先权日1990年12月25日
发明者胡国栋 申请人:胡国栋