柴油機(jī)碰撞分流燃燒室的制作方法
【專利摘要】一種柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其屬于發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成和燃燒領(lǐng)域。這種燃燒室設(shè)有碰撞環(huán)帶，碰撞環(huán)帶將燃燒室分為內(nèi)外兩部分。碰撞環(huán)帶的外面部分為燃燒室頂隙部，碰撞環(huán)帶的里面部分為燃燒室中心部。噴油器噴出的霧狀油束噴射到碰撞環(huán)帶上，一部分油束被反彈進(jìn)行二次霧化，一部分沿著噴霧碰撞環(huán)帶分別流向燃燒室頂隙部和燃燒室中心部，實(shí)現(xiàn)油氣更好的混合。這種燃燒室使燃油與空氣的混合速率和空間區(qū)域大幅增加,在燃燒室內(nèi)形成較稀薄的擴(kuò)散燃燒,從而使碳煙和NOx排放同時(shí)降低，有效改善柴油機(jī)燃燒，提高經(jīng)濟(jì)性。在標(biāo)定工況下，碰撞分流燃燒室與原機(jī)系統(tǒng)相比，經(jīng)濟(jì)性提高4%，碳煙排放下降50%，NOx排放下降8%。
【專利說(shuō)明】柴油機(jī)碰撞分流燃燒室
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其屬于發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成和燃燒領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]目前，柴油機(jī)不同程度地存在噴射燃油撞到燃燒室凹坑壁面的情況，燃油碰壁后會(huì)在壁面形成一層較濃的相對(duì)穩(wěn)定的混合氣層，這層濃的混合氣層對(duì)柴油機(jī)中的碳煙形成及HC排放具有重要影響。隨著柴油機(jī)燃油噴射壓力的提高和缸徑的小型化，這種現(xiàn)象將更加嚴(yán)重。另外，多孔噴霧在圓周方向上分布不均，噴霧在落點(diǎn)處堆積或產(chǎn)生油膜。頂隙空間利用不充分，混合氣空間分布均勻度并不理想，使空氣利用率不高，燃燒不完全，導(dǎo)致油耗高、碳煙排放大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決多孔噴霧的落點(diǎn)處混合氣堆積和燃燒室頂隙空間利用率低的問(wèn)題。本發(fā)明提供一種柴油機(jī)碰撞分流燃燒室。該柴油機(jī)碰撞分流燃燒室通過(guò)燃燒室形狀與燃油噴霧的配合，使噴霧一部分被碰撞環(huán)帶反彈實(shí)現(xiàn)燃油噴霧二次霧化，提高噴霧霧化性能；另一部噴霧沿碰撞環(huán)帶實(shí)現(xiàn)分流，擴(kuò)大噴霧空間分布范圍。增加了頂隙高度，有效地利用了頂隙空間內(nèi)的空氣，形成更加均勻的混合氣。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，噴油器以多油束方式把高壓燃油以霧狀噴入由缸蓋、氣缸套和活塞組成的燃燒室中，所述燃燒室通過(guò)增加頂隙高度H、調(diào)整喉口直徑D1和設(shè)置碰撞環(huán)帶，將燃燒室分為燃燒室頂隙部和燃燒室中心部?jī)蓚€(gè)區(qū)間；所述燃燒室頂隙部的直徑D2為氣缸直徑；所述噴油器噴出的霧狀油束噴射到碰撞環(huán)帶上，一部分油束被反彈進(jìn)行二次霧化，一部分油束沿著噴霧碰撞環(huán)帶分別流向燃燒室頂隙部和燃燒室中心部，實(shí)現(xiàn)油氣更加均勻的混合；所述噴霧碰撞環(huán)帶包括碰撞面、碰撞上導(dǎo)向面和碰撞下導(dǎo)向面。
[0005]所述碰撞面米用碰撞斜面、碰撞凸面或碰撞凹面，碰撞斜面的傾斜角度配合噴射角度相應(yīng)調(diào)整，控制燃燒室頂隙部和燃燒室中心部的燃油分布比例。
[0006]所述碰撞面采用第一碰撞錐面、第二碰撞錐面或碰撞曲面；所述第一碰撞錐面的結(jié)構(gòu)包括第一上碰撞斜面、第一碰撞過(guò)渡曲面和第一下碰撞斜面；所述第二碰撞錐面的結(jié)構(gòu)包括第二上碰撞斜面、第二碰撞過(guò)渡曲面和第二下碰撞凹面；所述碰撞曲面的結(jié)構(gòu)包括上碰撞凸面和下碰撞凹面。
[0007]所述碰撞上導(dǎo)向面采用上導(dǎo)向凸面或上導(dǎo)向平滑面；所述上導(dǎo)向凸面高于活塞頂隙面；所述上導(dǎo)向平滑面與活塞頂隙面等高。
[0008]所述碰撞下導(dǎo)向面采用下導(dǎo)向平滑面、下導(dǎo)向曲面、下導(dǎo)向直角圓弧面或下導(dǎo)向凹面。
[0009]所述活塞頂隙面采用第一頂隙導(dǎo)向斜面或第二頂隙導(dǎo)向斜面。
[0010]所述活塞頂隙面采用包括第一頂隙導(dǎo)向凹面和第三頂隙導(dǎo)向斜面的第一頂隙導(dǎo)向面結(jié)構(gòu)；所述第三頂隙導(dǎo)向斜面低于上導(dǎo)向凸面。
[0011]所述活塞頂隙面采用包括第二頂隙導(dǎo)向凹面和第四頂隙導(dǎo)向斜面的第二頂隙導(dǎo)向面結(jié)構(gòu)；所述第四頂隙導(dǎo)向斜面高于上導(dǎo)向凸面。
[0012]所述活塞頂隙面采用包括頂隙導(dǎo)向過(guò)渡面、第五頂隙導(dǎo)向斜面、頂隙過(guò)渡面和第六頂隙導(dǎo)向斜面的第三頂隙導(dǎo)向面結(jié)構(gòu)。
[0013]所述燃燒室的中心部采用ω形底面或淺盆形底面。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:這種柴油機(jī)碰撞分流燃燒室的燃燒室分為燃燒室頂隙部和燃燒室中心部?jī)蓚€(gè)區(qū)間，在燃燒室頂隙部和燃燒室中心部之間設(shè)有碰撞環(huán)帶，噴油器噴出的霧狀油束噴射到碰撞環(huán)帶上，一部分油束被反彈進(jìn)行二次霧化，一部分沿著噴霧碰撞環(huán)帶分別流向燃燒室頂隙部和燃燒室中心部，實(shí)現(xiàn)油氣更加均勻的混合。該燃燒室使燃油與空氣的混合速率和空間區(qū)域大大增加，在燃燒室內(nèi)形成較稀薄的擴(kuò)散燃燒，從而使碳煙和NOx排放同時(shí)降低，有效改善柴油機(jī)燃燒，提高經(jīng)濟(jì)性。標(biāo)定工況下，碰撞分流燃燒室與原機(jī)系統(tǒng)相比,經(jīng)濟(jì)性提高4%，碳煙排放下降50%，NOx排放下降8%。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]圖1是一種柴油機(jī)碰撞分流燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1的A部放大圖碰撞環(huán)帶采用碰撞斜面結(jié)構(gòu)。
[0018]圖3是碰撞面采用碰撞凸面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是碰撞面采用碰撞凹面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是碰撞面米用第一碰撞錐面結(jié)構(gòu)不意圖。
[0021]圖6是碰撞面采用第二碰撞錐面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7是碰撞面采用碰撞曲面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖8是碰撞上導(dǎo)向面采用上導(dǎo)向平滑面結(jié)構(gòu)和碰撞下導(dǎo)向面采用下導(dǎo)向平滑面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖9是碰撞下導(dǎo)向面采用下導(dǎo)向曲面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖10是碰撞下導(dǎo)向面采用下導(dǎo)向直角圓弧面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖11是碰撞下導(dǎo)向面采用下導(dǎo)向凹面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖12是圖1的B部放大圖活塞頂隙面采用第一頂隙導(dǎo)向斜面結(jié)構(gòu)。
[0028]圖13是活塞頂隙面采用第二頂隙導(dǎo)向斜面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖14是活塞頂隙面采用第一頂隙導(dǎo)向面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖15是活塞頂隙面采用第二頂隙導(dǎo)向面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖16是活塞頂隙面采用第三頂隙導(dǎo)向面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖17是燃燒室中心部采用淺盆形底面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中:1、氣缸蓋，2、氣缸套，3、活塞，4、燃燒室，5、噴油器，6、霧狀油束，7、燃燒室頂隙部，8、燃燒室中心部,9、碰撞環(huán)帶，10、上導(dǎo)向凸面，11、碰撞斜面，12、碰撞凸面，13、碰撞凹面，14、第一碰撞錐面，14a、第一上碰撞斜面，14b、第一碰撞過(guò)渡曲面，14c、第一下碰撞斜面，15、第二碰撞錐面，15a、第二上碰撞斜面，15b、第二碰撞過(guò)渡曲面，15c、第二下碰撞凹面，16、碰撞曲面，16a、上碰撞凸面，16b、下碰撞凹面，17、上導(dǎo)向平滑面，18、下導(dǎo)向平滑面，19、下導(dǎo)向曲面,20、下導(dǎo)向直角圓弧面,21、下導(dǎo)向凹面,22、第一頂隙導(dǎo)向斜面,23、第二頂隙導(dǎo)向斜面，2 4、第一頂隙導(dǎo)向面,2 4 a、第一頂隙導(dǎo)向凹面,2 4 b、第三頂隙導(dǎo)向斜面,2 5、第二頂隙導(dǎo)向面，25a、第二頂隙導(dǎo)向凹面,25b、第四頂隙導(dǎo)向斜面,26、第三頂隙導(dǎo)向面,26a、頂隙導(dǎo)向過(guò)渡面，26b、第五頂隙導(dǎo)向斜面,26c、頂隙過(guò)渡面,26d、第六頂隙導(dǎo)向斜面,27、ω形底面，28、淺盆形底面。
【具體實(shí)施方式】
[0034]圖1示出了柴油機(jī)碰撞分流燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，柴油機(jī)碰撞分流燃燒室的噴油器5以多油束方式把高壓燃油以霧狀噴入由缸蓋1、氣缸套2和活塞3組成的燃燒室4中，燃燒室4通過(guò)增加頂隙高度H、調(diào)整喉口直徑D1和設(shè)置碰撞環(huán)帶，將燃燒室4分為燃燒室頂隙部7和燃燒室中心部8兩個(gè)區(qū)間，燃燒室頂隙部7的直徑D2為氣缸直徑。噴油器5噴出的霧狀油束6噴射到碰撞環(huán)帶9上，一部分油束被反彈進(jìn)行二次霧化，一部分油束沿著噴霧碰撞環(huán)帶9分別流向燃燒室頂隙部7和燃燒室中心部8，實(shí)現(xiàn)油氣更加均勻的混合。噴霧碰撞環(huán)帶9包括碰撞面、碰撞上導(dǎo)向面和碰撞下導(dǎo)向面。
[0035]圖2、3、4不出了三種碰撞面的結(jié)構(gòu)不意圖。碰撞面米用碰撞斜面11、碰撞凸面12或碰撞凹面13，上導(dǎo)向凸面10與碰撞斜面11的傾斜角度、碰撞凸面12或碰撞凹面13配合，相應(yīng)調(diào)整噴油器5噴出的霧狀油束6的噴射角度，控制燃燒室頂隙部7和燃燒室中心部8中的燃油分布比例。
[0036]圖5、6、7不出了另三種碰撞面的結(jié)構(gòu)不意圖。碰撞面米用第一碰撞錐面14、第二碰撞錐面15或碰撞曲面16。第一碰撞錐面14的結(jié)構(gòu)包括第一上碰撞斜面14a、第一碰撞過(guò)渡曲面14b和第一下碰撞斜面14c。第二碰撞錐面15的結(jié)構(gòu)包括第二上碰撞斜面15a、第二碰撞過(guò)渡曲面15b和第二下碰撞凹面15c。碰撞曲面16的結(jié)構(gòu)包括上碰撞凸面16a和下碰撞凹面16b。調(diào)整噴油器5噴出的霧狀油束6與第一碰撞錐面14、第二碰撞錐面15或碰撞曲面16的噴射角度，控制燃燒室頂隙部7和燃燒室中心部8中的燃油分布比例。
[0037]圖8、9示出了碰撞上導(dǎo)向面的結(jié)構(gòu)示意圖。碰撞上導(dǎo)向面采用上導(dǎo)向凸面10或上導(dǎo)向平滑面17。上導(dǎo)向凸面10高于活塞頂隙面，上導(dǎo)向平滑面17與活塞頂隙面等高。調(diào)整噴油器5噴出的霧狀油束6與碰撞斜面11的噴射角度，控制燃燒室頂隙部7和燃燒室中心部8中的燃油分布比例。
[0038]圖2、8、9、10、11示出了碰撞下導(dǎo)向面的結(jié)構(gòu)示意圖。碰撞下導(dǎo)向面采用下導(dǎo)向平滑面18、下導(dǎo)向曲面19、下導(dǎo)向直角圓弧面20或下導(dǎo)向凹面21。調(diào)整噴油器5噴出的霧狀油束6與碰撞斜面11的噴射角度，控制燃燒室頂隙部7和燃燒室中心部8中的燃油分布比例。
[0039]圖12、13示出了活塞頂隙面的結(jié)構(gòu)示意圖?；钊斚睹娌捎玫谝豁斚秾?dǎo)向斜面22或第二頂隙導(dǎo)向斜面23。有利于進(jìn)入燃燒室頂隙部7中的燃油快速形成更加均勻的混合氣。
[0040]圖14示出了另一種活塞頂隙面的結(jié)構(gòu)示意圖。活塞頂隙面采用包括第一頂隙導(dǎo)向凹面24a和第三頂隙導(dǎo)向斜面24b的第一頂隙導(dǎo)向面24結(jié)構(gòu)，第三頂隙導(dǎo)向斜面24b低于上導(dǎo)向凸面10。有利于進(jìn)入燃燒室頂隙部7中的燃油快速形成更加均勻的混合氣。
[0041]圖15示出了又一種活塞頂隙面的結(jié)構(gòu)示意圖?；钊斚睹娌捎冒ǖ诙斚秾?dǎo)向凹面25a和第四頂隙導(dǎo)向斜面25b的第二頂隙導(dǎo)向面25結(jié)構(gòu),第四頂隙導(dǎo)向斜面25b高于上導(dǎo)向凸面10。有利于進(jìn)入燃燒室頂隙部7中的燃油快速形成更加均勻的混合氣。
[0042]圖16示出了再一種活塞頂隙面的結(jié)構(gòu)示意圖?；钊斚睹娌捎冒斚秾?dǎo)向過(guò)渡面26a、第五頂隙導(dǎo)向斜面26b、頂隙過(guò)渡面26c和第六頂隙導(dǎo)向斜面26d的第三頂隙導(dǎo)向面26結(jié)構(gòu)。有利于進(jìn)入燃燒室頂隙部7中的燃油快速形成更加均勻的混合氣。
[0043]圖17示出了另一種燃燒室中心部形狀的結(jié)構(gòu)示意圖。燃燒室中心部采用淺盆形底面28。
[0044]柴油機(jī)碰撞分流燃燒室碰撞環(huán)帶有六種方案。第一種方案:碰撞面為斜面；第二種方案:碰撞面為凸曲面；第三種方案:碰撞面為凹曲面；第四種方案:碰撞面由兩個(gè)圓錐面組成，中間圓滑過(guò)渡；第五種方案:碰撞面由斜面和凹曲面組成，中間圓滑過(guò)渡；第六種方案:碰撞面由凸曲面和凹曲面組成，中間圓滑過(guò)渡。
[0045]柴油機(jī)碰撞分流燃燒室碰撞上導(dǎo)向面有兩種方案。第一種方案:上導(dǎo)向凸面高于活塞頂隙面；第二種方案:上導(dǎo)向平滑面與活塞頂隙面等高。
[0046]柴油機(jī)碰撞分流燃燒室碰撞下導(dǎo)向面有四種方案。第一種方案:下導(dǎo)向面為平滑面；第二種方案:下導(dǎo)向面為曲面；第三種方案:下導(dǎo)向面為直角圓弧面；第四種方案:下導(dǎo)向面為凹面。
[0047]柴油機(jī)碰撞分流燃燒室頂隙導(dǎo)向面有五種方案。第一種方案:頂隙導(dǎo)向面為斜面；第二種方案:頂隙導(dǎo)向面為斜面；第三種方案:頂隙導(dǎo)向面由凹曲面和斜面組成，頂隙斜面低于噴霧上導(dǎo)向凸面；第四種方案:頂隙導(dǎo)向面由凹曲面和斜面組成，頂隙斜面高于噴霧上導(dǎo)向凸面；第五種方案:頂隙導(dǎo)向面由淺盆型面和斜面組成。
[0048]柴油機(jī)碰撞分流燃燒室中心部底面形狀有兩種方案。第一種方案:中間高外圍低的底面；第二種方案:淺盆形底面。
[0049]不同中心部底面形狀可以不同程度的組織氣流運(yùn)動(dòng)，適應(yīng)多種用途的柴油機(jī)和不同的工況。
[0050]不同碰撞面與碰撞導(dǎo)向面可以進(jìn)行組合，形成不同形式的碰撞環(huán)帶。
[0051]不同的碰撞環(huán)帶和不同的頂隙導(dǎo)向面可以進(jìn)行組合，形成不同形式的燃燒室形狀。
[0052]燃油經(jīng)多孔噴嘴噴出后，一部分噴霧撞擊碰撞環(huán)帶后反彈，進(jìn)行二次霧化，另一部分沿碰撞環(huán)帶各導(dǎo)向面分流。通過(guò)碰撞導(dǎo)向面和頂隙處導(dǎo)向面組織缸內(nèi)氣流，增加缸內(nèi)擾動(dòng)，促進(jìn)滾流運(yùn)動(dòng)，增加空氣卷吸量。噴霧在缸內(nèi)快速分流霧化的同時(shí)，增加柴油機(jī)的頂隙空間，可以快速形成更加均勻的混合氣，提高了空氣利用率。
【權(quán)利要求】
1.一種柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，噴油器(5)以多油束方式把高壓燃油以霧狀噴入由缸蓋(I)、氣缸套(2)和活塞(3)組成的燃燒室(4)中，其特征是:所述燃燒室(4)通過(guò)增加頂隙高度H、調(diào)整喉口直徑DjP設(shè)置碰撞環(huán)帶(9)，將燃燒室(4)分為燃燒室頂隙部(7)和燃燒室中心部(8)兩個(gè)區(qū)間；所述燃燒室頂隙部(7)的直徑D2為氣缸直徑；所述噴油器(5)噴出的霧狀油束(6)噴射到碰撞環(huán)帶(9)上，一部分油束被反彈進(jìn)行二次霧化，一部分油束沿著噴霧碰撞環(huán)帶(9)分別流向燃燒室頂隙部(7)和燃燒室中心部(8)，實(shí)現(xiàn)油氣更好的混合；所述噴霧碰撞環(huán)帶(9 )包括碰撞面、碰撞上導(dǎo)向面和碰撞下導(dǎo)向面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其特征是:所述碰撞面采用碰撞斜面(11)、碰撞凸面(12)或碰撞凹面(13)，碰撞斜面(11)的傾斜角度配合噴射角度相應(yīng)調(diào)整，控制燃燒室頂隙部(7 )和燃燒室中心部(8 )中的燃油分布比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其特征是:所述碰撞面采用第一碰撞錐面(14)、第二碰撞錐面(15)或碰撞曲面(16);所述第一碰撞錐面(14)的結(jié)構(gòu)包括第一上碰撞斜面(14a)、第一碰撞過(guò)渡曲面(14b)和第一下碰撞斜面(14c);所述第二碰撞錐面(15)的結(jié)構(gòu)包括第二上碰撞斜面(15a)、第二碰撞過(guò)渡曲面(15b)和第二下碰撞凹面(15c)；所述碰撞曲面(16)的結(jié)構(gòu)包括上碰撞凸面(16a)和下碰撞凹面(16b)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其特征是:所述碰撞上導(dǎo)向面采用上導(dǎo)向凸面(10)或上導(dǎo)向平滑面(17);所述上導(dǎo)向凸面(10)高于活塞頂隙面；所述上導(dǎo)向平滑面(17)與活塞頂隙面等高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其特征是:所述碰撞下導(dǎo)向面采用下導(dǎo)向平滑面(18)、下導(dǎo)向曲面(19)、下導(dǎo)向直角面(20)或下導(dǎo)向凹面(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其特征是:所述活塞頂隙面采用第一頂隙導(dǎo)向斜面(22)或第二頂隙導(dǎo)向斜面(23)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其特征是:所述活塞頂隙面采用包括第一頂隙導(dǎo)向凹面(24a)和第三頂隙導(dǎo)向斜面(24b)的第一頂隙導(dǎo)向面(24)結(jié)構(gòu)；所述第三頂隙導(dǎo)向斜面(24b)低于上導(dǎo)向凸面(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其特征是:所述活塞頂隙面采用包括第二頂隙導(dǎo)向凹面(25a)和第四頂隙導(dǎo)向斜面(25b)的第二頂隙導(dǎo)向面(25)結(jié)構(gòu)；所述第四頂隙導(dǎo)向斜面(25b)高于上導(dǎo)向凸面(10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其特征是:所述活塞頂隙面采用包括頂隙導(dǎo)向過(guò)渡面(26a)、第五頂隙導(dǎo)向斜面(26b)、頂隙過(guò)渡面(26c)和第六頂隙導(dǎo)向斜面(26d)的第三頂隙導(dǎo)向面(26)結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)碰撞分流燃燒室，其特征是:所述燃燒室(4)的中心部采用ω形底面(27)或淺盆形底面(28)。
【文檔編號(hào)】F02B23/02GK103835803SQ201410061414
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】隆武強(qiáng), 何爽, 田江平, 田華, 杜寶國(guó), 馮立巖, 付垚, 依平 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)