專利名稱：直噴式柴油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直噴式柴油機(jī)。
現(xiàn)有的直噴式柴油機(jī)，盡管具體的設(shè)計參數(shù)千差萬別，但其基本的燃燒原理是柴油噴霧的擴(kuò)散燃燒，即在柴油機(jī)壓縮沖程的終點(diǎn)，高壓柴油經(jīng)噴嘴上的噴孔噴出，噴出的油束，自燃著火后形成一個擴(kuò)散燃燒的火炬。其燃燒是濃預(yù)混合氣自燃著火和化學(xué)當(dāng)量比下的擴(kuò)散燃燒，且由于油束擴(kuò)散燃燒形成了濃度、溫度極不均勻的性質(zhì)，使火焰區(qū)的濃度大體等于化學(xué)劑量比，溫度高達(dá)2700°K，而燃燒室內(nèi)總體平均溫度只有1300°K。上述原因造成了柴油燃燒后形成大量碳煙和NOx等有害排放物，并且降低了柴油機(jī)效率。
本發(fā)明的目的是提供一種能降低燃燒后排放物中的碳煙和NOx濃度，并提高燃燒效率的柴油機(jī)。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明直噴式柴油機(jī)，包括氣缸、氣缸蓋及設(shè)在其上的噴油嘴、活塞以及燃燒室，所述的燃燒室底部設(shè)有一凸出的錐形體，錐形體底部外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀凸臺，凸臺外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀混合室，所述的噴油嘴上設(shè)有多個噴油孔。所有的噴孔軸線布置在一個假想的錐面上，該錐面中心線與燃燒室錐形體的中心線重合，所述的噴油孔的軸線延長線與燃燒室錐形體錐面的夾角為10°～30°。
所述的圓環(huán)狀凸臺橫截面為有圓角的矩形，高度為1～2mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明有如下有益效果。
現(xiàn)有直噴式柴油機(jī)是柴油噴霧的擴(kuò)散燃燒，在自燃著火過程中，混合氣的空燃比為0.25～0.5，過濃的混合氣形成大量碳煙，著火之后火焰區(qū)的空燃比大約為理論空燃比，此時生成的NOx最高。而本發(fā)明利用柴油噴霧與燃燒室圓錐臺撞擊，以及環(huán)狀凸臺的干擾作用使柴油噴霧與燃燒室壁面剝離，形成高湍流混合率的二次稀混合燃油射流，此射流的混合率比現(xiàn)有的燃燒系統(tǒng)的壁面射流混合率提高40倍以上，使其空燃比控制在0.6～0.8，從而可大幅度減少碳煙和NOx的生成，實(shí)現(xiàn)超低排放，當(dāng)采用高增壓和電控高壓(高于1000bar)燃油噴射系統(tǒng)時，采用本發(fā)明的柴油機(jī)NOx排放可低于2g/hp-h，微粒排放可低于0.05g/hp-h。并且隨著碳煙和NOx的減少，柴油的燃燒效率也相應(yīng)地提高，這樣就可提高柴油機(jī)的效率。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明的直噴式柴油機(jī)局部示意圖；圖2是本發(fā)明的直噴式柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖1中，本發(fā)明的直噴式柴油機(jī)包含有氣缸10，活塞12，氣缸蓋14，噴油嘴7，燃燒室1及噴油嘴7的噴油孔8。本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)是在帶收口的ω型燃燒室基礎(chǔ)上改進(jìn)形成的，圖2中1是燃燒室，在其底面中心有一凸出的錐形體4，在錐形體4底部的外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀凸臺3，凸臺3的橫截面為有圓角的矩形，高度為1～2mm，當(dāng)然其橫截面也可為其它形狀，如梯形、三角形、半圓形等，有凸臺3的外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀混合室2，凸臺3與混合室2之間光滑連接，在錐形體4上方是噴油嘴7，噴油嘴7設(shè)有噴油孔8，噴油孔8的數(shù)目在5個以上，噴油孔8部設(shè)在一個假想錐體的錐面上，該錐體的軸線與燃燒室及錐形體4的軸線重合，且從噴油嘴7中噴出來的油束形成錐形，該錐形的錐頂角的角度小于錐形體4的錐頂角角度，這樣才能保證噴出的油束將噴射在錐形體4的錐面上，油束在燃燒室的撞擊點(diǎn)必須在圓環(huán)狀凸臺3的內(nèi)側(cè)，油束與錐形體4錐面的沖擊角為10°～30°，噴孔到撞擊點(diǎn)的距離為17～23mm。
本柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)當(dāng)柴油從噴孔中噴出之后，柴油噴霧存在一個逐步破碎為油滴和蒸發(fā)的過程，在開始階段幾乎就是一個液柱，僅有少量柴油蒸汽分布在液柱周圍，當(dāng)這個柴油噴霧與錐形體4錐面撞擊之后，將迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檠劐F面向外發(fā)展的壁面射流，這個壁面射流在圓環(huán)狀凸臺3的擾動下，與燃燒室壁面分離形成二次空間射流，這個二次空間射流的湍流混合率可驟然提高到壁面射流的40倍以上，因此形成為稀的二次預(yù)混射流。當(dāng)活塞在壓縮過程中上行到接近上止點(diǎn)時，上止點(diǎn)前20～30°CA，在活塞的擠壓下空氣進(jìn)入燃燒室，并在圓環(huán)狀混合室2內(nèi)形成強(qiáng)烈的空間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(擠流環(huán)渦運(yùn)動)，二次稀預(yù)混射流與活塞形成的空氣擠流運(yùn)動相撞，而且其發(fā)展受到活塞圓環(huán)狀混合室2的限制，從而在混合室內(nèi)形成稀的預(yù)混合氣，其燃燒能有效地降低碳煙和NOx的生成。
該燃燒系統(tǒng)需要組織一定的空氣渦流運(yùn)動，渦流比為1～2，噴油孔數(shù)越多，渦流比越小。燃油著火之后，噴油停止之前，上述二次射流的形成過程持續(xù)進(jìn)行，燃燒室內(nèi)的空氣渦流所形成的離心力和浮力，將把燃燒產(chǎn)物推向燃燒室中心，而把新鮮空氣推向燃燒室外側(cè)圓環(huán)狀混合室，并與燃油的二次射流混合，由于二次燃料射流引起的高湍流混合率克服了傳統(tǒng)柴油機(jī)燃油噴霧燃燒固有的部分區(qū)域燃料過濃，部分區(qū)域燃料過稀的問題，從而可以大幅度減少碳煙和NOx的生成。
權(quán)利要求
1．一種直噴式柴油機(jī)，包括氣缸、氣缸蓋及設(shè)在其上的噴油嘴、活塞以及燃燒室，其特征在于所述的燃燒室底部設(shè)有一凸出的錐形體，錐形體底部外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀凸臺，凸臺外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀混合室，所述的噴油嘴設(shè)有多個噴油孔，所述的噴油嘴噴孔軸線設(shè)置在一個假想錐體的錐面上，該錐體中心線與燃燒室錐形體的中心線重合，所述的噴油孔的軸線延長線與燃燒室錐形體錐面的夾角為10°～30°。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的直噴式柴油機(jī)，其特征在于所述的圓環(huán)狀凸臺橫截面為有圓角的矩形。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的直噴式柴油機(jī)，其特征在于所述的圓環(huán)狀凸臺高度為1～2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直噴式柴油機(jī),它在燃燒室底部設(shè)有一凸出的錐形體,錐形體底部外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀凸臺,凸臺外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀混合室,所述噴油嘴設(shè)有多個噴油孔,形成二次空間預(yù)混射流。二次稀預(yù)混射流與活塞形成稀的預(yù)混合氣。本發(fā)明的柴油機(jī)能有效地降低碳煙和NOx的生成,顯著提高燃燒效率。
文檔編號F02B23/06GK1307180SQ0010046
公開日2001年8月8日 申請日期2000年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月2日
發(fā)明者蘇萬華, 林榮文 申請人:天津大學(xué)