專利名稱：二氣門柴油機燃油均布混合與燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機的燃燒裝置，特別是一種二氣門柴油機縮口燃燒室的燃油均 布混合與燃燒裝置。
背景技術(shù)：
為使柴油機性能優(yōu)化，燃燒系統(tǒng)設(shè)計是關(guān)鍵，小缸徑柴油機一般多為二氣門結(jié)構(gòu) (進、排氣門各一個〉，燃燒室由于受進、排氣門、噴油器布置的空間限制，二氣門中 心聯(lián)線、燃燒室軸心線都須偏置于氣缸中心線，噴油器軸線也需偏離燃燒室中心并以傾 斜角度布置，噴油嘴位置偏心使各噴孔的油束長度不等，同時傾斜布置使噴油量在燃燒 室分布可能不均，在柴油機氣缸內(nèi)的油氣混合中，燃油在有效燃燒空間的分布對燃燒速 度和燃燒的完善產(chǎn)生很大的影響，從而影響柴油機動力性、排放性能。至今人們已提出 多種燃油在燃燒室內(nèi)的分布方案，如在傳統(tǒng)的直口燃燒室周向的油束分布已有等角度、 等圓弧、等面積的設(shè)計方案，而在燃燒室軸向，已有的設(shè)計從油線在燃燒室的落點高度 等分析燃油在燃燒室的分布，這些設(shè)計從不同研究思路去組織油氣混合，使燃油在燃燒 室內(nèi)與空氣混合盡可能均勻，但柴油機噴油系統(tǒng)的研究表明噴油器的斜置使各噴孔的 燃油流量不等，因此發(fā)明者認為即使是等面積設(shè)計也并非是油氣混合的周向(圓周方向) 均布設(shè)計，燃燒室的氣缸軸向的油氣混合和燃燒的優(yōu)劣目前仍多采用單參數(shù)試驗的方法 試湊進行，用柴油機最終性能結(jié)果確定設(shè)計方案。近年來對低排放要求所采用的縮口燃 燒室的油氣混合分布的研究國內(nèi)原創(chuàng)性工作較少，特別是對低排放設(shè)計，發(fā)明者認為必 須從時空概念研究燃燒室有效空間的油氣混合和燃燒，因此完整的燃燒室空間燃油均布 方案尚未解決，定量的空間均布設(shè)計仍有一定的難度， 一直是人們期待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種二氣門柴油機燃油均布混合與燃燒系統(tǒng)，它是能使二氣門 柴油機在取得優(yōu)良動力性的同時，能有效降低柴油機排放的四沖程柴油機燃油與空氣在 有效燃燒空間均勻混合并快速完善燃燒的燃燒系統(tǒng)。
實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明技術(shù)方案如下二氣門柴油機燃油均布混合與燃燒系統(tǒng)，具有安裝在氣缸蓋上的噴油器以及進排氣道，進排氣道下方為活塞，氣缸蓋底面與活塞頂 面間為燃燒室，其特征是，進氣道為螺旋式進氣道，在噴油器與進氣道的下方的燃燒室 內(nèi)設(shè)置有一縮口凹坑狀中間突出的燃燒室，噴油器傾斜安裝在氣缸蓋上，噴油器的頭部 伸出氣缸蓋底面一定高度，并對著燃燒室。
本發(fā)明的二氣門柴油機氣缸蓋上設(shè)置的進氣道為旋流結(jié)構(gòu)，在燃燒室上方的凹坑形 狀沿氣缸軸向為縮口《型燃燒室，進氣方式有自然吸氣和不同增壓度的設(shè)計方案，不同 方案發(fā)動機燃燒室縮口率(燃燒室上口徑與最大直徑之比) 一般為0.82到0.90，噴油 器中心與燃燒室中心間的偏心一般不大于8%燃燒室縮口 口徑，噴油器的油嘴頭部噴孔 一般為4到8個，各噴孔噴出的油束軸線形成一個錐體與燃燒室中心的凸臺形狀相匹配， 形成的錐體在軸向?qū)⒂行紵臻g(活塞頂部凹坑和凹坑上口對應(yīng)的余隙空間)分為上 下兩部分，通過參數(shù)設(shè)計使燃油油束在軸向和周向均勻分布，保證燃油在燃燒室有效燃 燒空間內(nèi)實現(xiàn)等過量空氣系數(shù)分布，通過油氣混合均勻來實現(xiàn)快速、完全燃燒。
燃燒室軸向設(shè)計通過氣缸蓋、燃燒室、噴油嘴參數(shù)設(shè)計，噴油器各噴孔的油束軸 線形成的錐體罩著的下半部分空間容積與有效燃燒空間容積的容積比控制在56 %左右 (活塞位于上止點位置時，不同的燃燒室縮口率，容積比變化在±3%)，能實現(xiàn)燃油在 有效燃燒空間的軸向均布方案，柴油機綜合性能最優(yōu)。燃燒室"型縮口率值小，此容積 比取大值。因為噴油的油束沿燃燒室斜壁著壁，縮口率值小，燃燒室斜壁與油束的軸線 夾角變小，燃油著壁后油束錐體的下半部分空間的燃油量變多，容積比取大值使下部空 氣量多，保證軸向油氣混合的比例均勻。
燃燒室周向設(shè)計噴油器各噴孔的油束中心線在活塞頂部凹坑最大直徑的投影將投
影面積分為與噴孔數(shù)相同的幾部分。由于二氣門結(jié)構(gòu)，噴油器傾斜安裝，各噴孔軸線與 噴油器軸線間形成的夾角不等，造成燃油流阻不同，各噴孔噴油量不等，噴孔軸線與噴 油器軸線夾角大，此噴孔的噴油量多。為實現(xiàn)燃油在燃燒室有效燃燒空間均布，對噴油
嘴、燃燒室參數(shù)的設(shè)計是相鄰的油束中心線與燃燒室凹坑圓弧形成的投影面積與兩噴
孔噴油量大小成正比例，其比值對一個柴油機燃燒系統(tǒng)而言為定值。當(dāng)噴油器安裝傾斜 角確定，噴油器用噴油嘴的各噴孔軸線與噴油器軸向夾角確定，各噴孔的噴油量差值(已
有研究表明此值最大可達±15%)就能確定，根據(jù)此差值大小確定油線在燃燒室的分布，
實現(xiàn)燃燒室的周向油氣混合的均布設(shè)計。
4上述所述措施使燃燒室內(nèi)燃油在燃燒室軸向與周向?qū)崿F(xiàn)等過量空氣系數(shù)的油氣均布 設(shè)計，通過噴油的高噴射壓力和進氣渦流的氣流運動作用，使缸內(nèi)油氣混合均勻，燃燒 速度加快，持續(xù)期短，燃燒及時，故可實現(xiàn)快速、完善的燃燒，可取得優(yōu)良的動力性和 經(jīng)濟性，同時通過優(yōu)化噴油時間，降低柴油機有害排放。因此應(yīng)用本發(fā)明能優(yōu)化發(fā)動機 的綜合性能，使發(fā)動機在獲得優(yōu)良動力的同時降低污染排放。本發(fā)明已在單缸柴油機和 四缸輕型車用柴油機進行試驗研究。實施本發(fā)明的一款H24單缸柴油機按本發(fā)明設(shè)計 燃燒系統(tǒng)，使油氣混合優(yōu)化，燃燒改善，柴油機性能的試驗結(jié)果表明保持柴油機標定 功率不變，柴油機排放和煙度較原機明顯下降，CO從原機的3.98下降到2.02g/kWh， HC從原機1.21下降到0.62g/kWh， NOx基本不變，煙度從原機3.2下降到1.8 FSU，同 時燃油消耗率較原機還下降了 4.5g/kWh，順利達到國內(nèi)最為嚴格的低速汽車柴油機的 新排放標準要求。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，i活塞銷，2.活塞環(huán)，3.氣缸套，4.進氣道，5.縮口"型燃燒室，6.噴油器，
7. 氣缸蓋，8.活塞，El為壓縮余隙。
圖2是本發(fā)明的工作原理圖。
圖中，11， 12， 13， 14, 15是噴油器噴孔噴油的中心線，6.噴油器，7.氣缸蓋，
8. 活塞，21為氣缸中心線，31為燃燒室中心線，41為噴油嘴中心線，0為氣缸中心， O,為燃燒室中心，02噴油嘴中心，E為噴油嘴相對燃燒室的偏心距。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步描述。
二氣門柴油機燃油均布混合與快速燃燒系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)圖見圖l，具有安裝在氣缸蓋7 上的噴油器6以及旋流式進氣道4，氣缸蓋7底面與活塞8頂面與氣缸套3組成燃燒室， 在噴油器6與進氣道4的下方、活塞頂上方設(shè)置有一凹坑狀的燃燒室5，噴油器6的頭 部伸出氣缸蓋7底面并對著燃燒室5。噴油器軸線與燃燒室中心線夾角為10到23度不 等。圖2是本發(fā)明的工作原理圖，21為氣缸中心線，31為燃燒室中心線，41為噴油 嘴中心線，由于進排氣門與噴油嘴頭部要布置在活塞8的直徑內(nèi)，噴油嘴噴油在燃燒室 內(nèi)分布盡可能油線等長，造成活塞8頂部的縮口"型燃燒室偏心，結(jié)構(gòu)設(shè)計使噴油器6 中心02與燃燒室中心Ch有一噴油器偏心E，燃油噴射在燃燒室內(nèi)，有效燃燒空間容積 V如圖中剖面線部分，它約占燃燒室容積的82到95%左右，是燃油與空氣混合、燃燒 的主要空間。它的構(gòu)成是氣缸蓋7的底面與活塞8頂部表面間有一氣缸余隙E1，在 活塞8頂部的燃燒室縮口上面形成部分有效燃燒空間容積和活塞8頂部的縮口"型燃燒 室空間。噴油器為多孔，圖2給出一個5孔噴油器的示例，噴孔噴出的油束中心線形成
錐體，將有效燃燒空間容積分為上部容積V,和下部容積V2， V2/V的比值即為容積比，
研究發(fā)現(xiàn)此值為56%左右，燃燒室內(nèi)軸向油氣混合、燃燒達最佳化。噴油油束在燃燒室 的落點分別為圖2中的11， 12， ...， 15，噴油器6安裝角確定，噴油嘴的各噴孔噴油 量差異和噴孔與噴油器軸線夾角的關(guān)系由噴油系統(tǒng)研究結(jié)果的資料中可獲得，通過噴油 嘴、燃燒室參數(shù)設(shè)計，使圖2中11-02-12形成的面積A,2， 12-02-13形成的面積A23，…， 15-02-11的形成的面積As,與相應(yīng)噴孔噴油量的比值為定值，使周向內(nèi)燃油與空氣的混 合比相等的設(shè)計原則。
本發(fā)明按上述設(shè)計，采用旋流式進氣道，通過噴油器、活塞、氣缸蓋的參數(shù)設(shè)計， 使燃油在燃燒室內(nèi)軸向、周向都均勻分布，在噴油系統(tǒng)高噴射壓力和進氣渦流的作用， 缸內(nèi)油氣混合均勻，燃燒速度加快，持續(xù)期短，燃燒及時，實現(xiàn)了高效快速燃燒，達到 了提高發(fā)動機功率和降低有害排放物的目的。
權(quán)利要求
1、一種二氣門柴油機的燃油均布混合與燃燒系統(tǒng)，包括安裝在氣缸蓋上的噴油器以及進氣道，進氣道下方為活塞，氣缸蓋底面與活塞頂面間為燃燒室，其特征是，進氣道為旋流進氣道，在噴油器與進氣道的下方、活塞頂上方設(shè)置有一凹坑狀的縮口ω型燃燒室，噴油器的頭部伸出氣缸蓋底面并對著燃燒室；通過氣缸蓋、噴油器、燃燒室參數(shù)設(shè)計，使燃油與空氣在有效燃燒空間內(nèi)沿軸向與周向按一定的規(guī)則實現(xiàn)均勻分布，實現(xiàn)有效燃燒空間內(nèi)等過量空氣系數(shù)的油氣混合設(shè)計。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氣門柴油機的燃油均布混合與燃燒系統(tǒng)，其特征在于-噴油器各噴孔油束中心線形成一個錐體在軸向?qū)⒂行紵臻g分為上下兩部分，活塞位 于上止點位置，錐體罩著的下半部分空間容積與有效燃燒空間容積之比為56±3%之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氣門柴油機的燃油均布混合與燃燒系統(tǒng)，其特征在于-噴油器各噴孔油束軸線在活塞頂部凹坑最大直徑的投影將燃燒室分為與噴孔數(shù)相同的 幾部分；各部分面積與相鄰兩噴孔噴油量大小成比例，且此比值對一個柴油機燃燒系統(tǒng) 而言為定值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氣門柴油機的燃油均布混合與燃燒裝置設(shè)計方案。它有安裝在氣缸蓋上的噴油器以及進氣道，噴油器與進氣道的下方為燃燒室，進氣道為旋流式進氣道，在活塞頂上方設(shè)置有一凹坑狀的縮口ω型燃燒室，噴油器的頭部伸出氣缸蓋底面并對著燃燒室。通過氣缸蓋、噴油器、燃燒室參數(shù)設(shè)計，使燃油與空氣在有效燃燒空間內(nèi)沿軸向與周向按一定的規(guī)則實現(xiàn)均勻分布，實現(xiàn)有效燃燒空間內(nèi)等過量空氣系數(shù)的油氣混合設(shè)計，在噴油系統(tǒng)高噴射壓力和進氣渦流的作用下，缸內(nèi)油氣混合均勻，燃燒速度加快，持續(xù)期短，可推遲噴油，實現(xiàn)低排放的高效快速燃燒。應(yīng)用本發(fā)明能優(yōu)化發(fā)動機的綜合性能，達到了提高發(fā)動機功率和降低有害排放物的目的。
文檔編號F02B23/00GK101451463SQ20081024365
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者劉勝吉, 尹必峰, 建 王 申請人:江蘇大學(xué)