利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统

摘要

一种利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统，其属于发动机混合气形成和燃烧领域。这种利用伞状喷雾的喷油嘴的涡流室燃烧系统，其结构特点是伞状喷雾喷油嘴的中心线与主通道的中心线重合，使压缩冲程经主通道进入涡流室的空气到达油嘴头部附近后沿涡流室壁面回折形成涡流，该涡流的方向正好顺着伞状喷雾扩散的方向，起到加速油气混合、改善燃烧的效果。由于合理利用了伞状喷雾贯穿距短、周向分布均匀、微粒化好的特点，因此可以在较低的涡流强度下获得良好的混合和燃烧，从而减少散热损失和节流损失，进一步改善发动机的热效率。在单缸195柴油机上的实验表明，采用这种利用伞状喷雾喷油嘴的涡流室燃烧系统后，功率提高10％，油耗降低8％，NOx排放降低10％，碳烟排放降低20％。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统，属于发动机混合气形成和燃烧领域。

背景技术

涡流室式柴油机具有成本低廉、工作柔和、噪声小、可靠性高和排放低等优点，但是其经济性和冷启动性能比直喷式柴油机差，主要原因是涡流室壁面散热损失大、通道流动损失大、主燃烧室放热迟缓。增加涡流室的涡流强度可改善混合气形成，提高燃烧效率，但同时不可避免地会增加通道流动损失和涡流室壁面散热损失，导致冷启动性变差，且热效率不一定增加。因此如果可以在较低的涡流强度下获得良好的混合气，将产生高燃烧效率，并减少散热和流动损失，从而改善涡流室柴油机的冷启动性和经济性。

发明内容

为了使涡流室柴油机在较低的涡流强度下获得良好的混合气，本发明提供一种利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统，让压缩冲程中经通道进入涡流室的气流与周向分布均匀、微粒化好的伞状喷雾巧妙结合，迅速形成高质量的混合气。因不需要很高的涡流强度就可以获得良好的混合气，提高燃烧效率，从而可以设置较小的涡流强度，减小散热损失和节流损失，提高冷启动性和经济性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统，它主要包括一个主燃烧室、一个涡流室和一个镶块在镶块上设有把主燃烧室与涡流室连接的主通道或主通道和启动孔。它还包括一个向所述涡流室内喷射伞状喷雾的伞状喷雾油嘴，所述伞状喷雾的喷雾锥角α为45～150度角，所述伞状喷雾油嘴的油嘴中心线与主通道的通道中心线重合，使压缩冲程中经主通道进入涡流室的空气到达伞状喷雾油嘴的头部附近后沿涡流室壁面回折形成涡流。

所述主通道的横断面可为圆形、椭圆形、长方形或腰子形。

由于沿涡流室壁面回折形成的涡流方向正好与伞状喷雾的扩散方向一致，带动这些微细液滴快速地与空气混合。由于伞状喷雾微粒化好，扩散性高，并且与涡流有良好的配合，因此可以在涡流室内快速形成比较均质的混合气，极大地提高了燃烧效率，由此在设计上可以采用较小的涡流强度，以减少散热损失和流动损失，改善经济性和冷启动性。

上述技术方案的指导思想是：改善涡流室燃烧系统的经济性需要良好的油气混合和较低的散热损失及节流损失，但是采用常规的轴针式喷嘴时，由于喷雾油粒较大，为了改善燃烧效率往往要增加涡流比，这又会造成散热损失和节流损失的增加，反而不利于提高经济性，也会使冷启动性变差。因此对于涡流室燃烧系统，要提高燃烧效率，势必应降低散热及节流损失。上述技术方案将镶块上的主通道设置为正好对准伞状喷雾油嘴，空气经主通道进入涡流室到达壁面后回折形成的涡流就是正好与伞状喷雾的扩散方向一致的。伞状喷雾具有贯穿距短、周向分布均匀、微粒化好的特点，较短的贯穿距也正好适合涡流室较小的空间，周向分布均匀和微粒化好的特点使之在正好顺着其扩散方向的涡流的作用下，不需要太大的涡流比就可以获得良好的混合气，提高燃烧效率，并且同时降低散热损失和节流损失，从而大幅提高经济性，改善冷启动性。

本发明的有益效果是：这种利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统，由于主通道方向的设计使涡流运动方向正好与伞状喷雾的扩散方向一致，从而合理地利用了伞状喷雾贯穿距短、周向分布均匀、微粒化好的特点来促进油气混合，提高了燃烧效率，并降低了碳烟排放，因而可以采用较小的涡流强度，降低散热损失和流动损失，使热效率进一步提高，冷启动性也得以改善。又由于油气混合良好，因此可以采用更小的过量空气系数，从而提高功率密度，也有利于降低NO_x排放。在单缸195柴油机上的实验表明：功率提高10％，油耗降低8％，NOx排放降低10％，碳烟排放降低20％。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是一种带启动孔的利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统的示意图。

图2是一种不带启动孔的利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统的示意图。

图3是伞状喷雾的油束锥角示意图。

图中：1、气缸套，2、活塞，3、主燃烧室，4、镶块，4a、主通道，4b、启动孔，4c、主通道中心线，5、气缸套，6、涡流室，7、伞状喷雾油嘴，7a、伞状喷雾，7b、伞状喷雾油嘴中心线；α、油束锥角。

具体实施方式

图1所示了一种带启动孔的利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统的示意图。图中主要示出了主燃烧室3、涡流室6和镶块4，在镶块4上设有把主燃烧室3与涡流室6连接的主通道4a和启动孔4b。此外，还设有一个向涡流室6内喷射伞状喷雾7a的伞状喷雾油嘴7，伞状喷雾油嘴7的油嘴中心线7b与主通道4a的通道中心线4c互相重叠。

在镶块上设计的启动孔4b，其作用是在冷启动时，涡流室6内气流速度低，部分喷雾油粒可以从启动孔4b内直接进入空气温度相对较高的主燃烧室3，在主燃烧室3内着火燃烧，或重新从主通道4a进入涡流室6，促进涡流室6内混合气的着火，从而进一步改善冷启动性能。

在压缩冲程中空气从主通道4a进入涡流室6到达伞状喷雾喷油嘴7的头部后沿涡流室壁面折回，形成环状涡流。由于燃油喷射时，伞状喷雾7a的扩散方向正好与涡流从伞状喷雾油嘴7附近折回的方向一致，因此喷雾油粒可以顺着空气涡流运动，在涡流室6内快速形成比较均质的混合气。由于伞状喷雾7a周向分布均匀，微粒化好，又正好配合涡流室6中的气流运动，因此不需要太大的涡流比就可以获得良好的混合和燃烧，可以设计较小的涡流比来降低散热损失和节流损失，从而提高涡流室柴油机的热效率。

图2所示了一种不带启动孔的利用伞状喷雾的涡流室燃烧系统的示意图。其构造和工作原理与图1所示完全相同，发动性的性能优良。

图3示出了伞状喷雾的油束锥角示意图。伞状喷雾7a的喷雾锥角α为45～150度角。这完全与传统涡流室发动机采用轴针式喷油嘴不同，只需要弱涡流与周向分布均匀、微粒化好的伞状喷雾7a配合，就可以获得良好的可燃混合气和完全燃烧，从而降低了散热损失和节流损失，提高了这种涡流室柴油机的热效率。