專利名稱：二次稀預(yù)混射流燃燒直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)及其燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油機(jī)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種直噴式柴油機(jī)用的燃燒系統(tǒng)。
現(xiàn)有的直噴式柴油機(jī)，盡管具體設(shè)計(jì)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)，高壓柴油噴嘴上的噴孔噴出，噴出的油束，自燃著火后形成一個(gè)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度K，而燃燒室內(nèi)總體平均溫度只有1300度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，并提高燃燒效率的直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)及其燃燒方法。
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)明二次稀預(yù)混射流燃燒直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)，包括進(jìn)氣道、噴油嘴和燃燒室，所述燃燒室為收口ω型燃燒室，其底部設(shè)有一凸出的錐形體，錐形體底部外側(cè)設(shè)有環(huán)狀凸臺(tái)，凸臺(tái)外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀混合室，所述的噴油嘴設(shè)有5～8個(gè)噴油孔；所述各噴油孔的軸線延長(zhǎng)線與燃燒室錐形體錐面的夾角為10～30度。
所述的環(huán)狀凸臺(tái)橫截面為有圓角的矩形，高度為1～2mm。
本發(fā)明二次稀預(yù)混射流燃燒直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)的燃燒方法是，柴油經(jīng)噴油嘴的噴孔形成油束噴向ω型燃燒室的底部，所述燃燒室的底部設(shè)有一凸出錐形體，錐形體底部外側(cè)設(shè)有凸臺(tái)，油束與錐面之間夾角為10～30度，所述噴油孔與油束在錐形體上的撞擊點(diǎn)之間的距離為17～23mm。
所述燃燒室內(nèi)的渦流比為Ω=1～2。所述噴油嘴的噴油壓力為1000～2000bar。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明有如下有益效果。
1．顯著減少對(duì)環(huán)境的污染。
現(xiàn)有直噴式柴油機(jī)是柴油噴霧的燃燒，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(shí)生成的NOx最高。而本發(fā)明利用柴油噴霧與燃燒室圓錐臺(tái)撞擊，以及環(huán)狀凸臺(tái)的干擾作用使柴油噴霧與燃燒室壁面剝離，形成高湍流混合燃油射流，此射流的混合率比現(xiàn)有的燃燒系統(tǒng)的撞壁柴油射流的混合率提高幾倍至幾十倍，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(shí)，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。
2．大大提高了燃燒效率。
隨著碳煙和NOx的減少，柴油得到充分燃燒，燃燒效率顯著提高，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(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
附圖是本發(fā)明的直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖中，本發(fā)明的直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)包含有燃燒室1、噴油嘴7及噴油孔8。所述燃燒室為帶收口的ω形燃燒室1的底部中心有一凸出的錐形體4，錐形體4底部的外側(cè)設(shè)有環(huán)狀凸臺(tái)3，凸臺(tái)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、半圓形等，噴油嘴7上設(shè)有噴油孔8，噴油孔8的數(shù)目在5個(gè)以上，且從噴油孔8噴出來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)必須在環(huán)狀凸臺(tái)3的內(nèi)側(cè)，油束與錐形體4錐面的沖擊角為10～30度，噴油孔8到撞擊點(diǎn)的距離為17～23mm。
本柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)當(dāng)柴油從噴油孔中噴出之后，柴油噴霧存在一個(gè)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(gè)液柱，僅有少量柴油蒸汽分布在液柱周圍，當(dāng)這個(gè)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(gè)壁面射流在環(huán)狀凸臺(tái)的擾動(dòng)下，與燃燒室壁面分離形成二次空間射流，這個(gè)二次空間射流的湍流混合率可驟然提高到壁面射流的幾倍至幾十倍以上，因此形成為二次預(yù)混射流。當(dāng)活塞在壓縮過程中上行到接近上止點(diǎn)時(shí)，上止點(diǎn)前20～30度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(dòng)(擠流環(huán)渦運(yùn)動(dòng))，二次稀預(yù)混射流與活塞形成的空氣擠流運(yùn)動(dòng)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2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(dòng)，渦流比為1～2，噴油孔數(shù)越多，渦流比越小，燃油射流停止之前，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
1．一種二次稀預(yù)混射流燃燒直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)，包括進(jìn)氣道、噴油嘴和燃燒室，其特征是，所述燃燒室為收口ω型燃燒室，其底部設(shè)有一凸出的錐形體，錐形體底部外側(cè)設(shè)有環(huán)狀凸臺(tái)，凸臺(tái)外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀混合室，所述的噴油嘴設(shè)有5～10個(gè)噴油孔；所述噴油孔軸線與燃燒室錐形體錐面的夾角為10～30度。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征是，所述的圓環(huán)狀凸臺(tái)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)燃燒系統(tǒng)，其特征是，所述的圓環(huán)狀凸臺(tái)高度為1～2mm。
4．一種二次稀預(yù)混射流燃燒直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)的燃燒方法，其特征是，柴油經(jīng)噴油嘴的噴孔形成油束噴向ω形燃燒室的底部錐形體表面，該錐形體底部外側(cè)設(shè)有凸臺(tái)，油束與錐面之間夾角為10～30度，所述的噴油嘴噴出的油束與燃燒室錐形體的錐面相撞，所述噴油孔與油束在錐形體上的撞擊點(diǎn)之間的距離為17～23mm。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的直噴式柴油機(jī)燃燒方法，其特征是，所述燃燒室內(nèi)的渦流比為Ω=1～2。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的直噴式柴油機(jī)燃燒方法，其特征是，所述噴油嘴的噴油壓力大于1000bar。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二次稀預(yù)混射流燃燒直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)及其燃燒方法,燃燒系統(tǒng)包括進(jìn)氣道、燃燒室和噴油嘴,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)有環(huán)狀凸臺(tái),凸臺(tái)外側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀混合室,所述噴油嘴設(shè)有多個(gè)噴油孔,柴油經(jīng)噴油嘴噴入燃燒室,與圓錐臺(tái)撞擊,在環(huán)狀凸臺(tái)干擾下,形成高湍流混合率的二次稀混合燃油射流,本發(fā)明的柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)能有效地降低碳煙和NOx的生成。
文檔編號(hào)F02B23/06GK1307181SQ0010046
公開日2001年8月8日 申請(qǐng)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(qǐng)人:天津大學(xué)