專利名稱：直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，具體說是一種直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒方法與裝置。
背景技術(shù)：
隨著世界各國對車輛排放的要求日益嚴(yán)格，作為車輛主要動力的直噴式柴油機(jī)面臨低排放的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的直噴式柴油燃燒系統(tǒng)是通過高壓噴油器將柴油噴入燃燒室，形成的噴霧束與燃燒室內(nèi)空氣作用實(shí)現(xiàn)噴霧混合燃燒，這種燃燒方式以擴(kuò)散燃燒形式為主，油束濃度分布很不均勻、燃燒溫度很高，從而導(dǎo)致碳煙和氮氧化物有害排放的大量生成。最近，內(nèi)燃機(jī)研究者提出了一種柴油機(jī)均勻預(yù)混合燃燒(HCCI)理論，使柴油和空氣在燃燒室內(nèi)先形成預(yù)混合氣，然后再著火、燃燒，理論和實(shí)驗(yàn)表明這種燃燒形式能大幅降低碳煙和氮氧化物等有害排放。美國專利號US5467757，“壓燃式發(fā)動機(jī)及其燃燒方式(Compression-ignition typeengine and combustion method of same)”，采用在柴油機(jī)壓縮沖程上止點(diǎn)前60CA將柴油提前噴入燃燒室與空氣混合形成預(yù)混合氣，再壓縮燃燒，在一定條件下可以明顯改善碳煙和NOx排放，但混合氣著火時間和燃燒速率難以控制，在柴油機(jī)高負(fù)荷時，易產(chǎn)生爆震使燃燒惡化；SAE論文No.892068，題目“均質(zhì)混合氣壓燃式發(fā)動機(jī)(Homogeneous-Charge CompressionIgnition(HCCI)Engines)”，提出采用廢氣再循環(huán)方法來控制柴油機(jī)預(yù)混合燃燒過程，包括著火始點(diǎn)、燃燒速率等，但沒有給出具體的控制方法；美國專利號US2002026926，“帶有燃燒優(yōu)化控制裝置的預(yù)混合壓燃式發(fā)動機(jī)(Premixed charge compression ignition enginewith optimal combustion control)”，提供一種電子控制系統(tǒng)，控制柴油機(jī)柴油-空氣預(yù)混合氣的燃燒過程，包括燃燒著火時間，燃燒速率，燃燒室內(nèi)壓力、溫度等，但控制系統(tǒng)復(fù)雜，費(fèi)用高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒方法和裝置，可以實(shí)現(xiàn)控制著火定時和燃燒速率的預(yù)混合燃燒過程，降低燃燒產(chǎn)物中的碳煙和NOx有害排放，同時提高柴油機(jī)燃燒效率。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明方法的特征在于利用高壓噴油器的噴射油束與燃燒室表面的合理碰撞，形成燃油與空氣的多種混合方式，顯著提高油氣混合速率，實(shí)現(xiàn)直噴式柴油機(jī)的預(yù)混合燃燒。
本發(fā)明的技術(shù)裝置，包括氣缸、氣缸蓋、安裝在氣缸蓋上的噴油器、活塞及燃燒室，其特征在于所述燃燒室設(shè)有環(huán)形柱體，環(huán)形柱體外側(cè)為外部環(huán)形燃燒室，內(nèi)側(cè)為中心燃燒室。噴油器的噴油嘴開有多個噴油孔，噴油嘴的中心線與燃燒室中心線重合，噴油孔軸線延長線與噴油嘴中心線的夾角為60°-75°。環(huán)形柱體的橫截面為圓弧形截面，環(huán)形柱體的高度為整個燃燒室高度的2/3-3/4。中心燃燒室是一個倒置的曲面旋轉(zhuǎn)體，可以是圓弧面旋轉(zhuǎn)體、拋物面旋轉(zhuǎn)體或圓錐體。活塞頂面與氣缸蓋下平面構(gòu)成整個燃燒室空間。整個燃燒室呈氣缸中心線對稱。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)由于利用噴油器的噴射油束與燃燒室表面的合理碰撞，可形成燃油飛濺破碎霧化混合、油膜蒸發(fā)混合。利用燃燒室內(nèi)的空氣渦流與湍流增加油氣混合速率，由于多種混合方式并存，油氣混合速率顯著增加，使得預(yù)混合氣形成時間極短，這樣，預(yù)混合氣的著火時間和燃燒速率可以由燃油噴射定時來控制，解決了由于柴油過早噴入燃燒室而存在的著火時間和燃燒速率難以控制的問題。因此本發(fā)明能成功實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)預(yù)混合燃燒。另外，由于預(yù)混合氣形成速率高，可使空燃比控制在0.6-0.8，實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，大幅降低碳煙和NOx有害排放，提高柴油機(jī)燃燒效率。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。1噴油器 2氣缸蓋 3燃燒室4活塞5活塞環(huán)6氣缸 7噴油嘴 8噴油孔9外部環(huán)形燃燒室10中心燃燒室11環(huán)形柱體實(shí)施方式在圖1中，本發(fā)明的直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)包括噴油器1，氣缸蓋2，燃燒室3，活塞4，活塞環(huán)5，氣缸6。在圖2中，本發(fā)明的燃燒室空間分為外部環(huán)形燃燒室9和中心燃燒室10兩部分，二者由環(huán)形柱體11分隔，環(huán)形柱體11高度為整個燃燒室高度的2/3-3/4。環(huán)形柱體11的橫截面形狀為圓弧形。環(huán)形柱體11表面與外部環(huán)形燃燒室9和中心燃燒室10光滑連接。中心燃燒室10是一個倒置的曲面旋轉(zhuǎn)體，也可以是圓弧面旋轉(zhuǎn)體、拋物面旋轉(zhuǎn)體或圓錐體。在燃燒室中心上方是噴油嘴7和噴油孔8。噴油孔8的數(shù)目在4個以上。噴油孔8均勻分布在噴油嘴7的錐面上。從噴油嘴7噴出的油束中心線與噴油嘴7中心線的角度必須保證油束噴射到環(huán)形柱體11的表面上，此角度為60°-75°。
在本發(fā)明的柴油機(jī)燃燒裝置中，從噴油器1噴出的燃油束與環(huán)形柱體11表面產(chǎn)生碰撞，碰撞之后，燃油分成三部分一部分燃油束由于碰撞產(chǎn)生破碎所形成的液滴飛濺到燃燒室的外部環(huán)形燃燒室9，與此處的空氣混合而形成混合氣；一部分飛濺到燃燒室的中心燃燒室10，在中心室內(nèi)空氣運(yùn)動作用下，與空氣進(jìn)行混合，形成混合氣；另外一部分在碰撞處的環(huán)形柱體11表面形成一層油膜，油膜一方面在表面上受熱蒸發(fā)，同時在外部環(huán)形室9和中心室10內(nèi)的強(qiáng)烈的空氣運(yùn)動作用下迅速形成預(yù)混合氣。這樣，噴射油束在碰撞后形成與空氣的多種混合方式，顯著提高了柴油與空氣的混合速率，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)預(yù)混合燃燒，解決了著火定時與燃燒速率的問題，有效地降低了碳煙和NOx的排放生成，提高了直噴式柴油機(jī)燃燒效率。
權(quán)利要求
1.一種直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒方法，其特征在于利用從噴油器噴射的燃油束與燃燒室表面的合理碰撞，形成多種油-氣混合方式，實(shí)現(xiàn)直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒。
2.一種直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒裝置，包括氣缸(6)、氣缸蓋(2)及安裝在其上的噴油器(1)，活塞(4)及燃燒室(3)，其特征在于所述燃燒室(3)設(shè)有環(huán)形柱體(11)，環(huán)形柱體(11)外側(cè)為外部環(huán)形燃燒室(9)，內(nèi)側(cè)為中心燃燒室(10)，外部環(huán)形燃燒室(9)和中心燃燒室(10)與環(huán)形柱體(11)光滑連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒裝置，其特征在于所述噴油器(1)的噴油嘴(2)開有多個噴油孔(8)，噴油嘴(7)的中心線與燃燒室(3)中心線重合，噴油孔(8)軸線延長線與噴油嘴(7)中心線的夾角為60°-75°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒裝置，其特征在于所述的環(huán)形柱體(11)的橫截面為圓弧形截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒裝置，其特征在于所述的環(huán)形柱體(11)的高度為整個燃燒室(3)高度的2/3-3/4。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒裝置，其特征在于所述的中心燃燒室(10)是一個倒置的曲面旋轉(zhuǎn)體，可以是圓弧面旋轉(zhuǎn)體、拋物面旋轉(zhuǎn)體或圓錐體。
全文摘要
一種直噴式柴油機(jī)預(yù)混合燃燒方法與裝置可以實(shí)現(xiàn)控制著火定時和燃燒速率的預(yù)混合燃燒過程，降低燃燒產(chǎn)物中的碳煙和NO
文檔編號F02M61/18GK1395028SQ02113010
公開日2003年2月5日 申請日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月15日
發(fā)明者王謙 申請人:江蘇大學(xué)