本發(fā)明屬于內燃機燃燒技術領域，具體涉及在轉子發(fā)動機燃燒室凹坑內增設前后鈍體形成回流旋渦提高轉子發(fā)動機燃燒效率的燃燒室改進設計。

背景技術：

與往復活塞式發(fā)動機相比，轉子發(fā)動機無配氣機構及往復運動機構，具有結構簡單、運動平穩(wěn)、振動噪聲小高速性能好等優(yōu)點，因而被廣泛應用于無人機、小型便攜發(fā)電機等軍事領域以及增程器等民用領域。但是由于轉子發(fā)動機燃燒室隨轉子一起做旋轉運動，壓縮到上止點后，缸內渦流完全破碎為隨轉子運動方向的單向流，平均湍動能降低，因而燃燒速率低，燃燒過程往往持續(xù)到膨脹階段，定容度差，導致熱效率低。高速的氣流也加速了點火能量的散失，使失火率增加，燃料未經燃燒就排放到大氣會導致大量的碳氫排放。此外由于混合氣流速遠大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰難以逆向傳播，火焰在向燃燒室尾部傳播過程中易淬熄，狹窄細長的燃燒室加劇了淬熄現象，碳氫及一氧化碳排放增加。

為克服上述缺點，人們不斷改進燃燒室結構，目前主流的燃燒室設計是在轉子上開設凹坑，凹坑設計大致分為三類，中置凹坑，前置凹坑和后置凹坑，中置凹坑燃燒室在壓縮上止點時，由于短軸附近的流通截面積大，氣流流速相對較低，這可以將火焰穩(wěn)定在凹坑內，但氣流流速仍大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰仍然不能逆向傳播，燃燒室尾部的混合氣不能充分燃燒，雖然采用前后雙火花塞能解決尾部未燃碳氫問題，但這將使結構復雜，且后火花塞處于非等壓區(qū)，相鄰燃燒室間的漏氣問題嚴重。前置凹坑燃燒室通過減少燃燒室尾部體積來減少燃燒速度慢的的混合氣含量使燃燒及時，從而緩解了未燃碳氫排放問題，但由于短軸附近流通截面積較小，混合氣流速大，火焰后鋒面不易穩(wěn)定。后置凹坑后置火花塞布置方案同樣具有相鄰燃燒室間的漏氣問題，且絕大部分混合氣要流過短軸，造成較大的流動損失和傳熱損失。除了改變轉子結構，也有方案通過在氣缸型面上開引火槽來達到穩(wěn)定火焰后鋒面的目的，但引火槽需要有一定的寬度，而轉子徑向密封片是線密封，因此這會加劇漏氣。

雖然這些方案能在一定程度提高發(fā)動機性能，但由于單向流流場沒有改變，因此無法從根本上實現高效燃燒。因為內燃機流場對燃料組分濃度和燃燒過程有著決定性影響，深刻地影響著發(fā)動機的動力性、經濟性及有害排放。所以，有必要進一步改進燃燒室結構，組織有利于混合氣形成及火焰快速傳播的流場。但是轉子發(fā)動機不能像往復活塞式發(fā)動機一樣在進氣初期就組織良好的渦流或滾流，并且組織的流場能在壓縮過程得以保持，因為轉子發(fā)動機特殊的運動方式決定了其流場特性，壓縮過程必然伴隨著進氣初期的渦流或滾流向單向流的轉變，這使得改善壓縮終點流場特性顯得很重要。

技術實現要素：

針對現有技術中存在不足，本發(fā)明提供了一種轉子發(fā)動機旋渦燃燒室，利用鈍體結構，使得在壓縮上止點附近燃燒室內的純單向流場發(fā)生改變，形成凹腔內的回流區(qū)和下游的高湍流強度區(qū)，從而加強油氣摻混，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，實現高效燃燒。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種轉子發(fā)動機旋渦燃燒室，其特征在于：轉子發(fā)動機燃燒室的轉子凹坑內沿轉子運動方向前后均布置有相互平行、且垂直于轉子端面的前鈍體和后鈍體，所述前鈍體與后鈍體的兩端均延伸至轉子凹坑內端面上，所述前鈍體與后鈍體之間具有間隙，使前鈍體、后鈍體之間形成一個凹腔。

進一步地，所述前鈍體朝向所述轉子旋轉方向后方的一端、所述后鈍體朝向所述轉子旋轉方向的一端的端面為圓弧狀。

進一步地，所述前鈍體的截面輪廓為由一個半圓和以該半圓直徑為一條邊的矩形組成，所述前鈍體端面為半圓形的一端朝向所述轉子旋轉方向后方；所述后鈍體的截面輪廓為半圓形，所述后鈍體半圓形端面朝向所述轉子旋轉方向。

進一步地，所述前鈍體的寬度大于所述后鈍體的寬度。

進一步地，所述前鈍體截面的半圓直徑D1為轉子凹坑深度H的1/2～3/4；后鈍體截面半圓的直徑與前鈍體直徑之比D2/D1范圍為0.5～0.7，前鈍體截面的矩形長度與后鈍體截面直徑之比L/D2范圍為1～2，前鈍體與后鈍體之間的間距S與后鈍體截面半圓直徑之比S/D2范圍為0.2～1.2。

進一步地，所述前鈍體、后鈍體在凹坑內的位置為當所述轉子旋轉至上止點位置時，火花塞能夠位于前鈍體與后鈍體之間的凹腔內部。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.在前鈍體、后鈍體之間的凹腔內形成回流區(qū)，改變了上止點時的單向流流場，促進傳熱傳質，使油氣混合更加充分，改善了燃氣分布，有利于完全燃燒。

2.在壓縮上止點時，高速氣流由于凹腔的存在，流向發(fā)生改變，火花塞附近的氣流流速降低，失火率降低，點火更加穩(wěn)定可靠，因此有更寬的可燃極限范圍。

3.回流區(qū)的氣旋可以起到穩(wěn)定火焰的作用，保證燃燒室后部來的混合氣達到凹腔處就被點燃，這有利于減少燃燒室尾部的未燃碳氫。

4.在后鈍體下游，由于單向流繞流形成的渦街增強了湍流強度，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃螅谷紵掷m(xù)期縮短，燃燒定容度好，有利于提高熱效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述轉子中心對稱面的截面圖。

圖2是正對轉子中心的視圖。

圖3是本發(fā)明所述的轉子及鈍體在上止點時的流場效果圖。

圖中：

1-轉子，2-凹坑，3-前鈍體，4-后鈍體。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述的轉子1發(fā)動機旋渦燃燒室，在轉子1凹坑2內沿轉子1運動方向前后均布置有相互平行、且垂直于轉子1端面的前鈍體3和后鈍體4，所述前鈍體3與后鈍體4的兩端均延伸至轉子1凹坑2內端面上，所述前鈍體3與后鈍體4之間具有間隙，使前鈍體3、后鈍體4與所述轉子1的凹坑2內壁圍成一個凹腔。所述前鈍體3、后鈍體4在凹坑2內的位置為當所述轉子1旋轉至上止點位置時，火花塞能夠位于前鈍體3與后鈍體4之間的凹腔內部。

所述前鈍體3朝向所述轉子1旋轉方向后方的一端、所述后鈍體4朝向所述轉子1旋轉方向的一端的端面為圓弧狀。在本實施例中，所述前鈍體3的截面輪廓為由一個半圓和以該半圓直徑為一條邊的矩形組成，所述前鈍體3端面為半圓形的一端朝向所述轉子1旋轉方向后方；所述后鈍體4的截面輪廓為半圓形，所述后鈍體4半圓形端面朝向所述轉子1旋轉方向。所述前鈍體3截面的半圓直徑D1為轉子1凹坑2深度H的1/2～3/4；后鈍體4截面半圓的直徑與前鈍體3直徑之比D2/D1范圍為0.5～0.7，前鈍體3截面的矩形長度與后鈍體4截面直徑之比L/D2范圍為1～2，前鈍體3與后鈍體4之間的間距S與后鈍體4截面半圓直徑之比S/D2范圍為0.2～1.2。

預混合燃燒時，燃燒主要發(fā)生在凹腔及后鈍體4下游，如圖3所示，壓縮上止點附近時，主流以單向流流過鈍體，由于后鈍體4半徑小于前鈍體3，凹腔內的氣體在主流的卷吸和粘性作用下，外側的氣體由主流帶動流向燃燒室前部，由于凹腔內氣體被帶走，凹腔內部靠近前鈍體3后端面的區(qū)域壓力降低，因此靠近后鈍體4前端面的氣體在壓力梯度作用下流向前鈍體3，而該部分氣體再次受到主流的卷吸和粘性作用，被主流帶到燃燒室前部，從而使得凹腔內形成回流旋渦，形成正向分布的對稱旋渦?；鸹ㄈ寻记粌鹊幕旌蠚恻c燃以后，一部分氣體燃燒后產生高溫燃氣，這部分燃氣具有較高的熱量，在回流過程中，通過傳熱傳質可以加熱從燃燒室尾部流過的空氣和燃料，并促進燃油蒸發(fā)形成可燃混合氣，這部分可燃混合物在高溫燃氣的加熱作用下達到著火溫度發(fā)生燃燒，因為前鈍體3的遮擋，凹腔內流速較低，混合氣在凹腔內可穩(wěn)定燃燒，從而形成穩(wěn)定的值班火焰。另一方面，從熱平衡觀點看，熱回流所含的熱量超過點燃新鮮混合氣所消耗的熱量時，火焰就可以穩(wěn)定在凹腔內，所以回流的高溫燃氣實際相當于一個穩(wěn)定的點火源。燃燒室尾部的混合氣在單向流作用下流經凹腔時被凹腔內的穩(wěn)定火團點燃，從而克服了燃燒室尾部未燃碳氫多的問題。后鈍體4下游為主燃區(qū)，凹腔內的混合氣被點燃后，部分燃氣由于卷吸作用被迅速帶到后鈍體4下游的主燃區(qū)點燃該區(qū)域的未燃混合氣，由于該區(qū)域較為寬闊，使得燃燒室的大部分燃燒過程再此進行。由于燃燒室單向流流速很高，可達到100～200m/s,在高雷諾數下，混合氣流過后鈍體4時，發(fā)生邊界層分離，在下游產生不穩(wěn)定的旋轉方向相反的對稱旋渦，該旋渦系列一方面為未燃主流和已燃氣體提供再次強化混合氣傳熱傳質的空間，促進混合氣形成，以提高燃燒效率，另一方面增強了湍流強度，使火焰鋒面褶皺增大，火焰?zhèn)鞑ジ?，燃燒持續(xù)期縮短，熱效率提高。

非預混燃燒時，壓縮過程末期，和預混燃燒時類似，在前后鈍體4之間的凹腔內會形成對稱旋渦。由于后鈍體4的阻擋，當噴油器逆流噴入燃料，燃料撞擊后鈍體4后被分成三部分，一部分正面沖擊后鈍體4，由于鈍體表面溫度較高，這部分燃料迅速蒸發(fā)，在主燃區(qū)形成可燃混合氣，另外兩部分燃料霧滴群從兩側繞過后鈍體4流向燃燒室尾部，由于逆流，氣流與霧滴之間的熱質交換非常激烈，混合速度很高，混合好的可燃氣體又沿著被卷吸入凹腔內，因此凹腔內形成了較濃的混合氣，有利于提高點火成功率。這一結構實現了燃燒室形狀、氣流流動及噴霧形態(tài)的匹配，形成理想的混合氣分布，從而改善了燃燒過程。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。