專利名稱：直噴式柴油機預混合燃燒方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明所屬內燃機領域，具體說是一種直噴式柴油機預混合燃燒方法與裝置。
背景技術：
隨著世界各國對車輛排放的要求日益嚴格，作為車輛主要動力的直噴式柴油機面臨低排放的挑戰。傳統的直噴式柴油燃燒系統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空氣作用實現噴霧混合燃燒，這種燃燒方式以擴散燃燒形式為主，油束濃度分布很不均勻、燃燒溫度很高，從而導致碳煙和氮氧化物有害排放的大量生成。最近，內燃機研究者提出了一種柴油機均勻預混合燃燒(HCCI)理論，使柴油和空氣在燃燒室內先形成預混合氣，然后再著火、燃燒，理論和實驗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，“壓燃式發動機及其燃燒方式(Compression-ignition typeengine and combustion method of same)”，采用在柴油機壓縮沖程上止點前60CA將柴油提前噴入燃燒室與空氣混合形成預混合氣，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，在柴油機高負荷時，易產生爆震使燃燒惡化；SAE論文No.892068，題目“均質混合氣壓燃式發動機(Homogeneous-Charge CompressionIgnition(HCCI)Engines)”，提出采用廢氣再循環方法來控制柴油機預混合燃燒過程，包括著火始點、燃燒速率等，但沒有給出具體的控制方法；美國專利號US2002026926，“帶有燃燒優化控制裝置的預混合壓燃式發動機(Premixed charge compression ignition enginewith optimal combustion control)”，提供一種電子控制系統，控制柴油機柴油-空氣預混合氣的燃燒過程，包括燃燒著火時間，燃燒速率，燃燒室內壓力、溫度等，但控制系統復雜，費用高。
發明內容
本發明的目的是提供一種直噴式柴油機預混合燃燒方法和裝置，可以實現控制著火定時和燃燒速率的預混合燃燒過程，降低燃燒產物中的碳煙和NOx有害排放，同時提高柴油機燃燒效率。
本發明的目的是通過如下技術方案來實現的本發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，實現直噴式柴油機的預混合燃燒。
本發明的技術裝置，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有環形柱體，環形柱體外側為外部環形燃燒室，內側為中心燃燒室。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°。環形柱體的橫截面為圓弧形截面，環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體，可以是圓弧面旋轉體、拋物面旋轉體或圓錐體。活塞頂面與氣缸蓋下平面構成整個燃燒室空間。整個燃燒室呈氣缸中心線對稱。
本發明與現有技術相比有如下優點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、油膜蒸發混合。利用燃燒室內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，使得預混合氣形成時間極短，這樣，預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。因此本發明能成功實現柴油機預混合燃燒。另外，由于預混合氣形成速率高，可使空燃比控制在0.6-0.8，實現稀薄燃燒，大幅降低碳煙和NOx有害排放，提高柴油機燃燒效率。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的實施例的結構示意圖。1噴油器 2氣缸蓋 3燃燒室4活塞5活塞環6氣缸 7噴油嘴 8噴油孔9外部環形燃燒室10中心燃燒室11環形柱體實施方式在圖1中，本發明的直噴式柴油機燃燒系統包括噴油器1，氣缸蓋2，燃燒室3，活塞4，活塞環5，氣缸6。在圖2中，本發明的燃燒室空間分為外部環形燃燒室9和中心燃燒室10兩部分，二者由環形柱體11分隔，環形柱體11高度為整個燃燒室高度的2/3-3/4。環形柱體11的橫截面形狀為圓弧形。環形柱體11表面與外部環形燃燒室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體，也可以是圓弧面旋轉體、拋物面旋轉體或圓錐體。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形柱體11的表面上，此角度為60°-75°。
在本發明的柴油機燃燒裝置中，從噴油器1噴出的燃油束與環形柱體11表面產生碰撞，碰撞之后，燃油分成三部分一部分燃油束由于碰撞產生破碎所形成的液滴飛濺到燃燒室的外部環形燃燒室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，在中心室內空氣運動作用下，與空氣進行混合，形成混合氣；另外一部分在碰撞處的環形柱體11表面形成一層油膜，油膜一方面在表面上受熱蒸發，同時在外部環形室9和中心室10內的強烈的空氣運動作用下迅速形成預混合氣。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，實現了柴油機預混合燃燒，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燃燒效率。
權利要求
1.一種直噴式柴油機預混合燃燒方法，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，實現直噴式柴油機預混合燃燒。
2.一種直噴式柴油機預混合燃燒裝置，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)設有環形柱體(11)，環形柱體(11)外側為外部環形燃燒室(9)，內側為中心燃燒室(10)，外部環形燃燒室(9)和中心燃燒室(10)與環形柱體(11)光滑連接。
3.根據權利要求2所述的直噴式柴油機預混合燃燒裝置，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.根據權利要求2所述的直噴式柴油機預混合燃燒裝置，其特征在于所述的環形柱體(11)的橫截面為圓弧形截面。
5.根據權利要求2所述的直噴式柴油機預混合燃燒裝置，其特征在于所述的環形柱體(11)的高度為整個燃燒室(3)高度的2/3-3/4。
6.根據權利要求2所述的直噴式柴油機預混合燃燒裝置，其特征在于所述的中心燃燒室(10)是一個倒置的曲面旋轉體，可以是圓弧面旋轉體、拋物面旋轉體或圓錐體。
全文摘要
一種直噴式柴油機預混合燃燒方法與裝置可以實現控制著火定時和燃燒速率的預混合燃燒過程，降低燃燒產物中的碳煙和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 優先權日2002年5月15日
發明者王謙 申請人:江蘇大學