[发明专利]二气门柴油机燃油均布混合与燃烧系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机的燃烧装置，特别是一种二气门柴油机缩口燃烧室的燃油均布混合与燃烧装置。 

背景技术

为使柴油机性能优化，燃烧系统设计是关键，小缸径柴油机一般多为二气门结构(进、排气门各一个)，燃烧室由于受进、排气门、喷油器布置的空间限制，二气门中心联线、燃烧室轴心线都须偏置于气缸中心线，喷油器轴线也需偏离燃烧室中心并以倾斜角度布置，喷油嘴位置偏心使各喷孔的油束长度不等，同时倾斜布置使喷油量在燃烧室分布可能不均，在柴油机气缸内的油气混合中，燃油在有效燃烧空间的分布对燃烧速度和燃烧的完善产生很大的影响，从而影响柴油机动力性、排放性能。至今人们已提出多种燃油在燃烧室内的分布方案，如在传统的直口燃烧室周向的油束分布已有等角度、等圆弧、等面积的设计方案，而在燃烧室轴向，已有的设计从油线在燃烧室的落点高度等分析燃油在燃烧室的分布，这些设计从不同研究思路去组织油气混合，使燃油在燃烧室内与空气混合尽可能均匀，但柴油机喷油系统的研究表明：喷油器的斜置使各喷孔的燃油流量不等，因此发明者认为即使是等面积设计也并非是油气混合的周向(圆周方向)均布设计，燃烧室的气缸轴向的油气混合和燃烧的优劣目前仍多采用单参数试验的方法试凑进行，用柴油机最终性能结果确定设计方案。近年来对低排放要求所采用的缩口燃烧室的油气混合分布的研究国内原创性工作较少，特别是对低排放设计，发明者认为必须从时空概念研究燃烧室有效空间的油气混合和燃烧，因此完整的燃烧室空间燃油均布方案尚未解决，定量的空间均布设计仍有一定的难度，一直是人们期待解决的技术问题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种二气门柴油机燃油均布混合与燃烧系统，它是能使二气门柴油机在取得优良动力性的同时，能有效降低柴油机排放的四冲程柴油机燃油与空气在有效燃烧空间均匀混合并快速完善燃烧的燃烧系统。 

实现上述目的的本发明技术方案如下：二气门柴油机燃油均布混合与燃烧系统，具 有安装在气缸盖上的喷油器以及进排气道，进排气道下方为活塞，气缸盖底面与活塞顶面间为燃烧室，其特征是，进气道为螺旋式进气道，在喷油器与进气道的下方的燃烧室内设置有一缩口凹坑状中间突出的燃烧室，喷油器倾斜安装在气缸盖上，喷油器的头部伸出气缸盖底面一定高度，并对着燃烧室。 

本发明的二气门柴油机气缸盖上设置的进气道为旋流结构，在燃烧室上方的凹坑形状沿气缸轴向为缩口ω型燃烧室，进气方式有自然吸气和不同增压度的设计方案，不同方案发动机燃烧室缩口率(燃烧室上口径与最大直径之比)一般为0.82到0.90，喷油器中心与燃烧室中心间的偏心一般不大于8％燃烧室缩口口径，喷油器的油嘴头部喷孔一般为4到8个，各喷孔喷出的油束轴线形成一个锥体与燃烧室中心的凸台形状相匹配，形成的锥体在轴向将有效燃烧空间(活塞顶部凹坑和凹坑上口对应的余隙空间)分为上下两部分，通过参数设计使燃油油束在轴向和周向均匀分布，保证燃油在燃烧室有效燃烧空间内实现等过量空气系数分布，通过油气混合均匀来实现快速、完全燃烧。 

燃烧室轴向设计：通过气缸盖、燃烧室、喷油嘴参数设计，喷油器各喷孔的油束轴线形成的锥体罩着的下半部分空间容积与有效燃烧空间容积的容积比控制在56％左右(活塞位于上止点位置时，不同的燃烧室缩口率，容积比变化在±3％)，能实现燃油在有效燃烧空间的轴向均布方案，柴油机综合性能最优。燃烧室ω型缩口率值小，此容积比取大值。因为喷油的油束沿燃烧室斜壁着壁，缩口率值小，燃烧室斜壁与油束的轴线夹角变小，燃油着壁后油束锥体的下半部分空间的燃油量变多，容积比取大值使下部空气量多，保证轴向油气混合的比例均匀。 

燃烧室周向设计：喷油器各喷孔的油束中心线在活塞顶部凹坑最大直径的投影将投影面积分为与喷孔数相同的几部分。由于二气门结构，喷油器倾斜安装，各喷孔轴线与喷油器轴线间形成的夹角不等，造成燃油流阻不同，各喷孔喷油量不等，喷孔轴线与喷油器轴线夹角大，此喷孔的喷油量多。为实现燃油在燃烧室有效燃烧空间均布，对喷油嘴、燃烧室参数的设计是：相邻的油束中心线与燃烧室凹坑圆弧形成的投影面积与两喷孔喷油量大小成正比例，其比值对一个柴油机燃烧系统而言为定值。当喷油器安装倾斜角确定，喷油器用喷油嘴的各喷孔轴线与喷油器轴向夹角确定，各喷孔的喷油量差值(已有研究表明此值最大可达±15％)就能确定，根据此差值大小确定油线在燃烧室的分布，实现燃烧室的周向油气混合的均布设计。