[发明专利]内燃机缸内气流喷雾扰流装置

说明书

本发明公开了一种内燃机缸内气流喷雾扰流装置，该装置由固定在缸盖底面或是活塞凹坑顶面的多个扰流柱构成，扰流柱布置于燃烧室内部喷雾油束流经区域。扰流柱安装位置不受内燃机气门个数与位置的影响，与喷油油束一一对应，为增强扰流作用，扰流柱可布置为两层的复合扰流装置，其中第二层与第一层的夹角在30°～60°之间。扰流柱能有效破坏刚体涡流场，增加压缩末期缸内平均湍动能，促进油气混合及燃烧速率。喷射出的油束经扰流后，受几何结构引导燃油发生扩散，蒸汽面积扩大，局部当量比降低，可有效改善重型柴油机缸内湍动能强度低、空气利用率低、混合气局部当量比过浓等问题，动力性与排放性均得到大幅改善。

技术领域

本发明属于内燃机结构技术，具体涉及一种对内燃机气缸内气流喷雾进行扰流的装置。

背景技术

柴油机是汽车、工程机械、船舶等领域的重要动力来源之一。在内燃机中柴油机的燃烧方式属于“预混-扩散”模式，即柴油喷入缸内，燃油发生预混燃烧，伴随燃油持续注入进行扩散燃烧。在燃烧过程中燃油喷射雾化与火焰传播同时发生，其燃烧速率主要受控于缸内平均湍动能水平及油气混合速率。较高的湍动能水平及高效的油气混合过程有利于改善燃烧特性，实现柴油机的高效、清洁利用。

针对柴油机油气混合过程优化的研究开发主要集中在以下几方面：(1)提高喷油压力：较高的喷油压力可使燃油更好地雾化，燃油喷射贯穿距也会增大，可充分利用燃烧室空间内的空气，有利于改善油气混合；(2)采用多次喷射技术：采用主预喷多次喷射技术可以有效实现油束分离，提高缸内空气利用率，同时预喷燃油能有效提高缸内热力学状态，促进主喷燃油燃烧；(3)优化喷油器参数：通过优化喷油器喷孔数、油束锥角等参数能有效促进油气混合；(4)进气道结构的优化：旨在实现适当的气流运动促进燃油和空气的混合；(5)燃烧室结构优化：燃烧室有着促进涡流、引导喷油、组织局部流动的作用。但喷油器参数及喷油策略受限于喷油器机械特性，进气道结构的优化会受到尺寸的限制，燃烧室结构的优化会受到压缩比与结构强度的限制，但上述方式对于油气混合过程改善有限。内燃机大负荷状态下，通常会带来燃烧室凹坑内部及挤流区局部区域混合气过浓。尤其是重载柴油机，往往压缩末期缸内平均湍流水平弱，在大油量喷射条件下，油气混合速率低，缸内空气利用率低，燃油分布不均匀。这些问题会直接影响发动机着火及扩散燃烧的性能，从而影响发动机整体效率。针对该问题，本发明开发一种对燃烧室内部可大幅提升缸内平均湍动能水平、改善油气混合质量的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于内燃机缸内气流喷雾扰流的装置，使得进气混合质量大幅度提高，燃烧持续期明显缩短，动力性与排放性均得到大幅改善。

内燃机缸内气流喷雾扰流装置的原理结构方案是：在燃烧室活塞凹坑顶部或缸盖底面上设有多个扰流柱，扰流柱位于燃油油束在燃烧室内所流过的区域，可布置在燃烧室内燃油喷射的液相区域、气液两相区域、或者是气相区域。当扰流柱安装位置与内燃机气门的位置发生干涉时，扰流柱可设置在内燃机各个气门的间隙处。扰流柱安装位置不受内燃机气门个数与位置的影响，与喷油油束一一对应。

在柴油机燃烧室内，燃油油束的喷射可大致分为液相区域、气液两相区域以及气相区域，扰流柱根据实际需求可分别布置在所述区域。扰流柱可对缸内流场起到持续的扰流作用，柴油机压缩阶段过程中，缸内流场通常呈现近刚体涡结构，扰流柱能够在压缩阶段对缸内涡流起到扰流作用，从而提高压缩末期缸内平均湍动能水平。

燃油射流经过扰流柱时，受几何结构引导作用，油束会分离成左右两束，从而扩大了燃油蒸汽分布面积，有利于提高缸内空气利用率，降低混合气局部过浓区的当量比，大幅提高油气混合质量，进而提高燃烧效率降低燃烧排放。

本发明的特点以及产生的有益效果及在于：能够促进压缩末期缸内湍动能生成，利用几何结构对油束进行引导分离，提高柴油机燃烧室内空气利用率低，改善混合气局部过浓问题，促进油气混合，缩短燃烧烧持续期，同时在爆发压力变化不大的情况下，提高发动机功率，降低未燃HC、SOOT的排放量。

附图说明