[发明专利]一种适用于高功率密度柴油机的燃烧室系统

说明书

本发明属于柴油机相关技术领域，并公开了一种适用于高功率密度柴油机的燃烧室系统。该燃烧室系统包括设置主燃烧室和副燃烧室，其中：主燃烧室内喷油器的燃油雾束指向燃烧室凸起，并与凸起发生碰撞，被分成向上和向下的两股卷流，减弱燃烧后期形成火包油的倾向；副燃烧室燃烧的高温高压气体经喉口喷出，包括水平分量和竖直分量，水平分量扰动主燃烧室内燃油雾束的喷射方向，打破燃烧前期的火包油现象，竖直分量推动活塞向下做功；经过喉口进入副燃烧室的空气，在副燃烧室中形成旋流，促进副燃烧室内燃油的完全燃烧，提高对火包油现象的拟制效果。通过本发明，解决高升功率柴油机中存在的“火包油”现象，提升内燃机的燃烧效率，具有很强的实用性。

技术领域

本发明属于柴油机相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于高功率密度柴油机的燃烧室系统。

背景技术

内燃机的燃烧过程可以归纳为如下几个步骤：进气门开启，活塞下行吸入空气；进气门关闭，活塞上行压缩空气形成高温高压环境；在活塞上止点附近，燃油喷入燃烧室，经雾化、蒸发、混合等形成局部可燃混合气，随后在高温高压环境下自然着火；燃油燃烧放热，气体急速膨胀推动活塞下行并对外做功；随后排气门开启，活塞上行将燃烧后的废气排出，从而完成一个工作循环。以上可知，柴油机的燃烧过程涉及到油-气-室的配合，具体而言，内燃机的燃烧系统由喷油系统、进排气系统、燃烧室系统等组成。

在一些升功率要求较高的场景下，例如，特种动力装置、高升功率军用车辆动力和军用舰船动力中，燃烧室系统内的工作温度和工作压力远高于常规柴油机工况，过高的工作温度，导致柴油喷射着火的滞燃期大幅缩短。柴油喷入气缸内，在过高的工作温度环境中很快着火，前期滞燃期内混合形成的可燃混合气比例大幅减少，使得整个柴油喷雾的燃烧基本上都属于扩散燃烧，过早的扩散燃烧导致卷吸到喷雾内部的空气量大幅减少，着火燃烧后，在燃油雾束周边形成帽状火焰，该帽状火焰会进一步隔离燃油和空气的卷吸和混合，出现“火包油”现象。在这种情况下，喷雾的油气混合进度大幅降低、燃烧速度大幅减慢，导致柴油机后燃严重，燃油燃烧不充分，进而导致最高燃烧压力明显下降，发动机做功能力降低，热负荷大幅提升，最终使得整机的动力性、经济性和可靠性都严重恶化。

解决上述问题的关键在于增强燃油与空气的混合效率，打破或缓解“火包油”现象的形成。从燃料的层面，可以向柴油中掺混乙醇和水，利用乙醇和水的高气化潜热，降低局部温度，延长滞燃期。此外，乙醇和水的高挥发性能产生微爆，加强柴油的雾化蒸发，使得燃油与空气的混合效率得到提升。但乙醇和水的热值较低，利用乙醇和水的汽化潜热降低局部温度的方式不利于提高柴油机升功率，掺混较多的乙醇和水，会严重影响柴油机的动力性能。此外，混合燃料存在存储不稳定性，例如，掺混的乙醇柴油在长期存放后会出现分层现象，这为特种动力装置的平稳运行带来了隐患。从流动的角度，优化燃烧室的结构设计，采用特殊形式的燃烧室结构，如双卷流燃烧室，通过喷雾和燃烧室凸台的相撞，把喷雾末端劈开，能加强燃烧后期燃油与空气的混合，从而在燃烧后期打破“火包油”现象。但仅采用双卷流燃烧室，劈开火包油现象的时刻较晚，作用比较有限，另外，双卷流燃烧室结构需要利用喷雾火焰撞击活塞壁面，完全的火包油撞击燃烧室凸台，并在燃烧室凸台附近完成大部分燃油的燃烧，会进一步提高活塞的工作温度，影响发动机的可靠性，并且燃烧室工作温度的进一步提高，使得火包油现象更容易出现，因此仅采用双卷流燃烧室也不能很好的解决火包油问题。

综上，针对特种动力装置等高升功率柴油机中存在的“火包油”现象，目前的燃烧室技术难以完全解决，本领域亟需进行研究设计，以获得显著改善“火包油”现象的技术，从而提升特种动力装置等高升功率柴油机的总体性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于高功率密度柴油机的燃烧室系统，通过对主燃烧室和副燃烧室的整体结构设计以及副燃烧室中喉口的设计，有效的解决高功率密度柴油机中从燃烧前期到燃烧后期中存在的“火包油”现象，从而提升内燃机的整机性能，具有很强的实用性。