[其他]车用汽油机螺旋进气分层燃烧系统

说明书

本发明属于车用汽油机燃烧系统。

现有的通用车用汽油机存在比油耗高、排放性能差等缺点，为解决这些缺点，目前的技术是采用汽油高压喷射分层燃烧系统或三气阀火焰喷射分层燃烧系统代替常规的汽油机燃烧系统。前者的结构特点是采用汽油高压喷射（Pφ＞40bar）系统在上死点前将汽油喷入燃烧室混合和保持分层，它的主要特点是系统的磨损问题难以解决，驱动消耗的功率大、成本也高。后者的特点是利用第二进气阀向副室供应浓混合汽，第一进气阀向主室供应稀混合气，装在副室的火花塞点火后由副室喷出的火焰燃烧主室的稀混合汽。这种系统的主要缺点是结构复杂，需要能同时供应二种浓度混合汽的化油器和热损失，节流损失较大等等。

本发明的目的在于克服上述燃烧系统的缺点，作了改进，提出了车用汽油机螺旋进气分层燃烧系统。

本发明的要点在于车用汽油机燃烧系统的进气管为具有分支结构的双层进气管，进气道为双层螺旋进气道，燃烧室为布置在活塞顶部靠近中央的半分开式燃烧室。所说的分支结构的双层进气管一路可经空气节流阀与大气相通，另一路可经化油器节流阀与化油器相接，空气节流阀与化油器节流阀可同步操作。在活塞顶部的燃烧室与活塞顶之间可镶有陶瓷喷管，它可与燃烧室中的顺气流方向相切，可与活塞顶成倾角。它的双层进气管的隔板可将空气与浓混合汽的进气截面积之比分为3：1至1：1。它的双层螺旋进气道的螺旋形隔板也可将螺旋进气道分成截面比为3：1至1：1的二个螺旋进气道。二个螺旋进气道的涡流比均为2到2.5。双层进气管的浓混合汽分支管与排气管接触，充分予热。

本发明原理在于，如图1所示，在发动机吸气时利用螺旋进气产生的螺旋进气涡流及其在汽缸中产生的角动量不守恒的动量矩效应，使通过双层进气管和双层螺旋进气道进入气缸的空气和浓混合汽二股气流分层，形成周围低速高压空气区和中央高速低压的浓混合汽区，由于空气压力大于浓混合汽的压力，所以只能发生空气向浓混合汽扩散而不会发生浓混合汽向周围空气扩散，使吸气过程分层稳定。为避免浓混合汽中存在油滴质量大，离心力大，可能向周围空气运动，浓混合汽的混合质量和予热十分重要。如图2所示，在发动机压缩时，浓混合汽首先由周围空气挤入燃烧室。然后，后至的外围空气，通过燃烧室喉口和切向通道挤入燃烧室，在挤气涡流和由切向通道挤气加速的进气涡流合成涡流作用下与先进入燃烧室的浓混合汽混合成均匀的空燃比为13～15左右的易燃混合气。在活塞顶与缸头间则为纯空气，继续保持分层。而且在不同工况时，以上吸气和压缩过程的分层可保持不变。在布置在燃烧室顶部中央附近的火花塞点火后，由于火焰传布距离短和合成涡流的作用，使燃烧过程在上死点附近迅速完成，此外，经4个切向喷孔（即通道）喷至活塞顶部的已燃和未燃混合汽与间隙中的空气进一步混合燃烧，使燃料的燃烧和空气的利用更为完善。另外，因为压缩终了时活塞缸头间隙中的未端气体为纯空气，在火焰传布到达前不会发生自燃。所以，在理论上它的压缩比可接近柴油机的压缩比。本发明考虑各种因素推荐取压缩比为12～16。就这样使汽油机迅速燃烧、充分燃烧、充分膨胀，发出最大功率，降低排温，最终达到比油耗小于265克／瓩小时，排气中有害成分较少与柴油机相近。

例如：某汽油机、S／D为115／100，采用涡流比为2的螺旋进气道。取压缩比为16。

若取浓混合汽螺旋通道占螺旋进气道截面的1／3，空气螺旋通道的截面积为2／3。若浓混合汽的空燃比为6，则进入汽缸混合汽的总空燃比为18。（因为若进入汽缸的空气量为GA，则由1／3进气管截面进入的燃料量为Gf＝GA／18）。若间隙中的空气，在一般压缩终了时近似取10CC计，而压缩终了时气缸容积为Vc＝36.4／15≈57.60CC。则实际燃烧室中混合气的空燃比应为（A／F）实＝47.6×18／57.6＝14.875。大致为易燃的当量的浓度混合汽。

附图1表示车用汽油机螺旋进气分层燃烧系统的结构及原理示意图。图2为压缩时混合与分层过程示意图。图3为镶入陶瓷喷管切向射流孔的活塞顶部半分开式燃烧室示意图。图4为双层螺旋进气管的螺旋形隔板示意图。

图上符号表示

1.带分支结构的双层进气管

2.双层螺旋进气道

3.火花塞

4.汽缸

5.活塞

6.燃烧室

7.切向喷孔（通道）

8.空气

9.化油气节流阀

10.化油器

11.空气节流阀

12.浓混合汽

13.进气管隔板

14.螺旋进气道的螺旋形隔板

15.中央高速低压浓混合汽气流