[发明专利]低排污高性能汽油机新型射流燃烧系统

说明书

本发明属于汽油机燃烧系统的创新。

现代汽车除了对汽油机的动力性、经济性和可靠性要求不断提高外，对排气中的有害气体的含量限制也越来越严格。传统燃烧室的汽油机，混合气的燃烧速度较慢，又不适应燃烧稀混合气，因而难以获得高的性能和低的排污。

为结合我国燃用低辛烷值汽油的国情，来提高国产汽油机的性能，本发明者多年从事汽油机燃烧系统及其燃烧技术的研究与开发，并在先后已获得了“汽油机射流燃烧室”的专利成果(CN85203240U)。这种偏置于排气门下方，带有射流孔的燃烧室，在燃烧前后产生强烈的紊流来加快燃烧速度，使混合气得到更充分的燃烧，又由于射流孔喷射火焰对爆燃的产生起到抑制作用，可在燃用低辛烷值汽油条件下把压缩比提高，使热效率得到提高，因此汽油机获得了先进的经济性、动力性，排放指标也得到了一定的改善，但该原型射流燃烧室还存在下列不足之处：1)发动机性能对工况变化比较敏感，即在全工况运转时的适应性不够理想，中速、中负荷以上，节油率高，而低速、低负荷时，节油率减少，高速、高负荷时，燃烧的最高爆发压力增长较快，影响机器的使用寿命，进气门与射流燃烧室间的“鼻梁”区曾出现过热断裂现象；2)大负荷工况时，由于燃烧最高温度偏高，排气中的氮氧化物(NOx)含量偏高，低速、低负荷工况时，排气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)含量偏高。

我们采用燃烧分析仪、离子探针测燃速和光纤传像摄影等先进手段，对原型射流燃烧室的燃烧机理进行大量更深入的实验工作和理论研究，发现了以下问题：1)压缩比在10以上的射流燃烧室汽油机可以燃用国产70号汽油，但对电火角较敏感，燃烧的最高爆发压力，压力升高率以及最高燃烧温度比原机有较大的提高，使机械负荷、热负荷增高，这会降低发动机工作的可靠性；2)低速、低负荷工况时，节油降低，CO、HC排放含量增加，其原因在于，火焰不能从射流孔及时喷出，主燃烧室内形成两个燃烧区的时间较晚，火焰传播速度变慢，燃烧持续时间拖长，混合气燃烧不够充分。而火焰不能从射流孔及时喷向主燃烧室的原因在于火焰传播的熄火距离变大所造成。那么火焰的传播与其熄火距离关系是怎样的呢？由大量实验研究表明：火焰在两平面狭缝之间传播，当其燃烧产生的热量少于向壁面散失的热量时，火焰就会熄灭，其临界值用熄火距离表示，而熄火距离与火焰的温度、压力和流动能量的函数有正比关系。因而火焰经射流孔喷往主燃烧室，在缸盖低面和活塞顶面之间的余隙间隙内传播，其熄火距离是随着汽油机运转工况的变化而改变的，在高速、高负荷工况时，燃烧燃料多，放热量大，经射流孔喷出火焰的温度、压力高，能量也大，故熄火距离小，活塞处在上止点时余隙间隙虽窄(只有气缸垫片厚度，一般为1.2-1.5毫米)，但火焰也能及时喷出和点燃主燃烧室的混合气，在燃烧容积变化很小的情况下，形成双燃烧区，加快火焰传播速度，使混合气燃烧得更充分，获得好的性能，在低速、低负荷工况时，燃烧燃料少，放热量少，射流孔喷出的火焰温度、压力较低，能量也小，熄火距离变大。因此，活塞处在上止点附近时，火焰不能及时喷出并在余隙间隙中传播，等到活塞下行至缸盖低面与活塞顶面的距离大于此时火焰的熄火距离后，火焰才能喷出并点着主燃烧室的混合气进行燃烧传播，这样，由于能量转换效率降低，火焰传播速度变慢，混合气不能有效燃烧致使节油率下降，CO、HC含量增高。

本发明的目的，在于克服原型射流燃烧室的上述不足，而提供一种新型射流燃烧系统，从而使汽油机达到低排污和高性能使用要求。

本发明低排污高性能汽油机新型射流燃烧系统，由一个射流燃烧室(A)及它下面的主通道(B)，和主燃烧室(G)及一端与射流燃烧室(A)相通，另一端与主燃烧室(G)相通的射流孔(C)，还有进气道(E)及在射流燃烧室与进气道之间的水冷通道(F)所构成，其特征在于：射流燃烧室A的横截面为一个异形截面，在相同排量条件下，其容积比现有射流燃烧室大10-12％；射流孔C的横截面为圆形，面积大小为活塞面积的2-2.5％，开孔方位为，孔的中心线与横轴夹角为45-55°，与纵轴夹角为55-60°；在射流孔的主燃烧室出口处至进气门下方，开设一个深度为2-3.5毫米的浅凹坑D；进气道设置成与纵轴成15-25°偏斜形结构。