[发明专利]直喷式柴油机预混合燃烧方法与装置

说明书

技术领域

本发明所属内燃机领域，具体说是一种直喷式柴油机预混合燃烧方法与装置。

背景技术

随着世界各国对车辆排放的要求日益严格，作为车辆主要动力的直喷式柴油机面临低排放的挑战。传统的直喷式柴油燃烧系统是通过高压喷油器将柴油喷入燃烧室，形成的喷雾束与燃烧室内空气作用实现喷雾混合燃烧，这种燃烧方式以扩散燃烧形式为主，油束浓度分布很不均匀、燃烧温度很高，从而导致碳烟和氮氧化物有害排放的大量生成。最近，内燃机研究者提出了一种柴油机均匀预混合燃烧(HCCI)理论，使柴油和空气在燃烧室内先形成预混合气，然后再着火、燃烧，理论和实验表明这种燃烧形式能大幅降低碳烟和氮氧化物等有害排放。美国专利号US5467757，“压燃式发动机及其燃烧方式(Compression-ignition typeengine and combustion method of same)”，采用在柴油机压缩冲程上止点前60CA将柴油提前喷入燃烧室与空气混合形成预混合气，再压缩燃烧，在一定条件下可以明显改善碳烟和NO_x排放，但混合气着火时间和燃烧速率难以控制，在柴油机高负荷时，易产生爆震使燃烧恶化；SAE论文No.892068，题目“均质混合气压燃式发动机(Homogeneous-Charge CompressionIgnition(HCCI)Engines)”，提出采用废气再循环方法来控制柴油机预混合燃烧过程，包括着火始点、燃烧速率等，但没有给出具体的控制方法；美国专利号US2002026926，“带有燃烧优化控制装置的预混合压燃式发动机(Premixed charge compression ignition enginewith optimal combustion control)”，提供一种电子控制系统，控制柴油机柴油-空气预混合气的燃烧过程，包括燃烧着火时间，燃烧速率，燃烧室内压力、温度等，但控制系统复杂，费用高。

发明内容

本发明的目的是提供一种直喷式柴油机预混合燃烧方法和装置，可以实现控制着火定时和燃烧速率的预混合燃烧过程，降低燃烧产物中的碳烟和NO_x有害排放，同时提高柴油机燃烧效率。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

本发明方法的特征在于利用高压喷油器的喷射油束与燃烧室表面的合理碰撞，形成燃油与空气的多种混合方式，显著提高油气混合速率，实现直喷式柴油机的预混合燃烧。

本发明的技术装置，包括气缸、气缸盖、安装在气缸盖上的喷油器、活塞及燃烧室，其特征在于所述燃烧室设有环形柱体，环形柱体外侧为外部环形燃烧室，内侧为中心燃烧室。喷油器的喷油嘴开有多个喷油孔，喷油嘴的中心线与燃烧室中心线重合，喷油孔轴线延长线与喷油嘴中心线的夹角为60°-75°。环形柱体的横截面为圆弧形截面，环形柱体的高度为整个燃烧室高度的2/3-3/4。中心燃烧室是一个倒置的曲面旋转体，可以是圆弧面旋转体、抛物面旋转体或圆锥体。活塞顶面与气缸盖下平面构成整个燃烧室空间。整个燃烧室呈气缸中心线对称。

本发明与现有技术相比有如下优点：

由于利用喷油器的喷射油束与燃烧室表面的合理碰撞，可形成燃油飞溅破碎雾化混合、油膜蒸发混合。利用燃烧室内的空气涡流与湍流增加油气混合速率，由于多种混合方式并存，油气混合速率显著增加，使得预混合气形成时间极短，这样，预混合气的着火时间和燃烧速率可以由燃油喷射定时来控制，解决了由于柴油过早喷入燃烧室而存在的着火时间和燃烧速率难以控制的问题。因此本发明能成功实现柴油机预混合燃烧。另外，由于预混合气形成速率高，可使空燃比控制在0.6-0.8，实现稀薄燃烧，大幅降低碳烟和NO_x有害排放，提高柴油机燃烧效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的实施例的结构示意图。1喷油器         2气缸盖      3燃烧室    4活塞    5活塞环6气缸           7喷油嘴      8喷油孔    9外部环形燃烧室10中心燃烧室    11环形柱体

实施方式