降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，該燃燒室設(shè)置在活塞頭部，該燃燒室包括：凸臺，該凸臺設(shè)在燃燒室的底部中間位置；底槽，其為弧形槽，底槽圍繞凸臺設(shè)置在燃燒室的底部；喉口部，其呈環(huán)形凸起，喉口部設(shè)置在燃燒室的中上部，喉口部的下側(cè)與底槽的上側(cè)銜接，喉口部形成燃燒室的喉口；環(huán)狀臺階，其設(shè)置在喉口部的上側(cè)，環(huán)狀臺階的臺階面向外傾斜，臺階面的下側(cè)與喉口部的上側(cè)銜接；以及環(huán)形導(dǎo)流面，其由臺階面的上邊緣向上延伸至活塞頭部的頂面而形成，進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合燃油由于環(huán)形導(dǎo)流面的導(dǎo)流而沖擊不到靠近氣缸壁面的區(qū)域。該燃燒室可以充分發(fā)揮高供油壓力下增強(qiáng)油氣混合以降低柴油機(jī)原始碳煙排放的能力。
【專利說明】
降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及活塞領(lǐng)域，特別涉及一種降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]國家法規(guī)對柴油機(jī)性能和尾氣排放要求的不斷提高，這對燃燒系統(tǒng)核心部件之一的活塞燃燒室的要求也不斷提高。這要求燃燒室在保證可靠性和耐久性的前提下，要根據(jù)柴油機(jī)運行工況的特點合理組織缸內(nèi)氣流運動，使燃油霧化蒸發(fā)形成的燃油蒸汽在燃燒室內(nèi)合理分布，從而達(dá)到充分利用空氣、降低缸內(nèi)未燃碳?xì)浜吞紵?、提高燃油?jīng)濟(jì)性的目的。
[0003]我國環(huán)保部針對非道路柴油機(jī)排氣污染物限制已發(fā)布了四階段限值標(biāo)準(zhǔn)。從第三階段到第四階段，主要降低顆粒物，根據(jù)發(fā)動機(jī)功率段不同，降低幅度約為50%_94%。為了滿足第四階段的要求，必須對柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，其中燃燒室形狀是燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。第三階段柴油機(jī)燃燒室多采用縮口 ω形狀，某些縮口 ω形狀會在縮口和活塞頂面之間使用一個小臺階過渡，使得燃燒室口徑大于縮口直徑，從而在接近活塞頂面的位置形成一個喉口。為了滿足第四階排氣污染物限制要求，柴油機(jī)需要升級噴油系統(tǒng)的供油壓力。較高的供油壓力會使碳煙生成量有所降低，而大部分碳煙在活塞下行時被氣流帶出凹坑并被氧化掉，最終達(dá)到較低的碳煙排放。然而，由供油壓力帶來的碳煙降低貢獻(xiàn)還無法滿足第四階段的碳煙降幅要求，其問題在于原縮口 ω形狀或帶臺階過渡的縮口 ω形狀的燃燒室使燃油和碳煙在燃燒室內(nèi)的分配比例不佳。較高的供油壓力使燃油噴射速率提高，供油持續(xù)時間縮短，如果匹配第三階段的縮口 ω形狀或帶臺階過渡的縮口 ω形狀的燃燒室，那么分布到燃燒室凹坑內(nèi)的燃油蒸汽的比例將增大，會使燃燒室凹坑內(nèi)生成的碳煙的比例增大。另外，如果燃燒室形狀不合理，即使提高供油壓力，也無法降低碳煙，甚至?xí)固紵熍欧艕夯?br>[0004]柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的供油壓力提高后，現(xiàn)有的帶臺階過渡的縮口ω形狀的燃燒室將難以與之良好匹配并獲得滿意的燃燒排放性能。因為，更高的供油壓力會增大燃油噴射速率，從而縮短噴油持續(xù)時間，那么在燃油噴射期內(nèi)與活塞運動相對應(yīng)的油束落點偏向燃燒室下部的時間占比將增大，所以分布到燃燒室凹坑內(nèi)的燃油蒸汽的比例將增大。這一方面會使燃燒室凹坑內(nèi)生成的碳煙的比例增大，另一方面相對燃燒室頂面以上區(qū)域生成的碳煙，位于凹坑內(nèi)的碳煙較難被氧化。如果在膨脹行程無法將缸內(nèi)碳煙降低到一定程度的話，排氣行程排除的廢氣所含的碳煙量就會超標(biāo)。另外，分布到燃燒室凹坑內(nèi)的燃油過多，會使凹坑內(nèi)的混合氣過濃，降低燃燒熱效率。
[0005]公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，可以充分發(fā)揮高供油壓力下增強(qiáng)油氣混合以降低柴油機(jī)原始碳煙排放的能力。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，該燃燒室設(shè)置在活塞頭部，該燃燒室包括:凸臺，該凸臺設(shè)在燃燒室的底部中間位置;底槽，其為弧形槽，底槽圍繞凸臺設(shè)置在燃燒室的底部；喉口部，其呈環(huán)形凸起，喉口部設(shè)置在燃燒室的中上部，喉口部的下側(cè)與底槽的上側(cè)銜接，喉口部形成燃燒室的喉口；環(huán)狀臺階，其設(shè)置在喉口部的上側(cè)，環(huán)狀臺階的臺階面向外傾斜，臺階面的下側(cè)與喉口部的上側(cè)銜接；以及環(huán)形導(dǎo)流面，其由臺階面的上邊緣向上延伸至活塞頭部的頂面而形成，進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合燃油由于環(huán)形導(dǎo)流面的導(dǎo)流而沖擊不到靠近氣缸壁面的區(qū)域。
[0008]優(yōu)選地，喉口的圓心到頂面的距離為底槽的底部至頂面的距離的44%?45%，喉口的直徑為燃燒室的開口直徑的78.3%?80%。
[0009]優(yōu)選地，環(huán)形導(dǎo)流面為圓弧面，圓弧面與臺階面的上邊緣平滑過渡。
[0010]優(yōu)選地，圓弧面的圓弧中心至頂面的距離為1.7mm?2.0mm。
[0011]優(yōu)選地，臺階面與頂面的夾角度為30°-45°。
[0012]優(yōu)選地，凸臺的臺面至頂面的距離為5.5mm?6mm。
[0013]優(yōu)選地，燃燒室設(shè)于活塞頭部的偏心部位。
[0014]優(yōu)選地，凸臺為圓錐臺。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:通過環(huán)狀臺階和喉口部將燃燒室外延分為上下兩個區(qū)域，使得部分燃油既可以進(jìn)入活塞頂面的擠流區(qū)，又不會讓這些蒸汽距離氣缸壁面太近，既可以改善底槽和環(huán)狀臺階以上區(qū)域混合氣質(zhì)量還可以提高燃燒效率，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說明】
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室的剖視圖；
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室的俯視圖；
[0018]圖3是根據(jù)本發(fā)明的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室的使用示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0020]除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。
[0021]如圖1至圖2所示，根據(jù)本發(fā)明【具體實施方式】的一種降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，該燃燒室設(shè)置在活塞頭部I，該燃燒室包括凸臺7、底槽6、喉口部5、環(huán)狀臺階4以及環(huán)形導(dǎo)流面3。其中凸臺7設(shè)在燃燒室的底部中間位置，底槽6為弧形槽，底槽6圍繞凸臺7設(shè)置在燃燒室的底部，喉口部5呈環(huán)形凸起，喉口部5設(shè)置在燃燒室的中上部，喉口部5的下側(cè)與底槽6的上側(cè)銜接，喉口部5形成燃燒室的喉口，環(huán)狀臺階4設(shè)置在喉口部5的上側(cè)，環(huán)狀臺階4的臺階面向外傾斜，臺階面的下側(cè)與喉口部5的上側(cè)銜接，環(huán)形導(dǎo)流面3由臺階面的上邊緣向上延伸至活塞頭部I的頂面而形成，該環(huán)形導(dǎo)流面使得進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合燃油由于該環(huán)形導(dǎo)流面的導(dǎo)流而沖擊不到靠近氣缸壁面的區(qū)域。
[0022]上述方案中，該柴油機(jī)的燃燒室設(shè)置于活塞頭部I的頂面2上，燃燒室的下方為銷孔。其中該燃燒室從活塞頭部I的頂面2至燃燒室底部依次設(shè)有:環(huán)形導(dǎo)流面3、環(huán)狀臺階4、喉口部5、底槽6以及凸臺7。環(huán)形導(dǎo)流面3和環(huán)狀臺階4位于燃燒室上部，喉口部5為位于燃燒室中上部，呈環(huán)狀弧形凸起狀，環(huán)狀臺階4與環(huán)形導(dǎo)流面3和喉口部5平滑連接，喉口部5相對活塞頭部I的頂面2的距離及環(huán)形導(dǎo)流面3相對活塞頭部I的頂面2的距離決定了環(huán)狀臺階4的臺階面相對頂面2的傾斜度。底槽6為位于燃燒室底部邊緣的弧形槽，凸臺7位于燃燒室底部的中央部位。進(jìn)一步地，本實施例優(yōu)選將環(huán)形導(dǎo)流面3與活塞頭部I的頂面2之間、環(huán)狀臺階4與喉口部5之間、喉口部5與底槽7之間、底槽6與凸臺7之間以及凸臺7的側(cè)面與凸臺7的頂面之間通過圓角過渡，過渡圓角R2mm?R6mm。
[0023]如圖3顯示，環(huán)狀臺階4和喉口部5將燃燒室外延分為上下兩個區(qū)域，燃油沿噴射方向進(jìn)入燃燒室后蒸發(fā)形成燃油蒸汽，燃油蒸汽沿噴射方向向燃燒室壁面推進(jìn)，燃油蒸汽到達(dá)喉口部5的弧形凸起處后將有兩個流向，大部分燃油蒸汽沿圓弧壁面向底槽6流動，然后沿凸臺7的側(cè)面卷向燃燒室中部，另一部分燃油蒸汽沿環(huán)狀臺階4向頂面2方向流動。在燃燒過程中燃油到達(dá)的區(qū)域才有生成碳煙的可能，通過喉口部5和環(huán)狀臺階4優(yōu)化燃燒室內(nèi)部的燃油蒸汽的分布位置和比例，從而達(dá)到降低碳煙排放的目的。該設(shè)計可以組織合理的氣流運動，優(yōu)化燃燒室內(nèi)混合氣質(zhì)量、加強(qiáng)發(fā)動機(jī)燃料充分燃燒，降低碳煙排放。
[0024]作為一種優(yōu)選實施例，喉口的圓心到頂面2的距離為底槽6的底部至頂面2的距離的44 %?45 %，優(yōu)選設(shè)計為44.2 %，喉口的直徑為燃燒室的開口直徑的78.3 %?80 %。在本方案中，喉口的圓弧半徑可以設(shè)計為3_。
[0025]作為一種優(yōu)選實施例，環(huán)形導(dǎo)流面3為圓弧面，圓弧面與臺階面的上邊緣平滑過渡。
[0026]作為一種優(yōu)選實施例，圓弧面的圓弧中心至頂面2的距離為1.7mm?2.0mm。
[0027]作為一種優(yōu)選實施例，臺階面與頂面2的夾角度為30°-45°。優(yōu)選設(shè)計為30°
[0028]作為一種優(yōu)選實施例，凸臺7的臺面至頂面的距離為5.5mm?6mm。
[0029]作為一種優(yōu)選實施例，燃燒室設(shè)于活塞頭部I的偏心部位。本實施例中，燃燒室優(yōu)選設(shè)于活塞頭部I的頂面2的偏心部位(即燃燒室中心偏移活塞中心一定距離，參見圖2)，也可以將燃燒室設(shè)于活塞頭部I的頂面2的中心部位。參見圖2，8為垂直活塞銷孔軸線方向的燃燒室中心線，9為平行活塞銷孔軸線方向的燃燒室中心線，10為平行活塞銷孔軸線方向的活塞中心線，11為垂直活塞銷孔軸線方向的活塞中心線。
[0030]本實施例的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，通過環(huán)狀臺階4和喉口部5將燃燒室外延分為上下兩個區(qū)域。喉口相對活塞頭部I的頂面2的距離加大，使得高速噴射的燃油蒸汽在喉口位置分裂到底槽6和環(huán)狀臺階4方向的比例合理，從而改善底槽6和環(huán)狀臺階4以上區(qū)域的混合氣質(zhì)量。這樣一方面可以降低燃燒過程中燃燒室內(nèi)生成的碳煙總量，另一方面使得燃燒室底槽6和環(huán)狀臺階4以上區(qū)域的碳煙比例合理。底槽6內(nèi)的碳煙在底槽6和環(huán)狀臺階4導(dǎo)流作用下向燃燒室中上部流動與高溫氧化劑接觸，大部分并被氧化。環(huán)狀臺階4以上區(qū)域的碳煙在逆擠流作用下與高溫氧化劑接觸，大部分被氧化掉，最終可獲得低的碳煙原始排放。
[0031]本方案中，由于環(huán)形導(dǎo)流面3的設(shè)置，一方面使得燃燒室的開口到活塞頭部I徑向外側(cè)壁的距離a(參見圖1)比較大，另一方面使得環(huán)狀臺階4距離活塞頭部I的頂面2有一定距離h，即環(huán)狀臺階4有一定深度(參見圖1)。最終，使得本燃燒室的口徑較小，同時在喉口上側(cè)形成第二渦流區(qū)，這一結(jié)構(gòu)使得在喉口處分流流向環(huán)狀臺階4的燃油蒸汽沖擊那里的空氣，油氣混合氣在環(huán)形導(dǎo)流面3的導(dǎo)流作用下在環(huán)狀臺階4的臺階面以上區(qū)域形成縱向的渦流(參見圖3)。這一縱向渦流的形成和發(fā)展的作用與燃油蒸汽沿底槽6的壁面沖擊底槽內(nèi)的空氣形成的縱向渦流的作用相似，即促進(jìn)臺階區(qū)域油氣混合，改善燃燒過程，降低碳煙生成量。另外，燃燒室的開口到活塞頭部I徑向外側(cè)壁的距離a(參見圖1)比較大，污染物不易進(jìn)入活塞環(huán)縫隙區(qū)。
[0032]綜上，本實施例的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室之所以如此設(shè)計燃室形狀，使得部分燃油既可以進(jìn)入活塞頂面的擠流區(qū)，又不會讓這些蒸汽距離氣缸壁面太近。因為在氣缸壁面附近的燃油蒸汽燃燒效果不好，生成的碳煙不易于氧化，本方案中環(huán)形導(dǎo)流面3可以在以上兩個要求之間達(dá)到平衡。既可以改善底槽和環(huán)狀臺階4以上區(qū)域混合氣質(zhì)量還可以提高燃燒效率，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0033]前述對本發(fā)明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對示例性實施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
【主權(quán)項】
1.一種降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，該燃燒室設(shè)置在活塞頭部，其特征在于，該燃燒室包括: 凸臺，該凸臺設(shè)在所述燃燒室的底部中間位置； 底槽，其為弧形槽，所述底槽圍繞所述凸臺設(shè)置在所述燃燒室的底部； 喉口部，其呈環(huán)形凸起，所述喉口部設(shè)置在所述燃燒室的中上部，所述喉口部的下側(cè)與所述底槽的上側(cè)銜接，所述喉口部形成所述燃燒室的喉口 ； 環(huán)狀臺階，其設(shè)置在所述喉口部的上側(cè)，所述環(huán)狀臺階的臺階面向外傾斜，所述臺階面的下側(cè)與所述喉口部的上側(cè)銜接;以及 環(huán)形導(dǎo)流面，其由所述臺階面的上邊緣向上延伸至所述活塞頭部的頂面而形成，進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合燃油由于所述環(huán)形導(dǎo)流面的導(dǎo)流而沖擊不到靠近氣缸壁面的區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，其特征在于，所述喉口的圓心到所述頂面的距離為所述底槽的底部至所述頂面的距離的44%?45%，所述喉口的直徑為所述燃燒室的開口直徑的78.3%?80%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，其特征在于，所述環(huán)形導(dǎo)流面為圓弧面，所述圓弧面與所述臺階面的上邊緣平滑過渡。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，其特征在于，所述圓弧面的圓弧中心至所述頂面的距離為1.7mm?2.0mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，其特征在于，所述臺階面與所述頂面的夾角度為30°-45°。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，其特征在于，所述凸臺的臺面至所述頂面的距離為5.5mm?6mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，其特征在于，所述燃燒室設(shè)于所述活塞頭部的偏心部位。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的燃燒室，其特征在于，所述凸臺為圓錐臺O
【文檔編號】F02F3/26GK105909420SQ201610420021
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】李軍成, 陸壽域, 陳土潤, 張杰忠
【申請人】廣西玉柴機(jī)器股份有限公司