一種船用柴油機(jī)燃燒室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種柴油機(jī)燃燒室，特別是一種船用柴油機(jī)燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)國(guó)際海事組織（頂0 )海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(MEPC )對(duì)MARP0L公約附則_修訂案 的內(nèi)容，對(duì)船舶柴油機(jī)廢氣排放提出了更高的要求。其中關(guān)于Ν0Χ排放方面，要求2011年1月 1日及以后建造的船上安裝的船用柴油機(jī)，Ν0Χ排放量的限值按如下要求：1)14.4g/(kW.h)， 當(dāng)rKISOr/ninjMtrKUS) g/(kW.h)，當(dāng)nUOOOr/ninJ)?·? g/(kW.h)，當(dāng)n>2000r/ nin [1]。柴油機(jī)排氣中的N0X包括勵(lì)、勵(lì)2、呢0、呢03、呢04、呢05等。在柴油機(jī)中，燃料經(jīng)燃 燒后從排氣管排出的N0X中約有90%~95%是NO，另外有少量的N02,其它成分較少可不考 慮。而柴油機(jī)排到大氣中的N0會(huì)進(jìn)一步被氧化為N02。對(duì)人類(lèi)直接造成危害的成分是N02,但 對(duì)柴油機(jī)來(lái)說(shuō)要控制的Ν0Χ主要是N0的排放量，而同時(shí)N0與未燃HC在一定條件下會(huì)形成過(guò) 氧化物，也會(huì)由此引起環(huán)境污染。
[0003] 國(guó)際上許多組織對(duì)控制Ν0Χ排放做了大量的調(diào)查、研究工作。目前的控制技術(shù)主要 在兩方面，內(nèi)部的工作過(guò)程的改善和外部的廢氣后處理。前者主要是針對(duì)Ν0Χ生成機(jī)理，從 適當(dāng)降低燃燒溫度、減少參與反應(yīng)的氧量、減少氮和氧的反應(yīng)時(shí)間等方面出發(fā)，采用諸如延 遲噴油時(shí)間、降低進(jìn)氣溫度、增加進(jìn)氣濕度、燃用乳化油、燃燒室噴水和廢氣再循環(huán)(EGR)等 方法來(lái)降低Ν0Χ。而后者主要是采用催化劑還原方法(SCR)，即向廢氣中加 NH3或尿素等還 原劑，使之與Ν0Χ反應(yīng)，生成N2和H20。然而，這些降低Ν0Χ的措施，或者會(huì)影響柴油機(jī)工作過(guò) 程的熱效率，或會(huì)增加運(yùn)行成本。對(duì)于船用柴油機(jī)來(lái)說(shuō)如何在控制排放和工作的經(jīng)濟(jì)性之 間找到最佳的平衡點(diǎn)是一關(guān)鍵性問(wèn)題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種不影響燃燒熱效率且降低了 Ν0Χ排放 的船用柴油機(jī)燃燒室。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種船用柴油機(jī)燃燒室，主要參數(shù)包含燃燒室絕對(duì)口徑D、燃燒室壓縮比、唇口直 徑d和錐形凸臺(tái)錐角α，其特征在于:所述燃燒室的絕對(duì)口徑D為86.4mm，燃燒室壓縮比為14， 唇口直徑d為7mm，燃燒室底部中央設(shè)置有一個(gè)錐形凸臺(tái)，錐形凸臺(tái)的錐角α為137°。
[0007] 進(jìn)一步地，所述燃燒室內(nèi)采用8 X 0.30 X 150°的噴油器。
[0008] 進(jìn)一步地，所述燃燒室為ω型燃燒室。
[0009] 進(jìn)一步地，所述噴油器若干個(gè)均勻設(shè)置并且噴出的油束呈空心錐狀。
[0010] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：
[0011] 1、縮小原有燃燒室的絕對(duì)口徑，增加收口度有利于在燃燒室中形成更好的微渦 流、擠流和逆擠流，組織有利于形成可燃混合氣的缸內(nèi)氣體流動(dòng)，提高可燃混合氣形成的速 度以及混合的均勻度，從而為進(jìn)一步減小供油提前角提供條件；
[0012] 2、換用了8 X 0.30 X 1500的噴油器，減少滯燃期內(nèi)燃油的噴射量，延長(zhǎng)活塞燃燒行 程渦流存留的時(shí)間，加強(qiáng)氣流擾動(dòng)，在緩燃期加強(qiáng)預(yù)混合燃燒期形成的碳煙的氧化，從面獲 得比較低的煙度；
[0013] 3、小幅度降低壓縮比使燃燒室內(nèi)的最高壓縮壓力和壓縮溫度略為降低，配合略為 推遲的供油提前角，使NOx生成受到限制；
[0014] 4、將凸臺(tái)的錐角由135°調(diào)整為137°，通過(guò)其導(dǎo)向作用，有利于形成微渦流、擠流和 逆擠流，同時(shí)對(duì)噴油嘴有很好的保護(hù)作用，使其盡可能少的受到高溫氣流吹拂。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型的一種船用柴油機(jī)燃燒室的示意圖。
[0016] 圖2是本實(shí)用新型的一種船用柴油機(jī)燃燒室的N02排放試驗(yàn)對(duì)比圖。
[0017] 圖3是本實(shí)用新型的一種船用柴油機(jī)燃燒室的煙度試驗(yàn)對(duì)比圖。
[0018] 圖4是本實(shí)用新型的一種船用柴油機(jī)燃燒室的燃油消耗率的試驗(yàn)對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì) 本實(shí)用新型的解釋而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。
[0020] 如圖1所示，本實(shí)用新型的一種船用柴油機(jī)燃燒室，主要參數(shù)包含燃燒室絕對(duì)口徑 D、燃燒室壓縮比、唇口直徑d和錐形凸臺(tái)錐角α，燃燒室的絕對(duì)口徑D為86.4_，燃燒室壓縮 比為14,唇口直徑d為7mm，燃燒室底部中央設(shè)置有一個(gè)錐形凸臺(tái)，錐形凸臺(tái)的錐角α為137°。
[0021] 其中，燃燒室內(nèi)采用8X0.30X 150°的噴油器。燃燒室為ω型燃燒室。噴油器若干 個(gè)均勻設(shè)置并且噴出的油束呈空心錐狀。
[0022]對(duì)于6150ZLCZ型柴油機(jī)，我們選擇了優(yōu)化燃燒室的方案來(lái)降低Ν0Χ和ΡΜ排放，直噴 式燃燒室的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循:滯燃期內(nèi)不要形成過(guò)多的混合氣、合理組織燃燒室內(nèi)的渦流和湍 流運(yùn)動(dòng)、尋求油一一氣一一燃燒室的最佳配合和加強(qiáng)燃燒后期的擾流。
[0023]縮小原有燃燒室的絕對(duì)口徑，增加收口度。由原來(lái)的縮口直徑88.7mm改為86.4mm， 這樣有利于在燃燒室中形成更好的微渦流、擠流和逆擠流，組織有利于形成可燃混合氣的 缸內(nèi)氣體流動(dòng)，提高可燃混合氣形成的速度以及混合的均勻度，從而為進(jìn)一步減小供油提 前角提供條件;減少滯燃期內(nèi)燃油的噴射量，延長(zhǎng)活塞燃燒行程渦流存留的時(shí)間，加強(qiáng)氣流 擾動(dòng)，在緩燃期加強(qiáng)預(yù)混合燃燒期形成的碳煙的氧化，從面獲得比較低的煙度。
[0024] 適當(dāng)小幅度降低壓縮比。由原來(lái)的14.2調(diào)整為14,唇口直徑由6mm調(diào)整為7mm。這可 使燃燒室內(nèi)的最高壓縮壓力和壓縮溫度略為降低，配合略為推遲的供油提前角，使NOx生成 受到限制。
[0025]該柴油機(jī)燃燒室底部中央設(shè)計(jì)有一球形凸臺(tái)。與多孔式噴油器的各噴孔相配合。 從空間幾何角度看，每個(gè)噴孔噴出的油束呈空心錐狀，該錐體的中心部分燃油較少，過(guò)量空 氣系數(shù)比較大。如果燃燒室底部能合理匹配油束錐體的形狀，會(huì)有利于把空氣擠向周?chē)?高空氣的利用率。由于在本機(jī)型中為降低排放，換用了8X0.30X1500的噴油器，與此相配 合，將凸臺(tái)的錐角由135°調(diào)整為137°。通過(guò)其導(dǎo)向作用，有利于形成微渦流、擠流和逆擠流， 同時(shí)對(duì)噴油嘴有很好的保護(hù)作用，使其盡可能少的受到高溫氣流吹拂。在活塞膨脹行程之 初，高溫燃?xì)庖阅鏀D流的方式從燃燒室進(jìn)入氣缸空間，在球形凸臺(tái)的導(dǎo)向作用下，燃?xì)鈿饬?可以盡可能避開(kāi)噴油嘴的頭部，從而避免受高溫氣流影響，以及避免由于噴油嘴過(guò)熱而進(jìn) 一部引起的針閥燒蝕或結(jié)膠等故障，有利于燃油的霧化，提高燃?xì)饣旌腺|(zhì)量，有利于組織更 完善的燃燒，減少排煙。
[0026]針對(duì)原燃燒室和改進(jìn)后燃燒室，配合推遲了的供油提前角，在臺(tái)架上進(jìn)行了四種 工況下柴油機(jī)排放及外特性的試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)Ｊ揭?jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果如圖2~圖4所示。
[0027] 表1試驗(yàn)?zāi)Ｊ?br>[0028] 試驗(yàn)?zāi)Ｊ?12 3 4
[0029] 功率/扭矩 ％ 100% 75% 50% 25%
[0030] 速度 ％ 100% 91% 80% 63%
[0031] 從圖2的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，改進(jìn)后的燃燒室，在各工況下對(duì)于Ν0Χ均有一定的控 制作用，特別是在低負(fù)荷下，下降幅度比較明顯。另外通過(guò)試驗(yàn)，改進(jìn)后的燃燒室對(duì)HC和C0 也有一定的控制作用。這是由于采用改進(jìn)的燃燒室后，ω型燃燒室的收口度增大，絕對(duì)口徑 減小，徑深比也隨之減小，從而使燃?xì)馀c空氣混合的過(guò)程得到改善，特別是靠近燃燒室壁面 和燃燒室底部都有比較高的周向渦流強(qiáng)度，參與燃燒的空氣量增加，燃?xì)夂涂諝饣旌系馁|(zhì) 量得到提高，避免出現(xiàn)局部混合氣過(guò)濃的現(xiàn)象，使得燃燒質(zhì)量提高。從圖3中看出，改進(jìn)后的 燃燒室在煙度上略為增加，這是由于壓縮比調(diào)整后，使壓縮溫度和初始燃燒溫度降低，雖一 定程度上控制了 Ν0Χ的生成，但卻不可避免地會(huì)造成煙度的增加，又由于采用了增加縮口度 的改進(jìn)方案，使可燃混合氣的形成速度和混合的均勻度都得到提高，從而改善了擴(kuò)散燃燒 期的燃燒情況，一定程度上抑制了碳煙的生成，所以總的來(lái)說(shuō)，煙度雖略有增加，但不明顯， 其試驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)GB8840《船用柴油機(jī)排氣煙度限值》規(guī)定的限制要求。由圖4的試驗(yàn)結(jié) 果看，除高速時(shí)的燃油消耗率略有上升之外，基本上兩種燃燒室改進(jìn)方案的燃油消耗率相 近。這是因?yàn)橛屠踉诟咚偃?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)供油壓力比較高，油束的射程較遠(yuǎn)，所以使得其在高 轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況下的燃油消耗率會(huì)稍高。
[0032]綜合起來(lái)評(píng)價(jià)，改進(jìn)后的燃燒室達(dá)到了比較理想的效果，配合推遲其供油提前角， 使得該柴油機(jī)在各個(gè)工況點(diǎn)Ν0Χ的排放均有不同程度的降低，且能滿(mǎn)足現(xiàn)階段MARP0L公約 附則VI修訂案中對(duì)Ν0Χ排放的要求，尤其在全負(fù)荷工況下更可比改進(jìn)前降低10%以上。同時(shí) 使得煙度和油耗率亦無(wú)明顯增加，仍能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
[0033]本說(shuō)明書(shū)中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本實(shí)用新型所作的舉例說(shuō)明。本實(shí)用新型 所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方 式替代，只要不偏離本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍，均應(yīng) 屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種船用柴油機(jī)燃燒室，主要參數(shù)包含燃燒室絕對(duì)口徑D、燃燒室壓縮比、唇口直徑d 和錐形凸臺(tái)錐角a，其特征在于:所述燃燒室的絕對(duì)口徑D為86.4mm，燃燒室壓縮比為14，唇 口直徑d為7mm，燃燒室底部中央設(shè)置有一個(gè)錐形凸臺(tái)，錐形凸臺(tái)的錐角a為137°。2. 按照權(quán)利要求1所述的一種船用柴油機(jī)燃燒室，其特征在于:所述燃燒室內(nèi)采用8X 0.30X150°的噴油器。3. 按照權(quán)利要求1所述的一種船用柴油機(jī)燃燒室，其特征在于:所述燃燒室為co型燃燒 室。4. 按照權(quán)利要求2所述的一種船用柴油機(jī)燃燒室，其特征在于:所述噴油器若干個(gè)均勻 設(shè)置并且噴出的油束呈空心錐狀。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種船用柴油機(jī)燃燒室，主要參數(shù)包含燃燒室絕對(duì)口徑D、燃燒室壓縮比、唇口直徑d和錐形凸臺(tái)錐角α，其特征在于：所述燃燒室的絕對(duì)口徑D為86.4mm，燃燒室壓縮比為14，唇口直徑d為7mm，燃燒室底部中央設(shè)置有一個(gè)錐形凸臺(tái)，錐形凸臺(tái)的錐角α為137°。本實(shí)用新型在不降低燃燒效率的情況下，有效降低了NOX的排放量。
【IPC分類(lèi)】F02M61/14, F02B23/00, F02F3/26
【公開(kāi)號(hào)】CN205315110
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620002771
【發(fā)明人】宋巖, 周輝, 孔曉麗, 馬雷
【申請(qǐng)人】南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月5日