燃料直喷柴油发动机和用于该种发动机的燃料喷射方法技术

技术编号:15000848 阅读:77 留言:0更新日期:2017-04-04 09:58
本发明专利技术涉及一种直喷柴油发动机,包括至少一个汽缸(10)、承载燃料喷射装置(14)的汽缸盖(12)、在汽缸内滑动的活塞(16)、燃烧室(34),所述燃烧室(34)的一侧由包括突部(48)的活塞的上表面(44)界定,所述突部(48)向汽缸盖方向提升并布置在凹型碗状腔体(46)的中心内,所述发动机包括喷射装置,所述喷射装置通过至少两个具有不同流层夹角(A1,A2)的燃料射流流层、具有射流轴线(C1)的下流层(36)以及具有射流轴线(C2)的上流层(38),将燃料喷射到燃烧室的至少两个混合区域(Z1,Z2)。根据本发明专利技术,区域之一包括具有中心(B)的环形容积(64),下流层的燃料射流(40)被射入所述环形容积(64)内,使得下流层射流的轴线(C1)位于中心(B)与突部(48)之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种直喷内燃发动机,更具体地涉及一种压缩点火发动机以及使用该发动机的方法。本专利技术更具体地涉及一种发动机,所述发动机能用于飞行器或汽车行业,或用于固定设备领域,例如发电机组。这类发动机一般包括至少一个汽缸、活塞、氧化剂进气装置、燃烧废气排气装置、燃烧室和用于将燃料喷入燃烧室的喷射装置,该活塞具有布置于凹型碗状腔体(bowl,碗状部)中的突部并且在该汽缸中往复直线滑动。在设计发动机时,燃烧室的性能、污染物排放以及机械强度方面受到越来越高的限制,然而满足这些限制的装置却呈相对态势,这点一般是被接受的。因此,性能的提高一般会导致排放的增加和更高的机械应力。为了克服这些限制并保证在发动机的整个运行范围中、尤其是在负载非常高时的低排放以及令人满意的机械强度,非常重要的是要利用燃烧室内存在的所有氧化剂,例如氧化剂包括环境压力下的空气、增压空气或空气(增压或非增压)的混合物以及再循环的已燃烧气体。实际上,燃烧室内的燃料混合物(氧化剂/燃料)需要尽可能地均匀。实践中,燃料被限制在碗状腔体中,不能与主要位于挤气(squish,挤流)区的氧化剂混合,挤气区即为由汽缸壁和汽缸盖的与活塞相对的面界定的燃烧室上部的容积。这涉及在燃烧区域内形成高富集区的缺点,在该燃料混合物燃烧时会产生大量炭烟、一氧化碳(CO)以及未燃烧的烃(HC)。此外,热负荷集中在活塞的再进入部,即碗状腔体颈部或标志活塞碗状腔体和包括挤气区的上部区域之间过渡的直径约束部,所述再进入部在负荷非常高时是有限制的。如在专利申请JP5-71347中较好描述的一种用以克服前述缺点的方案包括使用燃料喷射装置以及活塞,所述燃料喷射装置的射流具有至少两个流层夹角,所述活塞包括带有两个燃烧容积的碗状腔体。相比于常规发动机,该方案允许使用更大量的氧化剂,且允许在燃烧室的更大表面积上分配热负荷。然而该配置并不能为了利用两个燃烧容积内所有可用的氧化剂以及最小化来自不同流层的燃料射流之间的重叠而优化内部空气动力性能。最终该配置未最小化液体燃料在缸壁上的堆积。本专利技术的目的是要提高混合物的质量以获得性能的改良以及显著的消耗和排放(CO、氮氧化物、未燃烧物、炭烟)的改良。因此,本专利技术涉及压缩点火直喷内燃发动机,所述发动机至少包括汽缸、承载燃料喷射装置的汽缸盖、在汽缸内滑动的活塞、燃烧室,所述燃烧室的一侧由包括突部的活塞的上表面界定,所述突部向汽缸盖方向延伸并布置在凹型碗状腔体的中心处,所述喷射装置通过至少两个具有不同流层夹角的燃料射流流层、具有射流轴线C1的下流层以及具有射流轴线C2的上流层,将燃料喷射到燃烧室的至少两个混合区域,其特征在于,区域之一包括具有中心B的环形容积,下流层的燃料射流被射入所述环形容积内,以使下流层射流的轴线C1包含在中心B与突部之间。燃料射流流层可沿轴向一层布置在另一层上方。喷射装置可包括至少两个喷射器,通过具有不同流层夹角的燃料射流流层将燃料喷出。某一流层的流层夹角最大为130°,而另一流层的流层夹角最小为130°。碗状腔体可包括具有半径R1和R2的环形容积、碗状腔体底部直径FD、碗状腔体开口直径BD、颈部直径GD、上喷射直径ID1、碗状腔体的直径截面的展开长度2*Cb、突部高度H以及碗状腔体高度L,且碗状腔体的尺寸可满足下列条件中的至少一个:·比例BD/L小于6,优选地小于4,·比例FD/BD小于1,·比例2*Cb/BD小于2,·比例GD/BD的范围在0.7和1之间,·比例H/L大于50%,优选地大于60%,·比例R2/R1小于1,优选地小于0.6,·比例ID1/GD大于1,·ID1小于(GD+(2*Cb-GD)*2/3)。碗状腔体可包括突部的倾斜侧面的倾斜角(a3)、由通过在点(M)处冲击环面而喷射入环面的下流层的燃料射流的主轴线C1和在冲击点(M)处的切线形成的倾斜角(a4)、被认为是外倒圆表面与侧壁形成的倾斜角(a5),且碗状腔体可满足下列条件中的至少一个:·a3大体等于a1,·a4大于80°,·a5的范围在0°和90°之间,优选地大体在30°和40°之间,·a6的范围在15°和75°之间。本专利技术还涉及用于压缩点火直喷内燃发动机的喷射方法,所述发动机包括至少一个汽缸、承载燃料喷射装置的汽缸盖、在汽缸内滑动的活塞、燃烧室,所述燃烧室的一侧由包括突部的活塞的上表面界定,所述突部向汽缸盖方向延伸并布置在凹型碗状腔体的中心,所述方法包含通过至少两个具有不同流层夹角的燃料射流流层、具有射流轴线C1的下流层以及具有射流轴线C2的上流层将燃料喷出,其特征在于,对于活塞的位置D,活塞的位置D认为是在碗状腔体的底部和上流层的燃料射流的源头之间,大体对应于D=L4+ID1/tana2,其中,L4为碗状腔体的底部和上流层的燃料射流的冲击点之间的高度,ID1为被认为在冲击点之间的上喷射直径,a2为上流层顶部处的半角,该方法在于将下流层燃料喷射入包括具有中心B的环形容积的区域,使得该流层的燃料射流的轴线C1包含在中心B与突部之间。在阅读了下面参照附图借助非限制性示例给出的描述之后本专利技术的其它特征和优点会变得清楚,在附图中:图1示出了一种根据本专利技术的内燃发动机,以及图2是图1中发动机的活塞碗状腔体轮廓的放大的局部半剖视图。参照图1,一种压缩点火直喷内燃发动机包括至少一个汽缸10、用于在上部封闭汽缸的汽缸盖12、由汽缸盖承载的燃料喷射装置14以及轴线为XX’的活塞16,该活塞在汽缸中往复直线滑动。燃料理解为液体燃料,例如柴油燃料、煤油或任何其他拥有如下物理化学特性的燃料,所述物理化学特性允许包括该种燃料的直喷系统的压缩点火类型发动机的运转。该发动机还包括带有至少一根排气管20的燃烧废气排气装置18,所述排气管20的开启可由任何装置控制,例如排气阀22,该发动机还包括带有至少一根进气管26的氧化剂进气装置24,所述进气管26的开启可由任何装置控制,例如进气阀28。氧化剂理解为环境压力下的空气、增压空气或空气(增压或非增压)的混合物,以及燃烧废气。喷射装置包括至少一个燃料喷射器30,其优选地沿轴线XX’布置,所述燃料喷射器30的喷嘴32包括多个孔口,燃料通过所述孔口喷出并沿发动机的燃烧室34的方向喷射。射出的燃料从离开这些喷射装置起形成至少两个燃料射流流层,此处为燃料射流40和42的两个流层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压缩点火直喷内燃发动机,所述内燃发动机包括至少一个汽缸(10)、承载燃料喷射装置(14)的汽缸盖(12)、在所述汽缸内滑动的活塞(16)、燃烧室(34),所述燃烧室(34)在一侧由包括突部(48)的所述活塞的上表面(44)界定,所述突部(48)向所述汽缸盖方向延伸并布置在凹型碗状腔体(46)的中心处,所述喷射装置通过至少两个具有不同流层夹角(A1,A2)的燃料射流流层、具有射流轴线C1的下流层(36)以及具有射流轴线C2的上流层(38),将燃料喷射到所述燃烧室的至少两个混合区域(Z1,Z2),其特征在于,所述区域之一包括具有中心B的环形容积(64),所述下流层的燃料射流(40)被射入所述环形容积(64),使得所述下流层射流的轴线C1被包含在所述中心B与所述突部(48)之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.25 FR 13604261.一种压缩点火直喷内燃发动机,所述内燃发动机包括至少一个汽缸
(10)、承载燃料喷射装置(14)的汽缸盖(12)、在所述汽缸内滑动的活塞
(16)、燃烧室(34),所述燃烧室(34)在一侧由包括突部(48)的所述活
塞的上表面(44)界定,所述突部(48)向所述汽缸盖方向延伸并布置在凹型
碗状腔体(46)的中心处,所述喷射装置通过至少两个具有不同流层夹角(A1,
A2)的燃料射流流层、具有射流轴线C1的下流层(36)以及具有射流轴线
C2的上流层(38),将燃料喷射到所述燃烧室的至少两个混合区域(Z1,Z2),
其特征在于,所述区域之一包括具有中心B的环形容积(64),所述下流层的
燃料射流(40)被射入所述环形容积(64),使得所述下流层射流的轴线C1
被包含在所述中心B与所述突部(48)之间。
2.如权利要求1所述的内燃发动机,其特征在于,燃料射流流层(24,
26)沿轴向一层布置在另一层上方。
3.如权利要求1或2中任一项所述的内燃发动机,其特征在于,所述喷
射装置包括至少两个喷射器,所述喷射器通过具有不同的流层夹角的燃料射流
流层将燃料射出。
4.如前述任一项权利要求所述的内燃发动机,其特征在于,所述流层之
一(24)的流层夹角(A1)最大为130°,而另一流层的流层夹角(A2)最小
为130°。
5.如前述任一项权利要求所述的内燃发动机,所述碗状腔体包括具有半
径R1和R2的环形容积(64)、碗状腔体底部直径FD、碗状腔体开口直径BD、
颈部直径GD、上喷射直径ID1、碗状腔体的直径截面的展开长度2*Cb、突部
高度H以及碗状腔体高度L,其特征在于,所述碗状腔体的尺寸满足下列条件
中的至少一个:
·比例BD/L小于6,优选地小于4,
·比例FD/BD小于1,
·比例2*Cb/BD小于2,
·比例GD/BD的范围在0.7和1之间,
·...

【专利技术属性】
技术研发人员:L·马丁内斯S·理查德O·拉吉特
申请(专利权)人:IFP新能源公司
类型:发明
国别省市:法国;FR

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