燃气发动机燃烧系统技术方案

一种属于发动机混合气形成与燃烧技术领域的燃气发动机燃烧系统，包括气缸套、气缸盖、活塞、燃烧室、柴油喷油器，燃烧室采用了ω型设计方案，活塞入口较小、且盆底较深，活塞底面通过两段贝塞尔函数曲线予以包络。本发明专利技术可以有效减少发动机燃烧室的面容比，从而降低燃烧过程中的传热损失；可以有效降低未燃碳氢和一氧化碳排放，保持较低的氮氧化物和较高的热效率。本发明专利技术设计合理，结构简单，适用于进气道喷射天然气作为主要燃料、缸内直喷微量柴油作为引燃燃料的发动机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种属于发动机混合气形成和燃烧领域的燃气发动机燃烧系统，特别是一种采用微量柴油引燃混合气的燃烧系统。
技术介绍
天然气作为极具潜力的替代能源，是实现交通运输领域节能减排的重要手段之一。在压燃式发动机中使用天然气作为主要燃料、微量柴油作为引燃天然气的辅助燃料，可以有效解决传统柴油机氮氧化物NOx和碳烟Soot排放高的问题。然而，传统压燃式发动机是以柴油作为主要燃料，依据柴油的喷雾燃烧特性设计燃烧系统。如果沿用该燃烧系统进行天然气/空气的预混合燃烧，会由于缸内较弱的流场强度、较大的面容比，而在燃烧过程中出现火焰传播速度慢、传热损失大、壁面淬熄严重等问题，并引发较高的未燃碳氢UHC和一氧化碳CO排放，以至于影响到发动机的燃烧效率。
技术实现思路
为了改善燃气发动机燃烧系统的UHC和CO排放、提高其燃烧效率，本专利技术设计了一种燃气发动机燃烧系统专用的燃烧系统。该燃烧系统在保持压燃式发动机较高压缩比的前提下，减少了燃烧室的面容比，从而改善了传热损失和火焰的壁面淬熄。通过提高缸内绕轴向方向的旋流较好的促进了引燃柴油与缸内预混合气体的相互混合，使得更多区域的燃料活性得以提高。在上止点附近形成较强的挤流与逆挤流运动，有利于加快燃烧过程中火焰的传播速度。这些因素都使得缸内燃烧组织得以优化，燃烧效率得以提高，从而降低了发动机的UHC和CO排放。本专利技术是通过以下技术方案来实现的，本专利技术包括气缸套、、气缸盖、活塞、燃烧室、柴油喷油器，气缸盖布置在气缸套的上部，活塞布置气缸套内，燃烧室由气缸套(1)、气缸盖、活塞构成，柴油喷油器布置在燃烧室的中央位置，天然气由进气道喷射，在压缩过程中燃烧室内为天然气/空气预混合气，柴油喷油器为多喷孔、小孔径喷油器，活塞的底面通过两段贝塞尔函数曲线予以包络。进一步地，在本专利技术中，燃烧室采用了ω型设计方案，活塞的入口较小、盆底较深。更进一步地，本专利技术的燃烧方式采用微量柴油引燃天然气。更进一步地，在本专利技术中，引燃用柴油可采用单段或多段喷射。更进一步地，在本专利技术中，燃烧室形状可以在保持原有高压缩比不变的前提下，通
过调节贝塞尔函数曲线的控制节点进行优化活塞底面由两段光滑曲线包络而成，每段包络曲线都单独使用一个三次方的贝塞尔函数予以描述。通过调整贝塞尔函数多项式系数设置即可改变活塞底面形状，以便能够更好的适应缸内流场流动的需要。同时，要求贝塞尔函数曲线所包络的区域在保持体积不变的前提下(即压缩比不变)尽可能减少表面积，以降低传热损失及其对燃烧的影响。活塞入口采用小口径减缩型设计方案，有利于在燃烧上止点附近产生强烈的挤流(活塞上行)与逆挤流(活塞下行)。燃烧室采用深坑式ω型设计方案，可以在深坑处产生围绕活塞轴向运动方向较强的大尺度旋流。与现有技术相比，本专利技术所述的燃气发动机燃烧系统专用燃烧系统的优势包括：利用贝塞尔函数构建活塞底部的曲线形状，通过合理设置贝塞尔函数系数，即可形成面容比较小、符合缸内流动需求、且与引燃柴油喷雾相互配合的燃烧室形状设计；选用ω型设计方案的燃烧室，减小活塞入口口径、且采用深坑型盆底结构，有利于加强缸内流场强度，从而促进引燃柴油与环境氛围气体的混合以及燃烧时的火焰传播。最终，该燃烧系统的传热损失得以降低、燃烧效率得以提高，UHC和CO排放也随之降低。附图说明图1为本专利技术实施例所述的燃气发动机燃烧系统的结构示意图；图2为基于贝塞尔函数曲线所描述的燃烧室形状；附图中的标号分别为：1、气缸套，2、气缸盖，3、活塞，4、燃烧室，5、柴油喷油器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例以本专利技术技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本专利技术包括气缸套1、气缸盖2、活塞3、燃烧室4、柴油喷油器5，气缸盖2布置在气缸套1的上部，活塞3布置气缸套1内，燃烧室4由气缸套1、气缸盖2、活塞3构成，柴油喷油器5布置在燃烧室4的中央位置，天然气由进气道喷射，在压缩过程中燃烧室4内为天然气/空气预混合气，柴油喷油器5为多喷孔、小孔径喷油器，活塞3的底面通过两段贝塞尔函数曲线予以包络；燃烧室4采用了ω型设计方案，活塞3的入口较小、盆底较深；燃烧方式采用微量柴油引燃天然气；引燃用柴油可采用单段或多段喷射；燃烧室4形状可以在保持原有高压缩比不变的前提下，通过调节贝塞尔函数曲线的控制节点进行优化。图2所示的是利用贝塞尔函数曲线所描述的燃烧室形状。A-B段和B-C段分别为两个三次方的贝塞尔函数曲线构成，详细表达公式如下所示：其中t∈[0,1]。本实施例中，相关尺寸设置如下：Cdep＝24.37mm，Lcp3＝16.08mm，Lcp4＝4.68mm，R1＝0.6975，R2＝0.6949，R3＝1.1，R4＝0，Rbowl＝35mm，Hpst＝R1×Cdep＝17.00mm，CP1＝R3×Hpst＝18.70mm，CP2＝R4×Hpst＝0mm，Lbt＝R2×Rbowl＝24.32mm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气发动机燃烧系统，包括气缸套(1)、气缸盖(2)、活塞(3)、燃烧室(4)，气缸盖(2)布置在气缸套(1)的上部，活塞(3)布置气缸套(1)内，燃烧室(4)由气缸套(1)、气缸盖(2)、活塞(3)构成，其特征在于，还包括柴油喷油器(5)，柴油喷油器(5)布置在燃烧室(4)的中央位置，天然气由进气道喷射，在压缩过程中燃烧室(4)内为天然气/空气预混合气，柴油喷油器(5)为多喷孔、小孔径喷油器，活塞(3)的底面通过两段贝塞尔函数曲线予以包络。

【技术特征摘要】
1.一种燃气发动机燃烧系统，包括气缸套(1)、气缸盖(2)、活塞(3)、燃烧室(4)，气缸盖(2)布置在气缸套(1)的上部，活塞(3)布置气缸套(1)内，燃烧室(4)由气缸套(1)、气缸盖(2)、活塞(3)构成，其特征在于，还包括柴油喷油器(5)，柴油喷油器(5)布置在燃烧室(4)的中央位置，天然气由进气道喷射，在压缩过程中燃烧室(4)内为天然气/空气预混合气，柴油喷油器(5)为多喷孔、小孔径喷油器，活塞(3)的底面通过两段贝塞尔函数曲线予...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，李铁，葛琳琳，周昕毅，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31