燃烧系统及其设计方法、发动机与流程

专利2025-03-28  10


本申请涉及发动机,特别涉及一种燃烧系统及其设计方法、发动机。


背景技术:

1、随着发动机强化程度及热效率的逐渐提升,业内通常使用高压缩比活塞。然而,随着喷油器的流量逐渐加大,燃烧室内的流量加大,导致燃油雾化效果变差,从而导致燃烧烟度存在一定程度的恶化。

2、为了解决上述问题,目前提出了增加喷油器孔数的方案,在实现大流量喷油器降低油耗效果的同时,还能够降低燃烧烟度的生成。但是,喷油器孔数增加会使得喷油器喷射到喉口的油束沿圆周方向干涉,此时,相邻油束交叉干扰,导致燃油难以得到有效的混合扩散,进而造成发动机烟度大,后处理系统再生周期短,造成整车驾驶成本增加。


技术实现思路

1、本申请提供了一种燃烧系统及其设计方法、发动机,用于解决周向相邻油束交叉干扰的问题,从而提高燃油混合扩散的效果。

2、第一方面,本申请提供一种燃烧系统,包括燃烧室和喷油器;

3、所述燃烧室包括设置于活塞顶端的燃烧室凹坑,所述燃烧室凹坑的内壁设有绕所述燃烧室的周向布置的喉口;

4、所述喷油器包括多个沿所述喷油器的周向均匀分布的多个第一喷孔和沿所述喷油器的周向均匀分布的多个第二喷孔,所述第一喷孔用于对所述燃烧室凹坑喷射第一油束,所述第二喷孔用于对所述燃烧室凹坑喷射第二油束;

5、所述第一喷孔和所述第二喷孔沿所述喷油器的轴向排列,所述第一喷孔位于第二喷孔与所述燃烧室凹坑之间,所述第一喷孔和所述第二喷孔的数量相同,且沿所述喷油器的周向,所述第一喷孔和所述第二喷孔交错设置;

6、所述燃烧室凹坑的内壁设有沿所述燃烧室凹坑的周向均匀分布的多个强化筋,所述强化筋的数量与所述第一喷孔和所述第二喷孔的总数相同,所述强化筋沿所述燃烧室凹坑的内壁由底部至顶部的延伸方向延伸、并沿所述燃烧室的底部至顶部的方向覆盖所述喉口;

7、其中,沿所述燃烧室凹坑的周向,相邻两个所述强化筋之间设有一个所述第一喷孔或所述第二喷孔。

8、本申请提供的燃烧系统,喷油器设计了上下两排喷孔,以此可从空间上实现油束分层,降低了周向油束干涉,在实现大流量喷油器降低油耗的同时还能够满足烟度要求。通过在燃烧室凹坑的内壁设置多个突出于壁面的强化筋,沿燃烧室的周向,每一个喷孔位于相邻两个强化筋之间,每一个喷孔喷射的油束可喷射至两个强化筋之间的部位,强化筋可阻隔油束朝向相邻的油束扩散,从而从空间上抑制了相邻油束的干涉。因此,本申请提供的燃烧系统,可降低周向油束干涉,使得燃油得到有效的混合扩散,降低发动机烟度和燃油消耗率,降低整车驾驶成本。

9、在一些可能的实施方案中,所述强化筋在第一平面上的正投影呈条状结构,所述第一平面为垂直于所述燃烧室凹坑的轴线的平面。

10、在一些可能的实施方案中,沿所述燃烧室凹坑的顶部至底部的方向,所述强化筋的直径逐渐减小。

11、在一些可能的实施方案中,所述强化筋与所述燃烧室凹坑的中心之间的距离为0.14d~0.16d,所述强化筋靠近所述燃烧凹坑的中心的一端与活塞顶端之间的距离为0.13d~0.15d。其中,d为发动机的缸径。

12、在一些可能的实施方案中,所述第一油束的锥角θ1小于所述第二油束的锥角θ2,且θ2-θ1=4°~10°。

13、在一些可能的实施方案中,所述第一油束的锥角θ1为142°~146°,所述第二油束的锥角θ2为146°~154°。

14、在一些可能的实施方案中,所述第二喷孔的喷油量与所述第一喷孔和所述第二喷孔的总喷油量的比值为35%~45%。

15、在一些可能的实施方案中,沿所述燃烧室凹坑的底部至顶部的方向,所述燃烧室凹坑的内壁位于所述喉口背离所述燃烧室凹坑底部一侧的部位依次设有第一环形凸台和第二环形凸台,所述第一环形凸台和所述第二环形凸台均绕所述燃烧室凹坑的周向分布;

16、所述第一环形凸台与所述第二环形凸台之间通过第一圆弧结构连接,以使所述第一环形凸台和所述第二环形凸台形成台阶状结构。

17、在一些可能的实施方案中,所述第一环形凸台在第二平面上的正投影为圆弧状结构,所述第二环形凸台在所述第二平面上的正投影为圆弧状结构;

18、其中,所述第二平面为平行于所述燃烧室凹坑的轴线的平面。

19、在一些可能的实施方案中,所述第一环形凸台的圆弧半径为0.14d~0.18d,所述第二圆形凸台的圆弧半径为0.17d~0.25d;

20、其中,d为发动机的缸径。

21、第二方面,本申请提供一种如第一方面中任一可能的实施方案中所述的燃烧系统的设计方法,包括:

22、确定燃烧室的容积和喷油器的流量;

23、确定第一油束的锥角和第二油束的锥角,并确定第一喷孔和第二喷孔的喷油量占比;

24、根据缸盖涡流比确定所述第一油束与强化筋之间的夹角,以及确定所述第二油束与强化筋之间的夹角;

25、根据所述第一喷孔和所述第二喷孔的喷油量占比确定所述第一喷孔和所述第二喷孔的直径,根据所述第一油束的锥角、所述第二油束的锥角、所述第一喷孔的喷油量和所述第二喷孔的喷油量定义燃烧室设计参数的设计,建立燃烧室的仿真模型,并进行仿真计算;

26、根据仿真计算结果确定所述喷油器的参数和燃烧室的参数满足预设需求。

27、在一些可能的实施方案中,根据缸盖涡流比确定所述第一喷孔和所述第二喷孔喷射的油束与强化筋之间的夹角,包括:

28、所述第一油束或所述第二油束的中心与所述强化筋的中心之间的夹角为θ3,所述第一喷孔和所述第二喷孔的总数为n,则θ3与n之间满足:

29、当缸盖涡流比为0时,θ3=(180/n)°;

30、当缸盖涡流比为0~1时,θ3=(180/n-1)°~(180/n-5)°;

31、当缸盖涡流大于1时,θ3=(180/n-5)°~(180/n-10)°。

32、第三方面,本申请提供一种发动机,包括如第一方面中任一可能的实施方案中所述的燃烧系统,或者,包括根据第二方面中的设计方法进行设计的燃烧系统。



技术特征:

1.一种燃烧系统,其特征在于,包括燃烧室和喷油器;

2.根据权利要求1所述的燃烧系统,其特征在于,所述强化筋在第一平面上的正投影呈条状结构,所述第一平面为垂直于所述燃烧室凹坑的轴线的平面。

3.根据权利要求2所述的燃烧系统,其特征在于,沿所述燃烧室凹坑的顶部至底部的方向,所述强化筋的直径逐渐减小。

4.根据权利要求2所述的燃烧系统,其特征在于,所述强化筋与所述燃烧室凹坑的中心之间的距离为0.14d~0.16d,所述强化筋靠近所述燃烧凹坑的中心的一端与活塞顶端之间的距离为0.13d~0.15d;

5.根据权利要求1所述的燃烧系统,其特征在于,所述第一油束的锥角θ1小于所述第二油束的锥角θ2,且θ2-θ1=4°~10°。

6.根据权利要求5所述的燃烧系统,其特征在于,所述第一油束的锥角θ1为142°~146°,所述第二油束的锥角θ2为146°~154°。

7.根据权利要求5所述的燃烧系统,其特征在于,所述第二喷孔的喷油量与所述第一喷孔和所述第二喷孔的总喷油量的比值为35%~45%。

8.根据权利要求1所述的燃烧系统,其特征在于,沿所述燃烧室凹坑的底部至顶部的方向,所述燃烧室凹坑的内壁位于所述喉口背离所述燃烧室凹坑底部一侧的部位依次设有第一环形凸台和第二环形凸台,所述第一环形凸台和所述第二环形凸台均绕所述燃烧室凹坑的周向分布;

9.根据权利要求8所述的燃烧系统,其特征在于,所述第一环形凸台在第二平面上的正投影为圆弧状结构,所述第二环形凸台在所述第二平面上的正投影为圆弧状结构;

10.根据权利要求9所述的燃烧系统,其特征在于,所述第一环形凸台的圆弧半径为0.14d~0.18d,所述第二圆形凸台的圆弧半径为0.17d~0.25d;

11.一种如权利要求1~10任一项所述的燃烧系统的设计方法,其特征在于,包括:

12.根据权利要求11所述的设计方法,其特征在于,根据缸盖涡流比确定所述第一喷孔和所述第二喷孔喷射的油束与强化筋之间的夹角,包括:

13.一种发动机,其特征在于,包括如权利要求1~10任一项所述的燃烧系统,或者,包括根据权利要求11或12所述的设计方法进行设计的燃烧系统。


技术总结
本申请涉及发动机技术领域,公开了一种燃烧系统及其设计方法、发动机,用于降低周向油束干涉,降低烟度。燃烧系统包括燃烧室和喷油器,燃烧室包括设置于活塞顶端的燃烧室凹坑。喷油器包括多个第一喷孔和多个第二喷孔,第一喷孔用于对燃烧室凹坑喷射第一油束,第二喷孔用于对燃烧室凹坑喷射第二油束。第一喷孔和第二喷孔沿喷油器的轴向排列,第一喷孔和第二喷孔的数量相同,第一喷孔和第二喷孔交错设置。燃烧室凹坑的内壁设有沿燃烧室凹坑的周向均匀分布的多个强化筋,强化筋沿燃烧室凹坑的内壁由底部至顶部的方向延伸。沿燃烧室的周向,相邻两个强化筋之间设有一个第一喷孔或一个第二喷孔。

技术研发人员:李凡,李志杰,刘俊龙,刘晓鑫,陈荣祥,蔡志勇,张荣胜
受保护的技术使用者:潍柴动力股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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