[其他]車用汽油機螺旋進氣分層燃燒系統

無效

• 申請號: 86103904
• 申請日: 1986-06-10
• 公開（公告）號: CN86103904A
• 公開（公告）日: 1987-12-23
• 發明（設計）人: 胡大公
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F02M55/00
• 分類號: F02M55/00
• 代理公司: 浙江大學專利代理事務所
• 代理人: 張法高

本發明屬于車用汽油機燃燒系統。

現有的通用車用汽油機存在比油耗高、排放性能差等缺點，為解決這些缺點，目前的技術是采用汽油高壓噴射分層燃燒系統或三氣伐火焰噴射分層燃燒系統代替常規的汽油機燃燒系統。前者的結構特點是采用汽油高壓噴射（Pφ＞40bar）系統在上死點前將汽油噴入燃燒室混合和保持分層，它的主要特點是系統的磨損問題難以解決，驅動消耗的功率大、成本也高。后者的特點是利用第二進氣伐向付室供應濃混合氣，第一進氣伐向主室供應稀混合氣，裝在付室的火花塞點火后由付室噴出的火焰燃燒主室的稀混合氣。這種系統的主要缺點是結構復雜，需要能同時供應二種濃度混合氣的化油器和熱損失，節流損失較大等等。

本發明的目的在于克服上述燃燒系統的缺點，作了改進，提出了車用汽油機螺旋進氣分層燃燒系統。

本發明的要點在于車用汽油機燃燒系統的進氣管為具有分支結構的雙層進氣管，進氣道為雙層螺旋進氣道，燃燒室為布置在活塞頂部靠近中央的半分開式燃燒室。所說的分支結構的雙層進氣管一路可經空氣節流閥與大氣相通，另一路可經化油器節流閥與化油器相接，空氣節流閥與化油器節流閥可同步操作。在活塞頂部的燃燒室與活塞頂之間可鑲有陶瓷噴管，它可與燃燒室中的順氣流方向相切，可與活塞頂成傾角。它的雙層進氣管的隔板可將空氣與濃混合氣的進氣截面積之比分為3∶1至1∶1。它的雙層螺旋進氣道的螺旋形隔板也可將螺旋進氣道分成截面比為3∶1至1∶1的二個螺旋進氣道。二個螺旋進氣道的渦流比均為2到2.5。雙層進氣管的濃混合氣分支管與排氣管接觸，充分予熱。

本發明原理在于，如圖1所示，在發動機吸氣時利用螺旋進氣產生的螺旋進氣渦流及其在汽缸中產生的角動量不守恒的動量矩效應，使通過雙層進氣管和雙層螺旋進氣道進入氣缸的空氣和濃混合氣二股氣流分層，形成周圍低速高壓空氣區和中央高速低壓的濃混合氣區，由于空氣壓力大于濃混合氣的壓力，所以只能發生空氣向濃混合氣擴散而不會發生濃混合氣向周圍空氣擴散，使吸氣過程分層穩定。為避免濃混合氣中存在油滴質量大，離心力大，可能向周圍空氣運動，濃混合氣的混合質量和予熱十分重要。如圖2所示，在發動機壓縮時，濃混合氣首先由周圍空氣擠入燃燒室。然后，后至的外圍空氣，通過燃燒室喉口和切向通道擠入燃燒室，在擠氣渦流和由切向通道擠氣加速的進氣渦流合成渦流作用下與先進入燃燒室的濃混合氣混合成均勻的空燃比為13～15左右的易燃混合氣。在活塞頂與缸頭間則為純空氣，繼續保持分層。而且在不同工況時，以上吸氣和壓縮過程的分層可保持不變。在布置在燃燒室頂部中央附近的火花塞點火后，由于火焰傳布距離短和合成渦流的作用，使燃燒過程在上死點附近迅速完成，此外，經4個切向噴孔（即通道）噴至活塞頂部的已燃和未燃混合氣與間隙中的空氣進一步混合燃燒，使燃料的燃燒和空氣的利用更為完善。另外，因為壓縮終了時活塞缸頭間隙中的末端氣體為純空氣，在火焰傳布到達前不會發生自燃。所以，在理論上它的壓縮比可接近柴油機的壓縮比。本發明考慮各種因素推薦取壓縮比為12～16。就這樣使汽油機迅速燃燒。充分燃燒、充分膨脹，發出最大功率，降低排溫，最終達到比油耗小于265克/瓩.小時，排氣中有害成分較少與柴油機相近。

附圖1表示車用汽油機螺旋進氣分層燃燒系統的結構及原理示意圖。圖2為壓縮時混合與分層過程示意圖。圖3為鑲入陶瓷噴管切向射流孔的活塞頂部半分開式燃燒室示意圖。圖4為雙層螺旋進氣管的螺旋形隔板示意圖。

圖上符號表示

1.帶分支結構的雙層進氣管

2.雙層螺旋進氣道

3.火花塞

4.汽缸

5.活塞

6.燃燒室

7.切向噴孔（通道）

8.空氣

9.化油氣節流閥

10.化油器

11.空氣節流閥

12.濃混合氣

13.進氣管隔板

14.螺旋進氣道的螺旋形隔板

15.中央高速低壓濃混合氣氣流

16.周圍低速高壓空氣氣流

17.陶瓷噴管

18.易燃混合氣

如前所述，本發明的優點主要在于具有類似柴油機的工作過程和良好的燃油經濟性和排放性能。另外，由于它能采用常規汽油機結構和附件，以及其螺旋進氣道和布置在活塞頂部的半分開式燃燒室也是當前柴油機經常采用的成熟的結構，有利于推廣和使用。

實施例

某汽油機、S/D為115/100，采用渦流比為2的螺旋進氣道。取壓縮比為16。

若取濃混合氣螺旋通道占螺旋進氣道截面的1/3，空氣螺旋通道的截面積為2/3。若濃混合氣的空燃比為6，則進入汽缸混合氣的總空燃比為18。（因為若進入汽缸的空氣量為GA，則由1/3進氣管截面進入的燃料量為Gf＝GA/18）。若間隙中的空氣，在一般壓縮終了時近似取10CC計，而壓縮終了時氣缸容積為V_c＝86.4/15≈57.60CC，則實際燃燒室中混合氣的空燃比應為（A/F）_實＝47.6×18/57.6＝14.875。大致為易燃的當量的濃度混合氣。