一種船用柴油機燃燒室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種柴油機燃燒室，特別是一種船用柴油機燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)國際海事組織（頂0 )海洋環(huán)境保護委員會(MEPC )對MARP0L公約附則_修訂案 的內(nèi)容，對船舶柴油機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，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]。柴油機排氣中的N0X包括勵、勵2、呢0、呢03、呢04、呢05等。在柴油機中，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。而柴油機排到大氣中的N0會進一步被氧化為N02。對人類直接造成危害的成分是N02,但 對柴油機來說要控制的Ν0Χ主要是N0的排放量，而同時N0與未燃HC在一定條件下會形成過 氧化物，也會由此引起環(huán)境污染。
[0003] 國際上許多組織對控制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)部的工作過程的改善和外部的廢氣后處理。前者主要是針對Ν0Χ生成機理，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)時間等方面出發(fā)，采用諸如延 遲噴油時間、降低進氣溫度、增加進氣濕度、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，或者會影響柴油機工作過 程的熱效率，或會增加運行成本。對于船用柴油機來說如何在控制排放和工作的經(jīng)濟性之 間找到最佳的平衡點是一關(guān)鍵性問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種不影響燃燒熱效率且降低了 Ν0Χ排放 的船用柴油機燃燒室。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種船用柴油機燃燒室，主要參數(shù)包含燃燒室絕對口徑D、燃燒室壓縮比、唇口直 徑d和錐形凸臺錐角α，其特征在于:所述燃燒室的絕對口徑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)置有一個錐形凸臺，錐形凸臺的錐角α為137°。
[0007] 進一步地，所述燃燒室內(nèi)采用8 X 0.30 X 150°的噴油器。
[0008] 進一步地，所述燃燒室為ω型燃燒室。
[0009] 進一步地，所述噴油器若干個均勻設(shè)置并且噴出的油束呈空心錐狀。
[0010] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：
[0011] 1、縮小原有燃燒室的絕對口徑，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，提高可燃混合氣形成的速 度以及混合的均勻度，從而為進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，延長活塞燃燒行 程渦流存留的時間，加強氣流擾動，在緩燃期加強預(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、將凸臺的錐角由135°調(diào)整為137°，通過其導(dǎo)向作用，有利于形成微渦流、擠流和 逆擠流，同時對噴油嘴有很好的保護作用，使其盡可能少的受到高溫氣流吹拂。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型的一種船用柴油機燃燒室的示意圖。
[0016] 圖2是本實用新型的一種船用柴油機燃燒室的N02排放試驗對比圖。
[0017] 圖3是本實用新型的一種船用柴油機燃燒室的煙度試驗對比圖。
[0018] 圖4是本實用新型的一種船用柴油機燃燒室的燃油消耗率的試驗對比圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖并通過實施例對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明，以下實施例是對 本實用新型的解釋而本實用新型并不局限于以下實施例。
[0020] 如圖1所示，本實用新型的一種船用柴油機燃燒室，主要參數(shù)包含燃燒室絕對口徑 D、燃燒室壓縮比、唇口直徑d和錐形凸臺錐角α，燃燒室的絕對口徑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)置有一個錐形凸臺，錐形凸臺的錐角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 個均勻設(shè)置并且噴出的油束呈空心錐狀。
[0022]對于6150ZLCZ型柴油機，我們選擇了優(yōu)化燃燒室的方案來降低Ν0Χ和ΡΜ排放，直噴 式燃燒室的設(shè)計應(yīng)遵循:滯燃期內(nèi)不要形成過多的混合氣、合理組織燃燒室內(nèi)的渦流和湍 流運動、尋求油一一氣一一燃燒室的最佳配合和加強燃燒后期的擾流。
[0023]縮小原有燃燒室的絕對口徑，增加收口度。由原來的縮口直徑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，提高可燃混合氣形成的速度以及混合的均勻度，從而為進一步減小供油提 前角提供條件;減少滯燃期內(nèi)燃油的噴射量，延長活塞燃燒行程渦流存留的時間，加強氣流 擾動，在緩燃期加強預(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]該柴油機燃燒室底部中央設(shè)計有一球形凸臺。與多孔式噴油器的各噴孔相配合。 從空間幾何角度看，每個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，會有利于把空氣擠向周圍，提 高空氣的利用率。由于在本機型中為降低排放，換用了8X0.30X1500的噴油器，與此相配 合，將凸臺的錐角由135°調(diào)整為137°。通過其導(dǎo)向作用，有利于形成微渦流、擠流和逆擠流， 同時對噴油嘴有很好的保護作用，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入氣缸空間，在球形凸臺的導(dǎo)向作用下，燃?xì)鈿饬?可以盡可能避開噴油嘴的頭部，從而避免受高溫氣流影響，以及避免由于噴油嘴過熱而進 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]針對原燃燒室和改進后燃燒室，配合推遲了的供油提前角，在臺架上進行了四種 工況下柴油機排放及外特性的試驗，試驗?zāi)Ｊ揭姳?，試驗結(jié)果如圖2~圖4所示。
[0027] 表1試驗?zāi)Ｊ?br>[0028] 試驗?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的試驗結(jié)果可以看出，改進后的燃燒室，在各工況下對于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。另外通過試驗，改進后的燃燒室對HC和C0 也有一定的控制作用。這是由于采用改進的燃燒室后，ω型燃燒室的收口度增大，絕對口徑 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)局部混合氣過濃的現(xiàn)象，使得燃燒質(zhì)量提高。從圖3中看出，改進后的 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，但卻不可避免地會造成煙度的增加，又由于采用了增加縮口度 的改進方案，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，所以總的來說，煙度雖略有增加，但不明顯， 其試驗結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)GB8840《船用柴油機排氣煙度限值》規(guī)定的限制要求。由圖4的試驗結(jié) 果看，除高速時的燃油消耗率略有上升之外，基本上兩種燃燒室改進方案的燃油消耗率相 近。這是因為油栗在高速全負(fù)荷運轉(zhuǎn)時供油壓力比較高，油束的射程較遠，所以使得其在高 轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況下的燃油消耗率會稍高。
[0032]綜合起來評價，改進后的燃燒室達到了比較理想的效果，配合推遲其供油提前角， 使得該柴油機在各個工況點Ν0Χ的排放均有不同程度的降低，且能滿足現(xiàn)階段MARP0L公約 附則VI修訂案中對Ν0Χ排放的要求，尤其在全負(fù)荷工況下更可比改進前降低10%以上。同時 使得煙度和油耗率亦無明顯增加，仍能滿足設(shè)計要求。
[0033]本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本實用新型所作的舉例說明。本實用新型 所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方 式替代，只要不偏離本實用新型說明書的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng) 屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種船用柴油機燃燒室，主要參數(shù)包含燃燒室絕對口徑D、燃燒室壓縮比、唇口直徑d 和錐形凸臺錐角a，其特征在于:所述燃燒室的絕對口徑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)置有一個錐形凸臺，錐形凸臺的錐角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燃燒室，其特征在于:所述噴油器若干個均勻 設(shè)置并且噴出的油束呈空心錐狀。
【專利摘要】本實用新型公開了一種船用柴油機燃燒室，主要參數(shù)包含燃燒室絕對口徑D、燃燒室壓縮比、唇口直徑d和錐形凸臺錐角α，其特征在于：所述燃燒室的絕對口徑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)置有一個錐形凸臺，錐形凸臺的錐角α為137°。本實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】F02M61/14, F02B23/00, F02F3/26
【公開號】CN205315110
【申請?zhí)枴緾N201620002771
【發(fā)明人】宋巖, 周輝, 孔曉麗, 馬雷
【申請人】南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月5日