压缩点火气体燃料发动机燃烧系统及其复合供气方法

摘要

本发明公开了一种压缩点火气体燃料发动机燃烧系统，以及用于上述燃烧系统、通过电控单元控制高、低压喷射阀的开启时刻和持续喷射时间的一种复合供气方法。所述压缩点火气体燃料发动机燃烧系统，包括气缸盖、工作活塞、进气管和位于活塞顶与气缸盖之间的主燃烧室，所述气缸盖上设置有分隔式副燃烧室；所述副燃烧室下部设置有与主燃烧室相连的通道，侧部设置有电热塞，上部设置有电控单元控制的高压气体喷射阀；所述进气管上设置有电控单元控制的低压气体喷射阀。本发明结构简单，主、副燃烧室间无需设置喷气阀门；利用电热塞辅助加热实现压缩点燃，大幅度提高了压缩比，并实现了稀薄燃烧，从而提高了热效率，降低了燃料消耗率。

说明书

                                技术领域

本发明涉及一种工作活塞式内燃机的燃烧系统，特别涉及一种带副燃烧室的压缩点火气体燃料发动机燃烧系统，以及用于上述燃烧系统的一种复合供气方法。

                                背景技术

目前，有关带副燃烧室的内燃机的报道很多，例如中国专利ZL98108338.2公开的一种带副燃烧室燃料喷射式内燃机，该内燃机副燃烧室与主燃烧室相连通，为完成副燃烧室内点火过程，该内燃机设置了与副燃烧室相邻的蓄压室、将燃料喷入蓄压室的燃料喷射阀、连通蓄压室与副燃烧室的混合气阀，以及火花点火塞。上述混和气阀将燃料和压缩空气的混合气喷射至副燃烧室，由副燃烧室内的点火塞将混和气点燃。其不足之处是设置了蓄压室和混合气阀，结构复杂；采用火花点火方式，降低了压缩比和热效率，增加了燃料消耗率。

                                发明内容

本发明克服了现有技术中结构复杂、压缩比和热效率低、燃料消耗率高的不足，提供了一种压缩点火气体燃料发动机燃烧系统以及用于该燃烧系统的一种复合供气方法。其结构简单，主、副燃烧室间无需设置喷气阀门；采用压缩点火方式，大幅度提高了压缩比，并实现了稀薄燃烧，从而提高了热效率，降低了燃料消耗率，本发明适用于单一替代燃料发动机。

为了解决上述技术问题，本发明的目的可通过下述的技术方案实现：

本发明的压缩点火气体燃料发动机燃烧系统，包括气缸盖、工作活塞、进气管和位于工作活塞顶与气缸盖之间的主燃烧室；所述气缸盖上设置有分隔式副燃烧室；所述副燃烧室下部设置有与主燃烧室相连的通道，侧部设置有电热塞，上部设置有电控单元控制的高压气体喷射阀；所述进气管上设置有电控单元控制的低压气体喷射阀。

本发明的复合供气方法，概述如下：

低压气体喷射阀在发动机进气行程中喷射气体燃料，与空气混合形成稀薄混和气；在发动机压缩行程中，工作活塞接近上止点时，高压气体喷射阀向副燃烧室内喷射气体燃料，在副燃烧室内形成易于着火的浓混和气；在电热塞助燃下，在临近工作活塞接近上止点时，压缩点燃副燃烧室的浓混和气；副燃烧室内燃烧的气体经主燃烧室与副燃烧室连接的通道喷入主燃烧室，随后点燃主燃烧室内的稀薄混和气，完成膨胀做工过程。

与现有技术相比，本发明采用分隔式副燃烧室和高压喷射阀，在副燃烧室内形成易于点燃的浓混和气，利用电热塞辅助加热实现压缩点燃，燃烧的混合气通过连接主、副燃烧室的通道喷入主燃烧室，主、副燃烧室间采用简单的通道，无需设置复杂的喷气阀门和蓄压室，由于设计更加合理，其结构更为简单；采用电热塞辅助加热实现压缩点燃，大幅度提高了压缩比，并实现了稀薄燃烧，从而提高了热效率，降低了燃料消耗率；同时采用了与之相适用的复合供气方法，从而在使用中更加方便自如。

                                附图说明

图1是本发明的压缩点火气体燃料发动机燃烧系统结构示意图；

图2是本发明的副燃烧室局部图；

图3是本发明的镶块局部图；

图4是本发明的工作活塞导流槽局部放大图。

附图标记：

1.电控单元  2.低压气体喷射阀  3.气缸盖     4.高压气体喷射阀

5.电热塞    6.隔热层          7.主燃烧室   8.副燃烧室

9.镶块      10.工作活塞       11.通道      12.进气管

13.导流槽

                                具体实施方式

下面结合附图对发明作详细描述：

在图中，压缩点火单一替代燃料发动机燃烧室，包括气缸盖3、工作活塞10、进气管12和位于工作活塞顶与气缸盖之间的主燃烧室7；所述活塞10顶部设置的导流槽13，导流槽13位于活塞顶部，引导从副燃烧室喷射出的燃烧气体，点燃主燃烧室内的稀薄空气。所述气缸盖3上设置有分隔式副燃烧室8，副燃烧室8为球形涡流室，容积比选在30％～40％效果最佳，压缩比为20～22；副燃烧室内表面涂有高温隔热层6，例如氧化锆、氮化硅，厚度为0.2mm～0.6mm；副燃烧室8下部设置有与主燃烧室7相连的通道11，通道的尺寸和方向对燃烧影响有较大影响，通道横截面积选择在100～150平方毫米，其轴线与水平夹角选在40～60度效果最佳，通道11可以设置在气缸盖内直接打通主、副燃烧室，也可以设置在镶块9上；镶块9是副燃烧室的组成部分，其半球形部分组成副燃烧室的下半部，有利于引导高压喷气阀喷入的气流平顺地进入副燃烧室，快速混合形成浓混和气；镶块9外侧切割一道凹槽，凹槽深度为0.5mm～2.5mm，放入副燃烧室后，形成一道空气夹层，从而减少热量散失；副燃烧室8侧部设置有电热塞5，电热塞5为压缩点火陶瓷电热塞；副燃烧室8上部设置有电控单元1控制的高压气体喷射阀4；进气管12上设置有电控单元1控制的低压气体喷射阀2。

下面对本发明的复合供气方法作进一步的描述：

在发动机进气行程中低压气体喷射阀1喷射气体燃料，与空气混合形成稀薄混和气；在发动机压缩行程中，工作活塞10接近上止点时，高压气体喷射阀4向副燃烧室8内喷射气体燃料，在副燃烧室8内形成易于着火的浓混和气；在电热塞5助燃下，在临近工作活塞10上止点时压缩点燃副燃烧室8的浓混和气；副燃烧室8内燃烧的气体经主燃烧室7与副燃烧室8连接的通道11喷入主燃烧室，随后点燃主燃烧室内的稀薄混和气，完成膨胀做工过程。

高压喷射阀喷射压力为6～12Mpa，喷射定时在压缩上止点前40～20℃；低压喷射阀喷射压力为0.4Mpa，喷射定时在进气上止点后10～20℃。

气体燃料可以使用低十六烷值气体替代燃料，例如压缩天然气、液化天然气、藻气，采用天然气与藻气作为内燃机替代燃料，可以减少一氧化碳和氮氧化物排放量，从而减少大气污染。

本发明适用于缸径范围从95mm～200mm的车用、发电和采油等多种用途的发动机。

以上对本发明及其实施方式的描述是示意性的，没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，作出其它实施例，均应属于本发明的保护范围。