用于点燃式发动机的双喷射式湍流射流点火预燃室装置

摘要

本发明提供一种用于点燃式发动机的双喷射式湍流射流点火预燃室装置，包括两个压紧螺栓，喷油器(3)，气体喷射器(9)，预燃室上腔体(8)，预燃室喷嘴(5)，预燃室喷嘴压紧件(6)和火花塞(7)。其中，火花塞(7)、喷油器(3)以及气体喷射器(9)固定于预燃室上腔体(8)内，喷油器(3)和气体喷射器(9)分别通过一个压紧螺栓固定于预燃室上腔体(8)中；两个压紧螺栓均具有通孔(10)且两端均具有螺纹，一端通过螺纹与预燃室上腔体(8)连接，用于固定气体喷射器(9)或喷油器(3)，另一端用于连接气路或油路；预燃室喷嘴(5)被预燃室喷嘴压紧件(6)压紧并固定在预燃室上腔体(8)下端，形成预燃室内腔(12)。

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机燃烧技术领域，是一种用于点燃式发动机的多模式湍流射流点火预燃室装置。

背景技术

环境污染加剧使内燃机面临的排放问题更加严峻！为限制内燃机的排放，各国政府和国际组织制定了更加严格的排放法规。如何在提高内燃机热效率的同时降低排放成为全世界范围内关注的热点话题。废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)技术是将缸内燃烧后排出的部分废气分离并引入进气侧，使其再次参与缸内燃烧的技术，主要目的是改善发动机在部分负荷下的燃油经济性、降低NOx排放。发动机尾气中含有大量CO

预燃室射流点火是一种由火花塞点燃预燃室中混合气，而后由预燃室喷孔喷出的射流火焰引燃主燃室混合气的点火方式。射流火焰可在主燃烧室内形成分布广泛的点火源，促使混合气多点着火，可减小火焰传播距离，缩短燃烧持续期，改善燃烧过程。研究表明，采用射流点火燃烧方式可提高发动机稀燃极限，实现稳定稀薄燃烧，有效提升发动机热效率、减少污染物排放。

目前，在采用EGR技术的发动机中，压缩行程进入预燃室中的混合气实际为废气、燃料和空气三者的混合物。对于高EGR率的工况，预燃室中废气比例较高，氧浓度较低，导致预燃室内点火困难，无法稳定形成射流火焰，易造成失火，影响发动机热效率，并使排放恶化；低EGR率工况，点火后预燃室内的火焰发展速度变慢，延缓燃烧过程，导致射流火焰强度和速度降低，引燃效果变差，削弱射流火焰对主燃烧室内混合气燃烧过程的改善和促进作用。为解决上述问题，本发明提出一种多模式湍流射流点火预燃室装置，通过双喷射器设计，在预燃室内喷射新鲜空气以增加氧气充量，而后进行喷油，可保证预燃室内稳定着火。此外，对于采用空气稀释的稀薄燃烧工况，可采用单喷射器工作模式，仅在预燃室内喷射燃料，提高预燃室内当量比，使预燃室稳定着火，产生最佳引燃效果，最终达到提升发动机热效率、降低排放的目的。

发明内容

本发明目的在于提出一种用于点燃发动机的多模式湍流射流点火预燃室装置。其采用双喷射器设置，具有多种工作模式，可在预燃室内喷射新鲜空气和燃料，保证预燃室内稳定着火，而后初始火焰经由预燃室喷嘴形成射流火焰。进而实现高EGR率、空气稀释等稀燃工况下发动机缸内混合气的稳定燃烧，提升稀燃极限，提高发动机热效率并降低排放。技术方案如下：

一种用于点燃式发动机的双喷射式湍流射流点火预燃室装置，包括两个压紧螺栓，喷油器3，气体喷射器9，预燃室上腔体8，预燃室喷嘴5，预燃室喷嘴压紧件6，火花塞7，其中，

火花塞7、喷油器3以及气体喷射器9固定于预燃室上腔体8内，喷油器3和气体喷射器9分别通过一个压紧螺栓固定于预燃室上腔体8中。两个压紧螺栓均具有通孔10且两端均具有螺纹，一端通过螺纹与预燃室上腔体8连接，用于固定气体喷射器9或喷油器3，另一端用于连接气路或油路，一个压紧螺栓的通孔10，用于将空气送入气体喷射器9，另一个压紧螺栓的通孔10，用于将燃料送入喷油器3。

预燃室喷嘴5被预燃室喷嘴压紧件6压紧并固定在预燃室上腔体8下端，形成预燃室内腔12。

进一步地，预燃室喷嘴5由定位销4定位后，被预燃室喷嘴压紧件6压紧并通过螺纹固定在预燃室上腔体8下端。

进一步地，经气体喷射器9喷射后的空气由空气通道11进入预燃室内腔12；经喷油器3喷射的燃料直接喷入预燃室内腔12中；火花塞7在预燃室内腔12中跳火，用于点燃燃料/空气混合气，火焰先在预燃室内腔12中发展，而后经预燃室喷嘴5加速，形成射流火焰，点燃发动机主燃烧室内混合气。

进一步地，该双喷射式湍流射流点火预燃室装置的整体结构通过预燃室喷嘴5的外螺纹固定于发动机气缸盖上，在发动机压缩行程，主燃烧室内气体可通过预燃室喷嘴5进入预燃室内腔12。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.该装置可实现在预燃室内形成化学计量比混合气，可提高燃料/空气混合气浓度，保证火花塞跳火后预燃室内混合气稳定着火；解决高EGR率和空气稀释等稀燃工况下发动机预燃室着火困难的问题，有效促进发动机缸内稀薄混合气的着火和燃烧，提高混合气燃烧效率，使发动机实现高热效率和低排放。

2.对于高EGR率工况的点燃式发动机，双喷射器同时工作，在预燃室内喷射新鲜空气和燃料，可降低预燃室内废气比例，解决废气存在时预燃室内点火困难的问题，稳定产生射流火焰，避免发动机失火。

3.对于采用空气稀释技术的发动机，可采用单喷射器工作模式，仅在预燃室内喷射燃料，增加预燃室内燃料浓度，保证预燃室稳定着火，进而形成射流火焰。

4.另外，可解决预燃室中喷射不同于主燃烧室燃料的稀燃着火问题，如在氨气发动机中预燃室喷射氢气，通过本装置可对预燃室内氨气空气混合气进行扫气的作用。

附图说明

图1是本发明一种用于点燃式发动机的多模式湍流射流点火预燃室装置的零件爆炸图

图2是本发明一种用于点燃式发动机的多模式湍流射流点火预燃室装置的装配示意图

图3是本发明一种用于点燃式发动机的多模式湍流射流点火预燃室装置的剖面图

图中标号说明：

1-压紧螺栓；2-压紧螺栓；3-喷油器；4-定位销；5-预燃室喷嘴；6-预燃室喷嘴压紧件；7-火花塞；8-预燃室上腔体；9-气体喷射器；10-压紧螺栓通孔；11-空气通道；12预燃室内腔

具体实施方式

本发明提出一种用于点燃式发动机的多模式湍流射流点火预燃室装置，其主要由压紧螺栓1、2，喷油器3，气体喷射器9，压紧螺栓通孔10，空气通道11，预燃室上腔体8，预燃室内腔12，预燃室喷嘴5，预燃室喷嘴压紧件6，火花塞7，定位销4等部分组成。以下将结合附图对该预燃室装置的所有结构和工作原理进行详细描述。

附图1为本发明提出的多模式湍流射流点火预燃室装置的零件爆炸图。压紧螺栓两端带有螺纹且具有通孔，其一端的螺纹与预燃室上腔体8连接，分别用于固定并密封喷油器3和气体喷射器9于预燃室上腔体8中，另一端可通过螺纹连接油路或气路，燃料或空气经压紧螺栓通孔10分别进入喷油器3或气体喷射器9；本发明实例中压紧螺栓1连接气路，压紧螺栓2连接油路；火花塞7通过螺纹固定在预燃室上腔体8中，为预燃室提供点火源。

预燃室喷嘴5先由定位销4固定在预燃室上腔体8的下端，而后预燃室压紧件6通过螺纹与预燃室上腔体8下端连接，固定并密封预燃室喷嘴5，形成预燃室内腔12，其通过预燃室喷嘴5与发动机主燃烧室相连。完整装配后的预燃室装置如附图2所示。

附图3是该多模式湍流射流点火预燃室装置的剖面图。该装置通过预燃室喷嘴5的螺纹固定在发动机缸盖上，气体喷射器9喷射的新鲜空气通过空气通道11进入预燃室内腔12，增加内腔中混合气的氧气浓度；喷油器3直接将燃料喷入预燃室内腔12，随后火花塞7跳火，点燃预燃室内腔12中的混合气，形成初始火核；火焰在预燃室中发展并经过预燃室喷嘴5形成射流火焰，点燃主燃烧室内的混合气，使发动机完成燃烧做功。

本发明提出双喷射器设计，且具有多种工作模式，可在预燃室内腔12中单独喷射新鲜空气或燃料，也可同时喷射燃料和空气，可用于增加内腔中氧气充量，提高燃料/空气混合气浓度，形成化学计量比混合气，解决高EGR率工况或稀燃工况下预燃室中点火困难的问题，保证火花塞跳火后预燃室内稳定着火并产生射流火焰。同时，可解决预燃室中喷射不同于主燃烧室燃料的稀燃着火问题。