CN103216319A - 一种用于加快转子发动机燃烧的引火喷管、转子及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明属于动力机械系统的燃烧技术领域，特别是涉及一种在转子发动机的转子上开设具有特殊形状的引火喷管以加快转子发动机燃烧，以及具有该设计的转子及发动机。一种用于加快转子发动机燃烧的引火喷管（1），其特征在于：所述喷管由开设在转子（2）中部和前部的两个直通道（3）相互交汇组成，交汇处作为引火喷管的弯道（4）；所述中部的直通道还包括一减缩段（5），通道半径在弯道处最大并向转子表面不断减小。本发明总起来说，引火喷管的发明可以使得发动机点火容易并且利于中后部混合气的燃烧，促进和加快了燃烧效率，提升了发动机的整体性能。

Description

一种用于加快转子发动机燃烧的引火喷管、转子及发动机

技术领域

本发明属于动力机械系统的燃烧技术领域，特别是涉及一种在转子发动机的转子上开设具有特殊形状的引火喷管以加快转子发动机燃烧，以及具有该设计的转子及发动机。

背景技术

一般发动机是往复运动式发动机，工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同，它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，高速性能好等许多往复式发动机无法比拟的优点。但是由于转子发动机单向转动，导致其内部流场为随转子运动方向的单向流动，并且流速很大。这同时会带来两方面的缺陷：第一，缸内混合气气体迁移速度过大造成火花塞附近气流流速也很大，点火能量容易散失而导致点火不易成功，为了点火成功，发动机需要安装高能的点火系统，这不但增加发动机成本而且发动机点火系统工作的可靠性较低；第二，点火成功后，由于混合气流速较大，整个火焰面会不断向前移动，即火焰会很容易的快速向前传播，而很难逆向的向后传播，这样燃烧室后部的未燃混合气必须运动到火焰后锋面才能被点燃，所以燃烧期就加长了，所以燃气不能快速充分的燃烧膨胀，这不仅大大降低了燃烧的效率，还导致油耗增加及排放物中未燃烃含量的增加。

为了克服转子发动机的上述缺点，人们不断的改变燃烧室的形状，以期待得到合理流场来使火花塞附近的流场速度不太大，来提高点火成功率；并且在做功燃烧行程的前期使燃烧室内部产生涡流，涡流对火焰的带动作用，可以这一定程度解决火焰无法向燃烧室后部传播的问题。但是随着燃烧过程的进行，转子运功到上止点附近时，涡流会因燃烧室内部空间的急剧减小而破碎，即涡流作用时间很短，所以这种方法无法从根本上改变由于发动机转子的单向流动而是燃烧室内部流场整体随转子单向向前运动的现状，燃烧效率的提高程度有限。

发明内容

本发明目的是设计一种引火喷管，使得燃烧室中部和前部形成了一种循环的气流，从而在很大程度上改变了原来发动机内部因转子单向转动，导致其内部流场为随转子运动方向的单向流动的现状，且很好的解决了由于工作工程中高速的单向流所产生的点火困难及火焰无法逆向的向燃烧室后部传播的问题。本发明同时公开了具有该设计的转子及发动机。

本发明的技术方案如下：

一种用于加快转子发动机燃烧的引火喷管（1），其特征在于：所述喷管由开设在转子（2）中部和前部的两个直通道（3）相互交汇组成，交汇处作为引火喷管的弯道（4）；所述中部的直通道还包括一减缩段（5），通道半径在弯道处最大并向转子表面不断减小。

进一步的，所述转子中部和前部的两个直通道均为通孔，与转子表面的夹角α的范围为40°—60°,β的范围为20°—40°，直径范围为4—6mm。

进一步的，所述转子中部直通道的减缩段（5）由一渐缩管（6）通过过盈配合的方式安装到直通道（3）中形成引火喷管的减缩段,所述渐缩管的最小直径也是整个引火喷管的直径设计为1—2mm，最大直径为2.5—3.5mm。

一种转子发动机的转子，其特征在于：所述转子包括如权利要求1所述的引火喷管。

一种转子发动机的转子，其特征在于：所述发动机包括如权利要求4所述的转子。

本发明相对现有技术的有益效果在于：现有技术中，转子发动机工作过程中，由于转子的单向转动而使燃烧室内部的流场整体上随转子转动方向向前高速单向运动，由于火花塞附近气流流速很高造成点火能量容易散失，从而点火困难。并且在火花塞点火后，燃烧室内部这种高速的单向流使火焰迅速向前传播而无法逆向的向后传播，这是致使发动机燃烧效率降低的主要原因。而本发明的引火喷管使得燃烧室中部和前部形成了一种循环的气流，其主要有两方面的作用：一、燃烧前期，增加了对燃烧室内部单向气流的扰动，降低了火花塞附近的气流速度，提高了点火成功的几率；二、燃烧中后期，促使前部已燃高温气体通过喷管反冲到燃烧室中后部并引燃附近的未燃混合气，这在很大程度上解决了原来火焰无法逆向向燃烧室后部传播的问题。总起来说，引火喷管的发明可以使得发动机点火容易并且利于中后部混合气的燃烧，促进和加快了燃烧效率，提升了发动机的整体性能。具体来说：

1、燃烧过程前期，增加了对燃烧室内部单向气流的扰动，降低了火花塞附近的气流速度，减少点火能量的散失，提高了点火成功的几率，降低了对点火系统的要求，从而减小了点火系统的成本，并提高了其高效稳定工作的可靠性；

2、燃烧中后期，促使前部已燃高温气体通过喷管反冲到燃烧室的中后部并引燃附近的未燃混合气，这在很大程度上解决了原来火焰无法逆向向燃烧室后部传播的问题，整体上提高了燃烧的效率。

附图说明

图1、图2、图3分别是本发明转子及引火喷管结构的正视、左视及俯视图。

图4、图5分别是减缩段结构的正视图和俯视图。

图6（A）（B）是本发明的转子及引火喷管在不同燃烧阶段的流场效果图。

图中：1-引火喷管；2-转子；3-位于转子中部和前部的直通道；4-弯道；5-渐缩段；6-渐缩管。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明通过如下技术方案得以实现，燃烧初期必须使点火位置处的气流速度降低，以减少点火能量的散失，提高点火成功率，而燃烧中后期必须使火焰可以向后传播以增加燃烧速率，提高发动机效率，所以引火喷管的形状的设计必须能较好的耦合缸内的流场。并且引火喷管的开设在一定程度上增加了燃烧室的容积，减小了发动机的压缩比，为了减小这种不利的影响，引火喷管的直径应尽量小，但是同时为了防止在这种狭小的通道内火焰传播的淬熄现象的产生，综合考虑，整个引火喷管最小的直径设计为1——2mm，最大直径为4——6mm。具体为：这个引火喷管由位于转子的中部和前部所开设两个直通道组成，这两个通道和转子的表面以一定的角度平滑连接，两个直道的交汇处作为引火喷管的弯道。并且中部的直通道设计成减缩喷管，通道半径在弯道处最大并向转子表面不断减小。而弯道处的直径(φL)为整个引火喷管通道的最大直径，增加了流通面积以使燃烧室内部的高速气流可以自然的改变流动方向。

参见图1-3，为了使气流可以平顺的在燃烧室中部和前部之间流动，在转子的中部和前部开设两个直通道。具体设计为：前部和中部直通道均为通孔，与转子表面的夹角α的范围为40°——60°,β的范围为20°——40°，直径（φL）范围为4——6mm，这两个通道用钻削的工艺的方法，直至两个孔交汇为止。同时为使中部的直通道设计为减缩喷管，加工如图4-5所示的渐缩段，其渐缩管的最小直径（φA）也是整个引火喷管的直径设计为1——2mm，最大直径（φB）为2.5——3.5mm，然后把这个部件通过过盈配合的方式安装到中部的直通道，这样形成了引火喷管的减缩段。

本发明之所以能能有上述的技术效果主要原因是以下二个方面：

1、燃烧初期，由图6（A）可以看出，由于转子逆时针转动，因而燃烧室后部的气体被压缩而造成压力变大。而由于燃烧室前部的容积不断变大，其气体压力升高速率低于燃烧室中部的气体，又由于转子发动机工作过程中由于转子连续地单向转动，所以其内部气体整体是沿转子运动方向单向高速流动。同时燃烧室中部和前部区域之间由于通道非常狭小造成速度剧烈加速而形成了一个挤流区，这个挤流也使得点火位置处的气流流速加大，点火能量容易散失，造成点火困难。而引火喷管的发明，会减小点火位置处的气流流速，主要因为两方面的原因：一、引火喷管的出现，会起到分流的作用，相当于间接的增加挤流区的流通面积，减弱了挤流的作用，所以点火位置的气流速度会有一定的下降；二、进入引火喷管的高速气流通过弯道后，气流方向被逆转，在燃烧室前部和通过挤流区的高速气流碰撞，这也会在一定程度上减弱挤流区的挤流作用，减小点火位置处的流速。这有利于点火能量的保持，提高了点火成功率并降低了对点火系统的要求，降低了成本并提高了点火系统高效稳定工作的可靠性。

2、燃烧过程的中后期，由图6（B）可以看出，由于燃烧室内部流场整体随转子的运动方向向前运动，所以火焰会迅速的传播到燃烧室的前部而无法逆向向后传播，燃烧室前部由于燃烧比较燃烧完全，温度升高，造成此时燃烧室的前部压力高于燃烧室中后部的压力，所以前部已燃的高温燃气会进入燃烧喷管并引燃喷管内的燃气，并且火焰会在喷管的渐缩段被加速，即火焰会反冲到燃烧室的中后部，从而引燃中后部无法及时燃烧的未燃混合气。这从根本上解决了流场的结构，在很大程度上解决了原发动机因燃烧室内部的高速单向流造成的火焰无法逆向向后传播的问题，提高燃烧速率，提升了发动机的整体性能。

本发明的上述具体实施方式只是对本发明专利技术方案的举例说明，而不构成对本发明保护范围的限制。任何依据本发明之发明精神所产生的技术方案的改进、变换、省略、替代等，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于加快转子发动机燃烧的引火喷管（1），其特征在于：所述喷管由开设在转子（2）中部和前部的两个直通道（3）相互交汇组成，交汇处作为引火喷管的弯道（4）；所述中部的直通道还包括一减缩段（5），通道半径在弯道处最大并向转子表面不断减小。

2.根据权利要求1所述的引火喷管，其特征在于：所述转子中部和前部的两个直通道均为通孔，与转子表面的夹角α的范围为40°—60°,β的范围为20°—40°，直径范围为4—6mm。

3.根据权利要求1所述的引火喷管，其特征在于：所述转子中部直通道的减缩段（5）由一渐缩管（6）通过过盈配合的方式安装到直通道（3）中形成引火喷管的减缩段,所述渐缩管的最小直径也是整个引火喷管的直径设计为1—2mm，最大直径为2.5—3.5mm。

4.一种转子发动机的转子，其特征在于：所述转子包括如权利要求1所述的引火喷管。

5.一种转子发动机的转子，其特征在于：所述发动机包括如权利要求4所述的转子。

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