CN104405496A - 一种天然气发动机预燃室式供气装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机领域，涉及一种天然气发动机预燃室式供气装置。本发明在发动机的气缸盖上设有预燃室和中央位置安装的天然气直喷喷嘴；预燃室内设置有小型天然气喷嘴，电热塞，通过连接通道与主燃室连接，使天然气发动机只在预燃室内形成过浓混合气，采用电热塞作为点火装置，点火方式更稳定可靠；天然气直喷喷嘴作为主燃室的供气装置，提高了发动机的充量系数和发动机的动力性能，减少未燃气体排放，提高经济性，均质混合气有利于火焰传播，减少爆震现象；预燃室式引燃装置及天然气直喷喷嘴还具有结构简单紧凑，工作可靠，便于安装的优点。

Description

一种天然气发动机预燃室式供气装置

技术领域

本发明属于发动机领域，尤其涉及天然气发动机的预燃室及供气装置。

背景技术

我国汽车产业消耗大量石油资源，并造成相当严重的尾气排放污染。面对石油资源匮乏，环境污染加剧，我国不断开发寻找清洁能源。在风能，光能，生物质能等多种新型能源当中，天然气凭借其清洁高效环保的优势脱颖而出，在越来越多的车用及船用发动机上得到应用。尤其随着我国页岩气勘探、开采技术的进步，我国一跃成为全球天然气资源大国。但是天然气与石油燃料相比，燃烧速度低，着火温度高，不易点燃。因此，目前天然气发动机普遍采用的方案是：一，改造汽油机，天然气在进气管路中喷射，在缸外与空气形成均质混合气并用火花塞点火的燃烧方式；二，改造柴油机，将柴油机直喷喷嘴替换成火花塞引燃天然气与空气混合气。

这样的工作方式存在以下问题：首先，发动机气缸内的混合气浓度控制困难，在不均匀的过浓混合气条件下，发动机会产生大量未然HC排放，造成污染，同时降低经济性；其次，为了提高天然气发动机的工作效率，一般需要提高其压缩比，这样会导致发动机发生爆震的概率增加。

因此，为了提高天然气发动机的燃烧效率，上世纪90年代，便有研究者提出采用带有预燃室的天然气发动机，实现天然气发动机分层燃烧。这就使得在预燃室这一局部狭小的范围内形成过浓混合气，而在气缸这一较大范围内形成稀薄的均质混合气，实现稀薄燃烧，降低发动机排放，同时抑制爆震，提高发动机效率。

现有技术ZL 02257567.7 中天然气发动机预燃室设计，采用预燃室内形成过浓混合气，形成火焰后喷入气缸引燃天然气和空气混合气的方式，但是这一设计中燃烧做功的天然气采用进气道低压喷射，与空气混合后进入气缸，这样的设计使得整个发动机的充量系数降低，因而不能够有效提高天然气发动机的动力性能；此外电火花塞能量不足时，容易造成点火失败。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种既充分提高发动机效率，又能有效抑制排放和爆震，同时还能保证点火更加可靠的天然气发动机预燃室式供气装置。 

一种天然气发动机预燃室式供气装置，包括：主燃室和气缸盖；所述气缸盖上包括进气门、排气门、天然气直喷喷嘴和射流引燃装置；所述射流引燃装置包括预燃室；所述预燃室内包括小型天然气喷嘴、点火装置和连接通道；所述预燃室通过所述连接通道与所述主燃室相连接。

上述方案中，所述点火装置为电热塞。

进一步的，所述电热塞的点火端设置在所述预燃室的中央位置。

上述方案中，所述进气门包括进气门A和进气门B，所述排气门包括排气门A和排气门B；所述进气门A与所述进气门B呈对称分布；所述排气门A和所述排气门B呈对称分布；所述天然气直喷喷嘴安装在靠近所述进气门A与进气门B一侧的中心线位置上。

上述方案中，所述射流引燃装置安装在所述气缸盖的中央位置上。

上述方案中，所述预燃室下部圆弧形部位的底部还设有所述连接通道。

进一步的，所述连接通道的直径为1.25mm。

有益效果：本发明技术方案与现有技术方案相比，采用预燃室作为引燃装置，使天然气发动机只在预燃室内形成过浓混合气；采用电热塞作为点火装置，且安装在引燃室的中央位置，更容易引燃混合气，点火方式更稳定可靠；预燃室下部圆弧形部位四周和底部都设有连接通道，能增大火焰的冲击力；连接通道的直径为1.25mm，能保证主燃室中的空气顺利进入预燃室与天然气形成过浓混合气，同时保证预燃室内形成的火焰顺利进入主燃室；射流引燃装置安装在气缸盖的中央位置上，使主燃室内稀薄的天然气/空气混合气燃烧更加充分；采用天然气直喷喷嘴作为主燃室的供气装置，天然气直喷喷嘴安装在两个进气门中心线且靠近进气门的位置上，使得主燃料天然气喷入气缸后与新鲜空气及时混合，并且利用空气初始的动能，加强混合过程，这样的设计提高了发动机的充量系数和发动机的动力性能，减少未燃气体排放；气缸内部混合气浓度降低，均质混合气有利于火焰传播，减少爆震现象；预燃室式引燃装置及天然气直喷喷嘴结构简单紧凑，工作可靠，便于安装。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图。

图2 为本发明气缸盖上天然气直喷喷嘴及射流引燃装置的安装位置示意图。

图中，1、活塞        2、主燃室       3、气缸盖       4、进气门A             5、进气门B     6、小型天然气喷嘴     7、电热塞     8、预燃室     9、连接通道       10、天然气直喷喷嘴      11、射流引燃装置      12、排气门A   13、排气门B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，一种天然气发动机预燃室式供气装置，包括活塞1、主燃室2和气缸盖3；所述气缸盖3上设有天然气直喷喷嘴10和射流引燃装置11；所述射流引燃装置11包括有小型天然气喷嘴6、点火装置和预燃室8，所述小型天然气喷嘴6和点火装置设置在所述预燃室8内部；所述预燃室8下部圆弧形部位除了四周对称设有连接通道9，所述预燃室8下部圆弧形部位的底部还设有所述连接通道9，所述连接通道9的直径为1.25mm，所述预燃室8通过所述连接通道9与所述主燃室2相连接；所述点火装置为电热塞7，所述电热塞7的点火端设置在所述预燃室8的中央位置，所述电热塞7温度保持在950K，确保预燃室内顺利点火点，同时不至于温度过高，点火方式更稳定可靠；所述进气门包括进气门A4和进气门B5，所述排气门包括排气门A12和排气门B13，所述进气门A4与所述进气门B5呈对称分布，所述排气门A12和所述排气门B13呈对称分布，所述天然气直喷喷嘴10安装在靠近所述进气门A4与进气门B5一侧的中心线位置上；所述射流引燃装置11安装在所述气缸盖3的中央位置上。

本发明工作原理：在发动机排气完成，活塞1上行开始压缩过程中，天然气直喷喷嘴10开始向主燃室2喷射天然气，随后进气门A4和进气门B5打开，空气进入主燃室2与天然气进行充分混合。天然气在压缩行程早期即以直喷方式进入气缸，使得天然气与空气能够充分混合，形成均质混合气，同时发动机充量系数得以提升，使得发动机的动力性能得到保证。在发动机压缩行程末期，活塞1到达上止点前，小型天然气喷嘴6开始喷射天然气，预燃室8内的天然气与通过连接通道9进入预燃室8内的空气形成过浓的天然气/空气混合气，过浓的混合气遇到温度很高的电热塞7或者电热塞7周围的高温环境顺利发生自然形成火焰，预燃室8内的火焰此时通过通道9进入主燃室2内，引燃天然气/空气均质混合气。主燃室内混合气以天然气直喷喷嘴为中心，向外扩散形成稀薄的均质混合气，有利于充分发挥稀薄燃烧的优势，抑制爆震，降低天然气发动机污染，保证动力性，提高经济性。

本发明虽然已经在此处描述了具体实施方式，但是本发明的覆盖范围不限于此，在相反，本发明涵盖所有在字面上或在等效形式的教导下实质上落在权利要求的范围内的所有技术方案，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种天然气发动机预燃室式供气装置，其特征在于，包括主燃室（2）和气缸盖（3）；

所述气缸盖（3）上包括进气门、排气门、天然气直喷喷嘴（10）和射流引燃装置（11）；

所述射流引燃装置（11）包括预燃室（8）；

所述预燃室（8）内包括小型天然气喷嘴（6）、点火装置和连接通道（9）；

所述预燃室（8）通过所述连接通道（9）与所述主燃室（2）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种天然气发动机预燃室式供气装置，其特征在于，所述点火装置为电热塞（7）。

3.根据权利要求2所述的一种天然气发动机预燃室式供气装置，其特征在于，所述电热塞（7）的点火端设置在所述预燃室（8）的中央位置。

4.根据权利要求1所述的一种天然气发动机预燃室式供气装置，其特征在于，所述进气门包括进气门A（4）和进气门B（5），所述排气门包括排气门A（12）和排气门B（13）；

所述进气门A（4）与所述进气门B（5）呈对称分布；

所述排气门A（12）和所述排气门B（13）呈对称分布；

所述天然气直喷喷嘴（10）安装在靠近所述进气门A（4）与进气门B（5）一侧的中心线位置上。

5.根据权利要求1所述的一种天然气发动机预燃室式供气装置，其特征在于，所述射流引燃装置（11）安装在所述气缸盖（3）的中央位置上。

6.根据权利要求1所述的一种天然气发动机预燃室式供气装置，其特征在于，所述预燃室（8）下部圆弧形部位底部还设有所述连接通道（9）。

7.根据权利要求6所述的一种天然气发动机预燃室式供气装置，其特征在于，所述连接通道（9）的直径为1.25mm。