CN105041453A - 一种大排量燃气内燃机的预燃室系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大排量燃气内燃机的预燃室系统，包括竖直嵌入并安装在内燃机气缸盖内的预燃室装置，所述预燃室装置包括预燃室以及预燃室上方的点火装置；所述预燃室为顶部敞口设置的中空结构，该预燃室自上而下依次分为点火区、预燃区以及喷射区，其底部的喷射区具有一伸出缸盖下端面并供火焰喷出的喷嘴；所述点火装置包括一置于预燃室顶部端面上的柱体以及内置于预燃室点火区域内的聚燃体；所述柱体的中心嵌入安装一火花塞，在柱体侧壁钻有延伸至柱体底部的燃气进气通道和空气进气通道。本发明的优点在于：预燃系统工艺性好，拆装方便，可靠性高；燃气和空气先在点火区充分混合，在火花塞周围形成稳定的浓混合气，保证预燃室点火稳定、可靠。

Description

一种大排量燃气内燃机的预燃室系统
技术领域
本发明涉及一种燃气内燃机的燃烧领域，具体涉及一种大排量燃气内燃机的预燃室系统。
背景技术
大排量燃气内燃机一般采用预燃室点火技术，预燃室供给接近标准化学计量比的混合气，能提高燃烧速率，实现高效、清洁燃烧；并通过废气再循环降低燃烧温度和NOx排放。
但上述技术实际应用时存在几个问题。一是预燃室内不易形成稳定的良好点火的混合气，点火不稳定、不可靠。二是若直接供给预燃室接近标准化学计量比的混合气，结构复杂且有回火等安全风险。三专利号为CN201310738497的发明中提到一种内燃机的预燃室系统，用于内燃机、尤其是用于燃气发动机的预燃室系统，所述燃烧室系统具有预燃室容积区，在该预燃室容积区内，可点燃的燃料-空气混合物是可点燃的，尤其是通过能设置在预燃系统上的点火装置可点燃的，预燃室系统配置有溢流通道，预燃室容积区能通过该溢流通道与内燃机的主燃烧室相连，预燃室容积区包括点火区域和溢流区域，该溢流区域通过中间壁至少局部地与点火区域分隔开，在点火区域内燃料-空气混合物是可点燃的，并且溢流通道通到溢流区域中，设有空气供给管路，空气、优选压缩过的空气能通过空气供给管路供给到溢流区域中；上述专利中的一种内燃机的预燃室系统存在着预燃室结构复杂，在预燃室处在高温高压工况条件下，可靠性差的缺点。四是燃料适应性差，除天然气等高热值燃料外，不能适应低热值、中热值等可燃气体燃料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大排量燃气内燃机的预燃室系统，该预燃室系统能确保预燃室稳定、可靠点火，排除预燃室外有混合气通道的安全风险，同时能适应各种可燃气体燃料，设计制作简单方便。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种大排量燃气内燃机的预燃室系统，包括竖直嵌入并安装在内燃机气缸盖内的预燃装置，其创新点在于：所述预燃装置包括预燃室以及预燃室上方的点火装置；
所述预燃室为顶部敞口设置的中空结构，该预燃室自上而下依次分为点火区、预燃区以及喷射区，其底部的喷射区具有一伸出缸盖下端面并供火焰喷出的喷嘴；
所述点火装置包括一置于预燃室顶部端面上的柱体以及内置于预燃室点火区内的聚燃体；所述柱体的中心嵌入安装一火花塞，该火花塞沿柱体的长轴方向延伸设置，在柱体侧壁钻有延伸至柱体底部的燃气进气通道和空气进气通道；所述聚燃体为一纵截面呈梯形的空心圆台形结构，其上端口包围柱体底部，其下端伸入预燃室的点火区内；所述聚燃体内可产生火焰并通入预燃室内，并由预燃室底部喷嘴喷出。
进一步的，所述燃气进气通道和空气进气通道均匀分布在火花塞纵轴线周围，根据燃料气的热值大小，设置至少1个燃气进气通道和至少1个空气进气通道，在点火区的火花塞周围一直稳定形成λ<1的极易点燃的浓混合气，λ是空气与燃料气的标准化学计量比比值。
进一步的，所述燃气进气通道内部具有燃气阀，且所述空气进气通道内部具有空气阀，所述燃气阀和空气阀优选电子阀或者单向阀。
进一步的，所述燃气进气通道和空气进气通道的出口均以一定的相同角度向火花塞纵轴线方向倾斜，从而使燃气和空气更集中在火花塞周围。
进一步的，所述聚燃体底部具有一个与预燃区连通的点火区通道，该聚燃体形成的点火区容积不大于整个预燃室容积的15%，其进入预燃区的点火区通道的直径大于预燃区直径的50%。
本发明的优点在于：
（1）预燃室系统工艺性好，拆装方便，可靠性高；预燃室容积区分为点火区和预燃区两部分，燃气和空气先在点火区充分混合，在火花塞周围形成稳定的浓混合气，保证预燃室点火稳定、可靠；
（2）预燃室内部燃气进气通道和空气进气通道设计合理，能适应高、中、低热值的各种燃气，保证了火花塞对应不同燃料气热值都能容易点燃，且具有单独的燃气和空气进气通道，无混合气通道，安全无风险；
（3）燃气和空气只能进入预燃室而不能回流，在高温高压的情况下，保证了预燃室内部的密封性和安全性；
（4）燃气进气通道和空气进气通道出口向火花塞纵轴线方向弯曲，所以进入预燃室的燃气和空气集中吹向火花塞，降低火花塞局部的温度，延长火花塞的使用寿命；
（5）适当的点火区和预燃区空间分配以及点火区形状设计，有利于预燃室的点火。
附图说明
图1是大排量燃气内燃机的预燃室系统一个实施例的纵剖面结构图。
图2是适用于天然气等高热值燃料气的大排量燃气内燃机的预燃室上部的横剖面图。
图3是适用于沼气等中热值燃料气的大排量燃气内燃机的预燃室上部的横剖面图。
图4是适用于秸秆气、发生炉煤气等低热值燃料气的大排量燃气内燃机的预燃室上部的横剖面图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种大排量燃气内燃机的预燃室系统，包括竖直嵌入并安装在内燃机气缸盖1内的预燃室装置，预燃室装置包括预燃室3以及预燃室3上方的点火装置；预燃室3为顶部敞口设置的中空结构，该预燃室3自上而下依次分为点火区A、预燃区B以及喷射区C，其底部的喷射区C具有一伸出缸盖1下端面并供火焰喷出的喷嘴11；点火装置包括一置于预燃室3顶部端面上的柱体8以及内置于预燃室3点火区A内的聚燃体10；柱体8的中心嵌入安装一火花塞6，该火花塞6沿柱体8的长轴方向延伸设置，在柱体8侧壁钻有延伸至柱体8底部的燃气进气通道5和空气进气通道7；聚燃体10为一纵截面呈梯形的空心圆台形结构，其上端口包围柱体8底部，其下端伸入预燃室3的点火区A内；所述聚燃体10内可产生火焰并通入预燃区B内，并由预燃室3底部喷嘴11喷出；燃气进气通道5和空气进气通道7均匀分布在火花塞6纵轴线X周围，根据燃料气的热值大小，设置至少1个燃气进气通道5和至少1个空气进气通道7，在点火区A的火花塞6周围一直稳定形成λ<1的极易点燃的浓混合气，λ是空气与燃料气的标准化学计量比比值；燃气进气通道5内部具有燃气阀4，且所述空气进气通道7内部具有空气阀9，所述燃气阀4和空气阀9优选电子阀或者单向阀；燃气进气通道5和空气进气通道7的出口均以一定的相同角度向火花塞6纵轴线X方向倾斜，从而使燃气和空气更集中在火花塞6周围；所述聚燃体10底部具有一个与预燃区B连通的点火区通道2，该聚燃体10形成的点火区A容积不大于整个预燃室3容积区的15%，其进入预燃区B的点火区通道2的直径大于预燃区B直径的50%。
图2所示，适用于天然气等高热值燃料气的实施方式，预燃室3上部的横剖面图上有燃气进气通道1个，有空气进气通道3个，单个燃气进气通道面积小于单个空气进气通道面积，空气进气通道总面积是燃气进气通道总面积的7～10倍。
图3所示，适用于沼气等中热值燃料气的实施方式，预燃室3上部的横剖面图上有燃气进气通道2个，有空气进气通道2个，单个燃气进气通道面积小于单个空气进气通道面积，空气进气通道总面积是燃气进气通道总面积的3～6倍。
图4所示，适用于秸秆气、发生炉煤气等低热值燃料气的实施方式，预燃室3上部的横剖面图上有燃气进气通道2个，有空气进气通道2个，单个燃气进气通道面积接近于单个空气进气通道面积，空气进气通道总面积是燃气进气通道总面积的0.5～1倍。
本发明可广泛使用于除天然气外的煤层气、发生炉煤气、沼气、秸秆气、煤矿瓦斯、化工尾气等各种高中低热值燃料气的大排量燃气内燃机。在提高燃气内燃机热效率和降低排放的同时，提高了预燃室燃烧系统点火的安全性、稳定性和可靠性，经济实用，社会和经济效益巨大。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种大排量燃气内燃机的预燃室系统，包括竖直嵌入并安装在内燃机气缸盖内的预燃室装置，其特征在于：所述预燃室装置包括预燃室以及预燃室上方的点火装置；
所述预燃室为顶部敞口设置的中空结构，该预燃室自上而下依次分为点火区、预燃区以及喷射区，其底部的喷射区具有一伸出缸盖下端面并供火焰喷出的喷嘴；
所述点火装置包括一置于预燃室顶部端面上的柱体以及内置于预燃室点火区域内的聚燃体；所述柱体的中心嵌入安装一火花塞，该火花塞沿柱体的长轴方向延伸设置，在柱体侧壁钻有延伸至柱体底部的燃气进气通道和空气进气通道；所述聚燃体为一纵截面呈梯形的空心圆台形结构，其上端口包围柱体底部，其下端伸入预燃室的点火区内；所述聚燃体内可产生火焰并通入预燃室内，并由预燃室底部喷嘴喷出。
2.根据权利要求1所述的大排量燃气内燃机的预燃室系统，其特征在于：所述燃气进气通道和空气进气通道均匀分布在火花塞纵轴线周围，根据燃料气的热值大小，设置至少1个燃气进气通道和至少1个空气进气通道，在点火区的火花塞周围一直稳定形成λ<1的极易点燃的浓混合气，λ是空气与燃料气的标准化学计量比比值。
3.根据权利要求1所述的大排量燃气内燃机的预燃室系统，其特征在于：所述燃气进气通道内部具有燃气阀，且所述空气进气通道内部具有空气阀，所述燃气阀和空气阀优选电子阀或者单向阀。
4.根据权利要求1所述的大排量燃气内燃机的预燃室系统，其特征在于：所述燃气进气通道和空气进气通道的出口均以一定的相同角度向火花塞纵轴线方向倾斜，从而使燃气和空气更集中在火花塞周围。
5.根据权利要求1所述的大排量燃气内燃机的预燃室系统，其特征在于：所述聚燃体底部具有一个与预燃区连通的点火区通道，该聚燃体形成的点火区容积不大于整个预燃室容积的15%，其进入预燃区的点火区通道的直径大于预燃区直径的50%。
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