CN108468588A - 航空重油发动机缸头总成及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空重油发动机缸头总成及航空发动机，包括缸头和安装在缸头上的火花塞及燃油喷射组件，燃油喷射组件包括燃油喷嘴、预混室和油气混合喷嘴，燃油喷嘴的喷油口以及压缩空气系统的压缩空气出口均位于预混室，所述油气混合喷嘴连通预混室将燃油和空气在预混室内形成的混合油气送入发动机的燃烧室，本发明发动机缸头上安装有采用辅助空气雾化以及预混的燃料喷射结构，能够使得重油实现较为充分的雾化，在良好的混合后形成均匀的燃烧混合气，还能够高效的组织燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

Description

航空重油发动机缸头总成及航空发动机

技术领域

本发明涉及发动机及应用，特别涉及一种航空重油发动机缸头总成及航空发动机。

背景技术

重油作为发动机的燃料，将成为中小型无人机的动力趋势；但重油黏度高，低温流动性差，导致雾化效果要比普通的轻质油差，影响了燃烧效果，甚至导致发动机启动困难以及排放不达标。

现有技术中，为了保证重油发动机能够具有良好的雾化以及启动，具有采用化油器+辅助预热技术、机械喷射(燃油直喷)、电控燃油喷射等供油方式；其中电控燃油喷射采用辅助空气，利用高压空气对燃油颗粒进行冲击，实现燃油的充分雾化，效果优于前两种方式。但是，没能优化空气加入的时机、总体结构和空气参与程度，结构上依然是原始的电喷方式，则无法实现重油的可靠雾化以及无法组织混合燃料高效的燃烧，也就使得重油应用于发动机的动力性、经济性和排放性无法达到期待的效果，从而使重油的应用无法大范围普及。

因此，需要对现有的重油发动机进行改进，能够使得重油实现较为充分的雾化，并能够组织燃料高效的燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种航空重油发动机缸头总成以及发动机，能够使得重油实现较为充分的雾化，并能够组织燃料高效的燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

本发明的航空重油发动机缸头总成，包括缸体、活塞组件、缸头、曲轴、燃油喷射组件和压缩空气系统，所述燃油喷射组件包括燃油喷嘴、预混室和油气混合喷嘴，所述预混室内有燃油喷嘴的喷油口以及压缩空气入口(也就是空气压缩系统的压缩空气出口)，所述油气混合喷嘴连通预混室将燃油和压缩空气在预混室内形成的雾化后的混合油气送入发动机的燃烧室；采用辅助低压空气在预混室内实现预混并进一步雾化燃油喷嘴喷出的燃油，保证后期直喷进入燃烧室后形成较为更充分的雾化，从而实现重油的充分燃烧和利用；不但保证了燃油雾滴的进一步雾化，还能保证辅助空气与雾滴之间的均匀混合，进入燃烧室后能够均匀燃烧；燃油喷嘴一般采用电喷方式，在此不再赘述。

进一步，所述缸头上安装由火花塞Ⅰ和火花塞Ⅱ形成的双火花塞，采用双火花塞提供点火，具有高能点火的特性，结合前述的空气辅助雾化以及预混方案，保证发动机在各种工况和条件下可靠安全的点火，相对于传统的重油压燃式发动机，进一步减小发动机体积和重量，适合于无人机使用。

进一步，所述油气混合喷嘴与火花塞Ⅱ分列于火花塞Ⅰ两侧，所述油气混合喷嘴的喷射方向为16°-20°；火花塞Ⅱ的点火夹角为40°-50°；该结构使得缸内直喷进入的混合气与火花塞的点火方位相对应，在火花塞附近形成浓燃气混合区，利于与燃烧空气进一步混合，从而组织燃料高效的燃烧；油气混合喷嘴的喷射方向更能适应于重油的雾化性质以及适应双火花塞的点火方式，利于组织点火以及最终得充分燃烧。

进一步，所述火花塞Ⅰ位于燃烧室顶部的中间位置或附近，由于火花塞Ⅰ位于中间位置或附近，该结构保证了火花塞Ⅱ和油气混合喷嘴结构布置上也位于中线，喷射以及点火后利于充分混合以及充分的燃烧。

进一步，所述火花塞Ⅰ、火花塞Ⅱ和油气混合喷嘴的中心线基本共面，且该共面与进、排气门所在的平面在空间上基本垂直，共面布置指的是油气混合喷嘴、火花塞Ⅱ和火花塞Ⅰ的中心轴线位于同一面上，进排气门所在的平面指的是进排气门的轴线位于同一平面，基本共面和基本垂直是指允许具有一定的误差，比如较小的倾斜和错位，并不影响对本方案共面以及垂直的理解；该结构保证了缸头上各个部件的简单布置，同时利于进气与燃气的充分混合，利于形成滚流而进一步雾化，保证了均匀高效的燃烧。

进一步，所述预混室具有压缩空气入口，所述喷油嘴深入预混室且喷油口超过压缩空气入口；该结构不但方便各个部件的紧凑布局，还使得压缩空气进入预混室是形成紊流式冲击，利于进一步雾化以及均匀混合，达到雾化和混合的双重目的，从而为后期的直喷和燃烧起到较好的基础作用。

进一步，所述喷油嘴的喷油方向与油气混合喷嘴的喷射通道方向一致，所述喷油嘴的喷油口与油气混合喷嘴入口之间的间距为5-8mm，保证了紧凑整齐的安装结构，并保证了燃油的高效喷射，利于空气形成冲击和紊流；合适的间距范围，利于重油的充分雾化并均匀混合后进入油气混合喷嘴，并保证喷油压力。

进一步，所述缸头上还加工有预燃烧室，所述预燃烧室为沿着火花塞点火方向的拉瓦尔喷管结构，所述拉瓦尔喷管结构的喷射口连通燃烧室；预燃烧室工作过程是，在混合燃料被喷入燃烧室后，同时进入预燃烧室，被火花塞(点火点位于拉瓦尔喷管的进气端，该进气端是相对于拉瓦尔喷管而言，而不是与燃烧室连通的口)点火后，膨胀并通过拉瓦尔喷管急速喷出(比燃烧爆炸更高的速度)，对进入燃烧室的混合燃料进一步冲击具有使气体充分混合的作用，利于形成均匀的燃烧混合气，同时，预燃烧室可加速火焰的传播，提高燃烧效率，提升发动机功率并降低爆震风险，还能够组织燃料高效的燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

进一步，所述缸头上安装由火花塞Ⅰ和火花塞Ⅱ形成的双火花塞，且所述火花塞Ⅰ位于燃烧室顶部的中间位置或附近，预燃烧室设置于火花塞Ⅰ处且所述火花塞Ⅰ点火电极伸入预燃烧室；主火花塞处于燃烧室中部或附近，预燃烧室喷出的燃烧气体更利于对整个燃烧室的混合气形成扰动以及充分燃烧。

本发明还公开了一种航空发动机，所述航空发动机安装有所述的航空重油发动机缸头总成。

本发明的有益效果：本发明的航空重油发动机缸头总成及航空发动机，发动机缸头上安装有采用辅助空气雾化以及预混的燃料喷射结构，能够使得重油实现较为充分的雾化，在良好的混合后形成均匀的燃烧混合气，还能够组织燃料高效的燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的缸头总成安装于发动机结构示意图；

图2为燃油喷射组件结构示意图。

具体实施方式

如图所示：本实施例的航空重油发动机缸头总成，包括缸头2和安装在缸头2上的火花塞及燃油喷射组件，所述燃油喷射组件包括燃油喷嘴6、预混室7和油气混合喷嘴8，所述预混室7内有燃油喷嘴6的喷油口以及压缩空气入口(也就是空气压缩系统的压缩空气出口)，所述油气混合喷嘴8连通预混室7将燃油和压缩空气在预混室内形成的雾化后的混合油气送入发动机的燃烧室；采用辅助低压空气在预混室内实现预混并进一步雾化燃油喷嘴喷出的燃油，保证后期直喷进入燃烧室后形成较为更充分的雾化，从而实现重油的充分燃烧和利用；这种预混雾化不同于现有技术的单纯的压力空气的冲击雾化，不但保证了燃油雾滴的进一步雾化，还能保证辅助空气与雾滴之间的均匀混合，进入燃烧室后能够均匀燃烧；燃油喷嘴一般采用电喷方式，在此不再赘述。

如图所示，燃油喷射组件依次由燃油喷嘴6、预混室7和油气混合喷嘴8密封连接形成，燃油喷嘴6与油气混合喷嘴8之间通过安装座10密封连接形成固定，而预混室直接形成于安装座10内，结构简单紧凑；燃油喷嘴设有进油接头61，预混室7通过空气接头9，使用时，空气接头9通过压缩空气管连接于压缩机的压缩空气出口；预混室的进气口91即为空气接头9的出气口。

缸头2上安装由火花塞Ⅰ3和火花塞Ⅱ4形成的双火花塞，火花塞的安装结构为伸入燃烧室进行点火，安装结构在此不再赘述，采用双火花塞提供点火，具有高能点火的特性，结合前述的空气辅助雾化以及预混方案，保证发动机在各种工况和条件下可靠安全的点火，相对于传统的重油压燃式发动机，进一步减小发动机体积和重量，适合于无人机使用。

本实施例中，所述油气混合喷嘴8与火花塞Ⅱ4分列于火花塞Ⅰ3两侧，所述油气混合喷嘴的喷射方向为16°-20°，优选18°；火花塞Ⅱ的点火夹角为40°-50°，优选45°，点火夹角是指火花塞的轴线方向的夹角；这里的夹角指的都是与缸体中心线的夹角，在此不再赘述；该结构使得缸内直喷进入的混合气经活塞顶部与缸体壁面导流后，与火花塞的点火方位相对应，在火花塞附近形成浓燃气混合区，且利于与燃烧空气进一步混合，从而形成高效的组织燃烧；油气混合喷嘴的喷射方向更能适应于重油的雾化性质以及适应双火花塞的点火方式，利于组织点火以及最终得充分燃烧。

本实施例中，所述火花塞Ⅰ3位于燃烧室顶部的中间位置或附近，由于火花塞Ⅰ3位于中间位置或附近，该结构保证了火花塞Ⅱ4和油气混合喷嘴8结构布置上也位于中线，喷射以及点火后利于充分混合以及充分的燃烧。

本实施例中，所述火花塞Ⅰ3、火花塞Ⅱ4和油气混合喷嘴8的中心线基本共面，且该共面与进、排气门所在的平面在空间上基本垂直，共面布置指的是油气混合喷嘴8、火花塞Ⅱ4和火花塞Ⅰ3的中心轴线位于同一面上，进排气门所在的平面指的是进排气门的轴线位于同一平面，基本共面和基本垂直是指允许具有一定的误差，比如较小的倾斜和错位，并不影响对本方案共面以及垂直的理解；该结构保证了缸头上各个部件的简单布置，同时利于进气与燃气的充分混合，利于形成滚流而进一步雾化，保证了均匀高效的燃烧。

本实施例中，所述预混室7具有压缩空气入口91，所述喷油嘴6深入预混室且喷油口超过压缩空气入口91；如图所示，所述压缩空气入口91的中心线和与喷油嘴6的喷油口的中心线处于同一平面，且基本垂直(当然，也可以适当斜置，垂直进一步方便布局且利于雾化)，该结构不但方便各个部件的紧凑布局，还使得压缩空气进入预混室是形成紊流式冲击，利于进一步雾化以及均匀混合，达到雾化和混合的双重目的，从而为后期的直喷和燃烧起到较好的基础作用。

本实施例中，所述喷油嘴6的喷油方向与油气混合喷嘴8的喷射通道方向一致，所述喷油嘴的喷油口与油气混合喷嘴入口之间的间距为5-8mm，保证了紧凑整齐的安装结构，并保证了燃油的高效喷射，利于空气形成冲击和紊流；合适的间距范围，利于重油的充分雾化并均匀混合后进入油气混合喷嘴，并保证喷油压力，保证了紧凑整齐的安装结构，并保证了燃油的高效喷射，利于空气形成冲击和紊流。

本实施例中，所述缸头上还加工有预燃烧室17，所述预燃烧室17为沿着火花塞点火方向(指的是火花塞轴线方向)的拉瓦尔喷管结构形成，所述拉瓦尔喷管结构的喷射口连通燃烧室；预燃烧室工作过程是，在混合燃料被喷入燃烧室后，同时进入预燃烧室，被火花塞(点火点位于拉瓦尔喷管的进气端，该进气端是相对于拉瓦尔喷管而言，而不是与燃烧室连通的口)点火后，膨胀并通过拉瓦尔喷管急速通过喉部由拉瓦尔喷管的喷射口喷出(比燃烧爆炸更高的速度)，对进入燃烧室的混合燃料进一步冲击具有使气体充分混合的作用，利于形成均匀的燃烧混合气，同时，预燃烧室可加速火焰的传播，提高燃烧效率，提升发动机功率并降低爆震风险，还能够组织燃料高效的燃烧，保证重油在应用于发动机的动力性、经济性和排放性，实现重油应用于发动机后的节能、环保以及低成本。

本实施例中，预燃烧室设置于火花塞Ⅰ处且所述火花塞Ⅰ点火电极伸入预燃烧室；主火花塞处于燃烧室中部或附近，预燃烧室喷出的燃烧气体更利于对整个燃烧室的混合气形成扰动以及充分燃烧。

本发明还公开了一种航空发动机，所述航空发动机安装有所述的航空重油发动机缸头总成，如图所示，还包括缸体1和活塞组件5，且该发动机适用于航空器(有人或者无人驾驶)。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种航空重油发动机缸头总成，其特征在于：包括缸头和安装在缸头上的火花塞及燃油喷射组件，所述燃油喷射组件包括燃油喷嘴、预混室和油气混合喷嘴，所述预混室内有燃油喷嘴的喷油口以及压缩空气入口，所述油气混合喷嘴连通预混室将燃油和压缩空气在预混室内形成的雾化后的混合油气送入发动机的燃烧室。

2.根据权利要求1所述的航空重油发动机缸头总成，其特征在于：所述缸头上安装由火花塞Ⅰ和火花塞Ⅱ形成的双火花塞。

3.根据权利要求2所述的航空重油发动机缸头总成，其特征在于：所述油气混合喷嘴与火花塞Ⅱ分列于火花塞Ⅰ两侧；所述油气混合喷嘴的喷射方向为16°-20°；火花塞Ⅱ的点火夹角为40°-50°。

4.根据权利要求1所述的航空重油发动机缸头总成，其特征在于：所述火花塞Ⅰ位于燃烧室顶部的中间位置或附近；所述火花塞Ⅰ、火花塞Ⅱ和油气混合喷嘴的中心线基本共面，且该共面与进、排气门所在的平面在空间上基本垂直。

5.根据权利要求1所述的航空重油发动机缸头总成，其特征在于：所述喷油嘴深入预混室且喷油口超过压缩空气入口。

6.根据权利要求1所述的航空重油发动机缸头总成，其特征在于：所述喷油嘴的喷油方向与油气混合喷嘴的喷射通道方向一致，所述喷油嘴的喷油口与油气混合喷嘴入口之间的间距为5-8mm。

7.根据权利要求1所述的航空重油发动机缸头总成，其特征在于：所述缸头上还加工有预燃烧室，所述预燃烧室为沿着火花塞点火方向的拉瓦尔喷管结构，所述拉瓦尔喷管结构的喷射口连通燃烧室。

8.根据权利要求7所述的航空重油发动机缸头总成，其特征在于：所述缸头上安装由火花塞Ⅰ和火花塞Ⅱ形成的双火花塞，且所述火花塞Ⅰ位于燃烧室顶部的中间位置或附近，预燃烧室设置于火花塞Ⅰ处且所述火花塞Ⅰ点火电极伸入预燃烧室。

9.一种航空发动机，其特征在于：所述发动机安装有权利要求1至8任一权利要求的航空重油发动机缸头总成。