CN108798926A - 一种多功能hcci燃烧过程可控燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多功能HCCI燃烧过程可控燃烧室，包括气缸盖、储能室、进气门、排气门、火花塞、高速电磁阀、主燃烧室、活塞、气缸体缸筒、气流通道及压力传感器；其中气缸盖底部布置有进气门、排气门，储能室顶部布置有火花塞，储能室与燃烧室通过一定直径的气流通道连接；气流通道中设置有高速电磁阀，高速电磁阀上设有压力传感器，活塞设置在气缸体缸筒中；活塞位于上止点时活塞的顶面与气缸体缸筒构成主燃烧室的空间。本发明实现了储能室中高温气体对主燃烧室中稀薄气体或加浓气体的加热，促使主燃烧室中的气体达到着火条件，实现多点着火燃烧，稳定了发动机燃烧过程，大大提升了发动机燃烧和排放品质。

Description

一种多功能HCCI燃烧过程可控燃烧室
技术领域
本发明属于发动机燃烧研究技术领域，具体涉及一种实现HCCI（HomogeneousCharge Compression Ignition，均质充量压燃）燃烧过程可控的燃烧室。
背景技术
面对越来越严格的排放法规，传统内燃机燃烧方式已经排放限制和燃料利用率限制逐渐达到瓶颈，以均质压燃、低温燃烧为特点的燃烧方式在节能和降低排放方面显示出巨大的潜力。
均质压燃（HCCI燃烧方式）是在压缩过程中形成均质混合气，在到达压缩上止点附近时混合气自燃着火，不仅可以达到超高的空燃比以实现稀薄燃烧，而且压燃过程中混合气几乎同时燃烧释放能量，避免了火花塞点火时火焰扩散燃烧的能量损失，燃烧热效率高；采用稀薄燃烧，可以降低NOx和PM的排放，是一种清洁的燃烧方式。
由于HCCI的着火和燃烧过程受燃料的化学反应动力学控制，面临着火时刻不易控制和工作范围狭窄的问题。目前HCCI的控制主要是基于控制模型，根据传感器输入信号计算所需的输出量控制执行器工作。控制模型根据传感器采集的关键信号对燃烧过程进行预测，根据上一循环燃烧状态提前确定下一循环燃烧所需的新鲜空气量和喷入燃油量，以此实现HCCI循环控制。这种控制方式过程比较复杂，对宽空燃比范围燃料燃烧适应性较差。因此，需要设计一种燃烧室实现HCCI燃烧方式的控制。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的在于：提供一种可以控制HCCI燃烧方式点火时刻的燃烧系统，利用储能室中的能量实现主燃烧室中预混燃料的多点点火燃烧，同时可以拓宽燃烧空燃比范围，实现发动机在低负荷与高负荷工况燃烧稳定性。
为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种多功能HCCI燃烧过程可控燃烧室，其结构包括气缸盖、储能室、进气门、排气门、火花塞、高速电磁阀、主燃烧室、活塞、气缸体缸筒、气流通道及压力传感器；其中，在气缸盖底部设置储能室及气流通道，气缸盖底部布置有进气门、排气门；储能室顶部设置有火花塞；所述气流通道中设置有高速电磁阀；活塞设置在气缸体缸筒中；所述活塞位于上止点时所述活塞的顶面与所述气缸体缸筒构成燃烧室的空间；所述储能室与所述主燃烧室通过气流通道连接。
本发明的有益效果是：通过储能室和高速电磁阀，实现储能室中高温气体对主燃烧室中稀薄气体或加浓气体的加热，促使主燃烧室中的气体达到着火条件，实现多点着火燃烧，稳定了发动机燃烧过程，大大提升了发动机燃烧和排放品质。此外，主燃烧室中混合气体可以为低浓度组分变化的煤层气或者为低浓度石油基燃料，实现了燃烧介质的灵活替换。
附图说明
图1是本发明燃烧系统的示意图。
图中1、气缸盖；2、储能室；3、进气门；4、排气门；5、火花塞；6、高速电磁阀；7、主燃烧室；8、活塞；9、气缸体缸筒；10、气流通道；11、压力传感器。
具体实施方式
如图1所示，一种多功能HCCI燃烧过程可控燃烧室，包括气缸盖1；储能室2；进气门3；排气门4；火花塞5；高速电磁阀6；主燃烧室7；活塞8；气缸体缸筒9；气流通道10；压力传感器11；其中气缸盖1底部布置有进气门3、排气门4；储能室2顶部布置有火花塞5；储能室2与燃烧室7通过一定直径的气流通道10连接；气流通道10中设置有高速电磁阀6；高速电磁阀6上设有压力传感器11；活塞8设置在气缸体缸筒9中；活塞8位于上止点时活塞8的顶面与气缸体缸筒9构成主燃烧室7的空间。
1）通过对进气温度和压缩比的设计计算，控制主燃烧室7内混合气在任何情况下，预混合气在活塞8压缩到上止点时，均不发生自燃。
2）发动机起动过程：高速电磁阀6保持开启，储能室2与主燃烧室7相连，火花塞5跳火，点燃储能室2中的混合气，储能室2与主燃烧室7内的预混合气着火燃烧，混合气压力升高。根据高速电磁阀6内置压力传感器11测定，储能室2内气体压力升高到给定数值时，高速电磁阀2关闭，部分高压高温燃气存在储能室2中。进入下一个工作循环，活塞8沿气缸桶9壁面向上运动，压缩主燃烧室7内预混混合合气，预混合气温度不断提高，活塞8到达上止点附近时，火花塞5不再跳火工作，高速电磁阀6开启，储能室2中高能气体通过气流通道10进入主燃烧室7，对主燃烧室7内的未燃预混混合气进行压缩绝热加热。当主燃烧室7内预混合气温度达到此时气体自燃温度，则在主燃烧室7内形成多个火核，预混混合气开始燃烧。当主燃烧室7内混合气压力达到预定设置值时，高速电磁阀6关闭，储能室2和主燃烧室7被高速电磁阀分开，主燃烧室7内的高温燃气继续对活塞8做功。储能室2内的高温高压气体保存能量为引燃下一个循环主燃烧室7内预混合气做准备。
3）常规工况：发动机达到正常运转工况后，储能室2内储存的混合气具有一定的能量，这些能量释放后足以加热上止点附近主燃烧室7内的未燃预混混合气，使其达到自燃温度。在发动机燃烧过程和做功过程中，主燃烧室7内混合气压力逐渐下降，当压力下降到预先设定数值时，高速电磁阀6关闭，在储能室2内保存高温高压气体，为下一个工作循环引燃预混混合气做准备。
4）加速工况和大负荷工况：通过调节节气门开度大小或者进气阀（低浓度煤层气），增加预混混合气的质量，进而提高混合气做功过程中的平均有效压力，增大做功能力。这种控制方式由于温度和平均有效压力的增大，提高了发动机的热负荷和机械负荷，因此，不能长时间使用。只能作为加速过程中的瞬间。
5）小负荷工况：通过调整高速电磁阀6内置压力传感器11设定数值，增大储能室2内的高温燃气压力（质量），当发动机运转到下一工作循环，活塞8运动到达上止点附近时，储能室2内有更多能量的高温燃气，通过气流通道10进入主燃烧室7，提高主燃烧室7内低浓度混合气的压缩终点温度和压力，使其能够稳定着火，提高发动机变浓度混合气工作稳定性。

Claims (3)

1.一种多功能HCCI燃烧过程可控燃烧室，其特征在于：结构包括气缸盖、储能室、进气门、排气门、火花塞、高速电磁阀、主燃烧室、活塞、气缸体缸筒、气流通道及压力传感器；其中，在气缸盖底部设置储能室及气流通道，所述气缸盖底部布置有进气门、排气门；储能室顶部设置有火花塞；所述气流通道中设置有高速电磁阀；所述高速电磁阀上设有压力传感器；活塞设置在气缸体缸筒中；所述活塞位于上止点时所述活塞的顶面与所述气缸体缸筒构成燃烧室的空间；所述储能室与所述主燃烧室通过具有一定直径的气流通道连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能HCCI燃烧过程可控燃烧室，其特征在于：所述高速电磁阀中设置有压力传感器。
3.根据权利要求1和2所述的一种多功能HCCI燃烧过程可控燃烧室，其特征在于：所述储能室设置在气缸盖底面燃烧室中心位置，所述进气门、排气门布置于储能室两侧；所述储能室中心布置有火花塞。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111396199A (zh) * 2020-04-23 2020-07-10 张佰力 活塞式发动机稳压储能方法及该方法使用的活塞
CN112879145A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 湖南大兹动力科技有限公司 一种射流阀控制的预燃室点火内燃机

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