CN109026366A - 一种可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统 - Google Patents

一种可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，包括转子发动机汽缸壁、燃烧室和三角转子，所述燃烧室位于所述转子发动机汽缸壁与三角转子之间；所述转子发动机汽缸壁上安装插入第二燃烧室内的主喷油器，还包括预燃烧室、副喷油器和点火塞，所述预燃烧室位于转子发动机汽缸壁内部，且所述预燃烧室与第二燃烧室连通；所述转子发动机汽缸壁上分别安装插入预燃烧室内的副喷油器和点火塞；所述预燃烧室上设有空气喷嘴。本发明利用火焰的扩散以及高温引燃主燃烧室内的主喷燃油，从而提高燃料的点火质量，改善发动机燃烧效率，提高发动机动力性能。

Description

一种可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统
技术领域
本发明涉及转子发动机技术领域，特别涉及一种可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统。
背景技术
对于任何内燃机而言，燃烧室内燃油的燃烧过程决定了其热效率以及污染物排放量的高低。这是因为，只有良好的燃烧过程才能使得燃料充分地燃烧放热，从而达到更高的热效率、更出色的动力性能以及更低的未燃碳氢排放。而燃料的点燃过程对火焰的形成传播起着关键的作用，在合适的位置利用足够的点火能量点燃燃油能够有效地增加燃料的燃烧效率，因此设计一种先进的内燃机点火手段是非常有必要的，这是所有内燃机所面临的共性问题。而对于采用缸内直喷技术并将柴油、重油、航空煤油等重质燃油作为燃料的转子发动机而言，先进的点火技术就显得更为重要。这主要是由于1)由于自身结构限制，转子发动机的压缩比较小，难以实现压燃，因此采用缸内直喷技术的转子发动机需要辅助点火装置来引燃燃油；2)转子发动机缸内气流是随着转子转动方向运动的，也就是说燃烧室内部的气流整体上呈单向流动，缸内缺少变化剧烈的涡流和滚流，这种流场形式本身就不利于燃油的快速雾化和扩散；3)传统的转子发动机由于采用火花塞进行点火，这种点火方式首先在使火花塞附近的混合气形成火核，然后火焰在流场和混合气运动的作用下向四周扩散。然而，缸内直喷转子发动机喷射的燃油很难与空气完全均匀混合，且转子发动机狭长的燃烧室必然导致火花塞点火后火焰需要传播很长的距离才能使得燃烧室内的混合气燃烧完全，这极大的限制了燃烧效率的提高；4)传统的火花塞点火方式点火位置固定，因此很难匹配各种喷油工况下燃油的分布位置，造成点火困难。因此，很有必要设计一种比传统火花塞点火更为高效的缸内直喷转子发动机引燃模式。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，将预喷燃油在预燃烧室内点燃后，利用火焰的扩散以及高温引燃主燃烧室内的主喷燃油，从而提高燃料的点火质量，改善发动机燃烧效率，提高发动机动力性能。同时，通过控制不同预喷油器以及预燃烧室内隔板的工作状态来实现点火位置可控，更精确地将引燃火焰与主喷燃油相耦合，进一步地改善燃烧。这对使用柴油、航空煤油和重油等雾化效果较差的燃油作为燃料的缸内直喷转子发动机具有重要的改进效果。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，包括转子发动机汽缸壁、燃烧室和三角转子，所述燃烧室位于所述转子发动机汽缸壁与三角转子之间；所述燃烧室被所述三角转子分成第一燃烧室、第二燃烧室和第三燃烧室，且第一燃烧室、第二燃烧室和第三燃烧室体积随三角转子转动而变化，所述转子发动机汽缸壁上安装插入第二燃烧室内的主喷油器，还包括预燃烧室、副喷油器和点火塞，所述预燃烧室位于转子发动机汽缸壁内部，且所述预燃烧室与第二燃烧室连通；所述转子发动机汽缸壁上分别安装插入预燃烧室内的副喷油器和点火塞；所述预燃烧室上设有空气喷嘴。
进一步，所述预燃烧室位于所述第二燃烧室下方。
进一步，所述预燃烧室与第二燃烧室之间通过引火通道连通；所述引火通道内设有单向阀。
进一步，所述预燃烧室内通过伸缩隔板划分成若干个预燃烧单元，任一所述预燃烧单元内设有副喷油器、点火塞和空气喷嘴。
进一步，相邻的两个所述预燃烧单元内至少安装一个副喷油器；相邻的两个所述预燃烧单元内至少安装一个空气喷嘴。
进一步，任一所述预燃烧单元内均设有压力传感器。
进一步，所述预燃烧室呈长条状。
进一步，所述预燃烧室内通过第一伸缩隔板和第二伸缩隔板划分成第一预燃烧单元、第二燃烧单元和第三燃烧单元；所述第一预燃烧单元内安装第一副喷油器、第一空气喷嘴和第一点火塞；所述第二预燃烧单元内安装第二点火塞；所述第三预燃烧单元内安装第二副喷油器、第二空气喷嘴和第三点火塞；所述第一预燃烧单元通过第一引火通道与第二燃烧室连通，所述第二预燃烧单元通过第二引火通道与第二燃烧室连通，所述第三预燃烧单元通过第三引火通道与第二燃烧室连通。
进一步，还包括发动机电控单元ECU，所述发动机电控单元ECU连接副喷油器、点火塞和空气喷嘴；所述发动机电控单元ECU通过控制伸缩隔板，使燃料在至少一个所述预燃烧单元内爆燃或者使燃料在至少二个所述预燃烧单元内同时爆燃。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，将预喷燃油在预燃烧室内点燃后，利用火焰的扩散以及高温引燃主燃烧室内的主喷燃油，从而提高燃料的点火质量，改善发动机燃烧效率，提高发动机动力性能。
2.本发明所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，通过控制不同预喷油器以及预燃烧室内隔板的工作状态来实现点火位置可控，更精确地将引燃火焰与主喷燃油相耦合，进一步地改善燃烧。
3.本发明所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，可实现缸内直喷转子发动机的喷油引燃，是一种全新的转子发动机点火模式。其点火质量高，火焰以高温高压射流的形式经引火通道从预燃烧室喷入主燃烧室，触发主燃烧室内的混合气着火。这不但促进了主燃烧室内油气混合过程而且使得火焰传播更迅速，从而使发动机的燃烧效率得到大幅提高。
4.本发明所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，长条状预燃烧室空间匀称且无气流运动，因此利于预喷燃油在其中雾化并与空气混合。混合良好的油气混合物很容易被火花塞点燃形成高温高压射流火焰，进一步地能够保证引燃主燃烧室内的燃油，实现稀薄燃烧，这有利于降低发动机油耗，减少污染物排放。
附图说明
图1为本发明所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统的结构图。
图中：
1-转子发动机汽缸壁；2-三角转子；3-主喷油器；4-第一副喷油器；5-第二副喷油器；6-第一空气喷嘴；7-第二空气喷嘴；8-压力传感器；9-第一火花塞；10-第二火花塞；11-第三火花塞；12-第二燃烧室；13-预燃烧室；14-第一伸缩隔板；15-第二伸缩隔板；16-第一引火通道；17-第二引火通道；18-第三引火通道。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，包括转子发动机汽缸壁1、燃烧室和三角转子2，所述燃烧室位于所述转子发动机汽缸壁1与三角转子2之间；所述燃烧室被所述三角转子2分成第一燃烧室、第二燃烧室12和第三燃烧室，第一燃烧室处于进气冲程、第二燃烧室处于做功冲程和第三燃烧室处于排气冲程，且第一燃烧室、第二燃烧室12和第三燃烧室体积随三角转子2转动而变化，所述转子发动机汽缸壁1上安装插入第二燃烧室12内的主喷油器3，还包括预燃烧室13、副喷油器和点火塞，燃烧室随着转子的转动完成四个冲程的工作，所述预燃烧室13位于所述转子发动机汽缸壁1内部正下方。所述预燃烧室13呈长条状，长条状预燃烧室空间匀称且无气流运动，因此利于预喷燃油在其中雾化并与空气混合。混合良好的油气混合物很容易被火花塞点燃形成高温高压射流火焰，进一步地能够保证引燃主燃烧室内的燃油，实现稀薄燃烧，这有利于降低发动机油耗，减少污染物排放。
所述转子发动机汽缸壁1上打有主喷油器孔、第一副喷油器孔以及第二副喷油器孔，所述主喷油器孔位于所述转子发动机汽缸壁1右侧内部，并与所述第二燃烧室12贯通，所述第一副喷油器孔以及第二副喷油器孔分别位于所述预燃烧室13两端，并与其贯通。所述主喷油器孔、第一副喷油器孔以及第二副喷油器孔分别用以安装主喷油器3、第一副喷油器4以及第二幅喷油器5，用螺纹连接并紧固。所述预燃烧室13两侧打有第一空气喷嘴孔和第二空气喷嘴孔并与预燃烧室13贯通，分别用以安装第一空气喷嘴6与第二空气喷嘴7。所述预燃烧室13内通过第一伸缩隔板14和第二伸缩隔板15划分成第一预燃烧单元、第二燃烧单元和第三燃烧单元；所述第一预燃烧单元内安装第一副喷油器4、第一空气喷嘴6和第一点火塞9；所述第二预燃烧单元内安装第二点火塞10；所述第三预燃烧单元内安装第二副喷油器5、第二空气喷嘴7和第三点火塞11；所述第一预燃烧单元通过第一引火通道16与第二燃烧室12连通，所述第二预燃烧单元通过第二引火通道17与第二燃烧室12连通，所述第三预燃烧单元通过第三引火通道18与第二燃烧室12连通。如图1所示，第一伸缩隔板14处于打开状态，第一预燃烧单元和第二燃烧单元连通，第二伸缩隔板15处于关闭状态，第二预燃烧单元和第三燃烧单元阻隔开。任一所述预燃烧单元内均设有压力传感器8。第一引火通道16、第二引火通道17和第三引火通道18内均设有单向阀。发动机电控单元ECU连接第一副喷油器4、第一副喷油器5、第一点火塞9、第二点火塞10、第三点火塞11、第一空气喷嘴6和第二空气喷嘴7；所述发动机电控单元ECU通过第一伸缩隔板14和第二伸缩隔板15，使燃料在至少一个所述预燃烧单元内爆燃或者使燃料在至少二个所述预燃烧单元内同时爆燃。通过控制不同预喷油器以及预燃烧室内隔板的工作状态来实现点火位置可控，更精确地将引燃火焰与主喷燃油相耦合，进一步地改善燃烧。
其工作原理如下：以一种点火工况为例，若需要引燃火焰从第一引火通道16与第三引火通道18向外传播，即第一预燃烧单元和第三预燃烧单元同时点火，则发动机电控单元ECU控制第一伸缩隔板14与第二伸缩隔板15都关闭，从而形成两个独立的第一预燃烧单元和第三预燃烧单元，精确地通过第一引火通道16和第三引火通道18引燃主喷燃油，达到控制点火位置的目的。全部的点火位置以及该条件下伸缩隔板与副喷油器工作状态如表1所示。
表1不同点火要求时伸缩隔板与副喷油器工作状态
当点火位置需求不同时，预燃烧室13内压力不同，第一副喷油器4和第二幅喷油器5喷射柴油的贯穿距离要求也不同，因此，转子发动机缸壁1上还装有压力传感器8，以监测预燃烧室内背压。压力传感器8将收集的缸压数据提供到ECU。
整个系统的工作原理为：
转子发动机按一定工况工作，在压缩冲程过程中，主喷油器3向第二燃烧室12内喷入燃油，燃油在第二燃烧室12内与空气混合并雾化、扩散。预燃烧室13内的伸缩隔板运动到适合该工况的指定状态，到达点火时刻时，副喷油器向预燃烧室13内喷入预喷燃油，空气喷嘴向预燃烧室13内喷入空气，并由火花塞点火引燃，形成引燃火焰，引燃火焰由引火通道向第二燃烧室12传播，点燃第二燃烧室12内的油气混合物，从而完成做功冲程。本系统能够有效提高主喷燃油的引燃质量，从而改善发动机的燃烧过程，提高性能。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，包括转子发动机汽缸壁(1)、燃烧室和三角转子(2)，所述燃烧室位于所述转子发动机汽缸壁(1)与三角转子(2)之间；所述燃烧室被所述三角转子(2)分成第一燃烧室、第二燃烧室(12)和第三燃烧室，且第一燃烧室、第二燃烧室(12)和第三燃烧室体积随三角转子(2)转动而变化，所述转子发动机汽缸壁(1)上安装插入第二燃烧室(12)内的主喷油器(3)，其特征在于，还包括预燃烧室(13)、副喷油器(4、5)和点火塞(9、10、11)，所述预燃烧室(13)位于转子发动机汽缸壁内部，且所述预燃烧室(13)与第二燃烧室(12)连通；所述转子发动机汽缸壁(1)上分别安装插入预燃烧室(13)内的副喷油器(4、5)和点火塞(9、10、11)；所述预燃烧室(13)上设有空气喷嘴(6、7)。
2.根据权利要求1所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，其特征在于，所述预燃烧室(13)位于所述第二燃烧室(12)下方。
3.根据权利要求1所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，其特征在于，所述预燃烧室(13)与第二燃烧室(12)之间通过引火通道(16、17、18)连通；所述引火通道(16、17、18)内设有单向阀。
4.根据权利要求1所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，其特征在于，所述预燃烧室(13)呈长条状。
5.根据权利要求1-4任一项所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，其特征在于，所述预燃烧室(13)内通过伸缩隔板(14、15)划分成若干个预燃烧单元，任一所述预燃烧单元内均设有副喷油器(4、5)、点火塞(9、10、11)和空气喷嘴(6、7)。
6.根据权利要求5所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，其特征在于，相邻的两个所述预燃烧单元内至少安装一个副喷油器(4、5)；相邻的两个所述预燃烧单元内至少安装一个空气喷嘴(6、7)。
7.根据权利要求5所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，其特征在于，任一所述预燃烧单元内均设有压力传感器(8)。
8.根据权利要求5所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，其特征在于，所述预燃烧室(13)内通过第一伸缩隔板(14)和第二伸缩隔板(15)划分成第一预燃烧单元、第二燃烧单元和第三燃烧单元；所述第一预燃烧单元内安装第一副喷油器(4)、第一空气喷嘴(6)和第一点火塞(9)；所述第二预燃烧单元内安装第二点火塞(10)；所述第三预燃烧单元内安装第二副喷油器(5)、第二空气喷嘴(7)和第三点火塞(11)；所述第一预燃烧单元通过第一引火通道(16)与第二燃烧室(12)连通，所述第二预燃烧单元通过第二引火通道(17)与第二燃烧室(12)连通，所述第三预燃烧单元通过第三引火通道(18)与第二燃烧室(12)连通。
9.根据权利要求5所述的可变点火位置的缸内直喷转子发动机喷射引燃系统，其特征在于，还包括发动机电控单元ECU，所述发动机电控单元ECU连接副喷油器(4、5)、点火塞(9、10、11)和空气喷嘴(6、7)；所述发动机电控单元ECU通过控制伸缩隔板(14、15)，使燃料在至少一个所述预燃烧单元内爆燃或者使燃料在至少二个所述预燃烧单元内同时爆燃。
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