CN112127994A - 一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，包括重油转子发动机和氢气辅助点火装置；所述重油转子发动机包括缸体、燃烧室、重油喷嘴、三角转子；所述氢气辅助点火装置包括第一腔体、第二腔体、倾斜引火通道、氢气喷嘴、特制火花塞、第一密封片、第二密封片、第一固定板、第二固定板和第三固定板。本发明设计了一种基于氢气火焰引燃的新型辅助点火装置，可在第一腔体和第二腔体内形成稳定的氢气火焰点火源，并通过倾斜引火通道持续地引燃可燃混合气。该装置能充分利用氢气易扩散、燃烧速率快和可燃极限宽等特点，来提升发动机点火及燃烧过程的稳定性和可靠性。它还具有结构简单、拆装便捷、易于实现及成本低廉的特点。

Description

一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置
技术领域
本发明涉及内燃机领域，尤其涉及一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置。
背景技术
重油转子发动机是一种旋转式内燃机，它具有结构紧凑、功重比高的突出特点，近期它又受到了关注。但是，重油转子发动机面临燃烧效率低的问题亟需解决。这是因为它在工作过程中，压缩阶段到上止点时刻，燃烧室形状为狭长型，同时缸内的气流运动是高速向前的单向流，在这种高速且单向运动的气流环境下，燃烧过程中火焰易发生焠熄现象，进而导致重油转子发动机的燃烧稳定性较差。此外，由于重油转子发动机的压缩比较低，无法将缸内的燃料压燃，需要采用火花塞进行引燃，然而在缸内直喷模式下，火花点火对重油（柴油、航空煤油、生物柴油等）的点火效果不佳，进而导致重油转子发动机的点火稳定性较差。综上，目前重油转子发动机面临的点火及燃烧稳定性问题制约了其快速发展，急需开发新型的辅助点火技术。
氢气是一种清洁的气体燃料，它具有良好的流动和扩散特性，能在狭窄空间内迅速扩散并形成浓度均匀的混合气。同时，氢气还有两个重要的燃烧特性，即火焰传播速度快和可燃极限宽，这使其在内燃机上的应用非常引人注目。此外，氢气燃烧还可降低发动机的主要污染物，改善排放性能，在排放法规日益严格的今天也是其备受关注的一大优势。综上，氢气作为辅助燃料非常适合在重油转子发动机的引燃点火系统上应用。倘若能够设计一种新型的重油转子发动机辅助点火装置，进而充分、合理地利用氢气的这些优点和燃烧特性，提高辅助点火系统的可靠性，改善点火过程的稳定性，并形成持续的点火效益，加快燃烧火焰的传播速度、进而消除火焰焠熄现象，最后提高整体燃烧效率。
因此，本发明的初衷即为面向重油转子发动机开发新型辅助点火装置，以便改善其点火及燃烧过程的稳定性，相关产品的开发具有重要意义，并为重油转子发动机新型点火及燃烧技术的开发提供切实可行的技术方案。还需说明的是，该装置结构和尺寸均基于原火花塞设计，无需对样机结构进行较大改动，并且装置进行了多方位的密封设计，确保工作过程中燃烧腔内的密封性，并形成持续稳定的引燃火焰，同时它还具有拆装便捷、更换方便、机构简单、尺寸较小、易于实现、成本低廉等特点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，可充分利用氢气良好的扩散特性、较快的火焰传播速度、较宽的可燃极限和突出的低排放特性，来提高重油转子发动机点火和燃烧过程的稳定性，解决点火不稳定和燃烧效率低的问题，提升重油转子发动机的燃烧和排放性能。
本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。
一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，包括重油转子发动机、重油喷嘴、氢气辅助点火装置；所述重油转子发动机包括缸体、燃烧室、三角转子、进排气道；所述重油喷嘴安装在缸体上且位于氢气辅助点火装置的左侧，可用于高压缸内直喷柴油、航空煤油、生物柴油等液体燃料，同时液体燃料的喷射方向可以通过改变喷嘴前端喷孔的位置进行变化；所述氢气辅助点火装置包括第一腔体、第二腔体、氢气喷嘴、第一固定板、第二固定板、第三固定板、特制火花塞，其腔体大小和位置基于原火花塞进行设计；所述第一腔体头部开有螺纹，可将氢气辅助点火装置安装在缸体内部，其内部设有倾斜引火通道，可将氢气火焰引入燃烧室内；所述第二腔体可便捷拆装，用于安装特制火花塞和氢气喷嘴，其与第一腔体进行组合构成了锥形燃烧腔，并通过第一密封片对锥形燃烧腔进行密封；所述锥形燃烧腔前部设计为锥形，后部设计为圆形，中间采用圆角过度；所述氢气喷嘴安装在第二腔体的右侧，可将氢气喷入锥形燃烧腔内；所述第一固定板上开有上下方向（缸体厚度方向）的第一固定孔，用于将其与缸体进行上下固定，连接方式为螺纹连接，同时它的形状设计为契合第一腔体的圆柱凹槽形，还可将第一腔体进行左右（转子运动方向）固定；所述第二固定板焊接在第一固定板上，且其开有前后方向（缸体宽度方向）的第二固定孔，可通过第二密封片和第一固定板对第二腔体进行前后固定，固定方式为螺栓螺母连接，同时它的形状设计为契合第二腔体的圆柱凹槽形，亦可对第二腔体进行左右固定；所述第三固定板上开有上下方向的第三固定孔，用于第二腔体的上下固定，并且其形状设计为契合第二腔体的圆柱凹槽形，还能对第二腔体进行前后固定；所述特制火花塞安装在第二腔体的顶部，并通过螺纹进行连接，用于点燃锥形燃烧腔内的氢气，并形成稳定的燃烧火焰。
进一步，所述氢气喷嘴的安装角度为30°~60°，喷射角度可根据点火位置通过改变喷孔的位置进行灵活调整。
进一步，所述倾斜引火通道形状为倾斜式圆孔，角度为50°~70°，直径大小为4~6mm，长度为5~8 mm且可以通过调整缸体上安装螺纹的长度进行增减。
进一步，所述锥形燃烧腔的前部设计为锥形，直径根据原火花塞直径大小设计，前部直径为8~10 mm，锥形燃烧腔的后部为圆形，直径为10~12 mm，中间采用圆角过度。
进一步，所述第一固定板为避免与重油喷喷油器发生干涉，沿前后方向布置，并且其上开有四个对称分布的螺纹安装孔，可将第一腔体进行上下和前后固定。
进一步，所述第二固定板沿左右方向焊接在第一固定板上，可将第二腔体进行前后和左右固定。
进一步，所述第三固定板沿前后方向焊接在第二腔体上，可将第二腔体进行前后和上下固定。
进一步，所述第一固定板、第二固定板、第三固定板的形状均设计为方便第一腔体和第二腔体安装和固定的圆柱凹槽型，并且它们的厚度逐渐减小。
进一步，所述特制火花塞与第二腔体共轴，且可以实现点火位置可变，一种方式为增大安装螺纹的长度使其旋入锥形燃烧腔的距离增大，另一种方式是保证不发生位置干涉的情况下，调节第一固定板厚度和第一腔体长度，使得整个氢气辅助点火装置往缸体内部移动。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所述的一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，通过利用氢气良好的扩散特性、较快的火焰传播速度和较宽的可燃极限等燃烧特性，来有效改善重油转子发动机在高速单向气流环境下的点火可靠性和燃烧稳定性。
2、本发明所述的一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，提出了一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机新型辅助点火方式，能够利用高温燃烧火焰对分层混合气形成持续的点火效应，消除火焰焠熄现象，进而提高重油转子发动机的燃烧速率和燃烧性能。
3、本发明所述的一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，通过利用氢气燃烧清洁、燃烧充分及生成污染物少等特点，可大幅降低重油转子发动机的排放特性。
4、本发明所述的一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，该装置基于原火花塞设计，无需改动样机的结构，成本低廉、结构简单、拆装便捷、易于实现，可为重油转子发动机点火及燃烧新技术的开发提供研究思路和方案。
附图说明
图1为本发明所述的氢气火焰引燃重油转子发动机辅助点火装置的结构示意图。
图2为本发明所述的氢气火焰引燃重油转子发动机辅助点火装置的局部放大图。
图3为本发明所述的氢气火焰引燃重油转子发动机辅助点火装置的仰视图。
图中：
1. 进气道；2. 排气道；3. 缸体；4. 三角转子；5. 燃烧室；6. 重油喷嘴；7. 氢气辅助点火装置；7-1. 第一腔体；7-2. 倾斜引火通道；7-3. 锥形燃烧腔；7-4.氢气喷嘴；7-5. 第二腔体；7-6. 特制火花塞；7-7. 第一密封片；7-8. 第一固定板；7-9. 第一固定孔；7-10.第二固定板；7-11. 第二固定孔；7-12. 第三固定板；7-13. 第三固定孔；7-14. 第二密封片。
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，一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，包括重油转子发动机、重油喷嘴6和氢气辅助点火装置7；所述重油转子发动机包括进气道1、排气道2、缸体3、三角转子4和燃烧室5；所述缸体3内安装有重油喷嘴6和氢气辅助点火装置7；所述重油喷嘴6用于将柴油、航空煤油、生物柴油等液体燃料直接喷入燃烧室5内，且其喷射方向可以通过改变喷嘴顶部喷孔的位置进行调节；所述氢气辅助点火装置7根据原火花塞结构和尺寸设计，并通过螺纹连接方式固定在原孔的位置，用于在合适的时刻将燃烧室5内的可燃混合气引燃，利用氢气的燃烧特性形成稳定可靠的火焰点火源，并持续引燃可燃混合气。
如图2和图3所示，所述氢气辅助点火装置7包括，第一腔体7-1、倾斜引火通道7-2、氢气喷嘴7-4、第二腔体7-5、特制火花塞7-6、 第一密封片7-7、第一固定板7-8、第二固定板7-10、第三固定板7-12和第二密封片7-14；所述第一腔体7-1位于氢气辅助点火装置7的头部，前部开有螺纹用于固定，内部开有倾斜引火通道7-2，而后部与第二腔体7-5构成了锥形燃烧腔7-3；所述倾斜引火通道7-2位于氢气辅助点火装置7的头部，可将氢气燃烧火焰引入燃烧室5内，并采用倾斜式设计，亦可防止燃烧室5内的单向气流被挤压而过多流入锥形燃烧腔7-3内造成压缩比降低；所述锥形燃烧腔7-3的形状设计为前端锥形，后端圆形，中间采用圆角过度，有利于氢气燃烧且形成稳定火焰后加速其传播过程；所述氢气喷嘴7-4安装在第二腔体7-5的右侧，用于将氢气喷入锥形燃烧腔7-3内；所述第二腔体7-5用于安装氢气喷嘴7-4和特制火花塞7-6；所述特制火花塞7-6通过螺纹连接安装在第二腔体7-5上，且它们同轴，用于及时将喷入的氢气点燃；所述第一密封片7-7，第二密封片7-14 ，第一固定板7-8，第二固定板7-10以及第三固定板7-12 可将氢气辅助点火装置7进行多方位的固定，确保锥形燃烧腔7-3的密封性，实现多方位的灵活设计和便捷拆装，并且第一固定板7-8，第二固定板7-10、第三固定板7-12 的厚度依次变薄；所述第一固定板7-8采用螺纹连接方式固定在缸体3上，其上开有第一固定孔7-9，该孔为四个对称分布的螺纹孔，用于固定第一腔体7-1；所述第二固定板7-10焊接在第一固定板7-8上，其上开有第二固定孔7-11，该孔为两个对称分布的通孔，用于固定第二腔体7-5和第一固定板7-8；所述第三固定板7-12焊接在第二腔体7-5上，其上开有第三固定孔7-9，该孔为四个对称分布的螺纹孔，用于固定第二腔体7-5。
同时，所述倾斜引火通道7-2设计为倾斜式，由于螺纹的孔径固定，为此其倾斜角度设计为50°~70°，并且为了确保氢气火焰传播过程中不发生焠熄现象和减小燃烧室5内部分高速气流窜入后形成的阻碍作用，其直径和长度分别设计为4~6 mm和5~8 mm；所述氢气喷嘴7-4的安装角度设计为30°~60°，同时其喷射方向可根据燃烧情况进行调整；所述锥形燃烧腔7-3前部和后部的直径分别设计为8~10 mm和10~12 mm，渐缩式设计能起到加速火焰传播速度的作用。
另外，所述第一固定板7-8沿前后方向布置，可避免工作时与重油喷喷油器发生位置干涉，同时其前后方向可便捷拆装，并通过第一固定孔7-9和第一密封片7-7对第一腔体7-1进行上下和前后固定；所述第二固定板7-10沿左右方向布置，可通过第二固定孔7-10和第二密封片7-14将第二腔体7-5进行前后和左右固定；所述第三固定板7-12沿前后方向布置，可通过第三固定孔7-14和第一密封片7-7将第二腔体7-5进行前后和上下固定；所述特制火花塞7-6可实现点火位置可变，可通过增大其上的安装螺纹长度使得旋入锥形燃烧腔7-3的距离增大，还可在确保无干涉的条件下，改变第一固定板7-8厚度和第一腔体7-1长度，让整个氢气辅助点火装置7安装在缸体3更深的位置。
所述实施例为本发明优选的实施方式，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 (6)

1.一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，其特征在于，包括重油转子发动机、重油喷嘴（6）、氢气辅助点火装置（7）；所述重油转子发动机包括进气道（1）、排气道（2）、缸体（3）、三角转子（4）和燃烧室（5）；所述所述缸体（3）内安装有重油喷嘴（6）和氢气辅助点火装置（7）；所述重油喷嘴（6）用于将柴油、航空煤油、生物柴油等液体燃料直接喷入燃烧室（5）内，并且其喷射方向可以通过改变喷孔的位置进行调节；所述氢气辅助点火装置（7）基于原火花塞的结构和尺寸设计，并与缸体（3）通过螺纹连接方式进行固定，亦可便捷拆装，它可利用氢气燃烧火焰形成稳定的点火源，并在合适的时刻引燃燃烧室（5）内的可燃混合气；所述氢气辅助点火装置（7）包括，第一腔体（7-1）、第二腔体（7-5）、倾斜引火通道（7-2）、氢气喷嘴（7-4）、特制火花塞（7-6）、 第一密封片（7-7）、第二密封片（7-14）、第一固定板（7-8）、第二固定板（7-10）和第三固定板（7-12）；所述第一腔体（7-1）位于氢气辅助点火装置（7）的头部，其前部开有螺纹，内部设有倾斜引火通道（7-2），后部为燃烧腔（7-3）；所述倾斜引火通道（7-2）采用倾斜式设计，可将氢气燃烧火焰引入燃烧室（5）内；所述锥形燃烧腔（7-3）前端的形状为锥形，后端为圆形，中间采用圆角过度；所述第二腔体（7-5）用于安装氢气喷嘴（7-4）和特制火花塞（7-6），且与第一腔体（7-1）组合构成氢气辅助点火装置（7）的锥形燃烧腔（7-3）；所述氢气喷嘴（7-4）安装在第二腔体（7-5）的右侧，并将氢气喷入锥形燃烧腔（7-3）内；所述特制火花塞（7-6）通过螺纹连接安装在第二腔体（7-5）中心轴处，用于点燃喷入的氢气；
所述第一密封片（7-7）、第二密封片（7-14） 、第一固定板（7-8）、第二固定板（7-10）、第三固定板（7-12 ）可对氢气辅助点火装置（7）进行多方位和多维度的固定，确保锥形燃烧腔（7-3）工作时的密封性和可靠性；所述第一固定板（7-8）采用螺纹连接方式固定在缸体（3）上，其上开有第一固定孔（7-9），该孔为四个对称分布的螺纹孔，用于固定第一腔体（7-1）；所述第二固定板（7-10）焊接在第一固定板（7-8）上，其上开有第二固定孔（7-11），该孔为两个对称分布的通孔，用于固定第二腔体（7-5）和第一固定板（7-8）；所述第三固定板（7-12）焊接在第二腔体（7-5）上，其上开有第三固定孔（7-9），该孔为四个对称分布的螺纹孔，用于固定第二腔体（7-5）。
2.根据权利要求1所述的一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，其特征在于，所述倾斜引火通道（7-2）为倾斜式设计，为减小燃烧室（5）内部分高速气流窜入其内阻碍火焰的快速和稳定传播，其倾斜角度设计为50°~70°，同时为确保其内的氢气火焰传播时不发生焠熄，其直径和长度分别设计为4~6 mm和5~8 mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，其特征在于，所述氢气喷嘴（7-4）的安装角度设计为30°~60°，同时其喷射方向可根据燃烧情况进行调整；所述锥形燃烧腔（7-3）采用了渐缩式设计能加快氢气火焰传播，其前部和后部的直径分别设计为8~10 mm和10~12 mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，其特征在于，所述第一固定板（7-8）为避免工作时与重油喷喷油器发生位置干涉，其沿前后方向（缸体宽度方向）布置，同时在前后方向进行拆装，并通过第一密封片（7-7）和第一固定孔（7-9）对第一腔体（7-1）进行上下方向（缸体厚度方向）和前后方向的固定，固定方式为螺纹连接；所述第二固定板（7-10）沿左右方向（转子运动方向）布置，可通过第二固定孔（7-10）和第二密封片（7-14）将第二腔体（7-5）进行前后方向和左右方向的固定，固定方式为螺栓螺母连接；所述第三固定板（7-12）沿前后方向布置，可通过第三固定孔（7-14）和第一密封片（7-7）将第二腔体（7-5）进行前后方向和上下方向的固定，固定方式为螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，其特征在于，所述第一固定板（7-8）、第二固定板（7-10）、第三固定板（7-12）的形状均设计为契合第一腔体（7-1）和第二腔体（7-5）的圆柱凹槽型，并且它们的厚度依次减小。
6.根据权利要求1所述的一种基于氢气火焰引燃的重油转子发动机辅助点火装置，其特征在于，所述特制火花塞（7-6）的点火位置可变，可通过增大其上的安装螺纹长度使得旋入锥形燃烧腔（7-3）的距离增大，还可在确保无干涉的条件下，改变第一固定板（7-8）厚度和第一腔体（7-1）长度，调整整个氢气辅助点火装置（7）安装的位置。
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