CN114542315A - 一种湍射流自燃着火发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种湍射流自燃着火发动机，该发动机包括气缸套、缸盖、预燃室、自燃燃料通道、氧化剂通道、火焰喷孔、主燃室以及活塞；缸盖设置于气缸套的顶部，并在缸盖、气缸套与活塞之间形成主燃室；缸盖内设置有预燃室、自燃燃料通道、氧化剂通道以及火焰喷孔；自燃燃料通道的进口通过自燃燃料输送泵连通自然燃料箱，出口形成于预燃室的顶部；氧化剂通道的进口通过氧化剂输送泵连通氧化剂储箱，出口形成于预燃室的顶部；火焰喷孔连通于预燃室与主燃室之间。上述发动机能够有效的降低预燃室的制作工艺难度，极大的降低制造成本，并且显著的拓宽湍射流点火燃烧模式的应用工况范围，避免了碳烟沉积造成的可靠性变差和维修困难等问题。

Description

一种湍射流自燃着火发动机
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种湍射流自燃着火发动机。
背景技术
低温稀燃能够有效提高发动机的热效率，降低排放，但在实际应用中却存在燃烧不稳定、运行范围窄、HC(碳氢化合物)排放高的问题。为解决这一问题，湍射流点火被提出并应用于发动机。湍射流点火是一种新型的燃烧模式，燃烧系统由一个微型射流燃烧室和一个主燃室组成，两室通过极细的喷孔相连。
现有的湍射流燃烧模式依靠预燃室内的火花塞点燃预燃室中的可燃混合气，形成气态射流喷入主燃室，高温活性气体在强湍流的作用下将主燃室气体引燃并形成超高速的火焰。目前应用的湍射流燃烧模式存在两方面的弊端：
一方面，需要在狭小的预燃室中同时安装喷油器和火花塞，对安装位置有着极高的要求，这对预燃室的加工制造提出了挑战，并且在狭小空间中的快速燃烧会加速火花塞头部的积碳，较低的可靠性和维修困难极大的限制了湍射流燃烧模式的应用；
另一方面，预燃室内气体不受活塞压缩的作用，预燃室内的温度和环境均处于一个较低的水平，当发动机的工作环境处于低温或高海拔条件时，受到柴油等传统燃料本身物理化学性质的制约，即使存在火花塞这一热源，但是依然无法满足混合气的着火条件，极大的制约了湍射流燃烧模式的应用工况范围。
因此，现有湍射流燃烧模式的应用成本较高，并且只能应用于较窄范围的工况。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种湍射流自燃着火发动机，该湍射流自燃着火发动机能够有效的降低预燃室的制作工艺难度，极大的降低制造成本，并且显著的拓宽湍射流点火燃烧模式的应用工况范围，避免了碳烟沉积造成的可靠性变差和维修困难等问题。
本发明采用以下具体技术方案：
一种湍射流自燃着火发动机，该发动机包括气缸套、缸盖、预燃室、自燃燃料通道、氧化剂通道、火焰喷孔、主燃室以及活塞；
所述活塞能够往复滑动地安装于所述气缸套内；所述缸盖设置于所述气缸套的顶部，并在所述缸盖、所述气缸套与所述活塞之间形成所述主燃室；
所述缸盖内设置有所述预燃室、所述自燃燃料通道、所述氧化剂通道以及所述火焰喷孔；
所述自燃燃料通道的进口通过自燃燃料输送泵连通自然燃料箱，出口形成于所述预燃室的顶部，用于向所述预燃室输送预定喷射压力的自燃燃料；
所述氧化剂通道的进口通过氧化剂输送泵连通氧化剂储箱，出口形成于所述预燃室的顶部，用于向所述预燃室输送预定喷射压力的输送氧化剂；
所述火焰喷孔连通于所述预燃室与所述主燃室之间；
进入所述预燃室的自燃燃料和氧化剂在所述预燃室中射流碰撞后迅速自燃着火，经由所述火焰喷孔在所述主燃室中形成多个高温高速射流火焰，从而引燃所述主燃室内的可燃混合气，形成超高速的火焰传播。
更进一步地，所述预燃室由相互连通的漏斗形空腔和圆柱形空腔构成；
所述圆柱形空腔位于所述漏斗形空腔的顶部；
所述自燃燃料通道的出口和所述氧化剂通道的出口均位于所述圆柱形空腔的顶部；
所述火焰喷孔与所述漏斗形空腔的底部连通。
更进一步地，所述缸盖的底面设置有与所述活塞相对的圆锥形凹槽；
所述火焰喷孔位于所述圆锥形凹槽的锥顶部。
更进一步地，所述自燃燃料通道和所述氧化剂通道呈倒八字形分布。
更进一步地，所述自燃燃料为高能可自燃燃料；
所述氧化剂为强氧化剂。
更进一步地，所述自燃燃料为高能离子液体燃料或偏二甲基肼；
所述氧化剂为高浓度过氧化氢、红色发烟硝酸或四氧化二氮。
更进一步地，还包括安装于所述预燃室的顶部的双通道喷油器；
所述双通道喷油器设置有第一进口、第二进口以及喷油口；
所述第一进口与所述自燃燃料通道的出口连通；
所述第二进口与所述氧化剂通道的出口连通；
所述喷油口设置于所述预燃室的顶部。
有益效果：
本发明的湍射流自燃着火发动机采用湍射流自燃着火燃烧模式，利用自燃燃料通道输送的自燃燃料与氧化剂通道输送的氧化剂在低温、低压环境下能够快速反应燃烧放热的特性，来提高湍射流燃烧模式在预燃室中的着火稳定性，无需火花塞即可着火，显著的拓宽湍射流点火燃烧模式的应用工况范围；并且，常用的自燃燃料和氧化物反应的生成产物并不会产生碳烟，从而避免了碳烟沉积造成的可靠性变差和维修困难等问题。
同时，在缸盖内形成预燃室以及与预燃室连通的自燃燃料通道、氧化剂通道和火焰喷孔，使得预燃室的结构简单，无需设置火花塞，从而降低了缸盖的制作工艺难度，并可极大的降低制造成本。
因此，上述湍射流自燃着火发动机能够有效的降低预燃室的制作工艺难度，极大的降低制造成本，并且显著的拓宽湍射流点火燃烧模式的应用工况范围，避免了碳烟沉积造成的可靠性变差和维修困难等问题。
附图说明
图1为本发明湍射流自燃着火发动机的剖面结构示意图。
其中，1-气缸套，2-缸盖，3-预燃室，4-自燃燃料通道，5-氧化剂通道，6-火焰喷孔，7-主燃室，8-活塞
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明实施例提供了一种湍射流自燃着火发动机，如图1结构所示，该发动机包括气缸套1、缸盖2、预燃室3、自燃燃料通道4、氧化剂通道5、火焰喷孔6、主燃室7以及活塞8；
活塞8能够往复滑动地安装于气缸套1内，活塞8沿气缸套1的轴向往复移动；缸盖2设置于气缸套1的顶部，并在缸盖2、气缸套1与活塞8之间形成燃料燃烧的主燃室7，通过燃料的燃烧驱动活塞8做功，进而产生动力；
缸盖2内设置有预燃室3、自燃燃料通道4、氧化剂通道5以及火焰喷孔6；预燃室3位于缸盖2的内部，从而在缸盖2内部形成用于对主燃室7内燃料进行预热、点火的预燃室3；自燃燃料通道4和氧化剂通道5均设置于预燃室3的顶部，通过自燃燃料通道4将自然燃料引入预燃室3，并通过氧化剂通道5将氧化剂引入预燃室3；如图1结构所示，自燃燃料通道4和氧化剂通道5呈倒八字形分布，使得通过自燃燃料通道4和氧化剂通道5引入预燃室3的自燃燃料和氧化剂在喷入预燃室3时产生碰撞，从而迅速自燃着火，提高了自燃的速度，有利于充分利用自燃燃料和氧化剂；
如图1结构所示，火焰喷孔6设置于预燃室3的底部，并连通于预燃室3与主燃室7之间，从而将在预燃室3内燃烧的火焰引入主燃室7内；
自燃燃料通道4的进口通过自燃燃料输送泵连通自然燃料箱，出口形成于预燃室3的顶部，用于向预燃室3输送预定喷射压力的自燃燃料；通过自燃燃料输送泵控制自燃燃料的喷射压力；
氧化剂通道5的进口通过氧化剂输送泵连通氧化剂储箱，出口形成于预燃室3的顶部，用于向预燃室3输送预定喷射压力的输送氧化剂；通过氧化剂输送泵控制氧化剂的喷射压力；自燃燃料输送泵和氧化剂输送泵可以采用齿轮泵、叶片泵等；
进入预燃室3的自燃燃料和氧化剂在预燃室3中射流碰撞后迅速自燃着火，经由火焰喷孔6在主燃室7中形成多个高温高速射流火焰，从而引燃主燃室7内的可燃混合气，形成超高速的火焰传播。
上述湍射流自燃着火发动机采用湍射流自燃着火燃烧模式，利用自燃燃料通道4输送的自燃燃料与氧化剂通道5输送的氧化剂在低温、低压环境下能够快速反应燃烧放热的特性，自燃燃料和氧化剂的碰撞着火滞燃期较短，来提高湍射流燃烧模式在预燃室3中的着火稳定性，能够满足内燃机的高速循环点火形式，无需火花塞即可着火，并且不受极寒环境和高原环境的影响，显著的拓宽了湍射流点火燃烧模式的应用工况范围；并且，常用的自燃燃料和氧化物反应的生成产物并不会产生碳烟，从而避免了碳烟沉积造成的可靠性变差和维修困难等问题。
同时，在缸盖2内形成预燃室3以及与预燃室3连通的自燃燃料通道4、氧化剂通道5和火焰喷孔6，使得预燃室3不需要复杂的结构，仅需连通自燃燃料通道4和氧化剂通道5即可，极大的降低了预燃室3的加工难度，无需设置火花塞，从而降低了缸盖2的制作工艺难度，可极大的降低制造成本，并且避免了火花塞积碳的弊端。
另外，即使在预燃室3中有未燃烧的自燃燃料和氧化剂，未燃烧的自燃燃料和氧化剂、以及反应产生的活性物质进入主燃室7后会促进主燃室7的着火和燃烧，能够进一步保证柴油发动机在低温和低压环境下冷起动的可靠性。
因此，上述湍射流自燃着火发动机能够有效的降低预燃室3的制作工艺难度，结构简单，极大的降低制造成本，并且显著的拓宽湍射流点火燃烧模式的应用工况范围，避免了碳烟沉积造成的可靠性变差和维修困难等问题。
一种具体的实施方式中，如图1结构所示，预燃室3由相互连通的漏斗形空腔和圆柱形空腔构成；圆柱形空腔位于漏斗形空腔的顶部；自燃燃料通道4的出口和氧化剂通道5的出口均位于圆柱形空腔的顶部；火焰喷孔6与漏斗形空腔的底部连通。
通过在预燃室3底部设置漏斗形空腔，能够将主燃室7内形成的火焰集中，通过火焰喷孔6形成多个高温高速射流火焰，能够促进主燃室7中的湍流，使得混合燃料气更加均匀，并加速主燃室7中火焰的传播速度；同时，通过漏斗形空腔还能使预燃室3内未燃烧的燃料沿漏斗形墙壁进入主燃室7，促进主燃室7内混合燃料气的着火和燃烧，进一步提高燃烧效率。
如图1结构所示，缸盖2的底面设置有与活塞8相对的圆锥形凹槽；火焰喷孔6位于圆锥形凹槽的锥顶部。通过设置于缸盖2底部的圆锥形凹槽，能够对通过火焰喷孔6喷射的高温高速射流火焰进行迅速扩散，增大高温高速射流火焰在主燃室7内的作用面积，使得主燃室7内的混合燃料气能够全面迅速着火燃烧，提高了发动机的着火可靠性。
更进一步地，自燃燃料可以为高能可自燃燃料，如：高能离子液体燃料或偏二甲基肼；氧化剂可以为强氧化剂，如：高浓度过氧化氢、红色发烟硝酸或四氧化二氮。
在上述各种实施例的基础上，上述湍射流自燃着火发动机还可以包括安装于预燃室3的顶部的双通道喷油器(图中未示出)；双通道喷油器设置有第一进口、第二进口以及喷油口；第一进口与自燃燃料通道4的出口连通；第二进口与氧化剂通道5的出口连通；喷油口设置于预燃室3的顶部。通过增设双通道喷油器可实现自燃燃料和氧化剂的喷射。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种湍射流自燃着火发动机，其特征在于，包括气缸套、缸盖、预燃室、自燃燃料通道、氧化剂通道、火焰喷孔、主燃室以及活塞；
所述活塞能够往复滑动地安装于所述气缸套内；所述缸盖设置于所述气缸套的顶部，并在所述缸盖、所述气缸套与所述活塞之间形成所述主燃室；
所述缸盖内设置有所述预燃室、所述自燃燃料通道、所述氧化剂通道以及所述火焰喷孔；
所述自燃燃料通道的进口通过自燃燃料输送泵连通自然燃料箱，出口形成于所述预燃室的顶部，用于向所述预燃室输送预定喷射压力的自燃燃料；
所述氧化剂通道的进口通过氧化剂输送泵连通氧化剂储箱，出口形成于所述预燃室的顶部，用于向所述预燃室输送预定喷射压力的输送氧化剂；
所述火焰喷孔连通于所述预燃室与所述主燃室之间；
进入所述预燃室的自燃燃料和氧化剂在所述预燃室中射流碰撞后迅速自燃着火，经由所述火焰喷孔在所述主燃室中形成多个高温高速射流火焰，从而引燃所述主燃室内的可燃混合气，形成超高速的火焰传播。
2.如权利要求1所述的湍射流自燃着火发动机，其特征在于，所述预燃室由相互连通的漏斗形空腔和圆柱形空腔构成；
所述圆柱形空腔位于所述漏斗形空腔的顶部；
所述自燃燃料通道的出口和所述氧化剂通道的出口均位于所述圆柱形空腔的顶部；
所述火焰喷孔与所述漏斗形空腔的底部连通。
3.如权利要求2所述的湍射流自燃着火发动机，其特征在于，所述缸盖的底面设置有与所述活塞相对的圆锥形凹槽；
所述火焰喷孔位于所述圆锥形凹槽的锥顶部。
4.如权利要求1所述的湍射流自燃着火发动机，其特征在于，所述自燃燃料通道和所述氧化剂通道呈倒八字形分布。
5.如权利要求1-4任一项所述的湍射流自燃着火发动机，其特征在于，所述自燃燃料为高能可自燃燃料；
所述氧化剂为强氧化剂。
6.如权利要求5所述的湍射流自燃着火发动机，其特征在于，所述自燃燃料为高能离子液体燃料或偏二甲基肼；
所述氧化剂为高浓度过氧化氢、红色发烟硝酸或四氧化二氮。
7.如权利要求1-4任一项所述的湍射流自燃着火发动机，其特征在于，还包括安装于所述预燃室的顶部的双通道喷油器；
所述双通道喷油器设置有第一进口、第二进口以及喷油口；
所述第一进口与所述自燃燃料通道的出口连通；
所述第二进口与所述氧化剂通道的出口连通；
所述喷油口设置于所述预燃室的顶部。
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