CN115306536A - 一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统 - Google Patents

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王蕾
张睿妍
熊竞一
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

本发明提供了一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统，复合燃烧系统由主动射流火花诱导燃烧系统、空气辅助喷油器、进气道、气缸盖以及主燃烧室和行程活塞组成；主动射流火花诱导燃烧系统布置于气缸盖上，主动射流火花诱导燃烧系统由火花塞、喷油嘴、喷气嘴、预燃室和射流头组成，射流头上布置有射流喷孔组成，空气辅助喷油器布置在进气道上，用以实现重油的良好雾化和混合，本发明主动射流火花诱导重油燃烧系统，成功解决了重油燃料辛烷值低导致的爆震问题，采用主动射流火花诱导技术及空气辅助喷射技术实现低压缩比、低爆压条件下的重油稳定燃烧。从根本上解决重油燃料爆震难题。

Description

一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，涉及一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统。
背景技术
传统的活塞发动机按照缸内着火方式可分为压燃式和点燃式。点燃式活塞发动机也称为汽油机，是通过火花塞点燃空气与燃料的混合气，由于压缩比低、最高爆发压力低、转速高等特点，因此，发动机体积小、重量轻、功重比高，非常适合无人机、小型航空器的动力。但是，由于通用机场、军用领域等特殊场合的限制以及燃油保障、使用安全隐患等，汽油燃料不能很好适应实际需求，急需燃烧重油的高功重比活塞发动机。但是，由于重油燃料(一般指航空煤油和轻质柴油)理化特性介于汽油和柴油之间，应用于点燃式活塞发动机，面临由于重油燃料辛烷值低导致的爆震问题，严重制约了发动机功率输出。若采用传统压燃式发动机，即传统的柴油机工作方式燃烧重油燃料，则需要较高的压缩比，缸内燃烧爆发压力很大，导致发动机零部件体积、重量庞大，限制了发动机功重比的提高，不适用于对轻量化要求严格的航空领域。因此，传统的点燃式活塞发动机和传统的压燃式活塞发动机都不能很好地满足高功重比的需求。
针对上述问题，提供一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统，即主动射流火花诱导重油燃烧系统，成功解决了重油燃料辛烷值低导致的爆震问题，采用主动射流火花诱导技术及空气辅助喷射技术实现低压缩比、低爆压条件下的重油稳定燃烧。从根本上解决重油燃料爆震难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统，所述复合燃烧系统由主动射流火花诱导燃烧系统、空气辅助喷油器、进气道、气缸盖以及主燃烧室和行程活塞组成；主动射流火花诱导燃烧系统布置于气缸盖上，主动射流火花诱导燃烧系统由火花塞、喷油嘴、喷气嘴、预燃室和射流头组成，所述射流头上布置有射流喷孔组成，所述空气辅助喷油器布置在进气道上，用以实现重油的良好雾化和混合。
在上述的一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统中，所述射流喷孔的喷孔直径0.5-2mm，喷孔数量3-9个。
在上述的一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统中，所述预燃室的形状为漏斗状，预燃室容积占主燃烧室容积的2％-6％。
在上述的一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统中，所述复合燃烧系统的控制策略为：
进气冲程早期，空气辅助喷油器喷出适量燃油，随新鲜空气一起进入主燃室，并在进气、压缩行程中形成稍稀薄的均匀混合气。在压缩行程活塞接近上止点时，预燃室内的喷油器喷出少量燃油，在预燃室内形成稍浓的均匀混合气，随后预燃室中的火花塞点火；
不同负荷下，通过控制预燃室内的喷油量、喷油正时以及点火正时，从而控制预燃室内混合气发生燃烧反应的时间。预燃室中火花塞将混合气点燃，高温高压气体及其燃烧产物通过射流孔快速进入主燃室，将主燃室的温度压力提升至重油刚好可以发生自燃的状态，使提前预混好的重油以均质压燃模式发生燃烧反应。
与现有技术相比，本发明一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统的优点为：本发明可以在较低压缩比条件下实现重油压燃，降低了机械负荷；另一方面，采用主动射流火花点火，可以提升火焰传播速度，降低爆震的同时，可以提高发动机转速，使点燃式重油发动机实现更高的功重比指标；主动射流火花诱导重油燃烧系统，成功解决了重油燃料辛烷值低导致的爆震问题，采用主动射流火花诱导技术及空气辅助喷射技术实现低压缩比、低爆压条件下的重油稳定燃烧。从根本上解决重油燃料爆震难题。
附图说明
图1是本发明复合燃烧系统装置示意图。
图2是本发明主动射流火花诱导燃烧系统装置示意图。
图3是本发明复合燃烧控制策略示意图。
图4是本发明复合燃烧模式燃烧循环示意图。
图中，1、主动射流火花诱导燃烧系统；2、空气辅助喷油器；3、进气道；4、气缸盖；5、主燃烧室；6、行程活塞；7、火花塞；8、喷油嘴；9、喷气嘴；10、预燃室；11、射流头；12、射流喷孔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，复合燃烧系统由主动射流火花诱导燃烧系统1、空气辅助喷油器2、进气道3、气缸盖4以及主燃烧室5和行程活塞6组成；主动射流火花诱导燃烧系统1布置于气缸盖4上，主动射流火花诱导燃烧系统1由火花塞7、喷油嘴8、喷气嘴9、预燃室10和射流头11组成，射流头11上布置有射流喷孔12组成，空气辅助喷油器2布置在进气道3上，用以实现重油的良好雾化和混合。
如图2所示，主动射流火花诱导燃烧系统，包括：空气辅助喷油器、火花塞、预燃室、射流头，用以实现射流火花诱导条件下的均质压燃。主动射流火花诱导系统需尽可能的布置于燃烧室中央。预燃室形状为漏斗状，预燃室内需有足够的燃料，预燃室容积占主燃室容积的2％-6％。通过综合电子控制系统控制喷油器的喷油量与喷油正时，随工况改变实时控制。射流头上布置射流喷孔，喷孔直径0.5-2mm，喷孔数量3-9个，根据发动机燃烧室形状可改变喷孔数量及布置结构，均匀布置与非均匀布置均可。
如图3所示，复合燃烧系统的控制策略为：
进气冲程早期，空气辅助喷油器喷出适量燃油，随新鲜空气一起进入主燃室，并在进气、压缩行程中形成稍稀薄的均匀混合气。在压缩行程活塞接近上止点时，预燃室内的喷油器喷出少量燃油，在预燃室内形成稍浓的均匀混合气，随后预燃室中的火花塞点火；
不同负荷下，通过控制预燃室内的喷油量、喷油正时以及点火正时，从而控制预燃室内混合气发生燃烧反应的时间。预燃室中火花塞将混合气点燃，高温高压气体及其燃烧产物通过射流孔快速进入主燃室，将主燃室的温度压力提升至重油刚好可以发生自燃的状态，使提前预混好的重油以均质压燃模式发生燃烧反应。
燃烧循环示意图如图4所示，复合燃烧过程主要可以分为两个阶段，燃烧前期的射流火花诱导阶段和燃烧后期的均质压燃阶段。第一阶段由主动射流火花点火系统射入主燃室的火焰和活性基完成；第一阶段主动射流火花点火系统产生的燃烧产物促进主燃室内的均质混合气自燃，从而完成燃烧的第二阶段的燃烧反应。相比传统燃烧模式，复合燃烧可以增大等压燃烧阶段的比例，提高发动机热效率。
本发明可以在较低压缩比条件下实现重油压燃，降低了机械负荷；另一方面，采用主动射流火花点火，可以提升火焰传播速度，降低爆震的同时，可以提高发动机转速，使点燃式重油发动机实现更高的功重比指标；主动射流火花诱导重油燃烧系统，成功解决了重油燃料辛烷值低导致的爆震问题，采用主动射流火花诱导技术及空气辅助喷射技术实现低压缩比、低爆压条件下的重油稳定燃烧。从根本上解决重油燃料爆震难题。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统，其特征在于，所述复合燃烧系统由主动射流火花诱导燃烧系统(1)、空气辅助喷油器(2)、进气道(3)、气缸盖(4)以及主燃烧室(5)和行程活塞(6)组成；主动射流火花诱导燃烧系统(1)布置于气缸盖(4)上，主动射流火花诱导燃烧系统(1)由火花塞(7)、喷油嘴(8)、喷气嘴(9)、预燃室(10)和射流头(11)组成，所述射流头(11)上布置有射流喷孔(12)组成，所述空气辅助喷油器(2)布置在进气道(3)上，用以实现重油的良好雾化和混合。
2.根据权利要求1所述的一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统，其特征在于，所述射流喷孔(12)的喷孔直径0.5-2mm，喷孔数量3-9个。
3.根据权利要求1所述的一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统，其特征在于，所述预燃室(10)的形状为漏斗状，预燃室(10)容积占主燃烧室(5)容积的2％-6％。
4.根据权利要求1所述的一种主动射流火花诱导重油复合燃烧系统，其特征在于，所述复合燃烧系统的控制策略为：
进气冲程早期，空气辅助喷油器喷出适量燃油，随新鲜空气一起进入主燃室，并在进气、压缩行程中形成稍稀薄的均匀混合气。在压缩行程活塞接近上止点时，预燃室内的喷油器喷出少量燃油，在预燃室内形成稍浓的均匀混合气，随后预燃室中的火花塞点火；
不同负荷下，通过控制预燃室内的喷油量、喷油正时以及点火正时，从而控制预燃室内混合气发生燃烧反应的时间。预燃室中火花塞将混合气点燃，高温高压气体及其燃烧产物通过射流孔快速进入主燃室，将主燃室的温度压力提升至重油刚好可以发生自燃的状态，使提前预混好的重油以均质压燃模式发生燃烧反应。
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