CN115355080B - 一种燃烧系统以及气体发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧系统以及气体发动机，该燃烧系统包括主燃室以及预燃室，主燃室的活塞顶部设置燃烧室凹坑，燃烧室凹坑的周向侧壁包括多个沿周向依次相接的螺旋曲面；预燃室的周向间隔设置有多个周向喷孔，周向喷孔的轴线在预燃室的横截面的投影的两端与预燃室的中心的连线的夹角大于0，各周向喷孔与各螺旋曲面一一对应地相对设置；在应用时，随着活塞上行，主燃室经各周向喷孔进入到预燃室内的可燃混合气呈螺旋上升，避免各周向喷孔进气相互影响，使预燃室内扫气更充分；预燃室内着火后火焰沿各周向喷孔呈螺旋式喷射到对应的螺旋曲面上，使火焰传播方向为螺旋式传播，凹坑内形成分区燃烧，使缸内燃烧更充分。

Description

一种燃烧系统以及气体发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种燃烧系统以及气体发动机。

背景技术

预燃室燃烧系统对加速燃烧、改善燃烧稳定性以及降低排温和气耗有巨大潜力。预燃室燃烧系统是在发动机主燃室的基础上加装一个预燃室，并在预燃室内布置火花塞，火花塞点燃预燃室内的混合燃料，其内部压力升高，与主燃室之间产生压力差，射流火焰在压力差的作用下通过喷孔喷入主燃室内，从而引燃主燃室内的未燃混合气。

现有预燃室燃烧系统的预燃室的喷孔一般沿预燃室的径向设置，当主燃室内的可燃混合气经过各喷孔进入预燃室内时，各喷孔进气容易相互影响，导致进气能量的耗散，不利于预燃室内的扫气，同时，当预燃室喷射火焰到主燃室时，火焰会直接与主燃室壁面碰撞，不利于火焰传播。

因此，如何改善预燃室燃烧系统，避免预燃室各喷孔进气相互影响，减少进气能量耗散，同时使预燃室与主燃室匹配减少火焰碰壁的情况，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种燃烧系统，以避免预燃室各周向喷孔进气相互影响，减少进气能量耗散，同时使预燃室与主燃室匹配减少火焰碰壁的情况。

本发明的第二个目的在于提供一种包括上述燃烧系统的气体发动机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种燃烧系统，包括：

主燃室，所述主燃室由活塞以及气缸盖围成，所述活塞顶部设置燃烧室凹坑，所述燃烧室凹坑的周向侧壁包括多个沿周向依次相接的螺旋曲面；

预燃室，所述预燃室设置于所述气缸盖并伸入所述主燃室内，所述预燃室的周向间隔设置有多个周向喷孔，所述预燃室能够通过各个所述周向喷孔与所述主燃室流体连通，所述周向喷孔的轴线在所述预燃室的横截面的投影的两端与所述预燃室的中心的连线的夹角α大于0，各所述周向喷孔与各所述螺旋曲面一一对应地相对设置。

可选地，所述预燃室还包括沿所述预燃室轴线开设的中心喷孔。

可选地，所述燃烧室凹坑的底面设置敞口凹槽，所述敞口凹槽与所述中心喷孔相对设置。

可选地，所述敞口凹槽的表面为球面。

可选地，各所述螺旋曲面与所述敞口凹槽的表面平滑过渡连接。

可选地，各所述周向喷孔绕所述预燃室的轴线均匀分布。

可选地，所述预燃室设置3~5个所述周向喷孔。

可选地，所述燃烧室凹坑的周向侧壁沿所述燃烧室凹坑的底面至所述燃烧室凹坑的开口方向渐扩。

可选地，所述周向喷孔的轴线在所述预燃室的横截面的投影的两端与所述预燃室的中心的连线的夹角α满足10°≤α≤30°。

一种气体发动机，所述气体发动机包括如上任意一项所述的燃烧系统。

由以上技术方案可以看出，本发明中公开了一种燃烧系统，该燃烧系统包括主燃室以及预燃室，其中，主燃室由活塞以及气缸盖围成，活塞顶部设置燃烧室凹坑，燃烧室凹坑的周向侧壁包括多个沿周向依次相接的螺旋曲面；预燃室设置于气缸盖并伸入主燃室内，预燃室的周向间隔设置有多个周向喷孔，预燃室能够通过各个周向喷孔与主燃室流体连通，周向喷孔的轴线在预燃室的横截面的投影的两端与预燃室的中心的连线的夹角大于0，各周向喷孔与各螺旋曲面一一对应地相对设置；上述燃烧系统的预燃室的各个周向喷孔的轴线在预燃室的横截面的投影的两端与预燃室的中心的连线的夹角α大于0，从而使各个周向喷孔相互之间呈螺旋分布。在应用时，随着活塞上行，主燃室进入到预燃室内的可燃混合气呈螺旋式上升，避免各周向喷孔进气相互影响，使预燃室内的扫气更充分；预燃室内着火后，火焰沿各周向喷孔呈螺旋式喷射到对应的主燃室的螺旋曲面上。由于火焰在周向喷孔中不是沿预燃室径向喷出，配合上述螺旋曲面，使火焰传播方向为绕燃烧室凹坑的轴线呈螺旋式传播，凹坑内形成分区燃烧，使缸内燃烧更充分。

本发明还公开了一种气体发动机，该气体发动机包括上述燃烧系统，由于该气体发动机采用了上述燃烧系统，因此气体发动机理应具有与燃烧系统相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的燃烧系统的预燃室的俯视图；

图2为本发明实施例提供的燃烧系统的活塞的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的燃烧系统的俯视图。

图中：

100为预燃室；101为周向喷孔；102为中心喷孔；

200为活塞；201为螺旋曲面；202为敞口凹槽。

具体实施方式

本发明的核心之一是提供一种燃烧系统，该燃烧系统的结构设计能够避免预燃室各周向喷孔进气相互影响，减少进气能量耗散，同时使预燃室与主燃室匹配减少火焰碰壁的情况。

本发明的另一核心在于提供一种包括上述燃烧系统的气体发动机。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，图1为本发明实施例提供的燃烧系统的预燃室的俯视图，图2为本发明实施例提供的燃烧系统的活塞的结构示意图，图3为本发明实施例提供的燃烧系统的俯视图，图3中的箭头方向为火焰传播方向。

本发明实施例中公开了一种燃烧系统，该燃烧系统包括主燃室以及预燃室100。

其中，主燃室由活塞200以及气缸盖围成，活塞200顶部设置燃烧室凹坑，燃烧室凹坑的周向侧壁包括多个沿周向依次相接的螺旋曲面201；预燃室100设置于气缸盖并伸入主燃室内，预燃室100的周向间隔设置有多个周向喷孔101，预燃室100能够通过各个周向喷孔101与主燃室流体连通，周向喷孔101的轴线在预燃室100的横截面的投影的两端与预燃室100的中心的连线的夹角α大于0，各周向喷孔101与各螺旋曲面201一一对应地相对设置，即周向喷孔101的数量与螺旋曲面201的数量相同，周向喷孔101喷出的气体走向与螺旋曲面201的走向一致。

可以看出，与现有技术相比，本发明实施例提供的燃烧系统的预燃室100的各个周向喷孔101的轴线在预燃室100的横截面的投影的两端与预燃室100的中心的连线的夹角α大于0，从而使各个周向喷孔101呈螺旋状排布。在应用时，随着活塞200上行，主燃室经各周向喷孔101进入到预燃室100内的可燃混合气呈螺旋式上升，避免各周向喷孔101进气相互影响，使预燃室100内的扫气更充分；预燃室100内着火后，火焰沿各周向喷孔101呈螺旋式喷射到对应的主燃室的螺旋曲面201上。由于火焰在周向喷孔101中不是沿预燃室100径向喷出，配合上述螺旋曲面201，使火焰传播方向为绕燃烧室凹坑的轴线呈螺旋式传播，凹坑内形成分区燃烧，使缸内燃烧更充分。

如图1和图3所示，在本发明实施例中，除了周向喷孔101外，预燃室100还包括沿预燃室100轴线开设的中心喷孔102，在应用时，随着活塞200上行，主燃室经中心孔进入预燃室100的进气形成的进气流沿预燃室100中心运动，并被经周向喷孔101进入预燃室100的螺旋流包围，形成均匀扫气。

而可以预见的是，同时刻下从中心喷孔102喷射出的火焰贯穿长度要大于周向喷孔101，因此在本发明实施例中，燃烧室凹坑的底面设置敞口凹槽202，敞口凹槽202与中心喷孔102相对设置，敞口凹槽202可以增加主燃室高度，从而提高活塞200底部的燃气利用率，同时由于主燃室高度增加，火焰不会直接喷射到主燃室凹坑底部，降低主燃室底部的热负荷。

进一步优化上述技术方案，在本发明实施例中，上述敞口凹槽202的表面为球面。

作为优选地，上述各螺旋曲面201与敞口凹槽202的表面平滑过渡连接，以减少气流阻力。

作为优选地，在本发明实施例中，周向喷孔101倾斜向下设置，以指向下方对应的螺旋曲面201。

进一步地，上述各周向喷孔101绕预燃室100的轴线均匀分布，以形成均匀的分区燃烧，使火焰传播更均匀，减小燃烧持续期，从而提高热效率。

周向喷孔101的数量可以根据需要进行设计，预燃室100通常需要设置3~5个周向喷孔101，在本发明一种具体实施例中，预燃室100设置4个周向间隔均布的周向喷孔101。

进一步优化上述技术方案，燃烧室凹坑的周向侧壁沿燃烧室凹坑的底面至燃烧室凹坑的开口方向渐扩。

作为优选地，上述周向喷孔101的轴线在预燃室100的横截面的投影的两端与预燃室100的中心的连线的夹角α满足10°≤α≤30°。

本发明实施例还提供了一种气体发动机，该气体发动机包括如上述实施例所述的燃烧系统，由于该气体发动机采用了上述实施例中的燃烧系统，因此该气体发动机的技术效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种燃烧系统，其特征在于，包括：

主燃室，所述主燃室由活塞以及气缸盖围成，所述活塞顶部设置燃烧室凹坑，所述燃烧室凹坑的周向侧壁包括多个沿周向依次相接的螺旋曲面，所述燃烧室凹坑的底面设置敞口凹槽；

预燃室，所述预燃室设置于所述气缸盖并伸入所述主燃室内，所述预燃室的周向间隔设置有多个周向喷孔以及沿所述预燃室轴线开设的中心喷孔，所述敞口凹槽与所述中心喷孔相对设置，所述预燃室能够通过各个所述周向喷孔与所述主燃室流体连通，所述周向喷孔的轴线在所述预燃室的横截面的投影的两端与所述预燃室的中心的连线的夹角α大于0，各所述周向喷孔与各所述螺旋曲面一一对应地相对设置。

2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述敞口凹槽的表面为球面。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧系统，其特征在于，各所述螺旋曲面与所述敞口凹槽的表面平滑过渡连接。

4.根据权利要求1或2所述的燃烧系统，其特征在于，各所述周向喷孔绕所述预燃室的轴线均匀分布。

5.根据权利要求4所述的燃烧系统，其特征在于，所述预燃室设置3~5个所述周向喷孔。

6.根据权利要求1、2及5任意一项所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧室凹坑的周向侧壁沿所述燃烧室凹坑的底面至所述燃烧室凹坑的开口方向渐扩。

7.根据权利要求1、2及5任意一项所述的燃烧系统，其特征在于，所述周向喷孔的轴线在所述预燃室的横截面的投影的两端与所述预燃室的中心的连线的夹角α满足10°≤α≤30°。

8.一种气体发动机，其特征在于，所述气体发动机包括如权利要求1-7任意一项所述的燃烧系统。

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