CN115750065A - 一种可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，包括预燃室壳体和活塞，所述预燃室壳体的底部位于所述活塞内，所述预燃室壳体的底部开设有朝向所述活塞的中心区域喷射火焰的一级射流孔和朝向所述活塞的外围区域喷射火焰的二级射流孔，所述活塞内设置有与所述一级射流孔对应的一级活塞坑和与所述二级射流孔对应的二级活塞坑。本发明通过在预燃室壳体的底部设置双级射流孔的结构使预燃室内被点燃的燃料所产生的火焰分别从一级射流孔和二级射流孔射入活塞内，从一级射流孔和第二级射流孔中射出的射流火焰分别与对应的卷流凸起结构撞击并分裂成两束卷流火焰，加快了缸内的燃烧速度。

Description

一种可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构

技术领域

本发明涉及汽车发动机设备技术领域，具体地指一种可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构。

背景技术

当前天然气发动机多采用当量比火花点火技术，受到火焰传播速度的影响，热效率普遍低于45％，提高热效率需要从燃烧模式上进行突破，射流点火技术是一种兼具效果、控制和成本优势的点火方法，该技术的点火能量比普通火花塞高两个数量级以上，可以实现超稀薄燃烧与NOx的近零排放。

申请号为201910491835.4，名称为《一种点火室式发动机旋转射流燃烧系统》的专利中公开了一种点火室式发动机旋转射流燃烧系统，包括气缸、活塞、缸盖，所述气缸、活塞和缸盖围成的空间构成主燃烧室，所述缸盖上安装有至少一个点火室，所述点火室由一个壳体和壳体盖内部的空腔构成，所述壳体盖上安装有点火装置和燃料供给装置，所述点火室通过若干条通道与主燃烧室连通，所述通道使发动机工质在点火室与发动机主燃烧室之间流动；所述通道采用圆锥形结构，所述圆锥形结构的横截面从点火室端到主燃烧室端逐渐缩小；至少有一条圆锥形通道的内壁上设置了若干条螺旋槽。

申请号为201910491869.3，名称为《一种发动机点火室射流碰撞燃烧系统》的专利中公开了一种发动机点火室射流碰撞燃烧系统，包括气缸、活塞和缸盖，活塞的顶部设有凹坑，所述凹坑与气缸以及缸盖之间围成的空间构成主燃烧室，所述缸盖上设有空心的壳体和壳体盖，所述壳体和壳体盖内部的空间构成点火室，点火室上设置有点火装置和燃料供给装置，所述点火室通过若干条通道与主燃烧室连通；上述通道在空间上分组布置，每一组通道包括2-3条通道，同一组内各条通道的方向设置为使该组内各条通道喷射的射流在主燃烧室内相互碰撞，用于加强主燃烧室内的湍流扰动。

从上述两件对比文件可知，现有的技术方案中，从射流孔射出的火焰虽然迅速点燃了活塞坑内外围的混合气，但是火焰需要一定时间才能传播到活塞坑的中心区域，燃烧系统在稀燃工况下工作时会影响到燃烧速度与热效率。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种能加强活塞中心区域燃烧速度、提高稀燃工况下燃烧室的燃烧效率的双级预燃室射流燃烧结构。

为实现此目的，本发明所设计的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，包括预燃室壳体和活塞，所述预燃室壳体的底部位于所述活塞内，所述预燃室壳体的底部开设有朝向所述活塞的中心区域喷射火焰的一级射流孔和朝向所述活塞的外围区域喷射火焰的二级射流孔，所述活塞内设置有与所述一级射流孔对应的一级活塞坑和与所述二级射流孔对应的二级活塞坑。

进一步的，所述一级射流孔的孔径小于所述二级射流孔的孔径。

进一步的，所述一级射流孔和所述二级射流孔均沿水平环向方向间隔布置，每个所述二级射流孔均位于相邻的两个所述一级射流孔之间。

进一步的，所述二级射流孔位于所述一级射流孔上方。

进一步的，所述一级射流孔的轴线与水平方向夹角为40°～50°，所述二级射流孔的轴线与水平方向夹角为10°～20°。

进一步的，所述一级活塞坑位于所述活塞的中部，所述二级活塞坑沿所述一级活塞坑的周向布置。

进一步的，所述一级活塞坑的顶部设置有与所述一级射流孔对应、用于分裂所述一级射流孔射出火焰的一级卷流凸起，所述一级卷流凸起位于所述一级射流孔的火焰喷射方向上。

进一步的，所述一级卷流凸起为圆弧形结构，其直径为1.5mm～2.0mm。

进一步的，所述二级活塞坑的顶部设置有与所述二级射流孔对应、用于分裂所述二级射流孔射出火焰的二级卷流凸起，所述二级卷流凸起位于所述二级射流孔的火焰喷射方向上。

更进一步的，所述二级卷流凸起为圆弧形结构，其直径为

1.5mm～2.0mm。

本发明的有益效果是：本发明通过在预燃室壳体的底部设置双级射流孔的结构使预燃室内被点燃的燃料所产生的火焰分别从一级射流孔和二级射流孔射入活塞内，从一级射流孔和第二级射流孔中射出的射流火焰分别与对应的卷流凸起结构撞击并分裂成两束卷流火焰，加快了缸内的燃烧速度。此外，从一级射流孔射出的火焰可在燃烧早期传播至活塞坑的中心区域，从二级射流孔射出的火焰可在燃烧早期传播至活塞坑的外围区域，配合卷流火焰的传播，在较短时间内即可对活塞坑内的未燃混合气进行有效扫略，提高了燃烧效率。

附图说明

图1为本发明中可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构在一级射流孔处的竖直方向截面图一；

图2为本发明中可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构在二级射流孔处的竖直方向截面图二；

图3为本发明中可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构的俯视图；

图4为图3中A处放大图；

其中，1—预燃室壳体，2—活塞，3—一级射流孔，4—二级射流孔，5—一级活塞坑，6—二级活塞坑，7—一级卷流凸起，8—二级卷流凸起。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1—4所示的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，包括预燃室壳体1和活塞2，预燃室壳体1的底部位于活塞2内，预燃室壳体1的底部开设有朝向活塞2的中心区域喷射火焰的一级射流孔3和朝向活塞2的外围区域喷射火焰的二级射流孔4，活塞2内设置有与一级射流孔3对应的一级活塞坑5和与二级射流孔4对应的二级活塞坑6，一级活塞坑5位于活塞2的中部，二级活塞坑6沿一级活塞坑5的周向布置。

一级活塞坑5的顶部设置有与一级射流孔3对应、用于分裂一级射流孔3射出火焰的一级卷流凸起7，一级卷流凸起7位于一级射流孔3的火焰喷射方向上。一级卷流凸起7为圆弧形结构，其直径为1.5mm～2.0mm。

二级活塞坑6的顶部设置有与二级射流孔4对应、用于分裂二级射流孔4射出火焰的二级卷流凸起8，二级卷流凸起8位于二级射流孔4的火焰喷射方向上。二级卷流凸起8也为圆弧形结构，其直径为1.5mm～2.0mm。

如图4所示，一级射流孔3和二级射流孔4均沿水平环向方向间隔布置，此处的环向为虚拟环，以方便射流孔的布置，每个二级射流孔4均位于相邻的两个一级射流孔3之间。一级射流孔3与二级射流孔4在水平环向上呈交错分布，这种布置方案是为了避免火焰从射流孔中射出时发生相互撞击与干涉，同时也实现了射流火焰束更均匀的分布，提高燃烧室内混合气燃烧速度。

一级射流孔3的孔径小于二级射流孔4的孔径，例如，可将一级射流孔3的孔径设置为1mm，将二级射流孔4的孔径设置为2mm，并且二级射流孔4位于一级射流孔3上方，以实现更远的射流火焰可撞击到更远的二级卷流凸起8。

优选的，一级射流孔3的轴线与水平方向夹角为45°，二级射流孔4的轴线与水平方向夹角为15°。

一级射流孔3的数量为3～6个，布置在靠近预燃室底端的位置，孔径相对于二级射流孔4更小，这是因为一级射流孔3对应的一级卷流凸起7与一级射流孔3的距离较近，需要较短的贯穿距离才能更好的匹配。一级射流孔3的主要作用是保证活塞2中央区域的燃料在燃烧早期就能被点燃。

二级射流孔4的数量为3～6个，布置在一级射流孔3的上方，更远离预燃室底端，孔径相对于一级射流孔3更大，通过较长的火焰贯穿距离实现与燃烧室中二级卷流凸起8的更好匹配。二级射流孔4的主要作用是保证射流火焰能在燃烧早期就点燃燃烧室内外围区域的燃料。

燃烧室的设计需要与两级射流孔相匹配：分别在活塞坑中较靠近中心区域与较外围区域布置一级卷流凸起7和二级卷流凸起8，当射流火焰传播到卷流凸起处时火焰会被分割成两束分别向凸起两侧传播，强化了发动机缸内的湍流强度，进一步提高了发动机缸内的燃烧速度。

综上所述，本发明通过在预燃室壳体2的底部设置双级射流孔的结构使预燃室内被点燃的燃料所产生的火焰分别从一级射流孔3和二级射流孔4射入活塞2内，从一级射流孔3和第二级射流孔4中射出的射流火焰分别与对应的卷流凸起结构撞击并分裂成两束卷流火焰，加快了发动机缸内的燃烧速度。此外，从一级射流孔3射出的火焰可在燃烧早期传播至活塞坑的中心区域，从二级射流孔4射出的火焰可在燃烧早期传播至活塞坑的外围区域，配合卷流火焰的传播，在较短时间内即可对活塞坑内的未燃混合气进行有效扫略，提高了燃烧效率。

在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。

用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。

在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，包括预燃室壳体(1)和活塞(2)，所述预燃室壳体(1)的底部位于所述活塞(2)内，其特征在于：所述预燃室壳体(1)的底部开设有朝向所述活塞(2)的中心区域喷射火焰的一级射流孔(3)和朝向所述活塞(2)的外围区域喷射火焰的二级射流孔(4)，所述活塞(2)内设置有与所述一级射流孔(3)对应的一级活塞坑(5)和与所述二级射流孔(4)对应的二级活塞坑(6)。

2.如权利要求1所述的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，其特征在于：所述一级射流孔(3)的孔径小于所述二级射流孔(4)的孔径。

3.如权利要求1所述的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，其特征在于：所述一级射流孔(3)和所述二级射流孔(4)均沿水平环向方向间隔布置，每个所述二级射流孔(4)均位于相邻的两个所述一级射流孔(3)之间。

4.如权利要求3所述的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，其特征在于：所述二级射流孔(4)位于所述一级射流孔(3)上方。

5.如权利要求4所述的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，其特征在于：所述一级射流孔(3)的轴线与水平方向夹角为40°～50°，所述二级射流孔(4)的轴线与水平方向夹角为10°～20°。

6.如权利要求1所述的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，其特征在于：所述一级活塞坑(5)位于所述活塞(2)的中部，所述二级活塞坑(6)沿所述一级活塞坑(5)的周向布置。

7.如权利要求6所述的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，其特征在于：所述一级活塞坑(5)的顶部设置有与所述一级射流孔(3)对应、用于分裂所述一级射流孔(3)射出火焰的一级卷流凸起(7)，所述一级卷流凸起(7)位于所述一级射流孔(3)的火焰喷射方向上。

8.如权利要求7所述的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，其特征在于：所述一级卷流凸起(7)为圆弧形结构，其直径为1.5mm～2.0mm。

9.如权利要求6所述的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，其特征在于：所述二级活塞坑(6)的顶部设置有与所述二级射流孔(4)对应、用于分裂所述二级射流孔(4)射出火焰的二级卷流凸起(8)，所述二级卷流凸起(8)位于所述二级射流孔(4)的火焰喷射方向上。

10.如权利要求9所述的可加强火焰传播的双级预燃室射流燃烧结构，其特征在于：所述二级卷流凸起(8)为圆弧形结构，其直径为1.5mm～2.0mm。

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