CN115931366A - 一种台架用高效发动机的射流点火燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，包括火花塞、预燃室喷射器、预燃室悬仓以及预燃室延伸体；所述预燃室悬仓的上部设有火花塞安装孔和预燃室喷射器安装孔，火花塞设在火花塞安装孔中，预燃室喷射器设在预燃室喷射器安装孔中，预燃室悬仓的下部设有预燃室延伸体安装孔，预燃室延伸体设在预燃室延伸体安装孔中，预燃室延伸体上设有供预燃室燃烧的内腔体，内腔体底端设有用于与发动机主燃烧室相连通的喷射孔，并在预燃室悬仓外部设有散热水套结构。其散热效果好，并能提升燃烧速度和热效率；能解决现有试验过程中由于主动预燃室的肥厚避免导致的燃烧过程中过热，进而形成表面点火和爆震问题。

Description

一种台架用高效发动机的射流点火燃烧装置

技术领域

本发明涉及汽车发动机试验技术领域，尤其是涉及一种台架用高效发动机的射流点火燃烧装置。

背景技术

目前环境问题日益突出，油耗及排放法规不断加严，这对汽车的油耗水平提出了更高的要求。为了进一步提高传统燃油车的经济性同时提高内燃机作为动力系统的竞争力，内燃机的热效率需要进一步的提升。稀薄燃烧可以实现内燃机热效率的进一步提升。为了实现稀燃，点火能量需要不断的提高，而射流点火是实现内燃机稀薄燃烧的有效点火技术。

射流点火分为主动式点火以及被动式点火，主动式点火指射流点火时射流室内部采用辅助燃料进一步提高射流室内部混合气的浓度，提高射流室内部的能量密度，从而可以点燃更加稀薄的混合气；被动式点火指射流点火时射流室内部不采用辅助燃料进行主动加浓，射流室内部的混合气的空燃比同主燃室内的空燃比一致。采用主动式射流点火时，射流室内部由于设置有喷油器和火花塞，导致主动预燃室的体积较大，设计的机体壁厚较大，导致试验过程中出现由于预燃室本体散热较差，导致的表面点火较为严重，如何基于主动式射流点火，通过燃烧系统的设计实现更好的燃烧组织，拓展主动式射流点火的适应范围是本领域难题。

发明内容

针对现有技术不足，本发明是提供一种台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其散热效果好，并能提升燃烧速度和热效率。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

该台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，所述射流点火燃烧装置设在发动机缸盖上，所述射流点火燃烧装置包括火花塞、预燃室喷射器、预燃室悬仓以及预燃室延伸体；所述预燃室悬仓的上部设有火花塞安装孔和预燃室喷射器安装孔，火花塞设在火花塞安装孔中，预燃室喷射器设在预燃室喷射器安装孔中，预燃室悬仓的下部设有预燃室延伸体安装孔，预燃室延伸体设在预燃室延伸体安装孔中，预燃室延伸体上设有供预燃室燃烧的内腔体，内腔体底端设有用于与发动机主燃烧室相连通的喷射孔，并在预燃室悬仓外部设有散热水套结构。

进一步的：

所述预燃室悬仓对应发动机进气门和排气门中间位置设置。

所述预燃室喷射器的下端设有定向喷射孔，并在预燃室喷射器侧面设有喷油器驱动模块。

所述散热水套结构设置于预燃室悬仓的中下部。

所述散热水套结构包括环形水套和盖板，环形水套套设在预燃室悬仓的外部，盖板设在环形水套外侧。

所述预燃室延伸体的内腔体下端为表面光滑半圆形腔体，喷射孔为设在半圆形顶面上的一组。

所述内腔体为预燃室腔体，预燃室腔体与发动机主燃烧室的体积比小于4％。

所述环形水套的顶部设有进水孔和回水孔。

所述喷射孔的角度为喷射孔中心线与缸孔中心线的夹角，夹角范围在45～70°。

所述喷射孔的孔径≤2mm，喷射孔数量在4～6孔。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

该台架用高效发动机的射流点火燃烧装置设计合理，通过预燃室点火产生火焰射流，在主燃烧室中形成分布式高温环境，实现在主燃烧室中的扩散燃烧；与传统的点燃式发动机的预混燃/部分预混烧系统相比，抑制了爆震燃烧等不正常燃烧出现，同时可以提高发动机的压缩比以达到更高的热效率；并且散热效果好，能解决现有试验过程中由于主动预燃室的肥厚避免导致的燃烧过程中过热，进而形成表面点火和爆震问题。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明装置应用安装示意图。

图2为本发明装置剖视示意图。

图3为本发明预燃室悬仓示意图一。

图4为本发明预燃室悬仓示意图二。

图中：

1、火花塞，2、预燃室喷射器，3、预燃室悬仓，3.1、喷油器安装孔，3.2、预燃室延伸体安装孔，3.3、预燃室悬仓内置水套，3.4、水套封闭板，3.5、进水孔，3.6，回水孔4、预燃室延伸体，4.1、内腔体，4.2、安装槽，4.3、安装工具槽，4.4、喷射孔，5、主燃烧室，6、活塞。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1至图4所示，该台架用高效发动机的射流点火燃烧装置设在发动机缸盖上，其射流点火燃烧装置包括火花塞1、预燃室喷射器2、预燃室悬仓3以及预燃室延伸体4；预燃室悬仓的上部设有火花塞安装孔和预燃室喷射器安装孔3.1，火花塞设在火花塞安装孔中，预燃室喷射器设在预燃室喷射器安装孔中，预燃室悬仓的下部设有预燃室延伸体安装孔3.2，预燃室延伸体设在预燃室延伸体安装孔中，预燃室延伸体上设有供预燃室燃烧的内腔体4.1，内腔体底端设有用于与发动机主燃烧室相连通的喷射孔4.4，并在预燃室悬仓外部设有散热水套结构。

预燃室悬仓对应发动机进气门和排气门中间位置设置；散热水套结构设置于预燃室悬仓的中下部；散热水套结构包括环形水套和盖板，环形水套套设在预燃室悬仓的外部，盖板设在环形水套外侧；环形水套嵌在预燃室悬仓上，形成预燃室悬仓内置水套3.3，盖板为水套封闭板3.4；环形水套的顶部设有进水孔3.5和回水孔3.6。降低整个主动预燃室的温度，有效抑制燃烧热点而形成的表面点火风险。

本发明台架用高效发动机的射流点火燃烧装置设计合理，通过预燃室点火产生火焰射流，在主燃烧室中形成分布式高温环境，实现在主燃烧室中的扩散燃烧；与传统的点燃式发动机的预混燃/部分预混烧系统相比，抑制了爆震燃烧等不正常燃烧出现，同时可以提高发动机的压缩比以达到更高的热效率；并且散热效果好，能解决现有试验过程中由于主动预燃室的肥厚避免导致的燃烧过程中过热，进而形成表面点火和爆震问题。

本发明为一套台架用射流点火燃烧系统的主动射流预燃点火装置，此主动射流预燃点火装置安装于发动机缸盖上，进一步安装到发动机进气门和排气门中间位置。该主动射流预燃点火装置包括主动预燃室喷油器、主动预燃室火花塞、主动预燃室悬仓以及深入到主燃室中的预燃室延伸体。

主燃室喷油器上设置有进油孔，该进油孔与台架高压供油系统相连接，以保证主动预燃室里边有所需的燃油供给；在此喷油器的前端设置有定向的喷射孔，用于为主动预燃室提供定量燃油的同时确保在火花塞周围形成较浓的混合气；在此喷油器的侧面设置有喷油器驱动模块，用于驱动喷油器按照喷油策略开启和关闭。主燃室火花塞布置于主动预燃室悬仓上，用于预燃室主动点火，从而形成预燃火焰。

预燃室悬仓3为承上启下的关键零部件，悬仓上加工有喷油器安装孔，火花塞安装孔，预燃室延伸体安装孔，另外还设置有用于改善整个主动预燃室试验过程中由于燃烧导致的过度发热的冷却循环水套，该水套设置于预燃室悬仓的中下部，预燃室悬仓的中下部与主燃室壁面接触部分，导致主燃室的燃烧温度传到到悬仓本体近壁面，在预燃室悬仓内部预设了冷却水套可通过循环水快速的带走主动预燃室的温度，从而大幅度改善周边的温度，降低整个主动预燃室的温度，有效抑制燃烧热点而形成的表面点火风险。环形水套外壁面为金属覆盖板，采用焊接工艺与悬仓本体连接，以保证密封性；进一步的所述环形水套内部向上设置有两个孔，分别为进水孔和回水孔，用以保证冷却水能迅速将热量带走；进一步外设有一水泵，设置有进水和回水管路。

预燃室延伸体上设置有供预燃室燃烧的内腔体，内腔体是用于设置于预燃室上的喷油器所喷定向、定量燃油后用于和气体混合后，经火花塞点火初步燃烧的腔体，所述的内腔体为表面光滑顶面为半圆形的腔体组成，半圆形腔体上设置有和主燃烧室联通的喷射孔，进一步的所述的预燃室的喷射孔是用将预燃室中可燃混合气经火花塞点火后型号才能火焰，火焰能够通过喷射孔加速，然后按照既定的喷射孔角度所述喷射孔角度为喷射孔中心线与缸孔中心线的夹角范围在45～70°之间，内腔体半圆形头部的喷射孔孔径不超过2mm，喷射孔数量在4～6孔；预燃室腔体与主燃烧室5的体积比小于4％。

本发明提供的台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，通过组织合理的喷雾射流方向、喷雾引导以及喷射策略以及合理的壁面冷却系统，用以实现预燃室的主动加浓拓展稀燃极限，提高热效率。

该装置通过预燃室点火产生火焰射流，在主燃烧室中形成分布式高温环境，实现在主燃烧室中的扩散燃烧；与传统的点燃式发动机的预混燃/部分预混烧系统相比，抑制了爆震燃烧等不正常燃烧出现，同时可以提高发动机的压缩比以达到更高的热效率；同时，通过调节火焰射流的产生与主燃烧室内高燃点燃料供应的相对相位，可以使得燃料在主燃烧室内实现预混燃烧、部分预混燃烧以及扩散燃烧等燃烧模式的可靠调控。

本发明优选具体实例为：

如图1和图2所示，本发明提供的一种台架用高效发动机的射流点火燃烧装置应用于单缸台架测试应用，包括预燃室悬仓3、预燃室喷射器2、预燃室火花塞1和预燃室延伸体4。其中，预燃室悬仓3上下部加工有预燃室延伸体安装孔3.2，用于和预燃室延伸体4上设置的外螺纹孔连接到一起，并在连接端口处设有安装槽4.2，通过预燃室延伸体上设置的安装工具槽4.3进行卡紧，保证预燃室延伸体4和预燃室悬仓的拧紧力矩。以上就完成了预燃室悬仓和预燃室延伸体的合装，在其总成内部包含了一个小容积的预燃室腔体4.1；预燃室喷射器2和预燃室火花塞1分别安装在预燃室悬仓3一侧上的两个不同位置，且预燃室喷射器2头部和预燃室火花塞1头部伸入预燃室内腔体4.1内部。本实施例中预燃室腔体与主燃室的体积比为3％，本实施案例中预燃室延伸体头部设置的喷射孔4.4的数量为5个，孔径为1.5mm，此5个孔采用均分模式，分布于预燃室延伸体的头部弧面部分，喷射孔中心和缸套中心轴的夹角设置为60°。

如图3所示，预燃室悬仓3上设置的进水孔3.5连接外置水泵的出水口，水流经进水孔3.5流经预燃室悬仓内置水套3.3，然后从回水孔3.6出水，回水孔3.6连接水泵的回水管形成闭环，持续为预燃室提供冷却，以降低预燃室和主燃室表面温度。

本实施案例中，采用一款进气道喷射的发动机，通过进气歧管上的主喷油器在进气冲程将高燃点燃料喷射进入进气道，在主燃室5内形成一定浓度的预混可燃混合气。当活塞6接近上止点前，预燃室喷射器2向预燃室内腔体4.1内提供预设量的高燃点燃料，形成设定当量比的可燃混合气，接着通过预燃室火花塞1点燃预燃室内腔体4.1内部的可燃混合气。混合气着火燃烧后，预燃室内腔体4.1内的压力和温度急剧上升，自由基通过喷射孔加速后，向主燃烧室5内喷射出高温的火焰射流。火焰射流在主燃烧室5内形成分布式高温火核，在高温火核的作用下高燃点燃料着火后，火焰以不同火核为中心向外传播，迅速燃烧。在不同工况条件下，通过调节预燃室喷射器2的燃料供给以及预燃室火花塞1的点火与主燃烧室喷射器2供给高燃点燃料的相对时刻，能够有效控制高燃点燃料在不同工况下进行预混燃烧、部分预混燃烧或扩散燃烧等不同的燃烧组织形式，提高发动机的热效率。

上述仅为对本发明较佳的实施例说明，上述技术特征可以任意组合形成多个本发明的实施例方案。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，所述射流点火燃烧装置设在发动机缸盖上，其特征在于：所述射流点火燃烧装置包括火花塞、预燃室喷射器、预燃室悬仓以及预燃室延伸体；所述预燃室悬仓的上部设有火花塞安装孔和预燃室喷射器安装孔，火花塞设在火花塞安装孔中，预燃室喷射器设在预燃室喷射器安装孔中，预燃室悬仓的下部设有预燃室延伸体安装孔，预燃室延伸体设在预燃室延伸体安装孔中，预燃室延伸体上设有供预燃室燃烧的内腔体，内腔体底端设有用于与发动机主燃烧室相连通的喷射孔，并在预燃室悬仓外部设有散热水套结构。

2.如权利要求1所述台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其特征在于：所述预燃室悬仓对应发动机进气门和排气门中间位置设置。

3.如权利要求1所述台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其特征在于：所述预燃室喷射器的下端设有定向喷射孔，并在预燃室喷射器侧面设有喷油器驱动模块。

4.如权利要求1所述台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其特征在于：所述散热水套结构设置于预燃室悬仓的中下部。

5.如权利要求1所述台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其特征在于：所述散热水套结构包括环形水套和盖板，环形水套套设在预燃室悬仓的外部，盖板设在环形水套外侧。

6.如权利要求1所述台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其特征在于：所述预燃室延伸体的内腔体下端为表面光滑半圆形腔体，喷射孔为设在半圆形顶面上的一组。

7.如权利要求1所述台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其特征在于：所述内腔体为预燃室腔体，预燃室腔体与发动机主燃烧室的体积比小于4％。

8.如权利要求5所述台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其特征在于：所述环形水套的顶部设有进水孔和回水孔。

9.如权利要求6所述台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其特征在于：所述喷射孔的角度为喷射孔中心线与缸孔中心线的夹角，夹角范围在45～70°。

10.如权利要求6所述台架用高效发动机的射流点火燃烧装置，其特征在于：所述喷射孔的孔径≤2mm，喷射孔数量在4～6孔。

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