CN116412023A - 发动机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机系统，包括：主燃烧室；预燃室，设置在主燃烧室的上侧，且与主燃烧室连通；以及空气辅助喷射装置，连接在预燃室的上侧，且一端伸入预燃室内部，空气辅助喷射装置被构造成在发动机系统的活塞向上运动的过程中向预燃室内部喷射雾化燃料；其中，预燃室被构造成在发动机系统的活塞向上运动至接近上止点时，点燃预燃室内的雾化燃料，并向主燃烧室内部喷射射流火焰或者热活性射流混合物；主燃烧室被构造成在发动机系统的活塞运动至上止点时，主燃烧室内部喷射有燃料雾束，以由预燃室喷射的射流火焰或者热活性射流混合物引燃主燃烧室内的燃料雾束。
Description
技术领域
本发明的至少一种实施例涉及内燃机技术领域，具体涉及一种发动机系统。
背景技术
作为交通运输领域的主要移动动力源，内燃机是不可再生化石燃料的消耗大户和CO2排放的重要来源。减少内燃机对化石能源的消耗和全生命周期CO2排放，是保护环境和实现可持续发展的重要方向。
现有技术中，液体燃料在发动机系统中的应用方式主要缸内直喷或进气道喷射为主，存在液体燃料雾化蒸发困难，稀燃效率较低，小负荷燃烧稳定性差，早燃和爆震限制热效率提升，预混燃烧未燃液体燃料和非常规排放等难题。因此，现有技术中缺少一种将空气辅助喷射装置、预燃室以及主燃烧室结合在一起并相互配合使用的发动机系统，以提高燃油的雾化效果以及拓展发动机稀薄燃烧边界，提高发动机系统热效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种发动机系统，通过设置空气辅助喷射装置、预燃室以及主燃烧室结合使用的发动机系统，使得空气辅助喷射装置向预燃室内喷射雾化燃料，点燃后并向主燃烧室内喷射射流火焰或者热活性射流混合物，以引燃主燃烧室内的燃料雾束。
根据本发明的实施例，提供了一种发动机系统，包括：主燃烧室；预燃室，设置在所述主燃烧室的上侧，且与所述主燃烧室连通；以及空气辅助喷射装置，连接在所述预燃室的上侧，且一端伸入所述预燃室内部，所述空气辅助喷射装置被构造成在所述发动机系统的活塞向上运动的过程中向所述预燃室内部喷射雾化燃料；其中，所述预燃室被构造成在所述发动机系统的活塞向上运动至接近上止点时，点燃所述预燃室内的所述雾化燃料，并向所述主燃烧室内部喷射射流火焰或者热活性射流混合物；所述主燃烧室被构造成在所述发动机系统的活塞运动至上止点时，所述主燃烧室内部喷射有燃料雾束，以由所述预燃室喷射的射流火焰或者热活性射流混合物引燃所述主燃烧室内的燃料雾束。
根据本发明的实施例，所述空气辅助喷射装置包括：调节阀，所述调节阀的第一进口端以及第二进口端分别与外部液体燃料以及外部高压气源连通；油嘴，与所述调节阀的第一出口端连通；预混腔，设置在所述油嘴的下侧，且分别与所述油嘴以及所述调节阀的第二出口端连通，使得经所述调节阀的第二出口端喷出的高压气体与经所述油嘴喷出的液体燃料在所述预混腔内混合，形成雾化燃料；以及气嘴，设置在所述预混腔的下侧，并与所述预混腔连通，以在所述发动机系统的活塞向上运动的过程中将所述预混腔中的雾化燃料喷射至所述预燃室内部。
根据本发明的实施例，所述预燃室上设置有一端伸入所述预燃室内部的火花塞，以在所述发动机系统的活塞向上运动至接近上止点时，点燃所述预燃室内的所述雾化燃料，使得所述预燃室向所述主燃烧室喷射射流火焰或者热活性射流混合物；所述主燃烧室上设置有一端伸入所述主燃烧室内部的喷油器，以在所述发动机系统的活塞运动至上止点时，向所述主燃烧室内部喷射燃料雾束，以由所述预燃室喷射的射流火焰或者热活性射流混合物引燃所述主燃烧室内的燃料雾束。
根据本发明的实施例，所述空气辅助喷射装置还包括：控制器，分别与所述油嘴、所述预混腔以及所述气嘴电连接，所述控制器被构造成根据所述预混腔内部液体燃料的雾化率，控制所述气嘴的喷射流量，并在所述空气辅助喷射装置完成向所述预燃室喷射所述雾化燃料后，所述控制器控制所述油嘴关闭。
根据本发明的实施例，所述空气辅助喷射装置还包括：稳流器，分别与所述调节阀的第二出口端以及所述预混腔连通，以向所述预混腔中输送稳定流动的高压气体。
根据本发明的实施例，所述调节阀的第二进口端上还连接有气压调节阀，所述气压调节阀与外部高压气源连通，以调节流经所述调节阀的第二进口端的气体压力。
根据本发明的实施例，所述预燃室的底部设置有多个喷孔，以将所述预燃室与所述主燃烧室连通，经多个所述喷孔向所述主燃烧室喷射射流火焰或者热活性射流混合物，以引燃所述主燃烧室内的所述燃料雾束。
根据本发明的实施例，多个所述喷孔的喷射方向不同，以向所述主燃烧室喷射不同方向的射流火焰或者热活性射流混合物；并且/或者，所述预燃室的轴线与所述主燃烧室的轴线重合。
根据本发明的实施例，所述喷油器为高压喷油器，以向所述主燃烧室内部喷射燃料雾束，使得所述燃料雾束撞击所述发动机系统的活塞，以在所述主燃烧室内形成涡团带动气流运动。
根据本发明的实施例，所述发动机系统还包括：进气门，设置在所述发动机系统的缸盖上，以允许空气经所述进气门进入所述主燃烧室内部；以及排气门，设置在所述发动机系统的缸盖上，且与所述进气门相对设置，以允许所述主燃烧室内的废气经所述排气门排出。
根据本发明的上述实施例的发动机系统，通过设置空气辅助喷射装置、预燃室以及主燃烧室结合使用的发动机系统，使得空气辅助喷射装置向预燃室内喷射雾化燃料，经点燃该雾化燃料后，并向主燃烧室内喷射射流火焰或者热活性射流混合物，以引燃主燃烧室内的燃料雾束，提高发动机系统热效率。
附图说明
图1是本发明的发动机系统的一种原理示意图；
图2是本发明的发动机系统的另一种原理示意图，其中主燃烧室的剖视方向与图1不同；以及
图3是本发明的发动机系统的空气辅助喷射装置的原理示意图。
图中：
1-主燃烧室；11-发动机系统的活塞；12-喷油器；13-发动机系统的缸盖；14-发动机系统的气缸；
2-预燃室；21-火花塞；22-喷孔；
3-空气辅助喷射装置；
31-调节阀；311-第一进口端；312-第二进口端；313-第一出口端；314-第二出口端；
32-油嘴；
33-预混腔；
34-气嘴；
35-控制器；
36-稳流器；
37-气压调节阀；
4-进气门；
5-排气门；
6-供油组件；61-油箱；62-油泵；621-第一端；622-第二端；63-油压表；
7-高压气源。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
根据本发明一个方面的发明构思，提供了一种发动机系统，包括：主燃烧室；预燃室，设置在主燃烧室的上侧，且与主燃烧室连通；以及空气辅助喷射装置，连接在预燃室的上侧，且一端伸入预燃室内部，空气辅助喷射装置被构造成在发动机系统的活塞向上运动的过程中向预燃室内部喷射雾化燃料；其中，预燃室被构造成在发动机系统的活塞向上运动至接近上止点时，点燃预燃室内的雾化燃料，并向主燃烧室内部喷射射流火焰或者热活性射流混合物；主燃烧室被构造成在发动机系统的活塞运动至上止点时，主燃烧室内部喷射有燃料雾束，以由预燃室喷射的射流火焰或者热活性射流混合物引燃主燃烧室内的燃料雾束。
图1是本发明的发动机系统的一种原理示意图。
根据本发明的示例性实施例，请参照图1，提供一种发动机系统，包括主燃烧室1、预燃室2以及空气辅助喷射装置3。预燃室2设置在主燃烧室1的上侧，且与主燃烧室1连通。空气辅助喷射装置3连接在预燃室2的上侧，且一端伸入预燃室2内部，空气辅助喷射装置3被构造成在发动机系统的活塞11向上运动的过程中向预燃室2内部喷射雾化燃料。其中，预燃室2被构造成在发动机系统的活塞11向上运动至接近上止点时，点燃预燃室2内的雾化燃料，并向主燃烧室1内部喷射射流火焰或者热活性射流混合物；主燃烧室1被构造成在发动机系统的活塞11运动至上止点时，主燃烧室1内部喷射有燃料雾束，以由预燃室2喷射的射流火焰或者热活性射流混合物引燃主燃烧室1内的燃料雾束。
其中，主燃烧室1由发动机系统的缸盖13的底面、发动机系统的活塞11的顶面以及发动机系统的气缸14的侧壁围成。
在本实施例中，通过设置空气辅助喷射装置3、预燃室2以及主燃烧室1结合使用的发动机系统，使得空气辅助喷射装置3向预燃室2内喷射雾化燃料，提高燃油的雾化效果，并经点燃该雾化燃料后，向主燃烧室1内喷射射流火焰或者热活性射流混合物，以引燃主燃烧室1内的燃料雾束，拓展发动机稀薄燃烧边界，提高发动机系统热效率。
进一步地，本实施例中的预燃室2有利于形成活性热射流，该活性热射流引燃主燃烧室1内稀释扩散燃烧能够解决早燃和爆震限制热效率提升，以及预混燃烧未燃液体燃料和非常规排放等难题。同时，燃料稀扩散燃烧可同时降低氮氧化物和碳烟排放。
图3是本发明的发动机系统的空气辅助喷射装置的原理示意图。
在一些示例性实施例中，参照图1和图3，空气辅助喷射装置3包括调节阀31、油嘴32、预混腔33以及气嘴34。调节阀31的第一进口端311以及第二进口端312分别与外部液体燃料以及外部高压气源连通。油嘴32与调节阀31的第一出口端313连通。预混腔33设置在油嘴32的下侧，且分别与油嘴32以及调节阀31的第二出口端314连通，使得经调节阀31的第二出口端314喷出的高压气体与经油嘴32喷出的液体燃料在预混腔33内混合，形成雾化燃料。气嘴34设置在预混腔33的下侧，并与预混腔33连通，以在发动机系统的活塞11向上运动的过程中将预混腔33中的雾化燃料喷射至预燃室2内部。
通过上述设置方式，空气辅助喷射装置3通过油嘴32将液体燃料喷射到高压空气中，利用高压空气对液体燃料颗粒的二次冲击实现液体燃料的良好雾化效果，以在预混腔33中形成混合均匀的雾化燃料，再由气嘴34喷射到预燃室2中，以解决液体燃料雾化蒸发困难的问题。
进一步地，在本实施例中，通过控制油嘴32以及调节阀31，以调节经油嘴32喷出的液体燃料的流量以及经调节阀31的第二出口端314喷出的高压气体的流量，以控制预混腔33中液体燃料与高压气体的混合情况，从而更好地实现液体燃料的雾化效果。
需要说明的是，在本实施例中，由供油组件6提供外部液体燃料，其中供油组件6包括油箱61、油泵62以及油压表63。油箱61适用于储存液体燃料。油泵62的第一端621与油箱61连接，以抽取油箱61中的液体燃料。油压表63分别与油泵62的第二端622以及调节阀31的第一进口端311连接，以监测油箱61中液体燃料的输出流量。
在一些示例性实施例中，参照图1，预燃室2上设置有一端伸入预燃室2内部的火花塞21，以在发动机系统的活塞11向上运动至接近上止点时，点燃预燃室2内的雾化燃料，使得预燃室2向主燃烧室1喷射射流火焰或者热活性射流混合物。主燃烧室1上设置有一端伸入主燃烧室1内部的喷油器12，以在发动机系统的活塞11运动至上止点时，向主燃烧室1内部喷射燃料雾束，以由预燃室2喷射的射流火焰或者热活性射流混合物引燃主燃烧室1内的燃料雾束。
在本实施例中，通过火花塞21与喷油器12的配合，预燃室2内的雾化燃料被火花塞21点燃后形成的活性热射流及火焰面从预燃室2射向主燃烧室1，以引燃由喷油器12向主燃烧室1中喷射的燃料雾束，从而使得主燃烧室1内的燃料雾束更充分地进行燃烧，尽可能拓展发动机稀薄燃烧边界，节约燃油，提高发动机系统热效率。进一步地，采用喷油器12直接向主燃烧室1内喷射燃料雾束可实现燃烧放热规律的有效调控，有利于进一步提高热效率。
在一些示例性实施例中，参照图1，空气辅助喷射装置3还包括控制器35。控制器35分别与油嘴32、预混腔33以及气嘴34电连接，控制器35被构造成根据预混腔33内部液体燃料的雾化率，控制气嘴34的喷射流量，并在空气辅助喷射装置3完成向预燃室2喷射雾化燃料后，控制器35控制油嘴32关闭。通过控制器35控制油嘴32关闭后，继续向预混腔33中通入高压气体，并喷射到预燃室2中，以实现对预燃室2内部残余废气的扫气过程。
需要说明的是，在本实施例中，控制器35可为ECU电控单元。
在一些示例性实施例中，参照图1，空气辅助喷射装置3还包括稳流器36。稳流器36分别与调节阀31的第二出口端314以及预混腔33连通，以向预混腔33中输送稳定流动的高压气体。
在一些示例性实施例中，参照图1，调节阀31的第二进口端312上还连接有气压调节阀37，气压调节阀37与外部高压气源连通，以调节流经调节阀31的第二进口端312的气体压力。
需要说明的是，在本实施例中，外部高压气源由高压气源7提供，气压调节阀37分别与高压气源7以及调节阀31的第二进口端312连通。
在一些示例性实施例中，参照图1，预燃室2的底部设置有多个喷孔22，以将预燃室2与主燃烧室1连通，经多个喷孔22向主燃烧室1喷射射流火焰或者热活性射流混合物，以引燃主燃烧室1内的燃料雾束。
在本实施例中，预燃室2通过多个喷孔22能够向主燃烧室1内部喷射紊流的射流火焰。
在一些示例性实施例中，参照图1，多个喷孔22的喷射方向不同，以向主燃烧室1喷射不同方向的射流火焰或者热活性射流混合物。
预燃室2的轴线与主燃烧室1的轴线重合。
在一些示例性实施例中，喷油器12为高压喷油器，以向主燃烧室1内部喷射燃料雾束，使得燃料雾束撞击发动机系统的活塞11，以在主燃烧室1内形成涡团带动气流运动。
在本实施例中，将喷油器12设置为高压喷油器，使得喷射至主燃烧室1内的燃料雾束具有一定的贯穿距离，从而使得主燃烧室1内的燃料雾束以稀扩散燃烧为主。
图2是本发明的发动机系统的另一种原理示意图，其中主燃烧室的剖视方向与图1不同。
在一些示例性实施例中，参照图2，发动机系统还包括进气门4以及排气门5。进气门4设置在发动机系统的缸盖13上，以允许空气经进气门4进入主燃烧室1内部。排气门5设置在发动机系统的缸盖13上，且与进气门4相对设置，以允许主燃烧室1内的废气经排气门5排出。
需要说明的是，本实施例的发动机系统的工作原理如下：当发动机系统的活塞11从上止点开始下行，进气门4出于打开状态，排气门5处于闭合状态，空气从进气道进入主燃烧室1以及预燃室2；当发动机系统的活塞11越过下止点时，进气门4开始关闭，发动机系统的活塞11向上运动压缩缸内的空气，使得主燃烧室1内温度和压力持续升高。此时油箱61中的液体燃料，通过油泵62以及油压表63，再经过调节阀31的第一进口端311流至油嘴32。高压气源7中高压气体依次经气压调节阀37、调节阀31的第二进口端312进入预混腔33。控制器35根据预混腔33内部液体燃料的雾化率，控制气嘴34的喷射流量。火花塞21点燃预燃室2内的雾化燃料，该雾化燃料燃烧放热使预燃室2内的温度和压力急剧增加，导致预燃室2和主燃烧室1开始存在压力差且逐渐增大，被点燃的雾化燃料火焰在预燃室2内传播，且由于压力差的原因，雾化燃料火焰通过预燃室2的喷孔22形成多条射流火焰来提高点火能量、加速火焰传播。预燃室2内的活性热射流进入主燃烧室1后，喷油器12也向主燃烧室1喷射燃料雾束，活性热射流剪切产生的湍流增加了火焰的传播速度，因此将热气体分布在主燃烧室1的广泛区域，在活性热射流经过的整个主燃烧室1产生分散点火。主燃烧室1内的燃料雾束被该射流火焰点燃后，形成扩散燃烧火焰，燃料燃烧释放出热量，推动发动机系统的活塞11向下运动，输出机械功，发动机系统的活塞11运动到接近下止点时，排气门5开启，发动机系统的活塞11向上运动排除缸内的废气，完成整个工作过程。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发动机系统，包括：
主燃烧室(1)；
预燃室(2)，设置在所述主燃烧室(1)的上侧，且与所述主燃烧室(1)连通；以及
空气辅助喷射装置(3)，连接在所述预燃室(2)的上侧，且一端伸入所述预燃室(2)内部，所述空气辅助喷射装置(3)被构造成在所述发动机系统的活塞(11)向上运动的过程中向所述预燃室(2)内部喷射雾化燃料；
其中，所述预燃室(2)被构造成在所述发动机系统的活塞(11)向上运动至接近上止点时，点燃所述预燃室(2)内的所述雾化燃料，并向所述主燃烧室(1)内部喷射射流火焰或者热活性射流混合物；所述主燃烧室(1)被构造成在所述发动机系统的活塞(11)运动至上止点时，所述主燃烧室(1)内部喷射有燃料雾束，以由所述预燃室(2)喷射的射流火焰或者热活性射流混合物引燃所述主燃烧室(1)内的燃料雾束。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述空气辅助喷射装置(3)包括：
调节阀(31)，所述调节阀(31)的第一进口端(311)以及第二进口端(312)分别与外部液体燃料以及外部高压气源连通；
油嘴(32)，与所述调节阀(31)的第一出口端(313)连通；
预混腔(33)，设置在所述油嘴(32)的下侧，且分别与所述油嘴(32)以及所述调节阀(31)的第二出口端(314)连通，使得经所述调节阀(31)的第二出口端(314)喷出的高压气体与经所述油嘴(32)喷出的液体燃料在所述预混腔(33)内混合，形成雾化燃料；以及
气嘴(34)，设置在所述预混腔(33)的下侧，并与所述预混腔(33)连通，以在所述发动机系统的活塞(11)向上运动的过程中将所述预混腔(33)中的雾化燃料喷射至所述预燃室(2)内部。
3.根据权利要求2所述的发动机系统，其中，所述预燃室(2)上设置有一端伸入所述预燃室(2)内部的火花塞(21)，以在所述发动机系统的活塞(11)向上运动至接近上止点时，点燃所述预燃室(2)内的所述雾化燃料，使得所述预燃室(2)向所述主燃烧室(1)喷射射流火焰或者热活性射流混合物；
所述主燃烧室(1)上设置有一端伸入所述主燃烧室(1)内部的喷油器(12)，以在所述发动机系统的活塞(11)运动至上止点时，向所述主燃烧室(1)内部喷射燃料雾束，以由所述预燃室(2)喷射的射流火焰或者热活性射流混合物引燃所述主燃烧室(1)内的燃料雾束。
4.根据权利要求2所述的发动机系统，其中，所述空气辅助喷射装置(3)还包括：控制器(35)，分别与所述油嘴(32)、所述预混腔(33)以及所述气嘴(34)电连接，所述控制器(35)被构造成根据所述预混腔(33)内部液体燃料的雾化率，控制所述气嘴(34)的喷射流量，并在所述空气辅助喷射装置(3)完成向所述预燃室(2)喷射所述雾化燃料后，所述控制器(35)控制所述油嘴(32)关闭。
5.根据权利要求2所述的发动机系统，其中，所述空气辅助喷射装置(3)还包括：稳流器(36)，分别与所述调节阀(31)的第二出口端(314)以及所述预混腔(33)连通，以向所述预混腔(33)中输送稳定流动的高压气体。
6.根据权利要求2所述的发动机系统，其中，所述调节阀(31)的第二进口端(312)上还连接有气压调节阀(37)，所述气压调节阀(37)与外部高压气源连通，以调节流经所述调节阀(31)的第二进口端(312)的气体压力。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述预燃室(2)的底部设置有多个喷孔(22)，以将所述预燃室(2)与所述主燃烧室(1)连通，经多个所述喷孔(22)向所述主燃烧室(1)喷射射流火焰或者热活性射流混合物，以引燃所述主燃烧室(1)内的所述燃料雾束。
8.根据权利要求7所述的发动机系统，其中，多个所述喷孔(22)的喷射方向不同，以向所述主燃烧室(1)喷射不同方向的射流火焰或者热活性射流混合物；并且/或者，
所述预燃室(2)的轴线与所述主燃烧室(1)的轴线重合。
9.根据权利要求3所述的发动机系统，其中，所述喷油器(12)为高压喷油器，以向所述主燃烧室(1)内部喷射燃料雾束，使得所述燃料雾束撞击所述发动机系统的活塞(11)，以在所述主燃烧室(1)内形成涡团带动气流运动。
10.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述发动机系统还包括：
进气门(4)，设置在所述发动机系统的缸盖(13)上，以允许空气经所述进气门(4)进入所述主燃烧室(1)内部；以及
排气门(5)，设置在所述发动机系统的缸盖(13)上，且与所述进气门(4)相对设置，以允许所述主燃烧室(1)内的废气经所述排气门(5)排出。
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