CN116428047A - 一种高效起燃的预燃室结构、燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效起燃的预燃室结构、燃烧系统，其包括：本体、点火器、喷射器，本体设有预燃室腔，预燃室腔包括从上往下依次相连的起燃区、发展区，起燃区为沿上下倾斜设置的圆柱形腔结构，在起燃区上部连通有沿圆柱形腔结构切向方向延伸的燃料通道，发展区为上下延伸的长圆柱形腔结构，发展区内径小于起燃区内径，发展区与起燃区偏心设置，发展区下端设有射流孔，起燃区上端设有点火口。充分利用了喷射燃料的喷射能量，产生强烈的涡旋，充分卷吸扫除废气；有效地降低燃料的速度，增加了燃料在预燃室内的停留时间；降低爆震风险；整体结构紧凑，适应多种发动机平台。

Description

一种高效起燃的预燃室结构、燃烧系统

技术领域

本发明涉及节能和新能源汽车领域，特别涉及一种高效起燃的预燃室结构、燃烧系统。

背景技术

全球变暖已成为制约人类经济社会可持续发展的重要障碍，需要高度重视和控制温室气体排放。二氧化碳是主要的温室气体，很大一部分来源于车辆排放。对于传统内燃机而言，稀薄燃烧是的新型降碳工作方式，每次燃烧使用的燃料更少，使得发动机效率更高、更经济、环保。主要的问题是传统火花塞难以起燃稀薄混合气。同时，对于新的零碳内燃机，突破性地采用氨作为零碳燃料。氨作为可燃性富氢化合物，零碳，完全反应时产生水和氮气，不产生污染物和温室气体二氧化碳，是未来关键及重点发展的零碳燃料。相对于氢燃料，氨燃料辛烷值更高，抗爆性能好，适应更大的压缩比。同时氨燃烧产物有双原子分子(占比1/4)，具有较大比热比，且燃烧产物多于反应物，理论上可将发动机热效率提高至50％以上。氨燃料主要的问题是，需求的点火能量高，传统火花塞无法起燃。

对于零碳新能源内燃机和低碳传统内燃机，预燃室射流点火能提高燃烧速度、抑制爆震、扩展稀燃极限，是未来内燃机重要发展方向。核心技术是形成足量的合适浓度的点火混合气以保证火焰起燃和快速发展，及处理预燃室内废气。

发明内容

本发明目的在于提供一种高效起燃的预燃室结构、燃烧系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

首先本发明提供一种高效起燃的预燃室结构，其包括：本体，本体设有预燃室腔，所述预燃室腔包括从上往下依次相连的起燃区、发展区，所述起燃区为沿上下倾斜设置的圆柱形腔结构，在所述起燃区上部连通有沿圆柱形腔结构切向方向延伸的燃料通道，所述发展区为上下延伸的长圆柱形腔结构，发展区内径小于起燃区内径，所述发展区与起燃区偏心设置，所述发展区下端设有射流孔，所述起燃区上端设有点火口。

本预燃室结构的有益效果是：在使用时，预燃燃料通过燃料通道沿切向进入起燃区，因为起燃区的倾斜设置及发展区的偏心布置，燃料经过的截面不断缩窄，燃料自发产生极大的涡流，卷吸预燃室腔内废气，因为产生涡流，燃料的速度被有效地降低，增加了在预燃室腔内的停留时间，充分吹扫的同时，保证了在发动机点火时刻，预燃室腔内的燃料浓度及质量分布最优，起燃性能最优。燃料卷吸废气一起通过发展区与射流孔进入主燃烧室，燃料与主燃室新鲜空气混合形成混合气，活塞上行，混合气受压，沿原路返回预燃室，最终富集在起燃区的高点，即混合气囤积在点火口处的附近，其他区域的可燃混合气十分稀薄，有利于提高预燃室点火的控制能力，降低爆震风险，在发动机点火时，火点火口附近的混合气被点燃，火焰向下发展，通过发展区，火焰锋面速度提高，通过射流孔快速进入主燃室，引燃主燃室内混合气。

作为上述技术方案的进一步改进，所述预燃室腔还包括与发展区下端连通的射流火焰区，所述射流火焰区半球形腔结构，所述射流孔设于所述射流火焰区的腔壁。为半球形腔结构的射流火焰区可对燃料混合气和火焰起到导流的效果，在燃料混合气从预燃室腔吹入主燃烧室时，可降低风阻，以及使得火焰聚集喷射。

作为上述技术方案的进一步改进，所述射流火焰区的腔壁均匀有若干所述射流孔。若干射流孔一来可提高燃料混合气的流通面积，二来可提高火焰的喷射效果，火焰可从四周的多个射流孔喷至主燃烧室内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述本体的下部凸设有柱状的燃烧嘴，所述射流火焰区和发展区设于燃烧嘴内，所述燃烧嘴下端面为半球形凸面。

在使用时，燃烧嘴伸入主燃烧室的顶部内，燃烧嘴的下端面采用半球形凸面，可减少对气流的阻挡，以及避免出现局部温度过大的情况，同时整体结构紧凑，适应多种发动机平台。

作为上述技术方案的进一步改进，所述发展区的上端与所述燃料通道相对远离设置。这样使得产生的涡流更大，吹扫及冷却效果更佳。

作为上述技术方案的进一步改进，所述发展区偏心设置于起燃区倾斜的一侧。

作为上述技术方案的进一步改进，所述起燃区与发展区圆柱轴线相互交错。

此外本发明还提供一种燃烧系统，其包括所述的预燃室结构，还包括安装于点火口上的点火器、与燃料通道相连的喷射器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述本体上部设有用于安装点火器的第一安装槽、用于安装喷射器的第二安装槽。

作为上述技术方案的进一步改进，所述起燃区与发展区圆柱轴线相互交错，所述点火器为火花塞，所述火花塞的点火电极位于起燃区与发展区圆柱轴线的交错处。这样涡流向下发展时，点火电极获得充分地吹扫及冷却。

本发明的有益效果是：

1、充分利用了喷射燃料的喷射能量，产生强烈的涡旋，充分卷吸扫除废气；

2、有效地降低燃料的速度，增加了燃料在预燃室内的停留时间，保证了在发动机点火时刻，预燃室内的燃料浓度及质量分布最优，起燃性能最优；

3、混合气富集在火花塞的点火电极，其他区域的可燃混合气十分稀薄，有利于提高预燃室点火的控制能力，降低爆震风险；

4、整体结构紧凑，适应多种发动机平台。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1是本发明所提供的燃烧系统，其一实施例的示意图；

图2是本发明所提供的预燃室结构，其一实施例的示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1～图2，本发明的发动机的燃烧系统作出如下实施例：

本实施例的燃烧系统包括预燃室结构、点火器和喷射器200。

其中预燃室结构包括本体100，本实施例的本体100为竖直设置的套柱状，该本体100在使用时，伸入发动机气缸的主燃烧室内，又或者在其他实施例中，本体100与发动机气缸为一体结构。

其中本体100设有预燃室腔110，其中所述预燃室腔110包括起燃区111、发展区112，起燃区111与发展区112从上往下依次连通，所述起燃区111为圆柱形腔结构，起燃区111沿上下方向倾斜设置，而所述发展区112为长圆柱形腔结构，发展区112沿上下竖直延伸设置，并且发展区112的内径比起燃区111的内径小，所述发展区112与起燃区111呈偏心设置，所述发展区112的下端通过射流孔130与主燃烧室连通，在所述起燃区111的上端设置有点火口140，在所述起燃区111上部的外周连通有燃料通道120，其中燃料通道120沿起燃区111的切向方向延伸设置。

进一步地，所述预燃室腔110还包括射流火焰区113，射流火焰区113与发展区112下端连通，所述射流火焰区113半球形腔结构，所述射流孔130设置在所述射流火焰区113的腔壁。为半球形腔结构的射流火焰区113可对燃料混合气和火焰起到导流的效果，在燃料混合气从预燃室腔110吹入主燃烧室时，可降低风阻，以及使得火焰聚集喷射。

其中所述本体100的下端设置有柱状的燃烧嘴150，燃烧嘴150伸入主燃烧室内，而所述射流火焰区113和发展区112设置在燃烧嘴150内，所述燃烧嘴150的下端面设置为半球形凸面，在使用时，燃烧嘴150伸入主燃烧室的顶部内，燃烧嘴150的下端面采用半球形凸面，可减少对气流的阻挡，以及避免出现局部温度过大的情况，同时整体结构紧凑，适应多种发动机平台。

并且，所述射流火焰区113的腔壁均匀设置有若干射流孔130，若干射流孔130一来可提高燃料混合气的流通面积，二来可提高火焰的喷射效果，火焰可从四周的多个射流孔130喷至主燃烧室内。

进一步地，所述发展区112的上端与燃料通道120呈相对远离设置在两侧，使得产生的涡流更大，吹扫及冷却效果更佳。

而所述发展区112偏心设置在起燃区111倾斜的一侧，并且所述起燃区111与发展区112的圆柱轴线呈相互交错设置。

在所述本体100上部设置有用于安装点火器的第一安装槽160、用于安装喷射器200的第二安装槽170，在使用时，喷射器200与燃料通道120相连，点火器伸入点火口140内，本实施例的点火器采用火花塞300，所述火花塞300的点火电极310设置在起燃区111与发展区112圆柱轴线的交错处，这样涡流向下发展时，点火电极310获得充分地吹扫及冷却。

工作过程是喷射器200喷射燃料，燃料通过燃料通道120沿切向进入起燃区111，因为起燃区111的倾斜结构及发展区112的偏心布置，燃料经过的截面不断缩窄，燃料自发产生极大的涡流，卷吸预燃室内废气，同时，火花塞300的点火电极310位于起燃区111与发展区112圆柱轴线的交错处，此时涡流开始向下发展，点火电极310获得充分地吹扫及冷却。同时因为产生涡流，燃料的速度被有效地降低，增加了在预燃室内的停留时间，充分吹扫的同时，保证了在发动机点火时刻，预燃室内的燃料浓度及质量分布最优，起燃性能最优。

燃料卷吸废气一起通过发展区112与射流火焰区113进入主燃烧室，燃料与主燃室新鲜空气混合形成混合气；活塞上行，混合气受压，沿原路返回预燃室，最终富集在起燃区111的高点，火花塞300的点火电极310位于起燃区111的高点，即混合气囤积在火花塞300的点火电极310的附近，其他区域的可燃混合气十分稀薄，有利于提高预燃室点火的控制能力，降低爆震风险。发动机点火时，火花塞300的点火电极310附近的混合气被点燃，火焰向下发展，通过细长的发展区112，火焰锋面速度提高，通过射流孔130快速进入主燃室，引燃主燃室内混合气。

本实施例充分利用了喷射燃料的喷射能量，产生强烈的涡旋，充分卷吸扫除废气；有效地降低燃料的速度，增加了燃料在预燃室内的停留时间，保证了在发动机点火时刻，预燃室内的燃料浓度及质量分布最优，起燃性能最优；混合气富集在火花塞300的点火电极310，其他区域的可燃混合气十分稀薄，有利于提高预燃室点火的控制能力，降低爆震风险；整体结构紧凑，适应多种发动机平台。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种高效起燃的预燃室结构，其特征在于：其包括：

本体(100)，其设有预燃室腔(110)，所述预燃室腔(110)包括从上往下依次相连的起燃区(111)、发展区(112)，所述起燃区(111)为沿上下倾斜设置的圆柱形腔结构，在所述起燃区(111)上部连通有沿圆柱形腔结构切向方向延伸的燃料通道(120)，所述发展区(112)为上下延伸的长圆柱形腔结构，发展区(112)内径小于起燃区(111)内径，所述发展区(112)与起燃区(111)偏心设置，所述发展区(112)下端设有射流孔(130)，所述起燃区(111)上端设有点火口(140)。

2.根据权利要求1所述的一种高效起燃的预燃室结构，其特征在于：

所述预燃室腔(110)还包括与发展区(112)下端连通的射流火焰区(113)，所述射流火焰区(113)半球形腔结构，所述射流孔(130)设于所述射流火焰区(113)的腔壁。

3.根据权利要求2所述的一种高效起燃的预燃室结构，其特征在于：所述射流火焰区(113)的腔壁均匀有若干所述射流孔(130)。

4.根据权利要求2所述的一种高效起燃的预燃室结构，其特征在于：

所述本体(100)的下部凸设有柱状的燃烧嘴(150)，所述射流火焰区(113)和发展区(112)设于燃烧嘴(150)内，所述燃烧嘴(150)下端面为半球形凸面。

5.根据权利要求1所述的一种高效起燃的预燃室结构，其特征在于：所述发展区(112)的上端与所述燃料通道(120)相对远离设置。

6.根据权利要求5所述的一种高效起燃的预燃室结构，其特征在于：所述发展区(112)偏心设置于起燃区(111)倾斜的一侧。

7.根据权利要求6所述的一种高效起燃的预燃室结构，其特征在于：所述起燃区(111)与发展区(112)圆柱轴线相互交错。

8.一种燃烧系统，其特征在于：其包括如权利要求1至7任意一项所述的预燃室结构，还包括安装于点火口(140)上的点火器、与燃料通道(120)相连的喷射器(200)。

9.根据权利要求8所述的一种燃烧系统，其特征在于：

所述本体(100)上部设有用于安装点火器的第一安装槽(160)、用于安装喷射器(200)的第二安装槽(170)。

10.根据权利要求8所述的一种燃烧系统，其特征在于：

所述起燃区(111)与发展区(112)圆柱轴线相互交错，所述点火器为火花塞(300)，所述火花塞(300)的点火电极(310)位于起燃区(111)与发展区(112)圆柱轴线的交错处。

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