CN216518262U - 点火系统及发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及内燃机技术领域，提供一种点火系统，包括：机体；活塞，安装在机体内；缸盖，安装在机体的开口位置，机体、活塞和缸盖限定主燃烧室；以及预燃装置，包括：壳体，设置在缸盖内并伸入主燃烧室；预燃烧室，形成于壳体内；以及射流孔，形成于壳体位于主燃烧室内的端部，用以将预燃烧室和主燃烧室连通；第一喷油器，设置在壳体上，用以向预燃烧室内喷射第一燃料；以及第二喷油器，设置在壳体上，用以向预燃烧室内喷射第二燃料其中，至少一部分第一燃料在预燃烧室内被压燃，用以引燃第二燃料，本实用新型还提供一种发动机包括点火系统和控制单元。

Description

点火系统及发动机

技术领域

本实用新型涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种点火系统及发动机。

背景技术

为较为有效的提升基于稀燃技术的内燃机的稳定性和快速燃烧能力。现有技术中，可将内燃机内设置成相连通的主燃烧室和预燃烧室，主燃烧室和预燃烧室内的燃料相同，之后通过调节预燃烧室中单一燃料的燃空当量比来改善主燃烧室的燃烧情况。

上述结构的内燃机在实际应用的过程中，对预燃室整体的燃空当量比调节有限，容易造成发动机燃烧稳定性下降甚至失火的情况出现。其次，对于一些燃烧活性较低的燃料无法满足低负荷工况的下主燃室的稀薄燃烧。

为此，通过增加火花塞及提升预燃室内单一燃料的喷射的当量可在一定程度上提升引燃能力。但这就对火花塞的性能及点火时机的控制提出了更为严格的要求，并且由于预燃室内单一燃料的当量增加了还可能导致排放的污染物增多的问题。

实用新型内容

针对于现有的技术问题，本实用新型提供一种点火系统及发动机，用于至少部分解决以上技术问题。

本实用新型的一方面提供一种点火系统，包括：机体；活塞，安装在所述机体内；缸盖，安装在所述机体的开口位置，所述机体、活塞和缸盖限定主燃烧室；以及预燃装置，包括：壳体，设置在所述缸盖内并伸入所述主燃烧室；预燃烧室，形成于所述壳体内；以及射流孔，形成于所述壳体位于主燃烧室内的端部，用以将所述预燃烧室和主燃烧室连通；第一喷油器，设置在所述壳体上，用以向所述预燃烧室内喷射第一燃料；以及第二喷油器，设置在所述壳体上，用以向所述预燃烧室内喷射第二燃料其中，至少一部分所述第一燃料在所述预燃烧室内被压燃，用以引燃第二燃料。

根据本实用新型的实施例，所述预燃装置安装在所述缸盖的中部。

根据本实用新型的实施例，所述射流孔的数量为多个，多个所述射流孔间隔形成于所述壳体位于主燃烧室内的端部。

根据本实用新型的实施例，所述第一喷油器设置在所述壳体的中部。

根据本实用新型的实施例，所述第二喷油器设置在所述壳体的边缘位置并和所述第一喷油器形成夹角，以使得至少一部分所述第一燃料和第二燃料在所述预燃烧室内交汇。

根据本实用新型的实施例，所述第一喷油器，包括：第一喷油器主喷孔，设置在所述第一喷油器位于所述预燃烧室内的轴向第一端，用以沿所述缸盖的轴向方向喷射第一燃料；以及第一喷油器副喷孔，设置在所述第一喷油器的轴向第一端的侧向位置，用以沿所述缸盖轴向方向以外的方向喷射第一燃料；其中，所述第一喷油器副喷孔的出射位置高于所述第一喷油器主喷孔的出射位置。

根据本实用新型的实施例，所述第二喷油器，包括第二喷油器主喷孔，设置在所述第二喷油器位于所述预燃烧室内的轴向第一端，用以沿倾斜于所述缸盖的轴向方向喷射第二燃料，并和由所述第一喷油器主喷孔喷射的第一燃料交汇。

根据本实用新型的实施例，所述第二喷油器还包括第二喷油器副喷孔，设置在所述第二喷油器位于所述预燃烧室内的轴向第一端的侧向位置，用以沿所述缸盖的轴向方向喷射第二燃料。

本实用新型还提供一种发动机，包括点火系统；以及控制单元，和第一喷油器及第二喷油器电连接，适用于控制预燃烧室内第一燃料和第二燃料的比例。

根据本实用新型的实施例，所述发动机还包括监测单元，适用于监测所述发动机的负荷。

根据本实用新型上述实施例的点火系统和发动机，预燃装置中形成预燃烧室，预燃烧室内安装有分别用于喷射第一燃料和第二燃料的第一喷油器和第二喷油器，至少一部分第一燃料在预燃烧室内被压燃，进而逐步引燃预燃烧室及主燃烧室内的第二燃料。点火系统无需安装火花塞，又可通过调节第一燃料和第二燃料的比例来调节预燃烧室内的混合燃料的活性，可较为有效的适应各类负荷条件下的燃烧条件，有利于燃料的稳定燃烧。

附图说明

图1是根据本实用新型的一种示意性实施例的点火系统的剖视示意图；

图2是图1所示示意性实施例的点火系统的局部放大图；

图3是图2所示示意性实施例的点火系统中A部分的局部放大图；

图4是图2所示示意性实施例喷射燃料状态的状态示意图；

图5是图4所示示意性实施例在低负荷状态下的燃料活性梯度分布示意图；以及

图6是图4所示示意性实施例在中高负荷状态下的燃料活性梯度分布示意图。

附图标记

1、缸盖；

2、壳体；

3、预燃装置端盖；

4、第一喷油器；

41、第一喷油器副喷孔；

42、第一喷油器主喷孔；

5、预燃装置顶盖；

6、第二喷油器；

61、第二喷油器主喷孔；

62、第二喷油器副喷孔；

7、主燃烧室；

8、机体；

9、活塞；

10、喷油器端盖；

11、壳体的第一端；

12、预燃烧室；

13、射流孔；

14、第一燃料；以及

15、第二燃料。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、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，对本实用新型作进一步的详细说明。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本实用新型。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、 B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

图1是根据本实用新型的一种示意性实施例的点火系统的剖视示意图；

图2是图1所示示意性实施例的点火系统的局部放大图；图3是图2所示示意性实施例的点火系统中A部分的局部放大图；图4是图2所示示意性实施例喷射燃料状态的状态示意图；图5是图4所示示意性实施例在低负荷状态下的燃料活性梯度分布示意图；图6是图4所示示意性实施例在中高负荷状态下的燃料活性梯度分布示意图。

本实用新型提供一种点火系统，如图1和图2所示，包括机体8、安装在机体8内的活塞9、安装在机体8的开口位置的缸盖1以及预燃装置；机体8、活塞9和缸盖1限定主燃烧室7；预燃装置的壳体2设置在主燃烧室7内，壳体2内安装有第一喷油器4和第二喷油器6，并且在壳体2 内还形成有预燃烧室12和射流孔13；其中，第一喷油器4用于喷射第一燃料14，第二喷油器6用于喷射第二燃料15，射流孔13将预燃烧室12 和主燃烧室7连通，至少一部分第一燃料14在预燃烧室12内被压燃，并用以引燃第二燃料15。

详细的，第一燃料14采用高活性燃料，第二燃料15的活性低于第一燃料14。其中，高活性燃料表征为第一燃料14相较于第二燃料15更易于燃烧，以第一燃料14在上述点火系统所限定的预燃烧室12的环境中能够被压燃为宜。第二燃料15则可采用汽油、天然气或甲醇等不易压燃的燃料。

进一步的，在预燃烧室12内被第一燃料14引燃的混合燃料能通过射流孔13形成火焰射流或活性热射流。

根据本实用新型的实施例，如图1所示，预燃装置安装在缸盖1的中部。

详细的，预燃装置安装在缸盖1中部表征为，预燃装置的壳体2通过预燃装置端盖3安装在缸盖1的中部位置，并且在预燃烧室中的燃料能沿射流孔13向缸盖1的径向外侧散射。应当理解，本实用新型的实施例不限于此。

例如，预燃装置的安装位置不限于此，可根据实际的缸体结构和安装位置进行设计，以有利于第二燃料15所形成的雾束较为均匀的扩散至主燃烧室7为宜。

根据本实用新型的实施例，如图1和图2所示，射流孔13的数量为多个，多个射流孔13沿壳体2的圆周方向均匀间隔设置。

详细的，壳体2设置在主燃烧室内的第一端11设置有射流孔13。

进一步的，射流孔13的数量为6至8个。应当理解，本实用新型的实施例不限于此。

例如，射流孔13的数量为5个及以下或者射流孔13的数量为8个及以上。

例如，射流孔13的位置也可根据实际需要进行设计，形成不均匀或不对称的设置方式。

根据本实用新型的实施例，如图1和图2所示，第一喷油器4设置在壳体2的中部。

根据本实用新型的实施例，如图1和图2所示，第二喷油器6设置在壳体2的边缘位置并和第一喷油器4形成夹角，以使得至少一部分第一燃料14和第二燃料15在预燃烧室内交汇。以使得被压燃后的第一燃料14 能引燃第二燃料15。

详细的，第一喷油器4设置在壳体2的径向中部位置，和缸盖1的圆心大致重合。

详细的，第二喷油器6相对于第一喷油器4形成偏置分布。

进一步的，第一喷油器4和第二喷油器6均设置在壳体2的预燃装置顶盖5上，并通过喷油器端盖10进行固定。

根据本实用新型的实施例，如图2至图4所示，第一喷油器4包括第一喷油器主喷孔42及设置在第一喷油器4侧向位置的第二喷油器副喷孔 62；其中第一喷油器主喷孔42位于预燃烧室内的轴向第一端，用以沿缸盖1的轴向方向喷射第一燃料14，第一喷油器副喷孔41用以沿缸盖1的轴向方向以外的方向喷射第一燃料14，并且第一喷油器副喷孔41的出射位置高于第一喷油器主喷孔42的出射位置。

根据本实用新型的实施例，第二喷油器6包括设置在第二喷油器6位于预燃烧室12内的轴向第一端，用以沿倾斜于缸盖1的轴向方向喷射第二燃料15，并和第一喷油器4主喷孔42喷射的第一燃料14交汇。

根据本实用新型的实施例，第二喷油器6还包括设置在第二喷油器6 位于预燃烧室12内的轴向第一端的侧向位置的第二喷油器副喷孔62，用以沿缸盖1的轴向方向喷射第二燃料15。

详细的，第一喷油器副喷孔41的数量为多个，和第一喷油器主喷孔 42形成锐角。其中，第一喷油器主喷孔42喷出的第一燃料14和第二燃料 15交汇形成混合燃料，第一喷油器副喷孔41喷出的第一燃料14的位置高于混合燃料，以使得位于预燃烧室12内的高位位置形成局部的第一燃料14的高浓度区域，更利于被压燃。

详细的，第二喷油器副喷孔62的数量为多个，和第二喷油器主喷孔 61形成锐角。其中，第二喷油器副喷孔62不和第一燃料14发生主动交汇，而是沿缸盖1的轴向方向向下延伸，以使得位于预燃烧室12的低位位置形成局部的第二燃料15的高浓度区域。应当理解，本实用新型的实施例不限于此。

例如，第一喷油器4和第二喷油器6的喷孔数量可为一个。

进一步的，通过第一喷油器4的喷油孔及第二喷油器6的喷油孔的设置位置在预燃烧室12内由上至下依次形成“第一燃料14高浓度区域”、“混合燃料区域”以及“第二燃料15高浓度区”。上述三个区域中，第一燃料 14的浓度由上至下递减，第二燃料15的浓度由下至上递减，进而由上至下形成高活性区域、中活性区域和低活性区域。在压缩冲程的过程中，在压力差的作用下，预燃烧室12的冷射流大部分为中活性区域和低活性区域扩散出的燃料扩散至主燃烧室7，在主燃烧的中心位置形成较高活性的热氛围，预燃烧室12的热射流大部分为高活性区域和中活性区域被引燃的燃料紧随冷射流点燃每个射流的周围区域形成分散式点火，用以引燃主燃烧室7内的低活性或稀燃状况下的燃料。

本实用新型还提供一种发动机，如图5和图6所示，包括点火系统以及控制单元，其中，控制单元和第一喷油器4及第二喷油器6电连接，适用于控制预燃烧室12内的第一燃料14和第二燃料15的比例，用以调节混合燃料的活性。

详细的，控制单元通过控制第一喷油器4的流量和第二喷油器6的流量可实现对于混合燃料的活性调节。

进一步的，第一燃料14和第二燃料15的比值越大混合燃料的活性越高。

根据本实用新型的实施例，发动机还包括监测单元，适用于监测发动机的负荷。

详细的，根据发动机的负荷来调整混合燃料的活性。

如图5所示，在低负荷状态下，负荷越低，第一燃料14的浓度越高，高活性区域Ⅰ和中活性区域Ⅱ在预燃烧室12内所占的体积越大。

如图6所示，在中高负荷状态下，负荷越高，第二燃料15的浓度越高，中活性区域Ⅱ和低活性区域Ⅲ在预燃烧室12内所占的体积越大。

进一步的，活塞9首先由上止点下行，新鲜空气或混合气进入预燃烧室；在活塞9越过下止点时，活塞9上行压缩缸内的空气或混合器，预燃烧室12内的温度和压力相应升高；在压缩冲程过程中，第一喷油器4和第二喷油器6开始喷射相应燃料，预燃烧室12内高活性区域的第一燃料 14被压燃，进而逐步引燃预燃烧室12内低活性区域的混合燃料；燃料燃烧后预燃烧室12内产生的压力高于主燃烧室7，在压力差作用下预燃烧室 12的冷射流首先进入主燃烧室7，在主燃烧的中心位置形成较高活性的热氛围，预燃烧室12的热射流紧随冷射流点燃每个射流的周围区域形成分散式点火，用以引燃主燃烧室7内的低活性或稀燃状况下的燃料。

依据本实用新型所提供的点火系统及发动机还具有如下实施效果，1、通过预燃烧室12内的不同燃料所形成的不同活性分层，可较为有效的降低预燃烧室12的燃烧压力升高，有利于扩展工况范围；2、通过控制混合燃料的活性可较为有效的提升稀燃极限和主燃烧室7的稳定燃烧能力，进而满足低负荷工况下的燃烧要求；3、根据发动机的实时负荷变化，调整相应的喷油器喷射燃料的比例，调整更为灵活，更有利于发动机在全工况下较为高效的稳定燃烧。

以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。

Claims (10)

1.一种点火系统，其特征在于，包括：

机体(8)；

活塞(9)，安装在所述机体(8)内；

缸盖(1)，安装在所述机体(8)的开口位置，所述机体(8)、活塞(9)和缸盖(1)限定主燃烧室(7)；以及

预燃装置，包括：

壳体(2)，设置在所述缸盖(1)内并伸入所述主燃烧室(7)；

预燃烧室(12)，形成于所述壳体(2)内；射流孔(13)，形成于所述壳体(2)位于主燃烧室(7)内的端部，用以将所述预燃烧室(12)和主燃烧室(7)连通；

第一喷油器(4)，设置在所述壳体(2)上，用以向所述预燃烧室(12)内喷射第一燃料(14)；以及

第二喷油器(6)，设置在所述壳体(2)上，用以向所述预燃烧室(12)内喷射第二燃料(15)

其中，至少一部分所述第一燃料(14)在所述预燃烧室(12)内被压燃，用以引燃第二燃料(15)。

2.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述预燃装置安装在所述缸盖(1)的中部。

3.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述射流孔(13)的数量为多个，多个所述射流孔间隔形成于所述壳体(2)位于主燃烧室(7)内的端部。

4.根据权利要求1至3中任一所述的点火系统，其特征在于，所述第一喷油器(4)设置在所述壳体(2)的中部。

5.根据权利要求4所述的点火系统，其特征在于，所述第二喷油器(6)设置在所述壳体(2)的边缘位置并和所述第一喷油器(4)形成夹角，以使得至少一部分所述第一燃料(14)和第二燃料(15)在所述预燃烧室内交汇。

6.根据权利要求5所述的点火系统，其特征在于，所述第一喷油器(4)，包括：

第一喷油器主喷孔(42)，设置在所述第一喷油器(4)位于所述预燃烧室(12)内的轴向第一端，用以沿所述缸盖(1)的轴向方向喷射第一燃料(14)；以及

第一喷油器副喷孔(41)，设置在所述第一喷油器(4)的轴向第一端的侧向位置，用以沿所述缸盖(1)轴向方向以外的方向喷射第一燃料(14)；

其中，所述第一喷油器副喷孔(41)的出射位置高于所述第一喷油器主喷孔(42)的出射位置。

7.根据权利要求6所述的点火系统，其特征在于，所述第二喷油器(6)包括第二喷油器主喷孔(61)，设置在所述第二喷油器(6)位于所述预燃烧室(12)内的轴向第一端，用以沿倾斜于所述缸盖(1)的轴向方向喷射第二燃料(15)，并和由所述第一喷油器主喷孔(42)喷射的第一燃料(14)交汇。

8.根据权利要求7所述的点火系统，其特征在于，所述第二喷油器(6)还包括第二喷油器副喷孔(62)，设置在所述第二喷油器(6)位于所述预燃烧室(12)内的轴向第一端的侧向位置，用以沿所述缸盖(1)的轴向方向喷射第二燃料(15)。

9.一种发动机，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中任一所述的点火系统；以及

控制单元，和第一喷油器(4)及第二喷油器(6)电连接，适用于控制预燃烧室(12)内第一燃料(14)和第二燃料(15)的比例。

10.根据权利要求9所述发动机，其特征在于，还包括：

监测单元，适用于监测所述发动机的负荷。

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