CN217950519U - 一种双圈孔射流点火装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种双圈孔射流点火装置，包括缸套、气缸盖，缸套内设有活塞，活塞与气缸盖之间形成有主燃烧室，气缸盖两侧设有进气阀和排气阀，射流点火装置设置于气缸盖中部，射流点火装置由腔体、预燃室内腔、火花塞、燃料喷射器、射流孔组成，火花塞倾斜设置于腔体内，燃料喷射器竖直设置于腔体内，腔体底部设有预燃室内腔，预燃室内腔底部设有穿过气缸盖并位于主燃烧室顶部的射流孔，射流孔设置有两圈，设定一竖直方向为两圈射流孔的共同起始点，第一圈射流孔依次以“小孔径射流孔、大孔径射流孔、小孔径射流孔……”的形式间隔布置，第二圈射流孔依次以“大孔径射流孔、小孔径射流孔、大孔径射流孔……”的形式间隔布置。
Description
技术领域
本实用新型涉及内燃机燃烧技术领域，尤其涉及一种双圈孔射流点火装置，用于增强预燃室射流点火系统的点火性能，提高发动机着火及燃烧稳定性，改善湍流射流点火氨燃料发动机的燃烧过程。
背景技术
二氧化碳过量排放导致气候变暖、海平面升高等全球性问题。二氧化碳减排成为交通运输业发展的关键要素，零碳燃料的使用成为降低碳排放的重要解决方案。
氨作为氮基化合物，燃烧时无二氧化碳产生，理论上其用作发动机燃料可实现零碳排放。另外，氨气易于储存运输，且具有成熟的工业生产技术。因此，氨燃料被认为是发动机实现零碳排放的潜力股。然而，氨气燃烧特性差，具体表现为自燃温度高、火焰传播速度慢、可燃范围窄等，导致氨燃料发动机面临着火困难、燃烧不稳定、效率较低且氮氧化物排放较高等问题。缸内燃烧状况差时，发动机还将面临氨逃逸的风险。研究表明，氨燃料发动机稳定运行的负荷范围较窄，着火及燃烧稳定性较差。同时，氨气燃点较高，氨发动机常需要高活性引燃油来引燃，然而，使用引燃油引燃燃烧模式，会增加发动机成本和结构复杂性，使用含碳燃料作为引燃油时还会引入二氧化碳排放。因此，高效清洁燃烧模式的开发是氨燃料发动机面临的一大挑战。
湍流射流点火(TJI,turbulent jet ignition)装置可为发动机提供较强的点火能量，可有效提高发动机着火和燃烧稳定性，起到与引燃油相同的作用。研究表明，射流点火装置能够提高发动机燃烧稳定性、拓宽稀燃极限，其主要包含安装有火花塞和喷油器的预燃室，预燃室火焰与射流孔相互作用，在主燃烧室形成湍流射流火焰，提供更多点火能量，实现主燃烧室多点点火。相比于火花塞点火的单点点火模式，TJI点火能力更强，可有效促进缸内稳定燃烧，提高燃烧速率。理论上讲，TJI点火系统的强点火能力可有效解决氨燃料发动机着火困难和燃烧不稳定的问题。
预燃室射流孔直径和数量对射流火焰的形成与发展具有重要影响。研究表明，相对较小的预燃室射流孔可以产生较强的射流火焰，提高点火能量，进而改善发动机性能，然而射流孔经过小，淬熄作用和节流损失则会增强，会造成发动机燃烧和性能恶化；对于射流孔数量，先前研究表明，相同孔流通面积情况下，三孔预燃室较单孔预燃室具有更佳的表现。这主要得益于多孔结构可产生多股射流火焰，可在缸内形成分布更加广泛的点火源，进而有效促进缸内混合气燃烧过程。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种双圈孔射流点火装置。点火装置内的预燃室底部四周设有双排射流孔，且射流孔具有两种孔径，大孔径和小孔径射流孔间隔分布；该设置可在发动机主燃烧室内形成多股不同强度的射流火焰，且可使不同强度射流火焰间隔分布，可有效提高湍流射流点火发动机的点火能力，改善氨燃料发动机着火及燃烧稳定性。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种双圈孔射流点火装置，包括缸套、气缸盖，所述缸套内设有活塞，活塞与气缸盖之间形成有主燃烧室，气缸盖两侧设有进气阀和排气阀，所述射流点火装置设置于气缸盖中部，所述射流点火装置由腔体、预燃室内腔、火花塞、燃料喷射器、射流孔组成，所述火花塞倾斜设置于腔体内，所述燃料喷射器竖直设置于腔体内，所述腔体底部设有预燃室内腔，所述预燃室内腔的底部穿过所述气缸盖并设有与主燃烧室相连通的射流孔，所述射流孔设置有两圈，其中第一圈射流孔在周向上依次以大孔径射流孔、小孔径射流孔间隔布置，第二圈射流孔在周向上依次以小孔径射流孔、大孔径射流孔间隔布置，两圈射流孔中位于同一轴向上的两个射流孔的孔径大小不同；所述小孔径射流孔的孔径范围为2-4mm；大孔径射流孔的孔径范围为：4-6mm。
进一步的，所述预燃室内腔能够产生若干股不同强度的射流火焰。
进一步的，主燃烧室和预燃室内腔的燃料均为氨气，预燃室内能够通过燃料喷射器喷射氢气、汽油、醇类和醚类燃料。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：
基于此，本实用新型旨在提出一种具有多个不同孔径射流孔的预燃室，可在预燃室产生多股射流火焰，用于改善氨燃料发动机燃烧稳定性。
1.本实用新型提出一种双排射流孔结构的点火装置，该点火装置的预燃室底部四周设有多个射流孔；射流孔可产生多股不同强度的射流火焰，在缸内形成分布更加广泛的点火源，有效促进发动机缸内工质着火燃烧。发动机工作时，射流点火装置中火花塞跳火点燃预燃室中燃料/空气混合气，火焰先在预燃室内发展，而后在预燃室射流孔的加速作用下形成射流火焰，引燃主燃烧室内燃料/空气混合气。
2.所述点火装置具有双排周向分布的射流孔，射流孔具有两种不同大小的孔径，且两种射流孔间隔分布；所述大孔径射流孔，产生传播速度较慢但直径较大的射流火焰，所述小孔径射流孔，产生传播速度较快但直径较小的射流火焰；两种射流火焰的存在可以使点货源在缸内的分布更加广泛。
3.所述射流孔孔径可根据发动机类型确定，其中，大孔径射流孔优选4-6mm，小孔径射流孔有限2-4mm。
4.本实用新型采用不同孔径射流孔间隔布置的方式，可使射流火焰在缸内的分布更加合理。预燃室由燃料喷射器提供燃料，主燃烧室和预燃室燃料均为氨气，预燃室也可喷射其他燃料，例如氢气、汽油、醇类和醚类等，本实用新型装置可以改善氨燃料发动机燃烧稳定性。
附图说明
图1是本实用新型双圈孔射流点火装置应用于氨燃料发动机的部分结构示意图。
图2是本实用新型双圈孔射流点火装置预燃室腔体的结构示意图。
图3是圈孔射流点火装置的剖面图。
附图标记：1-活塞，2-主燃烧室，3-进气阀，4-射流点火装置，5-射流孔，6-射流火焰，7-排气阀，8-气缸盖，9-缸套，10-火花塞，11-燃料喷射器，12-腔体，13-预燃室内腔
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实施例提供一种双圈孔射流点火装置，包括缸套9、气缸盖8，缸套9内设有活塞1，活塞1与气缸盖8之间形成有主燃烧室2，气缸盖8两侧设有进气阀3和排气阀7，射流点火装置4设置于气缸盖8中部，射流点火装置4由腔体12、预燃室内腔13、火花塞10、燃料喷射器11、射流孔5组成，火花塞10倾斜设置于腔体12内，燃料喷射器11竖直设置于腔体12内，腔体12底部设有预燃室内腔13，预燃室内腔13底部设有穿过气缸盖8并位于主燃烧室2顶部的射流孔5，本实施例中射流孔设置有两圈，设定一轴向方向为两圈射流孔的共同起始点，第一圈射流孔依次以“小孔径射流孔、大孔径射流孔、小孔径射流孔、大孔径射流孔、小孔径射流孔、大孔径射流孔”的形式间隔布置，第二圈射流孔依次以“大孔径射流孔、小孔径射流孔、大孔径射流孔、小孔径射流孔、大孔径射流孔、小孔径射流孔”的形式间隔布置；每圈均设置6个射流孔，其中小孔径射流孔的孔径为3mm；大孔径射流孔的孔径范围为5mm。
见图1，本实施例中的射流点火装置4可在发动机主燃烧室2内形成多股不同射流强度的射流火焰6。其中，小孔径射流孔产生的射流强度较大，射流火焰长度较大且直径较小，这是由于射流火焰速度较快所致；而大孔径射流孔产生的射流速度相对较小，传播较慢，故射流火焰长度较小，但射流直径较。
双排射流孔的分布如附图2所示。如图所示，本实施例单圈设有6个射流孔，不同孔径射流孔间隔分布，有利于使射流火焰合理分布，形成分布更加广泛对的点火源。接下来结合附图3介绍双圈孔预燃室内腔工作原理。附图3中展示了射流点火装置4的主要组成部分，其中火花塞10和燃料喷射器11固定在腔体12中。预燃室内腔安装在射流点火装置4底端，形成预燃室内腔13。预燃室内腔和腔体之间通过螺纹连接。
发动机工作过程中，由燃料喷射器11向预燃室内腔12内喷射燃料，预燃室混合气浓度可通过燃料喷射量控制。而后，预燃室内腔13中目标混合气被火花塞10点燃，混合气先在预燃室内腔13中发生着火燃烧，而后随着火焰的发展，火焰前锋经由预燃室射流孔5，在射流孔5的加速作用下形成射流火焰6，而后射流火焰6在主燃烧室2内传播，为主燃烧室2提供点火源。由于预燃室射流孔5直径不同，导致形成的射流火焰6强度不同。不同强度射流火焰间隔分布可改善缸内点火能量的分布，而点火能量合理分布可有效促进发动机主燃烧室2内混合气的着火与燃烧，实现高效快速燃烧。
本实用新型的创新之处在于提出带有不同孔径双圈射流孔的预燃室，可形成多股合理分布且具有不同强度的预燃室射流，可提高并优化射流点火装置点火性能，促进发动机高效稳定燃烧。
最后需要指出的是：以上实例仅用以说明本实用新型的计算过程，而非对其限制。尽管参照前述实例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实例所记载的计算过程进行修改，或者对其中部分参数进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应计算方法的本质脱离本实用新型计算方法的精神和范围。
本实用新型并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本实用新型的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种双圈孔射流点火装置，包括缸套、气缸盖，所述缸套内设有活塞，活塞与气缸盖之间形成有主燃烧室，气缸盖两侧设有进气阀和排气阀，其特征在于，所述射流点火装置设置于气缸盖中部，所述射流点火装置由腔体、预燃室内腔、火花塞、燃料喷射器、射流孔组成，所述火花塞倾斜设置于腔体内，所述燃料喷射器竖直设置于腔体内，所述腔体底部设有预燃室内腔，所述预燃室内腔的底部穿过所述气缸盖并设有与主燃烧室相连通的射流孔，所述射流孔设置有两圈，其中第一圈射流孔在周向上依次以大孔径射流孔、小孔径射流孔间隔布置，第二圈射流孔在周向上依次以小孔径射流孔、大孔径射流孔间隔布置，两圈射流孔中位于同一轴向上的两个射流孔的孔径大小不同；所述小孔径射流孔的孔径范围为2-4mm；大孔径射流孔的孔径范围为：4-6mm。
2.根据权利要求1所述一种双圈孔射流点火装置，其特征在于，所述预燃室内腔能够产生若干股不同强度的射流火焰。
3.根据权利要求1所述一种双圈孔射流点火装置，其特征在于，主燃烧室和预燃室内腔的燃料均为氨气，预燃室内能够通过燃料喷射器喷射氢气、汽油、醇类和醚类燃料。
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