[發明專利]一種稀燃發動機熱射流機構及其燃燒系統

有效

• 申請號: 202110290837.4
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113006927B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 解方喜;王斌;谷樂祺;洪偉;劉宇;王忠恕;李小平;王金港;蘇巖;姜北平;金兆輝;馮爽;王向陽;楊景勛
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F02B19/10
• 分類號: F02B19/10;F02M26/13
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

一種稀燃發動機熱射流機構及其燃燒系統屬于發動機技術領域，本發明通過對氣體燃料熱射流發動機機構進行改進，將進氣道中燃料噴射器出口端的濃度較高的混合氣單獨提出，通過凸輪軸、氣門機構，供給至預燃室中，當發動機需要點火時，預燃室中的火花塞先行點燃預燃室中的濃混合氣，通過預燃室、燃燒室間的壓力差將預燃室內的高溫已燃化合物噴射至燃燒室內，從而點燃燃燒室中稀薄混合氣，有效地簡化熱射流發動機預燃室內混合氣的制備過程。本發明還通過廢氣再循環、進氣分層技術，在進一步提高熱射流發動機燃燒穩定性的同時有效地抑制爆震及有害污染物排放。

技術領域

本發明屬于發動機技術領域，具體涉及一種稀燃發動機熱射流機構及其燃燒系統。

背景技術

隨著石油資源的日益枯竭和環境污染問題越來越嚴重，人們對傳統車用動力提出了越來越高的要求，推動能源多元化和新型節能減排技術的發展已成為當前其關鍵挑戰。天然氣、石油氣、煤氣、甲烷、氫氣、沼氣等氣體燃料由于具有來源廣泛、生產制造成本低等優勢，應用日趨廣泛。稀釋燃燒由于具有能夠降低發動機泵氣損失、傳熱損失，提高比熱比等優勢，也成為了車用發動機的一種極具應用潛力的節能和減排技術措施。

當發動機采用稀釋燃燒技術時，隨著混合氣稀釋程度的提升，通常也會引發燃燒過程滯后和延長、燃燒穩定性變差及燃燒不完全性提升等問題，進而使得稀燃技術對發動機實際改善效果有限。熱射流點火一種有效提高發動機稀釋技術應用效果的技術途徑，其將傳統火花點火發動機火花塞替換為預燃室射流點火裝置，當火花點火發動機需要點火時，預燃室內火花塞先行點火，預燃室內氣體溫度和壓力的快速升高使得預燃室內的高溫已燃混合物以熱射流的形態噴入發動機汽缸內，從而點燃缸內混合氣。相較于傳統的點火方式，射流點火裝置擁有更大的汽缸內混合氣點火能量以及更快的火焰傳播速度，進而可有效提高發動機稀燃稀燃極限和燃燒速度，更大幅度地提升發動機熱效率以及降低有害污染物排放。

常見射流點火裝置目前主要有兩類，一類為有燃料單獨供給的，一類為無燃料單獨供給的。對于無燃料單獨供給的射流點火裝置，其預燃室內的混合氣來源于發動機壓縮沖程自汽缸壓入預燃室內的混合氣，當發動機采用稀釋燃燒技術時，其預燃室內的混合氣燃料濃度也會非常低，進而使得熱射流形成及引燃能力顯著減弱，對稀燃技術的性能改善潛力有限。對于有燃料單獨供給的射流點火裝置，雖然通過外部預混或直接噴射形式會使預燃室內形成燃料濃度較高混合氣，但是其結構復雜性和應用成本會大幅度增加，特別經常還需要對發動機本體進行較大幅度的改動。鑒于此，本發明提出了一種適用于氣體燃料發動機的熱射流點火系統及稀釋燃燒系統，一方面實現了熱射流點火系統的獨立進氣，能夠獲得燃油濃度較高的混合氣，提升熱射流形成及引燃性能，另一方面，系統復雜性和應用成本顯著降低，并且基本無需對發動機本體進行改動；此外，還在發動機氣缸組織實現了適合于發動機稀釋燃燒的混合氣分布模式。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明對現有的預燃室射流點火裝置進行升級，調整了預燃室射流點火裝置預燃室內可燃混合氣的制備過程，通過對傳統主動式預燃室射流點火結構改進實現了預燃室內掃氣，并通過進氣分層系統，提高發動機燃燒穩定性的同時抑制爆震，進一步優化發動機性能。

本發明由熱射流點火系統A、廢氣再循環系統B、節氣門1、燃料噴射器2、進氣總管3、接頭a4、導流板5、預燃室進氣管6、進氣門7、接頭b8、螺栓組9、排氣門10、發動機缸蓋11、排氣總管12和燃燒室13組成，其中，節氣門1、燃料噴射器2和導流板5由外到內安裝于進氣總管3中； 預燃室進氣管6出口端經接頭b8與熱射流點火系統A中支撐塊C的孔a27連通，預燃室進氣管6入口端經接頭a4與進氣總管3連通，預燃室進氣管6用于獲取進氣總管3中燃料噴射器2附近的較濃混合氣。

螺栓組9經熱射流點火系統A中支撐塊C的孔組a26、壓板D的孔組b34，將熱射流點火系統A固接于缸蓋11中心。熱射流點火系統A中機構下體F的射流噴孔組50的1-6個射流噴孔與燃燒室13連通；進氣門7和排氣門10對稱固接于發動機缸蓋11中心左右兩側；廢氣再循環系統B 的廢氣回流管a51 上端與排氣總管12連通； 廢氣再循環系統B的廢氣回流管c55上端與進氣總管3連通。