[發(fā)明專利]一種點燃式航空煤油發(fā)動機燃燒系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210822252.7
• 申請日: 2022-07-13
• 公開（公告）號: CN115013143A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 周磊;劉豐年;曾志彬;江廣輝;趙岳;陳哲;衛(wèi)海橋
• 申請（專利權）人: 天津大學;東風本田發(fā)動機有限公司
• 主分類號: F02B19/10
• 分類號: F02B19/10;F02B19/12;F02B19/16;F02B23/10;F02D41/06;F02D41/30;F02D41/38;F02D41/40;F02F1/24;F02F1/42;F02D19/06;F02D19/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發(fā)明公開一種點燃式航空煤油發(fā)動機燃燒系統(tǒng)及控制方法，燃燒系統(tǒng)包括缸套，缸套頂部設有氣缸蓋，氣缸蓋兩側分別設有進氣道和排氣道，氣缸蓋頂部還設有航空煤油燃料噴嘴、預燃室殼體和氨燃料噴嘴，缸套內部設有活塞，活塞與缸套和氣缸蓋之間形成有主燃燒室，進氣道上設有進氣門，排氣道上設有排氣門；預燃室殼體內設有預燃室火花塞，預燃室殼體與氣缸蓋之間設有密封墊圈，預燃室火花塞與預燃室殼體通過螺紋連接，預燃室火花塞與預燃室殼體之間設有密封墊圈，預燃室殼體底部設有若干個射流噴孔；航空煤油燃料與氨燃料通過航空煤油燃料噴嘴、氨燃料噴嘴噴入主燃燒室內形成可燃混合氣。

技術領域

本發(fā)明涉及內燃機燃燒技術領域，是一種基于預燃室射流點火和氨燃料直噴的點燃式航空煤油發(fā)動機高效低排放燃燒系統(tǒng)及控制方法。該燃燒系統(tǒng)可同時降低缸內溫度和燃料反應活性，有利于抑制點燃式航空煤油發(fā)動機的爆震，并同時減少發(fā)動機的碳排放。

背景技術

目前，世界上有30多個國家和地區(qū)展開了無人機的研究，有50多個國家裝備了無人機，無人機在軍事與民用領域的應用正在快速發(fā)展。在國防方面，它們在常規(guī)戰(zhàn)爭中具有改變規(guī)則的巨大潛力。世界武器專家斯蒂芬-澤羅格(Steven Zaloga)認為，當前航空裝備發(fā)展面臨著一個全新的轉型期，傳統(tǒng)有人作戰(zhàn)飛機注定會“走進”歷史，未來屬于裝備有靈敏偵察設備和精確武器的無人機系統(tǒng)。作為無人機系統(tǒng)發(fā)展的基石，無人機動力系統(tǒng)的發(fā)展直接關系到無人機裝備的發(fā)展。目前廣泛采用的無人機動力裝置有：活塞式發(fā)動機、轉子發(fā)動機、渦輪發(fā)動機(渦噴、渦扇和渦軸)和沖壓/火箭發(fā)動機等。據統(tǒng)計，世界上300多種無人機中有近67％的無人機起飛重量不超過200kg，大多數采用往復式活塞發(fā)動機。活塞式發(fā)動機發(fā)展至今已有一百多年的歷史，隨著電子控制技術和燃燒優(yōu)化理論的不斷發(fā)展與完善，活塞式發(fā)動機已經成為熱效率和功重比較高的熱動力機械，再加上其結構簡單、使用維護方便，在汽車、快艇、小型無人機、重型機械等許多領域得到了廣泛的應用。活塞式發(fā)動機體積小、重量輕、升功率高、結構及操作簡單、維護方便、生產周期短、成本低，在無人機上得到廣泛的應用。

點燃式活塞發(fā)動機具有較高的熱效率和功重比，成為無人機上的主流動力裝置，大多使用航空汽油作為燃料，但以柴油和航空煤油等重油為燃料的發(fā)動機逐漸成為航空活塞發(fā)動機發(fā)展的新趨勢。原因主要有以下幾個方面：航空汽油的產量有限，價格昂貴；重油燃料不易揮發(fā)，安全性更好。

但是，限制點燃式航空煤油活塞發(fā)動機負荷水平的主要是因為航空煤油燃料具有極強爆震傾向。航空煤油的自然溫度低并且火焰?zhèn)鞑ニ俚停鶕c燃式發(fā)動機末端混合氣自燃引起爆震的理論，航空煤油自燃溫度低的特性使得末端混合氣更容易達到自燃條件使得混合氣末端自燃準備時間縮短，而航空煤油火焰速傳播度低的特性使得火焰?zhèn)鞑サ侥┒嘶旌蠚獾臅r間延長，這兩方面的因素使得末端混合氣發(fā)生自燃的可能性大大提高，必然導致爆震頻率和爆震強度的提升。同時由于航空煤油的爆震傾向高，點火時刻推遲，發(fā)動機整體燃燒相位推遲；航空煤油燃燒速度較低，燃燒持續(xù)期延長，燃燒等容度下降，發(fā)動機熱效率下降；又因為航空煤油燃霧化質量差，發(fā)動機燃燒效率下降。

要實現點燃式航空活塞發(fā)動機重油化，必須從爆震抑制及促進燃油霧化這兩個關鍵點出發(fā)。從調整發(fā)動機(降壓縮比、先進噴射系統(tǒng)、湍流射流點火、靈活的燃油噴射策略、擴缸) 和調整研究屬性(添加抗爆劑和添加高辛烷值燃料)角度解決上述問題。由于氨然倆本身的燃燒特性，難著火、燃燒速率慢、可燃范圍窄，使氨燃料成為抑制爆震的有效添加劑。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種點燃式航空煤油發(fā)動機燃燒系統(tǒng)及控制方法，該燃燒系統(tǒng)可同時降低缸內溫度和燃料反應活性，有利于抑制點燃式航空煤油發(fā)動機的爆震，并同時減少發(fā)動機的碳排放。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的：