一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，包括壳体、壳体盖和点火室，壳体的底端伸进发动机主燃烧室，壳体底端附近设置了若干路通道，用于连通点火室和发动机主燃烧室；上述通道中，至少一路通道采用由N条子通道交叉汇聚而成的高扰动复合通道结构，这里N≥3；其中，第1条至第N‑1条子通道连通点火室，构成高扰动复合通道的分流区；第N条子通道连通主燃烧室，构成高扰动复合通道的扰动区。本发明专利技术的目的是为大缸径的点燃式发动机提供一种新的点火室系统，在一定的点火室射流速率下，提高点火室射流对主燃烧室的湍流扰动，以加速主燃烧室的燃烧，改善发动机性能和排放。

An Engine Ignition Chamber System with High Disturbance Compound Channel

【技术实现步骤摘要】
一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统
本专利技术属于发动机
，具体涉及一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统。
技术介绍
随着科技的不断发展，发动机的性能越来越先进，就目前而言，采用稀燃可以提高点燃式发动机热效率并降低有害排放物。但是，在发动机缸内实施稀燃存在两个难点：其一，稀薄混合气点火困难，因而需要采用高能点火装置；其二，稀薄混合气火焰传播速率低，容易造成不完全燃烧，降低发动机的效率，增加未燃碳氢排放。尤其是对于大缸径的发动机而言，如缸径大于150mm的发动机，由于其所需的火焰传播距离更长，这些非正常燃烧现象出现的概率就更高。为了解决发动机尤其是大缸径发动机稀燃实施困难的问题，一种可行的方法是，在发动机的气缸盖中设置一种通常被称为点火室或预燃室的小容量副室，由若干通道与主燃烧室连通，使流体工质可以在主燃烧室和点火室之间自由流动。发动机工作时，在点火室中通过独立的燃料供给形成适宜点燃的浓混合气，而在气缸内形成稀薄混合气，在压缩上止点之前，由火花塞点燃点火室内的浓混合气，随着点火室内的燃烧和热量释放，点火室内工质的压力迅速升高，驱使点火室内的未燃的、部分燃烧的和已燃的工质经通道流入主燃烧室，形成湍流火焰射流，起到高能点火装置的作用，点燃主燃烧室内的稀薄混合气，并在主燃烧室内形成一定程度的湍流激扰，加速主燃烧室内火焰的传播，从而实现快速而充分的燃烧。这种方式，在以LNG、CNG和LPG等物质为燃料的大缸径的固定电站用发动机和船用发动机上已经得到了成功的应用。在此类点火室式发动机中，点火室系统的设计对发动机性能具有重要影响。例如，连接点火室与主燃烧室的通道，其几何结构的微小改变就可能使发动机缸内流动和燃烧特性产生很大的变化，进而影响发动机热效率等性能指标。现有技术中，发动机点火室系统的通道一般采用圆形的孔状结构，此种通道结构的局限性在于，在一定的点火室湍流火焰射流速率下，向主燃烧室提供的湍流扰动强度有限，影响发动机的性能和排放。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，目的是为大缸径的点燃式发动机(缸径大于150mm)提供一种新的点火室系统，在一定的点火室射流速率下，提高点火室射流对主燃烧室的湍流扰动，以加速主燃烧室的燃烧，改善发动机性能和排放。为此，本专利技术采用了以下技术方案：一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，包括壳体、壳体盖和点火室，所述壳体和壳体盖之间的内部空间构成所述点火室，所述壳体盖上设置了燃料供给装置和点火装置伸入点火室，所述壳体的底端伸进发动机主燃烧室，壳体底端附近设置了若干路通道，用于连通点火室和发动机主燃烧室；上述通道中，至少一路通道采用由N条子通道交叉汇聚而成的高扰动复合通道结构，这里N≥3；其中，第1条至第N-1条子通道连通点火室，构成高扰动复合通道的分流区；第N条子通道连通主燃烧室，构成高扰动复合通道的扰动区。优选地，所述子通道的壁面交界处采用圆角过渡，所述子通道采用圆柱形或圆锥形结构。优选地，这里3≤N≤5。优选地，所述点火室的容积占气缸压缩容积的比例为0.5％-5.0％，所述气缸压缩容积为活塞在上止点位置时燃烧室的容积。优选地，所述高扰动复合通道的分流区中任意两条子通道的轴线之间的夹角的取值范围为5°-100°。优选地，所述高扰动复合通道的主燃烧室端的总流通面积与点火室端的总流通面积的比值为0.2-2.0。优选地，所述点火室所有通道的主燃烧室端的流通面积之和与活塞横截面积的比值为0.0004-0.002。优选地，所述点火室采用绝热技术，包括采用低散热材料制作所述壳体，或在所述点火室和高扰动复合通道内壁进行绝热陶瓷涂覆。优选地，所述燃料供给装置采用单向阀、电磁控制阀或低压喷嘴，所述点火装置采用火花塞、等离子体点火器、激光点火器或柴油喷射器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)在压缩冲程中，气缸内的稀薄混合气经所述高扰动复合通道扰动区和分流区流入点火室，由于分流区多条子通道的分流作用，这些流入点火室的流体在点火室内形成了很强的湍流冲击扰动，有利于促进点火室内的加浓喷射燃料在点火装置附近形成比较均匀的混合气，确保点火室内的点火可靠性。(2)当点火室内的混合气着火燃烧之后，点火室内的工质压力急剧升高，驱使点火室内的未燃混合气、燃烧中间产物活性自由基和高温的燃烧产物经所述高扰动复合通道的分流区和扰动区，以很高速率流入主燃烧室，形成湍流火焰射流，点燃主燃烧室内的混合气。(3)由于来自所述高扰动复合通道分流区的数股高速流体在扰动区碰撞、掺混，诱导流体在扰动区产生了更加强烈的湍流扰动，这些高湍动强度的流体在喷射进入主燃烧室之后，不仅能够点燃主燃烧室内的稀薄混合气，而且其强湍流的特征还有利于促进火焰传播，加速燃烧，改善发动机性能。(4)在一台缸径为320mm的天然气燃料发动机上采用本专利技术所述的一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，在合适的点火室高扰动复合通道设计下，与采用常规圆柱形点火室通道相比，同等射流速率条件下射流的湍动能提高25％，发动机热效率提高6.1％，可稳定运行的过量空气系数提高7.2％。(5)燃烧更加充分，运行更加稳定，发动机热效率得到提高。附图说明图1是本专利技术所提供的一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统的结构示意图，其中8路点火室通道均采用高扰动复合通道结构。图2是本专利技术所提供的一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统中高扰动复合通道的局部放大图。图3是本专利技术所提供的一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统的结构示意图，点火室具有8路通道，其中4路点火室通道采用高扰动复合通道结构，4路点火室通道采用单通道结构，高扰动复合通道与单通道间隔布置。图4是一种由3个子通道组成的高扰动复合通道的结构示意图，其中每个子通道均采用圆柱形结构。图5是一种由3个子通道组成的高扰动复合通道的结构示意图，其中每个子通道均采用圆锥形结构。图6是一种由4个子通道组成的高扰动复合通道的结构示意图。附图标记说明：1、气缸；2、活塞；3、缸盖；4、主燃烧室；5、壳体；51、壳体盖；6、点火室；7、高扰动复合通道；7a、汇流区；7b、分流区；71、第一子通道；72、第二子通道；73、第三子通道；74、第四子通道；7R、子通道壁面交界处的过渡圆角；7D、单通道；8、燃料供给装置；9、点火装置。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。如图1所示，本专利技术公开了一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，主要包括壳体5、壳体盖51及二者内部空间所构成的点火室6，在壳体盖51上安装了点火室燃料供给装置8和点火装置9伸入点火室，在壳体5的底部设置了8路高扰动复合通道7。活塞2的顶部设有凹坑，其与气缸1和缸盖3之间围成的空间构成主燃烧室4，壳体5安装在发动机缸盖3上，壳体5的底端及高扰动复合通道7伸出缸盖3的底部，使流体可以经高扰动复合通道7在点火室6与主燃烧室4之间自由流动。具体地，如图2所示，高扰动复合通道7由第一子通道71、第二子通道72和第三子通道73交叉汇聚而形成，其中，第一子通道71和第二子通道72连通点火室6，构成高扰动复合通道7的分流区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，包括壳体、壳体盖和点火室，所述壳体和壳体盖之间的内部空间构成所述点火室，所述壳体盖上设置了燃料供给装置和点火装置伸入点火室，所述壳体的底端伸进发动机主燃烧室，壳体底端附近设置了若干路通道，用于连通点火室和发动机主燃烧室，其特征在于：上述通道中，至少一路通道采用由N条子通道交叉汇聚而成的高扰动复合通道结构，这里N≥3；其中，第1条至第N‑1条子通道连通点火室，构成高扰动复合通道的分流区；第N条子通道连通主燃烧室，构成高扰动复合通道的扰动区。

【技术特征摘要】
1.一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，包括壳体、壳体盖和点火室，所述壳体和壳体盖之间的内部空间构成所述点火室，所述壳体盖上设置了燃料供给装置和点火装置伸入点火室，所述壳体的底端伸进发动机主燃烧室，壳体底端附近设置了若干路通道，用于连通点火室和发动机主燃烧室，其特征在于：上述通道中，至少一路通道采用由N条子通道交叉汇聚而成的高扰动复合通道结构，这里N≥3；其中，第1条至第N-1条子通道连通点火室，构成高扰动复合通道的分流区；第N条子通道连通主燃烧室，构成高扰动复合通道的扰动区。2.根据权利要求1所述的一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，其特征在于：所述子通道的壁面交界处采用圆角过渡。3.根据权利要求1所述的一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，其特征在于：这里3≤N≤5。4.根据权利要求1所述的一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统，其特征在于：所述点火室的容积占气缸压缩容积的比例为0.5％-5.0％，所述气缸压缩容积为活塞在上止点位置时燃烧室的容积。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：隆武强，冷先银，
申请(专利权)人：大连理工大学，江苏大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21