本发明专利技术公开了一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，包括火花塞(1)、预燃室喷射器(2)、主燃室喷射器(3)和预燃室主体(4)；预燃室主体(4)设置在主燃烧室(6)上，预燃室主体(4)内部开设有预燃室腔体(5)，预燃室喷射器(2)和预燃室火花塞(1)分别安装在预燃室主体(4)一侧上的两个不同位置，且预燃室喷射器(2)头部和预燃室火花塞(1)头部伸入预燃室腔体(5)内部，预燃室腔体(5)与主燃烧室(6)之间通过喷孔连通；主燃烧室喷射器(3)固定在预燃室主体(4)的另一侧且头部伸入到主燃烧室(6)中。本发明专利技术能够有效拓宽低碳\零碳燃料的使用性能，有助于广泛推广与应用。有助于广泛推广与应用。有助于广泛推广与应用。
【技术实现步骤摘要】
一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置
[0001]本专利技术属于内燃机
，具体涉及一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置。
技术介绍
[0002]随着温室效应的不断加剧，以及国内“碳中和”与“碳达峰”目标的驱动下，发动机燃用低碳/零碳燃料(天然气、氢气、氨等)替代传统化石燃料，以减少碳排放成为行业发展的趋势和研究的热点。然而，对于低碳燃料/零碳燃料而言，其发化学反应活化能较高、低温活性弱、发生自着火的热力学条件较为苛刻；尤其对于氨燃料还存在点火能量高、自由基传播速度慢、可燃极限窄等问题。因此，目前上述低碳/零碳燃料一般采用火花塞点燃预混气体的方式组织燃烧。然而，这种燃烧组织方式在高速大负荷情况下，预混气体的自着火可能会造成早燃、爆燃等不正常的燃烧现象，因此限制了发动机的压缩比和热效率的进一步高；此外由于壁面淬熄的作用，近壁面处的部分燃料未能完全燃烧会造成污染物排放。目前，少部分低碳/零碳燃料采用直喷高活性的燃料(如柴油)引燃高燃点的燃料的方式实现高燃点燃料的着火燃烧。但双燃料燃烧系统结构复杂，不利于低碳/零碳燃料的推广应用。传统的射流点火装置一方面用于点燃式发动机中替代火花塞，实现预混气体的稀薄燃烧；另一方面用于控制压燃式发动机高活性的长碳链燃料(如柴油)的着火时刻，即射流控制压燃；而本专利技术提出的基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置能够实现高燃点的低碳/零碳燃料在压燃式发动机上的应用。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，其用于解决活化能较高、低温活性较差、发动机工作条件下难以压燃的低碳\零碳燃料(天然气、氨气等)在压燃式发动机上应用所面临的挑战，实现在较宽的工况条件下低碳\零碳燃料能够可靠压燃且稳定燃烧，以提高压燃式发动机的压缩比及热效率，同时降低有害排放物和温室气体二氧化碳的排放，促进绿色燃料的推广与应用。
[0004]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0005]一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，包括火花塞、预燃室喷射器、主燃室喷射器和预燃室主体；
[0006]预燃室主体设置在主燃烧室上，预燃室主体内部开设有预燃室腔体，预燃室喷射器和预燃室火花塞分别安装在预燃室主体一侧上的两个不同位置，且预燃室喷射器头部和预燃室火花塞头部伸入预燃室腔体内部，预燃室腔体与主燃烧室之间通过喷孔连通；主燃烧室喷射器固定在预燃室主体的另一侧且头部伸入到主燃烧室中。
[0007]本专利技术进一步的改进在于，预燃室喷射器用于向预燃室腔体内提供预设量的高燃点燃料，形成设定当量比的可燃混合气。
[0008]本专利技术进一步的改进在于，高燃点燃料为天然气、氨燃料或氢气燃料。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，预燃室火花塞用于点燃预燃室腔体内部的可燃混合气，形成火焰。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，火焰能够通过喷孔加速后，向主燃烧室内喷射出高温的含有大量活性自由基的火焰射流。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，主燃烧室喷射器用于向主燃烧室内提供高燃点燃料，在高温和活性自由基的作用下高燃点燃料着火，然后随着燃料扩散燃烧。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，预燃室喷射器和预燃室火花塞的夹角不超过90
°
。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，预燃室腔体与主燃烧室之间的喷孔孔径不超过2mm。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，预燃室腔体与主燃烧室的体积比小于3％。
[0015]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0016]与现有的低碳或零碳燃烧系统相比具有以下优势：
[0017]1、该装置通过预燃室点火产生火焰射流，在主燃烧室中形成分布式高温环境，实现低碳燃料/零碳在主燃烧室中的扩散燃烧；与传统的点燃式发动机的预混燃/部分预混烧系统相比，抑制了爆震燃烧等不正常燃烧出现出现，同时可以提高发动机的压缩比以达到更高的热效率；与均质压燃发动机相比，可以有效解决高负荷爆震，低负荷失火的问题。
[0018]2、该装置可以在主燃烧室内部形成分布式高活性点火源，同时射流加强了主燃烧室内的湍流强度，可以有效扩大燃料的可燃界限，缩短了自由基传播距离，可以有效解决像氨燃料这样的高燃点燃料由于可燃范围窄、点火能量高，自由基速度慢而造成的失火，不完全燃烧等问题。
[0019]3、该装置结构简单、成本较低，对现有的燃烧室的改动较少，预燃室和主燃烧室可以采用相同的燃料实现高燃点燃料的着火燃烧；可以解决高高燃点双燃料系统的结构复杂、附件较多、制造成本高等问题，有利于低碳/零碳燃料的推广与应用。
[0020]4、通过对预燃室产生火焰射流时刻与主燃烧室燃料供给时刻，可以实现在不同工况下的燃烧策略的调控，实现低碳燃料在不同条件下预混压燃、部分预混压燃、扩散燃烧以及不同燃烧模式的比例调控。
[0021]5、通过灵活的设置预燃室和主燃室的燃料活性，能够有效的调控发动机的燃烧性能，采用活性相对较高的燃料作为预燃室燃料，引燃活性相对较弱的主燃室燃料，可以提高本装置的使用效果。
[0022]与现有的射流控制的燃烧系统相比具有以下优势：
[0023]1、对于传统的基于点燃式发动机的射流点火装置，通常采用火焰射流代替火花塞点燃主燃烧室中形成当量比较低的稀薄预混/部分预混可燃混合气，以达到更高的点火能量和多点着火燃烧，实现稀薄燃烧和快速燃烧。而本装置主要采用向火焰射流在主燃烧室中产生的高温活性区域喷射高燃点燃料的方式供给燃料以实现燃料可靠压燃，这能够有效解决预混气体提前着火或者爆震燃烧等问题；进而，能够通过进一步提高压缩比提高发动机热效率；同时，大部分燃料采用扩散燃烧的燃烧方式，有效减少由于火焰壁面淬熄而造成的燃料不完全燃烧。
[0024]2、对于传统的基于压燃式发动机的射流控制压燃装置，通常采用火焰射流引燃主燃烧室中形成预混/部分预混的高活性燃料(如柴油，一般具有较长的碳链)，以此实现高活性燃料着火时刻由化学反应控制，转变为由火焰射流控制，实现燃烧可控。而本装置主要针
对化学活化能较高、反应活性较低的低碳/零碳燃料在压燃式发动机中的压燃与燃烧调控的问题，能够有效推动自着火困难的低碳/零碳燃料在压燃式发动机中的应用，降低有害污染物(特别是碳烟)和温室气体二氧化碳的排放。
[0025]综上，为了实现低碳、零碳燃料在压燃式发动机上的推广与应用，解决现有的低碳燃料燃烧系统存在的布置，本专利技术设计了本专利技术是一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，通过点燃预燃室内部形成的预混/部分预混的高燃点燃料可燃混合气，形成含有大量活性自由基的高温火焰射流，通过喷孔在主燃烧室中形成分布式点火源，在高温与自由基的作用下高燃点燃料可以在主燃烧室内着火燃烧，以实现高燃点燃料可靠压燃；同时，通过调节火焰射流的产生与主燃烧室内高燃点燃料供应的相对相位，可以使得燃料在主燃烧室内实现预混燃烧、部分预混燃烧以及扩散燃烧等燃烧模本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，其特征在于，包括火花塞(1)、预燃室喷射器(2)、主燃室喷射器(3)和预燃室主体(4)；预燃室主体(4)设置在主燃烧室(6)上，预燃室主体(4)内部开设有预燃室腔体(5)，预燃室喷射器(2)和预燃室火花塞(1)分别安装在预燃室主体(4)一侧上的两个不同位置，且预燃室喷射器(2)头部和预燃室火花塞(1)头部伸入预燃室腔体(5)内部，预燃室腔体(5)与主燃烧室(6)之间通过喷孔连通；主燃烧室喷射器(3)固定在预燃室主体(4)的另一侧且头部伸入到主燃烧室(6)中。2.根据权利要求1所述的一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，其特征在于，预燃室喷射器(2)用于向预燃室腔体(5)内提供预设量的高燃点燃料，形成设定当量比的可燃混合气。3.根据权利要求2所述的一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，其特征在于，高燃点燃料为天然气、氨燃料或氢气燃料。4.根据权利要求1所述的一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，其特征在于，预燃室...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤成龙，麦棹铭，武颖韬，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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