本发明专利技术公开了一种具有可控射流点火装置的氢内燃机，包括缸套、气缸盖、活塞，还包括倾斜设置在气缸盖顶部的可控射流点火装置，所述可控射流点火装置底部伸入燃烧室内；所述可控射流点火装置的中心轴线与气缸盖之间具有夹角α，能够通过改变可控射流点火装置在气缸盖的安装角度，调节所述夹角α从而引导燃烧室内不同的滚流；所述可控射流点火装置内设置有预燃室，所述预燃室底部开有多个预燃室喷孔，所述预燃室喷孔位于所述可控射流点火装置底部沿轴向中心线朝向所述气缸盖的一侧；相距最远的两个所述预燃室喷孔的中心轴线的夹角为θ，通过改变预燃室帽上预燃室喷孔的角度θ能够控制射流火焰锥角，从而引导燃烧室内不同的涡流。流。流。
【技术实现步骤摘要】
一种具有可控射流点火装置的氢内燃机
[0001]本专利技术属于内燃机
，具体涉及一种具有可控射流点火装置的氢内燃机。
技术介绍
[0002]随着传统能源需求的持续上升和全球变暖问题的突显，世界主要汽车生产国纷纷加快部署，将发展清洁能源汽车作为国家战略。种种因素都驱使着传统内燃机向高效清洁燃烧的技术路线发展。内燃机燃料的低碳、碳中性和零碳化将是内燃机的未来之路。其中，氢能由于良好的燃烧性能、近零的污染物排放以及可由可再生能源生产的性质而备受关注，被誉为是实现碳达峰与碳中和的最佳能源形式。氢内燃机具有零碳排放、高效率和低成本的显著优势，成为氢能应用的重要方向之一。
[0003]氢内燃机的稀薄燃烧技术是提升发动机热效率的关键技术，射流点火技术在稀薄燃烧方面拥有更高的技术潜力，通过预燃室的设置能够明显缩短主燃烧室混合气燃烧持续期，点燃超稀薄混合气，降低燃烧温度，减少NOx排放，提高燃烧效率，降低发动机能耗。
[0004]在射流点火过程中，预燃室混合气点燃后形成的火焰锋面锋面从预燃室表面的小孔流出，并点燃主燃室的可燃混合气。燃烧室内的多个点火位置可使混合气更快且更充分地进行燃烧，从而在发动机小负荷需求的情况下进一步提升过量空气系数和发动机经济性。
[0005]近年来，氢内燃机大力发展，结合预燃室射流点火技术可以大幅度拓展稀薄燃烧极限，提升发动机经济性。然而，目前市面上还没有针对于氢内燃机的专用预燃室设计，成为了氢内燃机性能开发工作的一大障碍。传统的预燃室设计多为中置式布置并朝向活塞喷射以通过燃油撞壁实现更均匀的混合，而氢气本身扩散速度较快且燃烧温度高，较多壁面附近的氢气燃烧会增高发动机的壁面热损失，从而损害发动机经济性。此外，燃烧室内的气体流动是氢内燃机性能的重要影响因素，其主要受喷嘴射流特性影响。因此，对射流特性的控制是进一步提升氢内燃机性能和提高工作效率的重要一环。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种具有可控射流点火装置的氢内燃机，通过在侧置安装的可控射流点火装置内喷射氢气并点火，制造斜向的高温氢气火焰射流，点燃可控射流点火装置外的稀薄混合气，形成稳定的氢气扩散燃烧，从而尽可能拓宽发动机稀薄燃烧边界并减少壁面热损失，提高发动机热效率。通过可更换的预燃室帽设计，可实现不同喷射方向和喷射动能的射流火焰，有助于氢内燃机性能的进一步提升。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种具有可控射流点火装置的氢内燃机，包括缸套和设置在缸套顶部的气缸盖，所述缸套内设置有活塞，所述活塞和气缸盖组成燃烧室，还包括倾斜设置在气缸盖顶部的可控射流点火装置，所述可控射流点火装置底部伸入燃烧室内；所述可控射流点火装置的中心轴线与气缸盖之间具有夹角α，能够通过改变可控射流点火装置在气缸盖的安装角度，
调节所述夹角α从而引导燃烧室内不同的滚流；所述可控射流点火装置内设置有预燃室，所述预燃室底部开有多个预燃室喷孔，所述预燃室喷孔位于所述可控射流点火装置底部沿轴向中心线朝向所述气缸盖的一侧；相距最远的两个所述预燃室喷孔的中心轴线的夹角为θ，通过改变预燃室帽上预燃室喷孔的角度θ能够控制射流火焰锥角，从而引导燃烧室内不同的涡流。
[0009]进一步的，所述可控射流点火装置包括壳体、预燃室帽、火花塞、氢气喷嘴和预燃室；所述壳体内部设置有平行设置的火花塞和氢气喷嘴，所述壳体底部和预燃室帽内壁形成所述预燃室，所述火花塞、氢气喷嘴的末端伸入预燃室内；所述壳体和预燃室帽可拆卸连接，能够根据需要更换为具有所需角度θ的预燃室帽。
[0010]进一步的，通过氢气喷嘴在预燃室内喷射氢气，在预燃室内形成过量空气系数小于1.5的浓混合气，随后冷型火花塞点火形成射流火焰，引燃燃烧室内的过量空气系数大于2的超稀薄燃烧混合气。
[0011]进一步的，所述预燃室喷孔数量不少于4个，各所述预燃室喷孔的中心点连接线形成一直线或角度介于60
‑
150
°
的弧线；所述预燃室喷孔的角度、大小和形状不做限定。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0013]1、本专利技术提供了一种用于氢内燃机的可控射流点火装置，通过在预燃室内喷射氢气并点火，制造高温氢气射流火焰，点燃燃烧室内的超稀薄燃烧混合气，形成稳定燃烧，从而尽可能拓展氢内燃机稀薄燃烧边界，提高发动机经济性。
[0014]2、本专利技术通过在气缸盖上侧置的预燃室，形成向燃烧室远角斜向喷射的射流火焰，形成稳定的氢气扩散燃烧，从而有效降低氢发动机的壁面热损失，提高发动机热效率；此外，可以通过可选的倾斜角度形成不同方向射流火焰，引导不同缸内滚流的形成，为氢内燃机性能开发提供了新的思路。
[0015]3、本专利技术通过预燃室壳体与预燃室帽的设置，实现了射流特性可调节；通过更换预燃室壳体帽上预燃室喷孔的大小、角度和形状，从而实现不同的射流火焰，在燃烧室内形成不同的滚流和涡流，非常有助于氢内燃机性能的进一步提升并提升实验效率。
[0016]4、本专利技术通过冷型火花塞的设置，避免了传统火花塞容易形成热点从而引起点火能量较低的氢气/空气混合气早燃的问题，拓宽了氢发动机的负荷范围。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的可控射流点火装置的结构示意图；
[0018]图2为图1的点火装置的预燃室的结构示意图；
[0019]图3为图1所示可控射流点火装置的俯视图；
[0020]图4为图3所示可控射流点火装置的预燃室帽的仰视图。
[0021]图中：
[0022]1：活塞，2：燃烧室，3：可控射流点火装置，4：火花塞，5：氢气喷嘴，6：气缸盖，7：预燃室帽，8：地电极，9：螺纹，10：中心电极，11：火花塞六方体，12：壳体，13：瓷绝缘体，14：接线螺帽，15：O型圈，16：控制插头，17：预燃室六方体，18：氢气喷孔，19：预燃室帽螺纹，20：燃烧室密封圈，21：预燃室腔体，22：预燃室喷孔，23：进气门，24：排气门
具体实施方式
[0023]为使本专利技术实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面结合本专利技术实例中所提供的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所有描述的这些实施例仅是本专利技术的部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]如图1所示，一种氢燃料发动机，包括缸套和设置在缸套顶部的气缸盖6，所述缸套内设置有活塞1，所述活塞1和气缸盖6组成燃烧室2，所述气缸盖6顶部倾斜布置一可控射流点火装置，所述可控射流点火装置与气缸盖6顶部形成角度小于180
°
的夹角。
[0025]如图2所示，所述可控射流点火装置3包括壳体12、预燃室帽7、火花塞4、氢气喷嘴5和预燃室。所述壳体内部竖直设置有平行设置的火花塞4和氢气喷嘴5，所述火花塞为冷型火花本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有可控射流点火装置的氢内燃机，包括缸套和设置在缸套顶部的气缸盖(6)，所述缸套内设置有活塞(1)，所述活塞(1)和气缸盖(6)组成燃烧室(2)，其特征在于，还包括倾斜设置在气缸盖(6)顶部的可控射流点火装置(3)，所述可控射流点火装置(3)底部伸入燃烧室内；所述可控射流点火装置(3)的中心轴线与气缸盖(6)之间具有夹角α，能够通过改变可控射流点火装置(3)在气缸盖的安装角度，调节所述夹角α从而引导燃烧室(2)内不同的滚流；所述可控射流点火装置(3)内设置有预燃室，所述预燃室底部开有多个预燃室喷孔(22)，所述预燃室喷孔(22)位于所述可控射流点火装置(3)底部沿轴向中心线朝向所述气缸盖(6)的一侧；相距最远的两个所述预燃室喷孔(22)的中心轴线的夹角为θ，通过改变预燃室帽(7)上预燃室喷孔(22)的角度θ能够控制射流火焰锥角，从而引导燃烧室(2)内不同的涡流。2.根据权利要求1所述的具有可控射流点火装置的氢内燃机，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：卫海桥，胡祯，周磊，黄泽远，刘宗宽，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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