一种燃料空气集成喷射器及包含其的点火室系统的制作方法

1.本发明涉及内燃机燃烧技术领域，特别是涉及一种燃料空气集成喷射器及包含其的点火室系统。


背景技术：

2.随着节能减排的法规政策要求逐渐加强，车船动力、发电用内燃机将更多的采用稀薄预混燃烧技术，通过点火室形成的火焰射流或热的燃烧产物射流引燃主燃室的稀薄预混合气，可以提高稀薄预混燃烧的可控性和稳定性。其次，高增压内燃机中采用点火室结构，可以有效提高燃烧速率，对避免爆震、提高燃烧定容度具有明显效果。
3.大多点火室为被动扫气，即主燃室的进气气流通过点火室主体下端的小孔进入，以实现点火室换气。然而随着大比例废气再循环技术的利用，以及点火室主体结构的复杂化，导致被动扫气的效率低下，点火室内的废气比例过高从而影响燃烧稳定性。
4.内燃机稀薄预混燃烧模式在不同负荷工况下采用不同的空气燃料比例，主燃室预混合气的可燃性差别较大。为保证过渡工况下稳定的燃烧特性，需要对点火室内的燃料空气比例进行精确控制。而现有的气缸外燃料空气混合后再导入点火室的方式不能满足上述精确性和实时性的要求。
5.点火室式内燃机系统逐渐在小缸径机型上得到广泛应用，为实现上述技术要求的同时，保证结构紧凑和设计可行性尤为关键。


技术实现要素：

6.为解决以上技术问题，本发明提供一种燃料空气集成喷射器及包含其的点火室系统，实现点火室内的主动扫气，并可以根据负荷、主燃室内燃料空气比例等信息实时控制点火室内混合气组成，以提高燃烧稳定性和可控性。另外通过结构优化改善点火室扫气效率和混合气形成效率。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.本发明提供一种燃料空气集成喷射器，包括喷射器本体，所述喷射器本体上设置有空气导入通道、燃料导入通道、空气喷射针阀和燃料喷射针阀；所述喷射器本体底部设置有空气喷孔和燃料喷孔；所述空气喷孔与所述空气导入通道相连通，所述燃料喷孔与所述燃料导入通道相连通；所述空气喷射针阀用于控制所述空气喷孔与所述空气导入通道之间的通断，所述燃料喷射针阀用于控制所述燃料喷孔与所述燃料导入通道之间的通断。
9.可选的，所述空气喷射针阀顶部设置有空气喷射电磁阀，所述空气喷射电磁阀与所述空气喷射针阀之间设置有空气喷射针阀弹簧。
10.可选的，所述燃料喷射针阀顶部设置有燃料喷射电磁阀，所述燃料喷射电磁阀与所述燃料喷射针阀之间设置有燃料喷射针阀弹簧。
11.可选的，所述燃料喷孔为单孔或多孔或交叉喷孔或外开式环状喷嘴。
12.本发明还提供一种包含上述的燃料空气集成喷射器的点火室系统，包括气缸盖或
点火室适配器单体和点火室主体；所述气缸盖或点火室适配器单体上设置有火花塞和燃料空气集成喷射器；所述点火室主体设置于所述气缸盖或点火室适配器单体的底部，且所述火花塞和所述燃料空气集成喷射器的底端均伸入所述点火室主体内；所述点火室主体下部为弧形结构；空气导入通道的顶部与供气支路相连通，燃料导入通道的顶部与燃料支路相连通。
13.可选的，所述空气喷孔朝向所述火花塞，所述燃料喷孔朝向斜下方。
14.可选的，所述所述空气喷孔轴线和燃料喷孔轴线在点火室内部空间相交，或在所述的燃料空气集成喷射器内部相交。
15.可选的，所述供气支路包括由管路依次连通的空气压力泵或发动机本体增压器、压力蓄积室和单向安全阀，所述单向安全阀的出口与所述空气导入通道相连通。
16.可选的，所述燃料支路包括由管路依次连通的燃料箱和燃料低压泵，所述燃料低压泵的出口与所述燃料导入通道相连通。
17.可选的，对点火室内的空气量、燃料量以及喷射时间、点火时间分别进行精确控制；首先喷入部分空气以扫除点火室内废气，其次喷入燃料和剩余空气在点火室内进行快速混合；点火室内燃料空气比例根据运行工况进行调整，以保证燃烧稳定性和避免爆震；点火时刻由主燃室目标燃烧相位、主燃室混合气组成、点火室内混合气组成、火焰射流特性决定。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.燃料空气集成喷射器的空气喷孔斜向上面向火花塞方向，以改善点火室上部及火花塞附近的废气残留，提升换气效率。燃料喷嘴为斜向下设置，利用点火室下端圆弧型结构和局部高温，增强燃料气化和滚流，保证火花塞周围可燃气体分布。而空气喷孔轴线和燃料喷孔轴线在点火室内部空间相交，或在所述的燃料空气集成喷射器内部相交的结构，通过优化空气喷入正时和燃料喷入正时，促进空气流束和燃料流束在点火室内交叉碰撞，促进燃料蒸发和混合。所述燃料喷嘴喷孔可以为普通单孔或多孔结构，或者为促进在狭小点火室空间内燃料束碰撞蒸发和与空气混合，也可以采用交叉喷孔，外开式环状喷嘴结构。
20.燃料空气集成喷射器结构紧凑，驱动方式不限于电磁阀，也可以采用压电晶体。空气量和燃料量根据不同工况进行精确控制，在点火室内进行混合，通过当量比优化实现高点火概率。
21.预燃用空气由空气压力泵直接供应，或从发动机本体增压器的下游开设旁路供应，在排气冲程后期或进气冲程前期利用增压器下游和缸内的压差实现点火室换气。经空气压力蓄积室稳压后经过单向安全阀供给空气喷嘴端。
22.空气量和燃料量根据不同工况进行精确控制，在点火室内进行混合，通过当量比优化实现高点火概率。点火室内燃料空气比例根据运行工况和混合气组成而调整。具体地，在低负荷、较稀薄点燃室混合气或大比例废气再循环量条件下，采用较浓点火室燃料空气比例，以增强点火室火焰射流能量，保证燃烧稳定性。在高负荷、较浓点火室混合气条件下，采用较稀薄点火室燃料空气比例，以避免爆震倾向。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明中燃料空气集成喷射器的结构示意图；
25.图2为本发明中包含燃料空气集成喷射器的点火室系统的结构示意图(空气喷孔斜向上面向火花塞方向，燃料喷嘴为斜向下结构)；
26.图3本发明中包含的燃料空气集成喷射器中燃料喷嘴结构示意图，图3(1)为单孔(或独立多孔)燃料喷嘴，图3(2)为多孔外部交叉喷孔燃料喷嘴，图3(3)为多孔内部交叉喷孔燃料喷嘴，图3(4)为外开式环状燃料喷嘴。
27.图4为本发明中包含燃料空气集成喷射器的点火室系统的另一种结构示意图(空气喷孔轴线和燃料喷孔轴线在点火室内部空间相交的结构)；
28.附图标记说明：1、空气压力泵或发动机本体增压器；2、压力蓄积室；3、单向安全阀；4、气缸盖或点火室适配器单体；5、点火室主体；6、火花塞；7、燃料箱；8、燃料低压泵；9、燃料空气集成喷射器；10、空气导入通道；11、空气喷孔；12、空气喷射针阀；13、空气喷射针阀弹簧；14、空气喷射电磁阀；15、燃料导入通道；16、燃料喷孔；17、燃料喷射针阀；18、燃料喷射针阀弹簧；19、燃料喷射电磁阀。
29.图5为本发明中包含燃料空气集成喷射器的点火室系统在内燃机中应用时的点火室换气、燃料喷射、点火过程的时序图，以及对应控制参数的影响因子。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
31.实施例一：
32.如图1所示，本实施例提供一种燃料空气集成喷射器，包括喷射器本体，所述喷射器本体上设置有空气导入通道10、燃料导入通道15、空气喷射针阀12和燃料喷射针阀17；所述喷射器本体底部设置有空气喷孔11和燃料喷孔16；所述空气喷孔11与所述空气导入通道10相连通，所述燃料喷孔16与所述燃料导入通道15相连通；所述空气喷射针阀12用于控制所述空气喷孔11与所述空气导入通道10之间的通断，所述燃料喷射针阀17用于控制所述燃料喷孔16与所述燃料导入通道15之间的通断。
33.所述空气喷射针阀12顶部设置有空气喷射电磁阀14，所述空气喷射电磁阀14与所述空气喷射针阀12之间设置有空气喷射针阀弹簧13。通过空气喷射针阀弹簧13提供的弹力使空气喷射针阀12下端与空气喷孔11相接触，对空气喷孔11形成封堵。在点火室主动扫气阶段，空气喷射电磁阀14能够使空气喷射针阀12克服空气喷射针阀弹簧13的弹力向上运动，以解除对空气喷孔11的封堵，使空气喷孔11与空气导入通道10相连通，空气进入点火室并将残余废气挤出。空气喷射电磁阀14的开启时间根据点火室的目标空气燃料混合比例以及空气压力差而决定。
34.所述燃料喷射针阀17顶部设置有燃料喷射电磁阀19，所述燃料喷射电磁阀19与所
述燃料喷射针阀17之间设置有燃料喷射针阀弹簧18。通过燃料喷射针阀弹簧18提供的弹力使燃料喷射针阀17下端与燃料喷孔16相接触，对燃料喷孔16形成封堵。在点火室内燃料喷射阶段，燃料喷射电磁阀19能够使燃料喷射针阀17克服燃料喷射针阀弹簧18的弹力向上运动，以解除对燃料喷孔16的封堵，使燃料喷孔16与燃料导入通道15相连通，燃料进入点火室并与先前进入的空气混合。燃料喷射电磁阀19的开启时间根据点火室的目标空气燃料混合比例以及燃料喷射压力而决定。
35.燃料空气集成喷射器的结构紧凑，驱动方式不限于电磁阀，也可以是压电晶体。空气量和燃料量根据不同工况进行精确控制，在点火室内进行混合，通过当量比优化实现高点火概率。
36.实施例二：
37.如图2所示，本实施例提供一种包括实施例一中的燃料空气集成喷射器的点火室系统，包括气缸盖或点火室适配器单体4和点火室主体5；所述气缸盖或点火室适配器单体4上设置有火花塞6和燃料空气集成喷射器9；所述点火室主体5设置于所述气缸盖或点火室适配器单体4的底部，且所述火花塞6和所述燃料空气集成喷射器9的底端均伸入所述点火室主体5内；所述点火室主体5下部为弧形结构；空气导入通道10的顶部与供气支路相连通，燃料导入通道15的顶部与燃料支路相连通。
38.所述空气喷孔11朝向所述火花塞6，所述燃料喷孔16朝向斜下方。
39.所述供气支路包括由管路依次连通的空气压力泵或发动机本体增压器1、压力蓄积室2和单向安全阀3，所述单向安全阀3的出口与所述空气导入通道10相连通。
40.所述燃料支路包括由管路依次连通的燃料箱7和燃料低压泵8，所述燃料低压泵8的出口与所述燃料导入通道15相连通。
41.点火室主体5通过螺栓安装或焊接铸造在经改装的气缸盖或点火室适配器单体4上，火花塞6安装在点火室主体5的上端，点火室主体5斜侧方开孔并与燃料空气集成喷射器9的安装孔相连，燃料空气集成喷射器9通过螺栓固定在安装孔内。点火室主体5下端开有小孔与主燃烧室相连。预燃燃料由相应的燃料泵从燃料箱7中抽取供应。预燃用空气由空气压力泵或从发动机本体增压器下游开设的旁路供应。经空气压力蓄积室2稳压后经过单向安全阀3供给燃料空气集成喷射器9端。
42.预燃用空气由空气压力泵直接供应，或从发动机本体增压器的下游开设旁路供应，在排气冲程后期或进气冲程前期利用增压器下游和缸内的压差实现点火室换气。经空气压力蓄积室2稳压后经过单向安全阀3供给空气喷嘴端。
43.点火室内的燃料不做具体限定，可以是和主燃室内燃料相同，也可以是引燃用的特定液态或气态燃料。
44.火花塞6的点火时刻由主燃室稀薄预混合气的目标燃烧相位、主燃室稀薄预混合气组成，点火室内预混合气组成、火焰射流特性等决定。
45.通过空气燃料分离供给，以及供给方式的优化控制，实现主动扫气和点火室混合气当量比可控，实现稀薄预混燃烧和大比例废气再循环条件下的高点火概率和稳定燃烧。
46.实施例三：
47.如图4所示，本实施例提供另一种包括实施例一中的燃料空气集成喷射器的点火室系统，包括气缸盖或点火室适配器单体4和点火室主体5；所述气缸盖或点火室适配器单
体4上设置有火花塞6和燃料空气集成喷射器9；所述点火室主体5设置于所述气缸盖或点火室适配器单体4的底部，且所述火花塞6和所述燃料空气集成喷射器9的底端均伸入所述点火室主体5内；所述点火室主体5下部为弧形结构；空气导入通道10的顶部与供气支路相连通，燃料导入通道15的顶部与燃料支路相连通。
48.燃料空气集成喷射器的燃料导入通道15靠近火花塞6侧，空气导入通道10远离火花塞6侧，所述空气喷孔11轴线和燃料喷孔16轴线在点火室内部空间相交。在保证与实施例二结构相似的促进火花塞周围主动扫气、点火室燃料蒸发的同时，通过控制点火室5中的空气燃料供给时刻，利用空气流束和燃料流束在所述点火室5内交叉碰撞，促进燃料蒸发和混合气形成。
49.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
50.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。