预燃室旋流射流点火装置的制作方法

1.本实用新型属于内燃机技术领域，具体涉及一种面向氨燃料发动机的预燃室旋流射流点火装置。


背景技术：

2.全球气候和环境变化对人类发展提出了严峻挑战，低碳化甚至零碳化已成为世界经济发展的必然趋势，二氧化碳减排成为交通运输业发展的关键要素，零碳燃料的使用成为降低碳排放的重要解决方案。
3.内燃机零碳技术的本质是燃烧碳中和燃料实现全生命周期的零碳排放。研究发现，氨作为氮基化合物，燃烧时无二氧化碳产生，理论上其用作发动机燃料可实现零碳排放。另外，氨作为高效储氢介质，具有高能量密度、易液化储运和安全性高等优势。氨气易于储存运输，且具有成熟的工业生产技术，可以用可再生能源生产氢，再将氢转换为氨，运输到目的地，可以极大降低氢的运输成本，并且提高运输的安全性能。因此，氨燃料被认为是发动机实现零碳排放的潜力股。
4.研究表明，氨燃料发动机稳定运行的负荷范围较窄，且着火及燃烧稳定性较差。此外，氨气燃点较高，氨发动机常需要高活性的引燃油来引燃，然而，使用引燃油引燃燃烧模式，会增加发动机结构复杂性，还会引入二氧化碳排放。因此，高效清洁燃烧模式的开发是氨燃料发动机面临的一大挑战。湍流射流点火(tji,turbulent jet ignition)装置可为发动机提供较强的点火能量，可起到与引燃油相同的作用。可通过形成湍流射流火焰，为主燃烧室提供更多点火能量，实现主燃烧室多点点火，可有效促进缸内稳定燃烧，提高燃烧速率。因此，tji点火系统的强点火能力可有效解决氨燃料发动机着火困难和燃烧不稳定的问题。
5.预燃室是湍流射流点火装置最重要的部分之一，预燃室射流孔的形状、大小和数量直接影响射流火焰的形成于发展。研究表明，相对较小的预燃室射流孔可以产生较强的射流火焰，提高点火能量，进而改善发动机性能，然而射流孔过小，淬熄作用和节流损失则会增强，会造成发动机燃烧和性能恶化；对于射流孔数量，相较于单孔预燃室，多孔预燃室具有更佳的表现。这主要得益于多孔结构可产生多股射流火焰，在缸内形成分布更加广泛的点火源，进而有效促进缸内混合气燃烧过程。
6.为此需要对射流孔的形状、大小和数量进行改进从而使预燃室具有更佳的表现。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种面向氨燃料发动机的预燃室旋流射流点火装置，所述装置的预燃室具有多个预燃室射流孔，能够产生多股旋流状射流火焰增强预燃室射流点火能力，提高湍流射流点火发动机的点火性能，促进高效稳定燃烧。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
8.一种预燃室旋流射流点火装置，包括壳体，以及设置在壳体内部的预燃室、燃料喷
射器、火花塞和预燃室射流孔，所述预燃室射流孔连通所述预燃室和发动机主燃烧室；所述壳体的底部间隔均匀的开有多个预燃室射流孔；各所述预燃室射流孔包括通道和射流孔出口，所述射流孔出口朝向主燃烧室方向，所述预燃室射流孔的孔径为4-6mm，且所述预燃室射流孔的通道长度与射流孔出口直径的比值不小于2；各射流孔出口与所述壳体的中心轴的距离相等。
9.进一步的，所述壳体底部为圆台形，所述圆台轴截面的形状为等腰梯形，其腰和短底边形成的夹角为120-150
°
，优选夹角150
°
。
10.进一步的，当预燃室射流孔数量为6时，所述相邻预燃室射流孔之间的夹角为60度。
11.进一步的，所述预燃室射流孔的通道为渐缩型，横截面为梯形。
12.进一步的，所述预燃室射流孔的通道上具有内凸螺纹。
13.进一步的，所述燃料喷射器上部有通孔用于将氨燃料送入所述燃料喷射器内；所述燃料喷射器不限于喷射氨燃料，也可以喷射汽油、氢气、醇类以及醚类燃料。
14.进一步的，所述壳体下部内腔形成一预燃室内腔，所述燃料喷射器的喷嘴以及火花塞的电极伸入预燃室内腔中；所述壳体的下部的外壁设置有螺纹，用于将所述壳体安装于气缸盖上。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.本实用新型所述预燃室旋流射流点火装置在预燃室底部具有多个预燃室射流孔，能够产生多股旋流状射流火焰增强预燃室射流点火能力，提高湍流射流点火发动机的点火性能，促进高效稳定燃烧。
附图说明
17.图1是一种燃料发动机的剖面图；
18.图2是预燃室旋流射流点火装置的剖面图；
19.图3是基于图2所示预燃室旋流射流点火装置a-a剖面的结构示意图；
20.图4是基于图2所示预燃室旋流射流点火装置a-a剖面的射流火焰分布示意图。
21.图中：
22.1：活塞
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2：主燃烧室
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3：进气阀
23.4：预燃室旋流射流点火装置
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5：排气阀
24.6：气缸盖
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7：缸套
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8：预燃室射流孔
25.9：火花塞
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10：燃料喷射器
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11：壳体
26.12：预燃室内腔
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13：射流孔出口
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14：射流火焰
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面结合本实用新型实例中所提供的附图，对本实用新型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实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
28.下面结合附图对该装置的工作过程作进一步说明。
29.如图1所示，一种燃料发动机包括缸套7和设置在缸套7顶部的发动机气缸盖6，所述发动机气缸盖6顶部设置有进气阀3、排气阀5、预燃室旋流射流点火装置4；所述进气阀3设置在进气通道内，所述排气阀5设置在排气通道内，且进气阀3和排气阀5分别设置在气缸盖6的左右两侧；所述缸套10内设置有活塞1。发动机气缸盖6与湍流射流点火装置4和活塞1共同组成主燃烧室2，且所述湍流射流点火装置4的喷嘴伸入所述主燃烧室内。
30.如图2所示，所述预燃室旋流射流点火装置4包括一壳体11，所述壳体11内部安装有燃料喷射器10和火花塞9，所述燃料喷射器10上部有通孔用于将氨燃料送入所述燃料喷射器10内。所述燃料喷射器10不限于喷射氨燃料，也可以喷射汽油、氢气、醇类以及醚类等燃料。所述壳体11下部内腔形成一预燃室内腔12，所述燃料喷射器10的喷嘴以及火花塞9的电极伸入预燃室内腔12中。所述壳体的下部的外壁设置有螺纹，用于将所述壳体11安装于气缸盖6上。
31.如图2-3所示，所述壳体11底部为圆台形，所述圆台轴截面的形状为等腰梯形，其腰和短底边形成的夹角为150
°
，这样设置有利于射流孔通道的布置以及孔口在预燃室中朝向的设定。在所述壳体11底部，即圆台侧壁上间隔均匀的开有6个预燃室射流孔8，所述预燃室射流孔8连通预燃室内腔12和发动机主燃烧室2。
32.图3示出预燃室旋流射流点火装置a-a剖面的结构示意图，各所述预燃室射流孔8包括通道和射流孔出口13，各射流孔出口13与所述预燃室旋流射流点火装置4壳体11的中心轴的距离相等；所述预燃室射流孔8的孔径为4mm，通道长度l＝8mm。所述预燃室射流孔8的通道长度与射流孔出口13直径的比值应不小于2，以保证预燃室火焰获得充足的加速过程，提高火焰速度。所述射流孔出口13朝向以及相邻的预燃室射流孔8轴线间的夹角可灵活布置，相邻预燃室射流孔8之间的夹角优选60度；所述预燃室射流孔数量可灵活选择，但相邻孔口的夹角需要相应调整。
33.接下来结合图3介绍旋流射流火焰形成过程。本实施例中预燃室设有6个预燃室射流孔，且相邻预燃室射流孔轴线呈60度夹角。发动机工作时，所述预燃室旋流射流点火装置4中燃料喷射器10向预燃室内腔12中喷射燃料，形成目标混合气，而后被火花塞9点燃，混合气先在预燃室内腔12中着火燃烧，随着火焰的发展，火焰前锋经过预燃室射流孔8，在射流孔的加速作用下形成螺旋分布的射流火焰14，如图4所示。接下来射流火焰14在主燃烧室2中传播。最后，螺旋分布的射流火焰14点燃主燃烧室2内混合气，完成燃烧做功。该类型射流孔可有效改善点火能量分布，促进主燃烧室内多点着火，提升缸内燃烧速率。
34.可选的，所述预燃室射流孔的通道为渐缩型，横截面为4mm*6mm的梯形，这样设置有利于提升射流火焰强度。
35.根据实际需要，所述预燃室射流孔的通道上还可具有内凸螺纹，这样设置有利于火焰加速，形成旋流射流火焰。
36.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非是对其的限制，尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均
属本实用新型所要求保护的范围。