[发明专利]用于低等级合成气的点火系统

说明书

本申请公开一种用于具有一个或多个汽缸的往复式活塞内燃发动机的点火器系统，其中每个汽缸包括至少一个点火器。该点火器系统可以包括：通过受限直径孔连接到发动机的主汽缸的燃烧室，其中稀燃燃料混合物通过发动机的正常压缩冲程被引入燃烧室内；将富氢气体喷射到燃烧室内以形成氢气和空气的混合物的氢气阀，所述混合物具有高于燃烧室内的氢气和空气的化学计量比的氢气浓度；以及将未燃烧热氢气喷射到主汽缸内以便启动点火的火花点火源。

技术领域

本发明总体涉及点火应用，并且更具体地涉及用于高压缩的低等级合成气的点火系统。

背景技术

生物质(Biomass)是低成本且容易得到的能量源，其对于生成其他能量类型如电力或液体燃料是有用的。源于生物质的能量具有额外的优点，即其本质上是碳中性的并且当残余的加工过的碳被置于地下长期存储时其也可以是碳负性的。

生物质能量转化的普通中间产品是合成气，其由材料的高温部分燃烧产生。支持生物质气化的设备通常被称为气化器。合成气通常包含来自空气供应源的氮气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气以及氢气。一氧化碳和氢气组分是可燃烧的并且可以用于内燃发动机以旋转发电机来发电。

氢气通常由于其高火焰速度和非常宽的燃烧范围而被优选为主要燃烧气体。然而，氢气生产一般涉及水移反应(water shift reaction)，其要求高温并且吸收大量的反应能量。例如由于通过气化部分燃烧区域的高材料流，高浓度的一氧化碳可以由以较低温度运行的气化器产生。这可以导致从生物质到可燃气体的更高的热转化效率，然而富一氧化碳合成气一般比富氢气体更难以在内燃发动机中燃烧。

内燃发动机效率由卡诺循环支配，其指定最大热效率由发动机压缩比控制。例如，空气节流火花点火发动机在部分载荷下可以具有仅35％的最大理论效率，然而处于20∶1压缩比的高压缩柴油机具有70％的极限效率。在实践中，发动机摩擦载荷、附件和系统热损失将现实世界发动机降低到其卡诺极限的一半。总之，柴油机比火花点火发动机更有效率。柴油机依赖于高十六烷燃料，当活塞接近其旋转弧的顶部(上止点或TDC)时，所述高十六烷燃料可以仅通过柴油机内的高压点燃。火花点火发动机在较低压缩比下依赖于高辛烷燃料。这种燃料要求高能量火花来点燃并且通常比处于高压下的高十六烷柴油燃料更缓慢地燃烧。一氧化碳和氢气都被评定为高辛烷燃料，但是氢气由于其小分子尺寸和高反应能而具有不寻常的高火焰速度。

发明内容

本发明的实施例涉及用于以高热效率燃烧高压缩发动机内的低等级富一氧化碳合成气的系统和过程。在一些实施例中，基本发动机可以包括在顶部装备有汽缸直接喷射器的常规高压缩柴油发动机，其中进气道系统被修改以允许低等级合成气主燃料源与柴油机的未节流空气供应混合。

本发明的实施例涉及用于燃烧低等级富一氧化碳合成气的装置，其包括：点火器系统，其被确定尺寸以装配在具有一个或多个汽缸的发动机的主发动机汽缸盖上，所述点火器系统包括直接喷射器、点火器壳体、火花塞以及点火器管，该点火器管被确定尺寸以允许装配在主发动机汽缸盖内。

尽管，在此提出的示例性实施例涉及使用单缸发动机，但是在此提出的点火器系统可以被应用于任何尺寸的发动机，例如包括1-16个汽缸、每个汽缸0.1到5升和任何功能压缩比的发动机。对于具有一个或多个汽缸的往复式活塞内燃发动机，每个汽缸可以装配一个点火器系统，其中每个汽缸具有至少一个点火器。

附图说明

图1是说明单缸发动机的主发动机汽缸盖上的点火器系统的透视图。

图2是图1的点火器系统的放大透视图，其特征在于显示了混合燃烧室的点火器壳体的透明视图。

图3是图1的点火器系统的剖视图，其示出了点火器管和内孔。

图4是下吸式(downdraft)气化器中的同轴气体转化器的剖视图。