[发明专利]一种预燃室点火结构、系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种预燃室点火结构、系统及其工作方法，包括伸入预燃室内部的中心电极，在其端部配置接地电极，所述中心电极及接地电极之间形成位于预燃室内部的火花塞间隙。本发明将使更多的混合气参与预燃室内燃烧，改善火花塞点火后经预燃室连接通道进入主燃烧室的射流成分，增加预燃室射流携带的能量，增大该预燃室射流进入主燃烧室后形成的分布式点火覆盖面积，显著提高预燃室点火系统的点火能量，保证主燃烧室内稀混合气的可靠点火，缩短主燃烧室内火焰传播距离，进而缩短主燃烧室内燃烧持续期，提高燃烧热效率，降低发动机工作循环波动率，显著提高发动机工作稳定性，降低HC和CO排放。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种预燃室点火结构、系统及其工作方法。

背景技术

大缸径天然气发动机在内河船舶动力、石油钻井动力、气体发电机组等领域的应用越发广泛，为提高其经济性和热效率、降低氮氧化物排放，多在缸内组织稀薄燃烧。但是实际应用中由于天然气-空气火焰传播速度慢、大缸径天然气发动机燃烧室内火焰传播距离长，在缸内组织稀薄燃烧时，发动机燃烧持续期较长，循环变动大，未燃HC和CO排放高。利用预燃室点火系统则可以显著增强天然气发动机点火能量，缩短燃烧持续期，实现稀薄燃烧，提高燃烧热效率，降低排放。

预燃室天然气发动机中有两个燃烧室，分别是主燃烧室和预燃室，利用连接通道使两燃烧室相通。预燃室点火系统装配图如图1所示，预燃室容积约占主燃烧室余隙容积的1％～3％，活塞上顶面和缸盖底面构成了主燃烧室，预燃室为单独加工的预燃室体，在其下部加工有连接通道，使预燃室和主燃烧室相通。缸盖上加工有预燃室体、预燃室独立进气喷射装置和火花塞的安装通道，使安装后预燃室体位于主燃烧室上方，预燃室独立进气喷射装置的喷嘴探入预燃室内，火花塞点火间隙位于预燃室内顶部。点火时，利用火花塞点燃预燃室内混合气，预燃室内气体压力、温度快速上升，高于此时主燃烧室内混合气压力，在两个燃烧室压力差的驱动下，预燃室内高温高压气体经连接通道进入主燃烧室，点燃主燃烧室内的稀混合气。

预燃室点火系统采用的是普通火花塞，火花塞结构如图2所示，包括绝缘体、中心电极、火花塞壳体、接地电极、密封垫片等。绝缘体具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极插入上述绝缘体的轴孔并露出端部；火花塞壳体为中空柱状，套设在上述绝缘体表面，并使上述绝缘体的端部露出所述壳体之外，火花塞壳体的下部是螺纹以便将火花塞旋装在缸盖内；弯曲的接地电极固定在火花塞壳体下端，其端部与中心电极端部之间的间隙为火花塞间隙；密封垫片套设在火花塞壳体的螺纹前端，利用该垫片实现端面密封。如图1所示，火花塞安装后，中心电极和接地电极之间的火花塞间隙位于预燃室内顶部。

现有技术中利用预燃室独立进气喷射装置在预燃室内组织浓混合气，使点火时预燃室内混合气浓度分布在当量比附近，保证了火花塞可靠的火花点火，且由于在该混合气浓度范围下的天然气混合气火焰传播速度高于其在稀混合气中的传播速度，使得预燃室内燃烧速度加快，增强了预燃室内混合气燃烧后进入主燃烧室的预燃室射流能量。

预燃室点火系统中火花塞中心电极和接地电极之间放电点火后，电极间隙中产生的焰核逐渐向外成长发展，当焰核温度升高到天然气混合气燃点时，将会点燃火花塞附近混合气，由于天然气火焰层流速度较低，预燃室内上部的混合气首先参与燃烧，而下部远离点火位置的混合气在火焰前锋面到来之前，会在预燃室内上部燃烧压力作用下经连接通道进入主燃烧室，减少了参与预燃室内燃烧的混合气总量，导致点火后预燃室内的燃烧压力峰值较低，预燃室和主燃烧室之间形成的压差较小，从而使经预燃室和主燃烧室之间的连接通道进入主燃烧室的预燃室射流贯穿距较短，进入主燃烧室后覆盖面积较小，不能有效缩短主燃烧室内的火焰传播距离，难以加速主燃烧室内燃烧速度，导致主燃烧室内燃烧持续期较长。