[发明专利]一种点火室式发动机旋转射流燃烧系统

说明书

本发明公开了一种点火室式发动机旋转射流燃烧系统，包括气缸、活塞、缸盖，所述气缸、活塞和缸盖围成的空间构成主燃烧室，所述缸盖上安装有至少一个点火室，所述点火室由一个壳体和壳体盖内部的空腔构成，所述壳体盖上安装有点火装置和燃料供给装置，所述点火室通过若干条通道与主燃烧室连通，所述通道使发动机工质在点火室与发动机主燃烧室之间流动；所述通道采用圆锥形结构，所述圆锥形结构的横截面从点火室端到主燃烧室端逐渐缩小；至少有一条圆锥形通道的内壁上设置了若干条螺旋槽。本发明的目的是进一步提高点火室式发动机工作过程中湍流火焰射流的湍流强度，从而改善缸内燃烧和发动机性能。

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种点火室式发动机旋转射流燃烧系统。

背景技术

采用稀燃是提高点燃式发动机热效率并降低有害排放物的一种重要途径。为大缸径的发动机(例如缸径大于150mm)使用LNG、LPG等高燃点燃料而开发稀燃技术时，为了提高点火可靠性和燃烧稳定性，通常采用点火室系统，形成浓稀分层的混合气。具体而言，在小容积的点火室内形成接近化学计量比的适宜点燃的混合气，而绝大部分燃料在主燃烧室内形成稀薄混合气。点火室内的混合气由火花塞点燃着火燃烧后，形成湍流火焰射流，点燃主燃烧室内的稀薄混合气，并在主燃烧室内形成湍流扰动，加速稀薄混合气燃烧过程的火焰传播博，使主燃烧室内的稀薄混合气快速、充分燃烧。

在此类点火室式发动机中，点火室系统的设计对发动机性能具有重要影响。例如，连接点火室与主燃烧室的通道，其几何结构的一些微小改变就可能使发动机缸内流动和燃烧特性产生很大的变化，进而影响发动机热效率等性能指标。就目前而言，现有点火室式发动机系统的通道主要采用圆柱形结构，这种结构工艺简单，但也存在一定的局限性，比如预燃室内的燃料燃烧后产生的射流的湍流强度较低、主燃烧室内燃烧不够充分、热效率较低等。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种点火室式发动机旋转射流燃烧系统，目的是进一步提高点火室式发动机工作过程中湍流火焰射流的湍流强度，从而改善缸内燃烧和发动机性能。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种点火室式发动机旋转射流燃烧系统，包括气缸、活塞、缸盖，所述气缸、活塞和缸盖围成的空间构成主燃烧室，所述缸盖上安装有至少一个点火室，所述点火室由一个壳体和壳体盖内部的空腔构成，所述壳体盖上安装有点火装置和燃料供给装置，所述点火室通过若干条通道与主燃烧室连通，所述通道使发动机工质在点火室与发动机主燃烧室之间流动；所述通道采用圆锥形结构，所述圆锥形结构的横截面从点火室端到主燃烧室端逐渐缩小；至少有一条圆锥形通道的内壁上设置了若干条螺旋槽。

优选地，在设置有螺旋槽的圆锥形通道与主燃烧室的交界处，所有螺旋槽的横截面积之和占所述通道横截面积的比例在0.5％-10％范围内。

优选地，所述设置螺旋槽的圆锥形通道中，螺旋槽的数量为3-18条，螺旋槽的螺距与通道长度的比值在2-10的范围内。

优选地，所述设置螺旋槽的圆锥形通道中，其主燃烧室端的流通面积与发动机活塞横截面积的比值在0.0004-0.002的范围内。

优选地，所述点火室的容积与气缸压缩容积的比值在0.5％-5.0％的范围内，气缸压缩容积表示活塞在上止点位置时主燃烧室的容积。

优选地，所述点火室内供给燃料的比例为总燃料的1％-4％，所述点火室内形成的适宜点燃的浓混合气的过量空气系数的范围为0.8-1.2；所述主燃烧室内高压喷射燃料的比例为总燃料的96％-99％，所述主燃烧室内形成的稀薄混合气的过量空气系数的范围为1.8-2.2。

优选地，所述设置螺旋槽的圆锥形通道中，所述螺旋槽包括设在通道内壁上的凹槽或凸槽。

优选地，所述设置螺旋槽的圆锥形通道及相应的点火室组件采用3D打印技术进行加工。