[发明专利]大缸径气体发动机的湍流射流点火系统、供气系统及方法

说明书

本发明公开了一种大缸径气体发动机的湍流射流点火系统、供气系统及方法，湍流射流点火系统包括：预燃室，所述预燃室通过多个流体通路在主燃烧室内形成空间伞状分布式点火源；火花塞，设置在所述预燃室上，用于点燃预燃室内混合气；预燃室气体喷射阀，通过气体输送管路和单向阀与预燃室连接，用于定时定量地向预燃室内喷射辅助气体。供气系统包括控制器和上述的湍流射流点火系统，控制器用于控制预燃室供气和主燃烧室进气通道的燃料供应。本发明可以在预燃室和主燃烧室之间形成精准的分层燃烧；预燃室内混合燃烧产生的湍流射流可以在主燃烧室内形成伞状点火源分布，有效缩短火焰传播距离，加快主燃烧室内混合气燃烧速度。

技术领域

本发明涉及大缸径气体发动机技术领域，尤其涉及一种大缸径气体发动机的湍流射流点火系统、供气系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

气缸直径大于180mm的大缸径气体发动机采用天然气作为燃料，应用领域包括内河船舶动力、石油钻井动力和气体发电机组等，是具有广阔应用潜力的机型。为了提高发动机的燃烧热效率，降低氮氧化物排放，提出了在缸内组织稀薄燃烧这一技术路线。然而，天然气火焰传播速度慢，稀薄燃烧特性差，大缸径气体发动机燃烧室内火焰传播距离长等问题使发动机在稀薄燃烧工况下的动力性和经济性变差。基于此，湍流射流点火系统应运而生，包含预燃室的湍流射流点火系统在主燃烧室内形成多点分布式着火，有效缩短了主燃烧室内火焰传播距离，同时高速射流从预燃室进入主燃烧室，增强了主燃烧室内气流扰动，从而加快了火焰传播速度，因此，针对大缸径气体发动机组织稀薄燃烧面临的难题，湍流射流点火系统是有效解决方案。

湍流射流点火系统组织稀薄燃烧的关键是将预燃室内燃烧产生的热能最大限度地转化为射流的动能和内能，使高温高速的湍流射流在主燃烧室内形成多个分布式点火源，从而快速点燃稀混合气，由此可知，影响射流能量的关键因素是在预燃室内开展的燃烧过程。然而，经过膨胀和排气冲程后，预燃室内充满了燃烧残余废气，并且因为受到结构限制，气门重叠期内难以通过主燃烧室的进、排气过程对预燃室组织有效的扫气，导致点火时预燃室内残余废气浓度过高，对燃烧过程产生消极影响，削弱了湍流射流点火能力。对于未采用额外燃料供应的被动式预燃室，预燃室内混合气与主燃烧室内混合气的当量比相同，此时为了保证发动机稳定运行，混合气当量比要求必须大于0.63，难以实现稳定稀薄燃烧。此外，预燃室连接通道在主燃烧室内的不当布置也会影响湍流射流在主燃烧室内的点火过程，比如，湍流射流在主燃烧室内的不均匀空间分布以及较小射流贯穿距，会降低射流的点火能力，导致引燃效果较差；又如射流喷射出口过于靠近主燃烧室侧壁或活塞顶面，在射流喷射过程中可能会发生射流撞壁现象，导致较高的射流壁面传热损失，降低射流的点火能量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种大缸径气体发动机的湍流射流点火系统、供气系统及方法，湍流射流点火系统可以在主燃烧室内形成空间多点均匀分布式点火源，能够实现大缸径气体发动机稀薄燃烧，解决预燃室内燃烧残余废气浓度高，发动机点火和燃烧稳定性差的问题。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种大缸径气体发动机的湍流射流点火系统，包括：

预燃室，所述预燃室通过多个流体通路分别与主烧燃室连通；

预燃室气体喷射阀，通过气体输送管路和单向阀与预燃室连接，用于定时定量地向预燃室内喷射辅助气体；

火花塞，设置在所述预燃室上，所述火花塞的点火电极探入预燃室内；

至少一个流体通路设置在所述预燃室的底部中心处，所述流体通路的中心轴线平行于所述预燃室的中心轴线。

作为进一步地方案，设置在所述预燃室的底部中心处的流体通路为圆柱形台阶孔，所述圆柱形台阶孔的半径由预燃室向主燃烧室方向依次递增。