一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统的制作方法

1.本发明属于天然气发动机燃烧技术领域，具体涉及一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统。

背景技术：

2.当前天然气发动机多采用当量比火花点火技术，受到火焰传播速度的影响，热效率普遍低于45％，提高热效率需要从燃烧模式上做突破。为了提高燃气机热效率，当前有预燃室射流引燃和缸内高压直喷hpdi两种主要的技术手段。
3.首先，预燃室射流点火技术是一种兼具好效果、易控制和低成本的点火方法，且该技术的点火能量比普通火花塞高两个数量级以上，可以实现多点点火，加快燃烧速度，提高燃气机热效率。预燃室射流引燃的工作原理在于，将大部分的预混燃气通过进气道引入缸内，而少量的燃气在压缩冲程中从缸内压入预燃室(被动式)或通过喷射器喷入预燃室，火花塞将预燃室中的燃气点燃后，火焰通过预燃室的射流孔进入缸内，进而从多点引燃缸内的预混天然气，降低失火率，加快燃烧速度，提升燃气机热效率。
4.然而，由于射流引燃技术中，缸内的天然气为预混燃气，预混燃烧需要考虑爆震的限制，只能在较低压缩比下进行，故对于热效率的提升有限。
5.其次，缸内高压直喷hpdi的工作原理在于，布置天然气和柴油两套供给喷射系统布置，使用较高的压缩比，喷入缸内的柴油被压燃着火，同时天然气通过喷射器以300bar左右的喷射压力，将天然气持续喷射进入缸内，进入缸内的天然气被着火的柴油引燃，以此在高压缩比下实现了天然气的扩散燃烧，提高了热效率同时避免的爆震的燃烧。
6.但hpdi技术需要布置两套供给和喷射系统，一套用于天然气喷射，一套用于柴油喷射，且布置较为复杂。
7.如专利201910491835.4，提供了一种点火室式发动机旋转射流燃烧系统，燃料混合气通过气道喷射进入缸内，射流室内低压喷射少量天然气，火花塞点燃混合气后火焰从射流孔射入主燃室内，同时带有螺旋槽结构的圆锥形射流孔加强了湍流。上述射流点火技术，天然气混合气通过气道喷射进去缸内，通过射流点火实现预混燃烧，只能在低压缩比下进行，否则将会产生爆震，限制了燃气机热效率的进一步提升。此外，高压直喷hpdi技术可通过柴油压燃点燃天然气，实现高压缩比下的燃烧，但需要柴油和天然气两套高压喷射系统，通过柴油引燃天然气，两套不同燃料的喷射系统的布置较为复杂，成本较高。

技术实现要素：

8.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统。
9.本发明采用的技术方案是：一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，包括预燃室、主燃室、设于预燃室的火花塞，所述预燃室与主燃室上下相互独立，所述预燃室顶部设有低压天然气喷孔，所述低压天然气喷孔一端连通外部低压天然气，另一端连通预
燃室，所述预燃室顶部设有高压天然气喷孔，所述高压天然气喷孔一端连通外部高压天然气，另一端连通主燃室，所述高压天然气喷孔通过设于预燃室内的高压天然气通道连通至主燃室；所述预燃室底部开设射流孔，所述射流孔一端与预燃室内连通，另一端与主燃室连通。
10.进一步优选的结构，所述射流孔包括6～9个分别位于高压天然气通道外侧。
11.进一步优选的结构，所述高压天然气通道贯穿于预燃室内部且与预燃室之间密封。
12.进一步优选的结构，所述射流孔与预燃室主轴线的夹角(即射流孔的喷射角度)为55
°
～75
°
。
13.进一步优选的结构，所述低压天然气喷孔的孔径范围是0.5～1.5mm；所述高压天然气喷孔的孔径范围是0.5～1mm。
14.进一步优选的结构，所述预燃室的体积是主燃室体积的1％～3％。
15.进一步优选的结构，所述高压天然气通道伸出预燃室1～2mm。
16.进一步优选的结构，所述高压天然气通道伸出预燃室的部分设有一圈多个高压天然气喷射孔，所述多个高压天然气喷射孔的喷射角度与射流孔喷射角度相差小于5
°
。
17.进一步优选的结构，所述低压天然气喷孔与所述高压天然气喷孔相互平行，且所述低压天然气喷孔与所述高压天然气喷孔之间的间隔距离是5～10mm。
18.进一步优选的结构，所述预燃室的轴线、主燃室的轴线、高压天然气通道的轴线同轴。
19.本发明可通过天然气单燃料喷射系统，在高压缩比下，实现预燃室射流多点点火，有效提高燃气机热效率。
20.本发明在于高压缩比下，提供一种单燃料喷射系统，实现天然气高压缸内直喷，预燃室多点点火的高效燃烧。
21.本发明通过一套供气系统，将少量天然气用于点火，通过预燃室的射流点火多点引燃喷入缸内的天燃气，加快天然气的燃烧速度，同时主燃料天然气由于是通过缸内直喷实现天然的扩散燃烧，可以保证高压缩比，避免爆震，从而实现较高的燃气机热效率。
22.本发明通过集低压天然气喷孔、高压天然气喷孔将少量天然气喷入预燃室中，通过火花塞进行点火，进而通过射流火焰将喷射器主喷的高压天然气多点引燃，实现缸内直喷的扩散燃烧，加快天然气的燃烧速度，并可以避免高压缩比下的爆震现象，实现较高的燃烧热效率。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图；
24.图2为本发明的预燃室局部示意图；
25.图3为图2中a处局部放大图。
26.图中，1-主燃室、2-预燃室、3-火花塞、4-低压天然气喷孔、5-射流孔、6-高压天然气喷孔、7-高压天然气通道。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.如图1-3所示，本发明包括预燃室2、主燃室1、设于预燃室2的火花塞3，预燃室2与主燃室1上下相互独立，预燃室2顶部设有低压天然气喷孔4，低压天然气喷孔4一端连通外部低压天然气，另一端连通预燃室2，预燃室2顶部设有高压天然气喷孔6，高压天然气喷孔6一端连通外部高压天然气，另一端连通主燃室1，高压天然气喷孔6通过设于预燃室2内的高压天然气通道7连通至主燃室1；预燃室2底部开设射流孔5，射流孔5一端与预燃室2内连通，另一端与主燃室1连通。
30.射流孔5包括6～9个分别位于高压天然气通道7外侧。
31.高压天然气通道7贯穿于预燃室2内部且与预燃室2之间密封。
32.射流孔5与预燃室2主轴线的夹角(即射流孔的喷射角度)为55
°
～75
°
。
33.低压天然气喷孔4的孔径范围是0.5～1.5mm；高压天然气喷孔6的孔径范围是0.5～1mm。
34.预燃室2的体积是主燃室1体积的1％～3％。
35.高压天然气通道7伸出预燃室21～2mm。
36.高压天然气通道7伸出预燃室2的部分设有一圈多个高压天然气喷射孔，多个高压天然气喷射孔的喷射角度与射流孔5喷射角度相差小于5
°
。
37.低压天然气喷孔4与高压天然气喷孔6相互平行，且低压天然气喷孔4与高压天然气喷孔6之间的间隔距离是5～10mm。
38.预燃室2的轴线、主燃室1的轴线、高压天然气通道7的轴线同轴。
39.本发明工作原理：预燃室2中通过低压天然气喷孔4将少量天然气低压喷射至预燃室2中，通过火花塞3进行点火，点燃的天然气火焰通过射流孔5向主燃室1扩散，高压天然气通过高压天然气喷孔6向主燃室1中喷射，同时被预燃室2的射流火焰点燃，实现缸内直喷的燃烧方式。
40.预燃室2的作用主要通过射流火焰将高压直喷的天然气点燃，低压天然气喷孔4位于预燃室2顶部偏右的位置，另一路高压天然气喷孔6则在顶部中心位置穿过预燃室2，部分天然气从低压天然气喷孔4进入预燃室2，通过火花塞3点燃，多束火焰从射流孔5向外传播。进而，高压喷射的天然气被引燃，实现多点着火。
41.本发明可通过天然气单燃料喷射系统，在高压缩比下，实现预燃室射流多点点火，有效提高燃气机热效率。
42.本发明在于高压缩比下，提供一种单燃料喷射系统，实现天然气高压缸内直喷，预燃室多点点火的高效燃烧。
43.本发明通过一套供气系统，将少量天然气用于点火，通过预燃室的射流点火多点
引燃喷入缸内的天燃气，加快天然气的燃烧速度，同时主燃料天然气由于是通过缸内直喷实现天然的扩散燃烧，可以保证高压缩比，避免爆震，从而实现较高的燃气机热效率。
44.本发明通过集低压天然气喷孔、高压天然气喷孔将少量天然气喷入预燃室中，通过火花塞进行点火，进而通过射流火焰将喷射器主喷的高压天然气多点引燃，实现缸内直喷的扩散燃烧，加快天然气的燃烧速度，并可以避免高压缩比下的爆震现象，实现较高的燃烧热效率。
45.应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
46.在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
47.用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
48.在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
49.应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
50.此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。
51.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：

1.一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，包括预燃室(2)、主燃室(1)、设于预燃室(2)的火花塞(3)，所述预燃室(2)与主燃室(1)上下相互独立，其特征在于：所述预燃室(2)顶部设有低压天然气喷孔(4)，所述低压天然气喷孔(4)一端连通外部低压天然气，另一端连通预燃室(2)，所述预燃室(2)顶部设有高压天然气喷孔(6)，所述高压天然气喷孔(6)一端连通外部高压天然气，另一端连通主燃室(1)，所述高压天然气喷孔(6)通过设于预燃室(2)内的高压天然气通道(7)连通至主燃室(1)；所述预燃室(2)底部开设射流孔(5)，所述射流孔(5)一端与预燃室(2)内连通，另一端与主燃室(1)连通。2.根据权利要求1所述的一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，其特征在于：所述射流孔(5)包括6～9个分别位于高压天然气通道(7)外侧。3.根据权利要求1所述的一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，其特征在于：所述高压天然气通道(7)贯穿于预燃室(2)内部且与预燃室(2)之间密封。4.根据权利要求1或2所述的一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，其特征在于：所述射流孔(5)与预燃室(2)主轴线的夹角为55
°
～75
°
。5.根据权利要求1所述的一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，其特征在于：所述低压天然气喷孔(4)的孔径范围是0.5～1.5mm；所述高压天然气喷孔(6)的孔径范围是0.5～1mm。6.根据权利要求1所述的一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，其特征在于：所述预燃室(2)的体积是主燃室(1)体积的1％～3％。7.根据权利要求1所述的一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，其特征在于：所述高压天然气通道(7)伸出预燃室(2)1～2mm。8.根据权利要求1或7所述的一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，其特征在于：所述高压天然气通道(7)伸出预燃室(2)的部分设有一圈多个高压天然气喷射孔，所述多个高压天然气喷射孔的喷射角度与射流孔(5)喷射角度相差小于5
°
。9.根据权利要求1所述的一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，其特征在于：所述低压天然气喷孔(4)与所述高压天然气喷孔(6)相互平行，且所述低压天然气喷孔(4)与所述高压天然气喷孔(6)之间的间隔距离是5～10mm。10.根据权利要求1所述的一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统，其特征在于：所述预燃室(2)的轴线、主燃室(1)的轴线、高压天然气通道(7)的轴线同轴。

技术总结

本发明公开了一种双针阀天然气直喷预燃室射流点火燃烧系统。它包括预燃室、主燃室、设于预燃室的火花塞，所述预燃室与主燃室上下相互独立，所述预燃室顶部设有低压天然气喷孔，所述低压天然气喷孔一端连通外部低压天然气，另一端连通预燃室，所述预燃室顶部设有高压天然气喷孔，所述高压天然气喷孔一端连通外部高压天然气，另一端连通主燃室，所述高压天然气喷孔通过设于预燃室内的高压天然气通道连通至主燃室；所述预燃室底部开设射流孔，所述射流孔一端与预燃室内连通，另一端与主燃室连通。本发明在高压缩比下，实现预燃室射流多点点火，天然气高压缸内直喷，有效提高燃气机热效率。效率。效率。