CN112211714A

CN112211714A - 一种气体发动机激波助燃预燃室结构

Info

Publication number: CN112211714A
Application number: CN202011067390.6A
Authority: CN
Inventors: 李越; 刘冰冰; 王明雨; 张少君; 刘刚
Original assignee: Shandong Jiaotong University
Current assignee: Shandong Jiaotong University
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2021-01-12

Abstract

本发明的目的在于提供一种气体发动机激波助燃预燃室结构，属于发动机技术领域，所述预燃室包括燃气喷射阀、喷气阀安装座、预燃室及火花塞；所述燃气喷射阀通过气阀压板安装于所述喷气阀安装座上；所述喷气阀安装座上加工有燃气入口；所述预燃室的一端与所述燃气喷射阀出口连接，另一端设置有预燃室喷孔出口，且所述预燃室中间的直径小于两端的直径；所述火花塞安装在预燃室中部，火花塞引线通过气缸盖内通孔引出。本发明实现燃气射流激波在预燃室内的多级反射叠加，促进燃气与空气的混合，并促进了燃烧火焰喷入主燃烧室，提高了气体发动机的着火稳定性和整机热效率。

Description

一种气体发动机激波助燃预燃室结构

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种气体发动机激波助燃预燃室结构。

背景技术

气体发动机已经成为国家节能减排的重要发展方向之一，随着气体发动机技术的不断发展，采用预燃室式燃烧室的气体发动机数量不断增多，这是因为与直喷式燃烧室相比较，在平均有效压力相同的条件下，预燃室式燃烧室的高压气体通过通孔进入主燃烧室，通孔截面小，节流作用强，使得主燃烧室内压力上升缓慢，最大燃烧压力低，燃烧产物中污染物浓度低，能够有效降低机械负荷以及燃烧噪音。

目前预燃室式稀薄燃烧气体发动机内，燃气和空气的预混效果比较差，这给气体发动机预燃室内的顺利点火形成了障碍。同时，还存在混合气在预燃室内燃烧速度慢，造成功率下降，整体热效率不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种气体发动机激波助燃预燃室结构，实现激波在预燃室内促进燃气与空气的混合，火花塞位置安装在激波三波点位置，促进点火特性，预燃室出口楔形体的设计，促进了燃烧火焰喷入主燃烧室，提高了气体发动机的着火稳定性和整机热效率。

基于上述目的，本发明提供了一种气体发动机激波助燃预燃室结构，包括燃气喷射阀、喷气阀安装座、预燃室及火花塞；所述燃气喷射阀通过气阀压板安装于所述喷气阀安装座上；所述喷气阀安装座上加工有燃气入口；所述预燃室的一端与所述燃气喷射阀出口连接，另一端设置有预燃室喷孔出口，且所述预燃室中间的直径小于两端的直径；所述火花塞安装在预燃室中部，火花塞引线通过气缸盖内通孔引出。

可选的，所述预燃室喷孔出口设置有出口楔形体以将所述预燃室喷孔出口分割为多个子喷孔出口。

可选的，所述子喷孔出口的数量为四个，且沿所述预燃室的径向均匀分布。

可选的，所述喷气阀压板上加工有四个螺栓安装孔，燃气喷射阀上安装有两道喷气阀密封环。

可选的，所述喷气阀安装座上加工有进气口，进气口头部加工有螺纹孔，且喷气阀安装座内加工有凸台，用于燃气喷射阀的固定。

可选的，所述预燃室包括第一级压缩坡道及第二级压缩通道，所述第一级压缩坡道的一端与所述喷气阀安装座连接，另一端与所述第二级压缩通道的一端连接，所述第二级压缩通道的另一端与所述预燃室喷孔出口连接。

可选的，所述第一级压缩坡道为渐缩结构，所述第二级压缩通道为等径圆柱形通道。

可选的，所述第一级压缩坡道、所述第二级压缩通道、所述预燃室喷孔出口以及所述出口楔形体一体成型。

可选的，所述燃气喷射阀还包括喷嘴，所述喷嘴部分伸入所述第一级压缩坡道。

可选的，所述预燃室喷孔出口连接的主燃烧室。

可选的，所述预燃室内嵌于气缸盖上。

可选的，所述主燃烧室上的气缸盖，所述喷气阀安装座通过螺栓固定于气缸盖上。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，通过将预燃室的结构设置为中间的直径小于两端的直径，从而可以将预燃室顶部燃气喷射产生的激波进行多级反射聚焦，在预燃室内实现激波的多级反射压缩聚焦，促进预燃室内燃油与空气的混合，并对预燃室内的混合气加热，火花塞安装在激波三波点位置，有助于预燃室内燃气的顺利点火，混合燃气着火后形成的高速燃气通过预燃室喷孔出口喷出射入发动机主燃烧室，从而提高了发动机的着火稳定性和整机热效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1、燃气喷射阀；2、喷气阀压板；3、喷气阀密封圈；4、喷气阀安装座；5、燃气入口；6、火花塞；7、火花塞引线；8、气缸盖；9、进气道；10、第一级压缩坡道；11、第二级压缩通道；12、出口楔形体；13、预燃室；14、预燃室出口；15、主燃烧室；

图2位本发明预燃室结构的局部放大图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图对本发明做更详细的描述：

如图1所示，本发明实施例所述一种气体发动机激波助燃预燃室结构，包括燃气喷射阀、喷气阀安装座、预燃室及火花塞；所述燃气喷射阀通过气阀压板安装于所述喷气阀安装座上；所述喷气阀安装座上加工有燃气入口；所述预燃室的一端与所述燃气喷射阀出口连接，另一端设置有预燃室喷孔出口，且所述预燃室中间的直径小于两端的直径；所述火花塞安装在预燃室中部，火花塞引线通过气缸盖内通孔引出。

本发明提供的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，通过将预燃室的结构设置为中间的直径小于两端的直径，从而可以将预燃室顶部燃气喷射产生的激波进行多级反射聚焦，在预燃室内实现激波的多级反射压缩聚焦，促进预燃室内燃气与空气的混合，并对预燃室内的混合气加热，火花塞点火位置位于激波三波点处，提高点火性能，混合燃气着火后形成的高速燃气通过预燃室喷孔出口喷出射入发动机主燃烧室，从而提高了发动机的着火稳定性和整机热效率。

可选的，所述预燃室喷孔出口（14）设置有出口楔形体（12）以将所述预燃室喷孔出口（14）分割为多个子喷孔出口。这样，混合燃气着火后形成的高速燃气通过出口楔形体，经出口楔形体压缩，会进一步在预燃室喷孔出口通道形成锥面激波，促进预燃室喷孔出口通道内的扰动，火焰通过预燃室喷孔出口通道射入发动机主燃烧室，进一步提高了发动机的着火稳定性和整机热效率。

其中，所述子喷孔出口的数量为四个，且沿所述预燃室的径向均匀分布。

其中，所述喷气阀压板上加工有四个螺栓安装孔，燃气喷射阀上安装有两道喷气阀密封环。

本实施例中，所述喷气阀安装座上加工有进气口，进气口头部加工有螺纹孔，且喷气阀安装座内加工有凸台，用于燃气喷射阀的固定。

在一些可选的实施例中，所述预燃室13包括第一级压缩坡道10及第二级压缩通道11，所述第一级压缩坡道10的一端与所述喷气阀安装座4连接，另一端与所述第二级压缩通道11的一端连接，所述第二级压缩通道11的另一端与所述预燃室喷孔出口14连接。所述第一级压缩坡道10为渐缩结构，所述第二级压缩通道11为等径圆柱形通道。

本实施例中，第一级压缩坡道10为渐缩结构，斜面法线与预燃室喷孔出口14轴线平行，第二级压缩通道11为等径圆柱型通道。燃气喷射阀1的燃气喷射产生的激波会首先在第一级压缩坡道10反射，再经由第二级压缩通道11集聚，形成激波反射聚焦，在实现预燃室强混合的前提下，加热预燃室腔体内的高浓度混合气。

其中，出口楔形体12布置于预燃室内腔第二级压缩通道14出口处，楔形体半顶角与第一级压缩坡道10倾角一致，燃烧的高速燃气快速冲击出口楔形体，形成锥面激波，加强燃气在预燃室喷孔出口的扰动，使火焰通过喷孔出口14快速喷入发动机主燃烧室内，火焰点燃发动机主燃烧室内的混合气。

可选的，所述第一级压缩坡道10、所述第二级压缩通道11、所述预燃室喷孔出口14以及所述出口楔形体12一体成型，所述第一级压缩坡道10、所述第二级压缩通道11直接连接，无圆角过度。预燃室喷孔出口14与第二级压缩通道11以及出口楔形体12连接，连接处未加工倒角结构。

如图1所示，所述燃气喷射阀1还包括喷嘴，所述喷嘴部分伸入所述第一级压缩坡道10。激波多级反射强预混预燃室结构还包括与所述预燃室喷孔出口7连接的主燃烧室15以及设置于所述主燃烧室15上的气缸盖8，所述燃气阀安装座4内嵌于气缸盖8。其中，所述喷气阀安装座4及预燃室安装于气缸盖8上，燃气阀安装座4布置于预燃室上方，燃气喷射阀1喷嘴布置于预燃室13顶部，所述预燃室喷孔出口14与主燃烧室15相连接。

其中，喷气阀安装座4为内嵌式凹坑结构，喷气阀压板2与安装座上表面接触压紧，喷气阀位置位于预燃室顶部，喷气阀安装座上加工有密封槽3，防止缸内气体通过喷气阀安装座漏气，喷气阀安装座4通过压板压紧在气缸盖8上。

预燃室13整体结构内嵌于气缸盖8上，预燃室下方加工有凸台结构，与气缸盖接触压紧，预燃室上方与喷气阀安装座4连接，下方与主燃烧室15通过喷孔出口14连接。

本发明所述一种气体发动机激波助燃预燃室结构，利用了高压燃气喷射下的激波现象，通过第一道渐缩压缩坡道以及第二道平行的压缩通道对燃气激波现象进行控制，在压缩通道内实现激波的多级反射，激波的多级反射叠加形成强扰动能够有效促进油气混合，并能对混合气进行预热，火花塞位于激波三波点位置，利于点火，混合气着火后形成的高速喷射气流经过出口楔形体压缩，会进一步在预燃室喷孔出口通道形成锥面激波，促进混合气在预燃室的着火和燃烧。本发明相对于传统的预燃室结构，充分利用预燃室内燃气喷射的激波现象，通过激波的多级反射实现良好的油气混合，能够有效提高预燃室发动机的着火性能。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，包括燃气喷射阀（1）、喷气阀安装座（4）、预燃室（13）及火花塞（6）；所述燃气喷射阀（1）通过喷气阀压板（2）安装于所述喷油器安装座（4）上；所述预燃室（13）的一端与所述燃气喷射阀（1）连接，另一端设置有预燃室喷孔出口（14），且所述预燃室（13）中间的直径小于两端的直径；所述火花塞（6）安装于预燃室（13）中部，火花塞引线（7）通过气缸盖（8）内通孔引出。

2.根据权利要求1所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，所述预燃室喷孔出口（14）设置有出口楔形体（13）以将所述预燃室喷孔出口（14）分割为多个子喷孔出口。

3.根据权利要求2所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，所述子喷孔出口的数量为四个，且沿所述预燃室的径向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，所述喷气阀压板（2）上加工有四个螺栓安装孔，燃气喷射阀（1）上安装有两道喷气阀密封环（3）。

5.根据权利要求1所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，所述喷气阀安装座（4）上加工有进气口（5），进气口头部加工有螺纹孔，且喷气阀安装座（4）内加工有凸台，用于燃气喷射阀（1）的固定。

6.根据权利要求1所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，所述预燃室（13）包括第一级压缩坡道（10）及第二级压缩通道（11），所述第一级压缩坡道（10）的一端与所述喷气阀安装座（4）连接，另一端与所述第二级压缩通道（11）的一端连接，所述第二级压缩通道（11）的另一端与所述预燃室喷孔出口（14）连接。

7.根据权利要求6所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，所述第一级压缩坡道（10）为渐缩结构，所述第二级压缩通道（11）为等径圆柱形通道。

8.根据权利要求6所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，所述第一级压缩坡道（10）、所述第二级压缩通道（11）、所述预燃室喷孔出口（14）以及所述出口楔形体（12）一体成型。

9.根据权利要求6所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，所述燃气喷射阀（1）还包括喷嘴，所述喷嘴部分伸入所述第一级压缩坡道（10）。

10.根据权利要求6所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，还包括与所述预燃室喷孔出口（14）连接的主燃烧室（15）。

11.根据权利要求6所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，预燃室内嵌于气缸盖（8）上。

12.根据权利要求10所述的一种气体发动机激波助燃预燃室结构，其特征在于，还包括设置于所述主燃烧室（15）上的气缸盖（8），所述喷气阀安装座（4）通过螺栓固定于气缸盖（8）上。