[实用新型]一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置

说明书

本实用新型公开了一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，包括火花塞(1)、预燃室喷射器(2)、主燃室喷射器(3)和预燃室主体(4)；预燃室主体(4)设置在主燃烧室(6)上，预燃室主体(4)内部开设有预燃室腔体(5)，预燃室喷射器(2)和预燃室火花塞(1)分别安装在预燃室主体(4)一侧上的两个不同位置，且预燃室喷射器(2)头部和预燃室火花塞(1)头部伸入预燃室腔体(5)内部，预燃室腔体(5)与主燃烧室(6)之间通过喷孔连通；主燃烧室喷射器(3)固定在预燃室主体(4)的另一侧且头部伸入到主燃烧室(6)中。本实用新型能够有效拓宽低碳\零碳燃料的使用性能，有助于广泛推广与应用。

技术领域

本实用新型属于内燃机技术领域，具体涉及一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置。

背景技术

随着温室效应的不断加剧，以及国内“碳中和”与“碳达峰”目标的驱动下，发动机燃用低碳/零碳燃料(天然气、氢气、氨等)替代传统化石燃料，以减少碳排放成为行业发展的趋势和研究的热点。然而，对于低碳燃料/零碳燃料而言，其发化学反应活化能较高、低温活性弱、发生自着火的热力学条件较为苛刻；尤其对于氨燃料还存在点火能量高、自由基传播速度慢、可燃极限窄等问题。因此，目前上述低碳/零碳燃料一般采用火花塞点燃预混气体的方式组织燃烧。然而，这种燃烧组织方式在高速大负荷情况下，预混气体的自着火可能会造成早燃、爆燃等不正常的燃烧现象，因此限制了发动机的压缩比和热效率的进一步高；此外由于壁面淬熄的作用，近壁面处的部分燃料未能完全燃烧会造成污染物排放。目前，少部分低碳/零碳燃料采用直喷高活性的燃料(如柴油)引燃高燃点的燃料的方式实现高燃点燃料的着火燃烧。但双燃料燃烧系统结构复杂，不利于低碳/零碳燃料的推广应用。传统的射流点火装置一方面用于点燃式发动机中替代火花塞，实现预混气体的稀薄燃烧；另一方面用于控制压燃式发动机高活性的长碳链燃料(如柴油)的着火时刻，即射流控制压燃；而本实用新型提出的基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置能够实现高燃点的低碳/零碳燃料在压燃式发动机上的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，其用于解决活化能较高、低温活性较差、发动机工作条件下难以压燃的低碳\零碳燃料(天然气、氨气等)在压燃式发动机上应用所面临的挑战，实现在较宽的工况条件下低碳\零碳燃料能够可靠压燃且稳定燃烧，以提高压燃式发动机的压缩比及热效率，同时降低有害排放物和温室气体二氧化碳的排放，促进绿色燃料的推广与应用。

本实用新型采用如下技术方案来实现的：

一种基于火焰射流控制的高燃点燃料压燃及燃烧调控装置，包括火花塞、预燃室喷射器、主燃室喷射器和预燃室主体；

预燃室主体设置在主燃烧室上，预燃室主体内部开设有预燃室腔体，预燃室喷射器和预燃室火花塞分别安装在预燃室主体一侧上的两个不同位置，且预燃室喷射器头部和预燃室火花塞头部伸入预燃室腔体内部，预燃室腔体与主燃烧室之间通过喷孔连通；主燃烧室喷射器固定在预燃室主体的另一侧且头部伸入到主燃烧室中。

本实用新型进一步的改进在于，预燃室喷射器用于向预燃室腔体内提供预设量的高燃点燃料，形成设定当量比的可燃混合气。

本实用新型进一步的改进在于，高燃点燃料为天然气、氨燃料或氢气燃料。

本实用新型进一步的改进在于，预燃室火花塞用于点燃预燃室腔体内部的可燃混合气，形成火焰。

本实用新型进一步的改进在于，火焰能够通过喷孔加速后，向主燃烧室内喷射出高温的含有大量活性自由基的火焰射流。

本实用新型进一步的改进在于，主燃烧室喷射器用于向主燃烧室内提供高燃点燃料，在高温和活性自由基的作用下高燃点燃料着火，然后随着燃料扩散燃烧。

本实用新型进一步的改进在于，预燃室喷射器和预燃室火花塞的夹角不超过90°。