一种天然气发动机预燃室点火装置

技术领域

本发明属发动机技术领域，具体涉及一种天然气发动机预燃室点火装置。

背景技术

预燃室点火技术是一种有效改善天然气发动机燃烧和排放性能的技术措施。相比常规火花塞点火方式，其在工作过程中火花塞会首先会引燃预燃室内的天然气混合气，使得预燃室内气体的压力和温度快速上升，进而会将预燃室内的高温混合物喷入到发动机汽缸内、点燃汽缸内混合气。相较于火花塞点火，预燃室点火可使发动机气缸获得更多的点火点、更快的火焰传播速度，从而提升发动机热效率以及降低有害污染物排放。

对于目前常用的天然气预燃室点火装置，预燃室内可燃混合主要来源于发动机气缸压入的混合气，预燃室内的混合气浓度无法独立调控，进而当天然气发动机采用稀释燃烧模式时其预燃室内的可燃混合气浓度也会较低，致使预燃室混合气的释热量会显著减小，对天然气发动机稀释燃烧时的性能实际改善效果极为有限，甚至还会引发恶化。在预燃室内设置单独燃料供给系统、实现预燃室混合气浓度高柔性调节，是解决该问题的一种有效技术方案，但当前的独立燃料供给系统大多通过增设电磁控制式喷射器来实现，一方面会使生产和制造成本显著升高，另一方面布置安装较为困难；特别，受散热、磨损等问题的影响，其还存在使用可靠性的问题。

此外，当前预燃室点火装置的火花塞大多置于预燃室的顶部，其工作时也会首先点燃预燃室顶部的可燃混合气，进而在顶部混合气温升和压升作用下会使得预燃室头部的大量混合气在未被燃烧/充分燃烧的情况下即被推进发动机气缸，造成预燃室可燃混合气的利用率较差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种可实现预燃室天然气独立供给、混合气浓度高柔性调控及提高预燃室混合气利用率的高集成、低成本预燃室点火装置。

本发明的天然气发动机预燃室点火装置由缸盖A、预燃室下体B、喷气嘴C、预燃室上体组件D、控制柱塞组件E、天然气高压供给系统F、压板G、凸轮1、凸轮轴2、螺栓组3和火花塞4组成，所述的缸盖A上设有通孔a5、通孔b7、螺纹安装孔8和进气道6；所述的预燃室下体B上设有射流孔9、燃烧腔10及火花塞安装孔11；所述的预燃室上体组件D由预燃室上体D1、堵头a14、弹簧a15、堵头b16、密封圈a17、密封圈b18、堵头c19、堵头d20、堵头e21和滚球22组成，其中预燃室上体D1上设有连接环台a23、连接环台b24、滚珠安装孔25、气道b26、气道c27、气道d28、柱塞安装孔a29、气道e30、气道f31、堵头安装孔32、气道g33、气道h34、气道i35；所述的控制柱塞组件E由控制柱塞E1、弹簧36和环块37组成；所述的天然气高压供给系统F由电控调压阀41、天然气减压阀42、高压储气罐43、单向阀44、调压阀45组成，天然气减压阀42右端与高压储气罐43连接，天然气减压阀42左端与缸盖A的进气道6连通，天然气减压阀42下端与电控调压阀41连通；电控调压阀41与压板G的气道m46连通；单向阀44一端与缸盖A的进气道6连通，一端与缸盖A调压阀45连通，调压阀45下端与压板G的气道n48连通；所述的压板G上设有气道m46、柱塞安装孔b47、气道n48；气道m46与预燃室上体D1的气道d28连通；气道n48与预燃室上体D1的气道e30连通；柱塞安装孔b47与预燃室上体D1的柱塞安装孔a29连通，并且孔径一致；所述预燃室下体B安装于缸盖A的通孔a5内，并与预燃室上体D1的连接环台a23固接，预燃室下体B下端伸入至发动机气缸内，燃烧腔10通过射流孔9与发动机气缸相通；喷气嘴C固接于预燃室上体D1的连接环台b24上；预燃室上体组件安装于缸盖A的通孔b7内；控制柱塞组件E安装在预燃室上体D1及压板G的柱塞安装孔a29、柱塞安装孔b47内，控制柱塞E1与柱塞安装孔a29、柱塞安装孔b47间隙配合；压板G由螺栓组3固接于缸盖A上与预燃室上体D1顶端连接；凸轮2固接于凸轮轴1上，置于环块37上方，并与环块37滑动连接；天然气高压供给系统F的电控调压阀41与气道m46连接，调压阀45与气道n48连接，天然气减压阀42、单向阀44与缸盖A进气道6连接；火花塞4左部与缸盖A的螺纹孔8和预燃室下体B的火花塞安装孔11螺纹连接。

所述缸盖A的通孔a5与通孔b7上下连通；通孔a5直径小于通孔b7；螺纹安装孔8与通孔a5左右连通。

所述预燃室下体B的火花塞安装孔11与燃烧腔10连通，射流孔9与燃烧腔10连通。

所述的喷气嘴C上设有喷气孔12、气道a13，喷气孔12与气道a13连通，用于给燃烧腔29独立供给天然气。

所述的预燃室上体组件D的预燃室上体D1上设有连接环台a23、连接环台b24、滚珠安装孔25、气道b26、气道c27、气道d28、柱塞安装孔a29、气道e30、气道f31、堵头安装孔32、气道g33、气道h34、气道i35，预燃室上体D1的滚珠安装孔25、气道b26、气道c27、气道d28、柱塞安装孔a29、气道e30、气道f31、气道g33、气道h34及气道i35相通；滚珠安装孔25的孔径大于气道b26的孔径，用于限制滚珠位置；所述弹簧a15和滚球22置于滚珠安装孔25内，滚球22一端与弹簧a15连接，一端与气道b26连接；弹簧a15一端与滚球22连接，另一端与堵头a14连接；堵头b16固接于气道c27外侧；密封圈a17安装于气道d28外侧；密封圈b18安装于气道d28外侧；堵头c19固接于气道f31外侧；堵头d20固接于堵头安装孔32内；堵头e21固接于气道g33外侧。

所述的控制柱塞组件E的控制柱塞E1上设有气道j38、导气环台39、气道l40，导气环台39、气道l40及气道j38连通；环块37固接于控制柱塞E1上；弹簧b36上端与环块37连接，下端与压板G连接。

本发明的工作过程如下：

发动机在进气门开启时，凸轮1随着凸轮轴2转动，凸轮1驱动环块37下行，气道c27与导气环台39连通，高压储气罐43内天然气经天然气减压阀42、电控调压阀41减压后依次通过气道m46、气道d28、气道c27、导气环台39、气道l40、气道j38、柱塞安装孔a29、气道g33、气道h34、气道b26进入滚珠安装孔25，高压天然气推动滚珠22向左移动，滚珠安装孔25与气道i35连通，随后高压天然气依次通过气道i35、气道a13、喷气孔12进入燃烧腔10内；一段时间后，ECU控制凸轮轴2带动凸轮1转动，在弹簧b36的驱动下，环块37带动控制柱塞E1上行，气道l40与气道f31连通，同时气道c27与导气环台39断开，天然气停止供给，滚珠安装孔25、气道b26、气道g33、气道h34、柱塞安装孔a29、气道j38内残余的高压天然气经气道l40、气道f31、气道e30、气道n48、调压阀45、单向阀44后流入发动机进气道6，滚珠安装孔25内天然气压力降低，弹簧a15驱动滚珠22向右移动，切断了气道b26与气道i35的连通，随着活塞上行，燃烧腔10不断被压入空气形成混合气，当发动机需要点火时，火花塞4跳火，引燃燃烧腔10内的混合气，燃烧腔10内的高温气体以热射流的形式经多个射流孔9喷出。

火花塞4布置于燃烧腔10侧边，使得火焰核心在燃烧腔的中部产生，火焰向燃烧腔的上部和下部同时发展，可以减少经射流孔9喷出的未燃物，进一步提高燃烧腔9内的燃烧强度，有效提高热射流的强度。

调压阀45是为减缓气道内天然气压力降低速率，防止滚珠22的冲击载荷过大，导致机构寿命降低，单向阀44是为了防止发动机进气道6内的气体倒流入机构气道内。

本发明能优化天然气预燃室射流点火装置的可燃混合气的形成过程，实现预燃室内扫气，有效的降低预燃室内的残余废气量，提高预燃室内的燃烧效率，可以有效的提高天然气热射流的强度，进一步提高天然气热射流发动机燃烧稳定性，以及有效地抑制爆震。

附图说明

图1为天然气发动机预燃室点火装置的结构示意图；

图2为缸盖A的结构示意图；

图3为预燃室下体B的结构示意图；

图4为喷气嘴C的结构示意图；

图5为预燃室上体组件D的结构示意图；

图6为预燃室上体D1的结构示意图；

图7为控制柱塞组件E的结构示意图；

图8为控制柱塞E1的结构示意图；

图9为天然气高压供给系统F的结构示意图；

图10为压板G的结构示意图；

其中：A.缸盖B.预燃室下体C.喷气嘴D.预燃室上体组件E.控制柱塞组件F.天然气高压供给系统G.压板1.凸轮；2.凸轮轴；3.螺栓组；4.火花塞；5.通孔a；6.进气道；7.通孔b；8.螺纹孔；9.射流孔；10.燃烧腔；11.火花塞安装孔；12.喷气孔；13.气道a；14.堵头a；15.弹簧a；16.堵头b；17.密封圈a；18.密封圈b；19.堵头c；20.堵头d；21.堵头e；22.滚球；23.连接环台a；24.连接环台b；25.滚珠安装孔；26.气道b；27.气道c；28.气道d；29.柱塞安装孔a；30.气道e；31.气道f；32.堵头安装孔；33.气道g；34.气道h；35.气道i；36.弹簧b；37.环块；38.气道j；39.导气环台；40.气道l；41.电控调压阀；42.天然气减压阀；43.高压储气罐；44.单向阀；45.调压阀；46.气道m；47.柱塞安装孔b；48.气道n。

具体实施方式

如图1所示，本发明的天然气发动机预燃室点火装置由缸盖A、预燃室下体B、喷气嘴C、预燃室上体组件D、控制柱塞组件E、天然气高压供给系统F、压板G、凸轮1、凸轮轴2、螺栓组3和火花塞4组成，所述的缸盖A上设有通孔a5、通孔b7、螺纹安装孔8和进气道6；所述的预燃室下体B上设有射流孔9、燃烧腔10及火花塞安装孔11；所述的预燃室上体组件D由预燃室上体D1、堵头a14、弹簧a15、堵头b16、密封圈a17、密封圈b18、堵头c19、堵头d20、堵头e21和滚球22组成，其中预燃室上体D1上设有连接环台a23、连接环台b24、滚珠安装孔25、气道b26、气道c27、气道d28、柱塞安装孔a29、气道e30、气道f31、堵头安装孔32、气道g33、气道h34、气道i35；所述的控制柱塞组件E由控制柱塞E1、弹簧36和环块37组成；所述的天然气高压供给系统F由电控调压阀41、天然气减压阀42、高压储气罐43、单向阀44、调压阀45组成，天然气减压阀42右端与高压储气罐43连接，天然气减压阀42左端与缸盖A的进气道6连通，天然气减压阀42下端与电控调压阀41连通；电控调压阀41与压板G的气道m46连通；单向阀44一端与缸盖A的进气道6连通，一端与缸盖A调压阀45连通，调压阀45下端与压板G的气道n48连通；所述的压板G上设有气道m46、柱塞安装孔b47、气道n48；气道m46与预燃室上体D1的气道d28连通；气道n48与预燃室上体D1的气道e30连通；柱塞安装孔b47与预燃室上体D1的柱塞安装孔a29连通，并且孔径一致；所述预燃室下体B安装于缸盖A的通孔a5内，并与预燃室上体D1的连接环台a23固接，预燃室下体B下端伸入至发动机气缸内，燃烧腔10通过射流孔9与发动机气缸相通；喷气嘴C固接于预燃室上体D1的连接环台b24上；预燃室上体组件安装于缸盖A的通孔b7内；控制柱塞组件E安装在预燃室上体D1及压板G的柱塞安装孔a29、柱塞安装孔b47内，控制柱塞E1与柱塞安装孔a29、柱塞安装孔b47间隙配合；压板G由螺栓组3固接于缸盖A上与预燃室上体D1顶端连接；凸轮2固接于凸轮轴1上，置于环块37上方，并与环块37滑动连接；天然气高压供给系统F的电控调压阀41与气道m46连接，调压阀45与气道n48连接，天然气减压阀42、单向阀44与缸盖A进气道6连接；火花塞4左部与缸盖A的螺纹孔8和预燃室下体B的火花塞安装孔11螺纹连接。

如图2所示，所述缸盖A的通孔a5与通孔b7上下连通；通孔a5直径小于通孔b7；螺纹安装孔8与通孔a5左右连通。

如图3所示，所述的预燃室下体B上设有射流孔9、燃烧腔10及火花塞安装孔11，火花塞安装孔11与燃烧腔10连通；射流孔9与燃烧腔10连通；预燃室下体B下端伸入至发动机气缸内，燃烧腔10通过射流孔9与发动机气缸相通。

如图4所示，所述的喷气嘴C上设有喷气孔12、气道a13；喷气孔12与气道a13连通，用于给燃烧腔29独立供给天然气。

如图5至图6所示，所述的预燃室上体组件D由预燃室上体D1、堵头a14、弹簧a15、堵头b16、密封圈a17、密封圈b18、堵头c19、堵头d20、堵头e21和滚球22组成，其中预燃室上体D1上设有连接环台a23、连接环台b24、滚珠安装孔25、气道b26、气道c27、气道d28、柱塞安装孔a29、气道e30、气道f31、堵头安装孔32、气道g33、气道h34、气道i35，预燃室上体D1的滚珠安装孔25、气道b26、气道c27、气道d28、柱塞安装孔a29、气道e30、气道f31、气道g33、气道h34及气道i35相通；滚珠安装孔25的孔径大于气道b26的孔径，用于限制滚珠位置；所述弹簧a15和滚球22置于滚珠安装孔25内，滚球22一端与弹簧a15连接，一端与气道b26连接；弹簧a15一端与滚球22连接，另一端与堵头a14连接；堵头b16固接于气道c27外侧；密封圈a17安装于气道d28外侧；密封圈b18安装于气道d28内；堵头c19固接于气道f31外侧；堵头d20固接于堵头安装孔32外侧；堵头e21固接于气道g33外侧。

如图7至图8所示，所述的控制柱塞组件E由控制柱塞E1、弹簧36和环块37组成，其中控制柱塞E1上设有气道j38、导气环台39、气道l40，导气环台39、气道l40及气道j38连通；环块37固接于控制柱塞E1上；弹簧b36上端与环块37连接，下端与压板G连接。

如图9所示，所述的天然气高压供给系统F由电控调压阀41、天然气减压阀42、高压储气罐43、单向阀44、调压阀45组成，天然气减压阀42右端与高压储气罐43连接，左端与缸盖A进气道6连通，下端与电控调压阀41连通；电控调压阀41与压板G的气道m46连通；单向阀44一端与缸盖A进气道6连通，一端与缸盖A调压阀45连通；调压阀45下端与压板G的气道n48连通。

如图10所示，所述的压板G上设有气道m46、柱塞安装孔b47、气道n48；气道m46与预燃室上体D1的气道d28连通；气道n48与预燃室上体D1的气道e30连通；柱塞安装孔b47与预燃室上体D1的柱塞安装孔a29连通，并且孔径一致。