專利名稱：自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置及其方法，它適用于多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)、直噴式多種燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)、代用燃料(如甲醇、乙醇等)直噴式往復(fù)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，特別適用于強(qiáng)載發(fā)動機(jī)及點(diǎn)火處于異常惡劣工況的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火。
目前世界上只有美國研制出多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，并計(jì)劃九十年代將推出SCORE70、SCORE170、SCORE580系列多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。但都一直沿用火花塞點(diǎn)火方案，而火花塞點(diǎn)火方案有許多缺點(diǎn)①多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)燃燒室氣體流場極不穩(wěn)定，混合氣的混合比分布規(guī)律變化激烈，必須具有足夠長的火花持續(xù)時(shí)間才能保證點(diǎn)火可靠。美國CurtissWright公司研制了專門設(shè)備，以控制持續(xù)振蕩時(shí)間方式來延長火花持續(xù)時(shí)間，但長的火花持續(xù)時(shí)間與大的點(diǎn)火能量導(dǎo)致了火花塞電極的加速燒蝕;②轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的火花塞位置處于缸體內(nèi)的熱弧區(qū)，不象往復(fù)發(fā)動機(jī)那樣每循環(huán)均可借新鮮充氣沖刷，冷卻火花塞，因溫度高，對火花塞的材料、結(jié)構(gòu)、工藝要求很高。同時(shí)延長火花持續(xù)時(shí)間的專門設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴;③當(dāng)燃燒象柴油等汽化性能差的燃料時(shí)，燃油容易沾污火花塞電極，導(dǎo)致電極跳火失效;④火花點(diǎn)火方案雖可提高放電能量，但都在焦耳能級以下，由于火花穿過的空間非常小，且混合氣的混合比分布規(guī)律變化激烈，故即使在不變工況下實(shí)際著火正時(shí)變化也大;⑤火花點(diǎn)火的點(diǎn)火正時(shí)與噴油正時(shí)共同控制著火正時(shí)，對不同工況則各有其本身的最佳值，難以統(tǒng)一與控制。以上就是內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和缺點(diǎn)。由于發(fā)動機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速工況變化范圍大，其中每循環(huán)噴油量變化一般達(dá)10倍以上，轉(zhuǎn)速變化一般達(dá)3～6倍。若只采用簡單的加強(qiáng)或減小電熱塞的散熱方法，絕不能滿足全部工況點(diǎn)火的要求。為了解決內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和缺點(diǎn)，發(fā)明人創(chuàng)造性地研制、設(shè)計(jì)了自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火裝置及其點(diǎn)火方法，巧妙地完全克服了上述各方面的問題和缺點(diǎn)。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便、安全、可靠。
本發(fā)明主要包括自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火裝置及其點(diǎn)火方法。該裝置由連接套、電熱塞、耐熱保溫套組成，其結(jié)構(gòu)圖如附圖所示。該裝置的特征包括(a)它是在電熱塞芯部外加耐熱保溫套構(gòu)成，耐熱保溫套的材料應(yīng)為耐熱溫度不低于800℃的1Cr14NiTi、Cr18Si2、4Cr10Si2Mo、1Cr18Ni9Ti、Cr17Al4Si等材料;(b)電熱塞芯部與耐熱保溫套間的間隙△S根據(jù)兩者材料的線膨脹系數(shù)決定，應(yīng)控制在△S＝ (φB-φA)/2 ＝(0.08～0.25)mm范圍內(nèi)(其中φB保溫套內(nèi)徑、φA為電熱塞芯部外徑);(c)電熱塞芯與保溫套內(nèi)孔的端部軸向間隙△C＝1.0～1.5mm;(d)連接套與耐熱保溫套間的徑向間隙為 (φQ-φP)/2 ＝(0.5～0.7)mm(其中φQ為連接套孔徑;φP為耐熱保溫套外徑)，保溫套厚1～1.5mm;(e)連接套與缸體的連接螺紋長度D＝13～15mm;(f)耐熱保溫套外露于連接套端部的長度H＝6～8mm。本發(fā)明的另一部分是自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火方法，其特點(diǎn)是因自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火裝置的電熱塞芯部與耐熱保溫套之間有合適的間隙，當(dāng)發(fā)動機(jī)需起動時(shí)，電熱塞接通電源，經(jīng)40～60秒，電熱塞芯部溫度迅速升高(高達(dá)800℃以上)，其直徑受熱膨脹而增大，電熱塞芯部與耐熱保溫套間的間隙消失而成一整體，電熱塞芯部與耐熱保溫套直接導(dǎo)熱，導(dǎo)熱熱阻很小，因耐熱保溫套薄而溫度迅速升高及保溫套散熱(包括其根部導(dǎo)體與保溫套間內(nèi)向外徑向輻射傳熱)約在800℃下達(dá)達(dá)熱平衡，這樣便由耐熱保溫套對混合氣體進(jìn)行熱面點(diǎn)火，發(fā)動機(jī)便起動、正常運(yùn)轉(zhuǎn)，熱流方向從電熱塞芯部流向耐熱保溫套。發(fā)動機(jī)起動后，切斷電熱塞電源，燃燒氣體對耐熱保溫套加熱，但電熱塞芯部因斷電而溫度下降并收縮，電熱塞芯部與耐熱保溫套之間恢復(fù)間隙，傳熱方式主要是輻射，熱流方向是從耐熱保溫套流向芯部，傳熱熱阻很大，電熱塞受到保護(hù)。本發(fā)明的自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火方法，其著火正時(shí)只由噴油正時(shí)控制、點(diǎn)火能量大、點(diǎn)火熱面大，在整個(gè)燃燒過程均起點(diǎn)火作用，實(shí)際著火正時(shí)穩(wěn)定，點(diǎn)火非?？煽俊?br> 本發(fā)明創(chuàng)造性地完全克服了現(xiàn)有技術(shù)中火花塞點(diǎn)火存在的問題和缺點(diǎn)。發(fā)明人在多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)上采用了自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火裝置及其方法進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)和考核，發(fā)動機(jī)均工作穩(wěn)定、可靠，并經(jīng)超速試驗(yàn)點(diǎn)火正常。未發(fā)現(xiàn)耐熱保溫套完好的情況下電熱塞損壞現(xiàn)象，同時(shí)完全沒出現(xiàn)而且也不可能出現(xiàn)因燃油沾污火花塞電極而跳火失效的現(xiàn)象。多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火處于最惡劣的工況條件下，本發(fā)明的自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火裝置也能正常工作，且更能適用于直噴式多種燃料往復(fù)發(fā)動機(jī)及代用燃料直噴式點(diǎn)火發(fā)動機(jī)。本發(fā)明還能為多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)在燃燒室組織氣體軸向擾動的情況下，實(shí)現(xiàn)單噴油泵、單噴油器的燃燒系統(tǒng)創(chuàng)造條件。
對


如下附圖是自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)圖。圖中1為電熱塞;2為連接套;3為耐熱保溫套;φP為耐熱保溫套外徑;φQ為連接套孔徑;φB為耐熱保溫套內(nèi)徑;φA為電熱塞芯部外徑;D為連接套與缸體的連接螺紋長度;H為保溫套外露于連接套端部的長度;△C為電熱塞芯與保溫套內(nèi)孔端部軸向間隙。
發(fā)明人對自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火裝置及其點(diǎn)火方法進(jìn)行了多年研制和反復(fù)試驗(yàn)，按本說明書所述的該裝置結(jié)構(gòu)及其點(diǎn)火方法去做，就能較好實(shí)施。發(fā)明人實(shí)施過多例，其中一實(shí)施例如下發(fā)動機(jī)型號GZ1型多種燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。
電熱塞型號EC-100型。
耐熱保溫套材料1Cr14NiTi耐熱保溫套尺寸內(nèi)徑φB＝5.2mm;
外徑φP＝7mm;
連接套與缸體的連接螺紋長D＝14mm;
保溫套外露于連接套端部長度H＝7mm;
連接套與保溫套間隙為0.5mm;
噴油器噴孔到保溫套距離為10mm;
保溫套端伸入噴油器通道孔深3mm。
權(quán)利要求
一種包括連接套、電熱塞芯部、耐熱保溫套構(gòu)成的自控保溫?zé)崦纥c(diǎn)火裝置及其點(diǎn)火方法，其特征在于(a)在電熱塞芯部外加耐熱保溫套，耐熱保溫套材料應(yīng)為耐熱溫度不低于850℃的材料，電熱塞芯部與耐熱保溫套間的間隙ΔS由兩材料的線膨脹系數(shù)決定，ΔS= (φB-φA)/2 =(0.05～0.15)mm(其中φB為耐熱保溫套內(nèi)徑，φA為電熱塞芯部外徑)，電熱塞芯與耐熱保溫套內(nèi)孔的端部軸向間隙ΔC=1.0～1.5mm，連接套與耐熱保溫套間的徑向間隙為 (φQ-φP)/2 =(0.5～0.7)mm(其中φQ連接套孔徑，φP為耐熱保溫套外徑)，保溫套厚1～1.5mm，連接套與缸體的連接螺紋長度D=13～15mm，保溫套外露于連接套端部的長度H=6～8mm；(b)該裝置的點(diǎn)方法是電熱塞芯與耐熱保溫套間有合適間隙，[ΔS= (φB-φA)/2 =(0.05～0.15)mm，ΔC=1.0～1.5mm，徑向間隙 (φQ-φP)/2 =(0.5～0.7)mm]，發(fā)動機(jī)需起動時(shí)，電熱塞接通電源，電熱塞芯部溫度迅速升高，其直徑受熱膨脹而增大，電熱塞芯部與保溫套間間隙消失而成一整體，電熱塞芯部與耐熱保溫套直接導(dǎo)熱，因耐熱保溫套薄而溫度迅速升高，耐熱保溫套便對混合氣體進(jìn)行點(diǎn)火，發(fā)動機(jī)便起動，正常運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)起動后，切斷電源，燃燒氣體對耐熱保溫套加熱，但電熱塞芯部因斷電而溫度下降并收縮，電熱塞芯部與耐熱保溫套之間恢復(fù)間隙，傳熱熱阻很大，電熱塞受到保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明的自控?zé)崦纥c(diǎn)火裝置及其方法屬內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火。它適用于多種燃料轉(zhuǎn)子機(jī)、直噴式多種燃料往復(fù)式機(jī)及代用燃料直噴式往復(fù)機(jī)的點(diǎn)火，特別適用強(qiáng)載發(fā)動機(jī)及點(diǎn)火處于異常惡劣工況的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火。本裝置是在電熱塞芯部外加耐熱保溫套構(gòu)成，高溫的耐熱保溫套對混合氣進(jìn)行熱面點(diǎn)火。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉、點(diǎn)火穩(wěn)定、可靠，發(fā)動機(jī)工作穩(wěn)定。本發(fā)明完全克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和缺點(diǎn)，且為實(shí)現(xiàn)單噴泵、單噴油器的燃燒系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。
文檔編號F02B53/12GK1036815SQ89101039
公開日1989年11月1日 申請日期1989年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月28日
發(fā)明者余乃彪, 許俊銘 申請人:華南理工大學(xué)