专利名称：自控保温热面点火装置及其方法
技术领域：
本发明属内燃机点火装置及其方法，它适用于多种燃料转子发动机、直喷式多种燃料往复式发动机、代用燃料(如甲醇、乙醇等)直喷式往复发动机点火，特别适用于强载发动机及点火处于异常恶劣工况的发动机点火。
目前世界上只有美国研制出多种燃料转子发动机，并计划九十年代将推出SCORE70、SCORE170、SCORE580系列多种燃料转子发动机。但都一直沿用火花塞点火方案，而火花塞点火方案有许多缺点①多种燃料转子发动机燃烧室气体流场极不稳定，混合气的混合比分布规律变化激烈，必须具有足够长的火花持续时间才能保证点火可靠。美国CurtissWright公司研制了专门设备，以控制持续振荡时间方式来延长火花持续时间，但长的火花持续时间与大的点火能量导致了火花塞电极的加速烧蚀;②转子发动机的火花塞位置处于缸体内的热弧区，不象往复发动机那样每循环均可借新鲜充气冲刷，冷却火花塞，因温度高，对火花塞的材料、结构、工艺要求很高。同时延长火花持续时间的专门设备结构复杂、价格昂贵;③当燃烧象柴油等汽化性能差的燃料时，燃油容易沾污火花塞电极，导致电极跳火失效;④火花点火方案虽可提高放电能量，但都在焦耳能级以下，由于火花穿过的空间非常小，且混合气的混合比分布规律变化激烈，故即使在不变工况下实际着火正时变化也大;⑤火花点火的点火正时与喷油正时共同控制着火正时，对不同工况则各有其本身的最佳值，难以统一与控制。以上就是内燃机点火现有技术中存在的问题和缺点。由于发动机的负荷和转速工况变化范围大，其中每循环喷油量变化一般达10倍以上，转速变化一般达3～6倍。若只采用简单的加强或减小电热塞的散热方法，绝不能满足全部工况点火的要求。为了解决内燃机点火现有技术中存在的上述问题和缺点，发明人创造性地研制、设计了自控保温热面点火装置及其点火方法，巧妙地完全克服了上述各方面的问题和缺点。该装置结构简单、价格低廉、使用方便、安全、可靠。
本发明主要包括自控保温热面点火装置及其点火方法。该装置由连接套、电热塞、耐热保温套组成，其结构图如附图所示。该装置的特征包括(a)它是在电热塞芯部外加耐热保温套构成，耐热保温套的材料应为耐热温度不低于800℃的1Cr14NiTi、Cr18Si2、4Cr10Si2Mo、1Cr18Ni9Ti、Cr17Al4Si等材料;(b)电热塞芯部与耐热保温套间的间隙△S根据两者材料的线膨胀系数决定，应控制在△S＝ (φB-φA)/2 ＝(0.08～0.25)mm范围内(其中φB保温套内径、φA为电热塞芯部外径);(c)电热塞芯与保温套内孔的端部轴向间隙△C＝1.0～1.5mm;(d)连接套与耐热保温套间的径向间隙为 (φQ-φP)/2 ＝(0.5～0.7)mm(其中φQ为连接套孔径;φP为耐热保温套外径)，保温套厚1～1.5mm;(e)连接套与缸体的连接螺纹长度D＝13～15mm;(f)耐热保温套外露于连接套端部的长度H＝6～8mm。本发明的另一部分是自控保温热面点火方法，其特点是因自控保温热面点火装置的电热塞芯部与耐热保温套之间有合适的间隙，当发动机需起动时，电热塞接通电源，经40～60秒，电热塞芯部温度迅速升高(高达800℃以上)，其直径受热膨胀而增大，电热塞芯部与耐热保温套间的间隙消失而成一整体，电热塞芯部与耐热保温套直接导热，导热热阻很小，因耐热保温套薄而温度迅速升高及保温套散热(包括其根部导体与保温套间内向外径向辐射传热)约在800℃下达达热平衡，这样便由耐热保温套对混合气体进行热面点火，发动机便起动、正常运转，热流方向从电热塞芯部流向耐热保温套。发动机起动后，切断电热塞电源，燃烧气体对耐热保温套加热，但电热塞芯部因断电而温度下降并收缩，电热塞芯部与耐热保温套之间恢复间隙，传热方式主要是辐射，热流方向是从耐热保温套流向芯部，传热热阻很大，电热塞受到保护。本发明的自控保温热面点火方法，其着火正时只由喷油正时控制、点火能量大、点火热面大，在整个燃烧过程均起点火作用，实际着火正时稳定，点火非常可靠。
本发明创造性地完全克服了现有技术中火花塞点火存在的问题和缺点。发明人在多种燃料转子发动机上采用了自控保温热面点火装置及其方法进行反复试验和考核，发动机均工作稳定、可靠，并经超速试验点火正常。未发现耐热保温套完好的情况下电热塞损坏现象，同时完全没出现而且也不可能出现因燃油沾污火花塞电极而跳火失效的现象。多种燃料转子发动机的点火处于最恶劣的工况条件下，本发明的自控保温热面点火装置也能正常工作，且更能适用于直喷式多种燃料往复发动机及代用燃料直喷式点火发动机。本发明还能为多种燃料转子发动机在燃烧室组织气体轴向扰动的情况下，实现单喷油泵、单喷油器的燃烧系统创造条件。
对
如下附图是自控保温热面点火装置结构图。图中1为电热塞;2为连接套;3为耐热保温套;φP为耐热保温套外径;φQ为连接套孔径;φB为耐热保温套内径;φA为电热塞芯部外径;D为连接套与缸体的连接螺纹长度;H为保温套外露于连接套端部的长度;△C为电热塞芯与保温套内孔端部轴向间隙。
发明人对自控保温热面点火装置及其点火方法进行了多年研制和反复试验，按本说明书所述的该装置结构及其点火方法去做，就能较好实施。发明人实施过多例，其中一实施例如下发动机型号GZ1型多种燃料转子发动机。
电热塞型号EC-100型。
耐热保温套材料1Cr14NiTi耐热保温套尺寸内径φB＝5.2mm;
外径φP＝7mm;
连接套与缸体的连接螺纹长D＝14mm;
保温套外露于连接套端部长度H＝7mm;
连接套与保温套间隙为0.5mm;
喷油器喷孔到保温套距离为10mm;
保温套端伸入喷油器通道孔深3mm。
权利要求
一种包括连接套、电热塞芯部、耐热保温套构成的自控保温热面点火装置及其点火方法，其特征在于(a)在电热塞芯部外加耐热保温套，耐热保温套材料应为耐热温度不低于850℃的材料，电热塞芯部与耐热保温套间的间隙ΔS由两材料的线膨胀系数决定，ΔS= (φB-φA)/2 =(0.05～0.15)mm(其中φB为耐热保温套内径，φA为电热塞芯部外径)，电热塞芯与耐热保温套内孔的端部轴向间隙ΔC=1.0～1.5mm，连接套与耐热保温套间的径向间隙为 (φQ-φP)/2 =(0.5～0.7)mm(其中φQ连接套孔径，φP为耐热保温套外径)，保温套厚1～1.5mm，连接套与缸体的连接螺纹长度D=13～15mm，保温套外露于连接套端部的长度H=6～8mm；(b)该装置的点方法是电热塞芯与耐热保温套间有合适间隙，[ΔS= (φB-φA)/2 =(0.05～0.15)mm，ΔC=1.0～1.5mm，径向间隙 (φQ-φP)/2 =(0.5～0.7)mm]，发动机需起动时，电热塞接通电源，电热塞芯部温度迅速升高，其直径受热膨胀而增大，电热塞芯部与保温套间间隙消失而成一整体，电热塞芯部与耐热保温套直接导热，因耐热保温套薄而温度迅速升高，耐热保温套便对混合气体进行点火，发动机便起动，正常运转，发动机起动后，切断电源，燃烧气体对耐热保温套加热，但电热塞芯部因断电而温度下降并收缩，电热塞芯部与耐热保温套之间恢复间隙，传热热阻很大，电热塞受到保护。
全文摘要
本发明的自控热面点火装置及其方法属内燃机点火。它适用于多种燃料转子机、直喷式多种燃料往复式机及代用燃料直喷式往复机的点火，特别适用强载发动机及点火处于异常恶劣工况的发动机点火。本装置是在电热塞芯部外加耐热保温套构成，高温的耐热保温套对混合气进行热面点火。该装置结构简单，价格低廉、点火稳定、可靠，发动机工作稳定。本发明完全克服了现有技术中存在的问题和缺点，且为实现单喷泵、单喷油器的燃烧系统创造了条件。
文档编号F02B53/12GK1036815SQ89101039
公开日1989年11月1日 申请日期1989年2月28日 优先权日1989年2月28日
发明者余乃彪, 许俊铭 申请人:华南理工大学