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预燃室装置有效专利 发明

技术领域

[0001] 本发明涉及内燃发动机技术领域,特别涉及一种预燃室装置。

相关背景技术

[0002] 随着整车油耗法规和排放法规的日益严苛,如何在有限的资源下进一步降低油耗、控制排放,已成为全球各大汽车厂商及科研机构最为关心的问题之一。
[0003] 稀薄燃烧被认为是提高发动机热效率的有效措施之一,因为高稀释比可以提高缸内混合气的比热比,可以降低燃烧温度,从而降低散热,最终实现热效率的提升。此外,稀薄
燃烧还能通过增大节气门开度降低歧管负压,从而降低发动机泵气功。
[0004] 但是,较稀薄的混合气难以点燃并且难以稳定燃烧,如此,便要求超稀薄燃烧需要配合高能点火装置才能满足的使用要求。因此,在超稀薄燃烧的研究中,预燃室技术受到了
广泛的关注。最近几年,预燃室技术被广泛应用于赛车发动机,各大汽车厂商也都在研究采
用预燃室技术的发动机。预燃室采用常规火花塞就能满足稳定点火要求。预燃室混合气燃
烧后,高温燃烧混合物从预燃室喷入主燃室,快速引燃主燃室中的稀薄混合气。预燃室的喷
射点火,在喷孔喷射区域产生多个点火源,可以实现非常快的燃烧速率。
[0005] 目前提出的预燃室大致分为两种,被动式和主动式。被动式预燃室,无辅助加浓,难以点燃超稀薄混合气(lambda大于1.5);而主动预燃室采用预燃室辅助加浓方法,可实现
超稀薄燃烧(lambda大于1.5),更具热效率优势。
[0006] 汽油机主动式预燃室辅助加浓通常采用汽油直喷加浓,增加了预燃室直喷系统(需增设喷油器),控制逻辑更加复杂,且直喷系统价格较为昂贵。

具体实施方式

[0032] 体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化,其皆不脱离本发明的范围,且其中的说
明及图示在本质上是当作说明之用,而非用以限制本发明。
[0033] 在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于
描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在
本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
[0034] 参阅图1所示,内燃发动机中的发动机缸盖1与缸体2、活塞3限定出主燃室4。空气通过进气道5进入主燃室4,燃料可通过缸内直喷、气道喷射、气道预混等任意形式进入主燃
室4,空气和燃料在主燃室4燃烧后,燃烧废气从排气道6排出。
[0035] 一些实施例中,参阅图2所示,预燃室装置包括预燃室壳体,其内部设有预燃室腔体702,与预燃室腔体702连通的预燃室喷孔701、混合通道703、燃油通道704、火花塞安装孔
801,以及与燃油通道704连通的油道803。其中,混合通道703的出口端与燃油通道704的出
口端在预燃室腔体702处交汇。预燃室喷孔701、混合通道703贯穿预燃室壳体。
[0036] 预燃室腔体702位于预燃室壳体下部,火花塞安装孔801位于预燃室腔体702的上方并与该预燃室腔体702连通。
[0037] 混合通道703和燃油通道704位于预燃室壳体的侧部,混合通道703、燃油通道704贯穿预燃室壳体。混合通道703的一端为出口端,另一端为进口端。燃油通道704的一端为出
口端,混合通道703的出口端与燃油通道704的出口端在预燃室腔体702处交汇。利用混合通
道703的出口端流速较快,压强较低,将燃油从燃油通道704吹入至预燃室腔体702内,省去
了预燃室喷油器,从而降低了成本。混合通道703的进口端在预燃室壳体的底部曝露于外。
[0038] 油道803位于燃油通道704上方并与该燃油通道704相连通。另外,为了便于连接油管,预燃室壳体内还设有油管安装孔802,该油管安装孔802位于油道803的上方,油管安装
孔802与油道803对接连通。该油管安装孔802设计为螺纹孔,以便螺纹连接连接油管且还能
起到密封作用。
[0039] 预燃室喷孔701贯穿预燃室壳体的底部,可以理解的,预燃室喷孔701在预燃室壳体的底部呈多个环绕所述预燃室腔体702的轴线间隔排列。
[0040] 例如,预燃室喷孔701被配置为六个。六个预燃室喷孔701贯穿预燃室下壳体7的底部,而且,六个预燃室喷孔701环绕预燃室腔体702的轴线间隔排列。特别的,六个预燃室喷
孔701环绕预燃室腔体702的轴线均匀间隔排列,也就是说,相邻的预燃室喷孔701之间的夹
角是60°。
[0041] 采用上述旋转式结构布置预燃室喷孔701,使得混合通道703流入的混合气稳定集中在预燃室腔体702的火花塞11附近,预燃室腔体702内形成稳定涡流,进一步提高了预燃
室腔体702的点火稳定性。
[0042] 预燃室喷孔701除了被被配置为六个之外,本领域的普通技术人员还可根据实际需求设置预燃室喷孔701的数量。
[0043] 参阅图3所示,预燃室喷孔701的轴线与预燃室腔体702的径向之间呈10°~30°夹角。也就是说,预燃室喷孔701的轴线相对于预燃室腔体702的径向偏转了一个角度,偏转角
度推荐在10°~30°之间。
[0044] 参阅图4所示,预燃室喷孔701的轴线与预燃室腔体702的轴线之间呈30°~60°夹角。也就是说,预燃室喷孔701的轴线相对于预燃室腔体702的轴线倾斜了一个角度,倾斜角
度推荐在30°~60°之间。
[0045] 在上述实施例中,预燃室装置中的预燃室壳体被设计为一个整体,另一些实施例中,参阅图2所示,预燃室装置包括预燃室下壳体7以及安装在该预燃室下壳体7上的预燃室
上壳体8。在预燃室下壳体7上加工出预燃室腔体702以及与该预燃室腔体702连通的预燃室
喷孔701、混合通道703、燃油通道704。预燃室喷孔701和混合通道703贯穿预燃室下壳体7。
[0046] 混合通道703的出口端与燃油通道704的出口端在预燃室腔体702处交汇,参阅图2所示,混合通道703的出口端与燃油通道704的出口端在预燃室腔体702的圆台部交汇。混合
通道703的进口端在预燃室下壳体7的底部曝露。燃油通道704贯穿预燃室下壳体7并且燃油
通道704的进口端在预燃室下壳体7的顶部曝露,混合通道703与燃油通道704呈接近L形的
交叉状。
[0047] 混合通道703的出口端与燃油通道704的出口端在预燃室腔体702处交汇,利用混合通道703的出口端流速较快,压强较低,将燃油从燃油通道704吹入至预燃室腔体702内,
省去了预燃室喷油器,从而降低了成本。
[0048] 预燃室喷孔701位于预燃室下壳体7的底部,预燃室喷孔701的一端连通预燃室腔体702,预燃室喷孔701的另一端在预燃室下壳体7的底部曝露。
[0049] 预燃室上壳体8加工出贯穿的火花塞安装孔801及油道803,火花塞安装孔801和油道803二者平行设置。火花塞安装孔801与预燃室腔体702相连通,油道803与燃油通道704连
通。
[0050] 火花塞安装孔801加工成螺纹孔,结构简单可靠,便于火花塞的拆装。火花塞安装孔801的一端与预燃室腔体702的开口端对接。油道803的一端与燃油通道704的进口端对
接,以使得油道803与燃油通道704连通。
[0051] 一些实施例中,预燃室上壳体8开设有与油道803连通的油管安装孔802,该油管安装孔802设计为螺纹孔,以便于连接油管,螺纹连接还能起到密封作用。
[0052] 油管安装孔802也可以设计成内部具有卡槽的安装孔,油管可选用能够加以卡装连接的油管,如此,油管便能够通过卡接的方式安装在油管安装孔802内。
[0053] 另一些实施例中,预燃室下壳体7与预燃室上壳体8在装配时,预燃室下壳体7与预燃室上壳体8之间藉由定位销9对准定位,以确保装配的准确性。当然,本领域的普通技术人
员根据实际需求也可采用别的方式定位,例如,通过标记的方式使得预燃室下壳体7与预燃
室上壳体8之间对准定位。
[0054] 再一些实施例中,预燃室装置还包括预燃室压块10,该预燃室压块10可压装在预燃室壳体的上方,以将预燃室壳体压紧于发动机缸盖1内。
[0055] 或者,预燃室压块10可压装在预燃室上壳体8的上方以使该预燃室上壳体8与预燃室下壳体7在发动机缸盖1固定,如此使得预燃室装置在结构简单的基础之上,还确保了预
燃室上壳体8与预燃室下壳体7的稳固固定。
[0056] 参阅图1所示,预燃室装置装配在内燃发动机中,预燃室下壳体7的底部伸入字主燃室4内。预燃室喷孔701的一端通向预燃室腔体702,另一端通向主燃室4。混合通道703的
进口端通向主燃室4,出口端通向预燃室腔体702。燃油通道704的出口端通向预燃室腔体
702,进口端与油道803相通。
[0057] 混合通道703的出口端与燃油通道704的出口端在预燃室腔体702处交汇。火花塞11通过螺纹连接固定在火花塞安装孔801内以固定预燃室上壳体8上,火花塞11与火花塞安
装孔801螺纹安装,还可密封预燃室腔体702。
[0058] 火花塞11下端电极头伸入预燃室腔体702。油管12通过螺纹连接固定在油管安装孔802内,以固定于预燃室上壳体8上。油管12与油管安装孔802之间螺纹安装可密封油道
803。
[0059] 预燃室下壳体7和预燃室上壳体8之间藉由定位销9定位。预燃室压块10外表面可开设外螺纹,发动机缸盖1内开设有与预燃室压块10外表面之外螺纹相适配的内螺纹。预燃
室压块10通过外表面之外螺纹与发动机缸盖1内的内螺纹螺纹连接,从而将预燃室压块10
固定在发动机缸盖1内,并且,预燃室压块10将预燃室上壳体8和预燃室下壳体7压紧在发动
机缸盖1内(或者预燃室压块10将预燃室壳体压紧在发动机缸盖1内)。油管12从预燃室压块
10穿出,油管12曝露外的部分安装有在电磁阀13,电磁阀13结构简单可靠,可根据实际需求
控制燃油输入量。当然,也可以采用其他方式控制燃油量。
[0060] 一些实施例中,参阅图2所示,混合通道703朝向预燃室腔体702呈渐缩状。混合通道703的进口端通向主燃室4,出口端通向预燃室腔体702。混合通道703自进口端向出口端
逐渐收缩,经压缩后的高温稀混合气从混合通道703的进口端进入混合通道703,通过混合
通道703后,从混合通道703的出口端高速流出,将燃油卷吸至预燃室腔体702内,加速燃油
与稀混合气混合,形成适宜点火了浓混合气。
[0061] 再一些实施例中,参阅图3和图4所示,预燃室喷孔701被配置为多个,例如,在本实施例中,预燃室喷孔701被配置为六个。六个预燃室喷孔701贯穿预燃室下壳体7的底部,而
且,六个预燃室喷孔701环绕预燃室腔体702的轴线间隔排列。特别的,六个预燃室喷孔701
环绕预燃室腔体702的轴线均匀间隔排列,也就是说,相邻的预燃室喷孔701之间的夹角是
60°。
[0062] 采用上述旋转式结构布置预燃室喷孔701,使得混合通道703流入的混合气稳定集中在预燃室腔体702的火花塞11附近,预燃室腔体702内形成稳定涡流,进一步提高了预燃
室腔体702的点火稳定性。
[0063] 预燃室喷孔701除了被被配置为六个之外,本领域的普通技术人员还可根据实际需求设置预燃室喷孔701的数量。参阅图3所示,预燃室喷孔701的轴线与预燃室腔体702的
径向之间呈10°~30°夹角。也就是说,预燃室喷孔701的轴线相对于预燃室腔体702的径向
偏转了一个角度,偏转角度推荐在10°~30°之间。
[0064] 参阅图4所示,预燃室喷孔701的轴线与预燃室腔体702的轴线之间呈30°~60°夹角。也就是说,预燃室喷孔701的轴线相对于预燃室腔体702的轴线倾斜了一个角度,倾斜角
度推荐在30°~60°之间。
[0065] 预燃室喷孔701的推荐在1mm‑2mm之间。当混合通道703朝向预燃室腔体702呈渐缩状时,也就是说,混合通道703的进口端通向主燃室4,出口端通向预燃室腔体702,当混合通
道703自进口端向出口端逐渐收缩时,混合通道703通向预燃室腔体702之出口端的直径较
小,该出口端的直径小于预燃室喷孔701的直径,直径推荐值为0.5mm‑1mm之间。混合通道
703通向主燃室4之进口端的直径较大,该进口端的直径推荐值为1mm‑3mm之间。混合通道
703的出口端与燃油通道704的出口端在预燃室腔体702处交汇,燃油通道704为一个等直径
的通道,燃油通道704的直径推荐在0.2mm‑0.5mm之间。
[0066] 经压缩后的高温稀混合气从混合通道703的进口端进入混合通道703,通过混合通道703后,从混合通道703的出口端高速流出,将燃油卷吸至预燃室腔体702内,加速燃油与
稀混合气混合,形成适宜点火了浓混合气。
[0067] 混合通道703的出口端与燃油通道704的出口端在预燃室腔体702处交汇,利用混合通道703的出口端流速较快,压强较低,将燃油从燃油通道704吹入至预燃室腔体702内,
省去了预燃室喷油器,从而降低了成本。
[0068] 此外,相关技术中,由于需要同时在预燃室布置火花塞和喷油器,使得火花塞位置偏移预燃室轴线中心,点火位置距各孔距离不同,易导致各喷孔喷出高温燃烧产物的时间
一致性较差,主燃室燃烧不均匀,加剧主燃室燃烧的循环变动,使得运行不平稳。于是,为了
解决这一技术问题,一些实施例,将火花塞安装孔801与预燃室腔体702同轴设置,即,火花
塞安装孔801的轴线与预燃室腔体702的轴线为同一轴线。当火花塞11装入至火花塞安装孔
801后,火花塞11与预燃室腔体702同轴。
[0069] 由于无需布置直喷喷油器,火花塞11可布置在预燃室腔体702的轴线中心,点火位置至各预燃室喷孔701的距离相同,各预燃室喷孔701喷出高温燃烧产物的时间基本一致
性,主燃室4内的燃烧比较均匀,降低了主燃室4的燃烧循环变动,使得运行更加平稳。
[0070] 参阅图5所示,图5中的内燃发动机为四缸机,各个气缸的油管12均通向一个共用油路14。可以理解的,对于本领域的普通技术人员而言,内燃发动机也可为其他数量的多气
缸发动机,例如,六缸发动机或八缸发动机。
[0071] 供给到油路14中的燃油,其燃油状态可以多样化,可以是液态汽油、液气混合态油、或油气混合气中的任一种。油路14中的燃油通过各缸的电磁阀13控制,依次流经油管
12、油道803、燃油通道704再进入预燃室腔体702。
[0072] 在内燃发动机气缸压缩升程(曲轴转角540‑720deg,注:720度为压缩上止点),主燃室4内的稀混合气通过预燃室喷孔701和混合通道703进入预燃室腔体702。
[0073] 在压缩行程中期(推荐在曲轴转角600‑680deg),电磁阀13控制阀门打开,当主燃室4内的稀混合气从混合通道703高速流入预燃室腔体702时,在混合通道703和燃油通道
704出口交汇处,由于流速较快,压强较低,将燃油从燃油通道704吹入至预燃室腔体702内。
经压缩后高温稀混合气将燃油卷吸至预燃室腔体702内,加速燃油与稀混合气混合,形成了
适宜点火的浓混合气;再加之,配合旋转式预燃室喷孔701的布置结构,使得浓混合气稳定
集中在预燃室腔体702内的火花塞11附近,进一步提高了预燃室腔体702的点火稳定性。
[0074] 图6和图7是预燃室腔体702内燃油分布三维仿真计算结果图。参阅图6所示,在曲轴转角655deg,燃油被稀混合气吹入至预燃室腔体702内;而后通过旋转式布置的预燃室喷
孔701,形成绕预燃室腔体702中心轴线的涡流。参阅图7所示,720deg时浓混合气稳定集中
在预燃室腔体702内的火花塞11附近,预燃室腔体702内形成稳定涡流。
[0075] 当预燃室腔体702的混合气被点燃后,预燃室腔体702内的温度和压力迅速升高,预燃室腔体702内的混合气开始流向主燃室4。由于混合通道703通向预燃室腔体702之出口
端的直径比预燃室喷孔701的直径小,预燃室腔体702内的高温已燃混合物主要通过预燃室
喷孔701高速喷向主燃室4,快速引燃主燃室4的混合气,参阅图8和图9所示。
[0076] 上述预燃室装置及安装了该预燃室装置的内燃发动机,混合通道703的出口端与燃油通道704的出口端在预燃室腔体702处交汇,利用混合通道703的出口端流速较快,压强
较低,将燃油从燃油通道704吹入至预燃室腔体702内,省去了预燃室喷油器,从而降低了成
本。经压缩后高温稀混合气通过混合通道703高速流出,将燃油卷吸至预燃室腔体702内,加
速燃油与稀混合气混合,形成适宜点火了浓混合气。
[0077] 由于无需布置直喷喷油器,火花塞11可布置在预燃室腔体702的轴线中心,点火位置至各预燃室喷孔701的距离相同,确保各预燃室喷孔701喷出高温燃烧产物的时间一致性
好,使得主燃室4燃烧更均匀,加快燃烧速度。
[0078] 采用旋转式布置的预燃室喷孔701,使得混合通道703流入的混合气稳定集中在预燃室腔体702内的火花塞11附近,进一步提高了预燃室腔体702的点火稳定性。
[0079] 注:所有的元件形状可根据实际需求进行选择,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有实施例,都属于本发明保护的范围。
[0080] 虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明,但应当理解,所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或
实质,所以应当理解,上述实施方式不限于任何前述的细节,而应在随附权利要求所限定的
精神和范围内广泛地解释,因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随
附权利要求所涵盖。

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