CN101855427B - 内燃机的预燃室装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装配到内燃机(1)的汽缸盖(2)内的预燃室装置，该预燃室装置包括单独的主体部分(4)和喷嘴部分(5)，该主体部分(4)和该喷嘴部分(5)一起大体上限定预燃室(3)，该预燃室(3)通过所述喷嘴部分(5)的喷嘴开口(5a)与汽缸(6)的主燃烧室(7)相连通。根据本发明，所述主体部分(4)支撑在所述汽缸盖(2)上并且设有接合表面(4b)，该接合表面(4b)用于将所述喷嘴部分(5)支撑在所述主体部分(4)上。

Description

内燃机的预燃室装置
技术领域
本发明涉及内燃机的预燃室装置。
背景技术
在内燃机中，当燃料和空气的混合物燃烧时将产生氮氧化物(NOx)。通常，当燃烧温度上升时氮氧化物的数量将增加。特别是，高峰值燃烧温度增加氮氧化物的形成。通过增大燃料混合物的空/燃比，即，使用贫(稀)燃料混合物，可以降低峰值燃烧温度并且因此减少在燃烧中形成的氮氧化物的量。尤其在基于压缩点火的柴油机中产生大量氮氧化物。因此，因为在气体燃料发动机中产生较少量的氮氧化物，所以常常优选使用气体燃料发动机。然而，由于贫燃料混合物，所以特别是在汽缸直径大的活塞发动机中燃烧可能是不完全的。
在贫(稀)混合气发动机或奥托循环发动机中，不会自动发生点火，而是需要辅助设备(诸如火花塞)来引起点火。为增强燃烧并且保护点火装置，一些稀混合气发动机使用与汽缸的燃烧室相连接的预燃室。富燃料混合物被注入预燃室以被点燃并且被输送到燃烧室，由此点燃燃烧室中的贫燃料混合物。特别是在将气体用作燃料的稀混合气发动机中采用预燃室。在那种情况下，预燃室设有用来点燃富燃料混合物的火花塞。
通常，预燃室是旋转对称的。点燃燃料的实际室可以根据其形状，例如球形或椭圆形而变化。预燃室通过终止于若干个喷嘴开口的通道与主燃烧室相连接。开口的数量、方向以及直径根据相应的情况，考虑到例如活塞卸载(piston reliefs)而被最优化。尽管压缩比相对高，发热元件或火花塞仍被用作点火辅助装置。
该装置的缺点是预燃室的温度高，由此传统材料不能忍耐；例如可能发生热腐蚀。特别是，当燃烧反应通过喷嘴开口从预燃室前进到燃烧室时，喷嘴开口受到应力。在那种情况下，必须替换部件或者必须找到新的可用材料。尤其是在气体燃料发动机中，预燃室受到很高的压力梯度和最大的压力。
说明书US4426966公开了一种预燃室装置，该预燃室装置具有复杂的结构和支架，并且因此制造成本高。这些已知的方案在预燃室的一些部件中采用陶瓷材料。陶瓷材料能很好的耐热和耐腐蚀，但是，另一方面，陶瓷材料易碎、昂贵并且难以用机器加工。此外，陶瓷材料的不同的膨胀系数会引起接头的问题，特别是，如具有其喷嘴开口的预燃室的下部受到应力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使公知技术的问题减到最少的装置。特别是，本发明的目的在于提供一种装置，该装置可以用于改善预燃室的结构和操作，使安装简单并且便于保养与维修操作。
根据本发明的第一方面以及其他方面来达到本发明的目的。根据本发明的第一方面，主体部分支撑在汽缸盖上并且设有接合表面以将所述喷嘴部分支撑在该主体部分上。因为仅所述主体部分支撑在所述汽缸盖上，所以该方案简单并且易于为保养与维修目的而安装和拆卸。
所述主体部分的接合表面优选是圆锥形的。所述喷嘴部分可优选通过热配合附接至所述主体部分，由此使这些部分相互压靠，使得该装置保持在一起而无需额外的部件和其他紧固装置。
根据本发明的优选实施方式，所述预燃室装置包括布置在所述预燃室内的锁定部分，所述喷嘴部分通过所述锁定部分附接至所述主体部分。该单独的锁定部分可以用来确保所述主体部分和所述喷嘴部分在所有情况下都保持在互相连接的适当位置，但是所述主体部分和所述喷嘴部分仍可以根据所使用的附接方案按照期望地互相拆开。
所述锁定部分可以通过热配合、焊接、软焊、摩擦接合或螺纹接合等有利地附接至所述主体部分。
在一个实施方式中，所述锁定部分包括楔形元件，该楔形元件布置在实际的所述锁定部分和所述主体部分之间。在另一个实施方式中，所述锁定部分本身是楔形部件或布置在所述喷嘴部分的成形端部和所述主体部分之间的多个部件，所述喷嘴部分的成形端部位于所述预燃室侧。楔效应可以用来进一步确保附接的稳定性。
考虑到所述预燃室的流动条件，所述锁定部分成形为均匀结构，使得不会对所述预燃室中的流动造成干扰。当需要时，所述锁定部分也可以被冷却。
所述主体部分可有利地设有单独的罩部分，该罩部分附接至所述主体部分，并且所述预燃室装置通过所述单独的罩部分附接至所述汽缸盖。因此，制造和材料的选择允许有更多的自由。关于制造，因为附接至所述主体部分的部分或围绕该主体部分的部分，所以所述主体部分可以具有更严格的公差要求。所述主体部分优选地可以由耐热材料(诸如钢或另一种金属合金)制成。
与之对应，所述罩部分设有点火装置，如副油道燃料的供给装置和/或火花塞，由此所述罩部分的可加工性对材料的选择是重要的。
所述喷嘴部分和所述锁定部分都可以有利地由耐热、抗氧化和/或耐蚀的材料(诸如陶瓷)制成。在这些部分中，可以以最有利地方式利用陶瓷的最佳性质。
对于制造，特别是，优选所述主体部分和所述锁定部分是旋转对称部件。那样，而且所述部件在变化的热和腐蚀条件下的性质是一致的，这适合防止所述部分破裂。
因此，在某些前提下，本发明也使所述主体部分、所述喷嘴部分以及所述锁定部分是可更换的。在这种情况下，当一部分破裂时，可以利用剩余部分，这对保养和成本是有利的。
附图说明
在下文中，通过实施例并且参照所附的示意图来描述本发明，其中：
图1示出发动机的汽缸的上部和其汽缸盖的基本剖视图以及与汽缸盖相连地安装的根据本发明的预燃室装置的剖视图；
图2示出基于图1的预燃室装置的锁定部分和喷嘴部分的结构的放大图；
图3和4示出与根据本发明的预燃室装置有关的锁定部分的替代性实施方式的放大图。
具体实施方式
附图中的附图标记1指的是内燃机，该内燃机包括汽缸盖2和至少一个汽缸，该至少一个汽缸包括汽缸套6和主燃烧室7。以本身已知的方式，通过汽缸盖2的通道和与该通道相连地设置的阀来进行汽缸的气体交换。
如图1可见，对于汽缸盖2来说，有连接至汽缸的单独的预燃室装置，该预燃室装置包括主体部分4和被支撑在该主体部分4上的罩部分9，主体部分4和罩部分9一起基本上限定预燃室3，该预燃室3通过设有喷嘴开口5a的喷嘴部分5与汽缸的主燃烧室7相连通。
汽缸盖2包括用于预燃室装置的凹部或类似的空间，由此所述主体部分4通过其接合表面4a被支撑在汽缸盖2上。主体部分4与汽缸盖2的附接通过罩部分9由螺栓10实现。罩部分9不需要单独地附接至主体部分4，但是如图1所示，这些部分通过适当成形的相应表面被互相抵靠地布置。罩部分9以本身已知的方式包括所谓的用于副油道燃料的供给装置11和火花塞12。同样以已知的方式完成点火和燃烧过程本身；因此，这里不再详细描述。
还如图1所示，主体部分4的下部成形为使得预燃室装置的喷嘴部分5被直接支撑在该主体部分4上。主体部分4可以由钢或其他耐热性良好的金属合金制造，并且喷嘴部分5优选地包含也耐酷热和腐蚀的陶瓷或其他相应的材料。因此，主体部分4和喷嘴部分5优选地可以利用例如热配合而不利用任何其他的紧固件来互相连接。因此，根据需要，主体部分4和喷嘴部分5也可以互相分开，并且因而也可以被分别地替换。
图1中的方案仅是示意性的，因此在实践上，按照期望流动条件所需的方式通常利用圆形表面在内部成形预燃室。根据需要选择喷嘴部分5的喷嘴开口5a的数量、大小以及取向。实际上，主体部分4的接合表面4a可优选是圆锥形的。类似地，主体部分4和喷嘴部分5之间的接合表面4b优选是图中所示的方式的圆锥形。当主体部分4由钢或其他适当的金属合金制成时，其可加工性与陶瓷相比更好。因此，需要更精确的尺寸并且被用来将预燃室装置附接至汽缸盖2的表面优选地被设置在主体部分4中。
如图1所示，主体部分4和喷嘴部分5也可以通过单独的锁定部分8而互相连接，该锁定部分8可以例如通过热配合、焊接、软焊、螺纹接头或以一些其他类似方式附接至主体部分4。在这种情况下，该部分是否也可以单独地拆卸和替换，自然都取决于所选择的附接方式。在任何情况下，锁定部分8都可以用来根据需要而确保喷嘴部分5的附接，并且确保在发动机的运行条件下喷嘴部分5保留在适当的位置。
在图1的实施方式中，锁定部分8优选是均匀的环形部件。这在图2中看起来最清楚，图2示出了基于图1的预燃室装置的锁定部分和喷嘴部分的结构的放大图。图3和4示出了锁定部分的替代性实施方式，该锁定部分包括楔形并且因而包括楔效应，该楔效应为附接方式的选择提供了另外的可能性。
在图3的方案中，锁定部分包括两个部件8a和8b，后者提供楔效应。部件8a又优选地可以通过热配合而附接至该结构的其余部分，由此部件8a也可以被拆下和替换，不过，根据需要，例如也可以通过焊接完成附接。
在图4的方案中，与之对应，喷嘴部分5的上端5b成形为在图中向上会聚，使得此时的实际锁定部分8’是楔形部件，该楔形部件安装在主体部分4与喷嘴部分5的所述上端之间。
在图3和4的实施方式中，喷嘴部分5也可以由各种部件(诸如扇形部件)构成，并且这些部件可以通过锁定部8或8’附接至主体部分4。
本发明不限于提出的实施方式，而是在随附的权利要求内可以考虑各种修改。

Claims (16)

1.一种装配到内燃机(1)的汽缸盖(2)内的预燃室装置，该预燃室装置包括喷嘴部分(5)和单独的主体部分(4)，该主体部分(4)和该喷嘴部分(5)一起限定预燃室(3)，该预燃室(3)通过所述喷嘴部分(5)的喷嘴开口(5a)与汽缸(6)的主燃烧室(7)相连通，其特征在于，所述主体部分(4)支撑在所述汽缸盖(2)上并且设有接合表面(4b)，该接合表面(4b)用于将所述喷嘴部分(5)支撑在所述主体部分(4)上，并且所述接合表面(4b)是圆锥形的。
2.根据权利要求1所述的预燃室装置，其特征在于，所述喷嘴部分(5)通过热配合附接至所述主体部分(4)。
3.根据权利要求1或2所述的预燃室装置，其特征在于，该预燃室装置包括锁定部分，该锁定部分布置在所述预燃室(3)内，用于将所述喷嘴部分(5)附接至所述主体部分(4)。
4.根据权利要求3所述的预燃室装置，其特征在于，所述锁定部分通过热配合、摩擦接合或螺纹接合附接至所述主体部分(4)。
5.根据权利要求3所述的预燃室装置，其特征在于，所述锁定部分通过焊接附接至所述主体部分(4)。
6.根据权利要求3所述的预燃室装置，其特征在于，所述锁定部分通过软焊附接至所述主体部分(4)。
7.根据权利要求3所述的预燃室装置，其特征在于，所述锁定部分包括楔形元件，该楔形元件布置在实际的所述锁定部分和所述主体部分(4)之间。
8.根据权利要求3所述的预燃室装置，其特征在于，所述锁定部分是楔形部件或布置在所述喷嘴部分(5)的成形端部(5b)和所述主体部分(4)之间的多个部件，所述喷嘴部分(5)的成形端部(5b)位于所述预燃室(3)侧。
9.根据权利要求3所述的预燃室装置，其特征在于，考虑到所述预燃室(3)中的流动条件，所述锁定部分成形为均匀结构。
10.根据权利要求1或2所述的预燃室装置，其特征在于，所述主体部分(4)设有单独的罩部分(9)，该罩部分(9)附接至所述主体部分(4)，并且所述预燃室装置通过所述罩部分(9)附接至所述汽缸盖(2)。
11.根据权利要求10所述的预燃室装置，其特征在于，所述罩部分(9)设有点火装置。
12.根据权利要求11所述的预燃室装置，其特征在于，所述点火装置是火花塞(12)、副油道燃料的供给装置(11)、或者火花塞(12)和副油道燃料的供给装置(11)。
13.根据权利要求3所述的预燃室装置，其特征在于，所述喷嘴部分(5)和/或所述锁定部分由耐热、抗氧化和/或耐蚀的材料制成。
14.根据权利要求13所述的预燃室装置，其特征在于，所述材料是陶瓷。
15.根据权利要求3所述的预燃室装置，其特征在于，所述主体部分(4)和所述锁定部分是旋转对称部件。
16.根据权利要求3所述的预燃室装置，其特征在于，所述主体部分(4)、所述喷嘴部分(5)以及所述锁定部分是可替换部件。
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