CN102840024A - 预燃室末端 - Google Patents

Abstract

一种预燃室末端，用于内燃机，具有预燃室定位其中的第一主体部分，第一主体部分具有终端，终端的多个孔口被构造成将膨胀气体引导离开预燃室；附接到第一主体部分的第二主体部分，第二主体部分具有外表面、形成在外表面内的冷却流体开口、与冷却流体开口流体连通的冷却流体通道以及与冷却流体开口相联的凸脊，凸脊从外表面延伸并被构造成将冷却流体流转向到冷却流体开口和冷却流体通道内。

Description

预燃室末端

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的预燃室组件。更具体地，本发明涉及一种具有一个或多个冷却通道的预燃室末端。

背景技术

已知的是在例如气态燃料应用的一些内燃机应用中使用预燃室。通常，预燃室是定位在发动机缸盖内的相对小的气体聚集室。预燃室经由许多小孔口与发动机的主燃烧室流体连通。在操作过程中，火花塞点燃预燃室内的气态燃料(与点燃主燃烧室内的气态燃料相反)。预燃室内的气态燃料的点燃形成喷射或通过其他方式经由孔口推进到主燃烧室中由此点燃其中的气态燃料的燃烧燃料的前部。

预燃室内的温度极热，不利于火花塞和预燃室末端的寿命。为了降低一些预燃室部件的温度，已知的是采用冷却的预燃室组件。

EP1091104B1公开一种冷却的预燃室组件，其具有第一、第二和第三主体部分。预燃室具有其螺纹孔腔部分用于安装火花塞的火花塞接收孔腔和适用于相对于螺纹孔腔部分靠近地输送冷却流体流以便冷却火花塞的火花塞冷却通道。

虽然’104专利中公开的组件可以适用于一些应用，在其他应用中，该组件可以提供足够的冷却流体流以最佳地冷却预燃室部件。

发明内容

在一个方面，本发明针对一种用于内燃机的预燃室末端，其包括具有定位其中的预燃室的第一主体部分，第一主体部分具有终端，终端的多个孔口被构造成将膨胀气体引导离开预燃室，以及附接到第一主体部分的第二主体部分，第二主体部分具有外表面、形成在外表面内的冷却流体开口、与冷却流体开口流体连通的冷却流体通道以及与冷却流体开口相联的凸脊，凸脊从外表面延伸并被构造成将冷却流体流转向到冷却流体开口和冷却流体通道内。

在另一方面，本发明针对一种内燃机，其包括具有至少一个缸的发动机缸体；与发动机缸体接合以便覆盖缸并限定主燃烧室的缸盖，缸盖具有缸盖冷却流体通道；以及安装在缸盖内的预燃室组件。预燃室组件包括具有定位其中的预燃室的第一主体部分，第一主体部分具有延伸到主燃烧室内并包括被构造成将膨胀气体从预燃室引导到主燃烧室内的多个孔口的终端；以及附接到第一主体部分的第二主体部分，第二主体部分具有外表面、形成在外表面内的冷却流体开口、与冷却流体开口流体连通的冷却流体通道以及与冷却流体开口相联的凸脊，凸脊从外表面延伸并被构造成将冷却流体流从缸盖冷却流体通道转向到冷却流体开口和冷却流体通道内。

在预燃室末端的一些实施方式中，凸脊可形成冷却流体开口的上边缘，或者凸脊可包括凹入弯曲的下表面。另外，在一些实施方式中，冷却流体开口可具有第一侧边缘和第二侧边缘，并且凸脊可从第一侧边缘的外侧连续延伸到第二侧边缘的外侧。另外，在一些实施方式中，预燃室末端可具有大致柱状的外表面并包括四个隔开的冷却流体开口和四个凸脊，每个凸脊与相应的冷却流体开口相联。

本发明的多种实施方式可只包括给出的元件和优点的分组。对于这些实施方式来说，没有一个优点是关键的。任何要求保护的实施方式可在技术上与任何其他要求保护的实施方式组合。

附图说明

图1是内燃机的实施方式的示意截面图，其中本发明的预燃室组件表示安装在发动机的缸盖内；

图2是更加详细表示的图1的预燃室组件的示意截面图；

图3是图1的预燃室组件的末端的立体图；

图4是沿着图3的线4-4截取的示意截面图；以及

图5是沿着图3的线5-5截取的局部示意截面图。

具体实施方式

现在参考附图，发动机10的示例性实施方式在图1中示出。发动机10可包括未示出的特征，例如燃料系统、空气系统、冷却系统、外设、动力传动部件、涡轮增压器等。为了本发明的目的，发动机10被认为是四冲程气态燃料发动机。但是本领域普通技术人员将理解到发动机10可以是利用预燃室的任何类型的发动机(内燃机、涡轮机、气体发动机、柴油机、气态燃料发动机、天然气发动机、丙烷发动机等)。此外，发动机10可以是任意尺寸、具有任意数量的缸并且为任意构造(“V”型、直列、径向等)。发动机10可用来向任何机器或其他装置供以动力，包括机车应用、公路卡车或车辆、非公路卡车或机器、运土设备、发电机、航空应用、海洋应用、泵、固定设备或其他发动机供以动力的应用。

发动机10包括具有多个缸14(图1示出其中之一)的发动机缸体12。活塞16可滑动地布置在缸14内，以便在上止点位置和下止点位置之间往复运动。连接杆18将活塞16连接到曲轴22的偏心曲柄销20，使得活塞的往复运动造成曲轴22的转动。

发动机10还包括接合发动机缸体12以便覆盖缸14并限定主燃烧室26的缸盖24。缸盖24限定分别使得气体进入主燃烧室26和将气体排出燃烧室的吸气和排气开口28。发动机阀30定位成选择性地打开和关闭开口。每个缸14可包括多个吸气和排气开口28。缸盖还限定第一冷却流体通道32和第二冷却流体通道34。

发动机10可包括一系列阀致动组件40(图1示出其中之一)。每个缸14设置可多个阀致动组件40。例如，一个阀致动组件可用来打开和关闭吸气阀，另一阀致动组件可设置成打开和关闭排气阀。

阀致动组件40包括摇臂46。摇臂46能够可枢转地安装在缸盖24内，并在一端处附接到发动机阀30，且在另一端处附接到推杆48。摇臂46围绕其枢转点50的摆动使得阀30在打开位置和关闭位置之间运动。阀致动组件40还可包括朝着关闭位置偏压阀30(即关闭吸气和排气开口28)的阀弹簧52。

推杆48的另一端接合提升器54，提升器54接合凸轮轴56。凸轮轴56操作地接合曲轴22。凸轮轴56可以本领域普通技术人员容易明白的、使得曲轴22的转动造成凸轮轴56转动的任何方式与曲轴22连接。例如，凸轮轴56可以经由齿轮系(未示出)连接到曲轴22。

如图1所示，第一凸轮凸角58布置在凸轮轴56上，以便接合提升器54。本领域普通技术人员将理解到凸轮轴56可包括另外的凸轮凸角，以便与其他提升器接合，从而致动另外的发动机阀。

发动机10还可包括在阀30之间定位在缸盖24内的预燃室组件60。预燃室组件60可以多种方式构造。可以使用能够定位在缸盖24内以便支持主燃烧室26外部的燃烧事件并将燃烧引导到主燃烧室26内的任何组件。

参考图2，预燃室组件60表示成布置在缸盖24内的孔腔62内。预燃室组件60从缸盖24延伸到主燃烧室26内。在所示的实施方式中，预燃室组件60具有串联附接的第一主体部分72、第二主体部分74和第三主体部分76。第二主体部分74和第三主体部分76限定预燃室末端77(图3)。在其他实施方式中，预燃室组件60可以通过多于或少于三个主体部分形成。例如，预燃室组件可形成为单个一体单元，其中每个主体部分是所述单个单元的一部分。

第一主体部分72是大致柱状的，并具有第一端78和第二端80。凸缘84设置在第一主体部分72的第一端78处。凸缘84具有穿过其中设置以便接收紧固件(未示出)的一对孔86，紧固件将预燃室组件60联接到缸盖24并防止相对于孔腔62的转动和轴向运动。第一主体部分72可以由任何适当材料制成。例如，第一主体部分72可以由易延展的铁铸件(珠光体铁素体)制成。

第一主体部分72被构造成在其中安装火花塞88，使得火花塞88的端部延伸离开第二端80。本发明的描述中的火花塞88指的是本领域可用的任何适当的点火装置。

第二主体部分74是大致柱状的，并具有第一端90和第二端92。第一端90可通过例如铜焊或焊接的任何适当方式例如连接到第一主体部分72的第二端80。第二主体部分72可以由任何适当材料制成。例如，第二主体部分74可以由能够经受相对高温的不锈钢材料(诸如精制不锈钢合金，型号347)制成。第二主体部分74根据总体构造被优选地铸造，并且在需要的情况下，随后加工成最终尺寸。

第二主体部分74具有延伸穿过第二主体部分的台阶孔腔96。台阶孔腔96在第一和第二端90、92处开放，并且适用于接收从第一主体部分72延伸的火花塞88。台阶孔腔96具有适用于接收火花塞88的端部的火花塞安装孔腔98。火花塞安装孔腔98可以具有与火花塞88的端部上的螺纹适配的螺纹。台阶孔腔96限定适用于密封地接合火花塞88的密封表面100。

第三主体部分76具有通过过渡部分110连接到第二端108的第一端106。第一端106是柱状的，第二端108是大致柱状球拱形的，并且过渡部分110提供逐渐过渡，并在第一端和第二端106、108的不同直径之间合并。第一端106、第二端108和过渡部分110围绕中心轴线112布置。

密封表面114在轴向沿着过渡部分110的预定位置处围绕第三主体部分76布置。密封表面114相对于中心轴线112横向延伸，并且设置成贴靠预设置在缸盖24内的密封表面116密封，以便防止主燃烧室26与第一和第二冷却流体通道32、34之间的泄漏。

密封表面114接合靠近布置在缸盖24内的孔腔120定位的密封表面116。孔腔120通向主燃烧室26内，并接收第三主体部分76的第二端108。孔腔120使得第二端108延伸到主燃烧室26内并暴露于主燃烧室26。

第三主体部分76具有布置其中的预燃室122。预燃室122通常具有与第三主体部分76相同的形状，并在第三主体部分76的第一端106处开放，以便接收火花塞88的电极端。第三主体部分76的第二端108包括多个隔开的径向定向孔口124。孔口124通向预燃室122，并进入主燃烧室26。孔口124将膨胀气体从预燃室122以预定形式引导到主燃烧室26内。

第三主体部分76由高温材料制成。例如，高温、热稳定和耐受环境的合金(诸如镍-铬-钨-钼合金)是适当的。理解到可以替换适当组分的其他高温材料，而不偏离本发明。第三主体部分76可以铸造或由棒料加工而成。

第一主体部分72、第二主体部分74和第三主体部分76连接在一起以便形成预燃室组件60。特别是，第一主体部分72的第二端80连接到第二主体部分74的第一端90，并且第二主体部分74的第二端92连接到第三主体部分76的第一端106。

第一主体部分72可通过任何适当方式连接到第二主体部分74。例如，第一主体部分72可以通过具有能够经受它所暴露的环境(温度、化学品和机械载荷)的适当组分的铜焊材料连接到第二主体部分74。银-镍铜焊材料可适用于这种应用。

同样，第二主体部分74可以通过任何适当方式连接到第三主体部分76。例如，可以使用例如激光或电子束焊接的受控深度熔透焊接来将第二主体部分74连接到第三主体部分76。

如图3-5清楚看到，第二主体部分74包括一个或多个冷却流体开口130，该冷却流体开口在围绕火花塞安装孔腔部分98并与其隔开的预定径向位置处通向布置在第二主体部分74内的一个或多个冷却流体通道132。第二主体部分74布置在缸盖24内，使得冷却流体开口130通向缸盖的第一冷却流体通道32，并从第一冷却流体通道32接收冷却流体。冷却流体开口130和冷却流体通道132可以多种方式构造。可以使用能够靠近火花塞88和火花塞安装孔腔部分98输送冷却流体流的任何开口和通道。

在所示实施方式中，火花塞安装孔腔部分98通过被构造成围绕火花塞88的柱状壁134限定。第二主体部分74包括四个隔开的冷却流体开口130。每个冷却流体开口130具有宽度W(开口围绕第二主体部分的周边延伸的度数)。在一些实施方式中，每个冷却流体开口130可围绕柱状第二主体部分74的周围延伸相同的度数，而在其他实施方式中，一些冷却开口可延伸比其他冷却开口更大的角度。冷却流体开口130通向围绕柱状壁134径向向内延伸的冷却流体通道132。冷却流体通道132适用于将冷却流体输送经过第二主体部分74。冷却流体开口130和冷却流体通道132是大致矩形的形状。但是在其他实施方式中，冷却流体开口130和冷却流体通道132的数量、尺寸和形状可以变化。

参考图5，第二主体部分74具有柱状外表面138。所述一个或多个冷却流体开口130具有高度H1，并包括下边缘140、大致平行于下边缘140的上边缘142、大致垂直于下边缘140和上边缘142的第一侧边缘144和大致平行于第一侧边缘144的第二侧边缘146。下边缘140被构造有相对大的半径R1，并且上边缘142被构造有从外表面138延伸长度L1的凸脊150。下边缘140上的相对大的半径和上边缘142上的凸脊150有助于帮助冷却流体流入冷却流体开口130。凸脊150具有厚度T1和带有半径R2的凹入弯曲的下表面152。凸脊150可以大致平行于下边缘140，并延伸超过第一侧边缘144和第二侧边缘146，如图3所示。

但是，凸脊150的数量、构造和布置可以变化。例如，在一些实施方式中，凸脊150可以与每个冷却流体开口130相联，而在其他实施方式中，凸脊150可以只与选择数量的冷却流体开口130相联，例如具有与入口开口相联的凸脊，而不具有与出口开口相联的凸脊。另外，虽然在所示的实施方式中，凸脊150靠近上边缘142上的冷却流体开口130形成，但在其他实施方式中，凸脊150可形成在沿着外表面138的另一位置处。可以使用将冷却流体流引导到冷却流体开口130内的任何位置。另外，虽然在所示实施方式中，每个凸脊150是大致平行于下边缘140并从第一侧边缘144外侧的点延伸到第二侧边缘146外侧的点的连续突出部，在其他实施方式中，凸脊150可以在冷却流体开口130上不连续，可以不延伸超过侧边缘144、146，或者可以不平行于下边缘140。另外，虽然在所示实施方式中，凸脊150包括凹入弯曲的下表面152，但在其他实施方式中，下表面152不需要是弯曲或凹入的。

第二主体部分74的一种实施方式可具有凸脊150，凸脊150具有不同于第二主体部分的另一实施方式的厚度T1和长度L1。但是第二主体部分74可受到较大和快速的温度波动。具有过薄厚度的凸脊150会由于来自冷却流体流的热应力/循环和压力而出现裂纹和失效。因此，凸脊150必须具有足够的厚度T1而不出现裂纹和失效。另外，由于预燃室末端组件60安装在缸盖24内，凸脊150的长度L 1必须不延伸到与缸盖24干涉并防止适当安装的位置。在所示实施方式中，凸脊150不径向延伸超过第二主体部分74的第一端90。

在一种实施方式中，冷却流体开口130的高度H1在大约8毫米到大约12毫米的范围内，冷却流体开口130的宽度W在围绕第二主体部分74的周边的大约34度到大约42度的范围内，下边缘半径R1在大约4毫米到大约8毫米的范围内，凸脊150具有大约4毫米到大约8毫米范围内的长度L1，凸脊150具有大约2毫米到大约6毫米范围内的厚度T1，并且下表面152具有大约3毫米到大约7毫米范围内的半径。凸脊150可在超过第一侧边缘144和第二侧边缘146大约5度到大约15度的范围内延伸。

在另一实施方式中，冷却流体开口130的高度H1是大约10毫米，冷却流体开口130的宽度W是大约38度，下边缘半径R1是大约6毫米，凸脊150具有大约6毫米的长度L1和大约4毫米的厚度T1，并且下表面半径R2是大约5毫米。

第二主体部分74还包括燃料通道154(图4)。燃料通道154通向预燃室122，并被构造成将例如气态燃料的燃料从燃料源(未示出)输送到预燃室122内。

工业实用性

参考附图，并且在操作中，预燃室组件60安装在缸盖24内。在安装时，预燃室末端77邻近第一冷却流体通道32。来自于第一冷却流体通道32的冷却流体流围绕预燃室末端77流动并向上进入第二冷却流体通道34(向上冷却流体流动如图5箭头C所示)。随着冷却流体向上朝着第二冷却流体通道34流动，与冷却流体开口130相联的凸脊150将一些冷却流体流转向到冷却流体开口130和冷却流体通道132内。另外，冷却流体开口130的下边缘140的相对大的半径R1为转向的冷却流体提供相对小的流动阻力路径。因此，预燃室末端77包括有助于冷却流体流过末端内的冷却流体通道132的结构元件。

在缸盖24内的冷却流体通道32、34内流动并经过第二主体部分74中的冷却流体通道132的冷却流体通过传导来转移来自于预燃室组件60的热量而有助于预燃室末端77的冷却。特别是，冷却流体在靠近火花塞88和火花塞安装孔腔部分98的位置处冷却第二主体部分74。因此，火花塞88的电极端部处的火花塞88的温度降低，造成火花塞寿命增加，并减小停机时间。另外，第二主体部分74作为其一部分的预燃室末端77的冷却延长了第二和第三主体部分74、76的寿命。

虽然这里描述的本发明的实施方式可以在不偏离权利要求范围的情况下结合，本领域普通技术人员将明白可以进行多种变型和改型。本领域普通技术人员从说明书的考量和本发明的实践中将明白其它的实施方式。所打算的是说明书和例子仅仅作为示例性来考量，真实范围通过权利要求及其等同物来指明。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的预燃室末端，包括：

第一主体部分，其具有定位其中的预燃室，所述第一主体部分具有终端，所述终端的多个孔口能够将膨胀气体引导离开所述预燃室；以及

第二主体部分，其附接到所述第一主体部分，所述第二主体部分具有外表面、形成在所述外表面内的冷却流体开口、与所述冷却流体开口流体连通的冷却流体通道以及与冷却流体开口相联的凸脊，所述凸脊从所述外表面延伸并能够将冷却流体流转向到所述冷却流体开口和冷却流体通道内。

2.根据权利要求1所述的预燃室末端，其中，所述凸脊形成所述冷却流体开口的上边缘。

3.根据权利要求1所述的预燃室末端，其中，所述凸脊包括凹入弯曲的下表面。

4.根据权利要求3所述的预燃室末端，其中，所述凹入弯曲的下表面具有在大约3毫米到大约7毫米范围内的半径。

5.根据权利要求1所述的预燃室末端，其中，所述凸脊具有在大约2毫米到大约6毫米范围内的厚度和在大约4毫米到大约8毫米范围内的径向长度。

6.根据权利要求1所述的预燃室末端，其中，所述冷却流体开口具有第一侧边缘和第二侧边缘，并且其中所述凸脊从第一侧边缘的外侧连续延伸到第二侧边缘的外侧。

7.根据权利要求1所述的预燃室末端，其中，所述第二主体部分的外表面是大致柱状的，并且包括四个隔开的冷却流体开口和四个凸脊，每个凸脊与相应的冷却流体开口相联。

8.根据权利要求1所述的预燃室末端，其中，所述第二主体部分具有能够安装火花塞的火花塞安装孔腔，并且其中所述冷却通道能够靠近所述火花塞安装孔腔输送冷却流体流。

9.根据权利要求1所述的预燃室末端，其中，所述第一主体部分和第二主体部分分别由不同金属材料构造。

10.一种内燃机，包括：

发动机缸体，具有至少一个缸；

缸盖，与所述发动机缸体接合以便覆盖所述缸，并限定主燃烧室，所述缸盖具有缸盖冷却流体通道；以及

安装在所述缸盖内的根据权利要求1所述的预燃室末端，其中所述第一主体部分的终端延伸到所述主燃烧室内，使得多个孔口将膨胀气体从预燃室引导到所述主燃烧室内。

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