CN103161562B - 内燃机的燃烧生成设备 - Google Patents

Abstract

提供一种内燃机的燃烧生成设备，其能够通过无需预燃室的简单结构进行非常精确的火焰控制并通过低温迅速燃烧而减少有害的排放气体。所述燃烧生成设备包括：点火系统，所述点火系统产生火花；和喷射器，所述喷射器通过混合空气和燃料从而产生混合物，并将火焰喷射入燃烧室，所述火焰通过向所述混合物施加火花而产生。

Description

内燃机的燃烧生成设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月13日提交的韩国专利申请第10-2011-0133767号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及内燃机的燃烧生成设备，更特别地，涉及这样一种内燃机的燃烧生成设备，其将火焰直接喷射入燃烧室，在从副喷射器喷射空气和燃料的混合物的同时，点燃并产生火焰，所述副喷射器混合了空气和燃料并喷射混合物。

背景技术

通常，使用汽油作为燃料的内燃机（例如车辆的发动机）通过喷射器将燃料直接喷射入在汽缸体内形成的燃烧室，且喷射入燃烧室的燃料通过由点火系统（例如火花塞）产生的火焰而燃烧。

在具有上述结构的内燃机中，由火花塞的火花形成的火焰中心的尺寸较小，且其持续时间较短。因此，燃烧室中的燃料混合物可能不会完全燃烧。在改善燃料效率的稀薄燃烧（超稀薄）的过程中，通过高温燃烧产生大量氧化氮。因此，内燃机需要昂贵的催化过滤器以减少氧化氮。

为了克服所述缺陷，使用预燃室喷射点火系统。预燃室喷射点火系统能够导致在燃烧室中的燃料的超稀薄燃烧的过程中低温迅速燃烧，从而减少氧化氮的量。此外，预燃室喷射点火系统可连续地和稳定地产生极大的火焰中心。预燃室喷射点火系统包括预燃室，所述预燃室在燃烧室上方形成并与燃烧室相通；副喷射器，所述副喷射器被安装成将燃料喷射至预燃室；和火花塞，所述火花塞用于点燃预燃室中的燃料。

因此，当将混合物引入燃烧室或通过喷射器喷射燃料时，少量的燃料通过副喷射器而喷射入预燃室中，且火花塞在预燃室内产生火花，从而在预燃室中点燃了燃料。以这种方式点燃的火焰从预燃室喷射至燃料室，且燃烧室中的燃料通过从预燃室喷射的火焰而燃烧。

然而，在上述内燃机中（其中燃烧在燃烧室中通过从预燃室喷射的火焰而进行），当超少量的燃料被喷射入由预燃室形成的小空间中并被火花塞点燃时，极有可能发生意外失火。在这种情况下，发动机会失效。此外，由于预燃室中的空气并不是新鲜的外部空气而是之前爆炸冲程中留下的排放气体，所以预燃室包含少量的氧气。因此，预燃室内的燃烧不稳定。此外，内燃机难以进行精确的点火控制，例如空气-燃料比例控制或燃烧速度控制。

公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面致力于提供一种内燃机的燃烧生成设备，其能够通过无需预燃室的简单结构来进行非常精确的火焰控制并通过低温迅速燃烧而减少有害的排放气体。

在本发明的一个方面，一种内燃机的燃烧生成设备，可以包括：点火单元，所述点火单元产生火花；和喷射器，所述喷射器通过对供应至该喷射器的空气和燃料进行混合从而产生空气和燃料的混合物，并将火焰喷射入燃烧室，通过向所述混合物施加火花而产生所述火焰。

所述点火单元可以包括火花塞，所述火花塞安装在所述喷射器的内部或外部。

所述喷射器单元可以包括：喷射器本体；阀门，所述阀门能够滑动地安装在所述喷射器本体中，根据阀门的移动而选择性地接收燃料和空气，并且对接收的燃料和空气进行混合从而产生其混合物，并将产生的混合物喷射入所述燃烧室；和螺线管单元，所述螺线管单元从发动机控制单元（ECU）接收控制信号并选择性地使所述阀门在阀门的纵向方向上在所述喷射器本体中移动。

所述喷射器本体安装在所述燃烧室的上方部分中并且与所述燃烧室流体相通，且所述螺线管单元安装在所述喷射器本体的上方部分的内部。

所述喷射器单元还可以包括：阀门凹槽，所述阀门凹槽在所述喷射器本体的纵向方向上形成在所述喷射器本体的中央，其中所述阀门安装在所述阀门凹槽中从而沿着所述阀门凹槽的纵向方向移动；喷射孔，所述喷射孔在喷射本体中的阀门的下方部分的下方形成并且与所述阀门凹槽的下方端部流体相通，其中所述喷射孔可以具有沿着所述喷射器本体的纵向方向扩张的直径；空气供应口和燃料供应口，所述空气供应口和燃料供应口形成至所述喷射器本体，用于将燃料和空气供应至所述阀门的内部；多个供应孔，所述供应孔形成至所述阀门从而根据阀门的移动分别与所述空气供应口和所述燃料供应口流体相通，或被阻塞从而不分别与所述空气供应口和所述燃料供应口相通；混合孔，所述混合孔流体连接至所述供应孔，其中所述混合孔在所述阀门中沿着所述阀门的纵向方向延伸；和排出孔，所述排出孔形成至所述阀门并且与所述混合孔流体相连接，其中所述排出孔在所述阀门的径向方向上向外延伸，其中火花塞安装在所述喷射孔中从而在阀门本体的径向方向上向内突出。

喷嘴在所述喷射孔下方形成。

所述喷射器单元还可以包括：空气供应口和燃料供应口，所述空气供应口和燃料供应口形成至所述喷射本体，用于将空气和燃料供应至所述阀门的内部；阀门凹槽，所述阀门凹槽在所述喷射器本体的纵向方向上形成在所述喷射器本体的中央，其中所述阀门安装在所述阀门凹槽中从而沿着所述阀门的纵向方向移动；燃料供应构件，所述燃料供应构件安装在所述阀门内部并且固定至所述喷射器本体；和燃料供应孔，所述燃料供应孔在所述燃料供应构件内部形成，其中所述燃料供应孔沿着燃料供应构件的纵向方向延伸至所述燃料供应构件的下方部分并且与所述喷射器本体的燃料供应口连续地流体相通，其中所述燃料供应孔与燃料排出孔流体连接，所述燃料排出孔形成至所述燃料供应构件并且在燃料供应构件的径向方向上向外延伸，其中所述阀门可以具有阀门排出孔，所述阀门排出孔选择性地流体连接至所述燃料排出孔，其中所述阀门凹槽的下方部分在所述阀门的外周边和所述喷射器本体的内周边之间形成了混合室，且其中所述混合室的下方部分可以具有由塞子打开或关闭的形状。

所述塞子设置在所述阀门的下方部分中并以其径向方向逐步向外扩张。

根据本发明的内燃机的燃烧生成设备，所述副喷射器混合了燃料和空气从而喷射混合物。因此，由于燃烧生成设备不需要预燃室，不仅可以简化了燃烧生成设备的结构，也可容易地制造形成内燃机的气缸。此外，在燃料和空气在副喷射器中混合的状态下，由于混合物通过火花塞点燃，可精确地进行火焰控制，使得有可能改善发动机的功率。此外，可通过相对于火花塞火焰点火的火焰蔓延进行低温迅速燃烧，使得有可能减少有害的排放气体。另外，可改善燃烧的稳定性从而避免内燃机失效和增加燃料效率。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1为根据本发明的一个示例性具体实施方案的燃烧生成设备的剖视图。

图2为形成根据本发明的另一个示例性具体实施方案的燃烧生成设备的副喷射器的剖视图。

图3A至3C为形成根据本发明的一个示例性具体实施方案的燃烧生成设备的副喷射器的剖视图，其中显示了副喷射器的操作程序。

图4A至4C为形成根据本发明的另一个示例性具体实施方案的燃烧生成设备的副喷射器的剖视图，其中显示了副喷射器的操作程序。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征（包括例如具体尺寸、方向、位置和外形）将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图中，贯穿附图的多幅图形，附图标记涉及本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个具体实施方案，这些具体实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性具体实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性具体实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性具体实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它具体实施方案。

下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。

参考图1，具有预定体积的燃烧室1在形成了内燃机的气缸中形成。尽管未示出，诸如喷射器的燃料喷射设备被安装成将燃料喷射入燃烧室中。

副喷射器3安装在燃烧室1的上方部分并将火焰2喷射入燃烧室1中从而燃烧燃烧室的燃料。

副喷射器3的被打开的下方端部部分与燃烧室1相通，使得燃烧室1的燃料被通过副喷射器3的下方端部部分喷射的火焰2点燃。

副喷射器3包括喷射器本体3a，所述喷射器本体3a以圆柱体形状形成并安装在燃烧室1的上方部分中。

喷射器本体3a包括螺线管3b，所述螺线管3b掩埋并安装在喷射器本体3a的上方部分中。螺线管3b的操作由从发动机控制单元（ECU）接收的控制信号而被控制。

副喷射器3具有在副喷射器3的中央形成的阀门凹槽3c，所述阀门凹槽3c沿着喷射器本体3a的纵向方向从副喷射器3的上部延伸至下部。

阀门凹槽3c的下方端部与喷射孔3ca相通，所述喷射孔3ca穿过喷射器本体3a的下端部表面形成并且具有扩张的直径。

阀门3d插入阀门凹槽3c中并被安装成通过螺线管3b竖直地移动。

用于将压缩空气供应入喷射器本体3a的压缩空气供应口3aa和用于供应燃料的燃烧供应口3ab在喷射器本体3a的侧面处形成，且压缩空气和燃料分别通过口3aa和3ab供应入喷射器本体3a中。

阀门3d具有两个供应孔3da，所述两个供应孔3da在竖直方向上彼此相隔预定距离形成，且多个供应孔3da进行连接从而分别与压缩空气供应口3aa和燃料供应口3ab相通，或阻塞从而不分别与压缩空气供应口3aa和燃料供应口3ab相通。两个供应孔3da连接从而与混合孔3db相通，所述混合孔3db沿着阀门3d的纵向方向从预定部分延伸至下方部分，且混合孔3db形成从而与两个排出孔3dc相通，所述排出孔3dc以阀门3d的径向方向向外扩张。

排出孔3dc的数量不必设为两个。具体而言，只要燃料和空气的混合物被合适地喷射，排出孔3dc的数量可设为一个或三个或更多个。

供应孔和混合孔充当混合器，所述混合器通过多个单独的线路接收燃料和空气并混合燃料和空气从而产生混合物。

充当点火系统的火花塞4安装在喷射孔3ca中从而沿径向方向向内突出。火花塞4可安装在外部。

因此，当通过两个供应口3aa和3ab分别将燃料和空气供应至喷射器本体3a时，燃料和空气在与阀门3d的两个供应孔3da相通的混合孔3db中相互混合，并且通过排出孔3dc将混合物排出至阀门外部。当如上所述将混合物排出时，火花塞4产生火花从而点燃排出的混合物，并且由点燃混合物而产生的火焰2被喷射入燃烧室1中。

参考图2，具有多个孔的喷嘴5附加地安装在喷射孔3ca的下方端部，并且其它元件具有如图1所示的相同结构。

当喷嘴5如上所述安装时，火焰通过喷嘴的孔而分成多个部分并喷射入燃烧室1中。

图3A显示了根据本发明的示例性具体实施方案的副喷射器3处于等待状态。参考图3A，阀门3d的两个供应孔3da和喷射器本体3a的两个供应口3aa和3ab被设置为相互偏离，使得供应至喷射器本体3a的供应口3aa和3ab的燃料和空气不供应至阀门3d。

图3B显示了ECU的控制信号施加至螺线管3b，且阀门3d通过螺线管3b的操作而向下移动，使得阀门3d的两个供应孔3da和供应口3aa和3ab连接从而相互相通。

因此，供应至喷射器本体3a的供应口3aa和3ab的燃料和空气供应至阀门3d的两个供应孔3da，然后在混合孔3db中相互混合从而产生混合物。以这种方式产生的混合物6通过排出孔3dc排出至阀门3d外部，然后引入喷射孔3ca。同时，火花塞4产生火花4a从而点燃混合物6。

图3C显示了由混合物6产生的火焰2被喷射入燃烧室中。

图4A至4C为形成根据本发明的另一个示例性具体实施方案的燃烧生成设备的副喷射器的剖视图，其中显示了副喷射器的操作程序。图4A至4C的副喷射器的构造方式与图2和图3A-3C的副喷射器的不同之处在于燃料供应构件23插入并固定至喷射器本体3a，阀门13可以以阀门13沿燃料供应构件23的外表面移动的状态而竖直移动，阀门13被安装成相对于燃料供应构件23移动，并且阀门13具有塞子13b，所述塞子13b在阀门13的下方部分中形成并且具有沿径向方向逐步向外扩张的形状。

燃料供应构件23包括燃料供应孔23a，所述燃料供应孔23a总是与喷射器本体3a的燃料供应口3ab相通，且燃料供应孔23a被形成为沿着燃料供应构件23的纵向方向延伸至下方部分并且具有多个燃料排出孔23a，所述燃料排出孔23a沿径向方向向外扩张。

阀门13具有多个阀门排出孔13a，所述阀门排出孔13a选择性地连接至燃料排出孔23a。

阀门凹槽3c的下方部分沿径向方向扩张从而形成在阀门13的外周边和喷射器本体3a的内周边之间的混合室3cb。混合室3cb的下方部分具有由塞子13b打开和关闭的形状。

图4A显示了由于控制信号未施加至螺线管3b，阀门13通过弹性构件14而向上定位的状态，所述弹性构件14设置在喷射器本体3a内部并且由突出部15支撑。因此，燃料供应构件23的内部由通过燃料供应口3ab供应至喷射器本体3a的燃料填充，且混合室3cb的内部由通过空气供应口3aa供应的空气填充。混合室3cb的下方部分由塞子13b阻塞。

图4B显示了当ECU的控制信号施加至螺线管3b时，阀门通过螺线管3b的操作而向下移动的状态。因此，阀门13的多个阀门排出孔13a和燃料供应构件23的多个燃料供应孔23a相互相通从而通过燃料排出孔23a将燃料引入混合室3cb，并且燃料与空气混合从而形成混合物。

混合物通过由阀门13向下移动而打开的下方部分到达喷射孔3ca。同时，火花塞4产生火花4a从而点燃混合物6。

图4C显示了由混合物6产生的火焰2被喷射入燃烧室中。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上方”、“下方”、“内部”和“外部”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性具体实施方案的特征。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性具体实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性具体实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (6)

1.一种内燃机的燃烧生成设备，包括：

点火单元，所述点火单元产生火花；和

喷射器单元，所述喷射器单元包括喷射器，所述喷射器通过对供应至该喷射器的空气和燃料进行混合从而产生空气和燃料的混合物，并将火焰喷射入燃烧室，通过向所述混合物施加火花而产生所述火焰，

其中所述喷射器单元包括：

火花塞，所述火花塞安装在所述喷射器的内部；

喷射器本体；

阀门，所述阀门能够滑动地安装在所述喷射器本体中，根据阀门的移动而选择性地接收燃料和空气，并且对接收的燃料和空气进行混合从而产生其混合物，并将产生的混合物喷射入所述燃烧室；

螺线管单元，所述螺线管单元从发动机控制单元接收控制信号并选择性地使所述阀门在阀门的纵向方向上在所述喷射器本体中移动；

空气供应口和燃料供应口，所述空气供应口和燃料供应口形成至所述喷射本体，用于将空气和燃料供应至所述阀门的内部；

阀门凹槽，所述阀门凹槽在所述喷射器本体的纵向方向上形成在所述喷射器本体的中央，其中所述阀门安装在所述阀门凹槽中从而沿着所述阀门的纵向方向移动；

燃料供应构件，所述燃料供应构件安装在所述阀门内部并且固定至所述喷射器本体，其中所述阀门能够滑动地安装在所述燃料供应构件的外表面上；和

燃料供应孔，所述燃料供应孔在所述燃料供应构件内部形成，

其中所述燃料供应孔沿着燃料供应构件的纵向方向延伸至所述燃料供应构件的下方部分并且与所述喷射器本体的燃料供应口连续地流体相通，

其中所述燃料供应孔与多个燃料排出孔垂直地流体连接，所述燃料排出孔从所述燃料供应孔径向地向外延伸，

其中所述阀门具有阀门排出孔，所述阀门排出孔选择性地流体连接至所述燃料排出孔，

其中所述阀门凹槽的下方部分在所述阀门的外周边和所述喷射器本体的内周边之间形成了混合室，且

其中所述混合室的下方部分具有由塞子打开或关闭的形状。

2.根据权利要求1所述的内燃机的燃烧生成设备，其中所述喷射器本体安装在所述燃烧室的上方部分中并且与所述燃烧室流体相通，且

所述螺线管单元安装在所述喷射器本体的上方部分的内部。

3.根据权利要求1所述的内燃机的燃烧生成设备，其中所述塞子设置在所述阀门的下方部分中并以其径向方向逐步向外扩张。

4.一种内燃机的燃烧生成设备，包括：

点火单元，所述点火单元产生火花；和

喷射器单元，所述喷射器单元包括喷射器，所述喷射器通过对供应至该喷射器的空气和燃料进行混合从而产生空气和燃料的混合物，并将火焰喷射入燃烧室，通过向所述混合物施加火花而产生所述火焰，

其中所述喷射器单元包括：

火花塞，所述火花塞安装在所述喷射器的内部；

喷射器本体；

阀门，所述阀门能够滑动地安装在所述喷射器本体中，根据阀门的移动而选择性地接收燃料和空气，并且对接收的燃料和空气进行混合从而产生其混合物，并将产生的混合物喷射入所述燃烧室；

螺线管单元，所述螺线管单元从发动机控制单元接收控制信号并选择性地使所述阀门在阀门的纵向方向上在所述喷射器本体中移动；

阀门凹槽，所述阀门凹槽在所述喷射器本体的纵向方向上形成在所述喷射器本体的中央，其中所述阀门安装在所述阀门凹槽中从而沿着所述阀门凹槽的纵向方向移动；

喷射孔，所述喷射孔在喷射本体中的阀门的下方部分的下方形成并且与所述阀门凹槽的下方端部流体相通，其中所述喷射孔具有沿着所述喷射器本体的纵向方向扩张的直径；

空气供应口和燃料供应口，所述空气供应口和燃料供应口形成至所述喷射器本体，用于将燃料和空气供应至所述阀门的内部；

多个供应孔，所述供应孔形成至所述阀门从而根据阀门的移动分别与所述空气供应口和所述燃料供应口流体相通，或被阻塞从而不分别与所述空气供应口和所述燃料供应口相通；

混合孔，所述混合孔流体连接至所述供应孔，其中所述混合孔在所述阀门中沿着所述阀门的纵向方向延伸；和

排出孔，所述排出孔形成至所述阀门并且与所述混合孔流体相连接，其中所述排出孔在所述阀门的径向方向上向外延伸，

其中火花塞安装在所述喷射孔中从而在阀门本体的径向方向上向内突出。

5.根据权利要求4所述的内燃机的燃烧生成设备，其中所述喷射器本体安装在所述燃烧室的上方部分中并且与所述燃烧室流体相通，且

所述螺线管单元安装在所述喷射器本体的上方部分的内部。

6.根据权利要求4所述的内燃机的燃烧生成设备，其中喷嘴在所述喷射孔下方形成。