CN103291439A - 预燃室喷射点火器和包括该预燃室喷射点火器的发动机 - Google Patents

预燃室喷射点火器和包括该预燃室喷射点火器的发动机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预燃室喷射点火器和包括该预燃室喷射点火器的发动机。所述发动机包括预燃室喷射点火器，所述预燃室喷射点火器将至少一个喷燃火焰从燃烧室的外部喷入燃烧室，在所述燃烧室中活塞往复移动从而产生动力，使得喷射的喷燃火焰被用作喷入燃烧室的空间中的燃料的点火源，从而驱动爆炸冲程，使得可通过使用大火焰中心形式的喷燃火焰从而可靠地维持燃烧室的燃烧，可使用由连续可靠的燃烧造成的快速冷燃烧从而显著改善燃料消耗并可显著减少NOx的产生，并且特别地，有可能防止由于流入燃烧室的空气-燃料混合物的流动和压力的变化而导致的空气-燃料混合物液化。

Description

预燃室喷射点火器和包括该预燃室喷射点火器的发动机
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年2月29日提交的韩国专利申请第10-2012-0021105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
本发明涉及发动机，特别地，涉及包括使用预燃室喷射点火器的燃烧室的发动机，所述预燃室喷射点火器将之前从空气-燃料混合物形成的喷燃火焰喷入燃烧室内的空间，使得所述喷燃火焰充当喷入所述燃烧室内的空间的燃料的点火源从而点燃所述燃料，从而通过使用作为大火焰中心的喷燃火焰来可靠地维持燃烧，并且因此显著改善燃料消耗并减少NOx的产生。
背景技术
在通用的发动机中，将燃料直接喷入燃烧室（GDI类型）或将燃料和空气混合然后供应至燃烧室（MPI类型）之后，在燃烧室中通过从火花塞产生的火花而形成燃烧火焰中心，从而点燃空气-燃料混合物并使其爆炸（火焰蔓延）。
MPI类型和GDI类型之间的差别在于，在将燃料直接喷入燃烧室的情况下（GDI类型），进行分层燃烧，而在将燃料和空气混合并供应至燃烧室的情况下（MPI类型），进行均匀燃烧。
由于在燃烧室中通过点火和爆炸（火焰蔓延）启动爆炸冲程，从发动机产生动力。
然而，如果火花塞在燃烧室中产生点火火花并且通过点火火焰在燃烧室中形成燃烧火焰中心，则火焰中心的尺寸较小，且其持续时间较短，无法保证燃烧室中的完全燃烧。
该问题对上述燃烧方案施加了固有的限制。
为了克服所述限制，可向发动机施加稀薄燃烧（超稀薄燃烧），但是稀薄燃烧（超稀薄燃烧）的另一问题在于由于用于改善燃料消耗的高热量燃烧而产生大量NOx。
在这种情况下，可使用DeNOx催化剂减少NOx的产生，但是DeNOx催化剂昂贵，因此增加了成本并降低了竞争力。
公开于该背景技术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
本发明的各个方面提供发动机，所述发动机包括燃烧室，所述燃烧室使用预燃室喷射点火器，所述预燃室喷射点火器使空气-燃料混合物燃烧，所述空气-燃料混合物为在燃烧室外部混合的外部空气和喷射的燃料，并且将由燃烧产生的大火焰中心的喷燃火焰供应至燃烧室，从而通过喷燃火焰（火焰蔓延）点燃燃料并使其爆炸，并且可靠地维持燃烧室的燃烧，从而使用快速冷燃烧显著改善燃料消耗并减少NOx的产生。
本发明的各个方面提供发动机，所述发动机包括燃烧室，所述燃烧室使用预燃室喷射点火器，所述预燃室喷射点火器以大火焰中心的形式将从燃烧室外部供应的喷燃火焰供应至燃烧室中，使得喷燃火焰充当喷入燃烧室的燃料的点火源，从而免除供应空气和燃料的空气-燃料混合物口，因此防止由于空气-燃料混合物的流动和压力的变化而导致的空气-燃料混合物液化。
本发明的各个方面提供一种预燃室喷射点火器，其中空气从大气被供应至具有往复式活塞的燃烧室；燃料被喷入所述流入的空气从而形成空气-燃料混合物，并且所述空气-燃料混合物然后在所述燃烧室中燃烧从而产生燃烧火焰；所述燃烧火焰以至少一个喷燃火焰的形式被喷入所述燃烧室内的空间；所述喷燃火焰充当点火源使得喷入所述燃烧室内的空间的燃料进行燃烧；和在所述燃烧室中通过所述喷射燃料的燃烧产生了爆炸冲程。
所述预燃室喷射点火器还可包括：压缩块，所述压缩块具有压缩室，在所述压缩室中，外部空气和喷入所述空气的燃料混合从而形成空气-燃料混合物；副喷射器，所述副喷射器安装至所述压缩块从而将所述燃料喷入所述压缩室；加压活塞，所述加压活塞改变所述压缩室的体积从而增加所述空气-燃料混合物的压力；阀单元，当所述空气-燃料混合物的压力增加时，所述阀单元打开，使得所述空气-燃料混合物从所述压缩室排出；燃烧块，所述燃烧块具有燃烧空间从而使从所述阀单元排出的所述空气-燃料混合物燃烧；火花塞，所述火花塞安装在所述燃烧块中从而产生火花，使得穿过所述燃烧块的所述空气-燃料混合物燃烧；和喷射嘴，所述喷射嘴以至少一个喷燃火焰的形式喷射由所述空气-燃料混合物的燃烧产生的火焰，其中所述喷燃火焰的喷射方向朝向具有所述往复式活塞的所述燃烧室内的空间。
所述空气-燃料混合物可形成流动通道，所述空气-燃料混合物通过所述阀单元而穿过所述流动通道流出，流入所述燃烧块，并且直接从所述燃烧块流入所述喷射嘴。
所述阀单元和所述燃烧块可与所述压缩块接合，并且所述喷射嘴可与所述压缩室接合。
所述压缩块可具有紧固端部，所述紧固端部与所述阀单元和所述燃烧块接合，并且所述紧固端部可位于所述压缩室的位置下方。
所述加压活塞可具有活塞，所述活塞可移动从而改变所述压缩块的所述压缩室的体积；和活塞杆，所述活塞杆整体地连接至所述活塞。
所述阀单元可具有副止回阀，所述副止回阀具有所述外部空气从大气流入所述压缩室的通道；主止回阀，所述主止回阀具有所述空气-燃料混合物从所述压缩室排出的通道；和紧固端部，所述紧固端部插入所述压缩块的所述压缩室。
所述燃烧块可具有空气-燃料混合物通道，通过所述主止回阀流出的所述空气-燃料混合物通过所述空气-燃料混合物通道流动；点火通道，所述点火通道与所述空气-燃料混合物通道的一个端部相通，使得从所述火花塞产生的火花朝向所述空气-燃料混合物通道而被导引；新鲜空气流入通道，新鲜空气从大气流入所述新鲜空气流入通道；和紧固端部，所述紧固端部与所述压缩块和所述喷射嘴接合。
所述喷射嘴可具有预燃室，所述预燃室具有空间，所述空间用于使供应至所述燃烧块的所述空气-燃料混合物燃烧；喷焰喷孔，所述喷焰喷孔用于在一个或多个位置处朝向所述燃烧室内的空间喷射在所述预燃室中产生的所述燃烧火焰；和紧固端部，所述紧固端部与所述燃烧通道的所述空气-燃料通道接合。
所述主止回阀可形成单向通道，所述空气-燃料混合物通过所述单向通道从所述压缩室排出，并且当所述加压活塞向下移动从而减小所述压缩室的体积时，所述流动通道可通过所述空气-燃料混合物的增加的压力而打开。
所述副止回阀可形成单向通道，从大气供应的所述外部空气通过所述单向通道流入所述压缩室，并且当所述加压活塞向上移动从而扩大所述压缩室的体积时，所述流动通道可通过所述空气-燃料混合物的减小的压力而打开。
所述主止回阀可安装在所述阀单元的中央位置处，并且所述副止回阀可安装在远离所述中央位置的位置处。
所述空气-燃料混合物通道和所述点火通道可以以V-形排列，使得其相通部分位于顶部。
所述压缩块可具有新鲜空气流入通道和紧固端部，所述外部空气通过所述新鲜空气流入通道从大气流入所述压缩室；所述紧固端部与所述阀单元和所述燃烧块接合，并且所述紧固端部可位于所述压缩室的位置下方。所述加压活塞可具有活塞，所述活塞可移动从而改变所述压缩块的所述压缩室的体积；活塞杆，所述活塞杆整体地连接至所述活塞；新鲜空气流动通道，所述新鲜空气流动通道在所述活塞中机械形成；和燃料流动通道，所述燃料流动通道在所述活塞的另一部分中机械形成从而供应所述燃料，并且与所述新鲜空气流动通道相通。所述阀单元可具有主止回阀，所述主止回阀具有通道，所述空气-燃料混合物通过所述通道从所述压缩室排出，所述空气-燃料混合物为喷入所述压缩室并与所述外部空气混合的燃料；和紧固端部，所述紧固端部插入所述压缩块的所述压缩室。所述燃烧块可具有空气-燃料混合物通道，通过所述主止回阀流出的所述空气-燃料混合物通过所述空气-燃料混合物通道流动；点火通道，所述点火通道与所述空气-燃料混合物通道的端部相通，使得从所述火花塞产生的火花朝向所述空气-燃料混合物通道而被导引；和紧固端部，所述紧固端部与所述压缩块和所述喷射嘴接合。所述喷射嘴可具有预燃室，所述预燃室具有空间，所述空间用于使供应至所述燃烧块的所述空气-燃料混合物燃烧；喷焰喷孔，所述喷焰喷孔用于朝向所述燃烧室内的空间在一个或多个位置处喷射在所述预燃室中产生的所述燃烧火焰；和紧固端部，所述紧固端部与所述燃烧通道的所述空气-燃料通道接合。
所述新鲜空气流入通道可具有新鲜空气阀，所述新鲜空气阀用于将所述外部空气从大气供应至所述压缩室，并且在升高所述加压活塞从而扩大所述压缩室的体积的过程中，当所述压缩室的压力降低时，所述新鲜空气阀可打开。可在所述新鲜空气流动通道与所述燃料流动通道交汇的端部处提供混合阀，并且所述混合阀可混合经过所述新鲜空气流动通道的空气和经过所述燃料流动通道的燃料，从而将所述空气-燃料混合物排出至所述压缩室。
所述新鲜空气流动通道和所述燃料流动通道可以以V-形排列，使得其相通部分位于顶部。
所述主止回阀可形成单向通道，所述空气-燃料混合物通过所述单向通道从所述压缩室排出，并且当所述加压活塞向下移动从而减小所述压缩室的体积时，所述流动通道可通过所述空气-燃料混合物的增加的压力而打开。
所述喷焰喷孔可为发散截锥，所述发散截锥从所述预燃室发散并且扩张。可提供至少三个喷焰喷孔从而形成所述截锥。
本发明的各个方面提供一种包括使用预燃室喷射点火器的燃烧室的发动机，包括：喷射嘴，所述喷射嘴从大气朝向燃烧室内的空间喷射至少一个喷燃火焰，所述燃烧室具有往复式活塞，其中所述喷燃火焰充当点火源从而使喷入所述燃烧室内的空间的燃料燃烧，并且通过所述喷射燃料的燃烧在所述燃烧室中启动爆炸冲程；进气阀，所述进气阀在所述燃烧室的上方部分处打开或关闭进气歧管的通道；排气阀，所述排气阀打开或关闭排气歧管的通道，在所述燃烧室中产生的排出气体通过所述排气歧管的通道流动；和主喷射器，所述主喷射器将所述燃料喷入所述燃烧室内的空间。
所述预燃室喷射点火器可插置在所述进气阀和所述排气阀之间，并且所述主喷射器可位于所述燃烧室的一侧处。
在所述外部空气和喷入所述空气的所述燃料混合从而形成所述空气-燃料混合物之后，所述空气-燃料混合物然后在所述发动机的所述燃烧室外部燃烧，可以以大火焰中心形式将喷燃火焰供应至所述燃烧室。因此，有可能免除供应空气和燃料的空气-燃料混合物口，因此防止由于空气-燃料混合物的流动和压力的变化而导致的空气-燃料混合物液化。
此外，通过所述空气-燃料混合物（其为外部空气与少量燃料在所述燃烧室外部混合）预先以大火焰中心形式产生喷燃火焰之后，由于所述喷燃火焰被供应至所述燃烧室，可以可靠地维持所述燃烧室中的燃烧，从而使用快速冷燃烧显著改善燃料消耗并减少NOx的产生。
此外，由于所述喷燃火焰首先由所述空气-燃料混合物（其为外部空气与少量燃料在所述燃烧室外部混合）产生，然后被供应至所述燃烧室，有可能精确控制燃烧（控制空气-燃料比例），并且保证所述燃烧室中火焰点火的性能和可靠度。
此外，由于供应至所述燃烧室内的空间的所述喷燃火焰的形状首先从所述燃烧室外部精确确定，有可能精确计算直接喷入所述燃烧室内的空间的燃料的量，从而减少燃料消耗。
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案，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为显示根据本发明的示例性预燃室喷射点火器的图。
图2为显示具有提供根据本发明的预燃室喷射点火器的燃烧室的示例性发动机的图。
图3为显示根据本发明的示例性预燃室喷射点火器的图。
图4为显示图3中所示的预燃室喷射点火器的操作状态的图。
图5为显示根据本发明的示例性预燃室喷射点火器的操作的流程图。
图6和7为显示图5中所示的预燃室喷射点火器的操作状态的图。
图8为显示示例性燃烧室的燃烧状态的图，其中通过操作根据本发明的预燃室喷射点火器而喷射喷燃火焰。
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。
在说明书中，本发明的各个附图和具体实施方案中的相似的附图标记表示相似的部件。
图1显示根据本发明的预燃室喷射点火器的构造。
如图中所示，预燃室喷射点火器10包括压缩块20，所述压缩块20具有压缩室21，在所述压缩室21中流入外部空气并且喷入少量燃料；加压活塞30，所述加压活塞30用于改变压缩室21的体积从而增加流入压缩室21的空气和燃料的混合物的压力；阀单元40，所述阀单元40具有空气从大气流入压缩室21的流动通道以及空气-燃料混合物从压缩室21排出的流动通道；燃烧块50，所述燃烧块50具有燃烧空间，通过阀单元40排出的空气-燃料混合物在所述燃烧空间中燃烧；和喷射嘴60，所述喷射嘴60用于将空气-燃料混合物的燃烧火焰以喷燃火焰的形式喷入燃烧室1内的空间，使得空气-燃料混合物充当喷入燃烧室1内的空间的燃料的点火源。
并且，预燃室喷射点火器10包括副喷射器70，所述副喷射器70用于将少量燃料从外部供应至燃烧室1中；并且副喷射器70安装在压缩块20中从而将燃料喷入压缩室21。
此外，预燃室喷射点火器10包括用于产生火花的火花塞80，并且火花塞80安装在燃烧块50中从而点燃流入燃烧块50的空气-燃料混合物。
在预燃室喷射点火器10的情况下，在升高加压活塞30从而膨胀压缩室21的体积的过程中，如果阀单元40的流动通道随着燃烧室21的压力降低而打开，外部空气通过阀单元40的打开的流动通道从大气流入压缩室21。空气流入压缩室21之后，通过副喷射器70将少量燃料喷入压缩室21。
然后，在降低加压活塞30从而缩小压缩室21的体积的过程中，如果空气-燃料混合物的压力增加，阀单元40的另一个流动通道由于空气-燃料混合物的加压作用而打开，使得空气-燃料混合物通过阀单元40而排放至燃烧块50中的燃烧空间中。
如上所述，空气-燃料混合物流入燃烧块50，然后火花塞80产生火花从而点燃空气-燃料混合物。通过喷射嘴60以至少一个喷燃火焰的形状朝向燃烧室1内的空间喷射由空气-燃料混合物的燃烧所产生的燃烧火焰。
喷燃火焰充当点火源从而使喷入燃烧室1内的空间的燃料燃烧，并且在燃烧室中通过喷入燃料的燃烧而启动爆炸冲程。
如果必要，可合适地改变预燃室喷射点火器10的操作过程。
通过用于完全控制预燃室喷射点火器10的控制器实现控制。控制器可为分离控制器，但是也可使用常见的ECU（发动机控制单元）。
阀单元40与压缩块20接合从而阻止压缩室21打开，并且燃烧块50与压缩块20接合从而覆盖阀单元40。
出于上述目的，压缩块20还具有紧固端部22，并且在紧固端部22的内表面中形成的内螺纹部分紧固至在阀单元40的外表面中形成的外螺纹部分。在紧固端部22的外表面中形成的外螺纹部分紧固至在燃烧块50的内表面中形成的内螺纹部分。
可选择地，也可通过干涉配合或棱纹配合代替上述螺纹紧固。
加压活塞30具有活塞，所述活塞在压缩室21内的空间中可移动从而改变压缩块20中的压缩室21的体积；和活塞杆，所述活塞杆整体地连接至活塞并且从压缩块向外暴露。
通常地，加压活塞30通过分离的操作机构而上下往复移动。活塞杆连接至所述操作机构。
通过的用于控制预燃室喷射点火器10的全部操作的控制器控制所述操作机构。控制器可为分离控制器，但是也可使用常见的ECU（发动机控制单元）。
阀单元40具有主止回阀41，所述主止回阀41具有空气-燃料混合物从压缩室21向外排出的流动通道；和副止回阀42，所述副止回阀42具有空气从大气流入压缩室21的另一个流动通道。
主止回阀41中的流动通路为单向通路，空气-燃料混合物通过所述流动通路从压缩室21排出，并且当加压活塞向下移动从而缩小压缩室21的体积时，在空气-燃料混合物的增加的压力的作用下形成所述单向通路。
同时，副止回阀42中的流动通路为单向通路，空气通过所述流动通路从大气流入压缩室21，并且当加压活塞向上移动从而扩大压缩室21的体积时，在空气-燃料混合物的降低的压力的作用下形成所述单向通路。
因此，外部空气可以在大气压下通过副止回阀42流入压缩室21。
通常地，主止回阀41安装在阀单元40的中央位置处，而副止回阀42安装在靠近阀单元40的边缘（亦即远离中央位置）的位置处。
此外，阀单元40还具有紧固端部43，所述紧固端部43具有在其外表面中的外螺纹部分。紧固端部43紧固至在压缩块20的压缩室21下方的紧固端部22的内表面中形成的内螺纹部分。
可选择地，也可通过干涉配合或棱纹配合代替上述螺纹紧固。
燃烧块50具有空气-燃料混合物通道51，通过阀单元40离开的空气-燃料混合物通过所述空气-燃料混合物通道51流动；点火通道52，所述点火通道52与空气-燃料混合物通道51的一个端部相通，使得从火花塞80产生的火花直接朝向空气-燃料混合物通道51；和新鲜空气流入通道55，新鲜空气通过所述新鲜空气流入通道55并通过副止回阀42从大气流入压缩室21。
空气-燃料混合物通道51和点火通道52基本上以V-形布置排列，但是如果必要，也可彼此垂直排列。
此外，燃烧块50在两个位置处具有两个紧固端部53和54。
对于两个紧固端部53和54，在紧固端部53的内表面中形成的内螺纹部分紧固至在压缩室21的外表面中形成的外螺纹部分，而在另一个紧固端部54的内表面中形成的内螺纹部分紧固至在喷射嘴60的外表面中形成的外螺纹部分，所述喷射嘴60从空气-燃料混合物通道51的端部插入。
可选择地，也可通过干涉配合或棱纹配合代替上述螺纹紧固。
喷射嘴60具有预燃室61，所述预燃室61具有空间，将由火花塞的火花点燃的空气-燃料混合物的燃烧火焰传递至所述空间中；和喷焰喷孔62，所述喷焰喷孔62用于以至少一个喷燃火焰的形式朝向燃烧室1内的空间喷射预燃室61中产生的燃烧火焰。
喷焰喷孔62为发散截锥，所述发散截锥从预燃室61发散扩张并且具有一定直径从而形成截锥。提供多个喷焰喷孔62。
形成三个喷焰喷孔62，但是考虑到燃烧火焰的喷射性能，可增加或降低喷焰喷孔62的数目。
此外，喷射嘴60还具有紧固端部63，所述紧固端部63具有在其外表面中的外螺纹部分。紧固端部63紧固至在燃烧块50中的紧固端部54的内表面中形成的内螺纹部分。
可选择地，也可通过干涉配合或棱纹配合代替上述螺纹紧固。
副喷射器70为用于喷射燃料的常见喷射器，并且安装在压缩块20的压缩室21的侧面部分上。
从副喷射器70喷射的燃料直接喷入压缩室21。
火花塞80为用于产生火花的常见火花塞。
图2显示了具有应用根据本发明的预燃室喷射点火器的燃烧室的发动机的构造。
如图中所示，发动机包括燃烧室1，所述燃烧室1具有活塞2，所述活塞2往复移动从而产生发动机动力；和预燃室喷射点火器10，所述预燃室喷射点火器10用于朝向燃烧室1喷射喷燃火焰。
发动机具有常见的发动机元件，并且特别地包括例如进气阀3，所述进气阀3用于打开或关闭进气歧管的通道，穿过空气过滤器的空气流过所述进气歧管的通道；和排气阀4，所述排气阀4位于离进气阀3一定距离处并且打开或关闭排气歧管的通道，燃烧时产生的排出气体流过所述排气歧管的通道；和主喷射器5，所述主喷射器5安装在燃烧室1的一侧从而将燃料喷入燃烧室1内的空间。
在这种情况下，预燃室喷射点火器10插置在进气阀3和排气阀4之间。
然而，考虑到燃烧室1的形状或发动机的结构，预燃室喷射点火器10并不限于通过预燃室喷射点火器10离开的喷燃火焰可被喷入燃烧室1的位置，并且主喷射器5并不限于喷射的燃料可被喷入燃烧室1的位置。
图3显示根据本发明的各个具体实施方案的预燃室喷射点火器的构造。
如图中所示，预燃室喷射点火器100包括压缩块20，所述压缩块20具有压缩室21，在所述压缩室21中混合外部空气和少量燃料从而产生空气-燃料混合物；加压活塞30，所述加压活塞30用于改变压缩室21的体积；阀单元40，所述阀单元40用于将外部空气供应至压缩室21中并将空气-燃料混合物从压缩室21排出；燃烧块50，所述燃烧块50具有燃烧空间，通过阀单元40排出的空气-燃料混合物在所述燃烧空间中燃烧；喷射嘴60，所述喷射嘴60用于将空气-燃料混合物的燃烧火焰以喷燃火焰的形式喷入燃烧室1内的空间，使得空气-燃料混合物充当喷入燃烧室1内的空间的燃料的点火源；和火花塞80，所述火花塞80用于产生火花从而点燃压缩空气。
预燃室喷射点火器100包括与图1和2中所示的上述预燃室喷射点火器10相同的构造元件。
为了将外部空气从大气供应至压缩室21内的空间，预燃室喷射点火器100具有空气流动通道，外部空气通过所述空气流动通道流入压缩块20然后通过加压活塞30流入压缩室21内的空间。
此外，为了将从副喷射器70喷射的燃料供应至压缩室21内的空间，预燃室喷射点火器100具有燃料流动通道，燃料通过所述燃料流动通道通过加压活塞30流入压缩室21内的空间。
预燃室喷射点火器100和图1和2中所示的预燃室喷射点火器10之间的差别在于用于供应外部空气和燃料的通道。
因此，构成预燃室喷射点火器100的压缩块20还具有新鲜空气流入通道550，所述新鲜空气流入通道550与压缩室21相通。外部空气通过新鲜空气流入通道550从大气流入压缩室21。
新鲜空气流入通道550具有新鲜空气阀550a，使得在升高加压活塞30从而扩大压缩室21的体积的过程中形成的压缩室打开。
新鲜空气阀550a为允许空气单向流入的止回阀。
此外，加压活塞30具有新鲜空气流动通道31，穿过新鲜空气流入通道550的外部空气流过所述新鲜空气流动通道31；和燃料流动通道32，从副喷射器70喷射的燃料流过所述燃料流动通道32。
并且，预燃室喷射点火器100在新鲜空气流动通道31与燃料流动通道32交汇的位置处包括混合阀33。混合阀33混合穿过新鲜空气流动通道31的空气和穿过燃料流动通道32的燃料从而将空气-燃料混合物排放至压缩室21。
混合阀33为允许空气-燃料混合物单向流动的止回阀。
如上所述，由于形成用于外部空气的空气流动通道，阀单元40可以仅具有主止回阀41，而不使用副止回阀42。此外，燃烧块50不具有与副止回阀42相通的新鲜空气流入通道55。
图4显示图3中所示的预燃室喷射点火器100的操作状态。
如图中所示，当预燃室喷射点火器100操作时，外部空气从大气流入压缩块20的新鲜空气流入通道550，之后，进入新鲜空气流入通道的空气通过新鲜空气阀550a流入加压活塞30的新鲜空气流动通道31。
进入新鲜空气流动通道31的外部空气暂时停留在由混合阀33阻塞的新鲜空气流动通道31中。此时，从副喷射器70喷射的少量燃料通过燃料流动通道32流入新鲜空气流动通道31。
因此，燃料和外部空气在新鲜空气流动通道31中混合从而形成空气-燃料混合物，之后，空气-燃料混合物通过混合阀33打开的通道排放至压缩室21。
之后，降低加压活塞30从而缩小压缩室2的体积，因此空气-燃料混合物的压力增加。阀单元40的主止回阀41的通道通过空气-燃料混合物的加压作用而打开，因此空气-燃料混合物流入燃烧块50。
进入燃烧块50的空气-燃料混合物被从火花塞80产生的火花点燃，然后燃烧的空气-燃料混合物被供应至喷射嘴60。由于喷燃火焰从喷射嘴60喷入燃烧室1，燃料被预先喷入燃烧室1内的空间。下文将具体描述操作。
图5显示根据各个具体实施方案的预燃室喷射点火器的操作过程，图6至8中显示预燃室喷射点火器10的操作和发动机燃烧室1的各个状态。
特别地，该过程对于预燃室喷射点火器10或预燃室喷射点火器100（具有预燃室喷射点火器10的改变构造）的情况相同。
参考图5，在步骤S1中当发动机操作时，燃料从主喷射器5喷入燃烧室1，然后预燃室喷射点火器10转换成操作状态。
在步骤S10中，当预燃室喷射点火器10操作时，加压活塞30向上移动从而扩大压缩室21的体积，因此在步骤S20中压缩室21中的压力降低。
在加压活塞30位于压缩室21的下方端部处的状态下发生加压活塞的移动。如果加压活塞30位于压缩室21的上方端部处，加压活塞30不向上移动。
在步骤S30中，阀单元40的副止回阀42通过压缩室21的降低的压力而打开，并且在步骤S40中，进入燃烧块50的新鲜空气流入通道55的外部空气通过副止回阀42的通道流入压缩室21。
外部空气从大气流入压缩室21之后，在步骤S50中，副喷射器70将少量燃料喷入压缩室21，使得外部空气和喷射的燃料在压缩室21内的空间中混合从而形成空气-燃料混合物。
在这种情况下，图6中外部空气由附图标记55a表示，且喷射的燃料由附图标记70a表示。从图6可见，外部空气55a通过新鲜空气流入通道55和副止回阀42的打开的通道流入燃烧室21。此外，在喷射的燃料70a的流中，可见燃料70a直接从副喷射器70喷射，然后被供应至向其供应外部空气55a的压缩室21。
在图5中，从副喷射器70喷射燃料之后，在步骤S60中，加压活塞30在压缩室21中向下移动，因此压缩室21的体积相对减小。
在步骤S70中，压缩室21的减小的体积导致压缩室21内的空间中存在的空气-燃料混合物的压力增加。
如果空气-燃料混合物的压力增加，在步骤S80中，阀单元40的主止回阀41的通道打开，但是以与主止回阀41相反方向打开的副止回阀42不受影响。
如果主止回阀41的通道打开，在步骤S90中，空气-燃料混合物从主止回阀41的通道出来，然后被喷入燃烧块50的空气-燃料混合物通道51。
如果空气-燃料混合物流入空气-燃料混合物通道51，在步骤S100中，火花塞80产生火花从而点燃空气-燃料混合物。
在图7中，穿过主止回阀41的通道的空气-燃料混合物被称作喷射的空气-燃料混合物40a。可见喷射的空气-燃料混合物40a被从火花塞80产生的火花80a点燃同时穿过空气-燃料混合物通道51。
在步骤S110中，空气-燃料混合物的燃烧传递至喷射嘴60的预燃室61中的空间从而形成燃烧火焰。在S120中，燃烧火焰被喷入与预燃室61相通的喷焰喷孔62。
在这种情况下，在图8中，喷入喷焰喷孔62的喷燃火焰被称作喷燃火焰60a。图8显示燃料在燃烧室1内的空间中通过喷燃火焰60a燃烧的燃烧状态。
如图中所示，喷燃火焰60a以在燃烧室1中圆锥形状分散。喷燃火焰60a充当点火源从而使提前喷入燃烧室1内的空间的燃料燃烧。
因此，可在燃烧室1内的全部空间中均匀和同时产生燃料燃烧火焰1a。
如上所述，根据各个具体实施方案的发动机包括预燃室喷射点火器10或100，所述预燃室喷射点火器10或100将至少一个喷燃火焰60a喷入燃烧室1，在所述燃烧室1中活塞2往复移动从而产生动力，因此喷射的喷燃火焰60a被用作喷入燃烧室1的空间中的燃料的点火源，从而驱动动力冲程。因此，可通过使用大火焰中心形式的喷燃火焰60从而可靠地维持燃烧室1的燃烧，可使用由连续可靠的燃烧造成的快速冷燃烧从而显著改善燃料消耗并可显著减少NOx的产生。特别地，由于可免除外部空气和燃料流过的空气-燃料混合物口，有可能防止由于流入燃烧室1的空气-燃料混合物的流动和压力的变化而导致的空气-燃料混合物液化。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语上或下、内或外等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 (20)

1.一种预燃室喷射点火器，其中：
空气被供应至具有往复式活塞的燃烧室；
燃料被喷入所述空气从而形成空气-燃料混合物，并且所述空气-燃料混合物然后在所述燃烧室中燃烧从而产生燃烧火焰；
所述燃烧火焰以至少一个喷燃火焰的形式被喷入所述燃烧室内的空间；
所述喷燃火焰充当点火源，使得喷入所述燃烧室内的空间的燃料进行燃烧；和
在所述燃烧室中通过所述喷射燃料的燃烧而驱动了爆炸冲程。
2.根据权利要求1所述的预燃室喷射点火器，还包括：
压缩块，所述压缩块具有压缩室，在所述压缩室中，外部空气和喷入所述空气的燃料混合从而形成空气-燃料混合物；
副喷射器，所述副喷射器安装至所述压缩块从而将所述燃料喷入所述压缩室；
加压活塞，所述加压活塞改变所述压缩室的体积从而增加所述空气-燃料混合物的压力；
阀单元，当所述空气-燃料混合物的压力增加时，所述阀单元打开，使得所述空气-燃料混合物从所述压缩室排出；
燃烧块，所述燃烧块具有燃烧空间从而使从所述阀单元排出的所述空气-燃料混合物进行燃烧；
火花塞，所述火花塞安装在所述燃烧块中从而产生火花，使得穿过所述燃烧块的所述空气-燃料混合物燃烧；和
喷射嘴，所述喷射嘴以至少一个喷燃火焰的形式喷射由所述空气-燃料混合物的燃烧所产生的火焰，其中所述喷燃火焰的喷射方向朝向具有所述往复式活塞的所述燃烧室内的空间。
3.根据权利要求2所述的预燃室喷射点火器，其中所述空气-燃料混合物形成流动通道，所述空气-燃料混合物通过所述阀单元而穿过所述流动通道流出，然后流入所述燃烧块，并且直接从所述燃烧块流入所述喷射嘴。
4.根据权利要求3所述的预燃室喷射点火器，其中所述阀单元和所述燃烧块与所述压缩块接合，并且所述喷射嘴与所述燃烧块接合。
5.根据权利要求2所述的预燃室喷射点火器，其中所述压缩块具有紧固端部，所述紧固端部与所述阀单元和所述燃烧块接合，并且所述紧固端部位于所述压缩室的位置下方；
所述加压活塞具有活塞和活塞杆，所述活塞能够移动从而改变所述压缩块的所述压缩室的体积；所述活塞杆整体地连接至所述活塞；
所述阀单元具有副止回阀，所述副止回阀具有所述外部空气从大气流入所述压缩室的通道；主止回阀，所述主止回阀具有所述空气-燃料混合物从所述压缩室排出的通道；和紧固端部，所述紧固端部插入所述压缩块的所述压缩室内；
所述燃烧块具有空气-燃料混合物通道，通过所述主止回阀而离开的所述空气-燃料混合物通过所述空气-燃料混合物通道进行流动；点火通道，所述点火通道与所述空气-燃料混合物通道的端部相通，使得从所述火花塞产生的火花朝向所述空气-燃料混合物通道而被导引；新鲜空气流入通道，新鲜空气从大气中流经所述新鲜空气流入通道；和紧固端部，所述紧固端部与所述压缩块和所述喷射嘴接合；并且
所述喷射嘴具有预燃室，所述预燃室具有用于使供应至所述燃烧块的所述空气-燃料混合物燃烧的空间；喷焰喷孔，所述喷焰喷孔用于在一个或多个位置处朝向所述燃烧室内的空间喷射在所述预燃室中产生的所述燃烧火焰；和紧固端部，所述紧固端部与所述燃烧通道的所述空气-燃料通道接合。
6.根据权利要求5所述的预燃室喷射点火器，其中所述主止回阀形成单向通道，所述空气-燃料混合物通过所述单向通道从所述压缩室排出，并且当所述加压活塞向下移动从而减小所述压缩室的体积时，所述流动通道通过所述空气-燃料混合物的增加的压力而被打开；和
所述副止回阀形成单向通道，从大气供应的所述外部空气通过所述单向通道流入所述压缩室，并且当所述加压活塞向上移动从而扩大所述压缩室的体积时，所述流动通道通过所述空气-燃料混合物的减小的压力而被打开。
7.根据权利要求6所述的预燃室喷射点火器，其中所述主止回阀安装在所述阀单元的中央位置处，并且所述副止回阀安装在远离所述中央位置的位置处。
8.根据权利要求5所述的预燃室喷射点火器，其中所述空气-燃料混合物通道和所述点火通道以V-形排列，使得其相通部分位于顶部。
9.根据权利要求2所述的预燃室喷射点火器，其中所述压缩块具有新鲜空气流入通道，所述外部空气通过所述新鲜空气流入通道从大气流入所述压缩室；和紧固端部，所述紧固端部与所述阀单元和所述燃烧块接合，并且所述紧固端部位于所述压缩室的位置下方；
所述加压活塞具有活塞，所述活塞可移动从而改变所述压缩块的所述压缩室的体积；活塞杆，所述活塞杆整体地连接至所述活塞；新鲜空气流动通道，所述新鲜空气流动通道在所述活塞中机械形成；和燃料流动通道，所述燃料流动通道在所述活塞的另一部分中机械形成从而供应所述燃料，并且与所述新鲜空气流动通道相通；
所述阀单元具有主止回阀和紧固端部，所述主止回阀具有通道，所述空气-燃料混合物通过所述通道从所述压缩室排出，所述空气-燃料混合物是喷入所述压缩室并与所述外部空气混合的燃料；所述紧固端部插入所述压缩块的所述压缩室；
所述燃烧块具有空气-燃料混合物通道，通过所述主止回阀流出的所述空气-燃料混合物流动穿过所述空气-燃料混合物通道；点火通道，所述点火通道与所述空气-燃料混合物通道的端部相通，使得从所述火花塞产生的火花朝向所述空气-燃料混合物通道而被导引；和紧固端部，所述紧固端部与所述压缩块和所述喷射嘴接合；和
所述喷射嘴具有预燃室，所述预燃室具有用于使供应至所述燃烧块的所述空气-燃料混合物进行燃烧的空间；喷焰喷孔，所述喷焰喷孔用于在一个或多个位置处朝向所述燃烧室内的空间喷射在所述预燃室中产生的所述燃烧火焰；和紧固端部，所述紧固端部与所述燃烧通道的所述空气-燃料通道接合。
10.根据权利要求9所述的预燃室喷射点火器，其中所述新鲜空气流入通道具有新鲜空气阀，所述新鲜空气阀用于将所述外部空气从大气供应至所述压缩室，并且在升高所述加压活塞从而扩大所述压缩室的体积的过程中，当所述压缩室的压力降低时，所述新鲜空气阀被打开；和
混合阀设置在所述新鲜空气流动通道与所述燃料流动通道交汇的端部处，并且所述混合阀混合了经过所述新鲜空气流动通道的空气和经过所述燃料流动通道的燃料，从而将所述空气-燃料混合物排放至所述压缩室。
11.根据权利要求9所述的预燃室喷射点火器，其中所述新鲜空气流动通道和所述燃料流动通道以V-形排列，使得其相通部分位于顶部。
12.根据权利要求9所述的预燃室喷射点火器，其中所述主止回阀形成单向通道，所述空气-燃料混合物通过所述单向通道从所述压缩室排出，并且当所述加压活塞向下移动从而减小所述压缩室的体积时，所述流动通道通过所述空气-燃料混合物的增加的压力而被打开。
13.根据权利要求9所述的预燃室喷射点火器，其中所述主止回阀安装在所述阀单元的中央位置处。
14.根据权利要求5所述的预燃室喷射点火器，其中所述喷焰喷孔为发散截锥，所述发散截锥从所述预燃室发散并且扩张。
15.根据权利要求9所述的预燃室喷射点火器，其中所述喷焰喷孔为发散截锥，所述发散截锥从所述预燃室发散并且扩张。
16.根据权利要求14所述的预燃室喷射点火器，其中提供至少三个喷焰喷孔从而形成所述截锥。
17.一种发动机，其包括使用预燃室喷射点火器的燃烧室，该发动机包括：
喷射嘴，所述喷射嘴从大气朝向燃烧室内的空间喷射至少一个喷燃火焰，所述燃烧室具有往复式活塞，其中所述喷燃火焰充当点火源从而使喷入所述燃烧室内的空间的燃料进行燃烧，并且通过所述喷射燃料的燃烧在所述燃烧室中被驱动了爆炸冲程；
进气阀，所述进气阀在所述燃烧室的上方部分处打开或关闭进气歧管的通道；
排气阀，所述排气阀打开或关闭排气歧管的通道，在所述燃烧室中产生的排出气体通过所述排气歧管的通道流动；和
主喷射器，所述主喷射器将所述燃料喷入所述燃烧室内的空间。
18.根据权利要求16所述的发动机，其中所述预燃室喷射点火器插置在所述进气阀和所述排气阀之间，并且所述主喷射器位于所述燃烧室的一侧处。
19.根据权利要求17所述的发动机，其中所述预燃室喷射点火器包括：
压缩块，所述压缩块具有压缩室，在所述压缩室中，从大气供应的外部空气和喷入所述空气的燃料混合从而形成空气-燃料混合物；
副喷射器，所述副喷射器安装至所述压缩块从而将所述燃料喷入所述压缩室；
加压活塞，所述加压活塞改变所述压缩室的体积从而增加所述空气-燃料混合物的压力；
阀单元，当所述空气-燃料混合物的压力增加时，所述阀单元打开，使得所述空气-燃料混合物从所述压缩室排出；
燃烧块，所述燃烧块具有燃烧空间，通过所述阀单元排出的所述空气-燃料混合物在所述燃烧空间中燃烧；
火花塞，所述火花塞安装至所述燃烧块并产生火花，从而点燃穿过所述燃烧块的所述空气-燃料混合物；和
喷射嘴，所述喷射嘴以至少一个喷燃火焰的形式喷射所述空气-燃料混合物的燃烧火焰，并且具有活塞，所述活塞以所述喷燃火焰的喷射方向往复移动。
20.根据权利要求18所述的发动机，其中所述预燃室喷射点火器包括：
压缩块，所述压缩块具有压缩室，在所述压缩室中，从大气供应的外部空气和喷入所述空气的燃料混合从而形成空气-燃料混合物；
副喷射器，所述副喷射器安装至所述压缩块从而将所述燃料喷入所述压缩室；
加压活塞，所述加压活塞改变所述压缩室的体积从而增加所述空气-燃料混合物的压力；
阀单元，当所述空气-燃料混合物的压力增加时，所述阀单元打开，使得所述空气-燃料混合物从所述压缩室排出；
燃烧块，所述燃烧块具有燃烧空间，通过所述阀单元排出的所述空气-燃料混合物在所述燃烧空间中燃烧；
火花塞，所述火花塞安装至所述燃烧块并产生火花，从而点燃穿过所述燃烧块的所述空气-燃料混合物；和
喷射嘴，所述喷射嘴以至少一个喷燃火焰的形式喷射所述空气-燃料混合物的燃烧火焰，并且具有活塞，所述活塞以所述喷燃火焰的喷射方向往复移动。
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