CN106894886B - 水套空冷式预燃点火系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水套空冷式预燃点火系统，具有这样的特征，包括：预燃室腔壳体，嵌入在内腔中，内部具有预燃室腔；预燃室上座，设置在内腔中；火花塞连接棒，设置在贯通孔内，一端与火花塞连接；预燃室水套，套在预燃室腔壳体和预燃室上座上；空气进气单元，通过进气管路与空气进气通道连通；冷却水进水单元，具有进水端和出水端，包括与进水通道连通的水循环管路以及设置在该水循环管路上的循环水泵；本发明的水套空冷式预燃点火系统不仅能够对预燃室上座、火花塞、预燃室腔壳体以及喷嘴的降温、散热，而且能够实现交替通入冷却空气和冷却水，能够防止预燃室腔壳体出现骤冷的情况，增加其使用寿命。

Description

水套空冷式预燃点火系统

技术领域

本发明涉及内燃机，具体涉及一种内燃机的预燃点火系统。

背景技术

大排量燃气内燃机一般采用预燃室点火技术，在给预燃室输送少量的燃料气后，预燃室壳体内的火花塞产生电火花点燃燃料气和空气的混合物产生火焰并通过喷嘴喷出，喷出的火焰在燃烧室中引燃大量的燃料气体混合物，进而燃烧做功。

现有技术中，内燃机的气缸盖与预燃室壳体紧密贴合，形成一个整体厚度较大的结构，预燃室壳体与外界几乎隔绝，散热效果极差，并使得预燃室在一段时间的工作后，预燃室壳体的温度高达几百度，同时火花塞的温度也非常高。

预燃室壳体的高温会出现很多问题，一方面，过高的温度有可能达到燃料气体混合物的燃点，这样会使得燃料气体混合物在与壳体接触时就会立即燃烧，而不受到火花塞点火的控制，也就是说，高温的预燃室壳体会使得燃气内燃机内部一直燃烧，而不能由火花塞点火来正常地控制并燃烧做功，即不能正常的工作了。另一方面，过高的温度，会使得预燃室喷嘴因过热而融化损坏或是喷孔的方向发生偏移，而导致内燃机不能正常工作；并且火花塞的使用寿命也会大大缩短。另外，火花塞的高温也会使得点火不安全，轻则发生蹿火现象，更严重话，可能会因热变形而发生炸裂。

为了对预燃室壳体和火花塞进行冷却，一种方法是进行单独的水冷，然而，水的沸点在标准大气压下为100℃，当冷却水与高达几百度的预燃室壳体进行接触时，预燃室腔壳体发生骤冷并有可能损坏，这样使得预燃室腔壳体的使用寿命大大降低；另外一种方法是进行单独的风冷，但是，空气的比热容非常小，在对预燃室壳体进行降温时需要通入大量冷却空气，大量的冷却空气会稀释预燃室腔中燃气浓度，使得预燃室腔喷出的火焰变小变短，喷射力不足，从而不能使得燃烧室内的混合气不能完全燃烧。甚至预燃室混合气过稀而造成预燃室不能点火。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种散热效率高、使用寿命长，能够交替地通入冷却水和冷却空气从而对火花塞、预燃室喷嘴进行降温、散热的水套空冷式预燃点火系统。

本发明提供了一种水套空冷式预燃点火系统，用于为具有内腔的气缸盖的内燃机散热，其特征在于，包括：预燃室腔壳体，嵌入在内腔中，内部具有预燃室腔，下部具有至少一个喷孔；预燃室上座，设置在内腔中，一端与预燃室腔壳体连接，内部具有用于安装火花塞的贯通孔；火花塞连接棒，设置在贯通孔内，一端与火花塞连接，该火花塞连接棒与预燃室上座的内壁之间具有第一环形间隙，该第一环形间隙作为空气进气通道；预燃室水套，套在预燃室腔壳体和预燃室上座上，其一端的外壁与气缸盖的内壁之间设置有第一通孔，该第一通孔作为进水通道；空气进气单元，通过进气管路与空气进气通道连通，用于吸入外界的空气并将空气鼓入至空气进气通道中；冷却水进水单元，具有进水端和出水端，用于输送冷却水，包括与进水通道连通的水循环管路以及设置在该水循环管路上的循环水泵；其中，预燃室水套的内壁与预燃室腔壳体的外壁具有第二环形间隙，该第二环形间隙作为第一冷却水道和进水通道连通，预燃室上座的壁内设置有至少一个第二通孔，该第二通孔的一端与空气进气通道连通，另一端与预燃室腔连通，预燃室上座的壁内还设置有多个第三通孔，该第三通孔作为第二冷却水道，其一端与第一冷却水道连通，进水通道由水循环管路引入冷却水到第一冷却水道中，该冷却水再从第一冷却水道流入到第二冷却水道后排出，空气进气单元从外界吸入空气后通过进气管路将空气鼓入至空气进气通道中，空气从空气进气通道进入至第二通孔后再从第二通孔进入预燃室腔，并通过预燃室腔后从喷孔排出。

在本发明提供的水套空冷式预燃点火系统中，还可以具有这样的特征，还包括：至少两个控制阀，分别设置在进气管路和水循环管路上，用于控制。

在本发明提供的水套空冷式预燃点火系统中，还可以具有这样的特征，还包括：至少两个控制器，对应地与控制阀连接，用于控制控制阀的开启与关闭。

在本发明提供的水套空冷式预燃点火系统中，还可以具有这样的特征：其中，控制器为时间控制器，用于控制空气进气单元和冷却水进水单元的通断的持续时间和时间间隔。

在本发明提供的水套空冷式预燃点火系统中，还可以具有这样的特征：其中，空气进气单元还包括储气罐，该储气罐通过进气管路与空气进气通道连通，用于储存压缩空气并提供空气至空气进气通道中。

在本发明提供的水套空冷式预燃点火系统中，还可以具有这样的特征：其中，空气进气单元还包括空气压缩机，该空气压缩机与储气罐连通，用于将外界的空气压缩并储存到储气罐中。

在本发明提供的水套空冷式预燃点火系统中，还可以具有这样的特征：其中，进气管路上设置有压差阀，该压差阀用于控制进气压力。

在本发明提供的水套空冷式预燃点火系统中，还可以具有这样的特征，还包括：预燃室压块，与预燃室上座的另一端固定连接，用于固定预燃室上座和预燃室水套，其上设置有进风孔，该进风孔的一端与空气进气通道连通，另一端与进气管路连通。

在本发明提供的水套空冷式预燃点火系统中，还可以具有这样的特征：其中，预燃室压块上还设置有与第二冷却水道连通的环形出水槽，该环形出水槽用于将第二冷却水道中的冷却水流出。

在本发明提供的水套空冷式预燃点火系统中，还可以具有这样的特征：其中，第二通孔具有四个，四个第一通孔内均设置有单向阀，用于使得空气单向进入至预燃室腔中。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的水套空冷式预燃点火系统，因为该预燃点火系统具有预燃室腔壳体、预燃室上座、火花塞连接棒、预燃室水套、空气进气单元以及冷却水进水单元，一方面进水通道能够由水循环管路引入冷却水到第一冷却水道中，冷却水再从第一冷却水道流入到第二冷却水道后排出；另一方面，空气进气单元从外界吸入空气后通过进气管路将空气鼓入至空气进气通道中，空气从空气进气通道进入至第二通孔后再从第二通孔进入预燃室腔，并通过预燃室腔后从喷孔排出。并且，空气进气管路和水循环管路能够由控制器控制，所以，本发明的水套空冷式预燃点火系统不仅能够对预燃室上座、火花塞、预燃室腔壳体以及喷嘴的降温、散热，而且能够实现交替通如冷却空气和冷却水，通过先通冷却空气对预燃室腔壳体预冷，再通入冷却水进一步冷却，从而能够防止预燃室腔壳体出现骤冷的情况，增加其使用寿命。

附图说明

图1是本发明的实施例中水套空冷式预燃点火系统的结构示意图；

图2是图1中B-B方向的剖视放大图；

图3是图1中C-C方向的剖视放大图；以及

图4是本发明的变形例中水套空冷式预燃点火系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的水套空冷式预燃点火系统作具体阐述。

图1是本发明的实施例中水套空冷式预燃点火系统的结构示意图。

如图1所示，水套空冷式预燃点火系统100用来为内燃机(图中未显示)散热，且内燃机的气缸盖200中具有内腔。水套空冷式预燃点火系统100包括预燃室腔壳体10、预燃室上座20、火花塞连接棒30、预燃室水套40、预燃室压块50、空气进气单元60、冷却水进水单元70、控制阀80以及控制器(未画出)。

预燃室腔壳体10竖直地嵌入在气缸盖200的内腔中，它的内部具有一个预燃室腔11，预燃室腔11呈倒锥形。预燃室腔壳体10的底部具有一个呈半球形的喷嘴12，喷嘴12的周壁上设置有孔径为1～8mm的喷孔13，喷孔13有6～8个，这6～8个喷孔13在喷嘴12的周壁上的同一高度的上均匀地排布，预燃室腔11内点燃的火焰从这6～8个喷孔13中喷出，此外，预燃室腔壳体10的下部的外壁上设置有环形的凸台14，凸台14用来卡住预燃室腔壳体10，从而对预燃室腔壳体10进行定位，在本实施例中，喷孔13的孔径为5mm，喷孔13的个数为6个。

图2是图1中B-B方向的剖视放大图。

图3是图1中C-C方向的剖视放大图。

如图1、2、3所示，预燃室上座20安装在气缸盖200的内腔中，它的下端与预燃室腔壳体10的上端套接固定，预燃室上座20的内部具有贯穿孔，该贯穿孔用来安装火花塞21，火花塞21的下端与预燃室上座20内部螺纹密封。预燃室上座20的内壁与火花塞连接棒30之间具有第一环形间隙，该第一环形间隙作为空气进气通道22。预燃室上座20的壁内设置有至少一个第二通孔23，第二通孔23的上端与空气进气通道22相连通，第二通孔23的下端与预燃室腔11相连通。此外，预燃室上座20的壁内还设置有多个第三通孔24，该第三通孔24作为第二冷却水道。在本实施例中，第二通孔23具有四个，四个第二通孔23呈圆周均匀排布在预燃室上座20的壁内；第三通孔24有六个，六个第三通孔24呈圆周排布在预燃室上座20的壁内。

预燃室上座20的壁内还设置有两个第四通孔25，两个第四通孔25与外界的燃气进气管道(图中未显示)相连通，第四通孔25作为燃气进气通道，如图2所示，两个燃气进气通道、四个空气进气通道22以及六个第二冷却水道相错设置。预燃室上座20的上部的外壁上设置有第二环形凹槽，该第二环形凹槽上套设有O形圈26，使得预燃室上座20上部的外壁与预燃室水套40的内壁密封；预燃室上座20下部的外壁上具有第三环形凹槽，该第三环形凹槽上套设有O形圈26，使得预燃室上座20的下部的外壁与预燃室腔壳体10的内部密封。此外，四个第二通孔23内均设置有单向阀27，使得空气从第二通孔23内单向进入至预燃室腔11中。

火花塞连接棒30设置在贯穿孔中，它的下端与火花塞21的上端套接，上端从预燃室压块40中伸出，火花塞连接棒30的下端设置有圆孔，此圆孔用来容纳火花塞21，火花塞21的内壁设置有第一环形凹槽，第一环形凹槽上设置有O形圈26，使得火花塞连接棒30与火花塞21密封连接，火花塞21的上端还具有一根穿过火花塞连接棒30且与外界高压点火线圈相连的火花塞连接线28，高压点火线圈由内燃机的点火模块(图中未画出)控制点火。在本实施例中，火花塞连接棒30采用聚四氟乙烯制成。

预燃室水套40套在预燃室腔壳体10和预燃室上座20上，它的外壁和气缸盖200的内壁之间设置有可以插拔的插槽块41，插槽块41上具有宽度为2～10mm的方形的第一通孔(图中未画出)，该第一通孔作为进水通道，冷却水从进水通道进入，在本实施例中，进水通道的宽度为4mm。

预燃室水套40下部的内壁和预燃室腔壳体10的外壁之间具有第二环形间隙，该第二环形间隙作为第一冷却水道42，第一冷却水道42的下端和进水通道连通，上端与第二冷却水道连通。预燃室水套40上部的外壁设置有第四环形凹槽，该凹槽上套设有O形圈26，用来和气缸盖200的内壁密封。

预燃室压块50和预燃室上座20的上端通过螺钉固定，它用来固定预燃室上座20和预燃室水套40，预燃室压块50内横向设置有进风孔51，进风孔51的右端与空气进气通道22连通，进风孔51的左端与进气管路61连通。预燃室压块50上还设置有环形出水槽52，环形出水槽52和第二冷却水道连通，换热后的冷却水从第二冷却水道流到环形出水槽52中，再由环形出水槽52流入至冷却水进水单元70中。

空气进气单元60通过进气管路61与进风孔51连通，它用来吸入外界的空气并将空气鼓入至进风孔51中，再由进风孔51进入到空气进气通道22中，空气进气单元60包括抽气设备62、空气滤芯63以及空气冷却器64。

抽气设备62具有进气口和出气口，它用来吸取外界的空气，在本实施例中，抽气设备62为涡轮增压器，它由内燃机自身产生的高温废气驱动，这样，实现了资源有效合理地利用，避免了另外配置设备造成的资源浪费。

空气滤芯63通过螺栓固定安装在涡轮增压器的进气口处，它用来滤除空气中的灰尘、沙粒。在本实施例中，空气滤芯63为过滤式空气滤芯。

空气冷却器64与涡轮增压器的出气口连通，它用来将涡轮增压器吸入的空气进行冷却降温。空气冷却器64的出气口与进气管路61连通。

冷却水进水单元70包括水循环管路71和循环水泵72。

水循环管路71用来输送冷却水，与预燃室腔壳体10和预燃室上座20换热后的水在水循环管路71中并通过外部的冷风机(图中未画出)进行冷却，冷却后的水再返回至进水通道、第一冷却通道以及第二冷却通道中，从而对预燃室腔壳体10和预燃室上座20再进行冷却、降温，实现水的循环利用，水循环管路71具有进水端和出水端，进水端与环形出水槽52连通，出水端与进水通道连通，在本实施例中，水循环管路71由不锈钢管连接而成，此外，还可以采用铜管或橡胶管。

循环水泵72安装在水循环管路71上，它用来对冷却水进行加压并泵送冷却水，使得冷却水通过水循环管路71进入到进水通道中。在本实施例中，循环水泵72采用高温磁力泵，此外，还可以采用高温离心泵。

两个控制阀80分别设置在进气管路61和水循环管路71上，分别用来控制冷却空气和冷却水的通入，两个控制阀80可单独开启也可同时开启。

控制器与两个控制阀80连接，用来控制两个控制阀80的开启和关闭，在本实施例中，控制器为时间控制器，它能够控制空气进气单元和冷却水进水单元通入冷却空气和冷却水的持续时间和时间间隔，使得冷却水和冷却空气交替通入，例如，控制器工作使得进气管路61上的控制阀80开启，水循环管路上71的控制阀80关闭，先通入十分钟的冷却空气对预燃室腔壳体进入预冷，然后控制器工作使得水循环管路上的控制阀80开启，进气管路61上的控制阀80关闭，接下来的十分钟通入冷却水，使得冷却水和冷却空气交替通入，当然也可同时通入冷却水和冷却空气，通入的时间也可以通过设置时间控制器进行改变。

本实施例的水套空冷式预燃点火系统100的工作原理为：

本实施的水套空冷式预燃装置100分别采用冷却水和冷却空气交替对火花塞连接棒30、火花塞21、预燃室上座20、预燃室腔壳体10以及喷嘴12进行降温、散热。

图1中较小的短箭头表示冷却空气流动方向，控制器控制进气管路61上的控制阀80开启，水循环管路71上的控制阀80关闭，从外界空气源吸入的冷却空气经过进气管路61进入到进风孔51中，接着由进风孔51进入到空气进气通道22中，然后，冷却空气从空气进气通道22进入到四个第二通孔23中，再经过单向阀27的控制，进入到预燃室腔11中，在预燃室腔11中与从燃气进气通道通入的燃料气混合进行点火，这一过程中，冷却空气实现了对火花塞连接棒30、火花塞21、预燃室上座20、预燃室腔壳体10以及喷嘴12的降温、散热。

图1中较大的短箭头表示冷却水流方向，控制器控制进气管路61上的控制阀80关闭，水循环管路71上的控制阀80开启，从水循环管路71流入的冷却水经过进水通道流入到第一冷却水道42中，再由第一冷却水道42流入到第二冷却水道，接着从第二冷却水道流到环形出水槽52中，最后换热后返回至水循环管路71中，这一过程，冷却水同时对预燃室上座20、预燃室腔壳体10以及喷嘴12接触换热，从而对预燃室上座20、预燃室腔壳体10以及喷嘴12降温、散热。

<变形例>

图4是本发明的变形例中水套空冷式预燃点火系统的结构示意图。

如图4所示，在本变形例中，对与上述实施例相同的结构本变形例给予相同的编号，并省去相同的说明。

空气进气单元60包括抽气设备62、空气滤芯63、空气冷却器64、储气罐65、空气压缩机66以及压差阀67。

进气管路61上分成两条管道，一条管路与储气罐65的出气口连通，储气罐65的进气口与空气压缩机66连通，空气压缩机66作为空气进气源，它压缩好的空气进入储气罐65储存起来。

另一条管路中的结构与实施例中结构相同，两条管路之间的交叉处设置有压差阀67，低温冷却空气经压差阀67自动调节进入进气管道61，送入预燃室腔11中。在该条管路上，空气经过空气滤芯63吸入到涡轮增压器，经空气冷却器64冷却后的的低温冷却空气作为压差阀67的控制压力。通过压差阀调节螺母调节压差阀67的压差，使得压差阀67控制后进气管道61的压力始终大于涡轮增压器增压的压力0.2～0.5Kg，这样能够对预燃室腔11更好地进行扫气，从而更好地对火花塞连接棒30、火花塞21、预燃室上座20、预燃室腔壳体10以及喷嘴12进行冷却、降温、散热。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的水套空冷式预燃点火系统，因为该预燃点火系统具有预燃室腔壳体、预燃室上座、火花塞连接棒、预燃室水套、空气进气单元以及冷却水进气单元，一方面进水通道能够由水循环管路引入冷却水到第一冷却水道中，冷却水再从第一冷却水道流入到第二冷却水道后排出；另一方面，空气进气单元从外界吸入空气后通过进气管路将空气鼓入至空气进气通道中，空气从空气进气通道进入至第二通孔后再从第二通孔进入预燃室腔，并通过预燃室腔后从喷孔排出。并且，空气进气管路和水循环管路能够由控制器控制，所以，本实施例的水套空冷式预燃点火系统不仅能够对预燃室上座、火花塞、预燃室腔壳体以及喷嘴的降温、散热，而且能够实现交替通冷却空气和冷却水，通过先通冷却空气对预燃室腔壳体预冷，再通入冷却水进一步冷却，从而能够防止预燃室腔壳体出现骤冷的情况，增加其使用寿命。

此外，在本实施例中，由于在四个第二通孔中均设置有单向阀，冷却空气只能从第二通孔进入预燃室腔中，而不能逆向运动，这样能够保证预燃室腔内的燃气安全混合，预燃室爆炸产生的火焰不能回火流入预燃室上座及其管路，从而保证内燃机组的安全运行。

另外，在本实施例中，由于火花塞连接棒下端将火花塞上端包住，且火花塞和连接棒用O型圈密封，这样，能够防止空气从火花塞连接棒漏出，火花塞连接棒使用聚四氟乙烯材料，耐温绝缘防止火花塞窜火。

另外，在本实施例中，由于预燃室上座的下部的外壁设有第三环形凹槽，第三环形凹槽上设有O型圈与预燃室腔壳体的内壁密封，使得预燃室上座能够完整地与预燃室腔壳体密封贴合，防止冷却空气漏出，防止在预燃时发生危险，延长预燃室上座及预燃室腔壳体的使用寿命。

最后，在本实施例中，由于在预燃室腔壳体的下部的外壁上设置有凸台，该凸台与气缸盖紧密压合，从而能够防止预燃室腔壳体移动并产生缝隙，进而能够防止冷却水漏出。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水套空冷式预燃点火系统，用于为具有内腔的气缸盖的内燃机散热，其特征在于，包括：

预燃室腔壳体，嵌入在所述内腔中，内部具有预燃室腔，下部具有至少一个喷孔；

预燃室上座，设置在所述内腔中，一端与所述预燃室腔壳体连接，内部具有用于安装火花塞的贯通孔；

火花塞连接棒，设置在所述贯通孔内，一端与所述火花塞连接，该火花塞连接棒与所述预燃室上座的内壁之间具有第一环形间隙，该第一环形间隙作为空气进气通道；

预燃室水套，套在所述预燃室腔壳体和所述预燃室上座上，其一端的外壁与所述气缸盖的内壁之间设置有第一通孔，该第一通孔作为进水通道；

空气进气单元，通过进气管路与所述空气进气通道连通，用于吸入外界的空气并将空气鼓入至所述空气进气通道中；

冷却水进水单元，具有进水端和出水端，用于输送冷却水，包括与所述进水通道连通的水循环管路以及设置在该水循环管路上的循环水泵；

其中，所述预燃室水套的内壁与所述预燃室腔壳体的外壁具有第二环形间隙，该第二环形间隙作为第一冷却水道和所述进水通道连通，

所述预燃室上座的壁内设置有至少一个第二通孔，该第二通孔的一端与所述空气进气通道连通，另一端与所述预燃室腔连通，

所述预燃室上座的壁内还设置有多个第三通孔，该第三通孔作为第二冷却水道，其一端与所述第一冷却水道连通，

所述进水通道由所述水循环管路引入冷却水到所述第一冷却水道中，该冷却水再从所述第一冷却水道流入到所述第二冷却水道后排出，

所述空气进气单元从外界吸入空气后通过进气管路将空气鼓入至所述空气进气通道中，空气从所述空气进气通道进入至所述第二通孔后再从所述第二通孔进入所述预燃室腔，并通过所述预燃室腔后从所述喷孔排出。

2.根据权利要求1所述的水套空冷式预燃点火系统，其特征在于，还包括：

至少两个控制阀，分别设置在所述进气管路和所述水循环管路上，用于控制。

3.根据权利要求2所述的水套空冷式预燃点火系统，其特征在于，还包括：

至少两个控制器，对应地与所述控制阀连接，用于控制所述控制阀的开启与关闭。

4.根据权利要求3所述的水套空冷式预燃点火系统，其特征在于：

其中，所述控制器为时间控制器，用于控制所述空气进气单元和所述冷却水进水单元的通断的持续时间和时间间隔。

5.根据权利要求1所述的水套空冷式预燃点火系统，其特征在于：

其中，所述空气进气单元还包括储气罐，该储气罐通过所述进气管路与所述空气进气通道连通，用于储存压缩空气并提供空气至所述空气进气通道中。

6.根据权利要求4所述的水套空冷式预燃点火系统，其特征在于：

其中，所述空气进气单元还包括空气压缩机，该空气压缩机与储气罐连通，用于将外界的空气压缩并储存到所述储气罐中。

7.根据权利要求1所述的水套空冷式预燃点火系统，其特征在于：

其中，所述进气管路上设置有压差阀，该压差阀用于控制所述进气压力。

8.根据权利要求1所述的水套空冷式预燃点火系统，其特征在于，还包括：

预燃室压块，与所述预燃室上座的另一端固定连接，用于固定所述预燃室上座和所述预燃室水套，其上设置有进风孔，该进风孔的一端与所述空气进气通道连通，另一端与所述进气管路连通。

9.根据权利要求8所述的水套空冷式预燃点火系统，其特征在于：

其中，所述预燃室压块上还设置有与所述第二冷却水道连通的环形出水槽，该环形出水槽用于将所述第二冷却水道中的冷却水流出。

10.根据权利要求1所述的水套空冷式预燃点火系统，其特征在于：

其中，所述第二通孔具有四个，四个所述第一通孔内均设置有单向阀，用于使得所述空气单向进入至所述预燃室腔中。