CN106948923B - 水冷空冷式预燃装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水冷空冷式预燃装置，具有这样的特征，包括：预燃室腔壳体，内部具有预燃室腔；预燃室上座，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；火焰喷嘴，可拆卸地安装在预燃室腔壳体上，包括具有空腔的圆柱筒体；火花塞连接棒，设置在贯通孔内，一端与火花塞连接；以及预燃室水套，套在预燃室腔壳体和预燃室上座上，其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，本发明的水冷空冷式预燃装置实现了火花塞连接棒、火花塞、预燃室上座、预燃室腔壳体以及喷嘴的降温、散热，且散热效率高，能够防止火花塞因热变形而发生炸裂，并提高火花塞使用寿命。

Description

水冷空冷式预燃装置

技术领域

本发明涉及内燃机，具体涉及一种内燃机的预燃装置。

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。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。

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，火花塞的使用寿命也会大大缩短。

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、能够让预燃室壳体、火花塞、预燃室喷嘴进行有效降温、散热的水冷空冷式预燃装置。

本发明提供了一种水冷空冷式预燃装置，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；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；火焰喷嘴，可拆卸地安装在预燃室腔壳体上，包括具有空腔的圆柱筒体；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；以及预燃室水套，套在预燃室腔壳体和预燃室上座上，其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，其中，圆柱筒体上设置有多条贯通的火焰通道和与多条火焰通道相错开设置的若干条喷嘴冷却水道，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多个第二通孔，该第二通孔作为第二冷却水道，其一端与第一冷却水道连通，预燃室上座的壁内还设置有至少一个第三通孔，该第三通孔的一端与空气进气通道连通，另一端与预燃室腔连通，进水通道由外部的水循环管路引入冷却水到喷嘴冷却水道中，该冷却水从喷嘴冷却水道流入到第一冷却水道，再从第一冷却水道流入至第二冷却水道后排出，空气进气通道从外部的空气源引入冷却空气到第三通孔中，冷却空气再从第三通孔进入预燃室腔，并通过预燃室腔后从火焰通道排出。

在本发明提供的水冷空冷式预燃装置中，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冷，其上设置有与空气进气通道连通的进风孔以及与第二冷却水道连通的出水槽。

在本发明提供的水冷空冷式预燃装置中，还可以具有这样的特征：其中，圆柱筒体的周壁上具有六个喷孔，这六个喷孔均匀地排布在同一高度的圆柱筒体的周壁上，喷孔作为火焰通道。

在本发明提供的水冷空冷式预燃装置中，还可以具有这样的特征：其中，火焰喷嘴还包括安装套，该安装套的外径大于圆柱筒体的外径，安装套上端的外壁设置有环形槽，该环形槽用于安装O型圈和预燃室水冷密封。

在本发明提供的水冷空冷式预燃装置中，还可以具有这样的特征：其中，第三通孔具有四个，四个第二通孔内均设置有单向阀，用于使得冷却空气单向进入至预燃室腔中。

在本发明提供的水冷空冷式预燃装置中，还可以具有这样的特征：其中，火花塞连接棒的一端设置有圆孔，该圆孔用于容纳火花塞，火花塞连接棒的内壁设置有第一环形凹槽，该第一环形凹槽上套设有O形圈与火花塞密封。

在本发明提供的水冷空冷式预燃装置中，还可以具有这样的特征：其中，预燃室上座的壁内还设置有与外界的燃气进气管连通的两个第四通孔，两个第四通孔作为燃气进气通道与预燃室腔连通。

在本发明提供的水冷空冷式预燃装置中，还可以具有这样的特征：其中，第二冷却水道有六个，六个第二冷却水道呈圆周均匀排布在预燃室上座内，空气进气通道具有四个，四个空气进气通道、六个第二冷却水道、两个燃气进气通道在预燃室上座内相错设置。

在本发明提供的水冷空冷式预燃装置中，还可以具有这样的特征：其中，气缸盖的下部的内壁上设置有插槽块，第一通孔设置在所述插槽块上。

在本发明提供的水冷空冷式预燃装置中，还可以具有这样的特征：其中，预燃室腔壳体的外壁固定设置有散热翅片，该散热翅片用于增强传热。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的水冷空冷式预燃装置，因为该预燃装置具有预燃室腔壳体，预燃室上座、火焰喷嘴、火花塞连接棒以及预燃室水套，预燃室水套与气缸盖之间具有进水通道，火焰喷嘴上具有若干条喷嘴冷却水道，一方面，进水通道能够引入冷却水到喷嘴冷却水道，冷却水再从喷嘴冷却水道流入第一冷却水道中，然后从第一冷却水道流入到第二冷却水道后排出；另一方面，空气进气通道能够从外部的空气源引入冷却空气到第三通孔中，冷却空气再从第三通孔进入预燃室腔，并通过预燃室腔后从火焰通道排出。这两个过程的冷却空气和冷却水与火花塞连接棒、火花塞、预燃室上座、预燃室腔壳体以及喷嘴接触，从而实现了火花塞连接棒、火花塞、预燃室上座、预燃室腔壳体以及喷嘴的降温、散热，且散热效率高，能够防止火花塞因热变形而发生炸裂，并提高火花塞使用寿命。

附图说明

图1是本发明的实施例中水冷空冷式预燃装置与气缸盖的总剖面结构图；

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是本发明的实施例中火焰喷嘴的结构示意图，其中，图4a为火焰喷嘴的正视图，图4b为图4a的俯视图，图4c为图4b中D-D方向的剖视图，图4d为图4b中E-E方向的剖视图，图4e为图4a中F-F方向的剖视图。

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冷空冷式预燃装置作具体阐述。

图1是本发明的实施例中水冷空冷式预燃装置与气缸盖的总剖面结构图。

如图1所示，水冷空冷式预燃装置100与外部的空气源通过进气管路(图中未显示)连接，由进气管路引入冷却空气。水冷空冷式预燃装置100同时与外部的水循环管路(图中未显示)连接，通过水循环管路引入冷却水，在本实施例中，它竖直地嵌入在内燃机的气缸盖200的内腔中，水冷空冷式预燃装置100包括预燃室腔壳体10、预燃室上座20、火焰喷嘴30、火花塞连接棒40、预燃室水套50以及预燃室压块60。

预燃室腔壳体10竖直地嵌入在气缸盖200的内腔中，它的内部具有一个呈倒锥形的预燃室腔11，预燃室腔壳体10的外壁上焊接有螺旋形的散热翅片(图中未显示)，该散热翅片用来增强预燃室腔壳体10传热。

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40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的壁内还设置有多个第二通孔23，该第二通孔23作为第二冷却水道。此外，预燃室上座20的壁内设置有至少一个第三通孔24，第三通孔24的上端与空气进气通道22相连通，第三通孔24的下端与预燃室腔11相连通。在本实施例中，第三通孔24有四个，第二通孔23有六个，四个第三通孔24、第二通孔23均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，两个燃气进气通道、四个第三通孔24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的上部的外壁与预燃室水套50的内壁密封；预燃室上座20的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型圈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，四个第三通孔24内均设置有单向阀27，使得空气从第三通孔24内单向进入至预燃室腔11中。

图4是本发明的实施例中火焰喷嘴的结构示意图，其中，图4a为火焰喷嘴的正视图，图4b为图4a的俯视图，图4c为图4b中D-D方向的剖视图，图4d为图4b中E-E方向的剖视图，图4e为图4a中F-F方向的剖视图。

如图4a-4e所示，火焰喷嘴30与预燃室腔壳体10的下部连接，它包括安装套31和圆柱筒体32。

安装套31上端的外壁具有环形槽(图中未标出)，环形槽上设置有O型圈26与预燃室水套50的内壁密封，安装套31的上端与预燃室腔壳体10的下端套接在一起，用来密封连接安装套31与预燃室腔壳体10。在本实施例中，安装套31的外径为65mm。

圆柱筒体32的上端与安装套31的下端连接，它的周壁上设置有宽度为1～8mm的六个喷孔，这六个喷孔在圆柱筒体32的同一高度的上均匀地排布，这六个喷孔作为火焰通道321，圆柱筒体内的火焰从火焰通道321中喷出，圆柱筒体32上还设置有和六条贯通的火焰通道321相互错开设置若干条喷嘴冷却水道322，在本实施例中，喷嘴冷却水道322具有六条，圆柱筒体32的外径35mm，圆柱筒体32与安装套31是一体成型的，火焰通道321的宽度为5mm。

火花塞连接棒40设置在预燃室上座20的贯穿孔中，它的下端与火花塞21的上端套接，上端从预燃室压块60中伸出，火花塞连接棒40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型圈26，使得火花塞连接棒40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40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40采用聚四氟乙烯制成。

预燃室水套50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51，插槽块51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，水循环管路中的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50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52，第一冷却水道52的下端和六条喷嘴冷却水道322连通，上端与第二冷却水道连通。预燃室水套50的上部的外壁设置有第四环形凹槽，该凹槽上套设有O型圈26，用来和气缸盖200的内壁密封。

预燃室压块60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，预燃室压块60内横向设置有进风孔61，进风孔61的右端与空气进气通道22连通，进风孔61的左端与进气管路连通。预燃室压块60上还设置有环形出水槽62，环形出水槽62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62中，再由环形出水槽62流入至水循环管路中。

本实施例的水冷空冷式预燃装置100的工作原理为：

本实施的水冷空冷式预燃装置100分别采用冷却水和冷却空气对火花塞连接棒40、火花塞21、预燃室上座20、预燃室腔壳体10以及火焰喷嘴30进行降温、散热。

图1中较大的短箭头表示冷却水流方向，从外部的水循环管路流入的冷却水经过进水通道流入到喷嘴冷却水道322中，该冷却水再从喷嘴冷却水道322流入到第一冷却水道52中，然后由第一冷却水道52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62中，最后返回至水循环管路中，这一过程，冷却水同时对预燃室上座20、预燃室腔壳体10以及火焰喷嘴30接触换热，从而对预燃室上座20、预燃室腔壳体10以及火焰喷嘴30降温、散热。

图1中较小的短箭头表示冷却空气流动方向，从外界空气源吸入的冷却空气经过空气进气管路流入到进风孔61中，接着由进风孔61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进入到四个第三通孔24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40、火花塞21、预燃室上座20、预燃室腔壳体10以及火焰喷嘴30的降温、散热。

以上两个过程可同时进行，也可分别进行，即冷却水和冷却空气间隔通入。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的水冷空冷式预燃装置，因为该预燃装置具有预燃室腔壳体，预燃室上座、火焰喷嘴、火花塞连接棒以及预燃室水套，预燃室水套与气缸盖之间具有进水通道，火焰喷嘴上具有若干条喷嘴冷却水道，一方面，进水通道能够引入冷却水到喷嘴冷却水道，冷却水再从喷嘴冷却水道流入第一冷却水道中，然后从第一冷却水道流入到第二冷却水道后排出；另一方面，空气进气通道能够从外部的空气源引入冷却空气到第三通孔中，冷却空气再从第三通孔进入预燃室腔，并通过预燃室腔后从火焰通道排出。这两个过程的冷却空气和冷却水与火花塞连接棒、火花塞、预燃室上座、预燃室腔壳体以及喷嘴接触，从而实现了火花塞连接棒、火花塞、预燃室上座、预燃室腔壳体以及喷嘴的降温、散热，且散热效率高，能够防止火花塞因热变形而发生炸裂，并提高火花塞使用寿命。

此外，在本实施例中，由于在四个第三通孔中均设置有单向阀，冷却空气只能从第三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。

另外，在本实施例中，由于在气缸盖内壁与预燃室水套之间设置有可以插拔的插槽块，当从内燃机循环管路长时间引入冷却水时，冷却水中的水垢会存留在插槽块的通孔中，冷却效果很可能会受影响，此时，可以拔出插槽块并对其进行清洗，使得冷却水能够顺畅的从进水通道进入，冷却效率变高。

另外，在本实施例中，由于预燃室腔壳体的外壁设置有散热翅片，一方面，使得接触的面积增大，从而使得预燃室腔壳体上的高温热量能够更快地传到第一冷却水道中的冷却水中；另一方面，散热翅片能加强水的流动，产生更强烈的乱流，传热系数更大，散热效果也更好。由于这样的设置能够使得预燃室壳体更好地散热，防止内燃机被烧坏。

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)

1.一种水冷空冷式预燃装置，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；

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；

火焰喷嘴，可拆卸地安装在所述预燃室腔壳体上，包括具有空腔的圆柱筒体；

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；以及

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，

其中，所述圆柱筒体上设置有多条贯通的火焰通道和与多条所述火焰通道相错开设置的若干条喷嘴冷却水道，

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多个第二通孔，该第二通孔作为第二冷却水道，其一端与所述第一冷却水道连通，

所述预燃室上座的壁内还设置有至少一个第三通孔，该第三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，

所述进水通道由外部的水循环管路引入冷却水到所述喷嘴冷却水道中，该冷却水从所述喷嘴冷却水道流入到所述第一冷却水道，再从所述第一冷却水道流入至所述第二冷却水道后排出，

所述空气进气通道从外部的空气源引入冷却空气到所述第三通孔中，所述冷却空气再从所述第三通孔进入所述预燃室腔，并通过所述预燃室腔后从所述火焰通道排出。

2.根据权利要求1所述的水冷空冷式预燃装置，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，其上设置有与所述空气进气通道连通的进风孔以及与所述第二冷却水道连通的出水槽。

3.根据权利要求1所述的水冷空冷式预燃装置，其特征在于：

其中，所述圆柱筒体的周壁上具有六个喷孔，这六个喷孔均匀地排布在同一高度的所述圆柱筒体的周壁上，所述喷孔作为所述火焰通道。

4.根据权利要求1所述的水冷空冷式预燃装置，其特征在于：

其中，所述火焰喷嘴还包括安装套，该安装套的外径大于所述圆柱筒体的外径，

所述安装套上端的外壁设置有环形槽，该环形槽用于安装O型圈和所述预燃室水套密封。

5.根据权利要求1所述的水冷空冷式预燃装置，其特征在于：

其中，所述第三通孔具有四个，四个所述第三通孔内均设置有单向阀，用于使得所述冷却空气单向进入至所述预燃室腔中。

6.根据权利要求1所述的水冷空冷式预燃装置，其特征在于：

其中，所述火花塞连接棒的一端设置有圆孔，该圆孔用于容纳所述火花塞，

所述火花塞连接棒的内壁设置有第一环形凹槽，该第一环形凹槽上套设有O形圈与所述火花塞密封。

7.根据权利要求1所述的水冷空冷式预燃装置，其特征在于：

其中，所述预燃室上座的壁内还设置有与外界的燃气进气管连通的两个第四通孔，两个所述第四通孔作为燃气进气通道与所述预燃室腔连通。

8.根据权利要求7所述的水冷空冷式预燃装置，其特征在于：

其中，所述第二冷却水道有六个，六个所述第二冷却水道呈圆周均匀排布在所述预燃室上座内，

所述空气进气通道具有四个，四个所述空气进气通道、六个所述第二冷却水道、两个所述燃气进气通道在所述预燃室上座内相错设置。

9.根据权利要求1所述的水冷空冷式预燃装置，其特征在于：

其中，所述气缸盖的下部的内壁上设置有插槽块，所述第一通孔设置在所述插槽块上。

10.根据权利要求1所述的水冷空冷式预燃装置，其特征在于：

其中，所述预燃室腔壳体的外壁固定设置有散热翅片，该散热翅片用于增强传热。