CN108291475A - 预燃室装置 - Google Patents

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Abstract

用于活塞发动机的预燃室装置包括：预燃室(1)，其包括用于接纳火花塞(4)的开口(3)和用于将燃料引入所述预燃室(1)中的至少一个燃料入口(5)；以及喷嘴室(2)，其与所述预燃室(1)流体连通并且包括至少一个开口(6)，所述至少一个开口用于接收来自所述发动机的主燃室(10)的空气/燃料混合物并且用于将点燃的流体混合物从所述预燃室(1)供应到所述主燃室(10)中。所述装置还包括在所述预燃室(1)和所述喷嘴室(2)之间布置的混合元件(7)。

Description

预燃室装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于活塞发动机的预燃室装置。
背景技术
内燃发动机可设置有预燃室(也被称为预燃室)。在预燃室发动机中，每个气缸都设置有预燃室，燃料中的部分或全部燃料被引入预燃室中。根据发动机，燃料可发生自燃，或者可以使用火花塞或其他装置来点燃燃料。因此，在预燃室中开始燃烧，但是燃烧的主要部分发生在预燃室外部的气缸中。预燃室构造在稀燃发动机中是尤其有益的。当发动机以稀燃原理运转时，引入气缸中的空气和燃料的混合物含有比燃料完全燃烧所需更多的空气。过量的空气降低了气缸中的峰值温度，因此NOx排放量减少。在设置有预燃室的稀燃发动机中，燃料中的部分被引入预燃室中，并且燃料中的部分在进气阀之前与空气进行混合。例如，这种类型的装置可用于火花点燃式燃气发动机。与气缸中的混合物相比，预燃室中的气体—空气混合物富集。预燃室中的富集混合物被火花塞点燃，来自预燃室的火焰点燃气缸中的混合物。
预燃室中进行的气体交换和混合是一种复杂的现象。在排气冲程之后，残余气体留在预燃室内。在进气冲程期间，至少有较大部分的残余气体应该被引入预燃室中的燃料和空气排出。在压缩冲程期间，预燃室中的混合物应该与从主燃室流入预燃室中的稀薄空气/燃料混合物进行混合。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的用于活塞发动机的预燃室装置。
根据本发明的该预燃室装置包括：预燃室，其包括用于接纳火花塞的开口和用于将燃料引入所述预燃室中的至少一个燃料入口；以及喷嘴室，其与所述预燃室流体连通并且包括至少一个开口，所述至少一个开口用于接收来自所述发动机的主燃室的空气/燃料混合物并且用于将点燃的流体混合物从所述预燃室供应到所述主燃室中。所述装置还包括在所述预燃室和所述喷嘴室之间布置的混合元件。
因所述混合元件，改进了由已经喷射到预燃室中的燃料和留在预燃室中的残余气体组成的混合物与从主燃室流入预燃室中的空气/燃料混合物之间的混合。混合元件还保护火花塞免受主燃室内进行燃烧期间流入预燃室中的热燃烧气体的影响。
根据本发明的一个实施方式，所述混合元件包括用于在所述预燃室和所述喷嘴室之间建立流体连通的两个或更多个开口。根据本发明的一个实施方式，所述混合元件的所述开口围绕实心中心区域布置。实心中心区域有助于保护火花塞免受热燃烧气体的影响。例如，所述混合元件可呈拱顶形状，凹侧面对所述喷嘴室。
根据本发明的一个实施方式，所述混合元件被配置成将从所述喷嘴室流入所述预燃室中的流体引导成背离所述预燃室装置的纵向中轴。这样改进了对火花塞的保护。
根据本发明的一个实施方式，所述混合元件是与所述预燃室和所述喷嘴室分开的部分。所述装置可包括形成所述预燃室的至少主要部分的第一部分、形成所述喷嘴室的至少主要部分的第二部分以及形成所述混合元件的第三部分。所述第一部分可以是气缸盖的一体部分。通过用单独的部分组装预燃室装置，可为每个部分选择最合适的材料。
根据本发明的一个实施方式，用于所述火花塞的所述开口与所述混合元件相对地布置。用这种布置，火花塞的相对位置有利于实现混合元件进行的最佳保护。
根据本发明的一个实施方式，所述燃料入口和所述混合元件被配置成，使得防止从所述燃料入口通过所述混合元件直接流动。这样有助于将燃料中的主要部分保持在预燃室中并且从预燃室有效地排除残余气体。
根据本发明的一个实施方式，所述预燃室具有弯曲的壁，并且所述燃料入口被布置成相对于所述预燃室的所述壁在切线方向上将所述燃料引入所述预燃室中。所述燃料入口优选地布置在所述预燃室的侧壁中。通过这种布置，产生了良好的旋转运动，并且残余气体被有效地从预燃室排出。
所述预燃室可以具有球体形状并且所述喷嘴室呈细长形状。
附图说明
以下，将参照附图来更详细地描述本发明的实施方式，在附图中，
图1示出了活塞发动机的气缸盖的简化剖视图；
图2示出了根据本发明的一个实施方式的预燃室装置的剖视图；以及
图3示出了沿着线A-A截取的图2的预燃室装置的剖视图。
具体实施方式
在图1中示出了活塞发动机的气缸盖21的简化剖视图。气缸盖21布置在发动机气缸的上端处，并且与气缸套16和活塞(未示出)一起限定气缸的主燃室10的界限。发动机的每个气缸都设置有自身的气缸盖21。发动机是大型内燃发动机，诸如，船舶的主发动机或辅助发动机或在发电厂用于发电的发动机。发动机是使用气态燃料运转的燃气发动机。燃料可以是例如天然气。发动机是四冲程发动机。发动机优选地根据稀燃原理运转，这意味着，引入气缸的主燃室10中的空气和气态燃料的混合物包含比燃料完全燃烧所需更多的空气。过量的空气降低了气缸中的峰值温度，因此NOx排放量减少。发动机是火花点燃的。进气经由进气管14被引入主燃室10中。进气阀17控制引入主燃室10中的进气量。发动机的每个气缸均可设置有不止一个进气阀17，例如，两个进气阀17。可例如机械地、液压地或电学地或者通过使用不同要素的组合来操作进气阀17。废气经由排气管15被引导到气缸外部。通过按与进气阀17类似的方式控制的一个或更多个排气阀18来控制进入排气管15中的流量。
发动机的每个气缸均设置有预燃室装置。预燃室装置包括燃料可被引入其中的预燃室1。在预燃室1内可以形成富集的燃料/空气混合物并进行点燃，并且可使用流入主燃室10中的燃烧流体来点燃主燃室10内的稀薄混合物。预燃室装置的主要部分布置在气缸盖21内部，并且预燃室装置的一端(即，下端)伸入主燃室10中。表述“下端”这里指的是位置更靠近主燃室10的那端。类似地，表述“上端”这里指的是位置更远离主燃室10的那端。发动机的气缸不需要处于垂直方向，但是它们也可倾斜，例如呈V型发动机。从预燃室装置的上端朝向下端的方向是预燃室装置的纵向方向。预燃室装置的纵向中轴13因此平行于气缸套16。预燃室装置的一部分可与气缸盖21集成并且可形成气缸盖铸件的一部分。
预燃室1的上端设置有开口3，开口3被配置成接纳火花塞4。火花塞4被布置成通过开口3伸入预燃室1中。火花塞4平行于预燃室装置的纵轴，因此指向气缸的主燃室10。火花塞4的主要部分在预燃室1的外部，但是火花塞4的电极4a、4b伸入预燃室1中。预燃室1具有弯曲的侧壁。优选地，预燃室1具有大体为球体的形状，即，回转椭球。
预燃室1设置有燃料入口5，燃料可通过燃料入口5引入预燃室1中。燃料沿着与预燃室装置的纵轴13垂直的方向喷射到预燃室1中。图3示出了燃料入口5如何与燃料管19连接，燃料通过燃料管19喷射到预燃室1中。燃料管19相对于预燃室1的壁以这样的角度布置，使得燃料在切线方向上喷射到预燃室1中。通过该布置，预燃室1中的燃料和残余气体的混合可被最小化，并且残余气体被高效地从预燃室1排出。在附图中的实施方式中，只示出了一个燃料入口5，但是预燃室1可以包括不止一个燃料入口。借助预燃室燃料阀(未示出)来控制进入预燃室1中的燃料喷射量。在附图中的实施方式中，燃料入口5布置在预燃室1的上部部分中，处于与火花塞4的电极4a、4b相同的高度。
预燃室装置还包括喷嘴室2，喷嘴室2与预燃室1流体连通。喷嘴室2伸入主燃室10中。喷嘴室2包括开口6，空气/燃料混合物可通过开口6从主燃室10流入预燃室1中，并且燃烧的混合物可从预燃室1流入主燃室10中。喷嘴室2在预燃室装置的纵向方向上具有细长形状。喷嘴室2是大致柱形的。喷嘴室2的直径小于预燃室1的直径。在附图中的实施方式中，开口6围绕喷嘴室2对称地布置。开口6中的每个均形成喷嘴通道22的一部分，来自喷嘴室2的流体通过喷嘴通道22被喷射到主燃室10中。喷嘴通道22是倾斜的，使得来自喷嘴室2的流体流被朝向气缸的壁引导。
在预燃室1和喷嘴室2之间布置混合元件7。混合元件7将预燃室1与喷嘴室2分开，但是允许预燃室1和喷嘴室2之间进行流体连通。混合元件7的功能是改进存在于预燃室1中的燃料/残余气体混合物和从主燃室10流入预燃室1中的空气/燃料混合物之间的混合。自然地，在主燃室10的空气/燃料混合物中也存在一些残余气体。混合元件7包括多个开口8。开口8被布置成，使得混合元件7具有实心中心区域9并且开口8位于中心区域9周围。混合元件7和开口8被配置成，使得从喷嘴室2流入预燃室1中的流体被引导成背离预燃室装置的中轴13。流体流因此被朝向预燃室1的侧壁而不朝向火花塞4引导。换句话讲，混合元件7防止从喷嘴室2朝向火花塞4直接流动。在相反的方向上，从预燃室1流入喷嘴室2中的流体流被朝向预燃室装置的中轴13引导。混合元件7的其他优点在于，混合元件7用作抵抗主燃室10内进行燃烧期间正流入预燃室1中的热燃烧气体的保护罩。因此，降低了火花塞4的对流传热。混合元件7将热流均匀地分配到预燃室1中，并且促进气体与留在预燃室1中的残余气体混合。在附图中的实施方式中，混合元件7呈拱顶形状。混合元件7具有凹侧和凸侧，凹侧面对喷嘴室2。
在附图中的实施方式中，预燃室装置包括形成预燃室1的主要部分的第一部分11、形成喷嘴室2的主要部分的第二部分12以及形成混合元件7的第三部分。混合元件7因此是单独的插件。作为单独部件的替代，第一部分11可以是气缸盖铸件的一体部分。通过使第一部分11、第二部分12和第三部分7成为分离的部分，可使用不同的材料，从而允许为每个部分选择最合适的材料。
发动机是四冲程奥托发动机(Otto engine)。在进气冲程期间，燃料中的大部分经由气体许可阀20被引入进气管14中。发动机的每个气缸均设置有自身的气体许可阀20，气体许可阀20就布置在进气阀17之前，并且因此可独立地控制进入每个气缸中的燃料喷射量。优选地，通过电学方式控制气体许可阀20。燃料是诸如天然气的气态燃料。燃料与进气混合，从而形成稀薄混合物，该稀薄混合物包含比燃料完全燃烧所需更多的空气。在燃料经由气体许可阀20喷射到进气管14中的同时，较少量的燃料经由燃料入口5喷射到预燃室1中。所述燃料被喷射到进气管14和预燃室1二者中。通过预燃室燃料阀来控制喷射到预燃室1中的燃料量。预燃室燃料阀可以是例如凸轮控制阀或电控阀。
在排气冲程之后，一些燃烧残余气体留在预燃室1内。因预燃室设计，通过燃料喷射将大部分残余气体从预燃室1排出。在进气冲程期间，特别是在压缩冲程期间，空气/燃料混合物从主燃室10流入预燃室1中，在那里它与通过燃料和残余气体形成的混合物进行混合。因进入预燃室1中的单独燃料喷射，预燃室1中的混合物比主燃室10中的混合物显著更富集。当活塞接近上死点时，预燃室1中的混合物被火花塞4点燃。因此，在预燃室1中开始燃烧，并且从预燃室1流入主燃室10中的流体点燃气缸中的主燃料装载物。在动力冲程期间，热燃烧气体从主燃室10流入预燃室1中。混合元件7保护火花塞4免受热气的影响。在排气冲程期间，气缸中的废气经由排气管15被清除，但是即使在排气冲程之后，一些残余气体仍留在主燃室10和预燃室1中。
本领域的技术人员应该理解，本发明不限于上述实施方式，而是可在随附权利要求书的范围内变化。

Claims (15)

1.一种用于活塞发动机的预燃室装置，该预燃室装置包括：
-预燃室(1)，其包括用于接纳火花塞(4)的开口(3)和用于将燃料引入所述预燃室(1)中的至少一个燃料入口(5)；以及
-喷嘴室(2)，其与所述预燃室(1)流体连通并且包括至少一个开口(6)，所述至少一个开口(6)用于接收来自所述发动机的主燃室(10)的空气/燃料混合物并且用于将点燃的流体混合物从所述预燃室(1)供应到所述主燃室(10)中，
其特征在于，所述装置包括在所述预燃室(1)和所述喷嘴室(2)之间布置的混合元件(7)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述混合元件(7)包括用于在所述预燃室(1)和所述喷嘴室(2)之间建立流体连通的两个或更多个开口(8)。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述混合元件(7)的所述开口(8)围绕实心中心区域(9)布置。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述混合元件(7)呈拱顶形状，凹侧面对所述喷嘴室(2)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述混合元件(7)被配置成将从所述喷嘴室(2)流入所述预燃室(1)中的流体引导成背离所述预燃室装置的纵向中轴(13)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述混合元件(7)是与所述预燃室(1)和所述喷嘴室(2)分开的部分。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述装置包括形成所述预燃室(1)的至少主要部分的第一部分(11)、形成所述喷嘴室(2)的至少主要部分的第二部分(12)以及形成所述混合元件(7)的第三部分。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一部分(11)是气缸盖(21)的一体部分。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，用于所述火花塞(4)的所述开口(3)与所述混合元件(7)相对地布置。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述燃料入口(5)和所述混合元件(7)被配置成，使得防止从所述燃料入口(5)通过所述混合元件(7)直接流动。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述预燃室(1)具有弯曲的壁，并且所述燃料入口(5)被布置成相对于所述预燃室(1)的所述壁在切线方向上将所述燃料引入所述预燃室(1)中。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述燃料入口(5)布置在所述预燃室(1)的侧壁中。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述预燃室(1)具有球体形状。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述喷嘴室(2)具有细长形状。
15.一种活塞发动机，该活塞发动机包括根据前述权利要求中的任一项所述的预燃室装置。
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