CN110725765A - 一种水冷式发动机射流点火器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水冷式发动机射流点火器，包括上腔体和下腔体，上腔体固定有喷油器和火花塞；所述下腔体包含一个空腔，该空腔即为预燃室，所述下腔体末端设置有射流孔，其特征在于，所述上腔体内部开有具有冷却水道，冷却水道的向下深度尽可能靠近喷油器密封环的位置，并在喷油器周围环绕一周，以确保较好的冷却效果。本发明具有油耗更低，冷却效果好，寿命更长的优点。

Description

一种水冷式发动机射流点火器
技术领域
本发明涉及内燃机燃烧技术领域，是一种水冷式发动机射流点火器，可用于点燃式发动机的稀薄燃烧和促进火焰加速，也可作为压燃式发动机的初始引燃火焰点火器。
背景技术
目前，内燃机如何进一步提高热效率以降低二氧化碳排放早已成为全世界共同关心的话题。传统的点燃式发动机通过火花塞点燃缸内混合均匀的化学当量混合气，形成火焰向外传播，从而推动活塞做功，产生功率输出。但是这种点燃式燃烧具有几个限制热效率提升的问题：1)燃烧速率受到火焰传播速率的限制，燃烧较为缓慢；2)燃烧需在化学当量比附近进行，稀薄状态容易导致火花塞点火失效和更加缓慢的燃烧速率；3)当量比燃烧状态下易发生末端自燃，产生爆震，限制压缩比的提高，从而限制热效率的进一步提升。
中国专利CN106194395A公开的一种发动机湍流射流点火预燃室燃烧系统可提升点燃式发动机燃烧速和实现稀薄燃烧，但该专利没有给出详细的点火器冷却结构以及预燃室的详细结构和安装方式。
发明内容
本发明的目的是，提供一种油耗更低，冷却效果好，寿命更长的发动机射流点火器。技术方案如下：
一种水冷式发动机射流点火器，包括上腔体和下腔体，上腔体固定有喷油器和火花塞；所述下腔体包含一个空腔，该空腔即为预燃室，所述下腔体末端设置有射流孔，其特征在于，所述上腔体内部开有具有冷却水道，冷却水道的向下深度尽可能靠近喷油器密封环的位置，并在喷油器周围环绕一周，以确保较好的冷却效果。
优选地，所述预燃室的水平截面为圆弧矩形，从而使预燃室具有更小的容积。
下腔体与上腔体接触面通过定位销确定，以保证下腔体的安装角度与喷油器和火花塞的位置相互匹配，所述下腔体与上腔体通过下腔体紧固环固定。
固定在上腔体的喷油器的喷油方向朝向火花塞下方。
预燃室由上腔体的下端面、喷油器底面、火花塞底面以及下腔体的内腔围成，预燃室通过射流孔与外界相通，实现火焰从预燃室向外的射流加速。
上腔体内部开有冷却水道，冷却液通过安装在上腔体的冷却液进水管和冷却液出水管流入和流出。
附图说明
图1是本发明射流点火器全部零件的分解图
图2是该射流点火器的垂直截面图
图3是上腔体2的下端面和下腔体4的上端面详细结构
图4是本发明射流点火器的冷却水道结构图
图5和图6均为射流点火器的立体图
附图标记：
1-火花塞，2-上腔体，3-定位销a，4-下腔体，5-下腔体紧固环，6-定位销b，7-水道外壳，8-喷油器，9-喷油器紧固螺栓，10-冷却液进水管，11-冷却液出水管，12-预燃室， 13-射流孔，14-油束，15-定位销孔a，16-定位销孔b，17-冷却水道，18-燃油进油口，19- 高压油管连接螺纹，20-喷油器接头，21-下腔体安装螺纹
具体实施方式
本发明提出一种水冷式发动机射流点火器，该射流点火器由上腔体和下腔体构成，所述上腔体安装有喷油器、火花塞和喷油器紧固螺栓；所述下腔体包含一个空腔，该空腔即为预燃室，所述安装在上腔体的喷油器为单孔斜置喷油器，其喷油方向朝向火花塞下方。所述预燃室水平截面为圆弧矩形，可使预燃室具有更小的容积。所述上腔体具有冷却水道，冷却水道的向下深度尽可能靠近喷油器密封环的位置，并在喷油器周围环绕一周，以确保较好的冷却效果。
本发明提出的一种水冷式发动机射流点火器共包含上下腔体等11个零部件，从功能结构上包含预燃室结构、冷却水道结构和喷油器供油结构，以下将结合附图对所有零部件和所有结构进行详细描述。
附图1是本发明射流点火器全部零件的分解图，图中显示了构成本射流点火器的总共 11个零件，所述零部件可分为上下两部分。上半部分以上腔体2为核心，包括火花塞1，上腔体2，喷油器8，喷油器紧固螺栓9，冷却液进、出管10和11，以及水道外壳7；下半部分以下腔体4为核心，包括下腔体4，定位销3和6，以及下腔体紧固环5。
本发明提出的水冷式发动机射流点火器主体部分为上腔体2和下腔体4，上下腔体的相对位置通过定位销3和6确定，并通过下腔体紧固环5连接固定。上腔体安装有火花塞1和喷油器8，喷油器通过喷油器紧固螺栓9压紧固定在上腔体2上。预燃室12由上腔体2 的下端面、喷油器底面、火花塞底面以及下腔体4的内腔围成，预燃室12通过射流孔13 与外界相通，实现火焰从预燃室向外的射流加速。上腔体2内部开有冷却水道17，冷却液通过安装在上腔体2的冷却液进水管10和冷却液出水管11流入和流出。
所述喷油器8和火花塞1安装于上腔体2的相对应位置，由于安装空间受限，安装时需首先安装火花塞1，然后安装喷油器8，若安装顺序错误(如先安装了喷油器，后安装火花塞)，在安装火花塞时会与已安装的喷油器发生干涉，二者具体的相对位置见附图2。同样，在拆卸时也应先拆卸喷油器8，再拆卸火花塞1。需要注意的是由于喷油器8的密封圈与上腔体2的配合方式为过盈配合，应尽可能减少喷油器的拆装次数，以保证密封圈的可靠性。所述喷油器8通过喷油器紧固螺栓9固定在上腔体2中。冷却液进、出水管10和11安装于上腔体2上，并且水道外壳7通过焊接固定在上腔体2上后，上腔体部分的安装完成。下腔体4通过定位销3和6定位后，通过下腔体紧固环5的连接完成与上腔体的安装。
燃烧室结构
附图2是该射流点火器的垂直截面图，该图显示了火花塞1和喷油器8的相对位置，燃烧室12的形状，以及喷油油束14的方向。所述喷油器8为单孔喷油器，其喷油流量系数应尽可能小，以便于对喷油脉宽进行合理地控制。喷油器8的喷孔数量为单孔，其喷孔斜置，使其喷雾方向朝向火花塞下方，以获得更好地油-气混合气。
图3是上腔体2的下端面和下腔体4的上端面详细结构。可以看到下腔体内部空腔—预燃室—的水平截面形状为圆弧矩形，这种结构可减小预燃室的容积，为发动机燃烧带来更好地油耗性能。由于预燃室是非圆形结构，因此安装时圆弧矩形的长边方向必须与火花塞1 和喷油器8的连线方向保持一致，如此才不会在安装时使下腔体4与火花塞1和喷油器8 造成干涉。在上腔体2与下腔体4之间存在定位销3和6，可保证安装过程中上下腔体的相对位置保持不变，避免安装过程中的零件干涉。在上下腔体之间可安装一铜垫片，在安装后通过铜垫片的轻微变形使得上下腔体间的密封可靠，以承受预燃室内燃烧产生的高温和高压。此外，上下腔体的端面必须保证足够的平整度，以确保安装后预燃室的密封性。本实施例中下腔体末端的射流孔数目为7个，单个直径为1.5mm，在具体实施时数量根据应用场景取最优结果，射流孔数量可为1-7个，尺寸可为1.0-4.0mm不等。
冷却水道结构
附图4是本发明射流点火器的具体冷却水道结构图，该冷却水道结构也是本发明的特色之一，具体由冷却液进水管10、冷却液出水管11、上腔体2内部水道17、以及水道外壳7 构成。所述上腔体2中的水道包含两部分完全左右对称的结构，每一部分结构又由垂直段和水平段构成。所述垂直段应尽可能深，尽可能接近喷油器密封圈的深度，以便对预燃室和喷油器进行充分地冷却；所述水平段位于喷油器侧，可更好地保护喷油器不被高温损坏；所述两段水平段通过水道外壳7相连，为保证水道的密封性，水道外壳7需焊接到上腔体2上。在上腔体2中冷却水道的垂直段接近上端面的位置存在安装螺纹，冷却液进、出水管10和11通过所述螺纹安装至上腔体2上。如此，冷却液即可通过冷却液进水管10进入到冷却水道17中，冷却液经过图4中的左侧垂直段、左侧水平段、水道外壳7、右侧水平段、右侧垂直段后，由冷却液出水管11流出。所述冷却液的种类不限，可以是水、发动机冷却液、冷却油等液体介质。
燃油供给结构
附图5所示是燃料供给结构，喷油器紧固螺栓9通过螺纹安装于上腔体2中，实现喷油器8的压紧。所述喷油器紧固螺栓9中为中空结构，中间通孔18为燃油进油口，与喷油器上的进油口相连通。喷油器紧固螺栓9的另一端也具有螺纹，用于与燃油油管相连接。所述喷油器紧固螺栓9中部为六角结构，便于用工具进行安装和紧固，若安装该紧固螺栓9的过程中工具会与冷却液进、出管10和11，则可先安装该紧固螺栓，之后再安装冷却液进、出水管10和11。
点火器工作方式
附图6是本发明所有零部件安装后的结构图，在所有零件全部安装完成后，该射流点火器通过下腔体安装螺纹21安装于发动机缸盖上，将大小匹配的冷却液管路与冷却液进、出管10和11相连，再将发动机燃油管与喷油器紧固螺栓9通过螺纹19连接，最后将喷油信号线插入喷油器接头20，并将点火线套在火花塞上，该射流点火器即可正常工作。
针对发动机的稀薄燃烧工况，喷油器8向预燃室内提供适当额外的燃料供给，使得当发动机燃烧室燃油处于稀薄状态时预燃室内的燃料浓度处于化学当量比附近。预燃室燃烧的火焰经过射流孔后产生高温高活性的射流物质，该射流物质在发动机燃烧室内作为多点点火的高温高活性热源，点燃燃烧室内的稀薄气体，实现发动机稀薄状态下的稳定燃烧。所述喷油器8的喷油应发生于发动机的压缩行程，以避免预燃室的燃油扩散到主燃烧室，同时预燃室的喷油不能太推迟，以避免燃油的蒸发不完全造成不稳定燃烧和过多的碳烟生成。所述喷油器8的控制应独立于发动机主喷油器的控制，以保证预燃室燃油量的精确。
本发明提出的水冷式汽油射流点火器，首先，射流点火器采用湍流射流火焰点燃燃烧室内的混合气，解决了燃烧缓慢的问题；其次，稀薄燃烧时，预燃室内存在额外的供油装置，使得预燃室内混合气处于化学当量比附近，解决了稀薄燃烧失火的问题；再者，实现了稀薄燃烧，热效率明显提升的同时发动机爆震倾向大大降低，还可进一步提升压缩比从而提升热效率。
相比中国专利CN106194395A，本专利给出了详细的水冷系统结构，具有水平截面为圆弧矩形的预燃室形状，可进一步减小预燃室的容积。

Claims (6)

1.一种水冷式发动机射流点火器，包括上腔体和下腔体，上腔体固定有喷油器和火花塞；所述下腔体包含一个空腔，该空腔即为预燃室，所述下腔体末端设置有射流孔，其特征在于，所述上腔体内部开有具有冷却水道，冷却水道的向下深度尽可能靠近喷油器密封环的位置，并在喷油器周围环绕一周，以确保较好的冷却效果。
2.根据权利要求1所述的水冷式发动机射流点火器，其特征在于，所述预燃室的水平截面为圆弧矩形，从而使预燃室具有更小的容积。
3.根据权利要求1所述的水冷式发动机射流点火器，其特征在于，下腔体与上腔体接触面通过定位销确定，以保证下腔体的安装角度与喷油器和火花塞的位置相互匹配，所述下腔体与上腔体通过下腔体紧固环固定。
4.根据权利要求1所述的水冷式发动机射流点火器，其特征在于，固定在上腔体的喷油器的喷油方向朝向火花塞下方。
5.根据权利要求1所述的水冷式发动机射流点火器，其特征在于，预燃室由上腔体的下端面、喷油器底面、火花塞底面以及下腔体的内腔围成，预燃室通过射流孔与外界相通，实现火焰从预燃室向外的射流加速。
6.根据权利要求1所述的水冷式发动机射流点火器，其特征在于，上腔体内部开有冷却水道，冷却液通过安装在上腔体的冷却液进水管和冷却液出水管流入和流出。
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