CN111120077A - 一种预燃室、内燃机及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，公开了一种预燃室、内燃机及汽车。预燃室的用于伸入到内燃机的主燃室的腔室内的一端上开设有第一喷孔，第一喷孔的一端连通预燃室的腔室，另一端连通主燃室的腔室。其中，第一喷孔的孔径由连通预燃室的腔室的一端向连通主燃室的腔室的一端逐渐增大。本发明的预燃室的优点在于，当高温高压气体通过第一喷孔由预燃室的腔室进入内燃机的主燃室的腔室内时，能够减小射流火焰的贯穿距，进而避免射流火焰过早地与活塞或主燃室的缸壁接触，从而降低了传热损失。

Description

一种预燃室、内燃机及汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种预燃室、内燃机及汽车。

背景技术

内燃机主要分为汽油机、柴油机等热力发动机。近年来，传统汽油机不断受到油耗法规、排放法规和新能源发展的挑战。目前，主流量产汽油机的有效热效率为38-41％。未来，45％乃至更高的有效热效率成为汽油机行业的迫切需求和发展方向。随着有效热效率目标的不断提升，预燃室在汽油机上的研究和应用逐渐广泛，被认为是未来汽油机最有希望的技术路线之一。

预燃室一般位于气缸盖内，通过一个或数个喷孔与主燃室相连。预燃室内安装有火花塞，火花塞点燃的高温高压气体从喷孔喷入主燃室，引燃其中的混合气进行燃烧。由于汽油的点燃极限较窄，淬熄厚度较大，早期的预燃室主要应用在柴油机和气体发动机上，它们都具有较大的预燃室容积(一般大于主燃烧室容积的3％)和较大的预燃室喷孔直径。近年来，预燃室技术逐渐应用于赛车的汽油机，它具有较小的预燃室容积(一般小于主燃烧室容积的3％)和较小的预燃室喷孔直径，相比前者，较小的预燃室喷孔直径使得预燃室中的射流火焰以更快的速度通过喷孔，在相同的时间内，更广泛地将燃烧产生的活性基分布到主燃室当中，从而加快燃烧速度，拓宽稀燃极限，提高燃烧效率。

但是当前，预燃室在汽油机上的应用主要存在以下问题：1、在射流火焰提高燃烧速度的同时，如果贯穿距较大，射流火焰过早地与活塞或缸壁接触，会显著地增大传热，造成热损伤，得不偿失；2、在冷启动时，需要靠后的燃烧重心来保持较高的尾气排放温度，以促进尾气管路上的催化器的快速起燃(催化器起燃需要较高的温度)，但预燃室的快速燃烧和过冷的主燃室的壁面，使得燃烧重心很难特别靠后。

因此，亟需提出一种预燃室、内燃机及汽车，能够解决以上问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种预燃室，当高温高压气体由预燃室的腔室进入内燃机的主燃室的腔室内时，能够减小射流火焰的贯穿距，进而避免射流火焰过早地与活塞或主燃室的缸壁接触，从而降低传热损失。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种预燃室，所述预燃室的用于伸入到内燃机的主燃室的腔室内的一端上开设有第一喷孔，所述第一喷孔的一端连通所述预燃室的腔室，另一端连通所述主燃室的腔室，所述第一喷孔的孔径由连通所述预燃室的腔室的一端向连通所述主燃室的腔室的一端逐渐增大。

可选地，所述第一喷孔有多个，多个所述第一喷孔以所述预燃室的轴线为中心轴阵列环设于所述预燃室的用于伸入到所述主燃室的腔室内的一端的侧壁上。

可选地，各所述第一喷孔的轴线与所述预燃室的轴线不相交，以使各所述第一喷孔呈涡旋状排布于所述预燃室的侧壁上。

可选地，所述第一喷孔的数量为4-8个，所述第一喷孔的轴线与所述预燃室的轴线的夹角为50-80°。

可选地，所述第一喷孔呈圆台通孔状，所述第一喷孔连通所述预燃室的腔室的一端的孔径为0.5-2mm，所述第一喷孔连通所述主燃室的腔室的一端的孔径为2-4mm。

可选地，所述预燃室的用于伸入到所述主燃室的腔室内的一端的底部中心区域开设有一个用于连通所述预燃室的腔室和所述主燃室的腔室的第二喷孔。

可选地，所述第二喷孔的孔径从连通所述预燃室的腔室的一端向连通所述主燃室的腔室的一端逐渐增大。

可选地，所述第二喷孔呈圆台通孔状，且所述第二喷孔连通所述预燃室的腔室的一端的孔径为0.5-2mm，所述第二喷孔连通所述主燃室的腔室的一端的孔径为2-4mm。

本发明的另一个目的在于提出一种内燃机，当高温高压气体由预燃室的腔室进入内燃机的主燃室的腔室内时，能够减小射流火焰的贯穿距，进而避免射流火焰过早地与活塞或主燃室的缸壁接触，从而降低传热损失。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种内燃机，包括如上所述的预燃室。

本发明的又一个目的在于提出一种汽车，当高温高压气体由预燃室的腔室进入内燃机的主燃室的腔室内时，能够减小射流火焰的贯穿距，进而避免射流火焰过早地与活塞或主燃室的缸壁接触，从而降低传热损失。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽车，包括如上所述的内燃机。

本发明的有益效果为：

本发明的预燃室的用于伸入到内燃机的主燃室的腔室内的一端上开设有第一喷孔，第一喷孔的一端连通预燃室的腔室，另一端连通主燃室的腔室。第一喷孔的孔径由连通预燃室的腔室的一端向连通主燃室的腔室的一端逐渐增大，进而使得当高温高压气体通过第一喷孔由预燃室的腔室进入内燃机的主燃室的腔室内时，能够减小射流火焰的贯穿距，进而能够避免射流火焰过早地与活塞或主燃室的缸壁接触，从而降低了传热损失。

附图说明

图1是本发明提供的内燃机的主燃室和预燃室的结构关系剖视图；

图2是本发明提供的预燃室的俯视透视图；

图3是本发明提供的预燃室的伸入到主燃室的腔室内的一端的仰视图；

图4是图3中A-A处的剖视图；

图5是图3中B-B处的剖视图。

图中：

1-预燃室；11-第一喷孔；12-第二喷孔；2-主燃室；3-火花塞。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1-2所示，本实施例提出了一种预燃室1，主要装配在内燃机上，预燃室1的腔室内安装有火花塞3，火花塞3点燃的高温高压气体能够进入到主燃室2的腔室内，进而引燃其中的混合气，使其燃烧。同时，本实施例还提出了一种内燃机，内燃机包括本实施例的预燃室1。其中，预燃室1设置于主燃室2的上部中间位置，且预燃室1的用于伸入到主燃室2的腔室内的一端竖直的伸入到主燃室2的腔室内，有利于使得喷射火焰均匀的扩散到主燃室2的腔室内。其中，内燃机包括汽油机、柴油机等热力发动机，本实施例的预燃室1主要适用于汽油机。此外，本实施例还提出了一种汽车，汽车包括本实施例提出的预燃室1。

本实施例提出的预燃室1，其用于伸入到内燃机的主燃室2的腔室内的一端上开设有第一喷孔11，第一喷孔11的一端连通预燃室1的腔室，第一喷孔11的另一端连通主燃室2的腔室，第一喷孔11的孔径由连通预燃室1的腔室的一端向连通主燃室2的腔室的一端逐渐增大(即第一喷孔11为渐扩孔)。

相比现有内燃机尤其是汽油机的预燃室的圆柱形的喷孔结构，本实施例的第一喷孔11的孔径由连通预燃室1的腔室的一端向连通主燃室2的腔室一端逐渐增大，进而使得当高温高压气体通过第一喷孔11由预燃室1的腔室进入内燃机的主燃室2的腔室内时，能够减小射流火焰的贯穿距，避免射流火焰过早地与活塞或主燃室2的缸壁接触，从而降低了传热损失，提高了热利用效率。

具体而言，第一喷孔11的形状呈圆台通孔状。进一步地，第一喷孔11连通预燃室1的腔室的一端的孔径为0.5-2mm，第一喷孔11连通主燃室2的腔室的一端的孔径为2-4mm。本实施例中，第一喷孔11连通预燃室1的腔室的一端的孔径D1为1mm，而第一喷孔11连通主燃室2的腔室的一端的孔径D2为2mm。将第一喷孔11设计为小孔径的圆台状通孔，既保证了射流火焰能够给更快速的通过第一喷孔11，同时沿射流火焰的喷出方向，第一喷孔11的孔径逐渐增大的设计结构，有效减小了射流火焰的贯穿距，进而避免了射流火焰过早地与活塞或主燃室2的缸壁接触，降低了传热损失，提高了热利用效率。

而且，进一步地，如图2-4所示，本实施例中，第一喷孔11开设于预燃室1的用于伸入到主燃室2的腔室内的一端的侧壁上。其中，预燃室1呈空心的圆柱体状结构，第一喷孔11共有六个，六个第一喷孔11以预燃室1的轴线为中心轴阵列环设于预燃室1的侧壁上。本实施例将第一喷孔11的数量设置为六个，且第一喷孔11以预燃室1的轴线为中心轴阵列环设于预燃室1的侧壁上，能够保证射流火焰由预燃室1的腔室快速进入到主燃室2的腔室内时，能够更加均匀的分布到主燃室2的腔室内。在其他实施例中，第一喷孔11的数量也可以设置为4个、5个、7个、8个或者更多个。

而且，为了使得射流火焰能够更加均匀的扩散到主燃室2的腔室内。如图2-4所示，本实施例中，各第一喷孔11的轴线与预燃室1的轴线不相交，进而使得各第一喷孔11呈涡旋状排布于预燃室1的侧壁上(即如图2所示，预燃室1上的开设的各第一喷孔11呈旋流式形状阵列排布)，以使得喷入主燃室2的射流火焰能够形成旋转流动状态。而旋转状态的射流火焰有利于在主燃室2的腔室内更加均匀广泛的扩散，进而提高燃烧速度。

进一步地，如图2-4所示，第一喷孔11的轴线与预燃室1的轴线的夹角θ为50-80°。本实施例中，第一喷孔11的轴线与预燃室1的轴线的夹角θ为60°，该设计使得第一喷孔11的出口向下倾斜的正对与主燃室2的腔室，有利于射流火焰进入到主燃室2的腔室内以后，在主燃室2的腔室的均匀分布。

本实施例通过在预燃室1的用于伸入到主燃室2的腔室内的一端的侧壁上开设六个圆台通孔状的第一喷孔11，六个第一喷孔11以预燃室1的轴线为中心轴呈涡旋状阵列环绕设置在预燃室1的侧壁上，且第一喷孔11的轴线与预燃室1的轴线的夹角θ为60°；同时，每个第一喷孔11为小孔径设计，即第一喷孔11连通预燃室1的腔室的一端的孔径D1为1mm，而连通主燃室2的腔室的一端的孔径D2为2mm，最终使得射流火焰能够快速均匀的分布到主燃室2的腔室内，有效缩短了射流火焰的贯穿距，避免了射流火焰过早地与活塞或主燃室2的缸壁接触，降低了传热损失，提高了热利用效率。

此外，现有技术中的内燃机，在冷启动时，需要靠后的燃烧重心来保持较高的尾气排放温度，以促进尾气管路上的催化器的快速起燃，但预燃室1的快速燃烧和过冷的主燃室2的壁面，使得燃烧重心很难特别靠后。

为了解决该问题，进一步地，如图2-5所示，本实施例中，预燃室1的用于伸入到主燃室2的腔室内的一端的底部中心区域开设有一个用于连通预燃室1的腔室和主燃室2的腔室的第二喷孔12。第二喷孔12能够配合第一喷孔11使得射流火焰均匀分布于主燃室2的腔室内。同时，第二喷孔12位于预燃室1的用于伸入到主燃室2的腔室内的一端的底部中心区域，有利于提高后燃能力，进而在冷启动时，能够促进催化器的快速起燃。

进一步地，如图5所示，第二喷孔12的孔径从连通预燃室1的腔室的一端向连通主燃室2的腔室的一端逐渐增大。具体而言，第二喷孔12呈圆台通孔状，第二喷孔12的轴线沿竖直方向延伸，且第二喷孔12连通预燃室1的腔室的一端的孔径D3为0.5-2mm，第二喷孔12连通主燃室2的腔室的一端的孔径D4为2-4mm。本实施例中，第二喷孔12连通预燃室1的腔室的一端的孔径D3为1mm，第二喷孔12连通主燃室2的腔室的一端的孔径D4为2mm。第二喷孔12的圆台通孔状设计也起到了有效减小射流火焰的贯穿距的作用，且配合第一喷孔11起到了使得射流火焰快速均匀的扩散到主燃室2的腔室内的作用。此外，第二喷孔12位于预燃室1的用于伸入到主燃室2的腔室内的一端的底部中心区域，有利于提高内燃机冷启动时的后燃能力，进而促进尾气管路上的催化器的快速起燃。本实施例通过对在预燃室1的侧壁上设计六个第一喷孔11和一个第二喷孔12，在保持喷射火焰能够快速进入主燃室2的腔室内的同时，能够有效减小射流火焰的贯穿距，从而降低喷射火焰撞壁而造成的传热损失，并且提高冷启动时的后燃能力，促进催化器的快速起燃。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种预燃室(1)，所述预燃室(1)的用于伸入到内燃机的主燃室(2)的腔室内的一端上开设有第一喷孔(11)，所述第一喷孔(11)的一端连通所述预燃室(1)的腔室，另一端连通所述主燃室(2)的腔室，其特征在于，所述第一喷孔(11)的孔径由连通所述预燃室(1)的腔室的一端向连通所述主燃室(2)的腔室的一端逐渐增大。

2.如权利要求1所述的预燃室(1)，其特征在于，所述第一喷孔(11)有多个，多个所述第一喷孔(11)以所述预燃室(1)的轴线为中心轴阵列环设于所述预燃室(1)的用于伸入到所述主燃室(2)的腔室内的一端的侧壁上。

3.如权利要求2所述的预燃室(1)，其特征在于，各所述第一喷孔(11)的轴线与所述预燃室(1)的轴线不相交，以使各所述第一喷孔(11)呈涡旋状排布于所述预燃室(1)的侧壁上。

4.如权利要求3所述的预燃室(1)，其特征在于，所述第一喷孔(11)的数量为4-8个，所述第一喷孔(11)的轴线与所述预燃室(1)的轴线的夹角为50-80°。

5.如权利要求2所述的预燃室(1)，其特征在于，所述第一喷孔(11)呈圆台通孔状，所述第一喷孔(11)连通所述预燃室(1)的腔室的一端的孔径为0.5-2mm，所述第一喷孔(11)连通所述主燃室(2)的腔室的一端的孔径为2-4mm。

6.如权利要求1-5中任一项所述的预燃室(1)，其特征在于，所述预燃室(1)的用于伸入到所述主燃室(2)的腔室内的一端的底部中心区域开设有一个用于连通所述预燃室(1)的腔室和所述主燃室(2)的腔室的第二喷孔(12)。

7.如权利要求6所述的预燃室(1)，其特征在于，所述第二喷孔(12)的孔径从连通所述预燃室(1)的腔室的一端向连通所述主燃室(2)的腔室的一端逐渐增大。

8.如权利要求7所述的预燃室(1)，其特征在于，所述第二喷孔(12)呈圆台通孔状，且所述第二喷孔(12)连通所述预燃室(1)的腔室的一端的孔径为0.5-2mm，所述第二喷孔(12)连通所述主燃室(2)的腔室的一端的孔径为2-4mm。

9.一种内燃机，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的预燃室(1)。

10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求9中所述的预燃室(1)。

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