CN112443390A - 点火布置及内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及点火布置及内燃发动机。本申请提供了一种用于具有预燃室3的内燃发动机2的点火布置1，其中预燃室3具有连接装置4，以用于预燃室3与内燃发动机2的主燃烧室7的进气通道5和/或排气通道6之间的直接流体传导连接。此外，提供了用于具有预燃室3的内燃发动机2的点火布置1，其中预燃室3具有至少一个第一组A开口9、至少一个第二组B开口9和至少一个第三组C开口9，以用于预燃室3与内燃发动机2的主燃烧室7之间的流体传导连接。本发明还涉及具有所述类型的点火布置1的内燃发动机2。

Description

点火布置及内燃发动机
技术领域
本发明涉及用于内燃发动机的点火布置，并且涉及内燃发动机。
背景技术
为了使稀(lean)空气燃料混合物更加高效地燃烧，可以使用具有预燃室火花塞的预燃室。功能原理的根据是，在空气燃料混合物在燃烧空间中压缩期间，空气燃料混合物中的一部分被迫使通过开口(例如，孔)进入到预燃室中，预燃室与燃烧空间分隔开。所产生的流动条件及燃料和空气之间的密度差导致预燃室中的分层，使得生成便于点火的富燃料区域。
在预燃室中点火之后，火焰穿过开口传播到燃烧空间中，并且导致其中剩余的空气燃料混合物点火。燃烧空间(主燃烧室)和预燃室之间的开口在数量、布置、几何结构等方面的配置通常构成对空气燃料混合物中的一部分从燃烧空间进入到预燃室、火焰从预燃室传播到燃烧空间中以及将残余气体排出到燃烧空间中等功能的损害。在某些运行模式下，并且在特定的空气燃料混合物的存在的情况下，点火行为可以因此为不充分的，这可以导致未点火并增加所涉及的部件的磨损。
为加以优化，DE 11 2010 003 410 T5和US 7 659 655 B2已经公开了预燃室火花塞，该火花塞具有笔直的中心孔(中心孔平行于火花塞的纵向轴线延伸)和成角度的外围孔。外围孔主要用于使空气燃料混合物进入到预燃室中。所述外围孔被配置成使得在流出过程期间减少流动，使得热气体的流出主要通过中心孔发生。
EP 1 701 419 A1已经公开了具有开口的预燃室火花塞，开口产生预燃室和燃烧空间之间的连接，并且开口用于排放残余气体和使火焰传播到燃烧空间中。所述开口可以被不同地设计和布置(例如，被设计和布置在中心以及被侧向地设计和布置)，以便能够仅允许流体进入到预燃室以及以目标化方式影响流动条件。此外，EP 1 701 419 A1中描述的预燃室火花塞具有流体通道，流体通道沿火花塞延伸并且通向开口，以用于将流体(例如燃料)馈送到预燃室中。
DE 10 2011 053 530 A1已公开了具有预燃室的预燃室火花塞，该预燃室具有前室和后室。空气燃料混合物的进入和排放以及残余气体的进入和排放分别经由中心孔和多个外围孔发生，并且火焰的传播经由中心孔和多个外围孔发生，外围孔将预燃室连接至燃烧空间。燃烧过程凭借这种配置得到优化。
在这种背景下，本发明的目标是提供点火布置和内燃发动机，利用点火布置和内燃发动机可以进一步优化空气燃料混合物的点火。
所述目标凭借独立权利要求的主题来实现。独立权利要求详述了发明的有利改进。
发明内容
本发明的第一方面涉及用于具有预燃室的内燃发动机的点火布置。预燃室具有连接装置，以用于预燃室与内燃发动机的主燃烧室的进气通道和/或排气通道之间的直接流体传导连接。
内燃发动机(有时也被称为燃烧机)应被理解成意指用于将燃料中包含的化学能转化成机械功的内燃机。燃料燃烧发生在内燃发动机的燃烧空间(后文中也被称为主燃烧室)中，燃烧空间由汽缸、活塞和汽缸盖包封的体积形成。为了将流体(例如空气燃料混合物)引入到主燃烧室中，提供进气通道。从主燃烧室排放燃烧气体经由排气通道发生。内燃发动机可以例如为自动点火或应用点火内燃发动机的形式。至于燃料，可以使用例如汽油或柴油。
如从现有技术中已知的，点火布置具有预燃室，预燃室的功能参照说明书的前言部分。
根据本发明，已提供的是，预燃室至进气通道、至排气通道或至进气通道和排气通道两者的直接连接凭借连接装置而成为可能，以便使流体(例如空气燃料混合物或残余气体)能够分别被引入到预燃室中和从预燃室排出。连接装置可以被形成为例如连接通道，抑或可以被形成为可以连接至连接通道的开口。
凭借连接装置，可以实现附加的功能，这些功能可以对空气燃料混合物的点火具有有利效果，或者这些功能可以提供其他优点，例如燃料消耗或所涉及的部件的使用寿命等方面的优点。
例如，在内燃发动机的扫气(scavenging)运行模式下可以利用预燃室至进气通道和/或排气通道的直接连接，在扫气运行模式中进气门和排气门的打开时段部分地重叠。
另选地或除此之外，在内燃发动机的吹扫运行模式下可以利用预燃室至进气通道和/或排气通道的直接连接，在吹扫运行模式中，汽化器与涡轮增压器组合使用。
另选地或除此之外，在内燃发动机的减压运行模式下可以利用预燃室至进气通道和/或排气通道的直接连接，利用减压运行模式，可以改善内燃发动机的起动性能。
另选地或除此之外，在内燃发动机的“米勒(Millering)”运行模式下，可以通过将气门的正时延迟来利用预燃室至进气通道和/或排气通道的直接连接。
在不同的设计变型中，可以为连接装置中的至少一者分配通流控制装置，例如气门。例如，连接装置可以具有通流控制装置。
以这种方式，预燃室与进气通道和/或排气通道之间的连接可以按目标方式来形成或中断。部分打开或关闭连接也是可行的。
在内燃发动机的压缩冲程期间可以依靠通流控制装置来降低内燃发动机的有效压缩比，通流控制装置被分配至连接装置，以用于使预燃室与进气通道之间的直接流体传导连接至少部分打开，使得预燃室和进气通道之间的连接被形成。
本发明的另外的方面涉及用于具有预燃室的内燃发动机的点火布置。预燃室具有用于内燃发动机的预燃室与主燃烧室之间的流体传导连接的至少一个第一组开口、至少一个第二组开口和至少一个第三组开口。
例如，第一组开口可以被设计成用于将残余气体从预燃室排出，第二组开口可以被设计成用于使空气燃料混合物进入到预燃室中，并且/或者第三组开口可以被设计成用于将火焰传播到主燃烧室中。
换言之，一组开口可以在每种情况下针对特定功能加以优化，使得可以避免背景技术中描述的折衷解决方案的缺点。
根据本发明的两种解决方案，具体地具有带有用于预燃室与进气通道和/或排气通道之间的直接流体传导连接的连接装置的预燃室的点火布置，以及具有带有用于预燃室与主燃烧室之间的流体传导连接的至少一个第一组开口、至少一个第二组开口和至少一个第三组开口的预燃室的点火布置还可以彼此组合。换言之，本发明涵盖点火布置，在该点火布置中预燃室具有用于预燃室与进气通道和/或排气通道之间的直接流体传导连接的连接装置，并且还具有用于预燃室与主燃烧室之间的流体传导连接的至少一个第一组开口、至少一个第二组开口和至少一个第三组开口。利用此种点火布置，可以一起实现根据本发明的点火布置的优点。
在不同的设计变型中，一组开口可以具有相同的直径。然而，第一、第二和第三组开口由于直径不同而与相应的其他组开口有所不同。
相应地，第一组开口可以具有最大直径，第二组开口可以具有小于第一组开口的直径且大于第三组开口的直径的直径，并且第三组开口可以具有最小直径。
例如，第一组开口可以具有在3mm和4mm之间的范围内的直径，第二组开口可以具有在1.5mm和2.5mm之间的范围内(优选地2mm)的直径，并且第三组开口可以具有在1mm和2mm之间的范围内的直径。
在另外的设计变型中，预燃室可以具有基部、燃烧空间顶壁和侧向界限，侧向界限将基部连接至燃烧空间顶壁。此时，第一组开口可以被布置在燃烧空间顶壁的区域中，第二组开口可以被布置在基部中，并且/或者第三组开口可以被布置在侧向界限中。
基部可以是指预燃室在布置在主燃烧室中的活塞的方向上的界限。预燃室的燃烧空间顶壁位于基部对面。
开口的这种定位适于开口的相应功能。残余气体可以因此优选地经由燃烧空间顶壁的区域中的开口排放。空气燃料混合物的进入可以优选地经由基部中的开口发生，并且火焰向主燃烧室的传播可以优选地经由侧向界限中的开口发生。
开口的具体的布置、大小和功能可以针对具体的点火布置通过测试或模拟(例如CAE(计算机辅助工程)测试)来确定。
在另外的设计变型中，开口中的至少一部分可以具有通流控制装置。
通流控制装置可以例如被设计为用于打开和关闭相应开口的(截流(shut-off))阀。通流控制装置的驱动可以凭借凸轮驱动、电磁驱动或磁驱动来实现。
例如，一组开口的通流控制装置可以被同时打开和关闭。另外，各组开口的打开和关闭可以同时或者以一定的时间偏移(例如连续)方式发生。
在一种配置中，通流控制装置可以以取决于内燃发动机的发动机循环、内燃发动机的转速和/或内燃发动机的发动机负载的方式来控制。这可以允许利用发动机运行状态来改进对点火过程的协调。
在不同的设计变型中，点火布置可以具有预燃室火花塞，其中预燃室是预燃室火花塞的一部分。此时，预燃室可以突出到主燃烧室中。
另选地，预燃室可以是汽缸盖的一部分。此时，预燃室可以经设计以便不突出到主燃烧室中。
本发明的另外的方面涉及内燃发动机，该内燃发动机具有主燃烧室(主燃烧室由汽缸、活塞和汽缸盖包封的体积形成)、用于使流体(例如空气燃料混合物)进入主燃烧室中的进气通道、用于将流体(例如燃烧气体)排出主燃烧室的排气通道以及根据以上描述的点火布置。
点火布置的优点因此相应地与内燃发动机相关联。
附图说明
下面将在附图和相关描述的基础上更加详细地讨论本发明。在附图中：
图1示出具有点火布置的示例性内燃发动机，
图2示出具有点火布置的另外的示例性内燃发动机，并且
图3示出示例性点火布置。
具体实施方式
图1以示例性设计变型示出内燃发动机2。内燃发动机2具有主燃烧室7，主燃烧室由汽缸15、活塞16和汽缸盖14包封的体积形成。燃料或空气燃料混合物可以经由进气通道5被馈送至主燃烧室，其中馈送通过打开和关闭进气门18来控制。在燃烧过程中在主燃烧室7中生成的燃烧气体可以凭借排气通道6从主燃烧室7排出，排气通道可以凭借排气门19来打开和关闭。
内燃发动机2具有点火布置1，以便能够将存在于主燃烧室7中的空气燃料混合物点燃并因此影响燃烧过程。点火布置1具有预燃室3，其中预燃室3是汽缸盖14的一部分，但是不突出到主燃烧室7中。另选地，预燃室3可以是预燃室火花塞13的一部分并突出到主燃烧室7中(未示出)。
预燃室3在活塞16的方向上通过基部10定界。位于基部对面的是预燃室3的燃烧空间顶壁11，该燃烧空间顶壁经由侧向界限12连接至基部10。预燃室3可以例如为圆形圆柱形腔体的形式。
在预燃室3中，可以提供具有相对于主燃烧室7中的空气燃料混合物的不同的组成的空气燃料混合物，使得便于将所述空气燃料混合物点燃。凭借预燃室火花塞13以常规方式执行将预燃室3中的空气燃料混合物点燃，火花塞的一般构造对于本领域技术人员而言是已知的。
预燃室3经由预燃室3的基部10中的开口9连接至主燃烧室7。例如，汽缸盖14和预燃室3可以凭借材料层彼此连接，材料层具有大约3mm的厚度，并且开口9形成到材料层中。空气燃料混合物可以经由开口9流动到预燃室3中，残余气体可以经由开口9流出，并且在将预燃室3中的空气燃料混合物点火时生成的火焰可以经由开口9从预燃室3传播到主燃烧室7中。
此外，预燃室3凭借连接装置4(例如连接通道)直接以流体传导方式连接至进气通道5，其中连接装置4被布置在预燃室3的侧向界限12处。燃料或空气燃料混合物可以经由连接装置4被馈送至预燃室3。
任选地，可以为连接装置4分配通流控制装置8(未示出)，使得连接装置4可以以目标方式打开和关闭。此种通流控制装置8可以被设计成例如以取决于内燃发动机2的发动机循环、内燃发动机2的转速和/或内燃发动机2的发动机负载的方式来控制。凭借连接装置4，可以例如在内燃发动机2的扫气运行模式、吹扫运行模式、减压运行模式或“米勒”运行模式下实现附加功能。可以通过在内燃发动机2的压缩冲程期间至少部分打开通流控制装置8来降低内燃发动机2的有效压缩比。
图2示出内燃发动机2的点火布置1的另选的设计变型。关于图1的点火布置1，附加地提供了另外的连接装置4，该另外的连接装置将预燃室3和排气通道6直接以流体传导方式彼此连接。还可以任选地为该连接装置4分配通流控制装置(未示出)。否则参照关于图1给出的陈述。在未示出的另外的设计变型中，仅将排气通道6而不是进气通道5直接以流体传导方式经由连接装置4连接至预燃室3。
图3示出点火布置1的设计变型，点火布置可以是例如关于图1描述的内燃发动机2的一部分。该点火布置1具有带有预燃室3的预燃室火花塞13，也就是说预燃室3是预燃室火花塞13的一部分。此种预燃室火花塞13在用作内燃发动机2的一部分时突出到主燃烧室7中。
预燃室3具有多个开口9，开口被分配至第一组A、第二组B和第三组C。开口9用于预燃室3与主燃烧室7之间的流体传导连接。A、B、C各组开口9具有相同的直径，而开口9的直径在三个组A、B、C之间有所不同。
第一组A的开口9被布置在预燃室3的燃烧空间顶壁11的区域中，并且具有在3mm和4mm之间的直径。它们用于从预燃室排放残余气体。
第二组B的开口9被布置在预燃室3的基部10中，并且具有在1.5mm和2.5mm之间的范围内的直径，优选地具有2mm的直径。它们用于使空气燃料混合物进入到预燃室3中。
第三组C的开口9被布置在侧向界限12中，并且具有在1mm和2mm之间的范围内的直径。它们用于将火焰传播至主燃烧室7。此外，第三组C的开口9具有通流控制装置8，该通流控制装置被设计为节流阀并且能够以取决于内燃发动机的发动机循环、内燃发动机的转速和/或内燃发动机的发动机负载的方式来控制。
附图标记列表：
1：点火布置
2：内燃发动机
3：预燃室
4：连接装置
5：进气通道
6：排气通道
7：主燃烧室
8：通流控制装置
9：开口
10：基部
11：燃烧空间顶壁
12：侧向界限
13：预燃室火花塞
14：汽缸盖
15：汽缸
16：活塞
17：壳体
18：进气门
19：排气门
A：第一组
B：第二组
C：第三组

Claims (13)

1.一种用于具有预燃室(3)的内燃发动机(2)的点火布置(1)，其中所述预燃室(3)具有连接装置(4)，以用于所述预燃室(3)与所述内燃发动机(2)的主燃烧室(7)的进气通道(5)和/或排气通道(6)之间的直接流体传导连接。
2.根据权利要求1所述的点火布置(1)，其中为所述连接装置(4)中的至少一者分配有通流控制装置(8)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的点火布置(1)，其中所述预燃室(3)具有至少一个第一组(A)开口(9)、至少一个第二组(B)开口(9)和至少一个第三组(C)开口(9)，以用于所述预燃室(3)与所述主燃烧室(7)之间的流体传导连接。
4.用于具有预燃室(3)的内燃发动机(2)的点火布置(1)，其中所述预燃室(3)具有至少一个第一组(A)开口(9)、至少一个第二组(B)开口(9)和至少一个第三组(C)开口(9)，以用于所述预燃室(3)与所述内燃发动机(2)的主燃烧室(7)之间的流体传导连接。
5.根据权利要求3或4所述的点火布置(1)，其中一组(A、B、C)所述开口(9)具有相同直径，并且其中所述第一组(A)、所述第二组(B)和所述第三组(C)的开口(9)由于直径不同而与相应的其他组(A、B、C)的开口(9)有所不同。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的点火布置(1)，其中所述第一组(A)的所述开口(9)具有在3mm和4mm之间的范围内的直径，所述第二组(B)的所述开口(9)具有在1.5mm和2.5mm的范围内(优选2mm)的直径，并且所述第三组(C)所述开口(9)具有在1mm和2mm的范围内的直径。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的点火布置(1)，其中所述预燃室(3)具有基部(10)、燃烧空间顶壁(11)和侧向界限(12)，所述侧向界限将所述基部(10)连接至所述燃烧空间顶壁(11)，并且其中所述第一组(A)的所述开口(9)被布置在所述燃烧空间顶壁(11)的区域内，所述第二组(B)的所述开口(9)被布置在所述基部(10)中，并且/或者所述第三组(C)的所述开口(9)被布置在所述侧向界限(12)中。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的点火布置(1)，其中所述第一组(A)的所述开口(9)被设计成用于从所述预燃室(3)排放残余气体，所述第二组(B)的所述开口(9)被设计成用于使空气燃料混合物进入到所述预燃室(3)中，并且/或者所述第三组(C)的所述开口(9)被设计成用于使火焰传播到所述主燃烧室(7)中。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的点火布置(1)，其中所述开口(9)中的至少一部分具有通流控制装置(8)。
10.根据权利要求2或9所述的点火布置(1)，其中所述通流控制装置(8)能够以取决于所述内燃发动机(2)的发动机循环、所述内燃发动机(2)的转速和/或所述内燃发动机(2)的发动机负载的方式来控制。
11.根据前述权利要求中任一项所述的点火布置(1)，所述点火布置具有预燃室火花塞(13)，其中所述预燃室(3)是所述预燃室火花塞(13)的一部分。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的点火布置(1)，其中所述预燃室(3)是汽缸盖(14)的一部分。
13.内燃发动机(2)，其具有：
——主燃烧室(7)，所述主燃烧室(7)由汽缸(15)、活塞(16)和汽缸盖(14)包封的体积形成。
——进气通道(5)，所述进气通道(5)用于将流体引入到所述主燃烧室(7)中，
——排气通道(6)，所述排气通道(6)用于将流体排出所述主燃烧室(7)，以及
——根据权利要求1至12中任一项所述的点火布置(1)。
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