CN112567120A - 预燃室装置 - Google Patents

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Abstract

用于活塞式发动机的预燃室装置包括：预燃室(1)，该预燃室设置有用于在预燃室(1)与主燃烧室(3)之间建立流体连通的一个或多个开口(2)；火花塞空腔(6)，该火花塞空腔被布置在预燃室(1)的外部并且与预燃室(1)流体连通；以及火花塞(5)，该火花塞被构造成点燃空气/燃料混合物并且至少部分地被布置在火花塞空腔(6)中。该装置还包括防护元件(7)，该防护元件与火花塞(5)分开并且将火花塞空腔(6)与预燃室(1)分开，该防护元件设置有至少一个喷嘴孔(8)，该喷嘴孔用于在预燃室(1)和火花塞空腔(6)之间建立流体连通。

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式发动机的预燃室装置。
背景技术
内燃发动机可以设置有预燃室，也称为预燃烧室。在预燃室发动机中，每个气缸都设置有预燃室，并且部分或全部燃料被引入到预燃室中。取决于发动机，燃料可以是自点火的，或者火花塞或一些其它装置可以用于点燃燃料。因此，燃烧在预燃室中开始，但燃烧的主要部分发生在预燃室外部的主燃烧室中。预燃室构造在贫燃发动机中尤其有利，其中，部分燃料被引入到预燃室中，并且部分燃料在进气阀之前与空气混合。这种装置例如可以用于火花点火的气体发动机。预燃室中的气体-空气混合物与气缸中的混合物相比是浓的。预燃室中的浓混合物由火花塞点燃，并且来自预燃室的火焰点燃气缸中的混合物。
预燃室发动机的缺点是预燃室中的高温，这导致例如高温腐蚀(也称为热腐蚀)。尤其是在气体发动机中，预燃室经受极高的压力梯度和最大压力。这对火花塞提出了严格的要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于活塞式发动机的改进的预燃室装置。根据本发明的预燃室装置的特征在权利要求1的特征部分中给出。
根据本发明的预燃室装置包括：预燃室，该预燃室设置有用于在预燃室和主燃烧室之间建立流体连通的一个或多个开口；火花塞空腔，该火花塞空腔设置在预燃室外部并与预燃室流体连通；以及火花塞，该火花塞被构造成点燃空气/燃料混合物并至少部分地被布置在火花塞空腔中。该装置还包括防护元件，该防护元件与火花塞分开并将火花塞空腔与预燃室分开，并且该防护元件设置有用于在预燃室和火花塞空腔之间建立流体连通的至少一个喷嘴孔。
防护元件保护火花塞免受预燃室的热量。这允许使用较便宜的火花塞。
根据本发明的实施方式，防护元件设置有外螺纹，火花塞空腔设置有用于将防护元件附接到火花塞空腔的对应的内螺纹。
根据本发明的实施方式，火花塞空腔设置有背向预燃室的肩部，并且防护元件设置有被构造成抵靠火花塞空腔的肩部布置的肩部。
根据本发明的实施方式，防护元件设置有允许与紧固工具接合的形状。
根据本发明的实施方式，所述形状被布置在防护元件的内圆周上。
根据本发明的实施方式，所述形状被布置在背向预燃室的表面上。通过将用于紧固工具的形状布置在背向预燃室的表面上，可以更自由地选择防护元件的内圆周的形状。
根据本发明的实施方式，该装置包括用于将燃料引入到预燃室中的燃料入口。预燃室中的燃料入口允许在预燃室中形成较浓的混合物。
根据本发明的实施方式，该装置包括用于将燃料引入到火花塞空腔中的燃料入口。通过将至少一部分燃料引入到火花塞空腔中，火花塞被冷却。
根据本发明的实施方式，火花塞空腔是圆柱形空间。
根据本发明的实施方式，火花塞与防护元件之间的火花塞空腔的自由容积是预燃室的容积的1％至20％。容积可以是例如5％至15％。
根据本发明的实施方式，防护元件包括多个喷嘴孔。
根据本发明的实施方式，喷嘴孔中的至少一些沿着防护元件的圆周布置。
根据本发明的实施方式，防护元件的喷嘴孔的组合横截面积是防护元件的投射到垂直于防护元件的轴向方向的平面中的横截面积的3％至15％。
在根据本发明的活塞式发动机中，发动机的每个气缸都设置有上述预燃室装置。
附图说明
下面参照附图更详细地描述本发明的实施方式，其中
图1示意性地示出了活塞式发动机的气缸盖和气缸的一部分，
图2示出了根据本发明的实施方式的预燃室装置，
图3示出了图2的预燃室装置的防护元件，
图4示出了根据本发明的另一实施方式的预燃室装置，
图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的防护元件的俯视图，
图6示出了根据本发明的另一实施方式的防护元件，以及
图7示出了根据本发明的又一实施方式的防护元件。
具体实施方式
图1示意性地示出了活塞式发动机的气缸10和气缸盖11的一部分。发动机是大型内燃发动机，例如船舶的主发动机或辅助发动机，或者是在发电厂中用于产生电力的发动机。发动机的气缸缸径至少为150mm。发动机可以是例如火花点火气体发动机或双燃料或多燃料发动机。发动机是包括多个气缸10的多气缸发动机。发动机是四冲程发动机。发动机的每个气缸10都设置有活塞15，该活塞被构造成在气缸10内以往复的方式运动。气缸10的上端由气缸盖11封闭。表述“上端”在这里指的是活塞15处于上止点位置的气缸10的端部。气缸10不需要处于竖直定向。每个气缸10设置有自己的气缸盖11。
气缸10的壁14、活塞15和气缸盖11限定主燃烧室3。发动机的每个气缸10都设置有至少一个进气阀12，优选地设置有两个进气阀12。进气阀12打开和关闭进气管道16和主燃烧室3之间的流体连通。每个气缸10还设置有至少一个排气阀13，优选地设置有两个排气阀13。排气阀13打开和关闭主燃烧室3和排气管道17之间的流体连通。
发动机的每个气缸10包括预燃室1。预燃室1至少部分地被布置在气缸盖11内。预燃室1具有第一端和第二端。预燃室1的第一端是下端，该第一端可以伸入到主燃烧室3中。这里，表述“下端”是指图1、图2和图4所示的定向。气缸10不必具有竖直定向。预燃室1的主要部分位于气缸盖11内。预燃室1的第一端设置有用于在预燃室1与主燃烧室3之间建立流体连通的至少一个开口2。在附图的实施方式中，预燃室1包括多个喷嘴孔2。然而，代替喷嘴孔2，预燃室1可以例如设置有围绕预燃室1的下端的周向狭槽。预燃室1可以由插入到气缸盖11中的单独的预燃室元件或预燃室组件形成。
预燃室装置设置有火花塞空腔6，火花塞空腔6完全被布置在预燃室1的外部。因此火花塞空腔6从预燃室1的壁向外延伸。火花塞空腔6被构造成接收火花塞5。火花塞5至少部分地被布置在火花塞空腔6内。火花塞5利用螺纹连接件附接到火花塞空腔6的壁。火花塞5被构造成点燃空气/燃料混合物。火花塞5包括中心电极24和侧电极25。侧电极25可以是接地电极。电极24、25被布置在火花塞空腔6内。在附图的实施方式中，火花塞空腔6和火花塞5被布置在第二端处，即预燃室装置的上端处。火花塞5因此位于预燃室1的上方。然而，火花塞空腔6也可以被布置在预燃室1的一侧。在附图的实施方式中，火花塞空腔6是圆柱形空间。
根据本发明的预燃室装置包括防护元件7。防护元件7将火花塞空腔6与预燃室1分开。防护元件7是单独的插入件。因此，防护元件与火花塞6分开，而不是预燃室1的一体部分。防护元件7设置有至少一个喷嘴孔8、8a。在图1至图6的实施方式中，防护元件7包括多个喷嘴孔8、8a。在图7的实施方式中，防护元件7设置有单个喷嘴孔8。喷嘴孔8、8a在预燃室1和火花塞空腔6之间建立流体连通。喷嘴孔8、8a允许在两个方向上的流动。燃料和空气的混合物因此可从预燃室1流入火花塞空腔6中，点燃的混合物可从火花塞空腔6排出到预燃室1中。防护元件7的喷嘴孔8、8a的组合横截面积是防护元件7的投射到垂直于防护元件7的轴向方向的平面中的横截面积的3％至15％。防护元件7保护火花塞6免受预燃室1的热量。这允许使用较便宜的火花塞5。预燃室装置可设置有用于冷却预燃室装置的部件的冷却系统。冷却系统可以被构造成确保防护元件7的有效冷却。这保护火花塞5免受预燃室燃烧的热量。例如，冷却通道可以被布置在围绕防护元件7的区域中。
在附图的实施方式中，防护元件7具有圆柱形部分7a和封闭圆柱形部分7a的一端的端部部分7b。在附图的实施方式中，端部部分7b是平的，即盘形。在图1至图5和图7的实施方式中，单个喷嘴孔8或所有喷嘴孔8都被布置在端部部分7b中。图6示出了一个不同的实施方式，其中喷嘴孔8a的一部分沿着防护元件7的圆周布置，即被布置在圆柱形部分7a中。一个喷嘴孔8被布置在端部部分7b中。然而，端部部分7b可以设置有多个喷嘴孔8。在附图的实施方式中，喷嘴孔8、8a是圆形的。然而，也可以使用其它形状。喷嘴孔8、8a可以是例如狭槽、弧、十字形、分支的等。
防护元件7设置有外螺纹18。火花塞空腔6设置有对应的内螺纹19，防护元件7的螺纹18可以与该内螺纹接合。防护元件7被构造成从上方安装到火花塞空腔6中。火花塞空腔6设置有背向预燃室1的肩部22。防护元件7包括肩部23，该肩部被构造成抵靠火花塞空腔6的肩部22布置。如图2和图4所示，防护元件7的内圆周可以设置有形状21，该形状允许与紧固工具(例如Allen插座或Torx插座)接合。因此，防护元件7的内圆周的一部分可以是例如六边形的。图5示出了提供具有允许与紧固工具接合的形状的防护元件7的替代方式。在图5所示的实施方式中，允许与紧固工具接合的形状27被布置在背向预燃室1的表面上。在图5中，防护元件7的上端部表面设置有孔27，可旋转的紧固工具的销或其它类似元件可插入到该孔中以使防护元件7旋转。代替孔27，防护元件7的表面可设置有凹槽或允许防护元件7旋转的其它形状。在上端部表面或其它平行表面上布置形状27的优点在于，防护元件的内部形状可被更自由地选择。
火花塞空腔6的自由容积小于预燃室1的容积。表述“自由容积”是指火花塞5和防护元件7之间的容积，包括防护元件7的圆柱形部分7a内的空间。因此自由容积是由火花塞5、火花塞空腔6的壁和防护元件7界定的气体容积。火花塞空腔6的自由容积可以在预燃室1的容积的1％至20％的范围内，优选在5％至15％的范围内。
在图1和图2所示的实施方式中，预燃室1设置有燃料入口4。燃料入口4允许在预燃室1中比主燃烧室3中形成较浓的燃料/空气混合物。这在贫燃发动机中是特别有益的，因为贫燃混合物难以点燃。在图1和图2所示的实施方式中，燃料入口4被布置成靠近预燃室1的上端。燃料入口4优选地位于预燃室1的上半部中。这样，燃料被喷射成靠近火花塞空腔6，这样就确保了围绕火花塞5的电极24、25形成浓的混合物。发动机的每个气缸10可设置有自己的阀，以控制燃料经由燃料入口4流入到预燃室1中。在图1和图2的实施方式中，火花塞空腔6中没有布置燃料入口。所有燃料在被引入到火花塞空腔6中之前与空气混合。
图4示出了本发明的一个替代实施方式。在图4的实施方式中，火花塞空腔6设置有燃料入口26。这允许燃料被喷射到火花塞5和防护元件7之间的火花塞空腔6中。该实施方式的优点是火花塞5被冷却。在图4的实施方式中，预燃室1未设置有燃料入口。然而，可以为预燃室1和火花塞空腔6两者设置燃料入口。
在附图的实施方式中，发动机的每个气缸10都设置有气体进入阀20，该气体进入阀被构造成将气体燃料引入到进气管道16中。因此，燃料的一部分可以经由气体进入阀20被引入到进气管道16中。燃料的一部分经由燃料入口4、26被引入到预燃室1中和/或被引入到火花塞空腔6中。例如，燃料的大部分可以被引入到进气管道16中以形成稀薄混合物。通过经由燃料入口4、26将燃料另外引入到预燃室1中和/或火花塞空腔6中，可以在预燃室1中形成较浓的混合物。该浓的混合物由火花塞5点燃。因此，燃烧在预燃室1中开始并且在主燃烧室3中继续。
本领域技术人员将理解，本发明不限于上述实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (15)

1.一种用于活塞式发动机的预燃室装置，所述预燃室装置包括：预燃室(1)，所述预燃室设置有用于在主燃烧室(3)与所述预燃室(1)之间建立流体连通的一个或多个开口(2)；火花塞空腔(6)，所述火花塞空腔被布置在所述预燃室(1)的外部并且与所述预燃室(1)流体连通；以及火花塞(5)，所述火花塞被构造成点燃空气/燃料混合物并且至少部分地被布置在所述火花塞空腔(6)中，其特征在于，所述预燃室装置包括防护元件(7)，所述防护元件与所述火花塞(5)分开并且将所述火花塞空腔(6)与所述预燃室(1)分开，并且所述防护元件设置有用于在所述预燃室(1)与所述火花塞空腔(6)之间建立流体连通的至少一个喷嘴孔(8、8a)。
2.根据权利要求1所述的预燃室装置，其中，所述防护元件(7)设置有外螺纹(18)，并且所述火花塞空腔(6)设置有用于将所述防护元件(7)附接到所述火花塞空腔(6)的对应的内螺纹(19)。
3.根据权利要求1或2所述的预燃室装置，其中，所述火花塞空腔(6)设置有背向所述预燃室(1)的肩部(22)，并且所述防护元件(7)设置有被构造成抵靠所述火花塞空腔(6)的所述肩部(22)布置的肩部(23)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的预燃室装置，其中，所述防护元件(7)具备允许与紧固工具接合的形状(21、27)。
5.根据权利要求4所述的预燃室装置，其中，所述形状(21)被布置在所述防护元件(7)的内圆周上。
6.根据权利要求4所述的预燃室装置，其中，所述形状(27)被布置在背向所述预燃室(1)的表面上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室装置，其中，所述预燃室装置包括用于将燃料引入到所述预燃室(1)中的燃料入口(4)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室装置，其中，所述预燃室装置包括用于将燃料引入到所述火花塞空腔(6)中的燃料入口(26)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室装置，其中，所述火花塞空腔(6)是圆柱形空间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室装置，其中，位于所述火花塞(5)与所述防护元件(7)之间的所述火花塞空腔(6)的自由容积为所述预燃室(1)的容积的1％至20％。
11.根据权利要求10所述的预燃室装置，其中，位于所述火花塞(5)与所述防护元件(7)之间的所述火花塞空腔(6)的所述自由容积为所述预燃室(1)的容积的5％至15％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室装置，其中，所述防护元件(7)包括多个喷嘴孔(8、8a)。
13.根据权利要求12所述的预燃室装置，其中，所述喷嘴孔(8a)中的至少一些喷嘴孔沿着所述防护元件(7)的圆周布置。
14.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室装置，其中，所述防护元件(7)的所述喷嘴孔(8、8a)的组合横截面积为所述防护元件(7)的投射到垂直于所述防护元件(7)的轴向方向的平面中的横截面积的3％至15％。
15.一种活塞式发动机，其中，所述活塞式发动机的每个气缸(10)设置有根据前述权利要求中任一项所述的预燃室装置。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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