CN112855336B - 一种预燃室热射流高能点火系统 - Google Patents

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Abstract

一种预燃室热射流高能点火系统属于汽车发动机技术领域，本发明通过对主动式预燃室热射流机构进行改进，将喷油器、火花塞和进气控制机构错落布置，使主动式预燃室热射流机构更加紧凑而且便于安装，实现系统的小型化以便于实现预燃室热射流机构对传统发动机火花塞部件的直接替换；通过预混腔来制备预燃室中的混合气，从而同时实现预燃室内混合气的均匀混合以及混合气量的精确控制；通过液压机构来控制预燃室气门的开启与关闭，实现气门控制机构的小型化以及灵活的预燃室喷油正时。

Description

一种预燃室热射流高能点火系统
技术领域
本发明属于汽车发动机技术领域，具体涉及一种预燃室热射流高能点火系统。
背景技术
预燃室热射流高能点火是一种极具应用潜力的点燃式发动机节能减排技术措施。相比于传统发动机火花塞点火系统，其火花塞放电后先引发预燃室内的混合气燃烧，随后通过与主燃室连接的喷孔将燃烧火焰喷出，引燃主燃室内的可燃混合气。预燃室内形成的射流火焰不仅能显著增加主燃室混合气获得的引燃能量，还具备缸内多点引燃及促进气流运动的作用，现有研究发现其在加快燃烧速率、提升燃烧稳定性及降低有害污染物排放等方面均具有显著效果。
预燃室热射流高能点火装置当前主要有主动式和被动式两种。被动式预燃室热射流高能点火系统相对结构简单、实现方便，但是由于其预燃室内的可燃混合气通常来源为发动机压缩冲程自发动机汽缸压入预燃室内的高压混合气，进而当发动机采用稀燃技术时，其预燃室内混合气的燃油浓度也会较低，导致热射流的形成和引燃性能恶化，使发动机性能改善效果受到限制。
主动式预燃室射流点火装置预燃室内虽然具有单独的燃料供给装置，可实现预燃室内混合气浓度的灵活调整和控制，但是受当前喷油器、火花塞等部件尺寸及耦合布置方案的限制，其实现系统的结构尺寸通常相对较大，导致在当前高度集成的发动机缸盖上难于直接应用实施，发动机需要大幅度改动；同时，由于预燃室体积较小，混合时间较短，进行燃料喷射时极易引起燃料碰壁，也使预燃室内混合气易于局部过浓或过稀，进而影响燃料完全燃烧并将恶化碳烟等排放，甚至存在预燃室喷孔被破坏的风险。此外，由于当前预燃室热射流高能点火系统内所需的新鲜空气大多来源于发动机汽缸压入，进而使得其在以废气为主要稀释工质的燃烧模式例如:HCCI、废气稀燃等中的应用能力受到限制。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的缺陷，提供一种新型预燃室热射流高能点火系统，通过喷油器、火花塞和进气控制机构的错落布置，实现系统的小型化。
本发明由预燃室热射流机构A、燃烧室1、进气管2、节气门3、预燃室进气管a4、进气门5、发动机缸盖6、排气门7和排气管8组成，其中，预燃室热射流机构A固接于发动机缸盖6的中心位置，预燃室热射流机构A中下体E的底端与燃烧室1连通；燃烧室1位于发动机缸盖6下方，进气管2固接于发动机缸盖6左端，预燃室进气管a4固接于进气管2上，并与进气管2连通；节气门3安装于进气管2中，且于预燃室进气管a4的左侧；进气门5和排气门7对称置于发动机缸盖6的中心两边；排气管8固接于发动机缸盖6右端。
所述的预燃室热射流机构A由上压板B、上体C、下压板D、下体E、喷油器9、喷油器密封座10、火花塞11、预燃室气路a12、液压油回油管13、液压油进油管14、液压柱塞15、气门16、弹簧挡块17和复位弹簧18组成，所述的上压板B为圆柱形，其近圆周处设有螺纹孔组a21的三个螺纹孔，圆柱前部自左至右顺序设有喷油器安装孔a20、预燃室气路b19、进油管路23、回油管路22，进油管路23下端设有槽a24；圆柱后部设有孔b25。
所述的上体C为圆柱形，其近圆周处设有螺纹孔组b28的三个螺纹孔，圆柱后部设有孔d29，圆柱前半部自左至右顺序设有孔c27、预燃室气路c26和液压油储油室30；液压油储油室30下端分别依次设有缓冲座31和密封圈32，分别用以降低液压柱塞对上体C的冲击和密封液压柱塞15；圆柱下半部前侧为预混腔33。
所述的下压板D为圆柱形，其上面近圆周处设有螺纹孔组c34的三个螺纹孔，圆盘柱前部顶面设有槽b36，圆柱前部底部设有气门座37；圆盘柱后部设有孔e35。
所述的下体E为阶梯形圆台，其上面近圆周处设有螺纹孔组d38的三个螺纹孔，阶梯形圆台中心设有槽c41和预燃室40，阶梯形圆台中心下端设有射流喷孔组39的1-6个射流喷孔，阶梯形圆台下部外圈设有螺纹a42。
上压板B、上体C、下压板D和下体E自上而下顺序排列，喷油器密封座10固接于上压板B的孔a20中；喷油器9近下部固接于喷油器密封座10，用以密封喷油器9，喷油器9下部的喷油孔端经上体C的孔c27，伸入上体C的预混腔33中，为预混腔33提供燃料；火花塞11穿过上压板B的孔b25固接于上体C的孔c27之上，其头部中心电极、侧电极依次穿过下体E的螺纹孔组d38、下压板D的孔e35伸入下体E的槽c41中。
预燃室气路a12、上压板B的预燃室气路b19、上体C的预燃室气路c26以及预混腔33依次相通，为预燃室提供新鲜空气。
液压油进油管14固接于上压板B的进油管路23上，进油管路23中设有槽a24，槽a24分别与进油管路23、回油管路22导通，辅助进油管路23快速泄压；上压板B中的进油管路23与上体C中的液压油储油室30相通，液压油通过液压油进油管14、进油管路23进入液压油储油室30中，为液压油储油室30建立压力，推动液压柱塞15运动；液压油回油管13固接于上压板B中的回油管路22上；液压油回油管13下端设有回油孔44，其下部外圈设有螺纹b43，用于固定。
液压柱塞15小头端穿过上体C中的缓冲座31、密封圈32伸入上体C中的预混腔33中；液压柱塞15与密封圈32动连接；液压柱塞15大头端运动于液压油储油室30中；气门16小头端依次穿过下压板D中的气门座37、槽b36，伸入上体C的预混腔33中，并与液压柱塞15小头端固接；弹簧挡块17固接于气门16小头端；复位弹簧18下端固接于下压板D的槽b36上，复位弹簧18上端固接于弹簧挡块17下面。
当发动机正常运转时，部分新鲜空气通过预燃室进气管a4进入预燃室气路a12中，另一部分通过进气管2进入燃烧室1中。进入预燃室气路a12中的新鲜空气沿着上压板B中的预燃室气路b19、上体C中的预燃室气路c26到达预混腔33中，新鲜空气与从喷油器9喷出的燃料在预混腔33中形成所需的、浓度较高的混合气。当发动机需要点火时，液压油通过液压油进油管14，进入上体C中的液压油储油室30中，随着液压油储油室30中液压油压力的增高，气门16克服复位弹簧18的弹力向下体E方向移动，气门16被打开，预混腔33内的浓混合气进入下体E中的预燃室40，此时火花塞11点火，引燃预燃室40内的浓混合气。预燃室40中的温度和压力迅速升高，从而与燃烧室1之间形成压力差，这种压力差使得预燃室40内的高温已燃混合气通过下体E中的射流喷孔39喷出，以热射流的形式喷入燃烧室1内，从而引燃发动机燃烧室1内的稀薄混合气。
混合气进入预燃室40后，液压油经过上压板B中的回油管路22、液压油回油管13流出，液压油储油室30中的压力下降，复位弹簧18回位，气门16关闭。
液压油回油管13中包含有回油孔44，其与回油管路22内径存在差异，内径较小的回油孔44能够在气门16关闭时使回流的液压油产生节流效应，有效地起到落座缓冲的作用。
上述技术方案的指导思想是：通过预燃室机构空间错落布置，使得预燃室热射流机构在具备制备预燃室所需的混合气、实现混合气喷油正时、完成高能点火的同时，实现机构的小型化，进一步降低预燃室热射流技术在发动机上运用时对原机结构的改变。
本发明通过对主动式预燃室热射流机构进行改进，将喷油器、火花塞和进气控制机构错落布置，使主动式预燃室热射流机构更加紧凑而且便于安装，实现系统的小型化以便于实现预燃室热射流机构对传统发动机火花塞部件的直接替换；通过预混腔来制备预燃室中的混合气，从而同时实现预燃室内混合气的均匀混合以及混合气量的精确控制；通过液压机构来控制预燃室气门的开启与关闭，实现气门控制机构的小型化以及灵活的预燃室喷油正时。
附图说明
图1为预燃室热射流高能点火系统的结构示意图；
图2为预燃室热射流机构A的局部放大图；
图3为上压板B的俯视图；
图4为上压板B的轴向剖视图；
图5为上体C的俯视图；
图6为上体C的轴向剖面示意图；
图7为上体C的仰视图；
图8为下压板D的俯视图；
图9为下压板D的剖图；
图10为下体E仰视图；
图11为下体E的剖视图；
图12为液压油进油管路14的剖视图；
其中：A.预燃室热射流机构 B.上压板 C.上体 D.下压板 E.下体 1.燃烧室 2.进气管 3.节气门 4.预燃室进气管a 5.进气门 6.发动机缸盖 7.排气门 8.排气管 9.喷油器 10.喷油器密封座 11.火花塞 12.预燃室气路a 13.液压油回油管 14.液压油进油管15.液压柱塞 16.气门 17.弹簧挡块 18.复位弹簧 19.预燃室气路b 20.孔a 21.螺纹孔a22.回油管路 23.进油管路 24.槽a 25.孔b 26.预燃室气路c 27.孔c 28.螺纹孔b 29.孔d30.液压油储油室 31.缓冲座 32.密封圈 33.预混腔 34.螺纹孔c 35.孔e 36.槽b 37.气门座 38.螺纹孔d 39.射流喷孔 40.预燃室 41.槽c 42.螺纹a 43.螺纹b 44.回油孔。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1所示，本发明由预燃室热射流机构A、燃烧室1、进气管2、节气门3、预燃室进气管a4、进气门5、发动机缸盖6、排气门7和排气管8组成，其中，预燃室热射流机构A固接于发动机缸盖6的中心位置，预燃室热射流机构A中下体E的底端与燃烧室1连通；燃烧室1位于发动机缸盖6下方，进气管2固接于发动机缸盖6左端，预燃室进气管a4固接于进气管2上，并与进气管2连通；节气门3安装于进气管2中，且于预燃室进气管a4的左侧；进气门5和排气门7对称置于发动机缸盖6的中心两边；排气管8固接于发动机缸盖6右端。
如图2所示，所述的预燃室热射流机构A由上压板B、上体C、下压板D、下体E、喷油器9、喷油器密封座10、火花塞11、预燃室气路a12、液压油回油管13、液压油进油管14、液压柱塞15、气门16、弹簧挡块17和复位弹簧18组成。
如图3、图4所示，所述的上压板B为圆柱形，其近圆周处设有螺纹孔组a21的三个螺纹孔，圆柱前部自左至右顺序设有喷油器安装孔a20、预燃室气路b19、进油管路23、回油管路22，进油管路23下端设有槽a24；圆柱后部设有孔b25。
如图5至图7所示，所述的上体C为圆柱形，其近圆周处设有螺纹孔组b28的三个螺纹孔，圆柱后部设有孔d29，圆柱前半部自左至右顺序设有孔c27、预燃室气路c26和液压油储油室30；液压油储油室30下端分别依次设有缓冲座31和密封圈32，分别用以降低液压柱塞对上体C的冲击和密封液压柱塞15；圆柱下半部前侧为预混腔33。
如图8和图9所示，所述的下压板D为圆柱形，其上面近圆周处设有螺纹孔组c34的三个螺纹孔，圆盘柱前部顶面设有槽b36，圆柱前部底部设有气门座37；圆盘柱后部设有孔e35。
如图10和图11所示，所述的下体E为阶梯形圆台，其上面近圆周处设有螺纹孔组d38的三个螺纹孔，阶梯形圆台中心设有槽c41和预燃室40，阶梯形圆台中心下端设有射流喷孔组39的1-6个射流喷孔，阶梯形圆台下部外圈设有螺纹a42。
如图2至图11所示，上压板B、上体C、下压板D和下体E自上而下顺序排列，喷油器密封座10固接于上压板B的孔a20中；喷油器9近下部固接于喷油器密封座10，用以密封喷油器9，喷油器9下部的喷油孔端经上体C的孔c27，伸入上体C的预混腔33中，为预混腔33提供燃料；火花塞11穿过上压板B的孔b25固接于上体C的孔c27之上，其头部中心电极、侧电极依次穿过下体E的螺纹孔组d38、下压板D的孔e35伸入下体E的槽c41中。
预燃室气路a12、上压板B的预燃室气路b19、上体C的预燃室气路c26以及预混腔33依次相通，为预燃室提供新鲜空气。
液压油进油管14固接于上压板B的进油管路23上，进油管路23中设有槽a24，槽a24分别与进油管路23、回油管路22导通，辅助进油管路23快速泄压；上压板B中的进油管路23与上体C中的液压油储油室30相通，液压油通过液压油进油管14、进油管路23进入液压油储油室30中，为液压油储油室30建立压力，推动液压柱塞15运动；液压油回油管13固接于上压板B中的回油管路22上。
液压柱塞15小头端穿过上体C中的缓冲座31、密封圈32伸入上体C中的预混腔33中；液压柱塞15与密封圈32动连接；液压柱塞15大头端运动于液压油储油室30中；气门16小头端依次穿过下压板D中的气门座37、槽b36，伸入上体C的预混腔33中，并与液压柱塞15小头端固接；弹簧挡块17固接于气门16小头端；复位弹簧18下端固接于下压板D的槽b36上，复位弹簧18上端固接于弹簧挡块17下面。
如图12所示，液压油回油管13下端设有回油孔44，其下部外圈设有螺纹b43，用于固定。

Claims (1)

1.一种预燃室热射流高能点火系统，由预燃室热射流机构(A)、燃烧室(1)、进气管(2)、节气门(3)、预燃室进气管a(4)、进气门(5)、发动机缸盖(6)、排气门(7)和排气管(8)组成，其中，预燃室热射流机构(A)固接于发动机缸盖(6)的中心位置，预燃室热射流机构(A)中下体(E)的底端与燃烧室(1)连通；燃烧室(1)位于发动机缸盖(6)下方，进气管(2)固接于发动机缸盖(6)左端，预燃室进气管a(4)固接于进气管(2)上，并与进气管(2)连通；节气门(3)安装于进气管(2)中，且于预燃室进气管a(4)的左侧；进气门(5)和排气门(7)对称置于发动机缸盖(6)的中心两边；排气管(8)固接于发动机缸盖(6)右端，其特征在于：所述的预燃室热射流机构(A)由上压板(B)、上体(C)、下压板(D)、下体(E)、喷油器(9)、喷油器密封座(10)、火花塞(11)、预燃室气路a(12)、液压油回油管(13)、液压油进油管(14)、液压柱塞(15)、气门(16)、弹簧挡块(17)和复位弹簧(18)组成，其中，所述的上压板(B)为圆柱形，其近圆周处设有螺纹孔组a(21)的三个螺纹孔，圆柱前部自左至右顺序设有喷油器安装孔a(20)、预燃室气路b(19)、进油管路(23)、回油管路(22)，进油管路(23)下端设有槽a(24)；圆柱后部设有孔b(25)；所述的上体(C)为圆柱形，其近圆周处设有螺纹孔组b(28)的三个螺纹孔，圆柱后部设有孔d(29)，圆柱前半部自左至右顺序设有孔c(27)、预燃室气路c(26)和液压油储油室(30)；液压油储油室(30)下端分别依次设有缓冲座(31)和密封圈(32)；圆柱下半部前侧为预混腔(33)；所述的下压板(D)为圆柱形，其上面近圆周处设有螺纹孔组c(34)的三个螺纹孔，圆盘柱前部顶面设有槽b(36)，圆柱前部底部设有气门座(37)；圆盘柱后部设有孔e(35)；所述的下体(E)为阶梯形圆台，其上面近圆周处设有螺纹孔组d(38)的三个螺纹孔，阶梯形圆台中心设有槽c(41)和预燃室(40)，阶梯形圆台中心下端设有射流喷孔组(39)的1-6个射流喷孔，阶梯形圆台下部外圈设有螺纹a(42)；上压板(B)、上体(C)、下压板(D)和下体(E)自上而下顺序排列，喷油器密封座(10)固接于上压板(B)的孔a20中；喷油器(9)近下部固接于喷油器密封座(10)，喷油器(9)下部的喷油孔端经上体(C)的孔c(27)，伸入上体(C)的预混腔(33)中；火花塞(11)穿过上压板(B)的孔b(25)固接于上体(C)的孔d(29)之上，其头部中心电极、侧电极依次穿过上压板(B)的孔b(25)、下压板(D)的孔e(35)伸入下体(E)的槽c(41)中；预燃室气路a(12)、上压板(B)的预燃室气路b(19)、上体(C)的预燃室气路c(26)以及预混腔(33)依次相通；液压油进油管(14)固接于压板(B)的进油管路(23)上，进油管路(23)中设有槽a(24)，槽a(24)分别与进油管路(23)、回油管路(22)导通；上压板(B)中的进油管路(23)与上体(C)中的液压油储油室(30)相通；液压油回油管(13)固接于上压板(B)中的回油管路(22)上；液压油回油管(13)下端设有回油孔(44)，其下部外圈设有螺纹b(43)；液压柱塞(15)小头端穿过上体(C)中的缓冲座(31)、密封圈(32)伸入上体(C)中的预混腔(33)中；液压柱塞(15)与密封圈(32)动连接；液压柱塞(15)大头端运动于液压油储油室(30)中；气门(16)小头端依次穿过下压板(D)中的气门座(37)、槽b(36)，伸入上体(C)的预混腔(33)中，并与液压柱塞(15)小头端固接；弹簧挡块(17)固接于气门(16)小头端；复位弹簧(18)下端固接于下压板(D)的槽b(36)上，复位弹簧(18)上端固接于弹簧挡块(17)下面。
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