CN113062795A - 一种预燃室燃料供给系统及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预燃室燃料供给系统及带该预燃室燃料供给系统的发动机，包括预燃室装置和进气装置，所述进气装置与所述预燃室装置连通，所述预燃室装置与所述发动机连通；所述进气装置包括进气管道和用以将燃油与所述进气管道流入的空气气化混合的气化混合装置，所述进气管道穿过所述气化混合装置与所述预燃室装置连通。预燃室采用预混的方式，更易保证预燃室点火位置的当量比，提高混合质量，避免出现混合气过浓所导致的结焦和碳烟生成。高压混合气现用现制，省去了高压储气装置，压缩后混合气温度升高，进一步提高了点火稳定性。进气位置选择节气门后，可使混合气制备量与发动机负荷成正比，不需要或仅需要简单的电控装置。

Description

一种预燃室燃料供给系统及发动机

技术领域

本发明涉及汽车发动机领域，尤其涉及一种预燃室燃料供给系统。

背景技术

随着排放法规、油耗法规的日益严格，对现有汽油机技术提出了更为严峻的挑战。提高汽油机的热效率，降低燃油消耗一直都是各大厂商追求的目标。稀薄燃烧是提高汽油机热效率的有效途径之一。已有实验数据表明，汽油机采用轻度稀燃(过量空气系数(lambda)在1到1.5范围之间)，可提高热效率，但此时由于偏离理论空燃比，无法使用三元催化转化器，需要昂贵的NOx后处理设备才能满足排放法规的要求。若采用超稀薄燃烧(lambda大于1.5)，因为空气稀释程度高，燃烧温度相对较低，在能提高汽油机热效率的同时，不会导致过高的NOx排放。

然而，常规火花塞难以点燃超稀薄混合气，这就要求超稀薄燃烧需要配合高能点火装置才能满足使用要求。因此，在超稀薄燃烧的研究中，预燃室技术受到了广泛的关注。主动式预燃室单独加浓预燃室中的混合气，预燃室采用常规火花塞就能满足稳定点火要求。预燃室混合气燃烧后，高温燃烧混合物从预燃室喷入主燃室，快速引燃主燃室中的稀薄混合气。预燃室的喷射点火，在喷孔喷射区域产生多个点火源，可以实现非常快的燃烧速率。

综上所述，预燃室可以降低稀燃工况的点火难度，显著提高燃烧速率，克服了超级稀燃下火焰传播速度慢、燃烧循环变动大的缺点。汽油机主动式预燃室辅助加浓通常采用汽油直喷方式，但直喷加浓方式存在以下缺点：1、由于预燃室体积较小，直喷方式导致燃油撞壁严重，易结焦和生成碳烟；2、火花塞位置处的燃油浓度稳定性较差，导致火焰发展的不确定性增强，发动机循环变动大；3、为克服缺点2需对燃油喷射正时和喷射量进行修正调整，控制逻辑更加复杂；4、汽油直喷后在预燃室内气化吸热，使得冷启动更为困难。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高混合质量的用于发动机的预燃室燃料供给系统。

本发明提供一种用于发动机的预燃室燃料供给系统，包括预燃室装置和进气装置，所述进气装置与所述预燃室装置连通，所述预燃室装置与所述发动机连通；所述进气装置包括进气管道和用以将燃油与所述进气管道流入的空气气化混合的气化混合装置，所述进气管道穿过所述气化混合装置与所述预燃室装置连通。

进一步地，所述气化混合装置内设空腔，所述空腔入口设用以将燃油喷入气化混合装置中与所述中的空气混合的喷油器。

进一步地，所述气化混合装置空腔内设有用以将燃油与所述空腔中的空气充分混合的混合加强装置。

进一步地，所述气化混合装置空腔内设有用以将所述喷油器喷出燃油加热气化的电加热装置。

进一步地，所述预燃室装置与所述进气装置之间设有用以使气体只能从所述进气装置流入所述预燃室装置的预燃室单向阀。

进一步地，所述进气装置还包括能使所述进气管道中气体体积减小的第一压缩装置和/或第二压缩装置，所述第一压缩装置位于所述气化混合装置进气端，所述第二压缩装置位于所述气化混合装置出气端。

进一步地，所述第二压缩装置与所述气化混合装置之间设有用以使气体只能从所述气化混合装置流入所述第二压缩装置的第二压缩装置单向阀，所述第二压缩装置单向阀。

进一步地，所述第二压缩装置为凸轮柱塞气泵结构，包括凸轮、活塞、活塞杆、压缩腔体和弹簧，所述凸轮绕着一中心轴旋转，所述活塞伸入所述压缩腔体中，所述活塞杆下端与所述活塞固定连接，上端与所述凸轮外缘抵接，所述弹簧下端固定，上端与所述活塞杆固定连接。

一种发动机，包括上述的预燃室燃料供给系统，所述发动机设有气缸，所述发动机进气端前还设有节气门，所述节气门使得流入所述发动机的空气量能随着发动机负荷变化而改变，所述发动机设有至少一条进气歧管，所述进气歧管均与所述节气门连通，所述进气管道的进气端也与所述节气门连通，同时与所述进气歧管并联，使得空气从所述节气门流入后分别流向所述进气管道和所述进气歧管。

进一步地，所述发动机包括至少一个气缸，每个所述气缸均与一条所述进气歧管连通，所述预燃室装置数量与所述气缸数量相等；所述进气管道包括进气总管和至少一条进气支管，所述进气支管均与所述进气总管连通；所述进气支管、所述预燃室装置数量与所述气缸数量相等，所述进气总管连通所述气化混合装置，然后与所述进气支管连通，所述进气支管连通所述预燃室装置。

进一步地，所述预燃室装置包括预燃室壳体和火花塞，所述预燃室壳体形成预燃室腔体，所述预燃室壳体设有与所述预燃室连通的预燃室进气道与喷孔，所述预燃室进气道正对所述火花塞点火位置，所述喷孔连通所述气缸。

进一步地，所述预燃室壳体底部伸入所述气缸内，所述预燃室壳体底部设有喷孔，使混合气体在所述预燃室腔体内被所述火花塞点燃，高温混合物再通过所述喷孔喷入所述气缸。

本发明提供的预燃室燃料供给系统有如下有益效果：

1、预燃室采用预混的方式，更易保证预燃室点火位置的当量比，提高混合质量，同时避免出现混合气过浓所导致的结焦和碳烟生成。

2、高压混合气现用现制，一方面省去了高压储气装置，降低了高压混合气泄露的风险，另一方面压缩后混合气温度升高，进一步提高了点火稳定性，特别是降低了冷启动的难度。

3、进气位置选择节气门后，可使混合气制备量与发动机负荷成正比，实现自适应调节，不需要或仅需要简单的电控装置与策略。

附图说明

图1为本发明实施例预燃室燃料供给系统及发动机的结构示意图；

图2为图1所述预燃室燃料供给系统与气缸的结构示意图；

图3为图1所述预燃室燃料供给系统中预燃室沿A-A线的剖视图；

图4为图1所述预燃室燃料供给系统中预燃室单向阀的结构示意图；

图5为图1所述预燃室燃料供给系统的多缸结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参考图1至图5，本发明实施例预燃室燃料供给系统，用于发动机10，包括预燃室装置20与进气装置，进气装置前端与节气门51连通，后端与预燃室装置20连通，预燃室装置20与发动机10连通。进气装置包括进气管道52、第一压缩装置53、气化混合装置54、第二压缩装置40和预燃室单向阀30。进气管道52依次连通第一压缩装置53、气化混合装置54、第二压缩装置40和预燃室单向阀30，最后与预燃室装置20连通。

请参考图5，在本实施例中，第一压缩装置53为罗茨泵，空气从进气管道52进气端流入罗茨泵中，气体体积被压缩，压缩气体流出罗茨泵流入气化混合装置54。压缩气体使得同样的燃烧效果，所需空气体积减少了，进而减小了预燃室装置20的体积。当然第一压缩装置53本质上为空压机，在其他实施例中根据实际情况也可以用电动活塞泵、机械泵等。

气化混合装置54将第一压缩装置53中流入的压缩空气与燃油充分气化混合后再流入后续第二压缩装置40。气化混合装置54内设空腔，空腔入口处装有电控低压喷油器，油量控制灵活且精确，结构简单，可靠性高。气化混合装置54空腔内设混合加强装置，本实施例中为填充钢球，以提高燃油与空气混合的均匀性，消减气流脉冲。空腔内同时布置有电加热装置，从而能提高冷启动时燃油蒸发速率和混合气温度。在其他实施例中，也可选用别的方式供油，例如化油器，混合加强装置也可改为用网孔，根据使用环境也可不安装电加热装置。

请参考图1，在本实施例中，第二压缩装置40为柱塞气泵压缩结构，包括柱塞气泵进气道41、第二压缩装置单向阀42、柱塞气泵出气道43、压缩腔体44、活塞45、弹簧46、活塞杆47、凸轮48。柱塞气泵进气道41与气化混合装置54出气端连通，第二压缩装置单向阀42的流通管道一端与柱塞气泵进气道41相通，一端与压缩腔体44相通。第二压缩装置单向阀42使得气体只能从所述气化混合装置54流入所述第二压缩装置40。柱塞气泵出气道43一端与压缩腔体44相通，另一端与预燃室装置20相通。弹簧46一端固定，另一端与活塞杆47固定连接。活塞杆47固定在活塞45上，活塞45滑动连接于压缩腔体44内。凸轮48与活塞杆47配合。通过凸轮48转动以及弹簧46的回位弹力，带动活塞杆47和活塞45上下往复运动。本实施例中只是列举了一种驱动方式，若受安装位置限制，可增加摇臂或挺柱等，实现凸轮48驱动活塞45上下往复运动。凸轮48转动的动力可来源于发动机气门凸轮轴，可减少零部件，降低成本，提高可靠性，也可根据情况安装在独立凸轮轴上，或是直接用电动装置驱动。在本实施例中，凸轮48安装在气门凸轮轴上，发动机曲轴转2圈，柱塞气泵凸轮48转一圈。

采用第一压缩装置53和第二压缩装置40的两级增压，可以降低第二压缩装置40的压缩比和压缩腔体44的容积，从而使活塞45的行程小于凸轮48的最大允许升程，降低柱塞气泵的布置难度。此外，空气经第一压缩装置53预压缩后，温度升高，更有利于燃油在气化混合装置54中气化蒸发。当然，在其他实施例中，可根据实际情况增减压缩装置。

请参考图4，预燃室单向阀30位于柱塞气泵出气道43与预燃室装置20之间，预燃室单向阀30使得气体只能从第二压缩装置40流入预燃室装置20。预燃室单向阀30包括单向阀球31、单向阀弹簧32、单向阀左壳体33、单向阀右壳体34。单向阀弹簧32一端固定在单向阀球31上，另一端固定在单向阀左壳体33上。单向阀左壳体33、单向阀右壳体34固定于预燃室装置20的进气通道。所述的预燃室单向阀30的开启压力设置在4bar～6bar范围内。预燃室单向阀30安装在预燃室壳体内，能够减少与预燃室腔体相通的流动管道长度，因此可最大限度的减少混合气在流动管道燃烧(流动管道内燃烧的不良影响有：1、管道的面容比较大，壁面温度较低，在流动管道燃烧会生成大量不完全燃烧产物。2、流动管道燃烧产生的能量无法有效利用。3、增大流动管道的热负荷)。在本实施例中，预燃室单向阀30和柱塞气泵单向阀42都为机械式单向球阀，结构简单、可靠性高、成本低。在其他实施例中也可根据需要选用电控阀。

请参考图5，节气门51使得流入发动机10的空气量能随着发动机负荷变化而改变。本实施例中，发动机10为四缸发动机，有四条进气歧管15，四条进气歧管15均与节气门51连通，进气管道52的进气端也与节气门51连通，同时与进气歧管15并联，使得空气从节气门51流入后分别流向进气管道52和进气歧管15。进气管道52进气位置选择节气门51后，可使混合气制备量与发动机10负荷成正比，实现自适应调节，不需要或仅需要简单的电控装置与策略。在其他实施例中根据情况也可以将进气管道52进气口设在其他位置。

四条进气歧管15分别与四个气缸连通，预燃室装置20、第二压缩装置40和预燃室单向阀30数量也为四，四个预燃室装置20分别固定在四个气缸上。进气管道52在气化混合装置54后端分成四条进气支管，进气支管分别与四个第二压缩装置40的柱塞气泵进气道41连通。在其他实施例中，第二压缩装置40数量也可为一个，进气管道52在第二压缩装置40后端分成多条进气支管，多条进气支管分别连通多个预燃室单向阀30和多个预燃室装置20。发动机10也可为单缸发动机、三缸发动机等其他情况，进气支管、预燃室装置20的数量均与发动机气缸数相等。

请参考图2，发动机10的每个气缸均包括缸盖11、缸体12、活塞13、主燃室14、进气歧管15、排气歧管16。缸盖11和缸体12与活塞13一起形成主燃室14，主燃室14从进气歧管15进气，从排气歧管16排气。主燃室14接收燃料方式为主燃室直喷，在其他实施例中也可是气道喷射、气道预燃混等方式。

请参考图1，预燃室装置20包括火花塞21、预燃室压块22、预燃室壳体23。预燃室压块22通过外表面螺纹固定在缸盖11上。预燃室压块22的内部有圆柱体空腔，用于安装火花塞21。火花塞21通过螺纹连接固定在预燃室压块22上。火花塞21下端电极头伸入预燃室腔体231内。火花塞21与预燃室壳体23同轴，点火位置到各喷孔232的距离相等，从而保证预燃室燃烧后的高温产物同时通过各喷孔232喷入主燃室14，有利于提高主燃室燃烧的均匀性。预燃室壳体23支撑在发动机缸盖11上。请参考图3，预燃室壳体23设置有预燃室定位面233，通过定位面将预燃室定位在缸盖11上，防止预燃室壳体23沿轴线转动。所述的预燃室壳体23底部设置有预燃室喷孔232，预燃室喷孔232沿预燃室壳体23轴线均匀布置。预燃室壳体23底部伸入至主燃室14内。如图4所示，预燃室壳体23一侧设置有预燃室进气道234，预燃室单向阀30固定于预燃室进气道234内。预燃室进气道234正对或者接近火花塞21点火位置。

如图1所示，预燃室压块22下端紧压预燃室壳体23上端，预燃室腔体231通过预燃室压块22和火花塞21密封。在本实施例中，预燃室腔体231为倒圆锥形，预燃室腔体231为分体加工式，因为材料、形状的选择灵活度更大，维修更换成本低。在其他实施例中，预燃室腔体231也可根据需要选用与缸盖一体铸造形式，腔体也可为其他形状。

本发明有如下优点：

1、预燃室采用预混的方式，更易保证预燃室点火位置的当量比，提高混合质量，同时避免出现混合气过浓所导致的结焦和碳烟生成。

2、高压混合气现用现制，一方面省去了高压储气装置，降低了高压混合气泄露的风险，另一方面压缩后混合气温度升高，进一步提高了点火稳定性，特别是降低了冷启动的难度。

3、柱塞气泵进气位置选择节气门后，可使混合气制备量与发动机负荷成正比，实现自适应调节，不需要或仅需要简单的电控装置与策略。

在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”、“设置在”或“位于”另一元件上时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。

在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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的具体含义。

在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。

在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种用于发动机的预燃室燃料供给系统，其特征在于，包括预燃室装置和进气装置，所述进气装置与所述预燃室装置连通，所述预燃室装置与所述发动机连通；所述进气装置包括进气管道和用以将燃油与所述进气管道流入的空气气化混合的气化混合装置，所述进气管道穿过所述气化混合装置与所述预燃室装置连通。

2.如权利要求1所述的预燃室燃料供给系统，其特征在于，所述气化混合装置内设空腔，所述空腔入口设用以将燃油喷入气化混合装置中与所述中的空气混合的喷油器。

3.如权利要求2所述的预燃室燃料供给系统，其特征在于，所述气化混合装置空腔内设有用以将燃油与所述空腔中的空气充分混合的混合加强装置。

4.如权利要求2所述的预燃室燃料供给系统，其特征在于，所述气化混合装置空腔内设有用以将所述喷油器喷出燃油加热气化的电加热装置。

5.如权利要求1所述的预燃室燃料供给系统，其特征在于，所述预燃室装置与所述进气装置之间设有用以使气体只能从所述进气装置流入所述预燃室装置的预燃室单向阀。

6.如权利要求1所述的预燃室燃料供给系统，其特征在于，所述进气装置还包括能使所述进气管道中气体体积减小的第一压缩装置和/或第二压缩装置，所述第一压缩装置位于所述气化混合装置进气端，所述第二压缩装置位于所述气化混合装置出气端。

7.如权利要求6所述的预燃室燃料供给系统，其特征在于，所述第二压缩装置与所述气化混合装置之间设有用以使气体只能从所述气化混合装置流入所述第二压缩装置的第二压缩装置单向阀。

8.如权利要求6所述的预燃室燃料供给系统，其特征在于，所述第二压缩装置为凸轮柱塞气泵结构，包括凸轮、活塞、活塞杆、压缩腔体和弹簧，所述凸轮绕着一中心轴旋转，所述活塞伸入所述压缩腔体中，所述活塞杆下端与所述活塞固定连接，上端与所述凸轮外缘抵接，所述弹簧下端固定，上端与所述活塞杆固定连接。

9.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1至8任一所述的预燃室燃料供给系统，所述发动机设有气缸，所述发动机进气端前还设有节气门，所述节气门使得流入所述发动机的空气量能随着发动机负荷变化而改变，所述发动机设有至少一条进气歧管，所述进气歧管均与所述节气门连通，所述进气管道的进气端也与所述节气门连通，同时与所述进气歧管并联，使得空气从所述节气门流入后分别流向所述进气管道和所述进气歧管。

10.如权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述发动机包括至少一个气缸，每个所述气缸均与一条所述进气歧管连通，所述预燃室装置数量与所述气缸数量相等；所述进气管道包括进气总管和至少一条进气支管，所述进气支管均与所述进气总管连通；所述进气支管、所述预燃室装置数量与所述气缸数量相等，所述进气总管连通所述气化混合装置，然后与所述进气支管连通，所述进气支管连通所述预燃室装置。

11.如权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述预燃室装置包括预燃室壳体和火花塞，所述预燃室壳体形成预燃室腔体，所述预燃室壳体设有与所述预燃室连通的预燃室进气道与喷孔，所述预燃室进气道正对所述火花塞点火位置，所述喷孔连通所述气缸。

12.如权利要求11所述的发动机，其特征在于，所述预燃室壳体底部伸入所述气缸内，所述预燃室壳体底部设有喷孔，使混合气体在所述预燃室腔体内被所述火花塞点燃，高温混合物再通过所述喷孔喷入所述气缸。

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