CN113969825B - 一种分体式预燃室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分体式预燃室，包括预燃组件，所述预燃组件设于内燃机缸盖内，所述预燃组件设于主燃室上方并与所述主燃室连通，所述分体式预燃室还包括喷油组件、点火组件和配合件，所述喷油组件和所述点火组件设于所述预燃组件上方并分别与所述预燃组件连通，所述预燃组件与所述喷油组件之间、所述预燃组件与所述点火组件之间、以及所述点火组件与所述内燃机缸盖之间均设有所述配合件，所述配合件密封和/或缓冲通过其相连的两个组件。本发明的分体式预燃室各组件之间连接更稳定可靠，无需担心预燃室本体材料与缸盖材料由于热膨胀系数的不同而产生应力及松动的问题。

Description

一种分体式预燃室
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域，尤其涉及一种分体式预燃室。
背景技术
实验数据表明，若想要提高汽油机的热效率，可采用轻度稀燃(空燃比在1到1.5之间)，但是由于轻度稀燃偏离理论空燃比，故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(空燃比大于1.5)，由于空气稀释程度高，燃烧温度相对较低，能在提高汽油机热效率的同时，不导致过高的NOx排放，但由于汽油本身的燃料特性，使其难以像柴油一样压燃，常规的点火装置也难以点燃汽油超稀薄混合气。
在预燃式发动机中，预燃室是发动机的重要组成部分。主动式预燃室能够预先单独加浓预燃室中的混合气，随后使用常规点火装置燃烧混合气。在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，通过预燃室的喷射点火，能够在主燃室的喷孔喷射区域产生多个点火源，显著提高主燃室的燃烧速率，降低了稀燃工况的点火难度，也能够克服超稀薄燃烧下火焰传播速度慢和燃烧循环变动大的缺点。
然而，设置预燃室虽然能够实现超稀薄燃烧，但其工作时需承受高温、交变压力和交变温度，因此其相关组件需采用特殊材料制作，由于所要使用的特殊材料与缸盖材料的热膨胀系数有差异，使得预燃室组件有松动或产生应力的风险，造成可靠性降低。另外，当预燃式发动机低温冷启动时，由于预燃室面容比大，散热速度快，点火将变得很困难，如何保证低温工况下的稳定启动也是预燃式发动机必须要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种分体式预燃室，包括预燃组件，所述预燃组件设于内燃机缸盖内，所述预燃组件设于主燃室上方并与所述主燃室连通，所述分体式预燃室还包括喷油组件、点火组件和配合件，所述喷油组件和所述点火组件设于所述预燃组件上方并分别与所述预燃组件连通，所述预燃组件与所述喷油组件之间、所述预燃组件与所述点火组件之间、以及所述点火组件与所述内燃机缸盖之间均设有所述配合件，所述配合件密封和/或缓冲通过其相连的两个组件，所述配合件包括设置于所述点火组件和所述内燃机缸盖之间的第一密封圈、设置于所述喷油组件和所述内燃机缸盖之间的第二密封圈以及设置于所述预燃组件和所述点火组件之间的弹性压紧装置，
所述点火组件包括点火装置外套和点火装置压套，所述点火装置压套将所述点火装置外套沿纵向压设于点火装置孔内的第一台阶上，所述点火装置外套上设有第一凸台，所述第一密封圈垫设于所述第一凸台的下表面与所述第一台阶之间；
所述喷油组件包括喷油器本体，所述喷油器本体插设于内燃机缸盖的喷油器孔内，所述喷油器本体压设于喷油器孔内的第二台阶上，所述喷油器本体上设有第二凸台，所述第二密封圈套设于所述喷油器本体的下部并与所述喷油器孔的内壁相抵；
所述弹性压紧装置的上部与所述点火组件的下部相抵，所述弹性压紧装置的下部与所述预燃组件的上部相抵。
进一步地，所述预燃组件沿纵向设于所述内燃机缸盖内并与所述内燃机缸盖间隙配合，所述预燃组件呈上部直径大于下部直径且内部为腔体的纺锤形。
进一步地，所述预燃组件还包括预燃室锥面，所述预燃室锥面为所述预燃组件的纺锤结构的过渡面，所述预燃组件通过所述预燃室锥面轴向定位于所述内燃机缸盖内。
进一步地，所述预燃组件还包括预燃室喷孔，所述预燃室喷孔设于所述预燃组件下方，所述预燃组件通过所述预燃室喷孔与所述主燃室进行流体交换。
进一步地，所述预燃组件还包括电热丝，所述电热丝埋设于所述预燃组件的耐热材料内部。
进一步地，所述点火组件包括点火装置本体，所述点火装置本体沿纵向设于所述内燃机缸盖的点火装置孔内，所述点火装置外套套设于所述点火装置本体外。
进一步地，所述第一凸台由所述点火装置外套的顶部沿所述第一台阶横向延伸，所述第一凸台的上表面与所述点火装置压套的底部相抵。
进一步地，所述喷油组件包括喷油器接头和喷油器压套，所述喷油器本体经由所述喷油器接头被所述喷油器压套压设于所述喷油器孔内的第二台阶上。
进一步地，所述第二凸台由所述喷油器本体的中部沿所述第二台阶横向延伸，所述第二凸台与所述第二台阶相抵。
本发明利用多处配合件使预燃组件与喷油组件之间、预燃组件与点火组件之间，以及点火组件与内燃机缸盖之间的密封和/或缓冲更稳定可靠，同时也使得预燃室的材料选择范围更大，无需担心预燃室本体材料与缸盖材料由于热膨胀系数的不同而产生应力及松动的问题。本发明还通过在预燃室内埋设电热丝，解决了预燃室发动机的低温冷启动困难的问题。在本发明的分体式预燃组件中，各部件间均为可拆卸连接，且高温部位无螺纹连接，消除了高温下螺纹烧结的可能，拆装更为方便，同时本发明中的预燃组件是从内燃机缸盖上方安装的，在发动机运行过程中预燃室不会脱落掉入发动机气缸，在消除可能导致发动机严重损坏的隐患的同时，降低了后期的维修成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明提供的分体式预燃室的示意图。
图2为本发明提供的分体式预燃室的局部放大示意图。
图3为本发明提供的预燃组件的局部放大示意图。
图4为本发明提供的点火组件的局部放大示意图。
图5为本发明提供的喷油组件的局部放大示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。
请参阅图1和图2，本发明的分体式预燃室包括预燃组件1，预燃组件1设于内燃机缸盖52内，主燃室6设于内燃机缸体51内，预燃组件1设于主燃室6上方并与主燃室6连通。分体式预燃室还包括喷油组件2、点火组件3和配合件，喷油组件2和点火组件3设于预燃组件1上方并分别与预燃组件1连通，预燃组件1与喷油组件2之间、预燃组件1与点火组件3之间以及点火组件3与内燃机缸盖52之间均设有配合件。
请一并参阅图3，进一步地，预燃组件1沿纵向设于内燃机缸盖52内并与内燃机缸盖52间隙配合，预燃组件1呈上部直径较大且下部直径较小的纺锤形，其内部为腔体结构，预燃组件1包括预燃室锥面11，预燃室锥面11为预燃组件1的纺锤结构的过渡面，预燃组件1通过预燃室锥面11轴向定位于内燃机缸盖52内，预燃组件1还包括预燃室喷孔12，预燃室喷孔12设于预燃组件1下方的左右两侧，预燃组件1通过预燃室喷孔12与主燃室6进行流体交换，预燃组件1还包括电热丝13，电热丝13埋设于预燃组件1的耐热材料内部。在本实施例中，预燃组件1由氮化硅或耐热钢材料制成，因其高温下强度高，也能抵抗冷热冲击，同时成本较低；电热丝13则埋设于预燃组件1的中下部，电热丝13的引线穿过点火组件3而导出。
具体地，预燃组件1与内燃机缸盖52之间的间隙配合保证了预燃组件1在径向上有一定的浮动量，而通过预燃室组件和内燃机缸盖52之间的锥面配合，又能保证预燃组件1在轴向上的定位。由此形成了在保证预燃组件1的精确定位的同时又可完全消除由于其热膨胀系数与内燃机缸盖52材料的热膨胀系数不同而产生松动或应力的设计，明显提高了预燃组件1的可靠性。
请一并参阅图4，进一步地，点火组件3包括点火装置本体31、点火装置外套32和点火装置压套33，点火装置本体31沿纵向设于内燃机缸盖52的点火装置孔53内，点火装置外套32套设于点火装置本体31外，点火装置压套33将点火装置外套32沿纵向压设于点火装置孔53内的第一台阶531上。点火装置外套32上设有第一凸台34，第一凸台34由点火装置外套32的顶部沿第一台阶531横向延伸，第一凸台34的上表面与点火装置压套33的底部相抵。在本实施例中，点火装置可以为火花塞、电极叉或其他能产生高温的装置，优选为更成熟、更可靠且成本更低的发动机标准火花塞；点火装置外套32的中间设有用于安装点火装置的螺纹孔，该螺纹直径范围可以为6mm至18mm；点火装置压套33与内燃机缸盖52之间可以螺纹连接或法兰连接，便于使用标准工具进行紧固和拆卸，优选为螺纹连接，因为外螺纹结构更简单，配合弹性压紧装置43可以达到紧固和防松的目的，也便于装配和拆卸，降低了后期的维护维修成本。
进一步地，点火组件3和内燃机缸盖52之间设有配合件：第一密封圈41，第一密封圈41垫设于第一凸台34的下表面与第一台阶531之间，缓冲并密封内燃机缸盖52和点火组件3之间的接触面之一，由于第一密封圈41实质上是被点火装置压套33压在第一台阶531上，因此只有当第一密封圈41在压力之下产生轻微形变时，才可确认点火组件3和内燃机缸盖52在该处达成了密封。在本实施例中，第一密封圈41为金属密封垫，其材料可选用铜或者其他可发生形变的耐高温高压金属及金属合金材料，优选为成本较低且弹性模量适中的铜。
进一步地，预燃组件1和点火组件3之间设有配合件：弹性压紧装置43，弹性压紧装置43的上部与点火组件3的下部相抵，弹性压紧装置43的下部与预燃组件1的上部相抵，缓冲并密封预燃组件1和点火组件3之间的接触面之一。弹性压紧装置43的外径小于预燃组件1上端的外径，弹性压紧装置43的内径大于预燃组件1内腔的直径，因此避免了干涉喷油器的油线和电热丝13的引线。另外，弹性压紧装置43也可避免第一密封圈41和预燃室锥面11因点火装置压套33的压力过大而产生的过定位。在本实施例中，弹性压紧装置43可以为弹簧垫圈、柱塞弹簧或滚珠弹簧等，优选为C型弹簧垫圈。
请一并参阅图5，进一步地，喷油组件2包括喷油器本体21、喷油器接头22和喷油器压套23，喷油器本体21插设于内燃机缸盖52的喷油器孔521内，喷油器本体21经由喷油器接头22被喷油器压套23压设于喷油器孔521内的第二台阶5211上。喷油器本体21上设有第二凸台24，第二凸台24由喷油器本体21的中部沿第二台阶5211横向延伸，第二凸台24与第二台阶5211相抵并形成密封。另外，点火装置外套32的下端与喷油器本体21的下端之间设有便于安装的间隙。在本实施例中，喷油器本体21的喷油角度范围相对于点火装置可以为0°至50°，其喷孔的直径可以为0.07mm-0.2mm。
进一步地，喷油组件2和内燃机缸盖52之间设有配合件：第二密封圈42，第二密封圈42套设于喷油器本体21的下部并与喷油器孔521的内壁相抵，密封内燃机缸盖52和喷油组件2之间的接触面之一。在本实施例中，由于喷油器孔521和喷油器本体21之间的间隙本身较小，第二密封圈42为尼龙密封圈，第二密封圈42与喷油器孔521过盈配合。
具体地，在内燃机冷启动时，首先将电热丝13通电加热，将预燃组件1和其内的气体迅速加热至一定温度，再进行内燃机启动，若无对应冷启动需求，也可以直接将内燃机启动。内燃机压缩冲程将缸内流体压入预燃组件1腔体内，喷油器本体21喷射燃油至预燃组件1内，确保点火时点火装置处的可燃混合气保持在理论化学当量比附近，随后点火装置点燃预燃组件1腔体内的可燃混合气，初始火焰的传播使得预燃组件1内的压力逐渐升高，当其内部的压力高于主燃室6内的压力时，随着火焰面延展到预燃室喷孔12，火焰会发生淬息，在预燃组件1内外压力差的作用下，燃烧产生的高温热流和高活性燃烧产物会通过预燃室喷孔12在主燃室6产生射流，进而使主燃室6内的超稀薄混合气发生多点自燃，从而达到加快燃烧速率、提高热效率的效果。
综上，本发明利用多处配合件使预燃组件与喷油组件之间、预燃组件与点火组件之间，以及点火组件与内燃机缸盖之间的密封和/或缓冲更稳定可靠，同时也使得预燃室的材料选择范围更大，无需担心预燃室本体材料与缸盖材料由于热膨胀系数的不同而产生应力及松动的问题。本发明还通过在预燃室内埋设电热丝，解决了预燃式发动机的低温冷启动困难的问题。在本发明的分体式预燃组件中，各部件间均为可拆卸连接，且高温部位无螺纹连接，消除了高温下螺纹烧结的可能，拆装更为方便，同时本发明中的预燃组件是从内燃机缸盖上方安装的，在发动机运行过程中预燃室不会脱落掉入发动机气缸，在消除可能导致发动机严重损坏的隐患的同时，降低了后期的维修成本。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种分体式预燃室，包括预燃组件(1)，所述预燃组件(1)设于内燃机缸盖(52)内，所述预燃组件(1)设于主燃室(6)上方并与所述主燃室(6)连通，其特征在于：所述分体式预燃室还包括喷油组件(2)、点火组件(3)和配合件，所述喷油组件(2)和所述点火组件(3)设于所述预燃组件(1)上方并分别与所述预燃组件(1)连通，所述预燃组件(1)与所述喷油组件(2)之间、所述预燃组件(1)与所述点火组件(3)之间、以及所述点火组件(3)与所述内燃机缸盖(52)之间均设有所述配合件，所述配合件密封和/或缓冲通过其相连的两个组件，所述配合件包括设置于所述点火组件(3)和所述内燃机缸盖(52)之间的第一密封圈(41)、设置于所述喷油组件(2)和所述内燃机缸盖(52)之间的第二密封圈(42)以及设置于所述预燃组件(1)和所述点火组件(3)之间的弹性压紧装置(43)，
所述点火组件(3)包括点火装置外套(32)和点火装置压套(33)，所述点火装置压套(33)将所述点火装置外套(32)沿纵向压设于点火装置孔(53)内的第一台阶(531)上，所述点火装置外套(32)上设有第一凸台(34)，所述第一密封圈(41)垫设于所述第一凸台(34)的下表面与所述第一台阶(531)之间；
所述喷油组件(2)包括喷油器本体(21)，所述喷油器本体(21)插设于内燃机缸盖(52)的喷油器孔(521)内，所述喷油器本体(21)压设于喷油器孔(521)内的第二台阶(5211)上，所述喷油器本体(21)上设有第二凸台(24)，所述第二密封圈(42)套设于所述喷油器本体(21)的下部并与所述喷油器孔(521)的内壁相抵；
所述弹性压紧装置(43)的上部与所述点火组件(3)的下部相抵，所述弹性压紧装置(43)的下部与所述预燃组件(1)的上部相抵。
2.根据权利要求1所述的分体式预燃室，其特征在于：所述预燃组件(1)沿纵向设于所述内燃机缸盖(52)内并与所述内燃机缸盖(52)间隙配合，所述预燃组件(1)呈上部直径大于下部直径且内部为腔体的纺锤形。
3.根据权利要求2所述的分体式预燃室，其特征在于：所述预燃组件(1)还包括预燃室锥面(11)，所述预燃室锥面(11)为所述预燃组件(1)的纺锤结构的过渡面，所述预燃组件(1)通过所述预燃室锥面(11)轴向定位于所述内燃机缸盖(52)内。
4.根据权利要求3所述的分体式预燃室，其特征在于：所述预燃组件(1)还包括预燃室喷孔(12)，所述预燃室喷孔(12)设于所述预燃组件(1)下方，所述预燃组件(1)通过所述预燃室喷孔(12)与所述主燃室(6)进行流体交换。
5.根据权利要求4所述的分体式预燃室，其特征在于：所述预燃组件(1)还包括电热丝(13)，所述电热丝(13)埋设于所述预燃组件(1)的耐热材料内部。
6.根据权利要求1所述的分体式预燃室，其特征在于：所述点火组件(3)包括点火装置本体(31)，所述点火装置本体(31)沿纵向设于所述内燃机缸盖(52)的点火装置孔(53)内，所述点火装置外套(32)套设于所述点火装置本体(31)外。
7.根据权利要求6所述的分体式预燃室，其特征在于：所述第一凸台(34)由所述点火装置外套(32)的顶部沿所述第一台阶(531)横向延伸，所述第一凸台(34)的上表面与所述点火装置压套(33)的底部相抵。
8.根据权利要求1所述的分体式预燃室，其特征在于：所述喷油组件(2)包括喷油器接头(22)和喷油器压套(23)，所述喷油器本体(21)经由所述喷油器接头(22)被所述喷油器压套(23)压设于所述喷油器孔(521)内的第二台阶(5211)上。
9.根据权利要求8所述的分体式预燃室，其特征在于：所述第二凸台(24)由所述喷油器本体(21)的中部沿所述第二台阶(5211)横向延伸，所述第二凸台(24)与所述第二台阶(5211)相抵。
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