CN114439603A - 一种发动机的预燃结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机的预燃结构，属于发动机技术领域。它解决了现有发动机稀薄燃烧工况下存在启动困难的问题。本发动机的预燃结构包括用于供混合气进入和用于供废气排出的主燃室和用于引燃主燃室内的混合气的预燃室，预燃室内穿设有火花塞，且预燃室与主燃室连通，预燃结构还包括用于形成负压的负压模块，预燃室的内壁上开设有与负压模块连通的通气孔，当主燃室进混合气时，负压模块降低预燃室压力使得主燃室内的混合气进入预燃室，当主燃室排废气时，负压模块增大预燃室压力使得预燃室内的废气排出。本发动机的预燃结构具有使得发动机能够在稀薄燃烧的工况下启动，同时保证燃烧废气排出的及时性的优点。

Description

一种发动机的预燃结构

技术领域

本发明属于发动机技术领域，涉及一种发动机的预燃结构。

背景技术

发动机通常通过混合气空气和燃油或者燃气的混合物在发动机内部燃烧来获得动能，而燃油和燃气的难以自燃，需要点火装置点燃。现有内燃式发动机，包括缸体和具有进气通道和排气通道的缸盖，缸体内穿设有能往复运动的活塞，当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、缸盖底面以下形成燃烧室或称主燃室，进气通道和排气通道均能与燃烧室连通，缸盖上设有控制进气通道启闭的进气门、控制排气通道启闭的排气门、用于喷射燃油的喷油器和用于点燃混合气的火花塞。当发动机工作时，喷油器向燃烧室喷射燃油，进气门开启，使得空气与燃油在燃烧室内形成一定比例的混合气，此时火花塞工作以点燃混合气，使得混合气在燃烧室燃烧以带动活塞往复运动。

随着我国日趋严格的油耗法规要求，汽车生产厂商为降低汽车的油耗通常会采用稀薄燃烧，即降低混合气中的燃油比例，但燃油比例的降低会导致火花塞存在无法点燃混合气的情况，以至于发动机存在无法启动的问题，为解决这一问题，现有技术中，在活塞的头部开设引导气体朝火花塞流动的导流槽，并调整喷射器的喷射位置，使喷射器朝导流槽内喷射燃油，以将燃油与空气在导流槽内混合，当导流槽内形成的混合气到达火花塞附近时，火花塞工作以产生火花，借助火花引燃燃烧室其他区域较为稀薄的混合气，例如中国专利文献资料公开了发动机稀薄燃烧装置、控制方法、发动机及汽车申请号：201811267607.0；或者额外设置一个连通燃烧室的预燃室，并将火花塞穿设于预燃室内、在预燃室内通入燃气和空气，当发动机工作时，预燃室内的混合气浓度达到易被火花塞点燃的浓度，当预燃室内的混合气被点然后，所产生的火花会喷射至燃烧室以引燃燃烧室内较为稀薄的混合气，例如中国专利文献资料公开了一种具有夹气喷嘴的预燃系统、内燃机及预燃控制方法申请号：201911378399.6。

可见，现有为解决发动机解决发动机点火困难，普遍采用提高火花塞附近混合气浓度的方式，这其中，额外设置预燃室的方式虽然能够解决发动机启动困难的问题，但一方面因预燃室的体积较小，喷射器直接朝预燃室喷射燃油，会导致燃油撞击预燃室内壁，当发动机工作一段时间后，预燃室已发生破损，另一方面因预燃室在燃烧后无法及时将混合气燃烧所产生的废气及时排出，预燃室内滞留的废气会降低后续预燃室的火花传播速度和燃烧速度。显然，本领域技术人员为解决这一问题容易想到的方式是将已经混合好的混合气通入预燃室，并额外设置供预燃室内废气排出的排气流道，但这无疑会导致发动机的点火系统结构复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种发动机的预燃结构，解决发动机采用稀薄燃烧存在启动困难的问题，同时保证燃烧废气排出的及时性。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种发动机的预燃结构，包括用于供混合气进入和用于供废气排出的主燃室和用于引燃主燃室内的混合气的预燃室，所述预燃室内穿设有火花塞，且预燃室与主燃室连通，其特征在于，预燃结构还包括用于产生负压的负压模块负压腔，所述预燃室的内壁上开设有与负压模块负压腔连通的通气孔，当主燃室进混合气时，负压腔负压模块降低预燃室压力使得主燃室内的混合气进入预燃室，当主燃室排废气时，负压模块增大预燃室压力使得预燃室内的废气排出。

本发动机预燃结构的工作原理分析：因预燃室与主燃室时连通的，故当发动机不工作时，预燃室内的气压与主燃室内的气压是基本一致的，当发动机工作时，混合气进入主燃室，与此同时，负压模块产生负压，使得预燃室内的气体通过通气孔进入负压模块，进而使得预燃室产生负压，即预燃室内的气压低于主燃室内的气压，这使得进入主燃室的混合气同步进入预燃室，且得益于预燃室的小容积，混合气会在小容积的腔室内聚集，使得预燃室内的混合气浓度升高，因火花塞穿设于预燃室内，使得具有较高浓度的混合气聚集在火花塞的周围，便于火花塞将混合气点燃，当混合气在预燃室被点燃后，所产生的火花会容易的点燃主燃烧室内较为稀薄的混合气，当主燃室排气时，主燃室将混合气燃烧所产生的废气排出，与此同时，负压模块产生负压消除负压，使得负压模块内气体通过通气孔进入预燃室，进而使得预燃室产生正压，即预燃室内的气压高于主燃室内的气压，使得预燃室因燃烧所产生的废气排出，以避免滞留的混合气影响预燃室后续较高浓度混合气的形成。从中可知，本申请虽然采用了提高火花塞周围混合气浓度的方式，却采用了不同于现有技术额外往预燃室通入混合气的方式来增加预燃室内的混合气浓度的思路，而是根据预燃室的结构特点增设负压模块，以通过增设负压模块的方式来对预燃室内气压进行调节，以充分利用进入主燃室内的混合气，该结构不仅能增加预燃室内的混合气浓度，还能够将预燃室内的废气及时排出，由此解决现有发动机稀薄燃烧存在启动困难的问题，同时保证燃烧废气排出的及时性。

在上述的发动机的预燃结构中，所述负压模块为压力阀，所述压力阀具有能通过通气孔抽取预燃室气体的负压腔。当混合气进入主燃室，负压腔形成负压，使得预燃室内其气体通过通气孔进入负压腔，预燃室产生负压，进而使得主燃室的混合气进入预燃室；当主燃室排气时，主燃室将混合气燃烧所产生的废气排出，负压腔消除负压，使得负压腔内的气体返流至预燃室，预燃室产生正压，进而使得预燃室内的废气排出至主燃室，由此解决现有发动机稀薄燃烧存在启动困难的问题，同时保证燃烧废气排出的及时性。

在上述的发动机的预燃结构中，发动机包括缸体和具有安装面的缸盖，所述缸体内穿设有能往复运动的活塞，所述活塞、缸体和安装面之间形成上述主燃室，所述安装面上固连有隔离罩，所述隔离罩的内壁与安装面之间形成上述预燃室，且隔离罩上开设有贯穿设置的助燃孔。从中可知，预燃室是位于主燃室内的，该结构便于预燃室与主燃室压力差的建立，以提高主燃室内的混合气进入预燃室的速度，且提高预燃室内废气的排出速度。

在上述的发动机的预燃结构中，所述缸盖上开设有延伸至安装面的进气流道和排气流道，所述隔离罩呈半球状，所述助燃孔的数量至少为两个，部分所述助燃孔靠近进气流道设置，所述通气孔开设于缸盖上，且自连通负压腔的一端至连通预燃室的一端朝进气流道的方向倾斜设置。通过对隔离罩的形状设置和通气孔孔口位置的设置，使得预燃室内气体能够顺畅且较快的进入通气孔，同样气体也能够借助通气孔快速进入预燃室，以此提高压力阀对预燃室内压力的调节速度。进一步来说，通气孔的设置位置是根据隔离罩的形状进行设置的，当通气孔排气时，避免预燃室有供废气滞留的死角，越靠近通气孔孔口位置的气体流速越快，使得气流能够对附着在预燃室内壁上的燃烧产物进行清扫，使得避免燃烧产物占用预燃室的内部空间，保证发动机启动的稳定性。

在上述的发动机的预燃结构中，所述负压腔的容积至少为预燃室容积的两倍，所述通气孔的孔径大于助燃孔的孔径，且小于 2.5mm。通过对预燃室容积的限定，以在发动机工作时，预燃室能够产生足够的负压和正压，保证有足量的混合气进入到预燃室，且预燃室内的废气充分排出。同时，结合对助燃孔孔径的限定，使得混合气能够快速经助燃孔进入预燃室，避免混合气燃烧所产生的热量大量地进入负压腔，保证发动机启动的稳定性。

在上述的发动机的预燃结构中，预燃结构还包括位于进气流道内且用于喷射燃油的喷射器，所述隔离罩位于进气流道在安装面上的口部与排气流道在安装面上的口部之间。因喷射器是位于进气流道内的，可见混合气是在空气经进气流道时混合形成的，故初始进入的混合气浓度会较高，通过将隔离罩设于进气流道的口部与排气流道的口部之间，使得自进气流道口部进入混合气能及时的进入预燃室，且预燃室燃烧所产生的废气能借助主燃室快速排出，避免额外为预燃室设置排气流道。可以看出，本申请还根据对喷射器位置的设置和混合气形成时刻的把控，进一步明确隔离罩的设置位置，在不额外通入混合气的前提下提高预燃室内混合气的浓度，由此提高发动机的启动稳定性和预燃室内废气排出的及时性。

在上述的发动机的预燃结构中，所述安装面为呈圆弧状的凹陷面，所述隔离罩固连于安装面的中部。该结构通过安装面的结构设置，在不影响混合气在主燃室内流动通畅性和不借助缸盖结构的前提下，增大主燃室可供预燃室布置的空间，提高预燃室的容积，以此提高火花塞周围混合气浓度，由此提高发动机的启动稳定性和预燃室内废气排出的及时性。

在上述的发动机的预燃结构中，所述压力阀包括阀体，所述阀体内设有能移动的膜片和能带动膜片回位的弹簧，所述膜片上设有感应衔铁，所述阀体外设有用于接收控制信号使得感应衔铁移动的感应线圈，所述膜片与阀体的内壁之间形成上述负压腔。通过控制器控制感应线圈的通断，使得感应线圈能够较为精准的控制感应衔铁的移动，以通过膜片与阀体内壁之间形成的负压腔大小把控预燃室内的压力，保证预燃室进气和排气的响应及时性。

在上述的发动机的预燃结构中，所述阀体呈长条状，所述负压腔位于阀体的一端，所述膜片靠近负压腔的一侧设有隔热层，所述弹簧的两端分别抵靠感应衔铁的另一侧和阀体的另一端。可见负压腔是阀体结构的一部分，且长条状的结构使得阀体结构规整，有利于对负压腔容积的把控，隔热层避免因负压腔内气体温度过高而对感应衔铁的移动响应造成影响和损坏。

与现有技术相比，本发明提供的一种发动机的预燃结构具有以下优点：

1、发挥预燃室的容积较小的结构特征，通过增设压力阀来建立预燃室与主燃室的压力差，以使得混合气顺畅的进入预燃室，废气不会滞留在预燃室，并且，通过进入预燃室的混合气浓度的累加达到现有常规火花塞的点火浓度，而避免额外向预燃室内通入预燃室和抽取废气的装置，由此提高发动机稀薄燃烧的启动稳定性和废气排出的及时性。

2、通过将隔离罩固定在安装面上，一方面使得预燃室位于主燃室内，另一方面借助安装面呈圆弧状的结构特点，使得预燃室的所处位置与进气流道位于安装面上的口部和排气流道位于安装面上的口部建立关联，使得混合气顺畅的进入预燃室，且预燃室内废气及时的排出至预燃室，由此提高发动机稀薄燃烧的启动稳定性和废气排出的及时性。

3、通过在进气流道内喷射燃料，使得混合气在进气流道内形成，在进气门的一次开启中，初始进入主燃室内的混合气中燃料浓度会高于后续进入混合气中的燃料浓度，通过压力阀让混合气及时进入预燃室，能够进一步提高进入预燃室内的混合气浓度。

附图说明

图1是本发动机预燃结构的示意图。

图2是图1的局部放大图A。

图3是图1的局部放大图B。

图中，1、主燃室；2、预燃室；21、通气孔；3、火花塞；31、点火头；4、负压模块；41、负压腔；42、阀体；43、膜片；431、隔热层；44、弹簧；45、感应衔铁；46、感应线圈；5、缸体；6、缸盖；61、安装面；62、进气流道；63、排气流道；7、活塞；8、隔离罩；81、助燃孔；9、喷射器；10、进气门；11、排气门。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本发动机的预燃结构，发动机包括缸体5和具有安装面61的缸盖6，缸体5内穿设有能往复运动的活塞7，当活塞7运行至上止点时，活塞7的顶面以上，安装面61以下的空间形成用于供混合气燃烧的主燃室1，安装面61上固连有呈半球状的隔离罩8，隔离罩8的内壁与安装面61之间围合形成用于引燃主燃室1内的混合气的预燃室2，隔离罩8上开设有贯穿设置的助燃孔81。缸盖6上开设有延伸至安装面61的进气流道62和排气流道63，发动机还包括能封堵进气流道62在安装面61上的口部的进气门10和能封堵排气流道63在安装面61上的口部的排气门11。

预燃结构还包括位于进气流道62内且用于喷射燃油的喷射器9，隔离罩8位于进气流道62在安装面61上的口部与排气流道63在安装面61上的口部之间。安装面61为圆弧面，隔离罩8 固连于安装面61的中部。

预燃结构还包括能形成负压的负压模块4，本实施例中，负压模块4为压力阀，压力阀具有能通过通气孔21抽取预燃室2 气体的负压腔41，且负压腔41的容积为预燃室2容积的两倍，实际生产中，负压模块4还可以为现有负压发生器，并在负压发生器上增设能通过通气孔21抽取预燃室2气体的负压腔41，负压腔41的容积为预燃室2容积的两点五倍或者三倍。安装面61 上开设有连通负压腔41和预燃室2且孔径小于2.5mm的通气孔 21，通气孔21的孔径大于助燃孔81的孔径，且通气孔21位于火花塞3与排气流道63之间，通气孔21的轴线平行于隔离罩8的切线，通气孔21靠近隔离罩8的一端的孔口位于隔离罩8的边沿。本实施例中，助燃孔81的数量为两个，实际生产中，助燃孔81 的数量可以为四个或者三个。缸盖6上竖直穿设有点火头31位于预燃室2内的火花塞3，一个助燃孔81位于点火头31与进气流道62之间，另一助燃孔81位于点火头31与排气流道63之间。

压力阀包括呈长条状的阀体42，阀体42内设有能移动的膜片43和能带动膜片43回位的弹簧44，膜片43靠近负压腔41的一侧设有隔热层431，且膜片43的另一侧设有感应衔铁45，弹簧 44的两端分别抵靠感应衔铁45和阀体42的一端，膜片43与阀体42的内壁之间形成上述负压腔41，阀体42外设有用于接收控制信号使得感应衔铁45移动的感应线圈46。

当发动机工作时，空气进入进气流道62，喷射器9喷射燃油，使得混合气在进气流道62内形成，进气门10开启使得混合气进入主燃室1，与此同时，压力阀开始工作，感应线圈46通电，感应衔铁45带动膜片43克服弹簧44的弹力沿阀体42的长度方向移动，使得预燃室2内的气体进入负压腔41，且活塞7随之下移，使得预燃室2内的压力尽可能的低于主燃室1内的压力，进而使得自进气门10进入的混合气快速进入预燃室2，混合气浓度增加，且在火花塞3的点火头31周围聚集，使得预燃室2内的混合气浓度能迅速到达火花塞3的点火浓度，而后火花塞3工作，使得预燃室2内的混合气被点燃，预燃室2内所产生的火花通过助燃孔81喷射至主燃室1，使得主燃室1内较为稀薄的混合气能够被快速引燃，主燃室1内的混合气燃烧后，排气门11开启，此时压力阀开始工作，感应线圈46断电，弹簧44通过感应衔铁45带动膜片43回位，使得负压腔41的容积减小，使得预燃室2内的压力尽可能的高于主燃室1内的压力，使得预燃室2内因燃烧所产生的废气快速经主燃室1从排气流道63排出。其中，现有进气门的开启和关闭都是由于ECU控制的，而当进气门开启时，混合气由主燃室进入，本申请中可借助与ECU对进气门开启时刻的控制，以把控感应线圈46的通断，使得压力阀对预燃室的压力进行调节。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了主燃室1、预燃室2、通气孔21、火花塞3、点火头31、负压模块4、负压腔41、阀体42、膜片43、隔热层431、弹簧44、感应衔铁45、感应线圈46、缸体5、缸盖6、安装面61、进气流道62、排气流道63、活塞7、隔离罩8、助燃孔81、喷射器9、进气门10、排气门11等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种发动机的预燃结构，包括用于供混合气进入和用于供废气排出的主燃室(1)和用于引燃进入主燃室(1)内的混合气的预燃室(2)，所述预燃室(2)内穿设有火花塞(3)，且预燃室(2)与主燃室(1)连通，其特征在于，预燃结构还包括用于形成负压的负压模块(4)，所述预燃室(2)的内壁上开设有与负压模块(4)连通的通气孔(21)，当主燃室(1)进混合气时，负压模块(4)降低预燃室(2)压力使得主燃室(1)内的混合气进入预燃室(2)，当主燃室(1)排废气时，负压模块(4)增大预燃室(2)压力使得预燃室(2)内的废气排出。

2.根据权利要求1所述的一种发动机的预燃结构，其特征在于，所述负压模块(4)为压力阀，所述压力阀具有能通过通气孔(21)抽取预燃室(2)气体的负压腔(41)。

3.根据权利要求1或2所述的一种发动机的预燃结构，其特征在于，发动机包括缸体(5)和具有安装面(61)的缸盖(6)，所述缸体(5)内穿设有能往复运动的活塞(7)，所述活塞(7)、缸体(5)和安装面(61)之间形成上述主燃室(1)，所述安装面(61)上固连有隔离罩(8)，所述隔离罩(8)的内壁与安装面(61)之间形成上述预燃室(2)，且隔离罩(8)上开设有贯穿设置的助燃孔(81)。

4.根据权利要求3所述的一种发动机的预燃结构，其特征在于，所述缸盖(6)上开设有延伸至安装面(61)的进气流道(62)和排气流道(63)，所述隔离罩(8)呈半球状，所述助燃孔(81)的数量至少为两个，部分所述助燃孔(81)靠近进气流道(62)设置，所述通气孔(21)开设于缸盖(6)上，且自连通负压腔(41)的一端至连通预燃室(2)的一端朝进气流道(62)的方向倾斜设置。

5.根据权利要求2所述的一种发动机的预燃结构，其特征在于，所述负压腔(41)的容积至少为预燃室(2)容积的两倍，所述通气孔(21)的孔径大于助燃孔(81)的孔径，且小于2.5mm。

6.根据权利要求4所述的一种发动机的预燃结构，其特征在于，预燃结构还包括位于进气流道(62)内且用于喷射燃油的喷射器(9)，所述隔离罩(8)位于进气流道(62)在安装面(61)上的口部与排气流道(63)在安装面(61)上的口部之间。

7.根据权利要求6所述的一种发动机的预燃结构，其特征在于，所述安装面(61)为呈圆弧状的凹陷面，所述隔离罩(8)固连于安装面(61)的中部。

8.根据权利要求2或5所述的一种发动机的预燃结构，其特征在于，所述负压模块(4)包括阀体(42)，所述阀体(42)内设有能移动的膜片(43)和能带动膜片(43)回位的弹簧(44)，所述膜片(43)上设有感应衔铁(45)，所述阀体(42)外设有用于接收控制信号使得感应衔铁(45)移动的感应线圈(46)，所述膜片(43)与阀体(42)的内壁之间形成上述负压腔(41)。

9.根据权利要求8所述的一种发动机的预燃结构，其特征在于，所述阀体(42)呈长条状，所述负压腔(41)位于阀体(42)的一端，所述膜片(43)靠近负压腔(41)的一侧设有隔热层(431)，所述弹簧(44)的两端分别抵靠感应衔铁(45)的另一侧和阀体(42)的另一端。

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