CN115023541A - 具有反向燃烧的阀控点火预燃室 - Google Patents

Abstract

具有反向燃烧的阀控点火预燃室(1)包括分层腔(6)，先导装料注入器(32)通入所述分层腔中，所述腔(6)通过分层管道(7)连接到内燃机的燃烧室(5)，当通过分层阀(13)打开时，所述分层管道与所述燃烧室形成火炬点火预燃室，同时包含点火先导装料(27)和收容点火装置(11)的逆变器外壳(93)容纳在所述分层腔(6)中，所述逆变器外壳与所述分层腔形成后期燃烧空间，所述外壳(93)包括主喷射喷嘴(94)，所述主喷射喷嘴可以在所述分层管道(7)的方向上传输预点火火炬，由所述火炬扫掠的空间形成早期燃烧空间。

Description

具有反向燃烧的阀控点火预燃室

本发明涉及一种具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，所述阀点火预燃室被设计成为具有火花点火的内燃热机提供高能量效率。

本发明形成了对阀点火预燃室的改进，所述阀点火预燃室是2017年1月12日的专利申请FR 17 50264的主题，所述专利申请于2018年7月13日公开，编号为FR 3,061,743并且由本申请人所有。

根据申请FR 17 50264的所述预燃室的目的是确保通过火花点火对先前引入到热力内燃机的燃烧室中的主装料进行点火。

为此，所述预燃室可以将点火火炬释放到所述燃烧室中。所述火炬在其路径中产生强烈湍流，同时释放显著量的热量。

此点火模式允许主装料被空气或烟气大大稀释，而不会损害所述装料的燃烧质量。

稀释主装料允许提高内燃机的平均效率，特别是因为所述内燃机然后在低负载下产生较少泵气损失。另外，一旦稀释，主装料在其燃烧期间平均温度较低，并且向燃烧室的内壁传递的热量更少。最后，当所述装料用空气稀释时，构成所述装料的气体的热力学系数(也称为“γ系数”)对效率更有利。

如果主装料被非反应性废气稀释，对发动机爆震的敏感性就会降低。因此，可以提高所述发动机的压缩比，这提高了所述发动机的效率。用废气稀释主装料也有助于在稀释的情况下保持其化学计量，并且有助于使用已知的三效催化剂对由发动机产生的氮氧化物进行后处理。从技术和经济角度来看，这是非常有利的，因为用于对在过量氧气中运转的氮氧化物进行后处理的装置既复杂又昂贵。

根据专利申请FR 17 50264的阀点火预燃室的目的也是引起主装料快速燃烧。快速燃烧所述装料有利于热机的效率，因为等容燃烧在理论上是理想的，所述等容燃烧产生气体的最大有效体积膨胀比。

根据申请FR 17 50264，可以通过阀点火预燃室获得快速燃烧，而无需在将主装料引入到燃烧室中时使其移动。

通常在汽车汽油发动机的燃烧室中产生的主装料移动被称为“滚流”、“涡流”和“挤流”。这些移动确保在点火由火花塞触发时以及在所述火花塞的区域中保留足够的残余湍流，所述湍流对于获得主装料的快速燃烧速率至关重要。

虽然所述移动确实增加了燃烧速率，但其的缺点是迫使在主装料与燃烧室的内壁之间进行热交换。然而，这些交换不利地影响内燃机的效率。

热气体的湍流火炬点火确保主装料快速燃烧，而无需使主装料移动。由点火火炬产生的湍流是强烈的、局部的和短暂的，并且仅最低限度地迫使在主装料与燃烧室的内壁之间进行热交换。

这构成了湍流火炬释放预燃室点火的另外的优点，所述点火在效率上比在大量生产的汽车火花点火内燃机中发现的单个火花塞的点火效率更高。

此外，刚刚描述的优点不仅由根据专利申请FR 17 50264的阀点火预燃室提供，而且通常由点火预燃室提供。

这些益处非常重要，以致于自二十世纪初以来，许多研究计划都致力于点火预燃室，自20世纪70年代以来，汽车发动机的研发计划得以加强。

然而，迄今为止开发的预燃室尚不适用于大量生产的汽车发动机。

这就是专利申请FR 17 50264中描述的发明不同于现有技术之处，因为在收容主装料的受控火花点火的情况下，其保证了在内燃热机的整个工作范围内稳定、精确且高效的主装料点火。为了能够大量生产具有预燃室点火的汽车发动机，这些条件是必要的。

为了实现此结果，专利申请FR 17 50264中描述的阀点火预燃室包括布置在内燃机的气缸盖中的层压腔。所述腔通过层压管道连接到所述发动机的燃烧室。

层压腔一方面收容本身已知的火花塞，并且另一方面收容先导装料注入器，所述先导装料注入器可以将先前通过压缩加压的先导装料注入到所述腔中。

所述先导装料由易燃的燃烧剂-燃料混合物组成，这与形成主装料并且由于其被空气或燃烧气体稀释而更耐燃烧的燃烧剂-燃料混合物不同。先导装料的点火由火花塞产生的电弧触发。

根据专利申请FR 17 50264的本发明与现有技术的主要区别在于其包括层压阀，根据其位置，所述层压阀关闭层压管道或打开所述管道以与所述管道形成火炬点火预燃室。

当层压阀形成所述火炬点火预燃室时，所述火炬点火预燃室一方面与层压腔连通，并且同时另一方面通过气体喷射孔口与热机的燃烧室连通。

根据专利申请FR 17 50264，层压阀的位置主要由内燃热机的层压腔中占主导的压力与燃烧室中占主导的压力之间的压力差来控制。

以此方式构成的专利申请FR 17 50264的阀点火预燃室解决了与点火预燃室相关联的许多问题。

事实上，根据现有技术的被动点火预燃室或主动点火预燃室目前主要保留用于以固定速度和负载运行的大排量工业发动机。所述预燃室尚不适用于以可变速度和负载运行的大量生产的汽车发动机。

然而，点火预燃室具有以低成本减少汽车的燃料消耗和二氧化碳释放并解决道路运输的环境挑战和能源挑战的强大潜力。

此外，为了满足生产具有点火预燃室的汽车发动机的已确定但仍未满足的需要，根据专利申请FR 17 50264的阀点火预燃室具有在机动车辆火花点火发动机中有效实施预燃室点火所必需的特性，所述机动车辆火花点火发动机众所周知地在可变速度和负载下运行。

以所述阀点火预燃室为特征的层压阀尤其禁止混合由难以点燃的气体混合物组成的主装料与由易于点燃的气体混合物组成的先导装料。因此，先导装料保持完整且高度易燃，并且在所有情况下都可以确保主装料快速且几乎完全燃烧。

根据专利申请FR 17 50264，预先制备先导装料，之后通过先导装料注入器以气态将其注入到层压腔中，只要这提高了热机的效率而不损害先导装料的易燃性，就可以毫无保留地用空气和/或烟气稀释主装料。

这种决定性优势源自以下事实，即在阀点火预燃室的先导装料填充期间，层压阀关闭层压管道并隔离发动机燃烧室的层压腔，然后在点燃主装料时形成火炬点火预燃室，以在所述燃烧室中释放点火火炬。

先导装料的这种保持的完整性对于其燃烧稳定性将是决定性的，以确保在所有情况下点火火炬释放到发动机的燃烧室中发生在适当的时间，在循环到循环之间具有最小的时间离散。

另外，专利申请FR 17 50264中描述的发明允许由先导装料注入器引入到层压腔中的先导装料的量可自由调节。因此可以使释放的点火火炬的功率适应内燃机的速度和负载以及其主装料的稀释比。这种新的可能性使得在所有情况下都可以最大化发动机的效率。

总之，作为专利申请第3 061 743号的主题的阀点火预燃室与根据现有技术的点火预燃室的不同之处在于，其确保了无论内燃机的速度和负载如何，主装料点火的时间稳定性，所述点火的功率可自由调节并可适应用主装料的空气或再循环废气稀释的速率，并且这与所述发动机所消耗的液体或气体燃料无关。

应当注意，作为一种改进，层压阀可以有利地通过永磁体或电磁体在其座上磁性返回，这在2018年9月10日的专利申请第18 58111号中描述的标题为“磁阀返回装置(magnetic valve return device)”的发明的应用中，所述专利申请由本申请人所有。

当在前述应用中提供电磁体时，使以下成为可能：首先，根据热机的速度，使层压阀朝向其阀关闭座返回或不返回以关闭或不关闭层压导管，并且其次调节使所述阀返回到所述座的力。

所述阀在其座上的返回力的此调节尤其可以保证收容阀点火预燃室的火花点火内燃机的快速冷启动。这是一项重大进步，因为有问题的冷启动是在大量生产的汽车发动机上采用点火预燃室的主要障碍之一。

除其它外，调节返回阀座的层压阀的力允许在其包含的先导装料点火之前调节在阀点火预燃室中达到的压力。

例如，此调节使得不超过饱和蒸汽压成为可能，超过所述饱和蒸汽压，先导装料中包含的汽油的一部分冷凝并返回到液相达到无法再通过由火花塞产生的火花点燃装料的程度。

确保不超过此压力意味着在所有情况下，并且特别是在寒冷和低温下保证内燃机的启动。

层压阀在其阀关闭座上的返回力的调节还使得可以不再通过先导装料注入器将先导装料引入到点火预燃室中，所述先导装料注入器保持关闭，但通过气体喷射孔口，所述先导装料然后由构成在此阶段期间未稀释的主装料的气体形成。

此后者策略尤其允许在长时间关闭后快速重新启动热机，特别是通过在启动所述发动机后的前几秒期间可以省去专利申请FR 17 50264中描述的压缩装置，并且只要所述装置尚不能将先导装料递送到阀点火预燃室中。

尽管根据专利申请FR 17 50264的阀点火预燃室具有许多优点，无论是否用根据专利申请第18 58111号的电磁阀返回装置完成，所述预燃室的架构缺点是，在先导装料通过气体喷射孔口喷射到发动机的燃烧室之前，不太有利于先导装料的完全燃烧。

事实上，在内燃机的气缸盖中植入阀预燃室的几何约束要求火花塞远离气体喷射孔口定位，所述火花塞更经常地定位成与所述孔口相对。对于汽车中使用的紧凑型发动机来说更是如此。

由于此布置，当先导装料在层压腔中由火花塞开始燃烧时，所述装料的大部分以尚未燃烧且无法点燃主装料的新鲜气体的形式喷射到发动机的燃烧室中。

事实上，在层压腔中，火花塞附近的气体首先自然燃烧。随着所述气体的温度升高，其体积也增加，而其密度降低。所述气体的体积膨胀驱动包含在层压管道中并位于所述孔口附近的未燃烧气体离开预燃室并通过气体喷射孔口。

因此火焰必须从火花塞发展到气体喷射孔口，使得能够点燃主装料的第一热气体最终通过所述孔口喷射。

最后，只有一小部分在被火花塞点燃时驻留在阀点火预燃室中的先导装料以点火火炬的形式从所述预燃室排出，所述点点火炬由适合于点燃主装料的热气体组成。

相反，如果燃烧将从位于气体喷射孔口附近的气体开始，则整个先导装料将以热气体的形式喷射到发动机的燃烧室中，从而使所述装料具有更高的点火功率。但情况并非如此。

根据专利申请FR 17 50264，火花塞的位置所施加的燃烧方向的反作用性质对阀预燃室的点火效率非常有害。

在所述申请中描述的本发明的特定上下文中，火花塞必然定位成与火炬的排放孔口相对的事实可能确实导致发动机的燃烧室中的主装料不点火。

鉴于层压阀和与其配合的先导装料注入器的特定操作，尤其是如果引入到点火预燃室中的先导装料证明不足而不能将其增加，则可能会发生这种情况。

因为当先导装料被点燃时，由于层压阀，先导装料的压力低于主装料的压力。因此，为了使点火预燃室在燃烧室中释放点火火炬，在先导装料燃烧之后，层压室中的压力必须升高到足以达到并然后超过发动机的燃烧室中的压力。

如果由于此超过，构成先导装料的过量气体以未燃烧的形式在燃烧室中释放，则可能无法在燃烧室中释放由高温烟气形成的热点火火炬。

即使没有达到这种极端情况，在所有情况下，火焰的开始由轴向定位成与火炬的喷射孔口相对的火花塞引发，喷射到发动机的燃烧室中的气体的平均温度会降低，当点火火炬通过所述孔口喷射时，预燃室与所述燃烧室之间的压力差也是如此。

因此，所产生的点火火炬在穿透热机燃烧室的三维空间方面效率较低，从而产生较低的主装料局部湍流并且释放较少的点火热能。

根据专利申请FR 17 50264的点火预燃室中固有的另一个问题是在燃烧室中释放的不同点火火炬之间观察到的功率不平衡。

事实上，当先导装料由火花塞点燃时，由于层压腔和与其配合的层压管道的尺寸较小，由火花塞产生的先导装料燃烧会在层压管道中产生温度不均匀性。

所述不均匀性导致所释放的点火火炬之间的温度差异，并且因此导致从一个点火火炬释放到另一个点火火炬的气体粘度的差异。

这些差异导致所释放的点火火炬之间存在显著的功率差异，这不利于发动机燃烧室中燃烧的协调发展。

事实上，燃烧室的某些区域比其它区域燃烧得更慢，并且因此对爆震更敏感，并且产生更多的未燃烧气体和污染物。

这会损害热机的效率和其清洁度两者，由于刚刚描述的不平衡，其污染释放量会增加。

为了弥补这些缺点，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室主要倾向于逆转燃烧在先导装料中的传播方向，使得所述燃烧的很大一部分在层压管道中并且在气体喷射孔口的附近开始，然后朝向层压腔上升，并且这不会对火花塞的位置产生疑问。

同样，为了使释放到燃烧室中的不同点火火炬的温度均匀化，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室允许在层压管道中的先导装料均匀燃烧。

因此，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室尤其允许：

·大幅限制由发动机燃烧室中的阀点火预燃室以未燃烧气体形式释放的先导装料的部分；

·提高由发动机燃烧室中的阀点火预燃室释放的点火火炬的平均温度，并且因此提高所述火炬在点燃主装料时的效率；

·消除任何因层压阀和先导装料注入器的特殊操作使得在发动机燃烧中不可能释放由热气体组成的点火火炬而导致无法点燃主装料的风险；

·显著减少阀点火预燃室中先导装料的燃烧时间，这具有减少从所述燃烧产生的热气体输出到所述预燃室的内壁的热量的效果；

·在先导装料中所含能量相同的情况下，在先导装料燃烧期间增加阀点火预燃室与发动机燃烧室之间的压力差，并且使在所述燃烧室中释放的点火火炬更具穿透性和湍流；

·为了相同的主装料点火效率，减少要注入到阀点火预燃室中的先导装料的量；

·平衡由火炬预燃室释放到燃烧室中的点火火炬的功率，包含限制火炬之间的最大温差。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室旨在通过大量生产廉价制造，以保持与其所针对的包含汽车的大多数应用的经济约束兼容。

可以理解，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室可以应用于任何类型的任何旋转或往复式内燃机，无论其消耗的气体、液体或固体燃料，也无论其主装料是否用先前冷却或未冷却的废气、用任何类型的中性气体或用富氧气体或任何其它燃烧剂稀释。

还应理解的是，旨在点燃任何配备有根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室的火花点火发动机的主装料的先导装料可以含有不同于构成主装料的燃料和/或燃烧剂的燃料和/或燃烧剂。

提供了用于内燃机的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，所述内燃机具有覆盖气缸以形成燃烧室的气缸盖，可以在所述燃烧室中燃烧主装料，所述预燃室包括：

·至少一个层压腔，所述层压腔布置在所述气缸盖中并且通过层压管道连接到所述燃烧室；

·先导装料注入器，所述先导装料注入器通入所述层压腔中以向其中注入由易燃的燃烧剂-AF燃料混合物组成的先导装料；

·层压阀，所述层压阀可以关闭所述层压管道，使得所述层压管道不再与所述燃烧室连通，或者打开所述管道以与所述层压管道形成火炬点火预燃室，所述火炬点火预燃室一方面通过所述层压管道与所述层压腔连通，并且同时另一方面通过至少一个气体喷射孔口与所述燃烧室连通，以便将点火火炬释放到所述室中；

·容纳在所述层压腔中的至少一个逆变器壳体，所述壳体在其自身与所述腔之间形成后期燃烧体积，同时可以将点火先导装料引入到所述壳体中；

·点火装置，所述点火装置通入所述逆变器壳体内部以点燃所述点火装料；

·将所述逆变器壳体的所述内部与所述层压腔的内部连接的至少一个主喷射喷嘴，所述喷嘴在所述点火先导装料燃烧期间产生可以全部或部分穿透到所述层压管道中的预点火火炬，由所述火炬扫掠的体积构成早期燃烧体积。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括由点火火花塞的正电极和负电极组成的点火装置。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包含与火花塞成一体的逆变器壳体。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括点火装置，所述点火装置由火花塞的正电极组成，所述逆变器壳体的内壁构成负电极。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括在所述逆变器壳体的所述内壁与位于所述主喷射喷嘴附近的所述正电极之间的较小的存在距离。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括形成环形室的所述逆变器壳体的内部。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括主喷射器喷嘴，所述主喷射器喷嘴依次并在所述逆变器壳体的出口方向上包括收敛部、喉部和发散部。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包含主喷射器喷嘴，所述主喷射器喷嘴终止于喷嘴延伸部，所述喷嘴延伸部形成突起部以使所述逆变器壳体的外表面在所述层压管道的方向上延伸。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括主喷射喷嘴，所述主喷射喷嘴相对于所述层压腔的纵轴偏心。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括主喷射喷嘴，所述主喷射喷嘴完全或部分地相对于所述层压腔的内壁切向地定向。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括至少一个二次喷射喷嘴，所述二次喷射喷嘴将所述逆变器壳体的所述内部与所述层压腔的所述内部连接，所述喷嘴能够将二次湍流火炬释放到所述后期燃烧体积中。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括二次喷射喷嘴，所述二次喷射喷嘴相对于所述层压腔的所述内壁大致切向地定向。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括所述逆变器壳体的内部体积加所述层压管道的内部体积，所述逆变器壳体的内部体积加所述层压管道的内部体积小于由所述层压腔(包含所述逆变器壳体的内部体积)和所述层压管道一起形成的总内部体积的一半。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室包括层压阀，所述层压阀由磁性材料制成，而与所述气缸盖成一体的磁场源产生磁场，所述磁场吸引所述阀并趋于保持其压靠所述层压管道的末端以关闭所述层压管道。

以下描述结合附图并作为非限制性实例提供将允许更好地理解本发明、其特性以及本发明可能提供的优点：

[图1]是根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室的示意性剖面图，因为所述阀点火预燃室可以安装在内燃机中，逆变器壳体与火花塞成一体。

[图2]是根据本发明和根据图1所示的实施例的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室的示意性特写剖面图，重点是火花塞、层压腔和层压通道。

[图3]是根据本发明和根据图1中所示的实施例的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室的示意性特写剖面图，重点是火花塞、层压腔和层压通道，并且其展示了当包含在逆变器壳体中的点火先导装料被火花塞点燃时所述阀点火预燃室的操作。

[图4]是根据本发明和根据图1中所示的实施例的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室的特写示意性剖面图，重点是火花塞、层压腔和层压管道，并且其展示了在点火装料已经通过喷射喷嘴从逆变器壳体部分喷射之后所述点火预燃室的即刻操作，其中燃烧扩散到包含在层压腔和层压管道中的整个先导装料。

[图5]是特写示意性剖面图，重点是逆变器壳体，并且示出了根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室的变体，根据所述变体，喷射喷嘴包括收敛部、喉部和发散部，并且终止于喷嘴延伸部，所述喷嘴延伸部形成突出部以使逆变器壳体的外表面在气体喷射管道的方向上延伸。

[图6]是根据本发明的可以配置内燃机的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室的剖面图，所述预燃室通过插入件容纳在所述发动机的气缸盖中，逆变器壳体与火花塞成一体，并且层压阀通过由永磁体产生的磁场保持压靠气体喷射管道的末端。

[图7]是根据本发明、根据图6所示的变体的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室的三维剖面图。

[图8]是图6所示的插入件的三维剖面图，所述插入件具体地收容火花塞和层压阀，同时先导装料注入器通入布置在所述插入件中的层压腔中，火花塞点火与剖视图中所示的逆变器壳体成一体，并且包括释放预点火火炬的主喷射喷嘴以及两个二次喷射喷嘴，所述二次喷射喷嘴各自释放二次湍流火炬。

具体实施方式

图1到图8示出了根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1、其组件、其变体和其配件的各种细节。

如在图1和图7中可以看出，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1容纳在内燃机2的气缸盖3中，所述气缸盖3覆盖气缸4以与活塞31形成燃烧室5。

如图1到图4以及图6和图7所示，主装料30可以被引入到燃烧室5中。

图1到图8示出了根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1具有至少一个层压腔6，所述层压腔布置在气缸盖3中并且通过层压管道7连接到燃烧室5。

图1到图8还示出了先导装料注入器32通入层压室6中以向其中注入由高度易燃的燃烧剂-AF燃料混合物组成的先导装料9。

图1到图4和图6到图8示出了根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1包含层压阀13，所述层压阀可以关闭层压管道7，使得层压管道不再与燃烧室5连通，或者打开所述管道7以与所述层压管道形成火炬点火预燃室23，所述火炬点火预燃室一方面通过所述层压管道7与所述层压腔6连通，并且同时另一方面通过至少一个气体喷射孔口24与所述燃烧室5连通，以便在所述室5中释放点火火炬29。

在图1到图8中可以看到根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的逆变器壳体93，所述壳体93包含在层压腔6中并且在其与所述腔6之间形成后期燃烧体积100，而点火先导装料27可以被引入到所述壳体93中。

应当注意，作为根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的特定实施例，点火先导装料27可以通过主喷射喷嘴94引入到逆变器壳体93中，由此当由先导装料注入器32或点火装料注入器(未示出)将所述装料27引入到所述壳体93中时，从先导装料9中减去所述装料，所述点火装料注入器可以将所述装料27注入所述壳体93中，例如通过布置到火花塞12的基部中并通过导管连接到所述注入器的一个或多个径向孔，与专利申请WO2013/117857A3中描述的装置类似，所述专利申请的原始法国申请已由本申请人提交。

可以在图1到图8中看到包括根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的点火装置11，所述装置11通入逆变器壳体93中以点燃点火装料27，并且可以由火花塞12、激光束、微波或等离子源或本领域技术人员已知的任何类型的点火装置组成。

图1到图8还示出了主喷射喷嘴94，所述主喷射喷嘴包括根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1，所述喷嘴94将逆变器壳体93的内部与层压腔6的内部连接。

在图3中可以看出，在点火先导装料27燃烧期间，主喷射喷嘴94产生预点火火炬33，所述预点火火炬可以全部或部分穿透到层压管道7中，由所述火炬33扫掠的体积构成早期燃烧体积101。

作为替代方案，主喷射喷嘴94可以相对于层压管道7的纵轴基本上偏心，以将由点火先导装料27燃烧产生的热气体间接引导到所述管道7中。还应注意，一个或多个另外的主喷射喷嘴94可以制成并定向在各个其它方向上。

应当注意，基于根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的特定实施例，点火装置11可以由火花塞12的正电极95和负电极96组成。

作为根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的特定实施例，火花塞12的正电极95和负电极96可以大致共面，其方式与本身已知的半表面放电火花塞的电极相同。

这允许通过主喷射喷嘴94引入到逆变器壳体93中的新鲜气体直接喷涂到电极95、96上，并且防止在正电极95与逆变器壳体93的内壁之间产生火花。

应当注意，如图1到图8所示，逆变器壳体93可以与火花塞12成一体，所述壳体93通过螺纹连接、焊接、压接或技术人员已知的任何其它附接方式附接到所述火花塞12的前部。

图1到图8示出点火装置11可以由火花塞12上的正电极95组成，逆变器壳体93的内壁构成负电极96。在这种情况下并且作为根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的设计的变体，可以提供至少一个销或突出部，所述销或突出部从逆变器壳体93的内壁伸出并且足够靠近正电极95以确保点火火花总是发生在所述正电极95与所述销或突出部之间。

图1到图8还示出，有利地，逆变器壳体93的内壁与正电极95之间的最小距离可以位于主喷射喷嘴94附近，使得当高压电流施加到正电极95时，在所述电极95与所述附近之间产生火花，所述火花具有在所述附近处引发点火先导装料27燃烧并迫使逆变器壳体93中包含的构成点火先导装料27的大多数气体在通过主喷射喷嘴94从所述壳体93中排出之前燃烧的效果。

因此，点火先导装料27点燃包含在层压腔6和层压管道7中的先导装料9的能力增加。

基于根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的特定实施例，可以用电绝缘涂层部分覆盖逆变器壳体93的内壁，以避免在主喷射喷嘴94的附近以外的区域形成火花。在这种情况下，逆变器壳体93的内壁与正电极95之间存在的最小距离可能不再位于主喷射喷嘴94的附近。

在图1到图8中，可以注意到逆变器壳体93的内部可以形成环形室34，所述环形室可以可理解地设计为超环面的、漏斗形的、或多或少扁平的或壶腹形的，或者具有任何旋转形式。

图5示出了主喷射喷嘴94可以依次并在从逆变器壳体93离开的方向上包含收敛部97、喉部98和发散部99。

这种特定配置使得当构成起始先导装料27的气体通过主喷射喷嘴94从逆变器壳体93喷射时，可以使所述气体加速，可能是以超声速，这是简单的孔口所不允许的，并且允许所述气体尽可能深入地穿透到层压管道7内部。

另外，图5示出了主喷射喷嘴94可以终止于喷嘴延伸部28，所述喷嘴延伸部形成突起部以使逆变器壳体93的外表面在层压管道7的方向上延伸。

观察到喷嘴延伸部28增加了后期燃烧体积100，同时减少了早期燃烧体积101，这通过使主喷射喷嘴94的出口更靠近层压管道7或甚至通过在所述管道7中或多或少深入地引入所述出口进行。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的这种特定配置提高了预点火火炬33在点燃包含在层压腔6中的尚未燃烧的部分之前点燃包含在层压管道7中的先导装料9的部分的效率。

应当注意，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1，主喷射喷嘴94可以相对于层压腔6的纵轴偏心，以产生呈辊形式的湍流气体运动，也称为“滚流”，所述移动在由所述喷嘴94释放预点火火炬33期间发生在层压腔6中。

可替代地，主喷射喷嘴94也可以完全或部分地相对于层压腔6的内壁切向地定向，以提供其含有呈陀飞轮形式的湍流移动的气体，也称为“涡流”，当预点火火炬33由主喷射喷嘴94释放时，所述移动发生在层压腔6中。

如图8所示，可以设置至少一个二次喷射喷嘴102，所述二次喷射喷嘴将逆变器壳体93的内部与层压腔6的内部连接，所述喷嘴102能够在后期燃烧体积100中释放二次湍流火炬103，所述二次湍流火炬具有加速所述体积100中包含的先导装料9的部分燃烧的效果。

此外，图8示出二次喷射喷嘴102可以相对于层压腔6的内壁切向地定向，这具有产生呈陀飞轮形式的湍流移动的效果，称为“涡流”，所述移动一方面在通过二次喷射喷嘴102用点火先导装料27填充逆变器壳体93期间发生在所述逆变器壳体中，并且另一方面当所述喷嘴102在所述腔6中释放二次湍流火炬103时发生在层压腔6中。

应当注意，基于根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1，逆变器壳体93的内部体积加层压管道7的内部体积可以有利地代表小于由层压腔6(包含逆变器壳体93的内部体积)和层压管道7一起形成的总内部体积的一半。

如图1、图2、图6、图7和图8所示，层压阀13可以由磁性材料43制成，而附接到气缸盖3的磁场源44产生磁场，所述磁场吸引层压阀13并趋向于保持其压靠层压管道7的末端以关闭层压管道7。

作为图1、图2、图6、图7和图8中所示的非限制性实例，磁场源44可以是永磁体53，然而所述永磁体可以有利地被由计算机控制的电磁体替代。

发明操作

通过查看示出本发明的非限制性实施例的实例的图1到图8，可以容易地理解根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的操作。

特别是在图1和图7中，可以看出具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1布置在内燃机2的气缸盖3中，所述内燃机代表根据本发明的所述预燃室1的主要应用领域。

在图1和图7中可以看出，气缸盖3覆盖气缸4以与活塞31一起形成燃烧室5，主装料30可以引入到所述燃烧室中，而先导装料9可以通过先导装料注入器32引入到层压腔6中。

应注意，在图4中，当层压阀13已经打开层压管道7以与其形成火炬点火预燃室23时，层压腔6通过所述管道7并且通过气体喷射孔口24与燃烧室5连通，所述气体喷射孔口通过预燃室前部75通入所述室5中，以便将点火火炬29释放到所述室5中。

还应注意，在图1到图8中，层压阀13通过永磁体53磁性地返回其座，作为变体，所述永磁体可以被由计算机控制的电磁体替代。

另外，图1到图8示出了具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1通过圆柱形插入体70容纳在气缸盖3中，所述插入体本身容纳在布置在所述气缸盖3中的插入孔72中，并且这在日期为2019年5月13日的法国专利申请第1904961号中描述的涉及具有主动预燃室的点火插入件的发明的应用中，所述申请由本申请人所有。

在图6到图8中，示出了先导装料注入器32，所述先导装料注入器具体地由管状注入喷嘴17组成，所述管状注入喷嘴中容纳有注入阀18，如图所示，所述注入器32形成凸轮液压注入系统的一部分，所述系统是日期为2019年7月18日的法国专利申请第1908158号的主题，所述专利申请由本申请人所有。

在图1到图8中注意到，作为根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的非限制性示例性实施例，点火装置11由火花塞12组成。

在图1到图8中，注意到火花塞12的正电极95与形成负电极96的逆变器壳体93的内壁配合，能够在所述电极95、96之间产生点火火花。

参照图1到图8可以理解的是，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的目的是确保先导装料9的大部分在以由具有强烈湍流的热气体制成的点火火炬29的形式喷射到燃烧室5中之前在层压腔6和层压管道7中燃烧。

换言之，具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1确保先导装料9主要以点火火炬29的形式喷射到燃烧室5中，所述点火火炬由高温的燃烧气体组成，而不是由无法点燃主装料30的新鲜未燃烧气体组成。

事实上，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1使得可以实现刚刚解释的结果，尽管由于在内燃机2中植入层压腔6和层压管道7的各种约束造成火花塞12的位置不利，但所述火花塞位于离气体喷射孔口24很远的位置。

在没有逆变器壳体93(除其它组件之外，所述逆变器壳体具有根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1)的情况下，先导装料9的燃烧将在层压腔6中由火花塞12产生的火花开始，一层又一层的气体，通过在所述腔6的内部体积中逐渐前进，并且然后在层压管道7的内部体积中前进，直到到达气体喷射孔口24为止。

这种燃烧发展的结果将是，大部分先导装料9将以点火火炬29的形式被排放到燃烧室5中，所述点火火炬由过多尚未燃烧的新鲜气体组成，这些新鲜气体没有点燃主装料30的功率。

因此，在没有根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的特定配置的情况下，有必要补偿在燃烧室5中释放的点火火炬29的过低点火功率。

例如，可以通过增加层压腔6和层压管道7一起形成的总内部体积来实现这种补偿。然而，此体积将变得更难以用所需量的先导装料9填充，因为允许先导装料注入器32执行此类填充的时间很短，尤其是在高速汽车发动机的情况下。

所述补偿也可以通过使用先导装料注入器32将更多的先导装料9注入相同的层压腔6中来完成。然而，除了在可用时间内填充所述腔6的困难或者甚至由于层压阀13的过早打开而无法填充所述腔6之外，此策略将是耗能的，因为压缩装置10将首先必须预压缩大量的先导装料9。这将损害内燃机2的总效率，所述总效率将显著降低。

为了避免依赖于刚刚暴露的降低内燃机2的效率的补偿，提供了根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1以最大化通过气体喷射孔口24以由燃烧气体组成的点火火炬29的形式喷射的先导装料9的部分，因为只有这些高温的气体能够点燃主装料30。

为了实现此结果，具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1包括逆变器壳体93，点火先导装料27可以被引入到所述逆变器壳体中，所述壳体93容纳在层压腔6内部以在其自身与所述腔6之间形成后期燃烧体积100。

从图1到图8可以很容易地推断，当先导装料注入器32将先导装料9引入到层压腔6中时，形成了点火先导装料27。

事实上，点火先导装料27是由于将先导装料9的一部分从层压腔6通过主喷射喷嘴94转移到逆变器壳体93的内部而产生的，所述主喷射喷嘴将所述内部与所述壳体93的外壁与层压腔6的内部之间剩余的空间连接起来。

在图1到图4和图6到图8中注意到，逆变器壳体93定位在与预燃室前部75相对的层压腔6的轴向端附近。

在图1到图8中还注意到，火花塞12通入逆变器壳体93中。

在图1到图8中可以看出，主喷射喷嘴94定向在层压管道7的方向上，以便将预点火火炬33全部或部分地引入所述管道7内部，由所述火炬33扫掠的体积形成早期燃烧体积101。

因此，在火花塞12点燃点火先导装料27后，如图3所示，构成所述装料27的热气体通过主喷射喷嘴94以预点火火炬33的形式从逆变器壳体93高速并朝向层压管道7的内部喷射。

随着其增长，预点火火炬33形成了由高温燃烧气体组成的早期燃烧体积101。

当预点火火炬33到达层压管道7的内部时，构成所述管道7中包含的先导装料9的新鲜气体燃烧，并且这甚至在包含在后期燃烧体积100中的先导装料9的部分有时间燃烧之前发生。

在图3中用虚线表示在点火先导装料27被点燃之后，通过主喷射喷嘴94在预点火火炬33的层压管道7的方向上喷射以及装料先导9逐层逐渐燃烧，这产生气体喷射孔口24的方向，箭头表示气体的流动。

燃烧在层压管道7中进行，所述燃烧继续在所述管道7中传播，直到其到达气体喷射孔口24为止。考虑到由主喷射喷嘴94释放的预点火火炬33完全位于层压管道7的中心，包含在所述管道7中的先导装料9的部分的燃烧是均匀的。

因此，没有气体喷射孔口24收容平均比与其配合的其它气体喷射孔口24更热或更冷的气体。

另外，与其它气体喷射孔口24的流速相比，任何气体喷射孔口24的流速都不会增加或减少，所述气体喷射孔口通过相对于层压管道7的偏心气流进行配合。

这些特征确保释放到燃烧室5中的点火火炬29确实是相同的。

与图3所示的气体喷射孔口24方向上的燃烧并行，燃烧在图4所示的逆变器壳体93的方向上“反向”传播，从而燃烧包含在后期燃烧体积100中的先导装料9的部分。所述燃烧的传播在图4中也用虚线表示，箭头表示气体的流动。

因此，根据刚刚给出的实例，在一起形成层压腔6和层压管道7的体积中，先导装料9的燃烧方向确实已逆转，这是根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的目的。

这样做时，除了预点火火炬33引起的先导装料9的快速燃烧外，构成先导装料9的大部分气体通过气体喷射孔口24并以点火火炬29的形式喷射到燃烧室5中，从一个火炬29到另一个火炬，所述气体的功率和组成均匀。考虑到所述火炬29由高温烟气制成，所述火炬在点燃主装料30方面是完全有效的。

然而，应当注意，将先导装料9的部分作为新鲜气体喷射到燃烧室5中可能是有利的。事实上，这些气体可以在主装料30中形成由新鲜、高度易燃的气体组成的通路，例如，所述主装料由难以点燃的气体混合物构成，因为其被再循环空气或废气强烈稀释。

这种主装料30的层压方法可以有效地帮助提高内燃机2的燃烧效率。

此外，基于根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1，可以通过调节主喷射喷嘴94相对于层压管道7的朝向和/或通过改变所述喷嘴94的几何形状以释放或多或少呈角度打开的预点火火炬33来调节通过点火火炬29以高温烟气形式喷射到燃烧室5中的先导装料9的部分。

另外，如图5所示，可以通过改变主喷射喷嘴94的长度并且更准确地改变可以添加到喷嘴94的喷嘴延伸部28的长度来调节早期燃烧体积101相对于后期燃烧体积100的重要性。

事实上，喷嘴延伸部28使主排放喷嘴94的出口更靠近层压管道7或者甚至使出口进入层压管道7，与早期燃烧体积101相比，后期燃烧体积100趋于更大。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的设计的变体可以在于除主喷射喷嘴94之外提供一个或多个二次喷射喷嘴102，如图8所示。

在所述图8中，逆转阀壳体93具有两个二次喷射喷嘴102，所述二次喷射喷嘴的直径明显小于主喷射喷嘴94的直径。两个所述喷嘴102相对于层压腔6的纵轴偏心，在直径上彼此相对定位，并且所述喷嘴各自将二次湍流火炬103释放到后期燃烧体积100中。

两个喷嘴102也相对于层压腔6的纵轴几乎径向地定向并且相对于层压腔6的内壁切向地定向。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的这种特定配置导致在将先导装料9的部分从层压腔6转移到逆变器壳体93的内部以构成点火先导装料27期间，在所述壳体93内部进行涡流移动，这促进点火先导装料27快速燃烧。

然后，当被火花塞12点火后，起始先导装料27通过二次喷射喷嘴102中的每个二次喷射喷嘴以二次湍流火炬103的形式释放到后期燃烧体积100中，所述体积100也被点燃，同时其也经受涡流运动。

如图8所示，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的这种特定布置防止后期燃烧体积100中包含的先导装料9的部分燃烧过久参与点火火炬29向燃烧室5中的释放。

应当注意，根据刚刚描述的本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的示例性实施例不是限制性的。

还应注意，根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1可以应用于除内燃机以外的其它领域，如气钉枪、枪支或任何其它需要通过具有最佳效率的先导装料对主装料进行点火的设备。

根据本发明的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室1的可能性不限于刚刚描述的应用，并且必须理解的是，前面的描述仅作为实例，并且其不限制所述发明的领域，通过替换任何其它等效物描述的执行细节不会偏离所述领域。

Claims (14)

1.一种用于内燃机(2)的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室(1)，所述内燃机具有覆盖气缸(4)以形成燃烧室(5)的气缸盖(3)，能够在所述燃烧室中燃烧主装料(30)，其特征在于，所述阀点火预燃室包括：

●至少一个层压腔(6)，所述层压腔布置在所述气缸盖(3)中并且通过层压管道(7)连接到所述燃烧室(5)；

●先导装料注入器(32)，所述先导装料注入器通入所述层压腔(6)中以向其中注入由易燃的燃烧剂-AF燃料混合物组成的先导装料(9)；

●层压阀(13)，所述层压阀能够关闭所述层压管道(7)，使得所述层压管道不再与所述燃烧室(5)连通，或者打开所述管道(7)以与所述层压管道形成火炬点火预燃室(23)，所述火炬点火预燃室一方面通过所述层压管道(7)与所述层压腔(6)连通，并且

同时另一方面通过至少一个气体喷射孔口(24)与所述燃烧室(5)连通，以便将点火火炬(29)释放到所述室(5)中；

●容纳在所述层压腔(6)中的至少一个逆变器壳体(93)，所述壳体(93)在其自身与所述腔(6)之间形成后期燃烧体积(100)，同时能够将点火先导装料(27)引入到所述壳体(93)中；

●点火装置(11)，所述点火装置通入所述逆变器壳体(93)内部以点燃所述点火装料(27)；

●将所述逆变器壳体(93)的所述内部与所述层压腔(6)的内部连接的至少一个主喷射喷嘴(94)，所述喷嘴(94)在所述点火先导装料(27)燃烧期间产生能够全部或部分穿透到所述层压管道(7)中的预点火火炬(33)，由所述火炬(33)扫掠的体积构成早期燃烧体积(101)。

2.根据权利要求1所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述点火装置(11)由点火火花塞(12)的正电极(95)和负电极(96)组成。

3.根据权利要求2所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述逆变器壳体(93)与所述火花塞(12)成一体。

4.根据权利要求1所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述点火装置(11)由火花塞(12)的正电极(95)组成，所述逆变器壳体(93)的内壁构成负电极(96)。

5.根据权利要求4所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述逆变器壳体(93)的所述内壁与所述正电极(95)之间存在的最小距离位于所述主喷射喷嘴(94)的附近。

6.根据权利要求1所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述逆变器壳体(93)的所述内部形成环形室(34)。

7.根据权利要求1所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述主喷射喷嘴(94)依次并在所述逆变器壳体(93)的出口方向上包括收敛部(97)、喉部(98)和发散部(99)。

8.根据权利要求1所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述主喷射喷嘴(94)终止于喷嘴延伸部(28)，所述喷嘴延伸部形成突起部以使所述逆变器壳体(93)的外表面在所述层压管道(7)的方向上延伸。

9.根据权利要求1所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述主喷射喷嘴(94)相对于所述层压腔(6)的纵轴偏心。

10.根据权利要求9所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述主喷射喷嘴(94)完全或部分地相对于所述层压腔(6)的内壁切向地定向。

11.根据权利要求1所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，至少一个二次喷射喷嘴(102)将所述逆变器壳体(93)的所述内部与所述层压腔(6)的所述内部连接，所述喷嘴(102)能够将二次湍流火炬(103)释放到所述后期燃烧体积(100)中。

12.根据权利要求11所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述二次喷射喷嘴(102)相对于所述层压腔(6)的所述内壁大致切向地定向。

13.根据权利要求1所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述逆变器壳体(93)的内部体积加所述层压管道(7)的内部体积小于由所述层压腔(6)，包含所述逆变器壳体(93)的内部体积和所述层压管道(7)一起形成的总内部体积的一半。

14.根据权利要求1所述的具有反向燃烧方向的阀点火预燃室，其特征在于，所述层压阀(13)由磁性材料(43)制成，而与所述气缸盖(3)成一体的磁场源(44)产生磁场，所述磁场吸引所述阀(13)并趋于保持其压靠所述层压管道(7)的末端以关闭所述层压管道。

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