CN115111048B - 一种主动预燃室、点火机构及汽车发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种主动预燃室、点火机构及汽车发动机，属于发动机技术领域，包括预燃室主体，预燃室主体内部具备主腔室；主腔室包括下部腔室，下部腔室呈直径从上到下逐渐减小的圆锥状，预燃室主体的下部开设有与下部腔室的下部相连通的若干喷孔，下部腔室下部的直径d1、下部腔室上部的直径d2以及主腔室的高度h1满足以下关系：(d1+d2)/2/h1＝0.24‑0.244。本发明提供的一种主动预燃室，能够合理的布设预燃室主体、火花塞和喷油器，提高预燃室主体布设的合理性，提高预燃室主体的冷却效果，确保预燃室主体燃烧的稳定性。

Description

一种主动预燃室、点火机构及汽车发动机

技术领域

本发明属于发动机技术领域，更具体地说，是涉及一种主动预燃室、点火机构及汽车发动机。

背景技术

目前绝大部分发动机采用当量空燃比的燃烧技术，而稀薄燃烧由于可以提高发动机的比热比，降低爆震倾向和冷却损失(低燃烧温度)，相比当量比燃烧可以大幅降低发动机油耗，提升热效率。稀薄燃烧的难点为，越稀油耗越低，原始NOx排放越低，但是越难实现稳定燃烧。点火机构技术应用于稀薄燃烧，可有效扩展稳点燃烧的稀释度。

稀薄燃烧相比当量比燃烧可以降低爆震倾向和冷却损失，但对于传统汽油机燃烧系统，扩展稳定燃烧的λ、提高燃烧速率是难点。喷油式主动预燃烧室技术可通过多点点火，加快燃烧速率、降低爆震，提升高压缩比发动机可达成功率和热效率，应用于稀薄燃烧，可有效扩展稳点燃烧的稀释度。

但现在的点火机构布置不合理，不利于预燃室的冷却，会导致预燃室燃烧不充分稳定性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动预燃室，旨在解决主动预燃室布置不合理，不利于预燃室的冷却，会导致预燃室燃烧不充分稳定性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种主动预燃室，包括预燃室主体，所述预燃室主体内部具备主腔室，其特征在于；

所述主腔室包括下部腔室，所述下部腔室呈直径从上到下逐渐减小的圆锥状，所述预燃室主体的下部开设有与所述下部腔室的下部相连通的若干喷孔，所述下部腔室下部的直径d1、所述下部腔室上部的直径d2以及所述主腔室的高度h1满足以下关系：(d1+d2)/2/h1＝0.24-0.244。

在一种可能的实现方式中，所述预燃室主体的上部分别设有火花塞安装通道和喷油器安装通道，所述火花塞安装通道和所述喷油器安装通道均连通所述主腔室，所述火花塞安装通道的轴线、所述喷油器安装通道的轴线以及所述下部腔室的轴线均位于第一竖直平面上。

在一种可能的实现方式中，所述喷油器安装通道的轴线与所述下部腔室的轴线夹角为，位于所述喷油器安装通道同侧的气门的轴线与主燃烧室的轴线夹角为，其中，α1＝α2*1/2±2°；

所述火花塞安装通道的轴线与所述下部腔室的轴线夹角为α3，位于所述火花塞安装通道同侧的气门与主燃烧室的轴线夹角为α4，其中，α3＝α4*1/2±2°。

在一种可能的实现方式中，所述主腔室还包括与所述下部腔室的上端连通的上部腔室，所述上部腔室分别连通所述火花塞安装通道和所述喷油器安装通道，所述上部腔室靠近所述火花塞安装通道一侧的高度为h2，所述上部腔室靠近所述喷油器安装通道一侧的高度为h3，其中，h3≤h2*2/3。

在一种可能的实现方式中，所述上部腔室在第一竖直平面上的投影具备靠近所述火花塞安装通道一侧的第一边缘线和靠近所述喷油器安装通道一侧的第二边缘线；

所述第一边缘线包括自上而下依次连接且均向内侧倾斜的第一延长线和第一斜线段，所述火花塞安装通道在第一竖直平面上的投影具备第三边缘线，所述第一延长线为所述第三边缘线的延长线；

所述第二边缘线包括自上而下依次连接且均向内侧倾斜的第二延长线、第二斜线段和第三斜线段，所述喷油器安装通道在第一竖直平面上的投影具备第四边缘线，所述第二延长线为所述第四边缘线的延长线。

在一种可能的实现方式中，所述第一斜线段与所述下部腔室的轴线夹角β1，其中，55°≤β1≤65°；

所述第二斜线段与所述下部腔室的轴线夹角β2，其中，70°＜β2＜76°；

所述第三斜线段与所述下部腔室的轴线夹角β3，其中，(β2-22°)＜β3＜(β2-18°)。

本发明提供的一种主动预燃室的有益效果在于：与现有技术相比，预燃室主体的主腔室中，下部腔室呈直径从上到下逐渐减小的圆锥状，下部腔室下部的直径d1、下部腔室上部的直径d2以及主腔室的高度h1满足/2/h1＝0.24-0.244。可知，下部腔室的长度远大于其直径，在下部腔室的容积相同的条件下，直径更小，占有燃烧室顶面的面积更小，有利于预燃室主体的布置。进而使得缸盖水套具备较大的分布面积，有利于预燃室主体冷却。

本发明还提供了一种点火机构，包括所述的主动预燃室、火花塞和喷油器，所述火花塞至少部分穿过所述火花塞安装通道并延伸所述主腔室内，所述火花塞与所述火花塞安装通道同轴设置，所述喷油器至少部分穿过所述喷油器安装通道并延伸所述主腔室内，所述喷油器与所述喷油器安装通道同轴设置。

在一种可能的实现方式中，所述火花塞的尖端长度为L1，其中L1≤4.7±0.3mm。

在一种可能的实现方式中，所述喷油器形成的油束的中心线与所述喷油器的轴线在第一竖直平面上的投影夹角为γ1，其中，33°≤γ1+≤54°。

在一种可能的实现方式中，所述油束的中心线与所述火花塞的尖端的距离为X1，其中，1.5＜X1＜4.5mm；所述油束的中心线与相对的所述预燃室主体的内侧壁的距离为X2，其中，X2＞0.8mm。

在一种可能的实现方式中，所述油束的中心线与所述预燃室主体的横截面的夹角为γ2，其中，-10°≤γ2≤10°。

本发明提供的一种点火机构的有益效果在于：与现有技术相比，使用了上述的主动预燃室，具备与主动预燃室相同的有益效果。同时，能够合理的布设预燃室主体、火花塞和喷油器，提高预燃室主体布设的合理性，提高预燃室主体的冷却效果，确保预燃室主体燃烧的稳定性。

本发明还提供了一种汽车发动机，包括所述的点火机构。

本发明提供的一种汽车发动机的有益效果在于：与现有技术相比，由于使用了上述的点火机构，因此具备与点火机构相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种点火机构的安装结构图；

图2为本发明实施例提供的预燃室主体的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的预燃室主体、火花塞和喷油器的结构示意图；

图4为图3的俯视图。

附图标记说明：

1、主燃烧室；2、预燃室主体；3、火花塞；4、喷油器；5、气门；6、火花塞安装通道；7、喷油器安装通道；8、上部腔室；9、下部腔室；10、第一延长线；11、第一斜线段；12、第二延长线；13、第二斜线段；14、第三斜线段；15、油束。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1及图2，现对本发明提供的一种主动预燃室进行说明。一种主动预燃室，包括预燃室主体2，预燃室主体2内部具备主腔室；

主腔室包括下部腔室9，下部腔室9呈直径从上到下逐渐减小的圆锥状，预燃室主体2的下部开设有与下部腔室9的下部相连通的若干喷孔，下部腔室9下部的直径d1、下部腔室9上部的直径d2以及主腔室的高度h1满足以下关系：(d1+d2)/2/h1＝0.24-0.244。

本发明提供的一种主动预燃室，与现有技术相比，预燃室主体2的主腔室中，下部腔室9呈直径从上到下逐渐减小的圆锥状，下部腔室9下部的直径d1、下部腔室9上部的直径d2以及主腔室的高度h1满足(d1+d2)/2/h1＝0.24-0.244。可知，下部腔室9的长度远大于其直径，在下部腔室9的容积相同的条件下，直径更小，占有燃烧室顶面的面积更小，有利于预燃室主体2的布置。进而使得缸盖水套具备较大的分布面积，有利于预燃室主体2冷却。

具体的，下部腔室9的底部直径为d1为5.6±0.1mm，下部腔室9的内壁与其轴线的夹角为β4＝0.5°，根据d1和β4计算得出d2。

请参阅图1，预燃室主体2的上部顶部两侧分别设有火花塞安装通道6和喷油器安装通道7，火花塞安装通道6和喷油器安装通道7均连通主腔室，火花塞安装通道6的轴线、喷油器安装通道7的轴线以及下部腔室(9)的轴线均位于第一竖直平面上。

喷油器安装通道7的轴线与下部腔室9的轴线夹角为α1，喷油器安装通道7同侧的气门5与下部腔室9的轴线夹角为α2，其中，α1＝α2*1/2±2°；火花塞安装通道6的轴线与下部腔室9的轴线夹角为α3，火花塞安装通道6同侧的气门5与下部腔室9的轴线夹角为α4，其中，α3＝α4*1/2±2°。选用喷油器4和火花塞3合理的角度设置，避免因角度较大，而不利于火花塞3的点火线圈和燃油导轨总成布置；避免因角度较小，而导致预燃室主体2的上部空间容积增加，不利于降低预燃室主体2的EGR(Exhaust Gas Recirculation)量，而影响预燃室主体2燃烧的稳定性。

具体的，预燃室主体2的轴线垂直于缸盖底面，下部腔室9的轴线、火花塞安装通道6的轴线和喷油器安装通道7的轴线处于第一竖直平面上。两侧的气门5与主燃烧室1的轴线夹角α2和α4均为20°，其中，主燃烧室1的轴线与气缸的轴线同轴设置。喷油器安装通道7的轴线与下部腔室9的轴线夹角α1为10.5°，火花塞安装通道6的轴线与下部腔室9的轴线夹角为α3为10°。

在一些实施例中，请参阅图2，主腔室有上部腔室8和下部腔室9连通构成，上部腔室8靠近火花塞安装通道6一侧的高度为h2，上部腔室8靠近喷油器安装通道7一侧的高度为h3，其中，h3＜h2。

具体的，主腔室的高度h1为26.1±0.1mm，其中，h3≤h2*2/3，能够合理布设火花塞3和喷油器4，确保二者合理布设。优选的，h2＜h1*1/4，h3＜h1*1/4。

在一些实施例中，请参阅图2，上部腔室8的在第一竖直平面上的投影具备靠近火花塞安装通道6一侧的第一边缘线和靠近喷油器安装通道7一侧的第二边缘线；第一边缘线包括自上而下依次连接且均向内侧倾斜的第一延长线10和第一斜线段11，火花塞安装通道6在第一竖直平面上的投影具备第三边缘线，第一延长线10为第三边缘线的延长线；第二边缘线包括自上而下依次连接且均向内侧倾斜的第二延长线12、第二斜线段13和第三斜线段14，喷油器安装通道7在第一竖直平面上的投影具备第四边缘线，第二延长线12为第四边缘线的延长线。

具体的，第一边缘线和第二边缘线分别位于上部腔室8的纵截面的两侧，其中，第一延长线10为第三边缘线的延长线，以配合安装定位火花塞3；第二延长线12为第四边缘线的延长线，以配合安装定位喷油器4。

其中，第一延长线10的下端连接有向内侧倾斜的第一斜线段11，第二延长线12的下端依次连接向内侧倾斜的第二斜线段13和第三斜线段14。

具体的，第一斜线段11与下部腔室9的轴线夹角β1，其中，55°＜β1＜65°，优选为60°；第二斜线段13与下部腔室9的轴线夹角β2，其中，70°＜β2＜76°，优选为75.5°；第三斜线段14与预燃室主体2的轴线夹角β3，其中，(β2-22°)＜β3＜(β2-18°)，优选为56°

延长线配合斜线段的形状，以及相关夹角的改进，有利于通过对上部腔室8的调整，以实现预燃室主体2内腔整体的形状调整。

本发明还提供了一种点火机构，包括上述的主动预燃室、火花塞3和喷油器4，火花塞3至少部分穿过火花塞安装通道6并延伸主腔室内，火花塞3与火花塞安装通道6同轴设置，喷油器4至少部分穿过喷油器安装通道7并延伸主腔室内，喷油器4与喷油器安装通道7同轴设置。

本发明提供的点火机构，能够合理的布设预燃室主体2、火花塞3和喷油器4，提高预燃室主体2布设的合理性，提高预燃室主体2的冷却效果，确保预燃室主体2燃烧的稳定性。

在一些实施例中，请参阅图3，火花塞3的尖端长度为L1，其中L1≤4.7±0.3mm，尽量减小预燃室主体2的上部腔室8的容积，从而减少预燃室主体2带的内部残余废气，改善燃烧，且有利于预燃室主体2的内腔目标容积的设计。

在一些实施例中，请参阅图3，喷油器4的端部的喷射孔为一个，以实现小流量喷油精确控制。喷油器4借助喷射孔形成油束15，油束15的中心线与喷油器4的轴线夹角为γ1，其中，33°≤γ1+α1≤54°。

在一些实施例中，请参阅图3，油束15中心线与火花塞3的尖端的距离为X1，其中，1.5＜X1＜4.5mm，油束15的中心线与相对的预燃室主体2的内侧壁的距离为X2，其中，X2＞0.8mm。该设计优势为：避免火花塞3和预燃室湿壁，同时与火花塞3的电极保持合适的距离以阻止火花塞3电极位置混合气分布。

在一些实施例中，请参阅图4，油束15的中心线与预燃室主体2的纵截面的夹角为γ2，其中，-10°≤γ2≤10°。气体通过喷孔进入预燃室主体2后形成涡流，涡流方向如F2所示，油束15的中心线角度γ2优选考虑向F1方向偏移，即图4中左侧偏移。可使油束15逆着气流方向喷射，即气流来向一侧偏移，有利于提高喷雾雾化效果。

本发明还提供了一种汽车发动机，包括上述的点火机构。

本发明提供的一种汽车发动机的有益效果在于：与现有技术相比，由于使用了上述的点火机构，因此具备与点火机构相同的有益效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种主动预燃室，包括预燃室主体(2)，所述预燃室主体(2)内部具备主腔室，其特征在于；

所述主腔室包括下部腔室(9)，所述下部腔室(9)呈直径从上到下逐渐减小的圆锥状，所述预燃室主体(2)的下部开设有与所述下部腔室(9)的下部相连通的若干喷孔，所述下部腔室(9)下部的直径d1、所述下部腔室(9)上部的直径d2以及所述主腔室的高度h1满足以下关系：(d1+d2)/2/h1＝0.24-0.244。

2.如权利要求1所述的一种主动预燃室，其特征在于，所述预燃室主体(2)的上部分别设有火花塞安装通道(6)和喷油器安装通道(7)，所述火花塞安装通道(6)和所述喷油器安装通道(7)均连通所述主腔室，所述火花塞安装通道(6)的轴线、所述喷油器安装通道(7)的轴线以及所述下部腔室(9)的轴线均位于第一竖直平面上。

3.如权利要求2所述的一种主动预燃室，其特征在于，所述喷油器安装通道(7)的轴线与所述下部腔室(9)的轴线夹角为α1，位于所述喷油器安装通道(7)同侧的气门(5)的轴线与主燃烧室(1)的轴线夹角为α2，其中，α1＝α2*1/2±2°；

所述火花塞安装通道(6)的轴线与所述下部腔室(9)的轴线夹角为α3，位于所述火花塞安装通道(6)同侧的气门(5)与主燃烧室(1)的轴线夹角为α4，其中，α3＝α4*1/2±2°。

4.如权利要求2所述的一种主动预燃室，其特征在于：所述主腔室还包括与所述下部腔室(9)的上端连通的上部腔室(8)，所述上部腔室(8)分别连通所述火花塞安装通道(6)和所述喷油器安装通道(7)，所述上部腔室(8)靠近所述火花塞安装通道(6)一侧的高度为h2，所述上部腔室(8)靠近所述喷油器安装通道(7)一侧的高度为h3，其中，h3≤h2*2/3。

5.如权利要求4所述的一种主动预燃室，其特征在于，所述上部腔室(8)在第一竖直平面上的投影具备靠近所述火花塞安装通道(6)一侧的第一边缘线和靠近所述喷油器安装通道(7)一侧的第二边缘线；

所述第一边缘线包括自上而下依次连接且均向内侧倾斜的第一延长线(10)和第一斜线段(11)，所述火花塞安装通道(6)在第一竖直平面上的投影具备第三边缘线，所述第一延长线(10)为所述第三边缘线的延长线；

所述第二边缘线包括自上而下依次连接且均向内侧倾斜的第二延长线(12)、第二斜线段(13)和第三斜线段(14)，所述喷油器安装通道(7)在第一竖直平面上的投影具备第四边缘线，所述第二延长线(12)为所述第四边缘线的延长线。

6.如权利要求5所述的一种主动预燃室，其特征在于，所述第一斜线段(11)与所述下部腔室(9)的轴线夹角β1，其中，55°≤β1≤65°；

所述第二斜线段(13)与所述下部腔室(9)的轴线夹角β2，其中，70°＜β2＜76°；

所述第三斜线段(14)与所述下部腔室(9)的轴线夹角β3，其中，(β2-22°)＜β3＜(β2-18°)。

7.一种点火机构，包括如权利要求3-6任意一项所述的主动预燃室、火花塞(3)和喷油器(4)，所述火花塞(3)至少部分穿过所述火花塞安装通道(6)并延伸所述主腔室内，所述火花塞(3)与所述火花塞安装通道(6)同轴设置，所述喷油器(4)至少部分穿过所述喷油器安装通道(7)并延伸所述主腔室内，所述喷油器(4)与所述喷油器安装通道(7)同轴设置。

8.如权利要求7所述的一种点火机构，其特征在于，所述火花塞(3)的尖端长度为L1，其中L1≤4.7±0.3mm。

9.如权利要求7所述的一种点火机构，其特征在于，所述喷油器(4)形成的油束(15)的中心线与所述喷油器(4)的轴线在第一竖直平面上的投影夹角为γ1，其中，33°≤γ1+α1≤54°。

10.如权利要求9所述的一种点火机构，其特征在于，所述油束(15)的中心线与所述火花塞(3)的尖端的距离为X1，其中，1.5＜X1＜4.5mm；所述油束(15)的中心线与相对的所述预燃室主体(2)的内侧壁的距离为X2，其中，X2＞0.8mm。

11.如权利要求9所述的一种点火机构，其特征在于，所述油束(15)的中心线与所述预燃室主体(2)的横截面的夹角为γ2，其中，-10°≤γ2≤10°。

12.一种汽车发动机，其特征在于，包括如权利要求7-11任意一项所述的点火机构。