CN116480455A - 预燃室总成及预燃室冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机技术领域，公开了预燃室总成及预燃室冷却系统，该预燃室总成包括冷却水套和预燃室，冷却水套设置于气缸盖的下方，该冷却水套与气缸盖水套不相连，保证在预燃室的冷却环槽处有冷却水套连通，冷却水套设置有安装孔，预燃室安装于安装孔，预燃室的外周面开设有冷却环槽，冷却环槽与冷却通道连通设置，冷却液从气缸盖进入到冷却通道内，在预燃室周围环绕一圈后从进气侧流出，能够实现排气道上部和预燃室的冷却，该冷却水套不需要额外增加外部空间，而是通过预燃室和气缸盖的协同设计和安装来组成预燃室的冷却空间，特别适用于布置空间紧张的小型汽油机，同时，对气缸盖不会带来制造成本增加，能保证对预燃室结构简单，工作可靠。

Description

预燃室总成及预燃室冷却系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及预燃室总成及预燃室冷却系统。

背景技术

将整个燃烧区域分为主燃烧室和预燃室，发动机运行时，首先将燃料喷入预燃室，由预燃室内部的火花塞点火燃烧，预燃室内压力迅速升高，促使高温燃气以火焰射流的形式经通道进入主燃烧室，在主燃室内生成多束火焰而点燃主燃烧室内的稀薄混合气。此方法可以使火焰更深入主燃烧室，接触更多的未燃混合气，提高点火能量，加强燃烧室内的气流扰动。相比传统火花塞点火，预燃室可以大幅提高燃烧速度，提前燃烧重心，实现稀薄燃烧，提高发动机的热效率。

具有预燃室的内燃机在汽车工业中尚未被广泛的应用于商业生产，原因主要有两方面：一是很多预燃室没有专门的冷却措施，预燃室长期在高温下工作，会带来很多问题。比如，温度过高，会导致预燃室内火花塞的使用寿命大大缩短，还会使得预燃室的喷嘴因过热而融化或者损坏，还可能会因为局部温度过高，形成热点而引起早燃等。二是有的预燃室设置有专门的冷却通路，但这导致预燃室的结构复杂，成本增加、尺寸更加庞大，在小型汽油机上根本无法实现布置和应用。并且，结构复杂，对密封要求较高，可靠性也是问题。

因此，亟需预燃室总成及预燃室冷却系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供预燃室总成及预燃室冷却系统，不需要额外增加外部空间，对气缸盖不会带来制造成本增加，不影响制造工艺，此结构能保证对预燃室结构简单，工作可靠。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明采用以下技术方案：

预燃室总成，安装于气缸盖，所述预燃室总成包括：

冷却水套，所述冷却水套设置于所述气缸盖的下方，所述冷却水套具有用于流通冷却液的冷却通道，所述冷却水套设置有安装孔；

预燃室，所述预燃室安装于所述安装孔，所述预燃室的外周面开设有冷却环槽，所述冷却环槽与所述冷却通道连通设置。

优选地，所述预燃室包括预燃室本体和密封凸起，所述预燃室本体安装于所述安装孔，所述密封凸起凸设于所述预燃室本体的外周面，沿所述预燃室本体的外周方向，所述密封凸起与所述安装孔的内壁密封连接。

优选地，所述预燃室还包括垫圈，所述垫圈套设于所述预燃室本体，所述垫圈夹设于所述气缸盖与所述密封凸起之间。

优选地，所述预燃室还包括密封圈，所述预燃室本体的外周面还开设有安装槽，所述安装槽位于所述冷却环槽的上方，所述密封圈设置于所述安装槽内，所述密封圈的外圈抵接于所述气缸盖的通孔。

优选地，所述冷却水套包括进水口和出水口，所述出水口的数量设置有多个，所述冷却通道的两端分别连通于所述进水口和多个所述出水口。

优选地，所述预燃室总成还包括压套，所述气缸盖设置有连接孔，所述压套设置于所述连接孔内，所述压套压紧于所述预燃室本体。

优选地，所述压套的外周面设置有外螺纹，所述连接孔的孔壁设置有内螺纹，所述压套与所述连接孔螺纹连接。

优选地，所述连接孔的孔径不大于所述安装孔的孔径，所述压套与所述预燃室本体的压装配合面的宽度大于1.5mm。

为达上述目的，本发明还提供了预燃室冷却系统，包括调温器、水温传感器以及上述的预燃室总成，所述水温传感器与所述冷却水套信号连接，所述冷却水套与所述调温器信号连接。

优选地，所述预燃室冷却系统还包括水泵，所述水泵与所述冷却水套连通设置，所述水泵与所述调温器和所述水温传感器信号连接。

本发明的有益效果为：

本发明提供的预燃室总成，在气缸盖的下方集成设置一个冷却水套，该冷却水套与气缸盖水套不相连，保证在预燃室的冷却环槽处有冷却水套连通。冷却水套具有用于流通冷却液的冷却通道，预燃室的外周面开设有冷却环槽，冷却环槽与冷却通道连通设置。在预燃室周围形成环形冷却水腔，冷却液从气缸盖进入到冷却通道内，在预燃室周围环绕一圈后从进气侧流出，能够实现排气道上部和预燃室的冷却。该冷却水套不需要额外增加外部空间，而是通过预燃室和气缸盖的协同设计和安装来组成预燃室的冷却空间，特别适用于布置空间紧张的小型汽油机。同时，对气缸盖不会带来制造成本增加，因为气缸盖本来就是铸件，内部需要铸造发动机主燃室的主水套，再增加一层冷却水套的设计，不影响制造工艺，对预燃室来说，此结构能保证对预燃室结构简单，工作可靠。

本发明提供的预燃室冷却系统，包括调温器、水温传感器以及水泵，水温传感器与冷却水套信号连接，冷却水套与调温器信号连接。水泵与冷却水套连通设置，水泵与调温器和水温传感器信号连接。水泵固定在发动机上，基于发动机的负荷和转速的温度模型，水温传感器检测气缸盖的温度，当气缸盖的温度过高时，对水泵的出口流量实时调节，加大冷却液的流量和流速，从而调节冷却水套的冷却温度，实现预燃室温度的精确控制，从而实现燃烧边界条件的控制，在最理想的条件下实现燃烧，提高燃烧效率。

附图说明

图1为本发明实施例中预燃室的剖视图；

图2为本发明实施例中冷却水套的结构示意图；

图3为本发明实施例中气缸盖和冷却水套的剖视图；

图4为本发明实施例中压套的俯视图；

图5为本发明实施例中预燃室冷却系统的原理图。

附图标记：

100、气缸盖；101、连接孔；102、气缸盖水套；

1、冷却水套；11、冷却通道；12、安装孔；13、进水口；14、出水口；

2、预燃室；21、冷却环槽；22、预燃室本体；23、密封凸起；24、垫圈；25、密封圈；26、安装槽；27、喷孔；28、燃烧空间；

3、压套。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

很多预燃室没有专门的冷却措施，预燃室长期在高温下工作，会带来很多问题。比如，温度过高，会导致预燃室内火花塞的使用寿命大大缩短，还会使得预燃室的喷嘴因过热而融化或者损坏，还可能会因为局部温度过高，形成热点而引起早燃等。另外，有的预燃室设置有专门的冷却通路，但这导致预燃室的结构复杂，成本增加、尺寸更加庞大，在小型汽油机上根本无法实现布置和应用。并且，结构复杂，对密封要求较高，可靠性也是问题。对此，本实施例提供了预燃室总成，不需要额外增加外部空间，对气缸盖不会带来制造成本增加，不影响制造工艺，此结构能保证对预燃室结构简单，工作可靠。

如图1-图5所示，在本实施例中，预燃室总成安装于气缸盖100，预燃室总成包括冷却水套1和预燃室2。其中，冷却水套1设置于气缸盖100的下方，冷却水套1具有用于流通冷却液的冷却通道11，冷却水套1设置有安装孔12，预燃室2安装于安装孔12，预燃室2的外周面开设有冷却环槽21，冷却环槽21与冷却通道11连通设置。具体地，预燃室2采用阶梯式结构，从下到上依次是火焰喷孔27、燃烧空间28、油气混合气入口、火花塞螺纹孔以及冷却环槽21，预燃室2与气缸盖100协同设计。根据计算分析结果，冷却环槽21位于火花塞安装位置的1/4～1/2处，在气缸盖100的下方集成设置一个冷却水套1，该冷却水套1与气缸盖水套102不相连，保证在预燃室2的冷却环槽21处有冷却水套1连通。冷却水套1与冷却环槽21连通设置，在预燃室2周围形成环形冷却水腔，冷却液从气缸盖100进入到冷却通道11内，在预燃室2周围环绕一圈后从进气侧流出，能够实现排气道上部和预燃室2的冷却。该冷却水套1不需要额外增加外部空间，而是通过预燃室2和气缸盖100的协同设计和安装来组成预燃室2的冷却空间，特别适用于布置空间紧张的小型汽油机。同时，对气缸盖100不会带来制造成本增加，因为气缸盖100本来就是铸件，内部需要铸造发动机主燃室的主水套，再增加一层冷却水套1的设计，不影响制造工艺，对预燃室2来说，此结构能保证对预燃室2结构简单，工作可靠。

进一步地，继续参照图1-图5，预燃室2包括预燃室本体22和密封凸起23，预燃室本体22安装于安装孔12，密封凸起23凸设于预燃室本体22的外周面，沿预燃室本体22的外周方向，密封凸起23与安装孔12的内壁密封连接。具体地，在冷却环槽21的下面设置有密封凸起23，用于和气缸盖100安装密封，避免冷却环槽21内的冷却液沿着预燃室2的外周壁向下泄漏，密封性好。

进一步地，继续参照图1-图5，预燃室2还包括垫圈24，垫圈24套设于预燃室本体22，垫圈24夹设于气缸盖100与密封凸起23之间。具体地，垫圈24采用金属材料制成，冷却水套1与冷却环槽21连通设置，在预燃室本体22周围形成环形冷却水腔，冷却水腔的下部通过金属垫圈24实现密封，由于预燃室2下部和气缸盖100之间为间隙配合，垫圈24不仅要密封冷却液，还要密封燃烧空间28的燃气，防止其窜入预燃室2的冷却水套1，同时，燃气温度极高，不能采用橡胶材质进行密封。

进一步地，继续参照图1-图5，预燃室2还包括密封圈25，预燃室本体22的外周面还开设有安装槽26，安装槽26位于冷却环槽21的上方，密封圈25设置于安装槽26内，密封圈25的外圈抵接于气缸盖100的通孔。具体地，预燃室本体22的上方开设有安装槽26，用于装配密封圈25，并通过与气缸盖100的装配实现冷却液的密封。

进一步地，继续参照图1-图5，冷却水套1包括进水口13和出水口14，出水口14的数量设置有多个，冷却通道11的两端分别连通于进水口13和多个出水口14。具体地，冷却液从进水口13进入，在预燃室2周围环绕一圈后，经过冷却通道11并从出水口14流出，实现预燃室2的冷却。

进一步地，继续参照图1-图5，预燃室总成还包括压套3，气缸盖100设置有连接孔101，压套3设置于连接孔101内，压套3压紧于预燃室本体22。具体地，压套3的外周面设置有外螺纹，连接孔101的孔壁设置有内螺纹，压套3与连接孔101螺纹连接，由于预燃室本体22的下端面和气缸盖100之间采用金属垫圈24进行密封，必须有足够的压紧力，通过压套3来提供压紧力，压套3拧紧在气缸盖100内的连接孔101内，与预燃室本体22的上端面配合，压紧预燃室2。优选地，压套3的内径要大于火花塞安装位置的外径，方便火花塞的安装和拆卸。

进一步地，继续参照图1-图5，连接孔101的孔径不大于安装孔12的孔径，压套3与预燃室本体22的压装配合面的宽度大于1.5mm。具体地，设计压套3的外螺纹直径时，要结合气缸盖100的结构，保证气缸盖100机加工的可实现性。因为预燃室2的密封圈25安装槽26的上部要机加压套3的螺纹孔，所以在设计压套3的外径尺寸时，要保证密封圈25安装槽26的直径不大于压套3螺纹孔的直径。压套3下端面设计倒角，为压套3的安装提供导向作用。设计该倒角的尺寸时，要同时保证预燃室2和压套3之间压装配合面的宽度大于1.5mm。压套3的具体安装：上部设计内花结构，用专用工具拧紧，不需要额外占用空间。

本发明还提供了预燃室冷却系统，包括调温器、水温传感器以及上述的预燃室总成，水温传感器与冷却水套1信号连接，冷却水套1与调温器信号连接。具体地，预燃室冷却系统还包括水泵，水泵与冷却水套1连通设置，水泵与调温器和水温传感器信号连接。水泵固定在发动机上，基于发动机的负荷和转速的温度模型，水温传感器检测气缸盖100的温度，当气缸盖100的温度过高时，对水泵的出口流量实时调节，加大冷却液的流量和流速，从而调节冷却水套1的冷却温度，实现预燃室2温度的精确控制，从而实现燃烧边界条件的控制，在最理想的条件下实现燃烧，提高燃烧效率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.预燃室总成，安装于气缸盖(100)，其特征在于，所述预燃室总成包括：

冷却水套(1)，所述冷却水套(1)设置于所述气缸盖(100)的下方，所述冷却水套(1)具有用于流通冷却液的冷却通道(11)，所述冷却水套(1)设置有安装孔(12)；

预燃室(2)，所述预燃室(2)安装于所述安装孔(12)，所述预燃室(2)的外周面开设有冷却环槽(21)，所述冷却环槽(21)与所述冷却通道(11)连通设置。

2.根据权利要求1所述的预燃室总成，其特征在于，所述预燃室(2)包括预燃室本体(22)和密封凸起(23)，所述预燃室本体(22)安装于所述安装孔(12)，所述密封凸起(23)凸设于所述预燃室本体(22)的外周面，沿所述预燃室本体(22)的外周方向，所述密封凸起(23)与所述安装孔(12)的内壁密封连接。

3.根据权利要求2所述的预燃室总成，其特征在于，所述预燃室(2)还包括垫圈(24)，所述垫圈(24)套设于所述预燃室本体(22)，所述垫圈(24)夹设于所述气缸盖(100)与所述密封凸起(23)之间。

4.根据权利要求2所述的预燃室总成，其特征在于，所述预燃室(2)还包括密封圈(25)，所述预燃室本体(22)的外周面还开设有安装槽(26)，所述安装槽(26)位于所述冷却环槽(21)的上方，所述密封圈(25)设置于所述安装槽(26)内，所述密封圈(25)的外圈抵接于所述气缸盖(100)的通孔。

5.根据权利要求1所述的预燃室总成，其特征在于，所述冷却水套(1)包括进水口(13)和出水口(14)，所述出水口(14)的数量设置有多个，所述冷却通道(11)的两端分别连通于所述进水口(13)和多个所述出水口(14)。

6.根据权利要求1所述的预燃室总成，其特征在于，所述预燃室总成还包括压套(3)，所述气缸盖(100)设置有连接孔(101)，所述压套(3)设置于所述连接孔(101)内，所述压套(3)压紧于所述预燃室本体(22)。

7.根据权利要求6所述的预燃室总成，其特征在于，所述压套(3)的外周面设置有外螺纹，所述连接孔(101)的孔壁设置有内螺纹，所述压套(3)与所述连接孔(101)螺纹连接。

8.根据权利要求6所述的预燃室总成，其特征在于，所述连接孔(101)的孔径不大于所述安装孔(12)的孔径，所述压套(3)与所述预燃室本体(22)的压装配合面的宽度大于1.5mm。

9.预燃室冷却系统，其特征在于，包括调温器、水温传感器以及权利要求1-8任一项所述的预燃室总成，所述水温传感器与所述冷却水套(1)信号连接，所述冷却水套(1)与所述调温器信号连接。

10.根据权利要求9所述的预燃室冷却系统，其特征在于，所述预燃室冷却系统还包括水泵，所述水泵与所述冷却水套(1)连通设置，所述水泵与所述调温器和所述水温传感器信号连接。