CN116917606A - 预燃室、气缸盖和活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

用于活塞式发动机的气缸(1)的预燃室(4)包括用于接收空气和燃料的混合气以点燃所述混合气的燃烧部分(5)和用于在燃烧部分(5)与发动机的主燃烧室(7)之间建立流体连通的喷嘴部分(6)，喷嘴部分(6)包括喷嘴开口(6a)，喷嘴开口(6a)构造成允许从主燃烧室(7)到预燃室(4)中的流动以及从预燃室(4)到主燃烧室(7)中的流动。预燃室(4)包括至少一个辅助通道(9)，该辅助通道具有在预燃室(4)内通向喷嘴部分(6)的第一端(9a)和在预燃室(4)外开口的第二端(9b)，辅助通道(9)构造成在压缩冲程期间从主燃烧室(7)到预燃室(4)中的流动以及在燃烧冲程期间从预燃室(4)到主燃烧室(7)中流动致使流体流过辅助通道(9)进入喷嘴部分(6)。

Description

预燃室、气缸盖和活塞式发动机

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于活塞式发动机的气缸的预燃室。本发明还涉及气缸盖和活塞式发动机。

背景技术

内燃机可设有预燃室，预燃室也称为预燃烧室。在预燃室发动机中，每个气缸设有预燃室，并且部分或全部燃料被引入预燃室。取决于发动机，燃料可以是自燃的，或者可以使用火花塞或一些其他装置来点燃燃料。因此，燃烧在预燃室中开始，但是燃烧的主要部分发生在预燃室外部的气缸中。预燃室结构特别在稀燃发动机中是有利的，在稀燃发动机中，部分燃料被引入预燃室，部分燃料在进气阀之前与空气混合。这种布置可用于例如火花点火式气体发动机中。与气缸中的混合气相比，预燃室中的气体-空气混合气是浓的。预燃室中的浓混合气由火花塞点燃，来自预燃室的火焰点燃气缸中的混合气。

预燃室发动机中的常见问题是空气和燃料的不充分混合，这会导致不完全燃烧。在预燃室发动机中遇到的另一个问题是预燃室部件的过度热负荷。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于活塞式发动机的气缸的改进的预燃室，该预燃室包括燃烧部分和喷嘴部分，所述燃烧部分构造成接收空气和燃料的混合气以点燃所述混合气，所述喷嘴部分构造成在预燃室的燃烧部分与发动机的主燃烧室之间建立流体连通，所述喷嘴部分包括至少一个喷嘴开口，该喷嘴开口构造成允许从主燃烧室到预燃室中的流动以及从预燃室到主燃烧室中的流动。根据本发明的预燃室的特征在权利要求1的特征部分中给出。本发明的其他目的是提供一种改进的气缸盖和一种改进的活塞式发动机。

根据本发明，预燃室包括具有第一端和第二端的至少一个辅助通道，所述第一端在预燃室内通向喷嘴部分并且第二端在预燃室外开口，辅助通道构造成在压缩冲程期间从主燃烧室到预燃室中的流动以及在燃烧冲程期间从预燃室到主燃烧室中的流动致使流体流过辅助通道进入预燃室的喷嘴部分。

由于辅助通道，流体流在压缩冲程和燃烧冲程中都被吸入喷嘴部分。在压缩冲程期间，流动改善了预燃室内的混合。在燃烧冲程期间，流动冷却预燃室。它还提升通过至少一个喷嘴开口从预燃室排出的火焰。

根据本发明的实施例，辅助通道的横截面积小于至少一个喷嘴开口的横截面积。有利地，辅助通道的横截面积至多为喷嘴开口的横截面积的30％。较小的横截面积有助于产生流体通过辅助通道被吸入喷嘴部分的情况。

根据本发明的实施例，辅助通道的第二端开口到喷嘴部分的外表面上。这允许辅助通道的长度较短。

根据本发明的实施例，辅助通道的第二端在预燃室的安装状态下通向主燃烧室。在压缩冲程期间，来自主燃烧室的空气和燃料的混合气因此通过辅助通道被吸入喷嘴部分。因此，喷嘴部分中的燃料浓度不会显著改变，但是混合得到改善。在燃烧冲程期间，来自主燃烧室的较冷混合气有效地冷却喷嘴部分。

根据本发明的实施例，辅助通道包括从第一端开始并在预燃室的安装状态下从气缸的横向向上倾斜的部分。特别是在燃烧冲程期间，这有助于产生流体流经由辅助通道被吸入喷嘴部分的情况。

根据本发明的实施例，辅助通道的第一端在预燃室的安装状态下沿气缸的纵向处于至少一个喷嘴开口的上边缘的高度上方。

根据本发明的实施例，预燃室包括多个喷嘴开口，并且辅助通道的第一端位于两个喷嘴开口之间。

根据本发明的实施例，辅助通道是弯曲的。

根据本发明的实施例，辅助通道的形状朝向预燃室的喷嘴部分端部开口。这使得辅助通道的一部分向上倾斜，并且仍然具有通向主燃烧室的第二端。

根据本发明的实施例，辅助通道是直的，并且辅助通道的第一端比第二端更靠近预燃室的喷嘴部分端部。具有直的辅助通道的预燃室比具有更复杂形状的辅助通道的预燃室制造更简单。

根据本发明的实施例，预燃室包括几个辅助通道。这允许更多的流体经由辅助通道流入喷嘴部分。

根据本发明的气缸盖设有上述的预燃室。

根据本发明的活塞式发动机包括上述的预燃室。

附图说明

下面参照附图更详细地描述本发明的实施例，其中：

图1示意性地示出了活塞式发动机的气缸和气缸盖的一部分的剖视图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的预燃室的剖视图；并且

图3示出了根据本发明的另一实施例的预燃室的剖视图。

具体实施方式

在图1中示出了活塞式发动机的气缸盖8。发动机是大型内燃机，例如船舶的主发动机或辅助发动机，或在发电厂中用于发电的发动机。发动机设有几个气缸1。发动机的每个气缸1设有气缸盖8，气缸盖8封闭气缸1的上端。术语“上端”在这里指的是气缸1的远离曲轴的端部。气缸1不必竖直布置，但是它们可以相对于发动机的底部成其他角度。主燃烧室7在气缸盖8和活塞2之间形成在气缸1内，活塞2布置成在气缸1中以往复运动的方式移动。气缸1的壁由气缸套形成。主燃烧室7与预燃室4流体连通。因此，进气或进气与燃料的混合气、燃烧的残余气体和可能的再循环废气可以从主燃烧室7流入预燃室4。还允许流体从预燃室4流入主燃烧室7。在图1的实施例中，预燃室4与主燃烧室7同心。然而，预燃室4的位置也可以不同。

在图1的实施例中，发动机是火花点火式气体发动机，其中，部分气体燃料被引入进气道中以形成稀空气/燃料混合气，并且部分燃料被引入预燃室4中以形成浓混合气，该浓混合气由火花塞(未示出)点燃。主燃烧室7中的较稀薄混合气通过在预燃室4中形成的较浓混合气的燃烧而点燃。预燃室4设有用于将燃料引入预燃室4的燃料入口。预燃室4设有火花塞。

预燃室4包括燃烧部分5和喷嘴部分6。燃烧部分5构造成接收燃料和空气的混合气以点燃该混合气。喷嘴部分6构造成将预燃室4的燃烧部分5连接到主燃烧室7。在附图的实施例中，喷嘴部分6包括多个喷嘴开口6a。喷嘴开口6a构造成允许从主燃烧室7流入预燃室4和从预燃室4流入主燃烧室7。喷嘴部分6也可以设有单个喷嘴开口。

喷嘴部分6具有比燃烧部分5小的体积。喷嘴部分6形成从预燃室4的燃烧部分5向主燃烧室7延伸的细长通道。沿喷嘴部分6的纵向看的喷嘴部分6的横截面积小于沿相同方向看的燃烧部分5的横截面积。

在附图的实施例中，喷嘴部分6的轴向平行于气缸1的轴向。然而，喷嘴部分6也可以相对于气缸1的轴向倾斜。

在压缩冲程期间，燃料和空气的混合气经由喷嘴开口6a流入预燃室4的喷嘴部分6，并进一步流入预燃室4的燃烧部分5。额外的燃料被直接引入燃烧部分5。因此在燃烧部分5中形成更浓的燃料/空气混合气。混合气由火花塞点燃。在点燃之后，点燃的混合气和燃烧产物从燃烧部分5经由喷嘴部分6和喷嘴开口6a流入主燃烧室7。

在附图的实施例中，预燃室4由主体零件和喷嘴零件形成。喷嘴部分6由喷嘴零件形成，燃烧部分5主要由主体零件形成。燃烧部分5部分地由喷嘴零件界定。预燃室4也可以由单件零件形成。替代地，它可以由几个零件形成。

根据本发明的预燃室4包括至少一个辅助通道9。辅助通道9具有第一端9a和第二端9b。第一端9a在预燃室4内通向喷嘴部分6。第一端9a靠近喷嘴开口6a定位。第一端9a位于喷嘴部分6的远离预燃室4的燃烧部分5的那一半中。优选地，第一端9a位于喷嘴部分6的离燃烧部分5最远的那三分之一中。

第二端9b在预燃室4外开口。辅助通道9构造成使得预燃室4和主燃烧室7之间的流动导致流体流动通过辅助通道9进入预燃室4的喷嘴部分6。在压缩冲程期间，来自主燃烧室7通过喷嘴开口6a进入喷嘴部分6并进一步进入燃烧部分5的流动使得来自预燃室4外部的流动经由辅助通道9进入喷嘴部分6。在燃烧冲程期间，从燃烧部分5经由喷嘴部分6和喷嘴开口6a进入主燃烧室7的流动引起从预燃室4外部经由辅助通道9进入喷嘴部分6的流动。

在压缩冲程期间，通过辅助通道9进入喷嘴部分6的流动促进了流入室4的空气和燃料的混合气的混合。在燃烧冲程期间，通过辅助通道9进入喷嘴部分6的流动冷却预燃室4，尤其是预燃室4的喷嘴部分6。流动还可以促进经由喷嘴开口6a排出的火焰。

由于文丘里效应，实现了通过辅助通道9进入预燃室4的喷嘴部分6的流动。当流体从预燃室4的燃烧部分5或从主燃烧室7流入具有较小横截面积的喷嘴部分6时，流体速度增加。增加的流体速度减小了喷嘴部分6中的静压力，这导致经由辅助通道9吸入到喷嘴部分6中。

辅助通道9的横截面积小于任何喷嘴开口6a的横截面积。辅助通道9的横截面积可以是例如单个喷嘴开口6a的横截面积的至多30％。辅助通道9的较小直径有助于产生文丘里效应。

在附图的实施例中，辅助通道9的第二端9b开口到预燃室4的喷嘴部分6的外表面上。这使得辅助通道9的所需长度最小化。在图2的实施例中，辅助通道9的第二端9b通向燃烧室7。在图3的实施例中，辅助通道9的第二端9b通向预燃室4的喷嘴部分6和气缸盖8之间的缝隙。在两个实施例中，来自主燃烧室7的流体流入辅助通道9。因此，在压缩冲程期间，通过辅助通道9的流的燃料浓度不会显著不同于通过喷嘴开口6a的流的燃料浓度。因此，预燃室4中的燃料浓度基本上不受通过辅助通道9的流的影响，而是改善了喷嘴部分6中的混合。在燃烧冲程期间，较冷的流体从主燃烧室7流入喷嘴部分6，从而喷嘴部分6被有效地冷却。

在附图的实施例中，辅助通道9包括从辅助通道9的第一端9a开始的部分，该部分在预燃室4的安装状态下从气缸1的横向向上倾斜。在图3的实施例中，整个辅助通道9向上倾斜。在图2的实施例中，辅助通道9的仅一部分向上倾斜。在燃烧冲程期间，倾斜部分有助于防止流体经由辅助通道9从喷嘴部分6排出。

在图2的实施例中，辅助通道9是弯曲的。辅助通道9的形状朝向预燃室4的喷嘴部分端部开口。因此，辅助通道9的最高点位于辅助通道9的端部之间。辅助通道9的弯曲形状允许辅助通道9的一部分向上倾斜，同时允许辅助通道9的第二端9b定位在主燃烧室7中。

在图3的实施例中，辅助通道9是直的，并且辅助通道9的第一端9a比第二端9b更靠近预燃室4的喷嘴部分端部。具有直的辅助通道9的预燃室4比具有弯曲的辅助通道9的预燃室4制造更简单。

在附图的实施例中，辅助通道9的第一端9a在预燃室4的安装状态下沿气缸1的纵向位于喷嘴开口6a的上边缘的高度上方。替代地，辅助通道9的第一端9a可以在两个喷嘴开口6a之间。

在附图的实施例中，预燃室4包括几个辅助通道9。通过为预燃室4提供几个辅助通道9，可以实现通过辅助通道9的较高流量。

预燃室4或至少预燃室4的喷嘴部分6可以通过增材制造来制造。增材制造允许辅助通道9的复杂形状。然而，特别是在直的辅助通道9的情况下，预燃室4也可以使用其他制造方法制成。例如，可以钻出辅助通道9。

本领域技术人员应当理解，本发明不限于上述实施例，而是可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (14)

1.一种用于活塞式发动机的气缸(1)的预燃室(4)，所述预燃室(4)包括燃烧部分(5)和喷嘴部分(6)，所述燃烧部分构造成接收空气和燃料的混合气以点燃所述混合气，所述喷嘴部分构造成在所述预燃室(4)的燃烧部分(5)与所述发动机的主燃烧室(7)之间建立流体连通，所述喷嘴部分(6)包括至少一个喷嘴开口(6a)，所述喷嘴开口构造成允许从所述主燃烧室(7)到所述预燃室(4)中的流动以及从所述预燃室(4)到所述主燃烧室(7)中的流动，其特征在于，所述预燃室(4)包括具有第一端(9a)和第二端(9b)的至少一个辅助通道(9)，所述第一端(9a)在所述预燃室(4)内通向所述喷嘴部分(6)并且所述第二端(9b)在所述预燃室(4)外开口，所述辅助通道(9)构造成在压缩冲程期间从所述主燃烧室(7)到所述预燃室(4)中的流动以及在燃烧冲程期间从所述预燃室(4)到所述主燃烧室(7)中的流动致使流体流过所述辅助通道(9)进入所述预燃室(4)的喷嘴部分(6)。

2.根据权利要求1所述的预燃室(4)，其中，所述辅助通道(9)的横截面积小于所述至少一个喷嘴开口(6a)的横截面积。

3.根据权利要求2所述的预燃室(4)，其中，所述辅助通道(9)的横截面积至多为所述喷嘴开口(6a)的横截面积的30％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的预燃室(4)，其中，所述辅助通道(9)的第二端(9b)开口到所述喷嘴部分(6)的外表面上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室(4)，其中，所述辅助通道(9)的第二端(9b)在所述预燃室(4)的安装状态下通向所述主燃烧室(7)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室(4)，其中，所述辅助通道(9)包括从所述第一端(9a)开始并在所述预燃室(4)的安装状态下从所述气缸(1)的横向向上倾斜的部分。

7.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室(4)，其中，所述辅助通道(9)的第一端(9a)在所述预燃室(4)的安装状态下沿所述气缸(1)的纵向位于所述至少一个喷嘴开口(6a)的上边缘的高度上方。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的预燃室(4)，其中，所述预燃室(4)包括几个喷嘴开口(6a)，并且所述辅助通道(9)的第一端(9a)位于两个喷嘴开口(6a)之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室(4)，其中，所述辅助通道(9)是弯曲的。

10.根据权利要求9所述的预燃室(4)，其中，所述辅助通道(9)的形状朝向所述预燃室(4)的喷嘴部分端部开口。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的预燃室(4)，其中，所述辅助通道(9)是直的，并且所述辅助通道(9)的第一端(9a)比所述第二端(9b)更靠近所述预燃室(4)的喷嘴部分端部。

12.根据前述权利要求中任一项所述的预燃室(4)，其中，所述预燃室(4)包括几个辅助通道(9)。

13.一种用于活塞式发动机的气缸盖(8)，其中，所述气缸盖(8)设有根据前述权利要求中任一项所述的预燃室(4)。

14.一种活塞式发动机，该活塞式发动机包括根据权利要求1至12中任一项所述的预燃室。