CN204572180U - 预燃室本体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预燃室本体（22），应用在气体燃料内燃机中，包括具有预燃室轴线（A）的预燃室（24）和在预燃室（24）中开口的上升通道（26）。预燃室本体（22）还可包括在上升通道（26）中开口的用于流体连接主燃烧室（8）和上升通道（26）的多条流体传送通道（28）。所述多条流体传送通道（28）可围绕预燃室轴线（A）非对称地设置。另外或可选地，第一流体传送通道（28C）可具有比第二流体传送通道（28）小的流动横截面积。采用本实用新型的预燃室本体可以使得通过流体传送通道流入到上升通道中的流体流动更加稳定。

Description

预燃室本体

技术领域

本实用新型总体上涉及发动机气缸的预燃室。更具体地，本实用新型涉及通过多个流体传送通道流体连接到内燃机的主燃烧室的预燃室。

背景技术

使用气体燃料和空气的稀混合物提供动力的气体燃料内燃机可包括用于点火用途的每个气缸的预燃式燃烧室（也被称为预燃室）。具体地，当大口径发动机通过其他方式难以用稀燃料空气混合物实现完全和彻底燃烧时，大口径发动机（large-pore）就可以受益于这些预燃室。

在某些结构中，这种预燃室通过上升通道以及典型地通过多个流体传送通道流体连接到各自的气缸的主燃烧室。这些流体传送通道使得气体燃料和空气的稀混合物在压缩冲程期间从主燃烧室流动到预燃室内。通常通过在进气冲程中经由单独的给气通道将少量的气体燃料提供到预燃室内来实现稀混合物在预燃室中的浓缩。浓缩的混合物在预燃室中通过诸如火花塞的点火器点火。浓缩的混合物的点火引起热气的火焰锋，产生的热气通过流体传送通道从预燃室蔓延到主燃烧室内。因此，主燃烧室中的稀混合物点火并燃烧，并从而抵靠驱动曲柄轴的可移动活塞扩张。

例如，卡特彼勒公司的美国第5,024,193号专利公开了一种具有限定预燃室的预燃烧室组件的燃料燃烧系统。预燃室具有预选的形状和容量。提供预选的几何横截面的多个喷射通道用于以大于音速的速度将燃烧气体从预燃室中引导并可控制地扩张到主燃烧室中。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种预燃室本体，以使通过流体传送通道流入到上升通道中的流体流动更稳定。

根据本实用新型的一个方面，公开了一种预燃室本体，应用在包括主燃烧室的气体燃料内燃机中；所述预燃室本体包括具有预燃室轴线的预燃室和在所述预燃室中开口的上升通道；所述预燃室本体还包括在所述上升通道中开口的用于流体连接所述主燃烧室和所述上升通道的多条流体传送通道；所述多条流体传送通道围绕所述预燃室轴线非对称地布置；和/或所述多条流体传送通道中的第一流体传送通道具有比所述多条流体传送通道中的第二流体传送通道小的横截面积。

进一步的，在所述预燃室本体中还包括在所述预燃室中开口的给气通道。

其中，所述流体传送通道可以沿各自的流体传送通道轴线延伸，并且所述流体传送通道轴线围绕所述预燃室轴线非对称地布设。

或者，每个所述的流体传送通道在各自的主燃烧室开口和各自的上升通道开口之间延伸，并且所述主燃烧室开口和/或所述上升通道开口围绕所述预燃室轴线非对称地布置。其中，所述主燃烧室开口和/或所述上升通道开口相对于所述预燃室轴线非等距地布设；或者，所述主燃烧室开口和/或所述上升通道开口相对于彼此非等距地布置；或者，所述流体传送通道沿各自的流体传送通道轴线延伸，并且其中，至少一条流体传送通道轴线与另一流体传送通道的至少一条另外的流体传送通道轴线相比相对于所述预燃室轴线或多或少地倾斜。

优选的，所述上升通道平滑地过渡到所述预燃室内；和/或所述上升通道具有与所述预燃室轴线对齐、平行于延伸或相交的上升通道轴线。

再进一步的，所述预燃室本体还包括流体连接所述给气通道的上游的给气阀。

优选的，所述流体传送通道具有沿各自的流体传送通道轴线恒定的流动横截面积，其中，所述流体传送通道沿各自的流体传送通道延伸，并且所述流体传送通道轴线相对于所述预燃室轴线倾斜延伸。

此外，所述预燃室本体还可以包括配置为火花塞、激光点火器、点火燃料喷射器或电热塞的点火装置，可以可操作地将该点火装置连接到预燃室，用于点燃预燃室中的混合物。

其中，所述气体燃料内燃机可以是只用气体燃料的发动机，但也可以是设计成使用代替气体燃料和/或与气体燃料类似的燃料。

根据本实用新型的另一方面，公开了一种气体燃料内燃机，所述气体燃料内燃机可包括气缸、往复运动地设置在所述气缸中的活塞和作为示例在此公开的预燃室。

本实用新型的预燃室本体通过将多条流体传送通道设计成非对称式结构，从而可以使得流体在从流体传送通道流体入到上升通道的流动中生成确定的扰动。这种确定且期望的流扰动可以使得从每一条流体传送通道流入到上升通道的整体流体流动更加稳定。

通过以下说明和附图，本实用新型的其他特征和方面将显而易见。

附图说明

并入本文并且构成说明书的一部分的附图图示了本实用新型的示例性实施例，并且这些附图与说明书一起用作解释本实用新型的原理。在附图中：

图1是由仅部分地示出的气缸盖覆盖的发动机气缸的上部的示意图，所述气缸盖包括预燃烧室组件；

图2是沿图1中I-I线截取的预燃烧室组件的仰视示意图；

图3是沿图1中I-I线截取的预燃烧室组件的另一实施例的仰视示意图；

图4是沿图1中I-I线截取的预燃烧室组件的又一实施例的仰视示意图。

具体实施方式

以下是本实用新型的示例性实施例的详细描述。在此描述且在附图中示出的示例性实施例旨在教导本实用新型的原理，使得本领域技术人员能够在许多不同的环境使用本实用新型以及将本实用新型用于许多不同的应用中。因此，示例性实施例不是为了、且不应该被认为是专利保护范围的限制性描述。确切地说，专利保护的范围应该由权利要求书限定。

本实用新型部分地基于以下方式实现：预燃烧室组件的相同尺寸的流体传送通道的对称布置导致生成的从流体传送通道流动到上升通道中且进入到预燃室中的流体不稳定。原因是即使最小的不期望的流扰动也会干扰上升通道中的流动平衡且会导致上升通道中的不确定流体流入预燃室中和/或在预燃室内流动。因此，在该预燃室中与气体燃料混合会恶化，且因此可对预燃室中的点火产生负面影响。

因而，有人提议以一种方式来布置和/或配置流体传送通道，这种方式可以产生期望得到的更适宜的小“扰动”， 以使得确定且可预期的稳定流体流入到上升通道、预燃室和/或在预燃室内流动。由此，可减少由于其他非期望的流扰动进入预燃室中和/或预燃室的上升通道中，导致不确定的流体状态出现。

现在参考附图通过实例的方式来解释本实用新型的一般原理。图1描绘了布置在气体燃料内燃机的气缸4中的活塞2（未更详细地示出）。气缸4由气缸盖6覆盖。活塞2、气缸4和气缸盖6共同限定出发动机的主燃烧室8。

活塞2往复运动地布置在气缸4中以在内燃机运行期间于上死点（TDC）和下死点（BDC）之间行进。为了本实用新型的目的，内燃机被认为是四冲程气体燃料内燃机，在四冲程气体燃料内燃机中，在此公开的预燃室组件和气缸盖尤其适用。然而，本领域的技术人员将会认识到，内燃机可以是任何类型的发动机（涡轮发动机、气体发动机、柴油发动机、天然气发动机、丙烷发动机、两冲程发动机等），这些发动机将使用在此公开的预燃室组件。此外，内燃机可以是任何尺寸、具有任何数目的气缸并且为任何构型（V型构型、直列式构型、径向构型等）。而且，内燃机可以用来为任何机器或其他装置（包括机车应用、公路卡车或车辆、非公路卡车或机器、土石方设备、发电机、航空航天应用、海上应用、泵、静止的设备或其他发动机提供动力的应用）提供动力。

气缸盖6包括至少一个入口阀10（例如提升阀）。入口阀10容纳在入口通道12中，所述入口通道12位于气缸盖6的活塞侧面14的开口中，用于将气体燃料和空气的稀混合物供应到燃烧室8中。类似地，至少一个出口阀16（例如同样是提升阀）容纳在气缸盖6的出口通道18中，以将排放气体引导出燃烧室8。

气缸盖6中还设置有具有预燃室本体22的预燃烧室组件20，预燃室本体22通过安装部件23安装在气缸盖6中。可选地，预燃烧室组件20和/或预燃室本体22可以以任何其他方式安装和/或集成在气缸盖6中。

预燃室本体22包括沿预燃室轴线A延伸的预燃室24。例如，预燃室24可以具有范围在气缸4的余隙容积的0.5%和3%之间的容积。预燃室24是漏斗形的且在上升通道26的方向上逐渐变细。可选地，预燃室24可以具有任何其他形状，诸如圆柱形形状、椎体形状、圆锥形状及其组合。

上升通道26在预燃室本体22中纵向延伸，并且在预燃室24中开口。具体地，上升通道26平滑地过渡到预燃室24的底部部分。在图1所示结构中，上升通道26的上升通道轴线B与预燃室轴线A对齐。可选地，上升通道轴线B可以与预燃室轴线A平行或可以与预燃室轴线A形成一角度。

为了流体连接上升通道26和主燃烧室8，提供了多条流体传送通道28，其中两条在图1中示出。流体传送通道28沿各自的流体通道轴线C延伸通过预燃室本体22的尖端30，所述流体通道轴线C可以相对于预燃室轴线A例如在从10°到90°的范围内倾斜延伸。具体地，每个流体传送通道28流体连接上升通道26的底部和主燃烧室8的顶部。

尖端30可以是如图1中所示的圆拱形的，或可以是扁平形的或是弯曲的。在一些实施例中，尖端30可以延伸到主燃烧室8中，或可以布置在设置在气缸盖6的面14的腔中。

在图1所示的实施例中，流体传送通道28以相对于预燃室轴线A的径向方向成一定角度延伸通过尖端30。在其他实施例中，例如，流体传送通道28可以以相对于围绕预燃室轴线A的圆圈的相切方向成一定角度延伸通过尖端30。

进一步地，在图1所示的实施例中，流体传送通道具有沿其长度呈圆形、椭圆形、矩形或任何其他合适的横截面形状的基本恒定的流体动横截面积。在其他实施例中，单个流体传送通道28的流动横截面积可不同。例如，流体传送通道28可以在其长度方向上从一端或两端部分朝向流体传送通道28的中间部分逐渐变细。

更进一步地，在示出的结构中，流体传送通道28可以阶梯状地从上升通道26过渡到尖端30的外表面。可选地，例如，流体传送通道28可以包括在过渡到上升通道26和/或尖端30的外表面的过渡处的倒角、圆角或漏斗形部分。

在一个实施例中，至少一个流体传送通道28可以以相对于围绕预燃室轴线A的圆圈的相切方向成一定角度的方向延伸。剩余的流体传送通道28可以以相对于预燃室轴线A的径向方向成一定角度延伸。

如后续更详细的描述，流体传送通道26的布置和/或配置可使得在上升通道26中生成确定的流扰动，而不是如对称布置和配置中的不稳定的流动。

点火装置32（例如火花塞、激光点火器、点火燃料注射器或电热塞）可操作地连接到预燃室24。在此使用的可操作地连接指的是点火装置32（取决于其点火机制）配置并设置为点燃预燃室24中的可点燃的混合物。例如，假如点火装置32是火花塞，火花塞的电极会延伸到预燃室24中，从而那些电极之间的火花点燃预燃室24中的混合物。作为另一个例子，假如点火装置32是激光点火器，激光点火器可以通过窗与预燃室分离开来，所述窗配置成将激光光束从所述激光点火器传输到预燃室24中。

在一些实施例中，预燃室24可以集成在点火装置32中或直接安装到点火装置32。例如，预燃室本体22可以与点火装置32至少部分地制作在一起用于作为单个部分安装到气缸盖6中。

在图1所示的实施例中，点火装置32的点火装置轴线D平行于预燃室轴线A。可选地，点火装置32可以布置成使得点火装置轴线D与预燃室轴线A相交或点火装置轴线D与预燃室轴线A对齐。

进一步地，给气通道34在预燃室24中开口，用以将气体燃料或气体燃料和空气的浓混合物供应到预燃室24中。给气通道34可以包括给气阀36的部分（只在图1中部分示出，未示出阀构件），或可以分别提供给气通道34和给气阀36。此外，给气通道34的给气通道轴线E要么可以平行于如图1所示的预燃室轴线A，要么可以在其他配置中与预燃室轴线A相交或可以在其他配置中与预燃室轴线A对齐。

在一些实施例中，点火装置32和/或给气阀36设置在预燃室本体22的套筒38中。如图所示，套筒38的预燃室侧面40可以起预燃室24盖的作用。

参考图2，预燃室本体22的尖端30以由图1中的I-I线表示的预燃室轴线A的方向的视角示出。

在图2所示的结构中，总共有六个流体传送通道28沿各自的流体传送通道轴线C延伸通过尖端30。在图2（和图3、图4）中，流体传送通道28由虚线表示，因为从外部看不见这些通道。每个流体传送通道28在各自的主燃烧室开口42和上升通道26中的各自的上升通道开口44之间延伸（由图2中的虚线圆圈表示）。在其他实施例中，可以提供例如在四至十二之间的范围内的更多或更少的流体传送通道。

如图所示，主燃烧室开口42和上升通道开口44可以相对于预燃室轴线A和/或上升通道轴线B呈方位角分布。

流体传送通道28围绕预燃室轴线A非对称地布置，由于流体传送通道28彼此非等距地布置。具体地，设计流体传送通道28A的位置和延伸方向，使流体传送通道28A的主燃烧室开口42A和上升通道开口44A分别相对于相邻主燃烧室开口42和上升通道开口44非等距地布置。因此，主燃烧室开口42围绕预燃室轴线A非对称地布置且上升通道开口44围绕预燃室轴线A非对称地布置。

具体地，相邻流体传送通道的轴线C限定彼此之间的角度（在图2称为α、β和γ）。可以看出，流体传送通道28A如此放置使得其流体传送通道轴线C′与相邻轴线C限定角度β和γ，其中角度β和γ不等于剩余流体传送通道28之间限定的角度α。例如，角度β可以至少比角度α小2°。相应地，例如在包括总共六个流体传送通道的结构中，角度α可以是大约60°，角度β可以是大约58°且角度γ可以是大约62°，从而总计为360°。

另外，还可以至少设计另一条流体传送通道与相邻流体传送通道28所限定的角度不同，而不是呈对称布置，所述对称布置指由相邻流体传送通道28之间限定的角度相同。

有人指出相邻流体传送通道轴线C之间的不同大小的角度也可以通过设置第一流体传送通道获得，即与第二流体传送通道的第二流体传送通道轴线C相比，第一流体传送通道轴线C与径向平面围绕预燃室轴线A限定的角度不同。换句话说，第一流体传送通道可以比第二流体传送通道或多或少地相对于预燃室轴线A倾斜。

通常，通过将至少一个主燃烧室开口42和/或至少一个上升通道开口44定位在一位置，而非将其以流体传送通道的对称布置进行定位，可以改变通过各自的流体传送通道28的流动方向，这种改变在流入到上升通道26内时可产生确定且期望的扰动。

参考图3，具有流体传送通道28的尖端30的另一实施例再次以图1中的I-I线表示的预燃室轴线A的方向的视角示出。

在此，流体传送通道28围绕预燃室轴线A非对称地布置，这是由于流体传送通道28B的开口44B与流体传送通道28的开口44相比设置得更接近预燃室轴线A。结果，开口44、44B相对于预燃室轴线A非等距地布置。

具体地，上升通道26的底部部分可以逐渐变细直至其底端（如图1中可见）且因此包括具有不同直径的截面，如图3中由两个同心虚线圆圈图示表示。流体传送通道28B的上升通道开口44B设置在上升通道26的一截面中，该截面的直径比上升通道开口44设置在上升通道26的截面的直径小。

在所示的实施例中，相邻流体传送通道轴线C之间的角度α尺寸相同，例如在具有如图3所示的六个流体传送通道28的结构中，角度α具有60°的数值。可选地，相邻流体传送通道轴线之间的角度可不同，例如，类似于结合图2描述的实施例。

此外，通过相对于预燃室轴线A非等距地设置上升通道开口，在流入到上升通道26内时可产生确定且期望的扰动。 

在图4中，示出了第一流体传送通道具有比其他流体传送通道更小的流动横截面积的实施例。

具体地，相比剩余流体传送通道28，流体传送通道28C具有更小的流动横截面积。因此，通过流体传送通道28C的流量减小，这导致进入到上升通道26的流体不一致。另外，还可以设置至少另一条流体传送通道可以包括相对小的流动横截面积。

在图4中所示的实施例中，流体传送通道28具有恒定的流动横截面积。可选地，至少一条流体传送通道可以包括一个或多个锥形部分。在这些实施例中，在此使用的所述逐渐变细的流体传送通道的流动横截面积可与所述逐渐变细的流体传送通道的最小流动横截面积有关。该最小流动横截面积可以设置在沿流体传送通道长度的任何位置，例如在主燃烧室开口处、中间部分和/或上升通道开口处。

本领域技术人员将领会，可以组合图2至图4所讨论的那些实施例。例如，流体传送通道28可以围绕预燃室轴线A非对称地布置，且这些流体传送通道28中的至少一条可以包括减小的流动截面面积。

工业实用性

在此一般地公开的预燃烧室组件和气缸盖适用于往复式活塞发动机中。具体地，预燃烧室组件和气缸盖可与凭借气体燃料和空气的稀混合物运行的气体燃料内燃机一起使用。

在进气冲程期间，通过入口通道12将气体燃料和空气的稀混合物供应到主燃烧室8内。相继地，在压缩冲程期间，通过流体传送通道28将来自主燃烧室8的气体燃料和空气的稀混合物推送到上升通道26中，并从上升通道26推送到预燃室24中。

由于流体传送通道28的非对称地布置和/或结构，稀混合物不是以相同的方向、流动速率和/或进入到上升通道26中的位置从单独的流体传送通道28流入到上升通道26中。因此，在流动中生成确定的扰动。这种确定且期望的流扰动导致由每个流体传送通道28供给到上升通道26的整体流动与通过对称布置或配置的流体传送通道供给到上升通道26的一致流入造成的流动更稳定。具体地，相比由仅仅导致不稳定平衡的一致的流入生成的流，上升通道26中进入预燃室24中和/或进入预燃室内的稳定的流动可以更好的应对其他不确定或非期望的扰动。

随着上升通道26在预燃室24和流体传送通道28之间纵向延伸，形成如上描述的具有确定扰动的稳定的流动。来自燃烧室8的稀混合物流入预燃室24内，通过给气阀34向预燃室24供应气体燃料或气体燃料和空气的浓混合物。预燃室混合物由点火装置32点火，所述由点火装置32点火包括来自主燃烧室8的稀混合物和来自给气通道34的气体燃料或浓混合物。产生的火焰峰通过上升通道26和流体传送通道28蔓延到主燃烧室8中。

尽管已经在此描述了本实用新型的优选实施例，但在不背离权利要求的保护范围的情况下，可以包含各种改进和修改。

Claims (10)

1.一种预燃室本体（22），应用在包括主燃烧室（8）的气体燃料内燃机中，其特征在于，所述预燃室本体（22）包括：

预燃室（24），其具有预燃室轴线（A）；

上升通道（26），其在所述预燃室（24）中开口；

多条流体传送通道（28），其在所述上升通道（26）中开口，用于流体连接所述主燃烧室（8）和所述上升通道（26）；其中，

所述多条流体传送通道（28）围绕所述预燃室轴线（A）非对称地布置；和/或

所述多条流体传送通道（28）中的第一流体传送通道（28C）具有比所述多条流体传送通道（28）中的第二流体传送通道小的流动横截面积。

2.根据权利要求1所述的预燃室本体（22），其特征在于，还包括在所述预燃室（24）中开口的给气通道（34）。

3.根据权利要求1或2所述的预燃室本体（22），其特征在于，所述流体传送通道（28）沿各自的流体传送通道轴线（C）延伸，并且所述流体传送通道轴线（C）围绕所述预燃室轴线（A）非对称地布设。

4.根据权利要求1或2所述的预燃室本体（22），其特征在于，每个所述的流体传送通道（28）在各自的主燃烧室开口（42）和各自的上升通道开口（44）之间延伸，并且，所述主燃烧室开口（42）和/或所述上升通道开口（44）围绕所述预燃室轴线（A）非对称地布置。

5.根据权利要求4所述的预燃室本体（22），其特征在于，所述主燃烧室开口（42）和/或所述上升通道开口（44）相对于所述预燃室轴线（A）非等距地布设。

6.根据权利要求4所述的预燃室本体（22），其特征在于，所述主燃烧室开口（42）和/或所述上升通道开口（44）相对于彼此非等距地布置。

7.根据权利要求4所述的预燃室本体（22），其特征在于，所述流体传送通道（28）沿各自的流体传送通道轴线（C）延伸，并且其中，至少一条流体传送通道轴线（C）与另一流体传送通道（28）的至少一条另外的流体传送通道轴线（C）相比相对于所述预燃室轴线（A）或多或少地倾斜。

8.根据权利要求1或2所述的预燃室本体（22），其特征在于，

所述上升通道（26）平滑地过渡到所述预燃室（24）内；和/或

所述上升通道（26）具有与所述预燃室轴线（A）对齐、平行延伸或相交的上升通道轴线（B）。

9.根据权利要求2所述的预燃室本体（22），其特征在于，还包括流体连接所述给气通道（34）的上游的给气阀（36）。

10.根据权利要求1或2所述的预燃室本体（22），其特征在于，所述流体传送通道（28）具有沿各自的流体传送通道轴线（C）恒定的流动横截面积，其中，所述流体传送通道（28）沿各自的流体传送通道（C）延伸，并且所述流体传送通道轴线（C）相对于所述预燃室轴线（A）倾斜延伸。