CN205225432U - 用于气体机的预燃室装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于气体机的预燃室装置，包括预燃室，预燃室包括：预燃室上部和预燃室下部，预燃室上部的第一轴线和预燃室下部的第二轴线不在同一直线上且平行设置；预燃室上部的腔室容积大于预燃室下部的腔室容积；预燃室装置还包括火花塞，火花塞设置在预燃室的上方，且火花塞安装在预燃室上部的腔室顶壁的第一开口处，第一开口的轴线与第一轴线之间距离大于第一开口的轴线与第二轴线之间的距离。本实用新型能够实现预燃室内混合气的均匀分布、燃空当量比在理想范围内；并使预燃室内火焰在进入主燃室之前尽可能充满整个预燃室，充分利用预燃室内部空间，提高点火能量及稳定性，从而提高气体机缸内燃烧稳定性，提高发动机效率。

Description

用于气体机的预燃室装置

技术领域

本实用新型涉及气体机气缸的预燃室，尤其涉及一种用于引燃组织稀薄燃烧的大缸径气体机的主燃室内稀薄混合气的预燃室装置。

背景技术

目前已有用于大缸径气体机的预燃室装置，且多采用旋转对称型结构，例如专利“预燃室本体”(专利申请号201520198968.X)等，其预燃室装置如图1所示。此专利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。

此种旋转对称型预燃室结构，将带来两个问题：

(1)预燃室内混合气分布问题：预燃室内较浓混合气将被来自主燃烧室内稀薄混合气的稀释，且分布将受来自主燃烧室气流影响来自主燃烧室的稀薄混合气将预燃室的较浓混合气在中心处隔断，且受上升通道的导流作用影响，来自主燃室的稀薄混合气气流速度方向为垂直向上，到达预燃室顶部撞壁后，向预燃室内侧的四周流动，导致火花塞附近混合气被稀释，不易形成初始火核，燃烧滞后，且点火后火焰能量降低，火花塞点火不稳定。

(2)火焰传播问题：由于预燃室内混合气呈现上述分布现象受气流速度方向的影响，混合气被点燃后，火焰首先向左发展，之后向下及四周蔓延，但当发展至预燃室的腔室、上升通道交界处时，由于来自主燃烧室的稀薄混合气将预燃室的腔室中的较浓混合气隔断，火焰直接进入上升通道，然后直接发展至主燃烧室。当火焰充满上升通道后，才逐渐向向预燃室的腔室右侧发展。这将使预燃室腔室的右侧空间在点燃主燃烧室稀薄混合气之前未被充分利用，整个预燃室的点火能量达不到设计能量要求，导致火焰在主燃烧室内传播速度较慢，影响燃烧稳定性及发动机效率。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本实用新型提供了一种用于气体机的预燃室装置。

本实用新型提供了一种气体机预燃室装置，包括预燃室，所述预燃室包括：预燃室上部和预燃室下部，所述预燃室上部的第一轴线和所述预燃室下部的第二轴线不在同一直线上且平行设置；

所述预燃室上部的腔室容积大于所述预燃室下部的腔室容积；

所述预燃室装置还包括火花塞，所述火花塞设置在所述预燃室的上方，且所述火花塞安装在所述预燃室上部的腔室顶壁的第一开口处，所述第一开口的轴线与所述第一轴线之间距离大于所述第一开口的轴线与所述第二轴线之间的距离。

与现有技术相比，本实用新型提供的用于气体机的预燃室装置，将预燃室上方设置的火花塞与预燃室下部均偏离预燃室上部的轴线设置，且火花塞垂直布置在远离预燃室下部的一侧；通过对预燃室上部和预燃室下部的腔体设置合理的容积比，以及预燃室内的线型进行一定的改进，能够有效提高预燃室内混合气体的均匀分布以及火焰传播时对预燃室腔体的利用率。此外，本实用新型在实施例中还进一步改进供气通道的设置，使得供气通道的送气方向位于火花塞气流的上游。通过本实用新型提供的预燃室装置，实现预燃室内混合气的均匀分布、燃空当量比在理想范围内；并使预燃室内火焰在进入主燃室之前尽可能充满整个预燃室，以充分利用预燃室内部空间，提高点火能量及稳定性，从而提高气体机缸内燃烧稳定性，提高发动机效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术中提供的预燃室组件的示意图；

图2为本实用新型提供的用于气体机的预燃室装置的结构示意图；

图3为图2所示结构示意图中A-A方向的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请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相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图2所示，本实用新型公开了一种用于气体机的预燃室装置，包括预燃室，该预燃室包括：预燃室上部1和预燃室下部2，预燃室上部1的第一轴线和预燃室下部2的第二轴线不在同一直线上且平行设置。可见，预燃室上部1和预燃室下部2呈不对称布置；并且，为满足预燃室内混合气体的均匀分布以及点火后火焰传播时对预燃室腔体的充分利用，预燃室上部的腔室容积大于预燃室下部的腔室容积。预燃室装置还包括火花塞4，火花塞4设置在预燃室的上方，且火花塞4安装在预燃室上部的腔室顶壁的第一开口处，第一开口的轴线与第一轴线之间的距离大于第一开口的轴线与第二轴线之间的距离。其中，本实用新型涉及的第一开口的轴线与火花塞4的轴线实质上为同条一直线。

此外，如图2所示，在预燃室下部2的下端设置有多条流体传送通道3，流体传送通道关于所述第二轴线对称布置。多条流体传送通道用于流体连接预燃室和预燃室下方的主燃烧室12，通过多条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。

本申请的发明人对预燃室上部和预燃室下部进行相对设置，火花塞垂直设置在预燃室上方，且火花塞的轴线尽可能的远离预燃室下部的轴线，即相对于预燃室上部，火花塞与预燃室下部之间形成类似对角的设计。通过这样的设计，相比于现有的预燃室组件，预燃室内混合气体的组织分布以及气体被点火后火焰传播时对预燃室腔体的空间利用均得到极大的提高。

作为一种可选的实施方案，本实用新型提供的用于气体机的预燃室装置中，预燃室上部1和预燃室下部2的腔室均为圆柱形腔体，第一轴线、第二轴线以及火花塞的轴线(或第一开口的轴线)均位于第一平面，预燃室关于第一平面对称。其中，本实用新型中提及的第一平面仅为示意性地表示第一轴线、第二轴线以及火花塞的轴线位于同一平面，为更好的介绍本实用新型提供的用于气体机的预燃室装置，故引入第一平面的概念。

进一步地，在第一平面内，预燃室上部1的腔室侧壁具有第一壁线7，预燃室下部2的腔室侧壁具有第二壁线6，第一壁线7和第二壁线6均位于同一竖直线上。

进一步地，预燃室上部在第一平面内还具有第三壁线11，第三壁线与第一壁线7正对；火花塞4靠近第三壁线的一侧面与第三壁线11之间的距离为1～2mm。

显然地，在上述实施例中，结合图2，以第一平面为视觉基准，预燃室下部位于预燃室上部的下方且位于左下角，而火花塞位于预燃室上部的上方且极靠近右上角。通过上述实施例提供的用于气体机的预燃室装置，能够更有效的克服预燃室内气体分布不均匀以及火焰传播时预燃室腔体的空间利用不充分的问题。

作为本实用新型一种可选的实施方式，为了更好的实现预燃室腔体内气流的均匀分布以及火焰的走向，对圆柱形腔体的内壁进一步改进，形成类圆柱形腔体，以更好地实现对气流的引导分布。

可选的，在预燃室上部正对预燃室下部的区域内，预燃室上部的腔室顶壁与预燃室上部的腔室侧壁之间形成第一圆角壁面8；

在预燃室上部的下端与预燃室下部的上端相连接的部位，从预燃室上部的腔室侧壁至预燃室下部的腔室侧壁之间形成过渡段；过渡段包括依次圆滑过渡的第二圆角壁面9、过渡凸台10和第三圆角壁面10’；

第一圆角壁面、第二圆角壁面、过渡凸台和第三圆角壁面均可以用于对预燃室内的气流进行导向、组织分布。

当然，预燃室上部的腔室侧壁和预燃室下部的腔室侧壁之间可通过一平面过渡，而本申请的发明人采用第二圆角壁面、过渡凸台和第三圆角壁面形成的过渡段明显的更有助于腔体内气流的导向分布，更有助于提高预燃室装置的性能，从而提高发动机的性能。并且，第一圆角壁面的设置同样用于实现类似的性能。

由于本实用新型提供的用于气体机的预燃室装置满足预燃室上部的腔室容积大于预燃室下部的腔室容积。如图2和图3所示，在本实用新型的一个或多个实施方式中，预燃室上部的腔室内径大于预燃室下部的腔室内部；和/或

预燃室上部的腔室高度大于预燃室下部的腔室高度。

可选的，预燃室上部的腔室内径为预燃室下部的腔室内径的2.7～3.3倍；和/或

预燃室上部的腔室高度为预燃室下部的腔室高度的1.3～1.5倍；和/或

预燃室上部的腔室容积为预燃室下部的腔室容积的5.5～6.5倍。

本实用新型中定义预燃室上部的腔室内径大小为尺寸a，预燃室上部的腔室内径大小为尺寸b；预燃室上部的腔室高度大小为尺寸c，预燃室下部的腔室内径大小为尺寸d。

其中，尺寸a为尺寸b的2.7～3.3倍，可有效保证预燃室上部浓混合气体的分布均匀。当尺寸a小于尺寸b的2.7倍，易预燃室上部浓混合气将快速通过预燃室下部进入主燃烧室内，预燃室内混合气浓度降低；尺寸a超过尺寸b的3.3倍，易造成预燃室内扫气不畅，残余废气稀释增多，混合气被废气稀释，降低点火能量。显然地，预燃室上部的第一壁线和预燃室下部的第二壁线位于同一竖直线上，而预燃室上部的腔室内径大于预燃室下部的腔室内径，进一步如图3所示，预燃室下部在水平面的投影内切于预燃室上部在水平面的投影。

预燃室上部的腔室容积为预燃室下部的腔室容积的5.5～6.5倍，从而才能有效保证尺寸c为尺寸d的1.3～1.5倍，进而确保预燃室下部对来自主燃烧室稀薄混合气的导流作用。当尺寸c小于尺寸d的1.3倍时，尺寸d偏大，预燃室下部的导流作用强，导致冲向第一圆角壁面的气流速度大，则火花塞附近速度大，火花塞不易点火，严重时发生失火，影响点火稳定性。尺寸c大于尺寸d的1.5倍时，尺寸d偏小，预燃室下部的导流作用减弱，则经过第一圆角壁面流向火花塞的气流速度低，点火后火焰传播慢，影响发动机效率。

进一步地，第一圆角壁面和第二圆角壁面的曲率半径均为预燃室上部的腔室内径(尺寸a)的1/5～1/3。

当第一圆角壁面的曲率半径大于尺寸a的1/3，将导致对来自主燃烧室的气流导向作用加强，预燃室顶部甚至火花塞附近受主燃烧室稀薄混合气稀释严重，且火花塞附近气流速度过大，火花塞不易点火，降低火花塞点火稳定性；当第一圆角壁面的曲率半径小于尺寸a的1/5，可能导致此弯角处火焰传播不到，形成死区，浪费预燃室内空间。

当第二圆角壁面的曲率半径大于尺寸a的1/3，将导致预燃室上部浓混合气过多通过预燃室下部进入主燃烧室内，预燃室内浓度减小，点火能量降低，并且也将减小过渡凸台对气流的组织作用；当第二圆角壁的曲率半径小于尺寸a的1/5，可能引起此处局部混合气过浓，反而降低火焰能量。

第三圆角壁面的曲率半径为预燃室上部的腔室内径(尺寸a)的1/8～1/6，第三圆角壁面代替原来尖角的存在对气流的组织分布具有一定的引导作用，但主要是为了气流点火燃烧的情况下，避免由于尖角的存在引起的局部热负荷过高，减少过渡凸台与预燃室下部的腔室侧壁之间的集中热量，故第三圆角壁面的曲率半径不宜过大。

特别地，过渡凸台的设置，一方面使得预燃室上部右下侧的气流不致直接流向预燃室下部，避免浓混合气过早过多通过预燃室下部进入主燃烧室内，保证预燃室内部混合气浓度控制在合理的范围内；另一方面，可在预燃室上部中组织一定的湍流，促进混合气混合，使预燃室上部分布有较均匀的浓混合气。

作为一种可选的实施方式，本实用新型提供的用于气体机的预燃室装置还包括燃气供给通道5，燃气供给通道5连接预燃室上部的腔室顶壁上的第二开口，燃气供给通道的轴线和第二开口的轴线均位于第一平面内，且第二开口的轴线位于第一轴线和第一开口的轴线之间，其中第二开口即为燃气供给通道的出口；

燃气供给通道的轴线与火花塞的轴线成一夹角，且燃气供给通道的轴线方向向所述第一开口倾斜。

进一步地，燃气供给通道设置在流向火花塞的气流上游，燃气供给通道的轴线与火花塞的轴线之间的夹角为30～40，并且第二开口与第一开口的中心距为预燃室上部的腔室内径的1/4～1/3。

结合图2，其中第一圆角壁面的设置，将来自主燃烧室的气流被第一圆角壁面导向右侧，并将燃气供给通道出口较浓的混合气吹向火花塞附近，使火花塞附近混合气浓度较高，且在火花塞附近形成一定的气流速度，促进初始火焰快速传播。

本实用新型提供的用于气体机的预燃室装置，涉及对预燃室上下部相对位置、预燃室上部型线、火花塞及燃气供给通道布置位置的设计，为了更好地了解本实用新型提供的预燃室装置，结合图2和图3，进一步介绍本实用新型提供的预燃室装置的工作原理。

在特定时刻，特定量的燃气通过预燃室燃气供给通道喷入预燃室内，沿燃气供给通道的方向，在第一圆角壁面、第二圆角壁面、过渡凸台的共同作用下，使混合气在由预燃室火花塞附近、预燃室上部右侧腔体逐渐向左侧及预燃室下部由浓到稀的分布。

来自主燃烧室的稀薄混合气，通过流体传送通道，经过预燃室下部，进入预燃室上部。由于第一壁线和第二壁线在同一条线垂直布置，预燃室上部中浓混合气受主燃烧室稀薄混合气稀释程度分布为：沿预燃室上部左下侧向左上侧再向右侧逐渐减小。

通过上述实施例中预燃室腔体的型线设计，可使预燃室内部混合气综合呈现出，如图2截面中，由预燃室火花塞附近、预燃室上部右侧腔体逐渐向左侧及预燃室下部由浓到稀的分布，且在预燃室上部右侧中较浓混合气分布较均匀。通过控制通过预燃室燃气供给通道5进入预燃室内的燃气的量，即可将预燃室内浓混合气燃空当量比控制在较理想范围内，使其具有高的火花塞点火稳定性。

火花塞垂直布置在远离预燃室下部的一侧，火花塞靠近第三壁线的一侧面距离第三壁线一般保持安装空间距离1～2mm，在第一壁线和第二壁线附近的侧壁区域以及第一圆角壁面的导流作用下，火花塞附近的气流方向向右；当点火后，火焰将快速传播至预燃室上部右上侧部，由于预燃室上部尤其是右侧腔体内，混合气燃空当量比较理想、分布较均匀，且在过渡凸台的作用下预燃室上部内具有一定的湍流，使得火焰迅速发展至先充满预燃室上部，再沿预燃室下部，通过预燃室通孔喷入主燃烧室。如此可充分利用预燃室空间，对于点燃主燃烧室内稀薄混合气具有更高的点火能量及稳定性，从而提高了气体机缸内燃烧稳定性及燃烧速率，提高发动机效率。

本实用新型提供的用于气体机的预燃室装置，通过对预燃室上下部相对位置、预燃室上部型线、火花塞及燃气供给通道布置位置的设计，对预燃室内部气流进行组织，可避免来自主燃烧室的稀薄混合气气流将预燃室上部浓混合气在中心处隔断，使预燃室内具有较理想的浓混合气分布，且火花塞附近浓混合气分布较均匀，燃空当量比在理想范围内，具有较高的火花塞点火稳定性，并使之后的预燃室内火焰在进入主燃室之前尽可能充满整个预燃室，充分利用预燃室内部空间，对于点燃主燃烧室内稀薄混合气具有更高的点火能量及稳定性，从而提高了气体机缸内燃烧稳定性及燃烧速率，提高发动机效率。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用于气体机的预燃室装置，包括预燃室，其特征在于，

所述预燃室包括：预燃室上部和预燃室下部，所述预燃室上部的第一轴线和所述预燃室下部的第二轴线不在同一直线上且平行设置；

所述预燃室上部的腔室容积大于所述预燃室下部的腔室容积；

所述预燃室装置还包括火花塞，所述火花塞设置在所述预燃室的上方，且所述火花塞安装在所述预燃室上部的腔室顶壁的第一开口处，所述第一开口的轴线与所述第一轴线之间距离大于所述第一开口的轴线与所述第二轴线之间的距离。

2.根据权利要求1所述的用于气体机的预燃室装置，其特征在于，

所述预燃室上部和所述预燃室下部的腔室均为圆柱形腔体；

所述第一轴线、所述第二轴线和所述火花塞的轴线均位于第一平面内，所述预燃室关于所述第一平面对称。

3.根据权利要求2所述的用于气体机的预燃室装置，其特征在于，

在所述第一平面内，所述预燃室上部的腔室侧壁具有第一壁线，所述预燃室下部的腔室侧壁具有第二壁线，所述第一壁线和所述第二壁线位于同一竖直线上。

4.根据权利要求3所述的用于气体机的预燃室装置，其特征在于，所述预燃室上部在所述第一平面内还具有第三壁线，所述第三壁线与所述第一壁线正对；

所述火花塞靠近所述第三壁线的一侧面与所述第三壁线之间的距离为1～2mm。

5.根据权利要求2-4任一项所述的用于气体机的预燃室装置，其特征在于，

所述预燃室上部的腔室内径大于所述预燃室下部的腔室内径；和/或

所述预燃室上部的腔室高度大于所述预燃室下部的腔室高度。

6.根据权利要求5所述的用于气体机的预燃室装置，其特征在于，所述预燃室上部的腔室内径为所述预燃室下部的腔室内径的2.7～3.3倍；和/或

所述预燃室上部的腔室高度为所述预燃室下部的腔室高度的1.3～1.5倍；和/或

预燃室上部的腔室容积为预燃室下部的腔室容积的5.5～6.5倍。

7.根据权利要求3所述的用于气体机的预燃室装置，其特征在于，

在所述预燃室上部正对所述预燃室下部的区域内，所述预燃室上部的腔室顶壁与所述预燃室上部的腔室侧壁之间形成第一圆角壁面；

在所述预燃室上部的下端与所述预燃室下部的上端相连接的部位，从所述预燃室上部的腔室侧壁至所述预燃室下部的腔室侧壁之间形成过渡段；所述过渡段包括依次圆滑过渡的第二圆角壁面、过渡凸台和第三圆角壁面；

所述第一圆角壁面、所述第二圆角壁面、所述过渡凸台和所述第三圆角壁面均可以用于对所述预燃室内的气流进行导向、组织分布。

8.根据权利要求7所述的用于气体机的预燃室装置，其特征在于，所述第一圆角壁面和所述第二圆角壁面的曲率半径均为所述预燃室上部的腔室内径的1/5～1/3；所述第三圆角壁面的曲率半径为所述预燃室上部的腔室内径的1/8～1/6。

9.根据权利要求2所述的用于气体机的预燃室装置，其特征在于，还包括：燃气供给通道，所述燃气供给通道连接所述预燃室上部的腔室顶壁上的第二开口，所述燃气供给通道的轴线和所述第二开口的轴线均位于所述第一平面内，且所述第二开口的轴线位于所述第一轴线和所述第一开口的轴线之间；

所述燃气供给通道的轴线与所述火花塞的轴线成一夹角，且所述燃气供给通道的轴线方向向所述第一开口倾斜。

10.根据权利要求9所述的用于气体机的预燃室装置，其特征在于，

所述燃气供给通道的轴线与所述火花塞的轴线之间的所述夹角为30～40；

所述第二开口和所述第一开口的中心距为所述预燃室上部的腔室内径的1/4～1/3。