CN206439103U - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种内燃机，具有主燃烧室、第一预燃室、第二预燃室、第一火花塞和第二火花塞。所述主燃烧室与第一预燃室和第二预燃室流体连通。第一火花塞设置在第一预燃室中，用于点燃第一预燃室中的进料，以形成进入主燃烧室中的第一火焰射流。第二火花塞设置在第二预燃室中，用于点燃第二预燃室中的进料，以形成进入主燃烧室中的第二火焰射流。第一火焰射流和第二火焰射流在主燃烧室中重叠。本实用新型通过设置两个预燃室，并使得来自两个预燃室的两束火焰射流在主燃烧室中重叠，由此可以在主燃烧室中产生更高的温度，使主燃烧室内的进料更强劲的燃烧，防止主燃烧室稀薄失火。

Description

内燃机
技术领域
本实用新型涉及内燃机。具体地，本实用新型涉及一种用于引导一对射流在主燃烧室内重叠的预燃室。
背景技术
内燃机在操作过程中经常排出有害的氮氧化物（“NOx”）。当氮气和氧气都存在于用于燃烧的空气中，并在主燃烧室内混合时，就形成了这些氮氧化物。通常，随着燃烧室内的最高燃烧温度的增加，形成的NOx的量也随之增大。因此，使主燃烧室内的最高燃烧温度最小化通常能减少NOx的排放量。
由于这个原因，稀薄的燃料混合物被用于降低主燃烧室中的最高燃烧温度，从而减少有害的NOx的排放量。当与化学计量的空气-燃料比相比时，稀薄的燃料混合物具有相对较大的空气-燃料比。因此，在燃料混合物中使用更多空气可以有利地降低NOx的排放量。
此外，大部分内燃机在发动机循环运转过程中使用火花塞周期性地点燃空气/燃料混合物。但是，随着燃烧室尺寸的增大，火花塞引起燃烧的效力降低，这部分地是因为火花塞产生的弧光非常局部化。在努力降低排放并提高燃料效率而配置稀薄的空气/燃料比时，这种情况尤其严重。在大的燃烧室中，例如，为了使燃烧过程在整个燃烧室内传播可能花费不希望的时间段。另外，使用稀薄的空气/燃料比可以导致不完全燃烧，即在主燃烧室内的稀薄失火。而且，主燃烧室内的湍流就可能在稀薄的空气/燃料混合物燃烧之前熄灭点火火焰。发动机中的稀薄失火导致输出功率下降和未燃烧燃料的量增加。在某些情况下，点火火焰的熄灭导致发动机停止工作。
为了使不完全燃烧的发生概率最小化，一些内燃机设置了预燃烧室或预燃室。浓缩的或非浓缩的燃料都可以在这些预燃室中前进。预燃室内燃料的点火产生燃烧的燃料的射流，该射流被引入主燃烧室中，从而点燃主燃烧室内稀薄的空气-燃料混合物。然而，来自预燃室的射流火焰可能不足以致使主燃烧室内稀薄的空气-燃料混合物完全燃烧。
美国3,924,582号专利公开了一种具有主燃烧室和两个对称设置的辅助燃烧室的内燃机。每个辅助燃烧室具有一个喷焰器喷嘴。来自两个辅助燃烧室的喷焰器喷嘴相对于包含辅助燃烧室的中心的平面在相对的方向上延伸。
发明内容
本实用新型旨在提供一种可以防止主燃烧室稀薄失火的内燃机。
在本实用新型的一个方面，公开了一种内燃机，具有主燃烧室、第一预燃室、第二预燃室、第一火花塞和第二火花塞；所述主燃烧室与第一预燃室和第二预燃室流体连通，所述第一火花塞设置在第一预燃室中，用于点燃第一预燃室中的进料，以形成进入主燃烧室中的第一火焰射流；所述第二火花塞设置在第二预燃室内，用于点燃第二预燃室中的进料，以形成进入主燃烧室中的第二火焰射流；所述第一火焰射流和第二火焰射流在主燃烧室中重叠。
其中，所述第一火花塞在所述第二火花塞点燃所述第二预燃室中的进料之前点燃所述第一预燃室中的进料，进而使所述第一火焰射流在所述第二火焰射流之前进入所述主燃烧室中。
进一步的，所述第一预燃室和所述第二预燃室设置在所述主燃烧室之外；也可以在所述内燃机中设置主预燃室，在所述主预燃室中设置有板，以形成所述的第一预燃室和所述第二预燃室。
优选地，所述第一预燃室和所述第二预燃室位于所述主燃烧室的中心部位，且所述第一预燃室和所述第二预燃室彼此邻近。
进一步的，所述内燃机还包括用于控制所述第一火花塞和所述第二火花塞点火的电子控制单元。
本实用新型通过设置两个预燃室，并使得来自两个预燃室的两束火焰射流在主燃烧室中重叠，由此可以在主燃烧室中产生更高的温度，使主燃烧室内的进料更强劲的燃烧，防止主燃烧室稀薄失火。
附图说明
图1示出了其中一个火花塞的为致动状态的内燃机的截面图；
图2示出了另外一个火花塞为致动状态的内燃机的截面图；
图3示出了火焰射流在主燃烧室中重叠的内燃机的截面图；
图4示出了根据本实用新型的另一个实施例的内燃机的截面图；
图5示出了点燃内燃机中的进料的方法流程图。
具体实施方式
现在将对本实用新型的实施例做出详细说明，其示例示出在附图中。只要可能，相同的附图标记将在整个附图中用于指代相同或者相似的部分。
本实用新型涉及一种用于改进燃烧过程以及避免失火的内燃机。图1示出了一种示例性发动机100，其用于驱动任何车辆。在该示例性实施例中，发动机100可为用于地面作业机械的内燃机。在多个其他实施例中，发动机100可以是靠固体、液体或气体燃料运转的任何发动机，该发动机可用于各种用途，例如汽车、建筑机械、任何运输车辆等。
参考图1，内燃机100的第一实施例包括汽缸盖102和汽缸体104。汽缸盖102、汽缸体104和活塞106形成主燃烧室108。主燃烧室108用于接纳燃料/空气-燃料混合物，即进料，并燃烧进料。活塞106用于将由燃烧的物料产生的驱动力传送至输出轴（未示出）。
主燃烧室108与第一预燃室110和第二预燃室112流体连通。第一预燃室110和第二预燃室112的容量小于主燃烧室108的容量。第一预燃室110和第二预燃室112用于接纳浓缩的或非浓缩的进料。第一预燃室110和第二预燃室112内进料的点火产生燃烧的进料的射流，其被引导至主燃烧室108中，从而点燃主燃烧室108内稀薄的进料。在一个实施例中，第一预燃室110和第二预燃室112可以是球形的，以促进第一预燃室110和第二预燃室112内的涡流。如本领域技术人员将理解的，第一预燃室110和第二预燃室112可以是本领域已知的任意其它类型或形状。在示出的实施例中，第一预燃室110和第二预燃室112设置在主燃烧室108的基本上中心部位，并且彼此靠近。在各种其它实施例中，第一预燃室110和第二预燃室112可以在其它位置与主燃烧室108连接。在各种其它实施例中，发动机100可以具有多于两个的预燃室。
在示出的实施例中，第一预燃室110和第二预燃室112根据主预燃室形成，如图1所示。主预燃室具有板118，板118划分主预燃室以形成第一预燃室110和第二预燃室112。在另选的实施例中，第一预燃室110和第二预燃室112可以彼此间隔开，如图4所示。
第一火花塞114设置在第一预燃室110中。第二火花塞116设置在第二预燃室112中。第一火花塞114和第二火花塞116可以通过焊接或者本领域已知的其它方法与第一预燃室110和第二预燃室112连接。
第一火花塞114设置在第一预燃室110的顶部。第二火花塞116设置在第二预燃室112的顶部。在另选的实施例中，第一火花塞114和第二火花塞116分别设置在第一预燃室110和第二预燃室112的端部，靠近通向主燃烧室108的入口。在各种其它实施例中，第一火花塞114和第二火花塞116可以分别设置在第一预燃室110和第二预燃室112中的其它位置处。第一火花塞114和第二火花塞116可以是典型的J-间隙火花塞、导轨塞、延伸的电极、激光火花塞或本领域已知的任意其它类型的火花塞。
汽缸盖102包括进气端口120和排气端口122。进料进气阀124设置在进气端口120上。进料进气阀124可以由进气凸轮（未示出）驱动，以控制进入主燃烧室108的进料的供给。当进料进气阀124位于打开位置时，进气端口120与主燃烧室108流体连通。此外，位于打开位置的进料进气阀124有助于引入进料通过进气端口120并且进入主燃烧室108中。当进料进气阀124位于关闭位置时，进气端口120与主燃烧室108相隔离，从而防止进料经由进气端口120进入主燃烧室108。
排气阀126可以设置在排气端口122上。排气阀126可以由排气凸轮（未示出）驱动，以控制燃烧产物从主燃烧室108的排放。当排气阀126位于打开位置时，排气端口122与主燃烧室108流体连通。此外，位于打开位置的排气阀126允许废气/燃烧后的气体从主燃烧室108前进并进入排气端口122中。当排气阀126位于关闭位置时，排气端口122与主燃烧室108相隔离，防止进料离开主燃烧室108并进入排气端口122中。
第一预燃室110和第二预燃室112通过连通通道128与主燃烧室108流体连通。从进料进气阀124喷射的进料作为新鲜进料供应至主燃烧室108，并且还经由连通通道128供应至第一预燃室110和第二预燃室112。
发动机100具有电子控制单元（ECU）130。电子控制单元ECU 130可以为数字计算机，其可包括中央处理单元（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）和输出接口。ECU 130从各种传感器（未示出）接收表示各种发动机操作工况的输入信号。例如，来自加速器开度传感器的加速器开度信号可以检测发动机负荷，来自水温度传感器的水温度信号可以检测发动机温度，并且来自曲柄角度传感器的曲柄角度信号可以检测曲轴（未示出）的角度位置，并且其可以被ECU 130使用以计算发动机旋转速度（例如，发动机100的每分钟旋转数）。响应于输入信号，ECU 130控制管理发动机100的操作的各种参数。例如，ECU 130可以控制由进料进气阀124喷射的进料的数量和正时、第一火花塞114的点火正时和第二火花塞116的点火正时。
根据发动机100的给定操作工况，ECU 130控制第一火花塞114的点火正时（即，第一预燃室110中进料的点火）与第二火花塞116的点火正时（即，第二预燃室112中进料的点火）之间的相位差。ECU 130控制第一火花塞114和第二火花塞116的致动，使得第一火花塞114在第二火花塞116点燃第二预燃室112中的进料之前点燃第一预燃室110中的进料。
现在将参考图1至图3详细地说明发动机100以及ECU 130的工作。ECU 130产生致使进料进气阀124打开的输出信号，从而允许浓缩的或非浓缩的进料前进至主燃烧室108、第一预燃室110和第二预燃室112中。参考图1，一旦进料前进至主燃烧室108、第一预燃室110和第二预燃室112中，ECU 130就产生输出信号，该输出信号致使第一火花塞114在第一预燃室110中产生火花。来自第一火花塞114的火花点燃第一预燃室110内的进料，并引起火焰射流，即燃烧的进料的前端通过连通通道128并进入主燃烧室108中，如图2所示。来自第一预燃室110的火焰射流引发主燃烧室108中的进料燃烧。
在致动第一火花塞114之后，ECU 130点燃第二火花塞116，使第二预燃室112中的进料点火，如图2所示。来自第二火花塞116的火花点燃第二预燃室112内的进料，其致使来自第二预燃室112的火焰射流穿过连通通道128并进入主燃烧室108中，如图3所示。来自第一预燃室110和第二预燃室112的火焰射流被引导至主燃烧室108中，使得来自第一预燃室110和第二预燃室112的两支火焰射流在主燃烧室108中重叠，如图3所示。来自第一预燃室110的火焰射流与来自第二预燃室112的火焰射流一起有助于在发动机操作的一个循环期间完成存在于主燃烧室108中的进料的完全燃烧。
在一个实施例中，第一火花塞114的点火与第二火花塞116的点火之间的差可以驱动曲轴旋转5-10度。在其它实施例中，第一火花塞114的点火正时与第二火花塞116的点火正时之间的差可以足以使得第一预燃室110中的进料通过第一火花塞114的点火而燃烧。该进料的燃烧将来自第一预燃室110的火焰射流引导至主燃烧室108中，从而对主燃烧室108中的进料进行加热，并且为来自第二预燃室112的火焰射流提供更热的混合物以更可靠地点火。
现在参考图4，提供了内燃机200的第二示例性实施例的一部分。在该实施例中，发动机200组件类似于图1的发动机100组件。因此，在图1中使用的许多附图标记也可在图4中使用。
图4的实施例与图1的实施例之间的一个差别在于在图4的实施例中存在有预燃室进气阀136。预燃室进气阀136设置在第一预燃室110和第二预燃室112两者上。预燃室进气阀136使进料流进预燃室中。在示出的实施例中，ECU 130电连接至预燃室进气阀136。ECU130可以控制由预燃室进气阀136喷射的进料的量和正时。
在图4示出的实施例中，ECU 130产生致使进料进气阀124打开的输出信号，从而使浓缩的或非浓缩的进料进入主燃烧室108中。此外，ECU 130可以向两个不同的预燃室进气阀136输出控制信号，以将其打开以分别将新鲜进料引入第一预燃室110和第二预燃室112中。一旦进料进入主燃烧室108、第一预燃室110和第二预燃室112中，ECU 130就产生输出信号，来致动第一火花塞114以在第一预燃室110中产生火花。此外，如在以上实施例中所述，ECU 130产生输出信号，以致动第二火花塞116，以在第二预燃室112中点燃。
工业实用性
动力产生单元（诸如柴油发动机、汽油发动机和气态燃料动力发动机）需要最优的燃料或空气-燃料混合物的量，以高效地产生高动力。然而，这些发动机在操作过程中经常排放有害的氮氧化物（“NOx”）。当氮气和氧气都存在于用于燃烧的空气中，且在主燃烧室内混合时，这些氮氧化物就形成了。因为随着燃烧室内最高燃烧温度的增加，形成的NOx的程度也随之增加，所以可以使用较稀薄的燃料混合物来降低主燃烧室内的最高燃烧温度，进而减少有害的NOx的排放量。然而，较稀薄的燃料混合物引起发动机内由于稀薄而产生的失火。该失火导致动力输出降低以及未燃烧的燃料的量增加。为了使由发动机中的燃烧过程产生的动力输出最大化并且使不完全燃烧的发生概率最小化，一些内燃机设置预燃室。预燃室内燃料的点火产生燃烧燃料的射流，其被引导至主燃烧室中，从而将主燃烧室内稀薄的空气-燃料混合物点燃。然而，来自预燃室的火焰射流可能不能够使存在于主燃烧室中的进料完全燃烧。
现在将参照图5来详细地描述点燃内燃机100中的进料的方法500。在本实用新型的一个方面，图1中公开并示出了设置在第一预燃室110和第二预燃室112上的第一火花塞114和第二火花塞116。ECU 130用于控制第一火花塞114和第二火花塞116的致动正时。ECU130向第一火花塞114产生输出信号，以在第一预燃室110中产生火花，如图1所示。第一火花塞114的火花点燃第一预燃室110内的进料，其引起第一火焰射流（即燃烧的进料的前端）通过连通通道128并进入主燃烧室108中，如图2所示（步骤502）。这在主燃烧室108中靠近第一预燃室110的连通通道128处产生了一个高温区（阴影区域），如图2所示。由来自第一预燃室110的第一火焰射流形成的高温区域引发主燃烧室108中的进料燃烧。这在主燃烧室108中产生更热的混合物，并且使需要利用第二预燃室112的火焰射流在主燃烧室108中点燃的进料的温度升高。
此外，如图2所示，在致动第一火花塞114之后，ECU 130向第二火花塞116产生输出信号，以在第二预燃室112中产生火花。第二火花塞116的这个火花点燃第二预燃室112内的进料，并且产生燃烧的进料的前端，即第二火焰射流（步骤504）。第二火焰射流穿过连通通道128，进入主燃烧室108中，使得来自第二预燃室112的第二火焰射流与来自第一预燃室110的第一火焰射流在主燃烧室108中重叠（步骤506），如图3所示。这在主燃烧室108中产生更高的温度，使主燃烧室108内的进料更强劲的燃烧，从而驱动活塞106向下运动，以产生机械输出。
虽然已经参照上述实施例对本实用新型的各个方面做出了特别展示和描述，但是本领域技术人员将了解到，在不脱离公开内容的精神和范围的情况下，可以通过对公开的机械、系统和方法的修改而构思出各种另外的实施例。这些实施例应该被理解为落入基于权利要求及其任何等同物所确定的本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种内燃机，其特征在于，包括：
主燃烧室，其与第一预燃室和第二预燃室流体连通；
第一火花塞，所述第一火花塞设置在所述第一预燃室中，用于点燃所述第一预燃室中的进料，以形成进入所述主燃烧室中的第一火焰射流；
第二火花塞，所述第二火化塞设置在所述第二预燃室中，用于点燃所述第二预燃室中的进料，以形成进入所述主燃烧室中的第二火焰射流；
其中，所述第一火焰射流和所述第二火焰射流在所述主燃烧室中重叠。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述第一火焰射流在所述第二火焰射流之前进入所述主燃烧室中。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述第一火花塞在所述第二火花塞点燃所述第二预燃室中的进料之前点燃所述第一预燃室中的进料。
4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述第一预燃室和所述第二预燃室设置在所述主燃烧室之外。
5.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，还包括主预燃室，在所述主预燃室中设置有板，以形成所述第一预燃室和所述第二预燃室。
6.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述第一预燃室和所述第二预燃室位于所述主燃烧室的中心部位。
7.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述第一预燃室和所述第二预燃室彼此邻近。
8.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，还包括用于控制所述第一火花塞和所述第二火花塞点火的电子控制单元。
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