火花点火发动机的湍流射流点火预燃室燃烧系统技术方案

本发明专利技术涉及火花点火发动机的湍流射流点火预燃室燃烧系统。一种用于具有至少一个燃烧室的内燃机的点火系统，其中，点火系统包括壳体、点火装置、喷射器和具有喷嘴的预燃室，该喷嘴设置成与预燃室的近端部分间隔开。点火装置的点火器部分和喷射器的喷嘴被可操作地支撑在预燃室的近端部分中并设置成与其齐平。点火器部分点燃预燃室中的燃料，以使部分燃烧的预燃室产物被迫通过预燃室中的孔并熄灭，但通过燃烧室分配以点燃在其中的主燃料充注。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请是具有系列号13/286,638且在2011年11月1日提交的题为《Turbulent Jet Ignition Pre-Chamber Combustion System for Spark Ignition Engines》的美国专利申请的部分后续申请，并且要求具有系列号61/408,892且在2010年11月1日提交的题为《Turbulent Jet Ignition Pre-Chamber Combustion System for Spark Ignition Engines》的美国临时专利申请的权益。专利技术背景1.专利
本专利技术总的涉及点火系统，并且更具体地说，涉及具有带喷射器的至少一个燃烧室、点火装置和预燃室的内燃机的点火系统，预燃室可用于点燃小充注(charge)，这接着用于点燃内燃机的主燃烧室中的主空气燃料充注。2.相关技术的说明相关技术中已知的内燃机可通常包括在其它基本组件之中，具有一个或多个气缸的发动机缸体、与发动机缸体相关联的气缸盖、以及在每个气缸中被支撑成往复运动的活塞。活塞通常连接到连杆，连杆又使曲柄轴旋转。一般而言，燃料在气缸内燃烧以使活塞往复运动。活塞驱动连杆，连杆驱动曲柄轴，致使其在发动机缸体内旋转。除了这种标准布置外，使用预燃室也是众所周知的，在预燃室中，小充注的燃料被点燃并且接着用于点燃主燃烧室中的主充注。多年来，已在相关技术中提出了很多不同的预燃室设计和布置。然而，具有预燃室的内燃机在汽车工业中尚未被广泛地商业采纳，通常因为它们受到较高成本和复杂性而有时燃料经济性没有任何显著增加或污染没有任何显著降低的困扰，使得增加的成本可能是不合理的。因此，在本领域中仍存在着对内燃机的点火系统的需求，该点火系统提高
燃料经济性、降低由燃烧产物产生的污染，并且不是过于复杂的且制造成本低廉。
技术实现思路
本专利技术解决了具有至少一个燃烧室的内燃机的点火系统在相关技术上的缺点。点火系统包括限定在内燃机的气缸盖中的壳体。壳体限定预燃室。点火装置被支撑在壳体中。点火装置具有大致面对预燃室的点火器部分。喷射器被支撑在壳体中。喷射器具有大致面对预燃室的喷嘴。预燃室限定近端部分，并且预燃室喷嘴设置成远离预燃室的近端部分并间隔开。预燃室喷嘴包括具有在0.7mm至2.0mm之间的范围内的直径的多个孔，该多个孔设置成彼此间隔开并提供预燃室与燃烧室之间的流体连通。点火装置的点火器部分和喷射器的喷嘴被可操作地支撑在预燃室的近端部分中，以便喷射器将预定量的燃料传送到预燃室中。点火器部分点燃预燃室中的燃料，以使部分燃烧的预燃室产物被迫通过预燃室的孔并被熄灭，但通过主燃烧室分配以点燃在其中的主燃料充注。在一个实施例中，本专利技术的湍流射流点火预燃室燃烧系统使用保持小以当燃烧产物从预燃室离开进入主燃烧室时促进火焰淬熄的孔径。燃烧产物接着与主燃料充注反应并通过远离预燃室喷嘴一定距离的化学效应、热效应和湍流效应在主燃料室中的多个位置处引发燃烧。这样，本专利技术的点火系统能够提高高驱动周期(部分负荷)的燃料经济性，该提高可以大于被优化的发动机中的基准传统火花点火系统达到30％，以及在全开节流阀(WOT)的高峰热效率(大于45％)。这些发动机性能增强是由于燃烧提高、热损失降低、离解由于低燃烧温度而几乎消除以及在部分负荷的发动机节流降低的组合。此外，当与传统火花点火燃烧系统相比时，本专利技术的点火系统有助于低温燃烧，该低温燃烧能够实现几乎零离开发动机的NOx排放，同时解决峰值性能(BMEP)降低以及碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放不可控的前预燃室燃烧障碍。因此，本专利技术的点火系统可用于具有存在建立在传统乘用车(氧化和三效催化剂)上的排放控制系统的发动机中以满足现在和未来排放规章。最后，本专利技术的点火系统还提供了能够与任何火花点火发动机(预制或后制)一起工作而没有使用碳基燃料所需的基础发动机硬件修改的“螺栓上”的固定。随着本专利技术的其它目的、特征和优点在阅读结合附图的随后说明之后变得更好理解，本专利技术的其它目的、特征和优点会容易被理解。附图说明图1是安装在具有至少一个燃烧室的内燃机中的本专利技术的点火系统的局部剖视侧视图，该燃烧室由设置在气缸中的活塞形成并由气缸盖封闭；图2是本专利技术的点火系统的放大透视图；图3是安装在内燃机中的本专利技术的点火系统的放大局部剖视侧视图；图4是说明安装在点火系统的预燃室中的喷射器和点火装置的放大局部剖视侧视图；图5是示出点火系统相对于进气口和排气口设置的燃烧室的上部的正视图；图6是示出预燃室喷嘴的孔的局部正视图；图7是示出本专利技术的点火系统在一个完整发动机周期内的点火顺序的曲线图；图8A是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的燃烧稳定性对排气λ(λ)的曲线图；图8B是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的进气歧管绝对压力以及抽吸平均有效压力对排气λ的曲线图；图8C是火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的热效率对排气λ的曲线图；图8D是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的排气口温度对排气λ的曲线图；图8E是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的相对于λ等于1(化学计量运算)的火花点火的标准化热效率对排气λ的曲线图；图8F是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的离开发动机的NOx排放对排气λ的曲线图；图8G是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的离开发动机的HC排放对排气λ的曲线图；图8H是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的离开发动机的CO排放对排气λ的曲线图；图9A是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的燃烧角度的曲柄角度对排气λ的曲线图；图9B和9D是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的0-10％质量分率燃烧对排气λ的曲线图；以及图9C和9E是示出火花点火与本专利技术的湍流射流点火系统作比较的10-90％质量分率燃烧对排气λ的曲线图。具体实施方式本专利技术克服了点火系统在相关技术中的缺点，该点火系统在图1-6中总的以10表示，其中，在全部附图中，相同的附图标记用于标示相同的结构。如图1所示，本专利技术特别适合用于总的以12表示的内燃机中。在这种情况下，本专利技术的点火系统10示出为与内燃机12的单一气缸14连接。本领域的普通技术人员会理解，图1所示的发动机12只是本专利技术可用于的内燃机的很多构型之一。例如，本专利技术可用于两冲程或四冲程发动机中。此外，点火系统10也可用于多气缸发动机，在多缸发动机中，气缸可以以直列、V形或平直的方式或技术上众所周知的任何其它方式布置。本专利技术也可用于要么具有燃料空气充注进入主燃烧室的端口要么燃料空气充注直接喷射进入主燃烧室的化油器或燃料喷射式内燃机。继续参照图1，内燃机12包括具有一个或多个气缸14的发动机缸体16，以及与发动机缸体16相关联的总的以18表示的气缸盖。总的以20表示的活塞被支撑成重复在气缸14中的往复运动。活塞20、气缸14和气缸盖18一起配合以限定燃烧室22。总的以24表示的连杆通过活塞销26固定到活塞20。曲柄轴28与连杆24相关联，而油底壳30与发动机缸体16相关联。气缸盖18限定进气歧管32和排气歧管34。至少一个进气口36限定在进气歧管32中，而至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于具有至少一个燃烧室的内燃机的点火系统，所述点火系统包括：限定在所述内燃机的气缸盖中的壳体，所述壳体限定预燃室；点火装置，所述点火装置被支撑在所述壳体中并具有大致面对所述预燃室的点火器部分；喷射器，所述喷射器被支撑在所述壳体中并具有大致面对所述预燃室的喷嘴；所述预燃室限定近端部分以及设置成与所述预燃室的所述近端部分间隔开的预燃室喷嘴，所述预燃室喷嘴包括具有在0.7mm至2.0mm之间的范围内的直径的多个孔，并且所述孔设置成彼此间隔开并提供所述预燃室与燃烧室之间的流体连通；所述点火装置的所述点火器部分和所述喷射器的所述喷嘴被可操作地支撑在所述预燃室的所述近端部分中，使得所述喷射器将预定量的燃料传送到所述预燃室中，所述点火器部分点燃所述燃预燃室中的燃料，以使被点燃的燃料被迫通过所述预燃室中的所述孔并被熄灭，但通过所述燃烧室分配以点燃在其中的主燃料充注。

【技术特征摘要】
2014.09.25 US 14/496,8241.一种用于具有至少一个燃烧室的内燃机的点火系统，所述点火系统包括：限定在所述内燃机的气缸盖中的壳体，所述壳体限定预燃室；点火装置，所述点火装置被支撑在所述壳体中并具有大致面对所述预燃室的点火器部分；喷射器，所述喷射器被支撑在所述壳体中并具有大致面对所述预燃室的喷嘴；所述预燃室限定近端部分以及设置成与所述预燃室的所述近端部分间隔开的预燃室喷嘴，所述预燃室喷嘴包括具有在0.7mm至2.0mm之间的范围内的直径的多个孔，并且所述孔设置成彼此间隔开并提供所述预燃室与燃烧室之间的流体连通；所述点火装置的所述点火器部分和所述喷射器的所述喷嘴被可操作地支撑在所述预燃室的所述近端部分中，使得所述喷射器将预定量的燃料传送到所述预燃室中，所述点火器部分点燃所述燃预燃室中的燃料，以使被点燃的燃料被迫通过所述预燃室中的所述孔并被熄灭，但通过所述燃烧室分配以点燃在其中的主燃料充注。2.如权利要求1所述的点火系统，其特征在于：所述预燃室限定预定容积并且孔径与预燃室容积的比值在0.048l/cm2至0.067l/cm2的范围内。3.如权利要求1所述的点火系统，其特征在于：所述预燃室喷嘴限定纵向轴线，所述孔绕所述纵向轴线以间隔的关系相对于彼此设置。4.一种内燃机，包括：包括至少一个气缸的发动机缸体、被支撑成重复在所述气缸中的往复运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·本斯，H·布莱克西尔，W·阿塔德，
申请(专利权)人：马勒动力总成有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US