用于内燃机的预燃室点火装置和方法制造方法及图纸

用于火花点火内燃机的预燃室点火装置具有通过多个端口与主燃烧室流体连通的预燃室。多个端口中的每个端口的外开口在预燃室主体的外表面中形成并且从在预燃室主体的内表面中形成的相应内开口周向偏移，内表面形成具有锥部的预燃室壁，锥部辅助保持空气和燃料的装料的速度以使火焰中心从预燃室中的火花间隙转移，从而防止火焰中心的淬火。

Pre-combustion chamber ignition device and method for internal combustion engine

The pre-combustion chamber ignition device for spark ignition internal combustion engine has a pre-combustion chamber connected with the main combustion chamber through a plurality of ports. The outer opening of each port in a plurality of ports forms in the outer surface of the main body of the precombustion chamber and is circumferentially offset from the corresponding inner opening formed in the inner surface of the main body of the precombustion chamber. The inner surface forms a precombustion chamber wall with a cone. The cone helps to maintain the charging speed of air and fuel so as to transfer the flame center from the spark gap in the precombustion chamber, thus preventing the quenching of the flame center. \u3002

【技术实现步骤摘要】
用于内燃机的预燃室点火装置和方法
本专利技术总体上涉及一种用于内燃机的预燃室点火装置，并且更具体地，涉及一种构造为在预燃室中产生并保持燃料和空气的装料旋流的预燃室点火装置。
技术介绍
包括汽油或天然气火花点火发动机、柴油压缩点火发动机、气体燃料发动机以及其它内燃机的内燃机通常通过在汽缸内产生受控燃烧反应来操作，汽缸驱动活塞以旋转曲轴。一个多世纪以来，这种基本技术已被用于使用传统燃料(如汽油或柴油)操作发动机。除其它外，排放问题、价格和供应问题导致人们对较不传统的燃料、特别是天然气的兴趣和利用。这些燃料通常以较高的化学计量空燃比或当量比小于1的所谓的“贫”燃料混合物使用。依赖于火花塞的传统燃烧发动机点火策略可能无法适当地点燃这些贫燃料混合物，这可能导致发动机爆震或其它问题。使用预燃室点火装置可以通过在将热燃烧气体射流输送至主燃烧室之前点燃预燃室中的贫燃料混合物的装料来解决这些问题，从而产生与其它技术相比的更热、更均匀且通常更稳健的燃烧反应。单独使用预燃室点火装置不会使贫燃料混合物更易燃，然而，这意味着贫燃料混合物仍可能无法在预燃室本身中点燃。特别地，已经观察到，在火焰中心产生可以传播以引发空气和燃料装料的燃烧的稳定火焰之前，在预燃室中的火花间隙处形成的火焰中心可以被淬火或熄灭，导致所谓的“贫”失火。已经进行了若干尝试以更可靠地在预燃室中引发贫燃料混合物的燃烧。在Chiera等人的美国专利第8839762号中公开了一种这样的策略(“Chiera”)。Chiera公开了一种多室点火器，其显然构造为通过将新形成的火焰中心推入独立室来防止淬火，从而将火焰中心与预燃室中的气体隔离。虽然这种和其它策略可以在某些方面促进预燃室燃烧，但仍有很大的改进空间。
技术实现思路
在一个方面，一种用于内燃机的预燃室点火装置包括预燃室主体，预燃室主体包括外表面和限定预燃室的内表面并且包括预燃室壁，预燃室主体具有构造为用于与火花电极组件耦合的近端，和远端，其中纵向轴线在近端和远端之间延伸。预燃室点火装置进一步包括多个端口，多个端口在远端处的预燃室主体中形成，并且每个端口具有在外表面中形成的外开口和在内表面中形成的内开口，多个外开口中的每一个沿周向从内开口的相应一个偏移，使得多个端口相对于预燃室壁定向，以引起空气和燃料的进料的旋流，并且预燃室壁围绕纵向轴线周向延伸并且在近端的方向上具有变窄的锥部。在另一方面，一种用于内燃机的燃烧装料形成系统包括在发动机壳体中形成的燃烧室和预燃室点火装置，预燃室点火装置包括限定在预燃室主体的近端和远端之间延伸的纵向轴线的预燃室主体、在预燃室主体内形成的预燃室并且包括预燃室壁和火花电极组件。燃烧装料形成系统进一步包括在预燃室主体中形成并将燃烧室与预燃室流体连接的端口，端口在外开口和内开口之间延伸，并且内开口偏离外开口使得端口相对于预燃室壁定向以引起燃料和空气的进料的旋流，预燃室壁具有在火花电极组件的方向上变窄的锥部，并且火花电极组件具有带有用于点燃空气和燃料装料的预燃室壁的形成火花间隙的电极叉。在又一方面，一种操作内燃机的方法包括响应于活塞在发动机循环的压缩冲程中的行进而使空气和燃料从燃烧室进入预燃室，使空气和燃料与预燃室壁接触以便引起空气和燃料的旋流，将空气和燃料向上输送到预燃室内的火花间隙，将空气和燃料输送到由预燃室壁形成的锥部中，使得空气和燃料的速度降低是有限的。方法进一步包括火花点火火花间隙处的空气和燃料以形成火焰中心，并通过空气和燃料使火焰中心从火花间隙转移，从而限制火焰中心的淬火。附图说明图1是根据一个实施例的具有预燃室点火装置的内燃机的示意图；图2是根据一个实施例的预燃室点火装置的示意图；图3是根据一个实施例的预燃室点火装置的另一个示意图；图4是根据一个实施例的图3的预燃室点火装置的剖视图；图5是根据一个实施例的预燃室点火装置的另一个示意图；图6是与已知的预燃室点火装置中的流体的相对速度的相对比的本专利技术的预燃室点火装置中的流体的相对速度的示意图；以及图7是与已知的预燃室点火装置中的流体的相对动能相对比的本专利技术的预燃室点火装置中的流体的相对动能的示意图。具体实施方式现在参照图1，示出了具有预燃室点火装置(“预燃室装置”)12的火花点火内燃机10的示意图。发动机10包括发动机壳体13，发动机壳体13具有发动机缸盖14和发动机缸体16。发动机缸盖14和发动机缸体16与活塞18一起形成燃烧室20，燃烧室20构造为通过进气流道或进气管道22接收空气并且还可能接收燃料。进气管道22可以与燃料供应管道23耦合，燃料供应管道23配置为通过燃料进入阀或燃料喷射器24向燃烧室20提供燃料，但是也可以考虑将燃料引入涡轮增压器(未示出)中的压缩机上游的实施例。进一步，燃料供应26与燃料喷射器24流体耦合。预燃室装置12具有一个或多个端口28，并且可以通过发动机缸盖14支撑在发动机10内，使得端口28定位在燃烧室20内。发动机10可以是在气体燃料(例如天然气、丙烷、沼气、垃圾填埋气体或其它气体燃料)上操作的四冲程气体燃料发动机，但是本领域技术人员将认识到本专利技术不因此而受限并且可以在具有火花点火预燃室点火装置的任何发动机中实施。还可以以通常已知的方式提供用于燃料(未示出)的汽化和增压设备。发动机10也可以是双气体燃料和液体燃料发动机。活塞18可以设置在由发动机缸体16限定的汽缸30中，并且可以在上止点(TDC)位置和下止点(BDC)位置之间移动，以通过连杆34以一般传统方式旋转曲轴32。发动机10可以包括以任何合适的配置设置的任何数量的汽缸30和活塞18，例如“直列式”配置或“V”配置。燃烧室20的容积可以随活塞18相对于发动机缸盖14的位置而改变，使得当活塞18位于BDC位置时燃烧室20的容积处于最大值，并且当时活塞18位于TDC位置时容积处于最小值。曲轴32的旋转使活塞18在进气冲程中从TDC位置朝向BDC位置移动，这允许空气和燃料从进气管道22引入燃烧室20。曲轴32的继续旋转然后使活塞18在压缩燃烧室20中的空气和燃料的压缩冲程中朝向TDC位置移动。在压缩冲程期间活塞18的向上行进还使得来自燃烧室20的空气和燃料经由端口28进入预燃室装置12。然后可以点燃预燃室装置12中的空气和燃料，燃烧气体通过端口28排放到燃烧室20，以点燃燃烧室20中的空气燃料混合物的主要装料，从而在膨胀冲程中驱动活塞18。当曲轴32再次使活塞18在排气冲程中从BDC位置朝向TDC位置移动时，燃烧后残留在燃烧室20中的残余气体然后可以通过排气管道36排出。现在还参照图2，根据一个实施例示出了包括预燃室装置12的燃烧装料形成系统37的示意图。预燃室装置12包括附接至预燃室主体40的基部38，预燃室42在预燃室主体40内形成。预燃室主体40具有近端44和远端46，并且限定在近端44和远端46之间延伸的纵向轴线48。在大多数实施例中，纵向轴线48也可以是预燃室42的纵向中心轴线。预燃室主体40还包括外表面50和内表面52，内表面52具有带有锥部53的预燃室壁54。预燃室装置12可以进一步包括火花电极组件60，其中预燃室主体40的近端44构造成用于与火花电极组件60耦合。火花电极组件60可以包括一个或多个电极叉58，每个电极叉58具有尖端5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于内燃机的预燃室点火装置，包含：包括外表面和限定预燃室的内表面并且包括预燃室壁的预燃室主体，所述预燃室主体具有构造为用于与火花电极组件耦合的近端，以及远端，其中纵向轴线在所述近端和所述远端之间延伸；在所述远端处的所述预燃室主体中形成的多个端口，并且每个所述端口具有在所述外表面中形成的外开口和在所述内表面中形成的内开口，所述多个外开口中的每一个沿周向从所述内开口的所述相应一个偏移，使得所述多个端口相对于所述预燃室壁定向，以引起空气和燃料的进料的旋流；以及所述预燃室壁围绕所述纵向轴线周向延伸并且在所述近端的方向上具有变窄的锥部。

【技术特征摘要】
2017.11.17 US 15/816,3461.一种用于内燃机的预燃室点火装置，包含：包括外表面和限定预燃室的内表面并且包括预燃室壁的预燃室主体，所述预燃室主体具有构造为用于与火花电极组件耦合的近端，以及远端，其中纵向轴线在所述近端和所述远端之间延伸；在所述远端处的所述预燃室主体中形成的多个端口，并且每个所述端口具有在所述外表面中形成的外开口和在所述内表面中形成的内开口，所述多个外开口中的每一个沿周向从所述内开口的所述相应一个偏移，使得所述多个端口相对于所述预燃室壁定向，以引起空气和燃料的进料的旋流；以及所述预燃室壁围绕所述纵向轴线周向延伸并且在所述近端的方向上具有变窄的锥部。2.如权利要求1所述的装置，进一步包括具有包括尖端的电极叉并且在所述近端处与所述预燃室主体耦合的火花电极组件，使得在所述尖端和所述预燃室壁之间形成火花间隙；以及其中，所述尖端位于所述预燃室壁附近的所述预燃室中，并位于所述锥部内或所述锥部附近的轴向位置处。3.如权利要求2所述的装置，进一步包括邻接所述预燃室壁的底板，其中，所述锥部在所述火花间隙和所述底板之间延伸所述预燃室壁的至少大部分长度；以及其中，所述锥部是均匀的，使得在所述近端和所述远端之间，所述预燃室壁相对于所述纵向轴线具有均匀倾斜度。4.如权利要求1所述的装置，其中：所述火花电极组件进一步包括位于所述预燃室内并在所述预燃室壁附近的多个电极叉，以便在所述锥部内或附近形成多个火花间隙；以及所述多个端口中的每一个在所述相应外开口和内开口之间基本上是直的，并且定向成与以所述纵向轴线为中心的圆相切。5.一种用于内燃机的燃烧装料形成系统，包含：在发动机壳体中形成的燃烧室；包括预燃室主体、在所述预燃室主体内形成并具有预燃室壁的预燃室以及火花电极组件的预燃室点火装置；在所述预燃室主体中形成并将所述燃烧室与所述预燃室流体连接的端口，所述端口在外开口和内开口之间延伸，并且所述内开口偏离所述外开口使得所述端口相对于所述预燃室壁定向以引起空气和燃料的进料的旋流；所述预燃室壁具有在所述火花电极组件的方向上变窄的锥部；以及所述火花电极组件具有与所述预燃室壁形成火花间隙的电极叉，用于点燃所述空气和燃料的装料。6.如权利要求5所述的系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·克雷斯，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国,US