用于内燃机的预燃烧室组件的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的预燃烧室组件，并且具体地涉及一种包括点火电极并且用在气态燃料内燃机中使用的预燃烧室组件。

背景技术：

已知在一些内燃机应用(例如，气态燃料应用)中采用火花点火的预燃烧室组件(在下文称为“预燃室组件)，其包括预燃烧室(在下文称为“预燃室”)。通常，预燃室是位于预燃室组件或发动机气缸盖中的相对较小的气体积聚腔室。预燃室经由多个小的流动通道与内燃机的主燃烧室流体连通。在操作期间，点火电极产生用于点燃预燃室内的气态燃料和空气的混合物(而非点燃主燃烧室中的气体燃料)的火花。气态燃料在预燃室中的点燃产生燃烧燃料的开端，燃烧燃料通过流动通道喷射或以其他方式行进到主燃烧室中，由此点燃其中的气态燃料和空气的混合物。

进一步已知提供关键形状的点火电极。在此种情形中，点火电极可包括多个电极臂，所述多个电极臂基本上直立地从连接区段延伸到预燃室的内部中。

在现有技术中，点火电极的制造过程可包括一些机械制造步骤，例如包括从金属板中切割出关键部件、将每个电极臂弯曲成期望的形状，以及将金属涂层(例如，铱涂层)施加至经弯曲的点火电极。然而，该机械弯曲过程可例如由于材料的屈服强度而受到限制，并且在点火电极的操作期间，电极臂可能由于所选择的弯曲半径对于所使用的材料以及所使用的材料厚度过小而断裂。

us2014/0196684a1公开了一种用于内燃机、尤其是气体发动机的火花塞。火花塞包括中心电极和至少一个接地电极群，每个接地电极群均包括一个或多个接地电极片。中心电极包括至少一个具有中心电极表面的中心电极片，并且中心电极表面横向于火花塞的纵向轴线的横截面在从0°至50°的范围内、较佳地以至多45°的角度倾斜。接地电极群的每个接地电极片具有面向中心电极表面的接地电极表面，该中心电极表面与接地电极表面隔开并且基本上平行于接地电极表面行进。

从us2005/0211217a1已知一种预燃型火花塞，其中预燃室完全地位于气缸盖的底表面下方。

本发明至少部分地涉及改进或克服现有技术的一个或多个方面。

技术实现要素：

根据本发明，用于内燃机的预燃室组件可包括预燃室主体和点火电极，该预燃室主体配置成安装于内燃机并且限定沿着纵向轴线延伸的预燃室的至少一部分，该点火电极包括中心电极和至少一个电极臂，所述至少一个电极臂从中心电极至少部分地延伸到预燃室中。至少一个电极臂可同时相对于纵向轴线沿至少径向方向以及相对于纵向轴线沿至少轴向方向延伸。所公开的预燃室组件可进一步包括质量元件，质量元件包括面向至少一个电极臂的至少一个径向内表面。至少一个径向内表面可基本上相对于纵向轴线不平行。

通过以下的说明和附图，本发明的其它特征和方面清晰可见。

附图说明

结合在本文并且构成申请书一部分的附图说明了本发明的示例性实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：

图1是包括质量元件的示例性公开的预燃室组件的剖视图；

图2是沿着图1的线ii–ii截取的剖视图；

图3是示出图1的质量元件的示例性公开的实施例的剖视图；

图4是示出质量元件的又一示例性公开的实施例的剖视图；

图5是示出质量元件的又一示例性公开的实施例的剖视图；

图6是又一示例性公开的预燃室组件的剖视图。

具体实施方式

下文是本发明的示例性实施例的详细描述。这里所描述并且在附图中说明的示例性实施例旨在教示本发明的原理，使得本领域普通技术人员能在许多不同的环境中并且对于许多不同的应用来实施和使用本发明。因此，示例性实施例并不旨在并且不应被认为是专利保护范围的限制描述。而是，专利保护范围应由所附的权利要求所限定。

在本发明的含义内，质量元件和电极臂的径向内表面的基本上对应性意指质量元件和电极臂的径向内表面均相对于纵向轴线具有基本上类似的斜度。明确地说，当在穿过纵向轴线延伸的横截面中观察时，质量元件和电极臂的径向内表面的斜度方向是基本上类似的。

此外，在本发明的含义内，质量元件的纵向轴线和径向内表面之间的不平行度意指质量元件的径向内表面至少部分地相对于包括预燃室的纵向轴线的横截面倾斜。

本发明可至少部分地基于如下发现：提供形成经火花点燃的预燃室组件的接地电极的质量元件，其中，该质量元件具有基本上对应于点火电极的相关联电极臂的外部形状的径向内表面，可提供产生火花的限定位置，用于可靠地点燃内燃机中的空气-燃料混合物。

本发明可进一步至少部分地基于如下发现：形成例如由贵金属，例如铱、铂、锇或任何其合金构成的点火电极，这可导致点火电极的较小磨损并且由此可增强预燃室组件的寿命。

本发明可进一步至少部分地基于如下方向：提供具有基本上遵循相关联电极臂的外部形状的大量突部的质量元件，这可导致在预燃室组件的操作期间同时在质量突部和相关联电极臂处导致更均匀的磨损。

在开发过程中，已发现，例如作为用于电极臂的材料的铱可例如比铂具有更高的熔点。然而，在此类情形中，电极和/或电极臂的磨损可能比通常由例如镍合金形成的对应质量元件的磨损较轻。因此，质量元件的较高磨损可导致材料凹陷，并且由此会增大质量元件和例如由铱制成的电极臂之间的火花间隙。当超过预定阈值时，可能不再确保在质量元件和由铱制成的电极臂之间适当地产生火花。示例性公开的预燃室组件可克服所述缺点。

现参见附图，在图1中示出用在内燃机中(例如气态燃料内燃机)中的预燃室组件60的示例性实施例，其用于支持内燃机的主燃烧室(未示出)内的燃烧事件。虽然本文的预燃室组件60参照气态燃料内燃机进行描述，但示例性公开的预燃室组件60可结合需要支持点燃主燃烧室的空气-燃料混合物的装置的任何内燃机。

如图1所示，预燃室组件60包括预燃烧室主体(在下文称为“预燃室主体)62和附接于预燃室主体62的预燃烧室盖(在下文称为“预燃室盖”)70。预燃室主体62包括螺纹部分64，螺纹部分64配置成与内燃机的气缸盖的螺纹部分接合。

预燃室主体62和预燃室盖70均可由铸造形成。在示例性实施例中，预燃室主体62和预燃室盖70可例如通过铸造形成并且可由具有高的耐热和抗机械应力的材料(例如铬镍合金)构成。

预燃室主体62和预燃室盖70可绕纵向轴线90设置并且包括基本上圆柱形的横截面。预燃室主体62限定预燃室66的第一部分68。预燃室盖70限定预燃室66的第二部分69。第一部分68和第二部分69彼此流体连通。

点火电极80可沿着纵向轴线90延伸并且包括中心电极85，中心电极85具有至少部分地突入到预燃室66的第一部分68中的中心电极端部81。点火电极80进一步包括至少一个电极臂82，所示至少一个电极臂82同时沿相对于纵向轴线90的至少径向方向和沿相对于纵向轴线90的轴向方向从中心电极端部81延伸。也就是说，至少一个电极臂82具有相对于纵向轴线90沿径向方向延伸的部分和相对于纵向轴线90沿轴向方向延伸的部分。至少一个电极臂82包括远端部分86和近端部分87，其配置成附接于连接区段88，该连接区段经由例如焊接附接于中心电极85。在一些实施例中，电极臂82可与中心电极85一体地形成。

在一些实施例中，除了提供电极臂82以外，中心电极85可设有至少一个电极销、至少一个突出电极峰部和/或至少一个电极突部。

预燃室组件60可进一步包括质量元件100，质量元件100安装于预燃室主体62，以使得质量元件100绕电极臂82周向地延伸。质量元件100包括至少一个面向至少一个电极臂82的径向内表面104。在图1的示例性公开的实施例中，例如在图1中的双点划线所示，质量元件100包括多个质量突部102，每个质量突部均朝向相关联的电极臂82向内径向地延伸。在图1中示出的示例中，点火电极80包括四个电极臂82。因此，质量元件100包括四个质量突部102，每个质量突部均与其中一个电极臂82相关联。在一些进一步的实施例中，电极臂82的数量和质量突部102的数量可不等于四，例如，一个、两个、三个或多于四个。在一些进一步的实施例中，电极臂82的数量可并不对应于质量突部102的数量。例如，电极臂82可多于或少于质量突部102。例如，可存在与共用质量突部102的两个电极臂82。

质量元件100形成用于点火电极80的接地电极。点火电极80电气地连接于发动机控制单元(未示出)并且可配置成在由发动机控制单元提供电信号的情形下、经由中心电极85在电极臂82和相关联的质量突部102之间产生火花。

如图1所示，可形成一个单元的电极臂82例如经由焊接83连接于中心电极85。中心电极85由绝缘体50(例如，陶瓷绝缘体)支承。例如，焊接83可以是激光束焊接、摩擦焊接、电子束焊接或者适合于将电极臂82附接于中心电极85的任何其它焊接。

预燃室盖70包括连接部分72和喷嘴部分74。连接部分72配置成插入到预燃室主体62的接纳部分65中。如图1所示，连接部分72和接纳部分65具有基本上彼此对应的圆柱形部分，以使得预燃室盖70的连接部分72至少部分地形式适配于预燃室主体62的接纳部分65。

预燃室盖70借助焊接(例如，激光束焊接)固定地附接于预燃室主体62。应理解的是，电子束焊接围绕形成在预燃室主体62的底端和预燃室盖70的喷嘴部分74的肩部71之间形成的整个凸缘周向地延伸。

例如在图1中进一步示出，预燃室盖70包括内表面75，内表面75形成预燃室66的第二部分69。内表面75包括具有大体上凸起的漏斗形状的底部。

预燃室盖70包括外表面73，外表面73配置成至少部分地延伸到内燃机的主燃烧室中。预燃室盖70包括设置在喷嘴部分74处的至少一个流动通道109。明确地说，至少一个流动通道109配置成使得预燃室66与相关联的主燃烧室流体地连接。还优选地，至少一个流动通道109使得底部处的预燃室66与相关联的主燃烧室流体地连接。

例如在图1中进一步说明的是，每个电极臂82均包括纵向轴线91，纵向轴线91相对于纵向轴线90形成角度α。角度α可在从约1°至约20°的范围内，以使得每个电极臂82的远端部分86比电极臂82的近端部分87离开纵向轴线更远。在此种情形中，可确保的是，火花可在远端部分86和质量突部102之间的火花间隙92处产生，这导致电极臂82沿从远端部分86至近端部分87的方向磨损。因此，可防止电极臂82从连接区段88中掉出。应注意的是，在一些实施例中，电极臂82可包括任何其它合适的形状，例如弯曲形状。

参照图2，示出沿着图1的线ii–ii截取的剖视图。例如在图2中可观察的是，电极臂82的远端部分86设置在绕纵向轴线90延伸的圆上并且彼此等距地隔开。类似地，质量元件100包括四个质量突部102，所述四个质量突部102绕基本上环形的质量元件100的内周缘设置并且彼此等距地隔开。每个质量突部102均朝向相关联的电极臂82径向地向内突出，且火花间隙92形成在其间。

例如，火花间隙92可在从约0.1mm至约2.0mm的范围内、较佳地在从约0.2mm至约0.8mm的范围内。

在图1中示出的实施例中，每个质量突部102包括面向相关联的电极臂82的径向内表面104。每个电极臂82均包括面向相关联的质量突部102的径向外表面84，且火花间隙92形成在其间。如图2所示，电极臂82各自具有基本上矩形的横截面。因此，电极臂82的径向外表面84是基本上平面的。然而，在一些实施例中，电极臂82可具有任何合适的横截面，例如，圆形横截面、椭圆形横截面或者三角形横截面。

每个质量突部102均配置成具有沿周向方向的延伸部，该延伸部等于或大于沿相关联电极臂82的周向方向的延伸部。也就是说，质量突部102的径向内表面104基本上大于相关联电极臂82的径向外表面84。

参照图3至5，更详细地说明质量突部102的示例性形状。在图3至5的每个中，处于说明的目的，电极臂82被认为是基本上圆形的弯部。然而，电极臂82可具有基本上平直的形状并且可沿着纵向轴线91延伸(参见图1)。

如图3所示，质量突部102的径向内表面104是基本上平面的并且相对于纵向轴线90倾斜。因此，在弯曲的电极臂82的情形下，火花间隙92在电极臂82和质量突部102的之间部分处最小，并且沿两个方向，即，沿电极臂82的远端部分86的方向以及沿电极臂82的近端部分87的方向增大。然而，在本发明的含义内，质量突部102的径向内表面104被认为基本上对应于电极臂82的径向外表面84。

参照图4，示出径向内表面104的又一示例性形状。径向内表面104具有距电极臂82的远端部分86的第一距离110和距电极臂82的近端部分87的第二距离112。在图4中，第一距离110等于第二距离112，以使得径向内表面104和径向外表面84之间的火花间隙92是基本上均匀的。例如，电极臂82的径向外表面84的曲率半径可基本上等于质量突部102的径向内表面104的曲率半径，且偏离两个元件。

相反，参照图5，第一距离110小于第二距离112。这可进一步确保火花较佳地在电极臂82的远端部分86处产生，使得电极臂82从远端部分86至近端部分87磨损。例如，电极臂82的径向外表面84的曲率半径可不等于质量突部102的径向内表面104的曲率半径。

在图3至5中，分别以点划线和虚线示出电极臂82和质量突部102的示例性和定性磨损线。在图3至5中，点划线示出在预燃室组件的第一次操作时间之后、径向内表面104的形状和径向外表面84的形状，而虚线示出在预燃室组件60的第二次操作时间之后、径向内表面104的形状和径向外表面84的形状，其中第一操作时间短于第二操作时间。

例如如图3所示，并且如上所述，火花可在电极臂82和质量突部102的中间部分处产生，从而导致分别在所述中间位置处磨损(参见图3中的点划线)。在第二次操作时间之后，磨损可增大并且可分别在电极臂82和质量突部102处形成相应的凹陷(参见图3中的虚线)。因此，电极臂82可从中间部分朝向远端部分86和近端部分87两者磨蚀。

参见图6，示出又一示例性公开的预燃室组件60。图6的预燃室组件60基本上与图1的预燃室组件60相同，而不同之处在于，质量元件100与预燃室盖70一体地形成。明确地说，预燃室盖70包括用于连接于质量元件100的连接部分76(在图6中以双点划线示出)。

工业实用性

在下文中，参照图1描述将质量环100安装于预燃室主体62，且点火电极80已安装于预燃室主体62。

首先，将质量元件100插入到预燃室主体62的接纳部分65中。然后，当接近点火电极80、尤其是电极臂82时，质量元件100由于质量突部102具有相对于纵向轴线90倾斜的径向内表面104转动，直到质量突部102能由电极臂82通过为止(参见图2)。具体地说，质量突部102转动，以使得电极臂82通过设置在周向地彼此邻置的两个质量突部102之间的周向间隙。

当达到第一安装位置时，质量元件100再次转动，直到每个质量突部102均直接地面向相关联的电极臂82，即每个径向内表面104面向相关联的径向外表面84为止(参见图2)。然后，在所述最终组装位置中，质量元件100例如通过激光束焊接至预燃室主体62。具体地说，激光束焊接是绕纵向轴线90延伸的圆形焊接。

在预燃室组件60的最后组装步骤中，预燃室盖70例如通过焊接固定于预燃室主体62。

参照图6中示出的实施例，包括质量元件100的预燃室盖70安装于预燃室主体62基本上与质量元件100的组装相同，但无需将质量元件100附加地焊接附接于预燃室主体62。

在一些实施例中，为了支持径向内表面104和径向外表面84之间产生火花，并且为了减小质量突部的磨损，径向内表面104可例如涂覆有铱。

虽然这里已描述了本发明的较佳实施例，但可包括各种改进和修改，而不会偏离以下权利要求的范围。