一种进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置及发动机的制作方法

1.本实用新型属于汽车发动机技术领域，尤其涉及一种进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置及发动机。


背景技术：

2.随着油耗法规愈加严苛，内燃机超高热效率成为追求的目标。加快燃烧速度，提高等容度，减少散热损失，同时抑制爆震，是提高汽油机热功转化效率的有效手段。预燃室射流点火技术能提高燃烧速度、抑制爆震、扩展稀燃极限，在改善汽油机热效率方面具有一定潜力。预燃室射流点火首先引燃预燃室空腔内的混合气体，高温高压混合气体通过小孔喷向主燃室，形成高速射流火焰，大幅增加点火面积，提高燃烧速度。另一方面，预燃室内未燃的中间产物也可加快燃烧进程。
3.在发动机的排气冲程，主燃室内燃烧后的废气经过排气道排出，但是受预燃室结构影响预燃室内只有部分燃烧后的废气会排出。在发动机的进气冲程，新鲜空气或者混合气体经进气道进入主燃室内，同时也有部分残留在预燃室内的废气进入主燃室。在发动机的压缩冲程，主燃室内的部分新鲜混合气体将会被压入预燃室内。在压缩上止点附近，预燃室内残余废气系数主要受进气冲程后预燃室内残留的废气量和压缩冲程进入预燃室的新鲜混合气量影响。
4.由于预燃室与主燃室之间的喷孔直径较小，预燃室点燃后的残余废气不能在排气冲程及下一次燃烧的进气冲程全部排出到主燃室，导致预燃室内的残余废气系数较大。在发动机部分负荷时，较大的残余废气系数导致预燃室内点火燃烧不稳定，甚至失火，使得主燃室的燃烧稳定性较差。
5.当汽车发动机处在极低温度环境下，预燃室本体壁面以及预燃室内部的气体温度较低，并且若处在低负荷工况下预燃室内的气体流动较弱，这将导致预燃室内的点火过程非常不稳定，从而使得发动机燃烧稳定性差，甚至出现难以启动的问题。
6.现有技术中某些带预燃室的汽车发动机为了解决低温低负荷工况下发动机启动困难和主燃室燃烧不稳定的问题，除在预燃室本体上安装有预燃室第一火花塞之外，还在缸盖上安装有第二火花塞，并且使第二火花塞在低温环境和低负荷工况下工作。此种带多个火花塞的预燃室发动机虽然在一定程度能解决低温低负荷工况下发动机启动困难和主燃室燃烧不稳定的问题，但是需要使用多个火花塞，增加了整个发动机预燃室的成本以及布置和标定的复杂性，而且不能同时有效解决预燃室内残余废气系数高的问题，同样会使发动机存在低负荷下燃烧稳定性较差的问题。另外，此种带多个火花塞的预燃室发动机在低温低负荷工况使用位于缸盖上的第二火花塞点火，其与传统发动机的工作方式没有本质意义上的差别，背离了预燃室射流点火技术的初衷，并不能够充分发挥预燃室提高发动机热效率的优势。


技术实现要素：

7.本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术中，预燃室内的残余废气系数较大导致主燃室的燃烧稳定性较差以及在低温环境下预燃室内的点火过程不稳定导致发动机难以启动的问题，提供一种进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置及发动机。
8.为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置，包括缸盖、进气门、进气门导管、进气管、预燃室本体、气体连接管及加热器，所述缸盖上设置有用于安装所述预燃室本体的预燃室安装孔，所述预燃室本体的内部形成预燃室内腔，所述预燃室本体的底部设有连通所述预燃室内腔与发动机的主燃室的预燃室喷射孔；
9.所述缸盖上设置有进气道及进气门导管安装孔，所述进气道的外端与所述进气管连通，所述进气道的内端与发动机的主燃室连通，所述进气门导管安装在所述进气门导管安装孔中，所述进气门滑动插接在所述进气门导管中；所述进气门导管与进气门的杆体之间设置有连接通道，所述缸盖上还设置有缸盖引气通道及缸盖气体通道，所述气体连接管连接在所述进气管与所述缸盖引气通道的入口之间；所述预燃室本体上设置有连通所述缸盖气体通道的出口与所述预燃室内腔的预燃室扫气通道；所述连接通道在所述进气门开启时连通所述缸盖引气通道的出口及所述缸盖气体通道的入口；
10.所述加热器连接在所述气体连接管的中部，用于加热流经所述气体连接管的气体。
11.可选地，所述加热器包括外壳及设置在所述外壳内的气体加热装置，所述外壳具有入口及出口，所述气体连接管包括第一气体连接管及第二气体连接管，所述第一气体连接管连接在所述进气管与所述外壳的入口之间，所述第二气体连接管连接在所述缸盖引气通道的入口与所述外壳的出口之间。
12.可选地，所述外壳为管体结构或箱体结构。
13.可选地，所述进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置还包括设置在所述进气管内的节气门，所述进气管上设置有与所述第一气体连接管连通的分流口，所述节气门在气体流动方向上位于所述分流口与所述进气道的外端之间。
14.可选地，所述连接通道在所述进气门关闭时与所述缸盖引气通道的出口及缸盖气体通道的入口阻断。
15.可选地，所述进气门导管上设置有进气环槽和导气环槽，所述导气环槽位于所述进气环槽的下方，所述进气环槽与所述缸盖引气通道的出口连通，所述导气环槽与所述缸盖气体通道的入口连通，所述进气门的杆体的外周上设置有进气门杆环槽，所述进气环槽、进气门杆环槽及导气环槽组成所述连接通道；
16.所述进气门开启时，所述进气门的杆体上的进气门杆环槽连通所述进气环槽和导气环槽。
17.可选地，所述进气门关闭时，所述进气环槽和导气环槽被所述进气门的杆体阻断。
18.可选地，所述缸盖上环绕所述预燃室本体设置有预燃室安装孔环槽，所述预燃室安装孔环槽与所述缸盖气体通道的出口连通，所述预燃室扫气通道环绕所述预燃室本体设置有多个，多个所述预燃室扫气通道的入口与所述预燃室安装孔环槽连通，多个所述预燃室扫气通道的出口与所述预燃室内腔连通。
19.可选地，所述进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置还包括排气门及排气门导管，所述缸盖上还设置有排气道及排气门导管安装孔，所述排气道的内端与发动机的主燃室连通，所述排气门导管安装在所述排气门导管安装孔中，所述排气门滑动插接在所述排气门导管中。
20.根据本实用新型实施例的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置，在发动机的进气冲程，进气门开启，进气环槽和导气环槽之间导通，进气管内在节气门前的高压的新鲜气体经第一气体连接管、加热器、第二气体连接管、缸盖引气通道、进气环槽、进气门杆环槽、导气环槽、缸盖气体通道进入预燃室安装孔环槽。当发动机处在低温环境下时，加热器工作，新鲜气体在流经加热器时被加热，自身温度升高。新鲜气体从预燃室安装孔环槽经预燃室扫气通道进入预燃室内腔，以将预燃室内腔中的残余废气挤出进入到主燃室，从而将预燃室内腔中的残余废气减少甚至清除，降低预燃室内腔的残余废气系数；同时，温度升高的新鲜气体会升高预燃室内腔在扫气时的温度，提高预燃室内腔点火时刻混合气的温度，以提高预燃室的点火稳定性。因此，本实用新型实施例的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置可以提高发动机在低温状态下的燃烧稳定性和低温启动性能。在发动机的其它冲程，进气门关闭，进气环槽和导气环槽之间断开，防止主燃室内的高温高压混合气体通过上述通道反向流出到进气管。并且，本实用新型实施例的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置用以实现扫气和混合气加热的结构简单，导致整体的制造成本低。
21.另一方面，本实用新型实施例还提供一种发动机，包括缸体、活塞、喷油器及上述的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置，所述缸盖固定在所述缸体上，所述缸体上设置有气缸，所述活塞滑动设置在所述气缸内，所述活塞的顶面与预燃室本体的底部之间形成主燃室，所述喷油器安装在所述缸盖上，用于向所述进气道或主燃室喷油。
22.根据本实用新型实施例的发动机，由于采用了上述的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置，能够降低预燃室内的残余废气系数，同时提高低温环境下预燃室内的气体温度进而提高预燃室的点火稳定性，使发动机在低温环境下容易启动，并且使主燃室的燃烧稳定性得到提高。
附图说明
23.图1是本实用新型一实施例提供的发动机的纵向剖面示意图；
24.图2是本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置的纵向剖面示意图。
25.说明书中的附图标记如下：
26.1、缸体；2、活塞；
27.3、缸盖；30、进气道；31、排气道；32、缸盖气体通道；33、预燃室安装孔；34、预燃室安装孔环槽；35、缸盖引气通道；
28.4、进气门；40、进气门导管；41、进气门杆环槽；42、进气环槽；43、导气环槽；
29.5、排气门；50、排气门导管；
30.6、预燃室本体；60、预燃室内腔；61、预燃室喷油器；62、预燃室火花塞；63、预燃室喷射孔；64、预燃室扫气通道；
31.7、喷油器；8、主燃室；9、进气管；10、节气门；11、气体连接管；12、加热器。
具体实施方式
32.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
33.需要说明的是，下文中的上、下、内、外、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
34.如图1
‑
2所示，本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置，包括缸盖3、进气门4、进气门导管40、进气管9、预燃室本体6、气体连接管11及加热器12，所述缸盖3上设置有用于安装所述预燃室本体6的预燃室安装孔33，所述预燃室本体6的内部形成预燃室内腔60，所述预燃室本体6的底部设有连通所述预燃室内腔60与发动机的主燃室8的预燃室喷射孔63。
35.所述缸盖3上设置有进气道30及进气门导管安装孔，所述进气道30的外端与所述进气管9连通，所述进气道30的内端与发动机的主燃室8连通，所述进气门导管40安装在所述进气门导管安装孔中，所述进气门4滑动插接在所述进气门导管40中。所述进气门导管40与进气门4的杆体之间设置有连接通道。所述缸盖3上还设置有缸盖引气通道35及缸盖气体通道32，所述气体连接管11连接在所述进气管9与所述缸盖引气通道32的入口之间；所述预燃室本体6上设置有连通所述缸盖气体通道32的出口与所述预燃室内腔60的预燃室扫气通道64。
36.所述加热器12连接在所述气体连接管11的中部，用以使得从所述进气管9流出到所述气体连接管11的新鲜气体在流经加热器12时能被加热，以此提高新鲜气体进入所述预燃室内腔60进行扫气时的温度，升高所述预燃室内腔60中的混合气体在点火时刻的温度，从而提高预燃室在低温下的点火稳定性，提高发动机的启动性能。优选地，所述加热器12与发动机的控制单元信号连接，当发动机工作时，发动机的控制单元判断发动机是否处于低温冷启动过程或者低温低负荷的工况下，如是，则使所述气体连接管11上的所述加热器12工作，以加热流经所述气体连接管11的气体；如不是，则使所述气体连接管11上的所述加热器12停止工作，防止发动机温度过高。
37.在一实施例中，所述加热器12包括外壳及设置在所述外壳内的气体加热装置，所述外壳具有入口及出口，所述气体连接管11包括第一气体连接管及第二气体连接管，所述第一气体连接管连接在所述进气管9与所述外壳的入口之间，所述第二气体连接管连接在所述缸盖引气通道35的入口与所述外壳的出口之间。优选地，所述加热装置为电阻丝加热装置或ptc陶瓷加热装置或微波加热装置。
38.在一实施例中，所述外壳为管体结构或箱体结构。优选地，所述外壳为圆管结构。所述圆管首端的开口为所述外壳的入口，与所述第一气体连接管的尾端密闭连接，所述圆管尾端的开口为所述外壳的出口，与所述第二气体连接管的首端密闭连接。
39.优选地，所述气体连接管11的内径小于所述进气管9的内径。
40.优选地，所述进气门4包括进气门杆及进气门盘，所述进气门杆滑动插接在所述进气门导管40中，所述进气门盘连接在所述进气门杆的一端上。在发动机的进气冲程，所述进气门杆在所述进气门导管40中沿使所述进气门盘远离所述进气道30内端的方向滑动直至所述进气道30内端与发动机的主燃室8完全连通，此时，所述进气门4为开启状态。在发动机
的其它冲程，所述进气门杆在所述进气门导管中沿使所述进气门盘靠近所述进气道30内端的方向滑动直至所述进气门盘的盘面接触所述进气道30内端，此时，所述进气门4为关闭状态。
41.在一实施例中，所述连接通道在所述进气门4开启时连通所述缸盖引气通道35的出口及所述缸盖气体通道32的入口；所述连接通道在所述进气门4关闭时与所述缸盖引气通道35的出口及所述缸盖气体通道32的入口阻断。
42.优选地，所述进气门导管40上设置有进气环槽42和导气环槽43，所述导气环槽43位于所述进气环槽42的下方，所述进气环槽42与所述缸盖引气通道35的出口连通，所述导气环槽43与所述缸盖气体通道32的入口连通。所述进气门3的杆体的外周上设置有进气门杆环槽41，所述进气环槽42、进气门杆环槽41及导气环槽43组成所述连接通道。所述进气门杆环槽41的长度小于所述进气门4的杆体在所述进气门导管40中滑动伸缩的行程。所述进气门4开启时，所述进气环槽42、导气环槽43与进气门杆环槽41接触，所述进气环槽42、进气门杆环槽41及导气环槽43依次连通。所述进气门4关闭时，所述进气环槽42、导气环槽43与所述进气门4的杆体上除所述进气门杆环槽41之外的其它部分接触，所述进气环槽42及导气环槽43分别形成封闭环形空间，所述进气环槽42和所述导气环槽43被所述进气门4的杆体阻断。
43.在一实施例中，所述缸盖3上环绕所述预燃室本体6设置有预燃室安装孔环槽34，所述预燃室本体6安装到所述预燃室安装孔33后能够将所述预燃室安装孔环槽34封闭为环形空间。所述预燃室安装孔环槽34与所述缸盖气体通道32的出口连通，以使得所述缸盖气体通道32能将所述导气环槽43内的气体输送到所述预燃室安装孔环槽34。所述预燃室扫气通道64环绕所述预燃室本体6设置有多个，多个所述预燃室扫气通道64的入口与所述预燃室安装孔环槽34连通，多个所述预燃室扫气通道64的出口与所述预燃室内腔60连通。所述预燃室安装孔环槽34用于收集从所述缸盖气体通道32流出的新鲜气体，并分配到所述预燃室扫气通道64。
44.在一实施例中，所述进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置还包括设置在所述进气管9内的节气门10，所述进气管9上设置有与所述气体连接管11连通的分流口，所述节气门10在气体流动方向上位于所述分流口与所述进气道30的外端之间。所述节气门10用于调节进入所述进气管9的新鲜气体的量，当发动机工作在部分负荷工况时，所述节气门10部分开启。在发动机的进气冲程，所述进气门4开启期间，所述进气管9内在所述节气门10前的新鲜气体的压力大于所述进气道30、所述主燃室8以及所述预燃室内腔60的压力，在此种压差作用下，所述进气管9内的新鲜气体被压出所述分流口进入所述气体连接管11从而最终到达所述预燃室内腔60进行扫气。
45.在一实施例中，所述预燃室喷射孔63环绕所述预燃室本体6的底部设置有多个。优选地，所述预燃室喷射孔63为圆孔。所述预燃室喷射孔63用于在发动机的进气冲程使所述预燃室内腔60中的残余废气被从所述预燃室扫气通道64引入的新鲜气体挤入所述主燃室8，实现扫气；在压缩冲程使所述主燃室8内的高温高压混合气体重新注入所述预燃室内腔60，在压缩冲程末端活塞2到达上止点时，将所述预燃室内腔60中被所述预燃室火花塞62点燃的混合气体喷射进入所述主燃室8。
46.在一实施例中，所述进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置还包括排气门5
及排气门导管50，所述缸盖3上还设置有排气道31及排气门导管安装孔，所述排气道31的内端与发动机的主燃室8连通，所述排气门导管50安装在所述排气门导管安装孔中，所述排气门5滑动插接在所述排气门导管50中。
47.优选地，所述排气门5包括排气门杆及排气门盘，所述排气门杆滑动插接在所述排气门导管50中，所述排气门盘连接在所述排气门杆的一端上。在发动机的排气冲程，所述排气门杆在所述排气门导管50中沿使所述排气门盘远离所述排气道31内端的方向滑动直至所述排气道31内端与发动机的主燃室8完全连通，此时，所述排气门5为开启状态。在发动机的其它冲程，所述排气门杆在所述排气门导管50中沿使所述排气门盘靠近所述排气道31内端的方向滑动直至所述排气门盘的盘面接触所述排气道31内端，此时，所述排气门5为关闭状态。
48.在一实施例中，所述预燃室安装孔33位于所述进气门4与排气门5之间并位于发动机的主燃室8的正上方。所述预燃室本体6的上端设置有预燃室喷油器61及预燃室火花塞62。所述预燃室喷油器61用于在发动机的压缩冲程向所述预燃室内腔60喷入少量的燃料，以在所述预燃室内腔60中形成可燃混合气。所述预燃室火花塞62用于在压缩冲程末端，活塞2将要到达上止点时，点火引燃所述预燃室内腔60中的油气混合物，使所述预燃室内腔60的压力上升，从而使得所述预燃室内腔60中的高温混合气体只能通过所述预燃室喷射孔63喷进入所述主燃室8，以点燃所述主燃室8内的混合压缩气体。所述预燃室本体6、预燃室内腔60、预燃室喷油器61、预燃室火花塞62、预燃室喷射孔63及预燃室扫气通道64共同组成预燃室。
49.所述预燃室安装孔33为阶梯形圆孔，所述预燃室本体6为阶梯形圆管，所述阶梯形圆管的外周面与所述阶梯形圆孔形状匹配，所述预燃室本体6压装在所述预燃室安装孔33。
50.本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置，在发动机的进气冲程，进气门开启，进气环槽和导气环槽之间导通，进气管内在节气门前的高压的新鲜气体经第一气体连接管、加热器、第二气体连接管、缸盖引气通道、进气环槽、进气门杆环槽、导气环槽、缸盖气体通道进入预燃室安装孔环槽。当发动机处在低温环境下时，加热器工作，新鲜气体在流经加热器时被加热，自身温度升高。新鲜气体从预燃室安装孔环槽经预燃室扫气通道进入预燃室内腔，以将预燃室内腔中的残余废气挤出进入到主燃室，从而将预燃室内腔中的残余废气减少甚至清除，降低预燃室内腔的残余废气系数；同时，温度较高的新鲜气体会升高预燃室扫气的温度，提高预燃室内腔点火时刻混合气的温度，以提高预燃室的点火稳定性。因此，本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置可以提高发动机在低温状态下的燃烧稳定性和低温启动性能。在发动机的其它冲程，进气门关闭，进气环槽和导气环槽之间断开，防止主燃室内的高温高压混合气体通过上述通道反向流出到进气管。并且，本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置用以实现扫气和混合气加热的结构简单，导致整体的制造成本低。
51.另一方面，本实用新型一实施例还提供一种发动机，包括缸体1、活塞2、喷油器7及上述的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置，所述缸盖3固定在所述缸体1上，所述缸体1上设置有气缸，所述活塞2滑动设置在所述气缸内，所述活塞2的顶面与所述预燃室本体6的底部之间形成主燃室8，所述喷油器7安装在所述缸盖3上，用于向所述进气道30或所述主燃室8喷油。优选地，所述喷油器7用于向所述进气道30喷射燃油。
52.本实用新型一实施例提供的发动机，由于采用了上述的进气管气体扫气和混合气加热的预燃室装置，能够降低预燃室内的残余废气系数，同时提高低温环境下预燃室内的气体温度进而提高预燃室的点火稳定性，使发动机在低温环境下容易启动，并且使主燃室的燃烧稳定性得到提高。
53.发动机启动时，发动机的控制单元判断发动机是否处于低温冷启动过程或者低温低负荷的工况下，如是，则使气体连接管上的所述加热器工作，以加热流经气体连接管的气体；如不是，则使气体连接管上的加热器停止工作，防止发动机温度过高。
54.在发动机的进气冲程，进气门开启，排气门关闭，活塞向下运动，进气管内的新鲜气体经进气门从进气道进入主燃室。此时进气门打开，进气环槽和导气环槽之间导通，进气管内在节气门前的高压的新鲜气体经第一气体连接管、加热器、第二气体连接管、缸盖引气通道、进气环槽、进气门杆环槽、导气环槽、缸盖气体通道进入预燃室安装孔环槽，新鲜气体从预燃室安装孔环槽经预燃室扫气通道进入预燃室内腔，以将预燃室内腔中在上一次燃烧过程中残余的废气挤出进入到主燃室，从而将预燃室内腔中的残余废气减少甚至清除，完成扫气，以此实现降低预燃室内残余废气系数的目的。同时，经加热器加热后温度升高的新鲜气体进入预燃室内腔会升高预燃室内腔在扫气时的温度，提高预燃室内腔点火时刻混合气的温度，从而提高预燃室的点火稳定性。
55.在发动机的压缩冲程，进气门、排气门均关闭，活塞向上运动压缩主燃室内的混合气体。主燃室内的油气混合物被压入预燃室内腔中。此时，进气门处于关闭状态，进气环槽和导气环槽之间断开。预燃室本体上设置的预燃室喷油器向预燃室内腔喷入少量的燃料，以在预燃室内形成可燃混合气。
56.在压缩冲程的末端，活塞将要到达上止点时，预燃室本体上设置的预燃室火花塞点火引燃预燃室内腔的油气混合物。预燃室内腔的压力上升，另外进气环槽和导气环槽之间断开，预燃室内被点燃的高温混合气体只能通过预燃室喷射孔喷进主燃室，并点燃主燃室内的被压缩的高温高压混合气体。
57.在发动机的做功冲程，主燃室内的高温高压混合气体被从预燃室喷射孔喷出的高温混合气体点燃，快速燃烧，压力和温度快速增加，推动活塞向下运功。
58.在发动机的排气冲程，排气门开启，活塞向上运动，已经燃烧过的废气从主燃室经排气门进入排气道，从而排出主燃室。
59.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。