一种进气管气体降温的预燃室装置及发动机的制作方法

1.本实用新型属于发动机技术领域，特别是涉及一种进气管气体降温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，发动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，是提高发动机热功转化效率的有效手段。预燃室射流点火能提高燃烧速度、抑制爆震、扩展稀燃极限，在改善发动机热效率方面具有一定的潜力。预燃室射流点火首先引燃预燃室空腔内的混合气，高温高压混合气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，预燃室内未燃中间产物也可加快燃烧进程。
3.预燃室喷孔附近的预燃室本体内壁面与预燃室内燃烧气体接触，外壁面与主燃室内燃烧气体接触，高温气体将热量传递给预燃室本体使其温度升高。在预燃室本体与缸盖接触部分，通过导热方式可将预燃室本体的热量传递给缸盖。然而在预燃室内腔侧壁预燃室喷射孔附近的区域，一面受到主燃室高温气体加热，另一面受到预燃室内腔高温气体加热，而且预燃室喷孔没有专门的冷却结构，其热量只能通过导热的方式传递到与缸盖接触的预燃室本体低温壁面区域。由于热导率的限制，导致此部分结构热负荷非常高，容易引起开裂以及烧蚀问题。
4.现有专利中，预燃室本体的冷却方式均是通过额外在缸盖上开设全新的冷却水回路，利用发动机缸盖冷却水对预燃室本体冷却，但是需要额外在缸盖上开设冷却水回路，对缸盖冷却回路的设计提出非常高的要求，尤其是小缸径发动机。此外，冷却水没有办法冷却预燃室喷射孔附近的壁面，而此壁面恰恰热负荷非常高。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的发动机中预燃室本体热负荷高的问题，提供一种进气管气体降温的预燃室装置及发动机。
6.为解决上述技术问题，一方面，本实用新型提供一种进气管气体降温的预燃室装置，包括缸盖、进气门、进气门导管、进气管、预燃室本体及气体连接管，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；
7.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缸盖引气通道的入口之间；
8.所述预燃室本体上还设置有由所述预燃室本体中部向底部延伸的预燃室冷却通
道，所述预燃室冷却通道的上端与缸盖气体通道连通，所述预燃室冷却通道的下端与发动机的主燃室连通；
9.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缸盖气体通道的入口。
10.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，所述预燃室冷却通道环绕所述预燃室本体设置有多个，多个所述预燃室冷却通道的上端与所述预燃室安装孔环槽连通，多个所述预燃室冷却通道的下端均与发动机的主燃室连通。
11.可选地，所述预燃室喷射孔环绕所述预燃室本体的底部设置有多个，每一所述预燃室喷射孔在圆周方向上位于相邻的两个所述预燃室冷却通道之间。
12.可选地，所述进气管气体降温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。
13.可选地，所述进气管气体降温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。
14.可选地，所述预燃室安装孔位于所述进气门与排气门之间并位于发动机的主燃室的正上方；所述预燃室本体的上端设置有预燃室喷油器安装孔及预燃室火花塞安装孔；
15.所述预燃室安装孔为阶梯形圆孔，所述预燃室本体为阶梯形圆管，所述阶梯形圆管的外周面与所述阶梯形圆孔形状匹配，所述预燃室本体压装在所述预燃室安装孔中。
16.可选地，所述连接通道在所述进气门关闭时阻断所述缸盖引气通道的出口及缸盖气体通道的入口。
17.可选地，所述进气门导管上间隔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；
18.所述进气门开启时，所述进气门杆环槽连通所述进气环槽和导气环槽。
19.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。
20.另一方面，本实用新型提供一种发动机，包括缸体、活塞、喷油器及如前所述的进气管气体降温的预燃室装置，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。
21.本实用新型中，进气门开启时，气体连接管、缸盖引气通道、连接通道及缸盖气体通道依次连通，将气体引入到所述预燃室冷却通道中，气体流过所述预燃室冷却通道后，从所述预燃室冷却通道的下端排出到发动机的主燃室中，气体带走所述预燃室本体的热量，降低预燃室本体的热负荷，防止预燃室本体由于热负荷高导致的开裂以及烧蚀问题。通过在所述预燃室本体的侧壁上开设出可供气体流动的预燃室冷却通道，能够避免在缸盖上另外开设冷水回路。
附图说明
22.图1是本实用新型一实施例提供的进气管气体降温的预燃室装置的示意图；
23.图2是本实用新型一实施例提供的进气管气体降温的预燃室装置的另一示意图；
24.图3是本实用新型一实施例提供的预燃室本体的结构示意图。
25.说明书中的附图标记如下：
26.1、缸体；2、活塞；3、缸盖；31、进气道；32、排气道；33、缸盖引气通道；34、预燃室安装孔；35、预燃室安装孔环槽；36、缸盖气体通道；4、进气门；40、进气门导管安装孔；41、进气门导管；42、进气门杆环槽；43、进气环槽；44、导气环槽；5、排气门；51、排气门导管；52、排气门导管安装孔；6、预燃室本体；61、预燃室内腔；62、预燃室喷射孔；63、预燃室喷油器安装孔；64、预燃室火花塞安装孔；65、预燃室冷却通道；7、喷油器；8、主燃室；9、进气管；10、节气门；11、气体连接管。
具体实施方式
27.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的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
28.如图1至图3所示，一方面，本实用新型一实施例提供一种进气管气体降温的预燃室装置，包括缸盖3、进气门4、进气门导管41、进气管9、预燃室本体6及气体连接管11，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34，预燃室安装孔34为阶梯形圆孔结构，所述预燃室本体6的内部形成预燃室内腔61，所述预燃室本体6的底部设有连通所述预燃室内腔61与发动机的主燃室8的预燃室喷射孔62，所述预燃室喷射孔62用于将所述预燃室内腔61中的气体排出。
29.所述缸盖3上设置有进气道31及进气门导管安装孔40，所述进气道31的外端与所述进气管9连通，所述进气道31的内端与发动机的主燃室8连通，通过所述进气道31将所述进气管9中的高压气体引入发动机的主燃室8中，所述进气门导管41安装在所述进气门导管安装孔40中，所述进气门4滑动插接在所述进气门导管41中。
30.所述进气门导管41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33及缸盖气体通道36，所述气体连接管11连接在所述进气管9与缸盖引气通道33的入口之间。
31.所述预燃室本体6上还设置有由所述预燃室本体6中部向底部延伸的预燃室冷却通道65，所述预燃室冷却通道65的上端与缸盖气体通道36连通，所述预燃室冷却通道65的下端与发动机的主燃室8连通。所述预燃室冷却通道65用于对所述预燃室本体6进行降温，带走预燃室本体6的热量，降低预燃室的热负荷。
32.本实用新型中，进气门4开启时，气体连接管11、缸盖引气通道33、连接通道及缸盖气体通道36依次连通，将气体引入到所述预燃室冷却通道65中，气体流过所述预燃室冷却通道65后，从所述预燃室冷却通道65的下端排出到发动机的主燃室8中，气体带走所述预燃室本体6的热量，降低预燃室本体6的热负荷，防止预燃室本体6由于热负荷高导致的开裂以及烧蚀问题。通过在所述预燃室本体6的侧壁上开设出可供气体流动的预燃室冷却通道65，能够避免在缸盖3上另外开设冷水回路。
33.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33的出口及缸盖气体通道36的入口。所述连接通道在所述进气门4关闭时阻断所述缸盖引气通道33的出口及缸盖气体通道36的入口。
34.在一实施例中，所述进气门导管41上间隔设置有进气环槽43和导气环槽44，所述导气环槽44位于所述进气环槽43的下方，所述进气环槽43与所述缸盖引气通道33的出口连通，所述导气环槽44与所述缸盖气体通道36的入口连通。所述进气门4的杆体的外周上设置有进气门杆环槽42，所述进气门4开启时，所述进气门杆环槽42连通所述进气环槽43和导气环槽44，所述进气环槽43、进气门杆环槽42及导气环槽44依次连通以形成所述连接通道。
35.所述进气门4关闭时，所述进气环槽43和导气环槽44被所述进气门4的杆体阻断。
36.如图2所示，在一实施例中，所述进气环槽43和所述导气环槽44为设置在所述进气门导管41内表面的环形凹槽结构，该环形凹槽为向着远离所述进气门导管41的方向凹陷形成，两个环槽间隔一定距离，所述进气门4安装到所述进气门导管41后能够将所述进气环槽43和所述导气环槽44封闭为两个环形空间。所述进气门杆环槽42为设置在所述进气门4的外表面的环形凹槽结构，所述进气门杆环槽42为向着所述进气门4的中心轴的方向凹陷形成，所述进气门4安装到所述进气门导管41后能够将所述进气门杆环槽42封闭为环形空间。
37.在一实施例中，所述进气环槽43和所述导气环槽44之间间隔一定距离，所述进气门4安装到所述进气门导管41后能够将所述进气环槽43和导气环槽44封闭为两个独立空间。所述进气门杆环槽42设置在所述进气门4的杆体上，所述进气门4安装到所述进气门导管41后能够将进气门杆环槽42封闭，通过所述进气门4在所述进气门导管41中的轴向滑动，所述进气门杆环槽42能够连通或断开所述进气环槽43和导气环槽44，所述进气环槽43与所述缸盖3上的进气道31连通，进气道31内气体可以进入所述进气环槽43。
38.如图2所示，在一实施例中，所述进气门杆环槽42的长度大于所述进气环槽43和所述导气环槽44的间距，当所述进气门4在不同位置时，可实现所述进气环槽43和所述导气环槽44之间导通，也可以实现相互断开，且通过合理的结构设计，在发动机的进气冲程，即所述进气门4打开的状态下，使所述进气环槽43和所述导气环槽44之间导通，其它冲程期间使所述进气环槽43和所述导气环槽44之间断开。
39.所述进气门导管41为圆管类结构，所述进气门4的一端为圆盘结构，另一端为圆柱形的杆体，所述进气环槽43和所述导气环槽44形成在所述进气门导管41上。所述进气门4关闭时，所述进气门杆环槽42、所述进气环槽43和所述导气环槽44相互错开，所述进气门杆环槽42无法连通所述进气环槽43和所述导气环槽44，所述缸盖引气通道33的出口及缸盖气体通道36的入口之间被阻断。
40.滑动所述进气门4，所述进气门4开启后，所述进气门4的圆盘不再对所述缸盖3的进气道31进行封闭，所述进气管9中的气体能够通过所述进气道31进入所述缸盖3中，所述进气门杆环槽42随着所述进气门4运动，移动到所述进气环槽43和所述导气环槽44之间，使得所述进气环槽43和所述导气环槽44连通，所述缸盖引气通道33的出口及缸盖气体通道36的入口之间连通，所述进气管9中的气体由所述气体连接管11和所述缸盖引气通道33进入到所述进气环槽43中，所述导气环槽44中气体经所述缸盖气体通道36进入所述预燃室冷却通道65中，对所述预燃室本体6进行降温。
41.本实用新型中，在进气冲程，通过所述进气门4在所述进气门导管41中的运动，将
所述进气环槽43和所述导气环槽44之间导通。气体经气体连接管11、缸盖引气通道33、进气环槽43、进气门杆环槽42、导气环槽44和缸盖气体通道36进入所述预燃室冷却通道65中，对预燃室本体6进行冷却。在其它冲程，所述进气门4关闭，通过合理设计使所述进气环槽43和所述导气环槽44之间断开，防止主燃室8内的高压混合气、高温高压废气通过上述通道反向流动。如此，实现对预燃室本体6进行冷却，防止预燃室由于热负荷高导致的开裂和烧蚀问题。
42.在一实施例中，对应所述进气环槽43的位置在所述进气门导管41上开设有进气孔，对应所述导气环槽44位置处在所述进气门导管41上开设有导气孔，所述进气环槽43和所述缸盖引气通道33通过所述进气孔连接，所述导气环槽44和所述缸盖气体通道36通过所述导气孔连接。所述进气孔穿透所述进气门导管41，以使得所述进气环槽43和所述缸盖引气通道33连通，进气管9内的气体可以进入所述进气环槽43。所述导气孔穿透所述进气门导管41，以使得所述导气环槽44和所述缸盖气体通道36连通，所述导气环槽44内气体可以进入所述缸盖气体通道36。
43.在一实施例中，所述进气门4和所述进气门导管41安装在所述缸盖3上，所述进气门4套设在所述进气门导管41中，所述进气门4能够在所述进气门导管41中滑动，做轴向运动。所述进气管9与所述进气道31连接，由所述进气管9进入的气体可以依次经过所述气体连接管11、缸盖引气通道33、连接通道及缸盖气体通道36后进入所述预燃室冷却通道65中，对所述预燃室本体6进行降温，所述进气管9中的气体还可以通过所述进气道31进入所述缸盖3中。所述进气门4用于控制所述进气道31内的气流，所述进气门4关闭时，所述进气门4的圆盘封闭着所述缸盖3的进气道31，使得气体无法从所述进气道31进入发动机的主燃室8中。
44.在一实施例中，所述进气管气体降温的预燃室装置还包括排气门5及排气门导管51，所述缸盖3上还设置有排气道32及排气门导管安装孔52，所述排气道32的内端与发动机的主燃室8连通，所述排气门导管51安装在所述排气门导管安装孔52中，所述排气门5滑动插接在所述排气门导管51中，所述排气门5能够在所述排气门导管51中做轴向运动。所述排气门导管51为圆管类结构，所述排气门5的一端为圆盘结构，另一端为圆柱形排气门杆，排气门5用于控制气体在排气道32内的流动。所述排气门5关闭时，所述排气门5的圆盘封闭着所述缸盖3的排气道32，使得发动机的主燃室8中的气体无法从排气道32排出。
45.所述缸盖3为箱体类结构，一边为进气道31，另一边为排气道32，所述进气管9中的气体沿进气道31流入主燃室8，沿排气道32流出主燃室8。所述排气门5用于控制气体在排气道32内的流动，通过所述进气门4在所述进气门导管41中的滑动能够开启或关闭所述进气道31，通过所述排气门5在所述排气门导管51中的滑动能够开启或关闭所述排气道32。
46.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35，所述预燃室安装孔环槽35设置在所述预燃室安装孔34的内壁上，沿着远离所述预燃室本体6的方向凹陷形成，所述预燃室本体6安装到所述预燃室安装孔34后能够将所述预燃室安装孔环槽35封闭为环形空间。
47.所述预燃室安装孔环槽35与所述缸盖气体通道36的出口连通，所述预燃室安装孔环槽35连接在所述预燃室冷却通道65和所述缸盖气体通道36之间，所述预燃室冷却通道65具有两端通道，其中第一段通道沿着所述缸盖气体通道36的延长线的方向向着所述预燃室
内腔61进行延伸，所述预燃室冷却通道65的第一段通道不连通所述预燃室内腔61，第二段通道的延伸方向与预燃室本体6的外壁延伸方向一致，由所述预燃室本体6中部向底部延伸，所述预燃室冷却通道65的出口位于所述预燃室本体6的底部并与发动机的主燃室8连通。
48.所述预燃室冷却通道65环绕所述预燃室本体6设置有多个，能够增加冷却效果和换热面积，多个所述预燃室冷却通道65的上端与所述预燃室安装孔环槽35连通，多个所述预燃室冷却通道65的下端均与发动机的主燃室8连通。
49.所述缸盖气体通道36两端分别连接所述连接通道和所述预燃室安装孔环槽35，将连接通道内气体输送到所述预燃室安装孔环槽35，所述预燃室安装孔环槽35用于收集从所述缸盖气体通道36流出的新鲜气体，并分配到多个所述预燃室冷却通道65中。
50.所述预燃室喷射孔62环绕所述预燃室本体6的底部设置有多个，每一所述预燃室喷射孔62在圆周方向上位于相邻的两个所述预燃室冷却通道65之间。沿所述预燃室本体6周向布置多个所述预燃室喷射孔62，预燃室点燃后的残余废气能在进气冲程排气冲程全部排出到主燃室8，以增加主燃室8内混合气点火稳定性和燃烧的均匀性，降低预燃室内的残余废气系数。
51.所述预燃室喷射孔62穿透所述预燃室内腔61的侧壁，所述预燃室喷射孔62用于连接所述预燃室内腔61和发动机的主燃室8，以使所述预燃室内腔61内被点燃的混合气喷射进入主燃室8，或者使所述预燃室内腔61内废气可以被新鲜气体挤入主燃室8。
52.在一实施例中，所述预燃室冷却通道65的出口的位置与所述预燃室喷射孔62相互错开，所述预燃室冷却通道65的出口的一端聚集到一起并与主燃室8相连，或者直接与主燃室8相连。
53.在一实施例中，所述进气管气体降温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31的外端之间，所述气体连接管11与所述进气管9的连接位置位于所述节气门10的前方，所述气体连接管11将所述节气门10前的高压空气引入到所述缸盖引气通道33，如此才能保证有足够的空气量能够流进所述预燃室冷却通道65中对预燃室进行冷却。
54.在一实施例中，所述预燃室安装孔34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，所述预燃室安装孔34为阶梯形圆孔，所述预燃室本体为阶梯形圆管，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34中，所述预燃室本体6位于发动机的主燃室8的正上方，通过所述预燃室喷射孔62连通所述预燃室内腔61和主燃室8。
55.所述预燃室本体6的上端设置有用于安装预燃室喷油器的预燃室喷油器安装孔63及用于安装预燃室火花塞的预燃室火花塞安装孔64，其中预燃室喷油器可根据实际情况选择性安装。
56.如图1所示，另一方面，本实用新型一实施例提供一种发动机，所述发动机为往复式的四冲程发动机，发动机包括缸体1、活塞2、喷油器7和如前所述的进气管气体降温的预燃室装置，所述缸体1固定在所述缸盖3上。
57.所述缸体1为箱体类结构，所述缸体1上内设置有气缸，所述活塞2滑动安装在所述
缸体1上的气缸内，所述活塞2可上下移动，所述活塞2的顶面与预燃室本体6的底部之间形成主燃室8，主燃室8位于所述缸体1、缸盖3和活塞2之间。通过所述预燃室喷射孔62可连通所述预燃室内腔61和所述主燃室8，所述预燃室内腔61内被点燃的混合气喷射进入主燃室8，或者使所述预燃室内腔61内废气可以被新鲜气体挤入主燃室8。
58.在一实施例中，所述缸盖3上安装有喷油器7，所述喷油器7的喷油嘴伸入所述进气道31中。所述喷油器7用于喷射燃油，根据安装位置的不同可向进气道31或者主燃室8喷射燃油。
59.本实用新型的工作过程为：
60.在进气冲程时，所述进气门4开启，所述排气门5关闭，所述活塞2向下运动，所述进气管9中的一部分高压空气从所述缸盖3的进气道31进入主燃室8。所述喷油器7可向进气道31或者主燃室8喷射燃油。此时所述进气门4打开，所述进气环槽43和导气环槽44之间通过进气门杆环槽42导通，另一部分气体经所述气体连接管11、缸盖引气通道33、进气环槽43、进气门杆环槽42、导气环槽44和缸盖气体通道36进入所述预燃室安装孔环槽35，然后再进入所述预燃室冷却通道65，对所述预燃室本体6和预燃室喷射孔62附近壁面进行冷却降温，气体最后进入到所述主燃室8中。
61.在压缩冲程，所述进气门4、排气门5均关闭，所述活塞2向上运动，压缩缸内混合气。主燃室8内的油气混合物被压入所述预燃室内腔61内。此时，所述进气门4处于关闭状态，进气环槽43和导气环槽44之间断开。所述预燃室本体6上的预燃室喷油器7向所述预燃室内腔61喷入少量的燃料，以在预燃室内腔61中形成可燃混合气。
62.在压缩冲程末端，所述活塞2将要到达上止点时，所述预燃室本体6上的预燃室火花塞点火，引燃所述预燃室内腔61中的油气混合物。所述预燃室内腔61内的压力上升，另外所述进气环槽43和导气环槽44之间断开，高温混合气只能通过预燃室的所述预燃室喷射孔62喷进主燃室8，并点燃主燃室8周围混合气。
63.做功冲程，主燃室8的混合气被预燃室的所述预燃室喷射孔62喷出的高温气体点燃，快速燃烧，压力和温度快速增加，推动所述活塞2向下运功。
64.排气冲程，所述排气门5开启，所述活塞2向上运动，已经燃烧过的废气从主燃室8经排气门5进入排气道32。
65.重复上述过程，如此循环往复。
66.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。