一种减少内燃机预燃室传热的方法及预燃室及内燃机

本发明涉及内燃机，尤其是涉及一种减少内燃机预燃室传热的方法及预燃室及内燃机。

背景技术：

1、预燃室汽油机是当前提高汽油机热效率的技术手段之一。预燃室指安装在内燃机缸盖或缸体的一个小腔室，通过单个或数个小孔(射流孔)与内燃机缸体内部连接，内置有火花塞。根据预燃室内是否存在额外的油气供给装置，预燃室又分为主动预燃室和被动预燃室两种。预燃室内燃机的点火方法是在压缩冲程内将可燃混合气推入预燃室并用火花塞火花点燃，预燃室内燃烧产生的高温气流和火焰喷入主燃室，点燃主燃室内气体。相对传统汽油机火花塞点火方式，预燃室内燃机具有主燃烧室内高温射流多点点火、点火能量高的特点，有助于加快燃烧和扩大汽油机稀燃极限。

2、但是，目前的预燃室汽油机，特别是在低负荷时，存在失火现象。失火问题是限制被动预燃室汽油机大规模运用的重要障碍。失火指主燃室混合气未被预燃室点火后产生的射流点燃，这是因为在低负荷工况、高egr工况或稀燃工况中混合气燃烧放热较少、预燃室壁面温度较低，预燃室内化学反应释放能量下降且外界散热增加，导致预燃室内火焰在腔室或射流孔中淬熄，无法点燃主燃室内混合气。失火会导致发动机油耗和排放增加，动力性下降，发动机工作不稳定，是发动机正常运行中必须避免的现象。当前应对预燃室低负荷失火问题尚无普适有效的处理方法。扩大预燃室射流孔孔径可降低射流火焰在射流孔处淬熄的可能性，有利于缓解该问题，但该方法会降低预燃室发动机中高负荷的燃烧速度。

3、发明专利申请cn114961973a公开了一种预燃室和具有其的车辆，通过将预燃室的壁厚设置为大于或等于射流孔直径的10％，增大预燃室与周围环境的传热距离，来抑制预燃室与周围环境的热量交换。通过加厚包裹预燃室的壳体，避免出现由于预燃室内火焰温度过低，导致无法点燃主燃室内混合气的问题。但改变预燃室厚度需要重新设计预燃室和缸体的配合。由于预燃室腔室较小，如不希望更改缸体结构，维持预燃室外表面形状不变，增厚腔体可能需要压缩预燃室腔室体积，改变预燃室原本的设计结构。在材料不变的前提下，增厚壳体只能有限地减弱传热损失，而不能完全消除。在使用某些加工方法时，增厚壳体会增大射流孔长度，增加射流火焰通过射流孔时淬熄的风险。

4、实用新型专利cn217421369u公开了一种发动机及车辆，通过在预燃室外壁与缸盖之间施加填充物的方法来实现对预燃室结构的温度控制，此种填充物具有低温时呈现固态且体积小，高温时呈现液态且体积大的特性.低温时部分占据间隙空间，传热效果差，高温时全部充满间隙，传热效果好，从而实现对预燃室气体温度的控制。但这种添加填充物方法单纯依靠材料的物理性质，不添加温度传感器，很难实现对预燃室温度的准确控制。当填充物处于液态时，预燃室传热损失增加，会削减点火后预燃室内气体的压力升高率，降低预燃室火焰的喷射速度，这会对预燃室内燃机的燃烧速度以及经济性造成影响。

5、发明专利申请cn114746633a公开了具有预燃室点火系统的火花点火的往复活塞式内燃机，其中预燃室腔室上部由导热率大于170w/(m*k)的导热率的材料构成，腔室下部由小于170w/(m*k)导热率的材料构成，上部导热率较大，可抑制大负荷工况由于该结构壁面温度过高导致的早燃或燃烧粗暴等问题，下部导热率较低，可在低负荷工况防止由射流火焰淬熄导致的失火。但这种使用不同导热率材料的方法需要将不同导热率的材料结合在一起，预燃室结构无法一体化成形，可能带来密封性或者强度上的隐患；此外该方法简单地以更换壁面材料的方法达到控制预燃室温度的目的，应用该方法可能需要根据材料不同重新设计加工过程，导致生产成本增加。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种减少内燃机预燃室传热的方法，通过使用绝热材料制作预燃室，或在常规材料预燃室的内壁面或外壁面或内外壁面喷涂绝热层或镶嵌绝热材料，可降低预燃室内的传热损失，提升预燃室内部气体温度，从而提升预燃室内燃机的点火稳定性和燃烧速度。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的第一个目的是提供一种减少内燃机预燃室传热的方法，采用绝热材料制作预燃室；或者在常规材料预燃室内壁面喷涂或镶嵌绝热层；或者在常规材料预燃室外壁面喷涂绝热层或镶嵌绝热层；或者在常规材料预燃室内壁面和外壁面喷涂绝热层或镶嵌绝热层；所述常规材料包括铁、铜、铝及其合金材料；所述绝热层包括绝热材料；所述绝热材料的导热率低于所述常规材料。

4、优选地，所述绝热材料为导热率低于常用金属及其合金的材料。

5、进一步优选地，所述绝热材料为氧化锆陶瓷或碳化硅陶瓷等耐火陶瓷。

6、进一步地，所述内燃机使用的工作燃料包括但不限于汽油、甲醇、乙醇、液态氨的一种或多种的组合。

7、优选地，所述液体燃料包括但不限于汽油、甲醇、乙醇中的一种或多种的组合；所述气体燃料为天然气、氢气、氨气中的一种或多种的组合。

8、进一步地，所述内燃机的燃烧为化学当量燃烧或非化学当量燃烧。

9、本发明的第二个目的是提供一种预燃室，所述预燃室包括点火电极、预燃室腔室、预燃室壁、射流孔；所述点火电极的一端设于预燃室腔室内；所述射流孔贯穿所述预燃室壁；所述预燃室采用上述的一种减少内燃机预燃室传热的方法。

10、优选地，所述预燃室壁的内壁设有内腔室绝热层；所述射流孔的内壁设有射流孔绝热层。

11、优选地，所述内腔室绝热层为导热率低于常用金属及其合金的材料；所述射流孔绝热层为导热率低于常用金属及其合金的材料。

12、进一步优选地，所述内腔室绝热层为氧化锆陶瓷或碳化硅陶瓷等耐火陶瓷；所述射流孔绝热层为氧化锆陶瓷或碳化硅陶瓷等耐火陶瓷。

13、本发明的第三个目的是提供一种内燃机，所述内燃机包括上述的一种预燃室，所述内燃机还包括缸盖、安装孔、主燃烧室和活塞；所述预燃室通过安装孔安装在缸盖上，所述预燃室的底部与主燃烧室连接；所述射流孔连通预燃室腔与主燃烧室。

14、进一步地，所述预燃室腔室内包括燃料空气混合气；所述主燃烧室内包括燃料空气混合气。

15、申请人在构思历程中认为，本技术方案最核心的关键点在于使用含绝热材料、具有绝热功能的预燃室，降低传热损失，提升预燃室内气体温度，以提升低负荷点火稳定性及提升预燃室内燃机燃烧速度。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、1)本技术方案所提供的减少内燃机预燃室传热的方法，通过使用含绝热材料、具有绝热功能的预燃室，可以有效地减少或避免预燃室内燃机低负荷失火现象，效果明显。

18、2)本技术方案所提供的减少内燃机预燃室传热的方法，只需要改变预燃室材料或者表面涂层即可实施，不需要改动原有结构，制造简单，容易实施，可行性高。

19、3)本技术方案所提供的减少内燃机预燃室传热的方法，相对于现有的需要重新设计预燃室或汽油机结构或具有复杂生产流程的预燃室温度控制技术而言，不需要重新设计结构或使用复杂的控制方法，稳定可靠，成本低廉。

20、4)本技术方案所提供的减少内燃机预燃室传热的方法，可针对不同的预燃室内燃机选择不同的绝热材料使用方法，适用性广。