用于内燃机的预燃室点火系统和过程的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的预燃室点火装置和方法以及相关的内燃机。

背景技术：

1、在内燃机领域中，预燃室点火现在是众所周知的并且代表了在最近投产或目前由各种制造商开发的新发动机上采用的大有前途的技术。

2、被动预燃室是实现该技术最简单的方式，其主要优点在于提高了燃烧室内的燃烧速度，这有助于防止爆震现象。这意味着可以采用相对于已知解决方案更高的压缩比，从而提高整体发动机效率。

3、然而，被动预燃室通常遭受较高的热损失，这在低发动机负载下可能特别显着；此外，被动预燃室技术在低发动机负载条件下遭受较差的冷启动能力以及运行不稳定。

4、此外，已知稀薄和超稀薄燃烧可以显著提高内燃机的效率。实施稀薄和超稀薄燃烧的主要限制是空气/燃料混合物的点火质量差。高效发动机可能需要在当前火花点火系统不足的条件下点燃混合物的能力。人们早就知道，在某些发动机运行条件下，用过量空气(稀薄燃烧)稀释燃料-空气混合物或使废气(通过废气再循环(egr)阀)再循环提高了发动机燃烧效率并减少排放。也有充分的证据表明，进一步稀释最终会导致燃烧不稳定，以至于循环到循环的燃烧变化使发动机运行极其不稳定。

5、通过添加预燃室，可以燃烧经由多个小孔口连接到主燃室的一小部分混合物。该预燃室燃烧的高能产物然后通过所述孔口被传送到主燃室，以点燃包含在主燃室中的空气-燃料负载。

6、然而，由于预燃室所含混合物的高度稀释，预燃室还存在可燃性差的问题；因此，已知使用带有附加汽油直喷(gdi)喷射器的主动系统通过将燃料直接喷射到预燃室中来调节预燃室中的化学计量比：然而，以这种方式，点火装置的总成本会增加。

7、预燃室点火的其他缺点包括当发动机和预燃室是冷的时可燃性差，即使使用主动系统，其也会由于液体燃料喷射而在预燃室壁上形成燃料膜而受到影响。通常，使用双点火系统来克服这个问题，包括燃烧室中的标准火花塞和放置在预燃室中的附加火花塞。

8、最后，即使使用主动布局，由于缺乏(或稀缺)氧气，通过废气再循环(egr)进行的高混合物稀释对使用传统火花塞的预燃室中的点火是不利的。

9、为了克服这个问题，已知在预燃室内使用非常复杂的空气-燃料混合物喷射器，其配备有额外的电动空气压缩机；然而，这涉及高成本和总压力限制。

技术实现思路

1、因此，需要解决参考现有技术提到的缺点和限制。

2、根据权利要求1所述的预燃室点火装置和根据权利要求20所述的预燃室点火方法满足了这一需求。

技术特征：

1.一种用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，包括：

2.根据权利要求1所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述反射壁(52)朝向所述微波点火设备(28)是凹形的。

3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述反射壁(52)与多个连接孔(24)相邻，所述连接孔形成在所述装置主体(8)的下游部分(44)上，以使所述预燃室(36)与所述发动机(16)的气缸盖(12)流体连通。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，包括等离子体点火设备(60)，所述等离子体点火设备(60)在所述预燃室(36)内设有相关的电极(64)。

5.根据权利要求4所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述等离子体点火设备(60)与所述微波点火设备(28)集成。

6.根据权利要求4或5所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述等离子体点火设备(60)和/或所述微波点火设备(28)集成到所述装置主体(8)中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述微波点火设备(28)具有平面天线(68)。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述微波点火设备(28)具有与所述等离子体点火设备(60)的电极(64)重合的天线(68)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，当活塞处于上止点时，所述预燃室(36)的体积小于所述气缸盖(12)的燃烧室(20)的体积的2％。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述装置主体(8)的下游部分(44)终止于圆柱形鼻状部，所述圆柱形鼻状部的曲率半径不小于所述下游部分(44)的直径(d)的10％。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述装置主体(8)的下游部分(44)具有多个连接孔(24)，所述连接孔沿圆周(c)布置，所述圆周的直径不超过所述下游部分(4)的直径(d)的60％。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述装置主体(8)的下游部分(44)包括4至8个连接孔(24)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述连接孔(24)的直径为0.9毫米至1.3毫米。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中比率l/d小于或等于0.4，其中“l”是下游部分(44)的长度，“d”是所述下游部分(44)的直径。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中限定所述预燃室(36)的下游部分(44)的长度l等于燃料谐振频率fr(ghz)或其整数倍。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，包括在所述预燃室(36)内的至少一个燃料喷射器(72)。

17.根据权利要求16所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述燃料喷射器(72)集成到所述装置主体(8)中。

18.根据权利要求16或17所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述燃料喷射器(72)是螺线管喷射器。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的用于内燃机(16)的预燃室点火装置(4)，其中，所述燃料喷射器(72)在所述喷射器的端部处具有小于6毫米的外径和/或在50毫米和70毫米之间的总长度。

20.一种在预燃室点火装置(4)中点燃空气/燃料混合物的方法，包括提供根据权利要求1至19中任一项所述的预燃室点火装置(4)并借助于微波点火设备(28)和/或等离子体点火设备(60)来激活燃烧的步骤。

21.根据权利要求20所述的在预燃室点火装置(4)中点燃空气/燃料混合物的方法，其中，预燃室(36)中的所述空气/燃料混合物的点火在0.95至1.7的范围内的空气/燃料比下发生。

22.根据权利要求20或21所述的在预燃室点火装置(4)中点燃空气/燃料混合物的方法，包括在预燃室内部提供至少一个燃料喷射器(72)并借助于所述至少一个所述燃料喷射器(72)在150巴或更低的压力下将所述燃料注入预燃室(36)的步骤，从而在预燃室(36)中以高达2.6的值的滴度发生点火。

23.一种内燃机，包括根据权利要求1至19中任一项所述的预燃室点火装置(4)。

24.一种用于管理根据权利要求1至19中任一项所述的预燃室点火装置(4)的控制单元，所述控制单元被编程为在被动预燃室系统的情况下管理等离子体点火设备(60)的激活、微波点火设备(28)的激活。

25.一种用于管理根据权利要求1至19中任一项所述的预燃室点火装置(4)的控制单元，所述控制单元被编程为在主动预燃室系统的情况下管理等离子体点火设备(60)的激活、微波点火设备(28)的激活，由燃料喷射器(72)喷射的燃料量和燃料喷射器(72)的喷射到预燃室(36)中的角相位的管理。

26.根据权利要求24或25所述的控制单元，包括用于产生微波的固态芯片。

技术总结
一种用于内燃机的预燃室点火装置，包括可与内燃机的气缸盖相关联的装置主体，用于通过至少一个连接孔与气缸盖的燃烧室连通；微波点火设备，用于产生微波以使空气/燃料混合物在形成于所述装置主体内的预燃室中点火，其中，所述装置本体包括上游部分和中空下游部分或头部，上游部分构造成允许容纳和固定所述微波点火设备，中空下游或头部界定所述预燃室，可与燃烧室流体连通地相关联，下游部分设有所述至少一个连接孔。中空下游部分包括用于放大预燃室中的燃烧的装置，例如与微波点火设备相对的反射壁，该反射壁被成形为接收和集中由所述微波点火设备产生的微波和/或用于包含在预燃室内的混合物的谐振谐振腔。

技术研发人员：N·贝拉托,D·德维塔,G·阿莱格雷,M·德切萨雷,F·斯托拉
受保护的技术使用者：马瑞利欧洲公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14