静燃腔室热气体点火器的制造方法
【专利说明】静燃腔室热气体点火器
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求在2013年I月8日提交的美国专利申请序列号N0.13/736，424的优先权，其全部内容以引用的方式并入到本文中。
【背景技术】
[0003]在火花点火内燃机中，诱发点火所需的能量是空气-燃料混合物的温度、压力和湍流的函数。例如，更高的压力需要火花塞中更高的点火电压，最终导致击穿极限(即，击穿电压，或者BDV)。这通常对于高度增压、高功率密度(或高BMEP)发动机并且特别地对于气体燃料发电型发动机成为特有的问题。热表面点火器，即，使用热表面(或点)来起始燃烧的点火器，并不具有BDV局限性。然而，与火花塞相比，点火正时(例如，燃烧开始的超前或滞后)不能利用热表面点火器容易地调整。例如，利用火花塞，可以在希望起始点火时向火花塞施加电压来精确地控制点火正时。相比而言，热表面点火器需要相对较长时间来升高表面温度高于起燃温度和降低表面温度低于起燃温度。因此，热点火器不能快速地改变温度以改变起始点火的正时。
【发明内容】
[0004]本说明书描述了使用静燃腔室热气体点火器来点燃内燃机中的燃烧混合物的设备、方法和系统。所公开的点火器包括点火源，点火源具有围绕该源限定的多个腔室。最内腔室倾向于在点火源周围形成相对静区以便于起始火焰核心。一旦火焰核心正常，其升高了内部静燃腔室中的温度，并且当阀闭合件允许时，迫使焚烧射流进入到周围火焰生长腔室。周围火焰生长腔室有湍流并且湍流加速了火焰生长，而火焰生长形成了进入发动机燃烧腔室内的射流。这些射流点燃了在燃烧腔室中的燃烧混合物。
[0005]由于多个腔室，在内腔室里的焚烧速率和湍流可以提供有益于良好点燃的条件(例如，低湍流、安静)，该良好点燃能够独立于周围腔室中的条件，这些条件中，高湍流有益于快速焚烧速率和正常火焰生长，并且进一步独立于在发动机燃烧腔室中的焚烧速率和湍流。在某些情形下，内腔室可以被配置成促进以下条件:能够以比点火源周围存在显著湍流的情况诸如典型预燃腔室中或主燃烧腔室中的点火源更少的能量起始核心。此外，外腔室可以被配置成促进火焰生长的条件。通过打开和闭合阀闭合件，可以甚至利用并不快速反应的点火源，诸如热表面点火器，来控制火焰核心被释放到火焰生长腔室内的正时，并因此控制点火正时。
[0006]一方面涵盖一种用于内燃机的点火塞。点火塞包括塞主体，塞主体适于联接到内燃机。点火源承载于塞主体上。内壳体限定包含点火源的内腔室。内壳体包括一个或多个射流孔口。外壳体设置于内壳体周围，并且限定包含内腔室的腔室。外壳体还包括一个或多个射流孔口。
[0007]一方面涵盖一种点燃内燃机的空气-燃料混合物的方法。在该方法中，将燃烧的空气-燃料混合物密封在内燃机的燃烧腔室中的内壳体中。将燃烧的空气-燃料混合物从内壳体释放到内壳体周围的外壳体内。利用来自内壳体的燃烧的空气-燃料混合物点燃外壳体中的空气-燃料混合物。利用来自外壳体内的燃烧的空气-燃料混合物点燃外壳体周围的燃烧腔室中的空气-燃料混合物。
[0008]一方面涵盖一种发动机，其具有在发动机的燃烧腔室中的点火源。提供一种内壳体，内壳体包括一个或多个射流孔口并且限定包含点火源的内腔室。提供一种外壳体，夕卜壳体包括一个或多个射流孔口并且限定包含内壳体的外腔室。
[0009]上述方面可以包括如下附加特征中的某些、全部特征，或者全都不包括。
[0010]在某些情形下，点火源是热表面点火器，热表面点火器具有被加热到起燃温度的表面。例如，该表面可以是内壳体的朝向内的表面并且电加热元件可以由内壳体承载。在某些情形下，点火源可以是其它类型的点火源。例如，点火源可以包括激光器，用于生成电火花的电极和/或其它点火源。
[0011]在某些情形下，内壳体的射流孔口在内腔室与外腔室之间延伸并且适于从内腔室向外腔室喷射焚烧的空气-燃料混合物。在某些情形下，塞主体限定外腔室的后壁并且内壳体的射流孔口邻近外腔室的后壁。
[0012]点火塞可包括在内壳体中的阀闭合件，阀闭合件在密封以阻止通过内壳体的射流孔口的流动与允许通过内壳体的射流孔口的流动之间移动。阀闭合件响应于信号移动以允许燃烧的空气-燃料混合物从内腔室流到外腔室。在某些情形下，内腔室基本上是细长的并且具有开放的轴向端部，并且内壳体的射流孔口基本上在侧向定向。在某些情形下，开放轴向端部在外壳体外部。在其它情形下，开放轴向端部可以在由外壳体限定的腔室中并且与由外壳体限定的腔室连通。阀闭合件包括穿过它延伸的孔口。内腔室的大小设定为保持燃烧的空气-燃料混合物在通过阀闭合件与内壳体的射流孔口密封隔离的内腔室的一部分中直到阀闭合件移动到允许通过内壳体的射流孔口的流动。内腔室大小也设定为防止燃烧的空气/燃料混合物通过阀闭合件中的孔口从内腔室的部分流出。内腔室被配置成保持其中的空气-燃料混合物比外腔室中的空气-燃料混合物相对更安静。外腔室可以被设置成无点火源，并且依靠焚烧的空气-燃料混合物来点火。
[0013]在附图和下文的描述中陈述了一个或多个实施例的细节。通过描述和附图以及权利要求，其它特征、目的和优点将显然。
【附图说明】
[0014]图1是带有点火塞的示例内燃机的截面图。
[0015]图2A和图2B示出了可以用于图1中的点火塞的示例的详细截面图。
[0016]图3A和图3B示出了可以用于图1中的点火塞的另一示例的详细截面图。
[0017]图4是使用替代加热源的点火塞的示例的详细截面图。
[0018]在各个附图中相同的附图标记表示相似元件。
【具体实施方式】
[0019]图1是带有点火塞120的示例内燃机100的截面图。在细节图中示出了示例内燃机100，细节图示出了单个燃烧腔室101和活塞116的部分。示例内燃机100包括进气端口115、点火塞120和排气端口 117。进气端口 115允许空气-燃料混合物进入燃烧腔室101，或者在直接喷射发动机中，燃料喷射器可以设置于燃烧腔室101中。在活塞116向上移动时，空气-燃料混合物在燃烧腔室中压缩，使体积在燃烧腔室101中移位。由于这种升高的压力，空气-燃料混合物经由节流孔被推入到点火塞内。然后点火塞120点燃压缩的空气-燃料混合物，升高了主腔室中的温度和然后压力，向下驱动活塞116，并且向发动机100提供动力以运行。燃烧废气通过排气端口 117离开燃烧腔室101。点火塞120具有点火源，和围绕点火源的多个腔室。尽管点火塞120被图示为配置成四冲程汽油内燃机，点火塞120可以施加到需要点火源(例如，与自点火相对比)的其它内燃机上。例如，点火塞120也可以用于其它发动机配置中，诸如两冲程发动机，六冲程发动机，汪克尔发动机或其它类型的发动机并且可以用于任何类型的易燃燃料，包括汽油、天然气、生物气、柴油燃料、油和其它燃料。
[0020]图2A和图2B为可以用作图1的点火塞120的点火塞200的示例的详细截面图。首先转至图2A，点火塞200包括塞主体203，塞主体203适于联接到内燃机，诸如图1的示例内燃机100。在某些情形下，塞主体203螺接到发动机的缸盖的相对应的螺纹孔内。塞主体203承载点火或加热源230。点火源230包含于内壳体中，被称作Q腔室壳体235 ( “Q”为静态)，其限定内腔室，被称作Q腔室240。Q腔室壳体235还包含于外预燃腔室壳体205中，外预燃腔室壳体205限定包含Q腔室240的外预燃腔室201。如将在下文中更详细地描述，在Q腔室240中的空气-燃料混合物比预燃腔室201中的空气-燃料混合物更加安静，在某些情形下，预燃腔室201中的空气-燃料混合物比燃烧腔室(例如，燃烧腔室101)中的空气-燃料混合物相对更安静。因此，Q腔室240孵化出(incubate)(译者注:此后通俗地译成产生)火焰，火焰随后在预燃腔室201中发展并且进一步膨胀以点燃燃烧腔室中的混合物。尽管预燃腔室壳体205和塞主体203被图示为单个整体结构，在其它实施方式中，它们可以是组装在一起的分离结构。
[0021]Q腔室壳体235包括阀闭合件220。阀闭合件220可以封住Q腔室壳体235的内壁(利用密封部分233)并且被促动以相对于Q腔室壳体235在闭合位置与打开位置之间移动。图2A示出了处于闭合位置的阀闭合件220并且图2B示出了处于打开位置的阀闭合件220。尽管被示出为具有半圆锥形头部，阀闭合件220可以是其它形状。在某些情形下，阀闭合件220的头部平直地齐平安装或者以类似于进气阀或排气阀的角度安装。
[0022]图2A和图2B示出了 Q腔室240为细长的并且圆柱形，并且Q腔室壳体235具有开放端部232和一个或多个侧向孔口 242 (在这个截面图中可以看到两个)。侧向孔口 242和通向Q腔室壳体235的开口 232在Q腔室240与预燃腔室201之间延伸。当阀闭合件220处于闭合位置时，由阀233与阀主体23