CN111164285B - 用于机动车的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的内燃机(10)，具有至少一个用于容纳活塞(14)的气缸(16)和至少一个配属于气缸(16)的燃烧室(12)的预燃室火花塞(20)，该预燃室火花塞具有通过多个开孔(36,38)流体连通至该燃烧室(12)的预燃室(34)，在该预燃室内能借助该预燃室火花塞(20)产生至少一个点火火花，其中，已经在内燃机(10)的进气行程内进行用至少包含燃料和空气的新鲜混合气吹扫该预燃室(34)，从而在点火时刻在该预燃室(34)内容纳有可点燃的燃料‑空气混合物。

Description

用于机动车的内燃机
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的内燃机。
背景技术
这种用于机动车的内燃机例如已经从DE 10 2014 004 943 A1中作为已知方案得知。在此，内燃机具有至少一个用于容纳活塞的气缸和预燃室火花塞，预燃室火花塞配属于气缸内的燃烧室。预燃室火花塞具有预燃室，其通过多个呈通孔状的开孔流体连通至燃烧室。在预燃室内，可借助预燃室火花塞、尤其借助预燃室火花塞的至少一个电极产生至少一个点火火花以便借助点火火花例如点燃预燃室内的燃料-空气混合物。
此外，DE 10 2010 010 109 A1公开一种具有壳体的预燃室火花塞，壳体在其前端具有带有多个开孔的预燃室。
由DE 197 23 182 A1公开了一种用于内燃机中的点燃和燃烧的方法。
发明内容
本发明的任务是改进上述类型的内燃机，使得可以实现很有利的内燃机运转。
该任务通过一种用于机动车的内燃机完成。该内燃机具有至少一个用于容纳活塞的气缸和至少一个配属于该气缸的燃烧室的预燃室火花塞，该预燃室火花塞具有通过多个开孔流体连通至该燃烧室的预燃室，在该预燃室内能借助该预燃室火花塞产生至少一个点火火花并且已经在该内燃机的进气行程内用至少包含燃料和空气的新鲜混合气吹扫该预燃室，从而在点火时刻在该预燃室内容纳有可点燃的燃料-空气混合物，并且其中一个所述开孔作为中心开孔，而另外的开孔作为辅助开孔，所述辅助开孔在该预燃室火花塞的周向上围绕该中心开孔分散布置，这些开孔具有各自的通行方向，其中，该中心开孔的通行方向相对于各个辅助开孔的各自通行方向倾斜延伸，且该中心开孔的通行方向相对于该预燃室火花塞的纵向延伸方向倾斜延伸，其中，该辅助开孔关于该纵向延伸方向旋转对称地布置并且该纵向延伸方向与该中心开孔相交，其中，该中心开孔在燃烧室侧朝向由借助喷油器被直接喷入燃烧室的燃料构成的燃料喷流倾斜，其中，各个辅助开孔和该中心开孔具有彼此不同的直径，并且该中心开孔的直径大于各个辅助开孔的各自的直径，其中，所述辅助开孔在该预燃室内造成新鲜混合气的旋转气流。
下面说明了具有适当的本发明改进方案的有利设计：
-所述辅助开孔分别所具有的直径在包含两个端点值的0.7毫米至1.4毫米范围内；以及
-该中心开孔所具有的直径在包含两个端点值的0.8毫米至1.6毫米范围内。
为了改进用于机动车的内燃机，使得可以实现很有利的且尤其是高效且少排放的内燃机运转，本发明提出，尤其是在内燃机运转期间已经在内燃机的进气行程中进行用至少包含燃料和空气的新鲜混合气吹扫该预燃室，从而在点火时刻在预燃室内容纳有可点燃的燃料-空气混合物。在点火时刻，借助预燃室火花塞、尤其借助至少部分布置在预燃室中的预燃室火花塞的至少一个电极在该预燃室内产生所述至少一个点火火花，以便由此点燃该燃烧室内的至少包含燃料和空气的新鲜混合气。因为在点火时刻在预燃室内容纳有前述的可点燃的燃料-空气混合物，故可以借助所述至少一个点火火花可靠点燃容纳在预燃室中的可点燃的燃料-空气混合物并且使其充分燃烧，从而在预燃室内被点燃的混合物可通过该预燃室内的开孔进入该燃烧室，由此在该燃烧室内的燃料-空气混合物可被可靠点燃且因此充分燃烧。
本发明的内燃机优选被设计成奥托发动机，其中，相比于常规的内燃机、尤其奥托发动机，燃烧室内的点燃条件可以被改善。在此，本发明尤其基于以下认识：在奥托发动机燃烧方法的研发且尤其是改进方案中，由于内燃机例如像奥托发动机越来越多地根据尺寸缩减原理来设计，在使用仅具有较低质量的所谓劣质燃料情况下在燃烧室中可能出现预点火，尤其是牵涉到极端的压力波，例如像常见的未设计成预燃室火花塞的标准火花塞的突入燃烧室中的陶瓷绝缘体可能因所引起的大横向力而断裂。这可以通过使用预燃室火花塞来避免，这是因为预燃室是几乎封闭的空间，在该空间内例如容纳有前述绝缘体。尤其在未设有所述开孔的区域中，该预燃室与燃烧室是流体分隔开的，尤其借助界定开孔的各自的预燃室火花塞壁部。借此将预燃室与燃烧室分隔开的壁部例如总共具有第一总面积，其中，例如借此将预燃室与燃烧室相连通的所述开孔总共具有第二总面积。在此，例如第一总面积大于第二总面积，由此所述陶瓷材料或者说前述电极可被很有利地保护起来。
但已经发现，需要预燃室火花塞的尤其在其孔形状方面的相应设计以在整个综合特性曲线中或在所有的运转范围内允许或保证预燃室火花塞的期望功能。尤其值得期待的是，在整个综合特性曲线中或者在借此运转内燃机的全部运转方式中，造成在燃烧室内的混合物的可靠点燃和燃烧，这可在本发明的内燃机中得到保证。
尤其在充气少或燃烧室内压力低的运转方式中，在本发明内燃机中可以保证燃烧室内的混合物的点燃和燃烧，因气门调小而负荷低时或小凸轮行程时同样如此。即便在充气运动小的运行方式中、尤其是低转速和小凸轮行程时，也可保证在燃烧室内的混合物的点燃和燃烧，这是因为在预燃室内的燃料-空气混合物的点燃可得到保证。由容纳在预燃室中的燃料-空气混合物的点燃造成了例如燃烧火焰，其通过开孔溢出预燃室并进入燃烧室。借助燃烧的火炬，在燃烧室内的燃料-空气混合物被点燃，由此造成在燃烧室内的燃料-空气混合物的期望燃烧。
在常见的尤其呈奥托发动机形式的具有预燃室火花塞的内燃机运转时规定，在也被称为压缩阶段的内燃机压缩行程中可燃烧的混合物从燃烧室经由所述开孔被压入预燃室中，在这里，被压入预燃室中的可燃烧的混合物在至少近似静止的气体层中被点燃并且在从预燃室出来后经过所述开孔且进入燃烧室，尤其完全点燃位于那里的燃料-空气混合物。但已经发现，在低负荷和/或贫油时，通过所述方式从燃烧室被压入预燃室中的混合物量不足以在预燃室中尤其在火花塞的火花隙处总体上产生可燃烧的混合物。
为避免这一问题而规定，也称为孔的开孔尤其关于其位置和/或几何形状设计成已经在也称为吸气阶段的进气行程中用所述新鲜混合气对预燃室进行充分彻底吹扫，在这里，彻底吹扫导致在点火时刻的可点燃的燃料-空气混合物。因为已经在进气行程中而不是在压缩行程中才用至少包含空气和燃料的新鲜混合气吹扫该预燃室，故可以保证在点火时刻在预燃室内、尤其是在火花隙中有可点燃的且因而可燃烧的燃料-空气混合物。在本发明的内燃机中，尤其是也可以在低负荷下和/或在贫油时保证在点火时刻在预燃室中有可点燃的且进而可燃烧的燃料-空气混合物，从而即便在这种运转条件下燃烧室内的混合物也能总体上被可靠点燃且进而燃烧。
其中一个所述开孔作为中心开孔构成，而各自其它的开孔作为辅助开孔构成，辅助开孔在预燃室火花塞周向上围绕中心开孔分布、尤其是均匀分布。也被称为径向孔或径向开孔的辅助开孔例如关于火花塞的纵轴线、尤其是纵向中心轴线是对称地、尤其旋转对称地布置或设计的，其中，例如该纵轴线与也称为中心孔的中心开孔相交。此时例如该中心开孔关于纵轴线是对称地、尤其旋转对称地布置或设计的。辅助开孔不一定必须尤其是沿着预燃室火花塞的纵轴线和进而在其纵向延伸方向上布置在与中心开孔一样的高度上。
在此，所述开孔具有各自的通行方向。“各自的通行方向”是指如下方向，即，例如前述的火焰或者说新鲜混合气能沿该方向流过各自的呈通孔状的开孔。换言之，例如各自的开孔布置在一个平面内，其中，该通行方向的走向垂直于该平面。
规定了，该中心开孔的通行方向相对于各个辅助开孔的各自通行方向倾斜地延伸。由此可以保证用足够多的新鲜混合气充分吹扫该预燃室。“吹扫”尤其是指所述新鲜混合气尤其以足够大的量能从燃烧室经由各自开孔流入预燃室，并且这已经发生在进气行程中。在吹扫过程中，此时数量有利的新鲜混合气余留在预燃室里，从而在点火时刻在预燃室内容纳有可借助火花塞、尤其是点火火花被点燃的燃料-空气混合物。由于该中心开孔的通行方向相对于各自辅助开孔的各自通行方向倾斜地延伸，故可以保证很有利的预燃室吹扫或彻底吹扫。
该中心开孔的通行方向相对于预燃室火花塞的纵向延伸方向且进而相对于其纵轴线倾斜地延伸。由此，例如可以有很多的新鲜混合气从燃烧室经由中心开孔和进而经由全部开孔流入预燃室，从而在点火时刻有很多的可点燃的燃料-空气混合物容纳在预燃室中。
在本发明的内燃机中尤其可以在具有高废气回输率的运转方式中和/或在高充气稀薄和充气分层情况下、例如在λ位于1.0至2.2之间的运转中保证燃烧室内的混合物被点燃。
事实表明特别有利的是该内燃机具有至少一个配属于燃烧室的喷油器，借此将尤其作为液态燃料构成的用于驱动内燃机的燃料尤其在形成所谓喷流的情况下直喷入燃烧室中或者可直喷入燃烧室中。此时，喷油器优选被设计成压电喷嘴或多孔喷嘴，其尤其具有可变的孔形状和/或具有可变压力。此外，在本发明的内燃机中可以实现很高的防预点火耐用性，从而可以保持很低的预燃室火花塞的陶瓷绝缘体因压力波而断裂的危险。
为了实现特别有利的预燃室吹扫，本发明规定，该中心开孔在燃烧室侧(即在中心开孔通入燃烧室的部位或一侧)朝向由借助喷油器直喷入燃烧室的燃料构成的且也被称为燃料喷流的喷流倾斜。
为了实现在预燃室内的很有利的充气运动，在本发明的另一个实施方式中规定，各个辅助开孔和该中心开孔具有彼此不同的直径。由此可以通过特别有利的方式实现在该预燃室内的可点燃的燃料-空气混合物。
可以想到，所述中心开孔和各个辅助开孔具有一样的直径。但被证明特别有利的是，中心开孔的直径大于各个辅助开孔的各自直径，由此可以通过很有利的方式在预燃室内产生可点燃的燃料-空气混合物。
另一个实施方式的特点是，所述辅助开孔分别所具有的直径在包含两个端点值的0.7毫米至1.4毫米范围内。由此可以表明非常有利的预燃室吹扫。
事实表明还特别有利的是，该中心开孔所具有的直径在包含两个端点值的0.8毫米至1.6毫米范围内。由此，可以尤其有利地用新鲜混合气吹扫该预燃室。最后被证明有利的是，该辅助开孔造成在预燃室内新鲜混合气的涡流，由此可以保证在预燃室内的燃料-空气混合物的很有利的可点燃性。
附图说明
从以下对优选实施例的说明以及结合附图得到本发明的其它优点、特征和细节。之前在说明书提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中提到的和/或如图单独示出的特征和特征组合在没有脱离本发明范围的情况下不仅可以在各自所指出的组合中使用，也可以在其它组合中或者单独地来使用，附图示出了：
图1局部示出根据本发明的用于机动车的内燃机的剖视示意图；
图2局部示出内燃机的另一剖视示意图。
在附图中，相同的或功能相同的零部件带有相同的附图标记。
具体实施方式
图1以剖视示意图示出总体用10标示的且优选呈奥托发动机/点燃式发动机形式的、用于机动车尤其是汽车如轿车的内燃机的局部。内燃机10被设计成往复活塞式发动机并且在气缸16内具有至少一个燃烧室12。另外，内燃机10具有配属于气缸16的活塞14，活塞可平移运动地容纳在气缸16内。燃烧室12在气缸16内被活塞14和封闭气缸的气缸头11包围。气缸16至少部分通过内燃机10的例如呈气缸体尤其是气缸曲轴箱形式的、未详细示出的发动机体构成。活塞14可以在气缸16内在上死点和下死点之间运动。内燃机10被设计成4冲程发动机，因此内燃机10的恰好一个工作循环正好包括四个行程。内燃机10的恰好一个工作循环此时经过一个呈曲轴状的从动轴的720度曲轴角度，其通过在附图中未示出的连杆铰接联接至活塞14。通过铰接联接，活塞14的平移运动可被转换为曲轴的转动运动。此时，该工作循环包含曲轴的恰好两整转和进而720度曲轴角度。
第一行程例如也被称为吸气阶段或进气行程，在其过程中，活塞14从其上死点运动到其下死点且同时例如至少空气通过至少一个配属于气缸16的进气道18被吸入燃烧室12。第二行程是紧随进气行程后的行程且也被称为压缩阶段或压缩行程，在其过程中，活塞14从其下死点运动到其上死点且同时原先被吸入燃烧室12的空气被压缩或被压。
内燃机10还具有配属于气缸16的预燃室火花塞20，借此在点火时刻可产生或产生至少一个点火火花。借助点火火花，容纳在气缸16的燃烧室内的包含吸入空气和尤其呈液态的用于驱动内燃机10的燃料的混合物被点燃，进而燃烧。燃料例如借助内燃机10的配属于气缸16的喷油器22尤其被直喷入气缸16的燃烧室12，此时尤其形成所谓的喷流24。就是说，也称为燃料喷流的喷流24由燃料构成，其借助喷油器22被直喷入燃烧室12中。
通过在燃烧室12内的燃料-空气混合物的点燃和由此造成的燃烧，混合物膨胀，由此活塞14在其第三行程过程中从其上死点运动到其下死点且同时被驱动。接着，曲轴被驱动。第三行程也被称为做功行程。在做功行程之后的第四行程也被称为排气行程，在排气行程过程中由混合物燃烧造成的废气借助活塞14经由排气道26被排出燃烧室12。
图1中的箭头28表示充气运动和进而例如流入燃烧室12的空气的流动。进气道18配属有进气门30，进气门可在至少一个关闭位置和至少一个开启位置之间相对于气缸头11运动，尤其平移。此外，排气道26配属有排气门32，排气门也可在至少一个关闭位置和至少一个开启位置之间相对于气缸头11平移运动。此时图1示出了进气行程，在其过程中，活塞14下行。尤其是，箭头28在此示出了在燃烧室12内的整个充气运动，在这里，规定了滚流形的充气运动。此时进气门30打开且开放进气道18，而排气门32关闭且锁闭排气道26。
可以很好地结合图2概览地看到，预燃室火花塞20具有预燃室34，预燃室通过开孔36、38流体连通至燃烧室12。预燃室34在此由预燃室火花塞20的各自的壁部40界定或构成，其中，呈通孔状构成的开孔36、38形成在壁部40中。在预燃室34内例如设置有至少一个附图未示出的且例如至少部分埋设在绝缘体内的电极，其中，该绝缘体可由陶瓷材料构成并且是预燃室火花塞20的组成部分。借助该电极，在点火时刻产生所述至少一个点火火花。
为了现在能在内燃机的整个综合特性曲线中以及在其所有运转方式下很可靠地点燃燃烧室12内的混合物且因而实现很有利的内燃机运转，已经在气缸16的进气行程内用至少包含燃料和空气的新鲜混合气吹扫该预燃室34，从而在点火时刻在预燃室34中容纳有可点燃的燃料-空气混合物。
可以很好地从图1和图2中看到，开孔38作为中心开孔构成，而开孔36作为辅助开孔构成。这些辅助开孔也被称为径向开孔或径向孔，其中，该开孔38也被称为中心孔。至少所述辅助开孔关于尤其作为预燃室火花塞20的纵向中心轴线构成的预燃室火花塞20纵轴线42对称地尤其是旋转对称地布置或设计，其中，这些辅助开孔在预燃室火花塞20周向上围绕中心开孔分布，尤其均匀分布。
从图2中可以结合其中一个辅助开孔看到，各个开孔36或38具有在图2中由双箭头44表示的通行方向，例如新鲜混合气可以沿着该通行方向从燃烧室12穿过各个开孔36或38流入预燃室34。在此，该辅助开孔的通行方向相对于纵轴线42倾斜地且相对于开孔38的通行方向倾斜地延伸，在这里，开孔38的通行方向相对于纵轴线42倾斜地延伸。因此，开孔38被设计成倾斜的中心孔，它优选对准喷油器22或喷流24并因此是针对转动位置取向的。换句话说，该中心开孔在燃烧室侧朝向喷流24或朝向喷油器22倾斜，从而中心开孔在燃烧室12侧相比于在预燃室34侧更靠近喷油器22或喷流24布置。尤其是可以想到，各个开孔36和中心开孔具有相同的直径、尤其是内径。
预燃室火花塞20尤其就其孔形状而言优选设计成设有足够多的辅助开孔以在燃烧室12内获得转动位置无关性。这对于基于多个安装公差的批量使用是有利的。该中心开孔用于燃烧室12和预燃室34之间的有利换气。开孔36、38的各自尺寸、直径或可被新鲜混合气流过的流动横截面例如选择为：一方面，保证充分保护预燃室34和进而预燃室火花塞20的电极的绝缘体免受来自燃烧室12的压力波的影响，另一方面，保证用新鲜混合气充分吹扫该预燃室34。如果开孔36、38太大，则从预燃室34至燃烧室12的火焰传播变差，并且压力波可能更容易进入预燃室34。如果开孔36、38太小，则预燃室34的吹扫减弱，进而针对低负荷的稳定工作界限和贫油稳定工作界限降低。在预燃室34上方设计有预燃室火花塞20例如像不带预燃室的标准火花塞。
优选地，预燃室火花塞20尽量远地布置在燃烧室12的边缘46处，以便至少几乎未干扰在燃烧室12内的流动并且尽量少地提供用于喷流或充气运动的作用面。在此，尤其要避免在燃烧室12内的预燃室34在高负荷下过热，以便能避免炽热点火。鉴于此背景，最初位于燃烧室12内的混合物应该已经在吸气阶段中经由开孔36、38流入预燃室34，以便在吸气阶段已经用新鲜混合气吹扫例如因排出行程或排气行程而充满废气的预燃室34并且将可燃的燃料-空气混合物引入预燃室34。对此有利的是预燃室34伸入燃烧室12足够远。
还通过箭头28例如表示进气流，被引入燃烧室12中的喷流24例如如此被进气流裹挟，即，新鲜混合气或燃料-空气混合物已经在吸气阶段内流向预燃室火花塞20和进而流入预燃室34，尤其是经开孔36、38流出燃烧室12。为此，相应定位该预燃室34是有利的。
对此还有利的是，所述径向开孔或者说辅助开孔被设计得足够大且同时例如具有如下的直径、尤其是内径，其在包含两个端点值的0.7毫米至1.4毫米范围内。另外，径向开孔足够多也是有利的，其中，径向开孔的数量优选在包含两个端点值的4至12范围内。换言之，优选设有至少四个、尤其最多十二个辅助开孔。该中心开孔的直径且尤其是内径足够大也是有利的。该中心开孔的直径例如与各自辅助开孔的直径一样大，或者大于各自辅助开孔的直径，其中，该中心开孔的直径、尤其是内径最好在包括两个端点值的0.8毫米至1.6毫米范围内。通过围绕预燃室34和在预燃室34本身内的流动作用，可以在工作循环的吸气阶段内出现换气。
所述径向开孔优选被如此调整，即，新鲜混合气沿切向流入预燃室34、尤其是其内部尤其造成在预燃室34内出现尤其是流入预燃室的新鲜混合气的涡流/旋转气流。中心开孔此时优选如此设计，即，它在燃烧室侧指向喷油器22和进而喷流24，以便在喷入过程中通过因流动方向而出现的动压头将尽量多的燃料-空气混合物或者说新鲜混合气送入预燃室34，在该喷入过程期间燃料借助喷油器22在形成喷流24情况下被直接喷入燃烧室12。为此，预燃室火花塞20优选按照转动位置取向地被安装、尤其被拧入，以保证中心开孔有利地对准喷油器22。优选地，此时例如呈多孔喷油器形式构成的喷油器22的喷流设计以及喷入时刻(即此时将燃料直接喷入燃烧室12的喷油时刻)是如此选择的，即，在吸气阶段中的一段尽量长的时间内，新鲜混合气即燃料-空气混合物尤其可以从燃烧室12经由开孔36、38流入预燃室34。
附图标记列表
10 内燃机
11 气缸头
12 燃烧室
14 活塞
16 气缸
18 进气道
20 预燃室火花塞
22 喷油器
24 喷流
26 排气道
28 箭头
30 进气门
32 排气门
34 预燃室
36 开孔
38 开孔
40 壁部
42 纵轴线
44 双箭头
46 边缘

Claims (3)

1.一种用于机动车的内燃机(10)，具有至少一个用于容纳活塞(14)的气缸(16)和至少一个配属于该气缸(16)的燃烧室(12)的预燃室火花塞(20)，该预燃室火花塞具有通过多个开孔(36,38)流体连通至该燃烧室(12)的预燃室(34)，在该预燃室内能借助该预燃室火花塞(20)产生至少一个点火火花并且已经在该内燃机(10)的进气行程内用至少包含燃料和空气的新鲜混合气吹扫该预燃室(34)，从而在点火时刻在该预燃室(34)内容纳有可点燃的燃料-空气混合物，并且其中一个所述开孔(36,38)作为中心开孔(38)，而另外的开孔(36)作为辅助开孔(36)，所述辅助开孔在该预燃室火花塞(20)的周向上围绕该中心开孔(38)分散布置，这些开孔(36,38)具有各自的通行方向(44)，其中，该中心开孔(38)的通行方向相对于各个辅助开孔(36)的各自通行方向(44)倾斜延伸，且该中心开孔(38)的通行方向相对于该预燃室火花塞(20)的纵向延伸方向(42)倾斜延伸，其特征是，该辅助开孔(36)关于该纵向延伸方向(42)旋转对称地布置并且该纵向延伸方向(42)与该中心开孔(38)相交，其中，该中心开孔(38)在燃烧室侧朝向由借助喷油器(22)被直接喷入燃烧室(12)的燃料构成的燃料喷流(24)倾斜，其中，各个辅助开孔(36)和该中心开孔(38)具有彼此不同的直径，并且该中心开孔(38)的直径大于各个辅助开孔(36)的各自的直径，其中，所述辅助开孔(36)在该预燃室(34)内造成新鲜混合气的旋转气流。
2.根据权利要求1的内燃机(10)，其特征是，所述辅助开孔(36)分别所具有的直径在包含两个端点值的0.7毫米至1.4毫米范围内。
3.根据权利要求1或2的内燃机(10)，其特征是，该中心开孔(38)所具有的直径在包含两个端点值的0.8毫米至1.6毫米范围内。
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