CN114961976A - 外源点燃式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外源点燃式内燃机(1)，其包括缸头(2)、至少一个带有燃烧室(4)的气缸(3)，其中，在该缸头(2)内给每个气缸布置通入该燃烧室(4)中的且带有至少一个点燃装置(6)的预燃室(5)和至少一个进气道(7)，其中，设有连通通道(8)连同设置在该连通通道(8)内的控制装置(9)，其中，该连通通道将所述进气道(7)和预燃室(5)流通相连。

Description

外源点燃式内燃机

技术领域

本发明涉及一种外源点燃式内燃机，包括缸头、至少一个具有燃烧室的气缸，其中，对于每个气缸在缸头内布置通入燃烧室的带有至少一个点燃装置的预燃室和进气通道。

背景技术

具有预燃室的内燃机已由现有技术公开。

利用预燃室的燃烧方法尤其应用在贫油运行的外源点燃式内燃机中。在预燃室内而不是在主燃烧室内启动燃烧的优点在于，即便在空气比例高的情况下，小的点燃能量也足以保证整个气缸充气的高效且还是有害物少的燃烧。预燃室通过一个或多个由孔构成的溢流通道与主燃烧室流通相连。该燃料-空气混合物经由一个或多个进气阀流入主燃烧室并进而在压缩过程中被移入预燃室，从而在预燃室内提供可点燃的混合物。

为了燃料-空气混合物的点火，采用电火花点火***和还有喷油点火法。在电火花点火情况下，还多次额外将燃料或燃料-空气混合物送入预燃室，以便在燃烧开始位点具备与主燃室相比明显富油的且因此点燃性也更高的混合物。为此在预燃室内总是布置喷射器。

已知解决方案的缺点是在此情况下需要许多结构空间并且加工成本相应高。

发明内容

本发明着手于此。本发明的任务是改善预燃室内的可点燃性且尤其同时节约结构空间。

根据本发明，如此完成该任务，即，在前言所述类型的内燃机中，设有连通通道连同安置在连通通道中的控制装置，其中，该连通通道将所述进气道和预燃室流通相连。

借此获得的优点尤其在于，通过根据本发明的内燃机设计可以从预燃室除去剩余气体，由此可以在其中提供可点燃的混合物并且能改善其可点燃性。从进气道被送入燃烧室的一部分空气通过连通通道被送入预燃室，由此用空气对其进行吹扫并且扫除掉位于其中的剩余气体。通过控制装置，连通通道的启闭是可调的和/或可控的，以便控制和/或也完全禁止从进气道至预燃室的流动量。根据本发明，通过连通通道拟定在进气道和预燃室之间的尤其引导物质的连通。因此形成被吹扫的预燃室。该连通通道在此尤其设计和布置成其间有压差。

根据本发明的外源点燃式内燃机尤其被设计成吸气式发动机或增压式发动机。

在此可以规定预燃室通过预燃室套构成，其中，有利地可以设置套筒，套筒包括该点燃装置。所述预燃室套和套筒尤其分别一体式构成和/或相互连接。由此可在点燃出现问题时简单地将预燃室部件从缸头取出，这使得维修和更换更容易且廉价。当预燃室套和套筒相互连接时，这例如可通过带有密封的螺纹连接实现。因此可以规定，套筒设计成一体式，并且预燃室套设计成一体式，接着它们相互连接。但也可能的是所述套筒和预燃室套共同一体式构成。

特别有利的是，预燃室没有喷入装置。因此在预燃室本身中未设置喷入装置如尤其是喷射器。由此可以节约成本和地方，由此进而因为占地需求小而改善了尤其缸头的冷却。在从现有技术中知道的带有预燃室的内燃机中，在预燃室中总是设置喷射器，喷射器必须尤其被冷却或者它被设计成无源式预燃室。

有利的是，该控制装置被设计成气门、尤其是止回阀或节流阀。有利地，该控制装置也可以被设计成可控式流量调节阀。通过该气门可以控制在进气道和预燃室之间的流动方向和/或流动量。尤其优选地，通过该控制装置来禁止从预燃室回溢至进气道。控制装置优选可以覆盖连通通道的整个长度范围或者仅布置在其一部分中。在进气道内优选可以设置一个喷射器，借此能够通过控制装置将规定量的燃料与空气一起送入预燃室中。

在此有利的是，控制装置被设计成止回阀，其具有带有两个流通孔的阀体，其中，介质能够从第一流通孔朝着第二流通孔流过止回阀。止回阀还包括弹簧件和具有阀盘件的封闭装置，其中，封闭装置在第一端连接到弹簧件，并且阀盘件布置在封闭装置的第二端，其中，当高于限定的压力时，阀盘件开通第二流通孔，其中，设有连通通道连同安置在该连通通道内的控制装置，其中，该连通通道将该进气道和该预燃室流通相连。

由此带来的优点尤其是，隔板降低了阀盘件允许介质流过止回阀的最小压力。同时还防止反向回流。

止回阀原则上仅允许介质沿一个方向流动，其中，介质经由第一流通孔流入止回阀，当阀盘件处于打开位置时，介质经由第二流通孔从止回阀流出。阀盘件尤其是封闭装置的一部分或与封闭装置成一体构成，或者以位置固定的方式与之相连。隔板也尤其是固定在封闭装置上，其中，封闭装置在隔板下游具有加厚部。封闭装置在阀盘件的上游呈纵长状，并且在加厚部区域外具有恒定的直径。在加厚部区域内，封闭件具有更大的直径，因此隔板贴靠在该加厚部处。如果施加在隔板上的压力足够大，则会使其移动，从而将隔板的压力传递给阀盘件。即，当施加在隔板上的介质压力足够高时，阀盘件尤其随隔板一起打开。隔板和进而整个封闭装置在介质流动方向上移动所需的介质压力被预先规定。

如果没有介质流过止回阀或介质压力太小而不能打开封闭装置，借助于尤其是以位置固定的方式布置在封闭装置上的弹簧件，能够使封闭装置移回到关闭位置。

封闭装置从介质接触其元件(阀盘件或隔板)时所具有的规定压力起打开。封闭装置也能够在超过规定压差时开放流通孔，其中，压差在本发明范围内是指施加在封闭装置上的介质压力的规定增加。如果起初没有介质流动或涌动，随后介质经由第一流通孔进入止回阀，则这也能够例如从0变为特定值。

阀盘件尤其布置在第二流通孔的下游，并且通过介质压力沿流动方向以远离第二流通孔的方式来打开。

隔板尤其是设计成板片状，即，它基本上具有圆筒形状，其中，隔板直径尤其比其高度高出许多倍。阀盘件被设计成盘状，其中，阀盘件的直径在此也尤其大于其最大高度。阀盘件的高度因其几何形状而并非是恒定的，其中，阀盘件在与封闭装置余部的连接点处具有最大高度。

该阀体在其内部设计有用于供介质流过的孔，其中，特别是在第二流通孔的区域中形成收窄部，当没有压力施加在阀盘件上时其贴靠在收窄部上。收窄部在此尤其通过增加的阀体材料来形成，并且构成用于隔板的阀座。

止回阀设计用于气态或液态介质或其混合物的流通。例如，介质能够是液态燃料和空气的混合物。

有利的是，隔板在关闭位置阻止介质流过止回阀，并且在超过规定压差时允许介质流经，其中，用于打开隔板的压差小于用于打开阀盘件的压差。因此确保封闭装置即使在压力变化很小的情况下也能打开，从而开通止回阀用以在期望且唯一的方向上流动。

有利的是，隔板的直径大于阀盘件的直径。这意味着隔板在止回阀内比阀盘件进一步径向向外延伸。因而确保隔板即使在压力小时仍沿流动方向移动。

如果阀盘件在关闭位置至少基本上贴靠在阀体的阀座上，则也是有利的。这使得整个止回阀关闭，没有介质能够流过。阀座还确保止回阀始终在另一个方向上关闭。就贴靠在阀座上而言，尤其可能会出现阀盘件未完全或紧密贴靠的情况。因此，阀盘件优选以如下方式贴靠在阀座上，即，阀盘件尤其不会***但仍封闭第二流通孔。或者，阀盘件也能够以微小间隙没入。但原则上，阀盘件也能够完全贴靠在阀座上。

有利的是，隔板在关闭位置至少基本上贴靠在阀体的另一阀座上。另一阀座相应具有与阀盘件的阀座相同的优点，并且与之合作以防止封闭件能够逆着流动方向移动。就贴靠在另一个阀座上而言，值得注意的是隔板未完全或紧密贴靠，因此不提供双重配合。因此，隔板优选大致贴靠在阀座上，使得它尤其不会***但仍封闭第二流通孔。或者，隔板也能够以微小间隙没入。

优选地，在阀盘件和隔板之间形成一个腔室。当封闭件处于打开位置时，介质朝着第二流通孔流经或流过该腔室。封闭装置的纵向部分大致居中穿过腔室。

止回阀尤其是至少大部分由耐磨钢制成。它也优选能够使用3D打印方法来制造。

特别优选地，提供一种具有带有两个流通孔的阀体的止回阀，其中，所述止回阀能够从第一流通孔沿第二流通孔的方向被介质流过，还包括弹簧件和具有阀盘件的封闭装置，其中，封闭装置的第一端与弹簧件连接，并且阀盘件布置在封闭装置的第二端，其中，阀盘件在超过规定压力时开通第二流通孔，其中，设有连通通道连同安置在该连通通道内的控制装置，其中，该连通通道将该进气道和该预燃室流通相连。该止回阀优选如上所述设计。

止回阀优选用于内燃机的气缸盖内，特别是用于被燃料-空气混合物流过的连接通道内。

有利的是，进气道具有两个分进气道连同在分进气道之间的通道分隔壁，其中，该连通通道在通道分隔壁内通入该预燃室中。在此，该连通通道最好在分进气道的划分处的上游分支到预燃室。分进气道通入燃烧室并且将空气引入其中。优选地，该进气道在流动方向上分为两个分进气道，它们通入燃烧室中以将空气和/或燃料-空气混合物导入燃烧室中。具有这种缸头的内燃机可以简单制造。尤其是，这种缸头通过铸造法制造。

原则上也可能有利的是，该进气道分为两个分进气道，它们于是通入燃烧室中，并且该连通通道从其中一个分进气道通至预燃室。也可以规定，从两个分进气道各伸出一条连通通道，该连通通道在预燃室的上游合并成一个连通通道并通入预燃室。还可能适当的是，各一条连接通道从两个分进气道通至预燃室，由此，两条连通通道设置在进气道与预燃室之间。

如果内燃机包括超过一个的气缸且因此也包括超过一个的预燃室，则给每个预燃室设置一个自己的连通通道。它可以分别本身从相应的进气道分支出，或是可以首先设置共同的连通通道，其也朝着各自的预燃室分为单独的连通通道。

适当的是，在进气道内给每个气缸布置至少一个第一喷入装置，其中，第一喷入装置尤其被设计成多点喷射器。因此没有喷射器设置在预燃室本身中，而是对于燃料喷入采用尤其是已设于吸气管内的多点喷射器(MPI喷射器)。通过由此形成的可被输以燃料或燃料-空气混合物的吹扫预燃室，得到更高的混合物点燃能力，尤其在如下区域内，在该区域中，预燃室通常无法例如像在催化加热中、内燃机部分负载运行中和/或内燃机起动运行中那样良好起效。不同于无源式预燃室，在本发明的内燃机中，燃料间接通过设于连通通道中的控制装置被送入预燃室。经由连通通道，空气或燃料-空气混合物可被输入预燃室中，这取决于内燃机的工作点。这样设计的预燃室因此用空气或燃料-空气混合物来吹扫。

尤其优选地如此布置第一喷入装置，即，其燃料流以朝向连通通道通入预燃室的通口的方式布置。由此进一步改善混合物的点燃能力，因为总是有足够的燃料和/或燃料-空气混合物，其尤其也足够快速地进至预燃室内的点燃装置。燃料流的流动方向因此因设置有产生燃料流的喷入装置而对准预燃室，尤其对准连通通道通入预燃室的通口。燃料流因此以尽量小的流动阻力到达点燃装置。

在本发明的内燃机中，由于预燃室本身没有喷入装置，故结构空间被优化且节省了空间，并且通过同时经由连通通道输入燃料-空气混合物来保证最佳点燃。

有利的是设有用于直接喷入燃烧室的第二喷入装置，它尤其是设计成DI喷射器。可能有利地仅设置第二喷入装置用于直接喷入燃烧室中。即，于是在预燃室内未设置喷射器，并且在进气道未设置喷射器。有利的是，对于每个气缸设置自己的第二喷入装置。但也可能有利的是，不仅给每个气缸设置一个MPI喷射器，也给每个气缸设置一个DI喷射器，以便不仅在内燃机冷起动时、也在其正常工作中保证最佳的点燃能力。

有利地设有预热装置，它尤其被设计成最好是电灼热销。预热装置尤其是在连通通道内布置在控制装置的上游并且最好在内燃机冷起动时被用于加热燃料和/或空气和/或燃料-空气混合物。在内燃机的正常运行中，预热装置一般未被使用。呈灼热销状的预热装置尤其是布置在缸头内的一个孔中并且伸入连通通道中。或许在铸造缸头时也一并制造出凹部用于安置预热装置。通过这种预热装置布置，可以在预燃室内获得足够高的温度水平，从而可以实现在预燃室内的稳定燃烧。

还有利的是，在燃烧室内设有附加的点燃装置。即，除了在预燃室中的点燃装置外，也在燃烧室中设置一个点燃装置，因此设有至少两个点燃装置。附加的点燃装置尤其是通入燃烧室并改善内燃机的冷起动性能。

在本发明的内燃机中有利的是，预燃室和连通通道设计成与缸头成一体。即，优选不需要附加部件，由此降低成本。连通通道优选在缸头铸造时被简单地一同铸入，其中，它也能够被事后钻设入其中。

附图说明

其它的特征、优点和作用来自以下所示的实施例。在此时所参照的图中示出了：

图1示出本发明的内燃机的局部截面图；

图2示出内燃机的示意图；

图3示出设计成止回阀的控制装置的截面图。

具体实施方式

在图1中以纵截面图示出本发明的内燃机1的局部。图1示出单缸内燃机或气缸3连同设于其上方的缸头2。但是，根据本发明的内燃机1优选也可以具有超过一个的气缸3、例如3个或4个或更多的气缸3。因此图2举例示出了4缸式内燃机1。如图1所示的局部随后将根据缸数倍增。内燃机具有缸头2和缸体13，其中，气缸4布置在缸体13内。其它细节出于简化考虑在图2中未被示出或看不到。

本发明的内燃机1包括缸头2和气缸3，其中，在气缸3中设置燃烧室4。还设有预燃室5，其大致竖直邻接至燃烧室4并且通入其中。预燃室5包括用于点燃尤其由燃料和空气构成的可燃混合物的点燃装置6。

还在缸头2内设有用于输入空气的进气道7和用于冷却缸头2的水套13。

进气道7通过连通通道8与预燃室5流通相连，使得空气可以从进气道7流入预燃室5。为了控制在进气道7与预燃室之间的流动，在连通通道8内设置呈气门状的控制装置9。控制装置9最好设计成止回阀，以避免从预燃室5回流向进气道7。

进气道7在连通通道8的下游分为两个分进气道，它们通入燃烧室4中。连通通道8因此在该划分处的上游从进气道7分支入分进气道。为了提供最佳的封装布置，连通通道8在两个分进气道的通道分隔壁内通入预燃室。

在进气道内还布置有呈多点喷射器形式的喷入装置10，燃料经此进入进气道7并从那里作为燃料-空气混合物进入燃烧室4，其中，在燃烧室内设置有另一个点燃装置。

经过连通通道8，燃料-空气混合物也进入预燃室5，其在预燃室内通过点燃装置6被点燃。因此为了在预燃室5内提供能够点燃的混合物，采用本来在进气道7内就有的喷入装置10。

为了将连通通道8内的物质置于规定温度，设有预热装置12，其最好被设计成电热式灼热销。

图3示出了设计成止回阀的控制装置9的剖面图。止回阀包括阀体21，在阀体的端部分别设有流通孔31、41。经由所述流通孔31、41，气态和/或液态介质能够从第一流通孔31朝着第二流通孔41流过止回阀。止回阀还包括弹簧件51和具有阀盘件71的封闭装置61。封闭装置61在第一端连接到弹簧件51，使得布置在封闭装置61第二端的阀盘件71能够被置入关闭位置。封闭装置61还包括设置在阀盘件71上游和弹簧件51下游的隔板81。

止回阀被设计成只允许介质沿一个方向流动。为此，在第二流通孔41的区域内设置有阀座91，其中，阀盘件71在阀座91下游在封闭止回阀的位置贴靠在该阀座上。同样地，隔板81在关闭位置贴靠在另一阀座110上。止回阀的这种设计能够防止介质反向流动。两个阀座91、110通过阀体21的材料堆积来形成。

阀盘件71是封闭装置61的一部分，其基本上呈纵长构成，其中，阀盘件71布置在所述第二端。隔板81大致居中地布置在封闭装置61上。在阀盘件71和隔板81之间形成腔室111，当封闭装置61开放流通时，介质流过该腔室。

如果具有足够压力的介质被施加至隔板81，则隔板沿流动方向被推压，并且还打开阀盘件71和进而整个封闭装置61：介质现在能够流过止回阀。如果压力再次下降或低于规定值，则封闭装置61又被弹簧件51移回到关闭位置。

Claims (14)

1.一种外源点燃式内燃机(1)，其包括缸头(2)、至少一个带有燃烧室(4)的气缸(3)，其中，在该缸头(2)内给每个气缸(3)布置通入该燃烧室(4)中的且带有至少一个点燃装置(6)的预燃室(5)和至少一个进气道(7)，

其特征是，设有连通通道(8)连同设置在该连通通道(8)内的控制装置(9)，其中，该连通通道将该进气道(7)和该预燃室(5)流通相连。

2.根据权利要求1所述的内燃机(1)，其特征是，该预燃室(5)没有喷入装置。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机(1)，其特征是，该控制装置(9)设计成气门是止回阀或节流阀。

4.根据权利要求3所述的内燃机(1)，其特征是，该控制装置(9)被设计成具有带有两个流通孔(31；41)的阀体(21)的止回阀形式，其中，该止回阀能够从该第一流通孔(31)朝着该第二流通孔(41)被介质流过，还包括弹簧件(51)和带有阀盘件(71)的封闭装置(61)，其中，该封闭装置(61)的第一端与该弹簧件(51)相连，该阀盘件(71)布置在该封闭装置(61)的第二端，其中，从规定的压力起，该阀盘件(71)开通该第二流通孔(41)，其中，该封闭装置(61)包括隔板(81)，其中，该隔板(81)布置在该阀盘件(71)的上游。

5.根据权利要求4所述的内燃机(1)，其特征是，该隔板(81)在关闭位置阻断经由该止回阀的介质流通，并且从规定的压差起开通所述介质流通，其中，用于开启该隔板(81)的压差小于用于开启该阀盘件(71)的压差。

6.根据权利要求4或5所述的内燃机(1)，其特征是，该隔板(81)的直径大于该阀盘件(71)的直径。

7.根据权利要求4至6之一所述的内燃机(1)，其特征是，在关闭位置，该阀盘件(71)至少大致贴靠在该阀体(21)的阀座(91)上。

8.根据权利要求4至7之一所述的内燃机(1)，其特征是，在关闭位置，该隔板(81)至少大致贴靠在该阀体(21)的另一阀座(110)上。

9.根据权利要求4至8之一所述的内燃机(1)，其特征是，在该阀盘件(71)和该隔板(81)之间形成腔室(111)。

10.根据权利要求1至9之一所述的内燃机(1)，其特征是，该进气道(7)具有两个分进气道连同在所述分进气道之间的通道分隔壁，其中，该连通通道(8)在该通道分隔壁内通入该预燃室(5)中。

11.根据权利要求1至10之一所述的内燃机(1)，其特征是，在该进气道(7)内给每个气缸(3)布置至少一个第一喷入装置(10)，其中，所述第一喷入装置(10)是设计成多点喷射器。

12.根据权利要求1至11之一所述的内燃机(1)，其特征是，设有至少一个用于直接喷入该燃烧室(4)中的第二喷入装置(11)。

13.根据权利要求1至12之一所述的内燃机，其特征是，设有预热装置(12)。

14.根据权利要求1至13之一所述的内燃机，其特征是，在该燃烧室(4)内设有至少一个附加的点燃装置。

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