CN115013141A - 一种预燃室结构及燃气内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种预燃室结构及燃气内燃机。所述预燃室结构包括气缸盖、预燃室本体和火花塞，气缸盖内设有相连通的容纳腔和冷却腔；预燃室本体密封固定于容纳腔内，预燃室本体内设有预燃室，至少部分预燃室的外壁与冷却腔接触；火花塞直接固定于预燃室本体上，且火花塞的点火端伸入预燃室内。该预燃室结构预燃室本体和火花塞直接固定连接，可减少零部件，便于装配，同时减少需要密封的区域；另外，气缸盖上的冷却腔直接与预燃室的外壁接触，可提高对预燃室部位的冷却效果，延长预燃室本体的使用寿命。所述燃气内燃机便于装配，装配效率高，密封及冷却效果好。

Description

一种预燃室结构及燃气内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种预燃室结构及燃气内燃机。

背景技术

高热效率一直是内燃机领域追求的目标。传统燃气内燃机机多采取单一燃烧室结构，即由气缸盖底面、缸套、缸垫及活塞顶面组成的密闭空间，用火花塞点燃燃烧室内的可燃混合气，实现燃烧做功。这种燃烧方式点火能量有限，火焰传播速度慢，从而限制了热效率的进一步提升。在原有主燃烧室的基础上，增加一个预燃室结构，气体在预燃室内点火燃烧，火焰通过预燃室底部的喷孔传播到主燃烧室内，能够提高燃气的燃烧速度，进而提高热效率。现有的预燃室结构存在以下问题：1)预燃室结构增加了一个燃气喷射器，从而增加了需要密封的区域，同时增加了装配及加工难度；2)预燃室结构包含零件数量较多，装配工艺繁琐，装配效率低；3)预燃室内燃烧的高温气体使得预燃室金属温度过高，如果冷却不良，则会使其疲劳寿命大幅降低。

因此，亟待需要一种预燃室结构以解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种预燃室结构，包含零部件少，便于装配，密封及冷却效果好。

本发明的另一个目的在于提供一种燃气内燃机，通过应用上述预燃室结构，便于装配，装配效率高，密封及冷却效果好。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

第一方面，提供了一种预燃室结构，用于燃气内燃机，所述预燃室结构包括：

气缸盖，其内设有相连通的容纳腔和冷却腔；

预燃室本体，密封固定于所述容纳腔内，所述预燃室本体内设有预燃室，至少部分所述预燃室的外壁与所述冷却腔接触；

火花塞，直接固定于所述预燃室本体上，且所述火花塞的点火端伸入所述预燃室内。

作为所述预燃室结构的可选方案，所述预燃室本体包括依次设置的第一部位、第二部位和第三部位，所述第一部位与所述火花塞固定连接，所述预燃室设于所述第二部位内，所述第三部位上设有与所述预燃室相连通的喷孔。

作为所述预燃室结构的可选方案，所述第一部位内设有与所述预燃室连通的螺纹孔，所述火花塞与所述螺纹孔螺纹连接。

作为所述预燃室结构的可选方案，所述第三部位内设有用于连接所述喷孔和所述预燃室的通路，所述通路的直径小于所述预燃室的直径。

作为所述预燃室结构的可选方案，多个所述喷孔以所述第三部位的中心线为中心均匀分布于所述第三部位远离所述第二部位的端部。

作为所述预燃室结构的可选方案，所述喷孔的中心线与所述第三部位的中心线之间的夹角不小于70°。

作为所述预燃室结构的可选方案，所述第三部位的外壁上设有外螺纹，所述容纳腔上与所述第三部位配合的腔壁上设有内螺纹，所述第三部位与所述容纳腔螺纹连接。

作为所述预燃室结构的可选方案，所述冷却腔包括第一冷却部、连接通道和第二冷却部，所述连接通道用于连接所述第一冷却部和第二冷却部，至少部分所述第一冷却部与所述第二部位的外壁接触，至少部分所述第二冷却部与所述第一部位的外壁接触。

作为所述预燃室结构的可选方案，所述连接通道由所述预燃室本体的外壁与所述容纳腔的内壁形成。

作为所述预燃室结构的可选方案，所述预燃室结构还包括密封圈，所述密封圈设于所述第一部位的外壁与所述容纳腔的内壁之间。

第二方面，提供了一种燃气内燃机，包括如上所述的预燃室结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的预燃室结构，包括气缸盖、预燃室本体和火花塞，气缸盖内设有相连通的容纳腔和冷却腔；预燃室本体密封固定于容纳腔内，预燃室本体内设有预燃室，至少部分预燃室的外壁与冷却腔接触；火花塞直接固定于预燃室本体上，且火花塞的点火端伸入预燃室内。该预燃室结构预燃室本体和火花塞直接固定连接，可减少零部件，便于装配，同时减少需要密封的区域；另外，气缸盖上的冷却腔直接与预燃室的外壁接触，可提高对预燃室部位的冷却效果，延长预燃室本体的使用寿命。

本发明提供的燃气内燃机，通过应用上述预燃室结构，便于装配，装配效率高，密封及冷却效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的预燃室结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的预燃室本体和火花塞的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的冷却腔及预燃室本体的结构示意图(预燃室本体外侧打剖面线部分为冷却腔)。

附图标记：

100-缸套；101-主燃烧室；

1-气缸盖；11-容纳腔；12-冷却腔；121-第一冷却部；122-连接通道；123-第二冷却部；

2-预燃室本体；20-预燃室；21-第一部位；22-第二部位；23-第三部位；231-喷孔；232-通路；24-密封槽；25-第一装配夹持部；

3-火花塞；31-第二装配夹持部；

4-密封圈。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以是间接连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图3所示，本实施例提供了一种燃气内燃机，包括缸套100和预燃室结构，其中，缸套100上设有主燃烧室101，主燃烧室101是完成燃料与空气混合、燃烧及推动活塞做功的重要区域。

所述预燃室结构包括气缸盖1、预燃室本体2和火花塞3，气缸盖1内设有相连通的容纳腔11和冷却腔12；预燃室本体2密封固定于容纳腔11内，预燃室本体2内设有预燃室20，至少部分预燃室20的外壁与冷却腔12接触；火花塞3直接固定于预燃室本体2上，且火花塞3的点火端伸入预燃室20内。该预燃室结构预燃室本体2和火花塞3直接固定连接，可减少零部件，便于装配，同时减少需要密封的区域；另外，气缸盖1上的冷却腔12直接与预燃室20的外壁接触，可提高对预燃室20部位的冷却效果，延长预燃室本体2的使用寿命。

预燃室本体2包括依次设置的第一部位21、第二部位22和第三部位23，第一部位21与火花塞3固定连接，预燃室20设于第二部位22内，第三部位23上设有与预燃室20相连通的喷孔231。

在压缩行程中，可燃混合气通过喷孔231进入预燃室20内，在预燃室20内点火燃烧，然后火焰又通过喷孔231传播到主燃烧室101内，扩大着火范围，进而提高燃烧速度。

第一部位21内设有与预燃室20连通的螺纹孔，火花塞3与螺纹孔螺纹连接。该设计能够利用第一部位21固定连接火花塞3，无需利用其它固定件固定火花塞3，能够减少预燃室结构的零部件数量，提高装配效率，同时减少需要密封的部位，保证连接的密封性。

第二部位22上设预燃室20，预燃室20的形状类似球形在其他实施例中预燃室20也可以是其他形状，如圆柱形、锥形等，取决于所需预燃室容积的大小、冷却及壁厚的影响。

第三部位23内设有用于连接喷孔231和预燃室20的通路232，通路232的直径小于预燃室20的直径。该设计便于引导预燃室20内的燃烧气体扩散至喷孔231处，然后由喷孔231进入主燃烧室101内。

多个喷孔231以第三部位23的中心线为中心均匀分布于第三部位23远离第二部位22的端部。该设计能够提高预燃室20与主燃烧室101之间的气体连通，提高效率。

示例性地，第三部位23的端部为半球状，喷孔231设置于该半球状结构上。

可选地，喷孔231还可以呈轴对称分布。

喷孔231的中心线与第三部位23的中心线之间的夹角不小于70°。该设计便于预燃室20内的气体进入主燃烧室101内，提高燃烧效率。更广的喷孔231角度使得传播火焰范围更广，进而扩大主燃烧室101的着火范围，加快燃烧速度，提高热效率。本实施例中喷孔231的数量是8个，直径是1.5mm，其中喷孔231的数量一般取值为4-8个，直径范围一般为1mm-2mm。

第三部位23的外壁上设有外螺纹，容纳腔11上与第三部位23配合的腔壁上设有内螺纹，第三部位23与容纳腔11螺纹连接。该设计既能够便于预燃室本体2与气缸盖1的容纳腔11的固定连接，又可以通过螺纹连接实现两者连接部位之间的密封，提高密封效果。

优选地，第三部位23与容纳腔11的螺纹配合长度不小于16mm，优选为23mm。现有技术中，预燃室本体与气缸盖的螺纹配合长度一般在8mm-16mm之间，本实施例选用更长的螺纹配合，相比现有技术，一方面能够进一步保证预燃室本体2与气缸盖1连接部位的密封性，另一方面预留足够大的空间用于布置冷却腔12，起到加强冷却的目的。

如图3所示，冷却腔12包括第一冷却部121、连接通道122和第二冷却部123，连接通道122用于连接第一冷却部121和第二冷却部122，至少部分第一冷却部121与第二部位22的外壁接触，至少部分第二冷却部123与第一部位21的外壁接触。该设计能够充分对预燃室20进行散热，冷却效果好，能够延长预燃室本体2的使用寿命。

需要说明的是，为了便于理解冷却腔12的结构及布局，图3中冷却腔12处打剖面线以便于区分。

连接通道122由预燃室本体2的外壁与容纳腔11的内壁形成。该设计通过连接通道122连接第一冷却部121和第二冷却部122，便于冷却液的流道，同时可利用连接通道122进一步对预燃室本体2进行散热。

冷却腔12内的水流方向，在沿着中心轴线方向上，由下往上，优先冷却燃烧部位的高温区域。冷却腔12内的水流方向，在垂直于中心轴线方向上，圆周旋转流动。

连接通道122呈薄壁圆桶状。其中，连接通道122包围了预燃室本体2的主要燃烧部位，实现靶向冷却。

连接通道122的宽度如果过宽，虽然通过的水流量变多了，但是流速会下降，加工也会更加困难；连接通道122的宽度过窄，虽然流速满足要求，但是流量会比较小，对加工的精度要求也比较高。

通过多轮CFD流动仿真分析，综合考虑机加工艺，选取合适的连接通道122的宽度，使得此处的换热系数达到最优值，满足换热系数15000(W/m2K)的评价标准。连接通道122起到良好冷却的作用，提高了预燃室本体2的可靠性。

预燃室结构还包括密封圈4，密封圈4设于第一部位21的外壁与容纳腔11的内壁之间。该设计通过密封圈4进一步对预燃室本体2与容纳腔11之间的连接部位进行密封，保证密封效果。

示例性地，密封圈4为O型橡胶密封圈。

第一部位21的外壁上设有密封槽24，密封圈4套设在密封槽24内，实现对密封圈4的定位。

示例性地，密封槽24的数量为多个，多个密封槽24沿第一部位21的延伸方向间隔排列，多个密封圈4一一对应地设于密封槽24内。

为了便于火花塞3和预燃室本体2的装配，预燃室本体2上设有第一装配夹持部25，火花塞3上设有第二装配夹持部31，装配时，用一个扳手夹住火花塞3的第二装配夹持部31，用另一特定扳手把持住预燃室本体2上的第一装配夹持部25，将火花塞3装配在预燃室本体2上。

示例性地，第一装配夹持部25可以是六角法兰，也可以是非圆形法兰，或者是圆形上开有凹槽的异性结构。同理，第二装配夹持部31可以是六角法兰，也可以是非圆形法兰，或者是圆形上开有凹槽的异性结构。

本实施例提供的预燃室结构的装配工艺为：先将火花塞3装配至预燃室本体2上，然后将密封圈4推入密封槽24内形成装配体，然后将该装配体装配至气缸盖1上即可完成组装，组装效率高。装配体作为一个整体，便于其与气缸盖1的配合，简化了装配工序，控制了预燃室本体2与气缸盖1之间的装配误差，从而保证密封的可靠性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种预燃室结构，用于燃气内燃机，其特征在于，所述预燃室结构包括：

气缸盖(1)，其内设有相连通的容纳腔(11)和冷却腔(12)；

预燃室本体(2)，密封固定于所述容纳腔(11)内，所述预燃室本体(2)内设有预燃室(20)，至少部分所述预燃室(20)的外壁与所述冷却腔(12)接触；

火花塞(3)，直接固定于所述预燃室本体(2)上，且所述火花塞(3)的点火端伸入所述预燃室(20)内。

2.根据权利要求1所述的预燃室结构，其特征在于，所述预燃室本体(2)包括依次设置的第一部位(21)、第二部位(22)和第三部位(23)，所述第一部位(21)与所述火花塞(3)固定连接，所述预燃室(20)设于所述第二部位(22)内，所述第三部位(23)上设有与所述预燃室(20)相连通的喷孔(231)。

3.根据权利要求2所述的预燃室结构，其特征在于，所述第一部位(21)内设有与所述预燃室(20)连通的螺纹孔，所述火花塞(3)与所述螺纹孔螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的预燃室结构，其特征在于，所述第三部位(23)内设有用于连接所述喷孔(231)和所述预燃室(20)的通路(232)，所述通路(232)的直径小于所述预燃室(20)的直径。

5.根据权利要求4所述的预燃室结构，其特征在于，多个所述喷孔(231)以所述第三部位(23)的中心线为中心均匀分布于所述第三部位(23)远离所述第二部位(22)的端部；

所述喷孔(231)的中心线与所述第三部位(23)的中心线之间的夹角不小于70°。

6.根据权利要求2所述的预燃室结构，其特征在于，所述第三部位(23)的外壁上设有外螺纹，所述容纳腔(11)上与所述第三部位(23)配合的腔壁上设有内螺纹，所述第三部位(23)与所述容纳腔(11)螺纹连接。

7.根据权利要求2所述的预燃室结构，其特征在于，所述冷却腔(12)包括第一冷却部(121)、连接通道(122)和第二冷却部(123)，所述连接通道(122)用于连接所述第一冷却部(121)和第二冷却部(122)，至少部分所述第一冷却部(121)与所述第二部位(22)的外壁接触，至少部分所述第二冷却部(123)与所述第一部位(21)的外壁接触。

8.根据权利要求7所述的预燃室结构，其特征在于，所述连接通道(122)由所述预燃室本体(2)的外壁与所述容纳腔(11)的内壁形成。

9.根据权利要求2-8任一项所述的预燃室结构，其特征在于，所述预燃室结构还包括密封圈(4)，所述密封圈(4)设于所述第一部位(21)的外壁与所述容纳腔(11)的内壁之间。

10.一种燃气内燃机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的预燃室结构。

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