一种进气管气体扫气和降温的预燃室装置及发动机的制作方法

1.本实用新型属于汽车发动机技术领域，尤其涉及一种进气管气体扫气和降温的预燃室装置及发动机。


背景技术：

2.随着油耗法规愈加严苛，内燃机超高热效率成为追求的目标。加快燃烧速度，提高等容度，减少散热损失，同时抑制爆震，是提高汽油机热功转化效率的有效手段。预燃室射流点火技术能提高燃烧速度、抑制爆震、扩展稀燃极限，在改善汽油机热效率方面具有一定潜力。预燃室射流点火首先引燃预燃室空腔内的混合气体，高温高压混合气体通过小孔喷向主燃室，形成高速射流火焰，大幅增加点火面积，提高燃烧速度。并且预燃室内未燃的中间产物也可加快燃烧进程。
3.在发动机的排气冲程，主燃室内燃烧后的废气经过排气道排出，但是受预燃室结构影响预燃室内只有部分燃烧后的废气会排出。在发动机的进气冲程，新鲜空气或者混合气体经进气道进入主燃室内，同时也有部分残留在预燃室内的废气进入主燃室。在发动机的压缩冲程，主燃室内的部分新鲜混合气体将会被压入预燃室内。在压缩上止点附近，预燃室内残余废气系数主要受进气冲程后预燃室内残留的废气量和压缩冲程进入预燃室的新鲜混合气量影响。
4.一方面，由于预燃室与主燃室之间的预燃室喷射孔直径较小，预燃室点燃后的残余废气不能在排气冲程及下一次燃烧的进气冲程全部排出到主燃室，导致预燃室内的残余废气系数较大。在发动机部分负荷时，较大的残余废气系数导致预燃室内点火燃烧不稳定，甚至失火，使得主燃室的燃烧稳定性较差。
5.另一方面，预燃室本体底部设有预燃室喷射孔，预燃室本体底部的内壁面与预燃室内腔中的燃烧气体直接接触，预燃室本体底部的外壁面与主燃室内的燃烧气体直接接触，两处的高温燃烧气体都将热量传递给预燃室本体底部使其温度极大升高。预燃室本体的中部及上部与缸盖接触，可以通过导热方式将热量传递给缸盖。当预燃室本体在预燃室喷射孔附近没有设置专门的冷却结构时，预燃室本体底部的热量只能通过导热的方式传递到与缸盖接触的预燃室本体中部及上部。由于热导率的限制，致使预燃室本体底部热负荷过高，容易引起开裂以及烧蚀。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术中，预燃室内的残余废气系数较大导致主燃室的燃烧稳定性较差以及预燃室喷射孔附近的预燃室本体热负荷过高的问题，提供一种进气管气体扫气和降温的预燃室装置及发动机。
7.为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种进气管气体扫气和降温的预燃室装置，包括缸盖、进气门、进气门导管、进气管、预燃室本体及气体连接管，所述缸盖上设置有用于安装所述预燃室本体的预燃室安装孔，所述预燃室本体的内部形成预燃室内腔，
所述预燃室本体的底部设有连通所述预燃室内腔与发动机的主燃室的预燃室喷射孔；
8.所述缸盖上设置有进气道及进气门导管安装孔，所述进气道的外端与所述进气管连通，所述进气道的内端与发动机的主燃室连通，所述进气门导管安装在所述进气门导管安装孔中，所述进气门滑动插接在所述进气门导管中；所述进气门导管与进气门的杆体之间设置有连接通道，所述缸盖上还设置有缸盖引气通道及缸盖气体通道，所述气体连接管连接在所述进气管与缸盖引气通道的入口之间；所述预燃室本体上设置有连通所述缸盖气体通道的出口与所述预燃室内腔的预燃室扫气通道；所述预燃室本体上还设置有由所述预燃室本体中部向底部延伸的预燃室冷却通道，所述预燃室冷却通道的上端与预燃室扫气通道的中部连通，所述预燃室冷却通道的下端与发动机的主燃室连通；
9.所述连接通道在所述进气门开启时连通所述缸盖引气通道的出口及所述缸盖气体通道的入口。
10.可选地，所述缸盖上环绕所述预燃室本体设置有预燃室安装孔环槽，所述预燃室安装孔环槽与所述缸盖气体通道的出口连通，所述预燃室扫气通道环绕所述预燃室本体设置有多个，所述预燃室冷却通道环绕所述预燃室本体设置有多个，多个所述预燃室扫气通道的入口与所述预燃室安装孔环槽连通，多个所述预燃室扫气通道的出口与所述预燃室内腔连通，多个所述预燃室冷却通道的上端与多个所述预燃室扫气通道的中部一一对应地连通，多个所述预燃室冷却通道的下端均与发动机的主燃室连通。
11.可选地，所述预燃室喷射孔环绕所述预燃室本体的底部设置有多个，每一所述预燃室喷射孔在圆周方向上位于相邻的两个所述预燃室冷却通道之间。
12.可选地，所述进气管气体扫气和降温的预燃室装置还包括设置在所述进气管内的节气门，所述进气管上设置有与所述气体连接管连通的分流口，所述节气门在气体流动方向上位于所述分流口与所述进气道的外端之间。
13.可选地，所述进气管气体扫气和降温的预燃室装置还包括排气门及排气门导管，所述缸盖上还设置有排气道及排气门导管安装孔，所述排气道的内端与发动机的主燃室连通，所述排气门导管安装在所述排气门导管安装孔中，所述排气门滑动插接在所述排气门导管中。
14.可选地，所述预燃室安装孔位于所述进气门与排气门之间并位于发动机的主燃室的正上方；所述预燃室本体的上端设置有预燃室喷油器及预燃室火花塞；
15.所述预燃室安装孔为阶梯形圆孔，所述预燃室本体为阶梯形圆管，所述阶梯形圆管的外周面与所述阶梯形圆孔形状匹配，所述预燃室本体压装在所述预燃室安装孔。
16.可选地，所述连接通道在所述进气门关闭时与所述缸盖引气通道的出口及所述缸盖气体通道的入口阻断。
17.可选地，所述进气门导管上设置有进气环槽和导气环槽，所述导气环槽位于所述进气环槽的下方，所述进气环槽与所述缸盖引气通道的出口连通，所述导气环槽与所述缸盖气体通道的入口连通，所述进气门的杆体的外周上设置有进气门杆环槽，所述进气环槽、进气门杆环槽及导气环槽组成所述连接通道；
18.所述进气门开启时，所述进气门的杆体上的进气门杆环槽连通所述进气环槽和导气环槽。
19.可选地，所述进气门关闭时，所述进气环槽和所述导气环槽被所述进气门的杆体
阻断。
20.根据本实用新型实施例的进气管气体扫气和降温的预燃室装置，在发动机的进气冲程，进气门开启，进气环槽和导气环槽之间导通，进气管内在节气门前的高压的新鲜气体经气体连接管、缸盖引气通道、进气环槽、进气门杆环槽、导气环槽、缸盖气体通道进入预燃室安装孔环槽。进入预燃室安装孔环槽的新鲜气体一部分经预燃室扫气通道进入预燃室内腔，将预燃室内腔中的残余废气挤出进入到主燃室，另一部分则在到达预燃室扫气通道的中部后分流进入与其连通的预燃室冷却通道，沿预燃室冷却通道流经位于预燃室扫气通道下方的预燃室本体的外壁面，最终由预燃室冷却通道位于预燃室喷射孔附近的出口进入到主燃室。在发动机的其它冲程，进气门关闭，进气环槽和导气环槽之间断开，防止主燃室内的高温高压混合气体通过上述通道反向流回到进气管。
21.因此，本实用新型实施例的进气管气体扫气和降温的预燃室装置，既可以将预燃室内腔中的残余废气减少甚至清除，以降低预燃室内腔的残余废气系数，提高预燃室的着火稳定性，进而提高主燃室的燃烧稳定性；也可以利用新鲜气体与位于预燃室扫气通道下方的预燃室本体外壁面换热从而降低预燃室喷射孔附近的预燃室本体的热负荷，防止因热负荷过高而引起开裂及烧蚀。并且，本实用新型实施例的进气管气体扫气和降温的预燃室装置用以实现扫气和降温的结构简单，整体制造成本低。
22.另一方面，本实用新型实施例还提供一种发动机，包括缸体、活塞、喷油器及上述的进气管气体扫气和降温的预燃室装置，所述缸盖固定在所述缸体上，所述缸体上设置有气缸，所述活塞滑动设置在所述气缸内，所述活塞的顶面与所述预燃室本体的底部之间形成主燃室，所述喷油器安装在所述缸盖上，用于向所述进气道或所述主燃室喷油。
23.根据本实用新型实施例的发动机，由于采用了上述的进气管气体扫气和降温的预燃室装置，能够降低预燃室喷射孔附近的预燃室本体因热负荷过高而引起开裂及烧蚀的风险，能够提高预燃室的着火稳定性，从而使主燃室的燃烧稳定性得到提高。
附图说明
24.图1是本实用新型一实施例提供的发动机的纵向剖面示意图；
25.图2是本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和降温的预燃室装置的纵向剖面示意图。
26.说明书中的附图标记如下：
27.1、缸体；2、活塞；
28.3、缸盖；30、进气道；31、排气道；32、缸盖气体通道；33、预燃室安装孔；34、预燃室安装孔环槽；35、缸盖引气通道；
29.4、进气门；40、进气门导管；41、进气门杆环槽；42、进气环槽；43、导气环槽；
30.5、排气门；50、排气门导管；
31.6、预燃室本体；60、预燃室内腔；61、预燃室喷油器；62、预燃室火花塞；63、预燃室喷射孔；64、预燃室扫气通道；65、预燃室冷却通道；
32.7、喷油器；8、主燃室；9、进气管；10、节气门；11、气体连接管。
具体实施方式
33.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
34.需要说明的是，下文中的上、下、内、外、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
35.如图1
‑
2所示，本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和降温的预燃室装置，包括缸盖3、进气门4、进气门导管40、进气管9、预燃室本体6及气体连接管11，所述缸盖3上设置有用于安装所述预燃室本体6的预燃室安装孔33，所述预燃室本体6的内部形成预燃室内腔60，所述预燃室本体6的底部设有连通所述预燃室内腔60与发动机的主燃室8的预燃室喷射孔63。
36.所述缸盖3上设置有进气道30及进气门导管安装孔，所述进气道30的外端与所述进气管9连通，所述进气道30的内端与发动机的主燃室8连通，所述进气门导管40安装在所述进气门导管安装孔中，所述进气门4滑动插接在所述进气门导管40中。所述进气门导管40与进气门4的杆体之间设置有连接通道。所述缸盖3上还设置有缸盖引气通道35及缸盖气体通道32，所述气体连接管11连接在所述进气管9与所述缸盖引气通道32的入口之间；所述预燃室本体6上设置有连通所述缸盖气体通道32的出口与所述预燃室内腔60的预燃室扫气通道64。所述预燃室本体6上还设置有由所述预燃室本体6中部向底部延伸的预燃室冷却通道65，所述预燃室冷却通道65的上端与预燃室扫气通道64的中部连通，所述预燃室冷却通道65的下端与发动机的主燃室8连通。
37.优选地，所述气体连接管11的内径小于所述进气管9的内径。
38.优选地，所述进气门4包括进气门杆及进气门盘，所述进气门杆滑动插接在所述进气门导管40中，所述进气门盘连接在所述进气门杆的一端上。在发动机的进气冲程，所述进气门杆在所述进气门导管40中沿使所述进气门盘远离所述进气道30内端的方向滑动直至所述进气道30内端与发动机的主燃室8完全连通，此时，所述进气门4为开启状态。在发动机的其它冲程，所述进气门杆在所述进气门导管中沿使所述进气门盘靠近所述进气道30内端的方向滑动直至所述进气门盘的盘面接触所述进气道30内端，此时，所述进气门4为关闭状态。
39.在一实施例中，所述连接通道在所述进气门4开启时连通所述缸盖引气通道35的出口及所述缸盖气体通道32的入口；所述连接通道在所述进气门4关闭时与所述缸盖引气通道35的出口及所述缸盖气体通道32的入口阻断。
40.优选地，所述进气门导管40上设置有进气环槽42和导气环槽43，所述导气环槽43位于所述进气环槽42的下方，所述进气环槽42与所述缸盖引气通道35的出口连通，所述导气环槽43与所述缸盖气体通道32的入口连通。所述进气门3的杆体的外周上设置有进气门杆环槽41，所述进气环槽42、进气门杆环槽41及导气环槽43组成所述连接通道。所述进气门杆环槽41的长度小于所述进气门4的杆体在所述进气门导管40中滑动伸缩的行程。所述进气门4开启时，所述进气环槽42、导气环槽43与进气门杆环槽41接触，所述进气环槽42、进气门杆环槽41及导气环槽43依次连通。所述进气门4关闭时，所述进气环槽42、导气环槽43与所述进气门4的杆体上除所述进气门杆环槽41之外的其它部分接触，所述进气环槽42及导
气环槽43分别形成封闭环形空间，所述进气环槽42和所述导气环槽43被所述进气门4的杆体阻断。
41.在一实施例中，所述缸盖3上环绕所述预燃室本体6设置有预燃室安装孔环槽34，所述预燃室本体6安装到所述预燃室安装孔33后能够将所述预燃室安装孔环槽34封闭为环形空间。所述预燃室安装孔环槽34与所述缸盖气体通道32的出口连通，以使得所述缸盖气体通道32能将所述导气环槽43内的气体输送到所述预燃室安装孔环槽34。所述预燃室扫气通道64环绕所述预燃室本体6设置有多个，多个所述预燃室扫气通道64的入口与所述预燃室安装孔环槽34连通，多个所述预燃室扫气通道64的出口与所述预燃室内腔60连通。所述预燃室安装孔环槽34用于收集从所述缸盖气体通道32流出的新鲜气体，并分配到所述预燃室扫气通道64。
42.所述预燃室冷却通道65环绕所述预燃室本体6设置有多个，以增加冷却效果和换热面积，多个所述预燃室冷却通道65的上端与多个所述预燃室扫气通道64的中部一一对应地连通，多个所述预燃室冷却通道65的下端均与发动机的主燃室8连通。
43.优选地，多个所述预燃室冷却通道65的下端聚集到一起并与主燃室8相连。
44.在其它实施例中，多个所述预燃室冷却通道65的下端直接与主燃室8相连。
45.在一实施例中，所述进气管气体扫气和降温的预燃室装置还包括设置在所述进气管9内的节气门10，所述进气管9上设置有与所述气体连接管11连通的分流口，所述节气门10在气体流动方向上位于所述分流口与所述进气道30的外端之间。所述节气门10用于调节进入所述进气管9的新鲜气体的量，当发动机工作在部分负荷工况时，所述节气门10部分开启。在发动机的进气冲程，所述进气门4开启期间，所述进气管9内在所述节气门10前的新鲜气体的压力大于所述进气道30、所述主燃室8以及所述预燃室内腔60的压力，在此种压差作用下，所述进气管9内的新鲜气体被压出所述分流口进入所述气体连接管11从而最终到达所述预燃室内腔60进行扫气。
46.在一实施例中，所述预燃室喷射孔63环绕所述预燃室本体6的底部设置有多个，每一所述预燃室喷射孔63在圆周方向上位于相邻的两个所述预燃室冷却通道65之间。优选地，所述预燃室喷射孔63为圆孔。所述预燃室喷射孔63用于在发动机的进气冲程使所述预燃室内腔60中的残余废气被从所述预燃室扫气通道64引入的新鲜气体挤入所述主燃室8，实现扫气；在压缩冲程使所述主燃室8内的高温高压混合气体重新注入所述预燃室内腔60，在压缩冲程末端活塞2到达上止点时，将所述预燃室内腔60中被所述预燃室火花塞62点燃的混合气体喷射进入所述主燃室8。所述预燃室本体6、预燃室内腔60、预燃室喷油器61、预燃室火花塞62、预燃室喷射孔63、预燃室扫气通道64及预燃室冷却通道65共同组成预燃室。
47.在一实施例中，所述进气管气体扫气和降温的预燃室装置还包括排气门5及排气门导管50，所述缸盖3上还设置有排气道31及排气门导管安装孔，所述排气道31的内端与发动机的主燃室8连通，所述排气门导管50安装在所述排气门导管安装孔中，所述排气门5滑动插接在所述排气门导管50中。
48.优选地，所述排气门5包括排气门杆及排气门盘，所述排气门杆滑动插接在所述排气门导管50中，所述排气门盘连接在所述排气门杆的一端上。在发动机的排气冲程，所述排气门杆在所述排气门导管50中沿使所述排气门盘远离所述排气道31内端的方向滑动直至所述排气道31内端与发动机的主燃室8完全连通，此时，所述排气门5为开启状态。在发动机
的其它冲程，所述排气门杆在所述排气门导管50中沿使所述排气门盘靠近所述排气道31内端的方向滑动直至所述排气门盘的盘面接触所述排气道31内端，此时，所述排气门5为关闭状态。
49.在一实施例中，所述预燃室安装孔33位于所述进气门4与排气门5之间并位于发动机的主燃室8的正上方。所述预燃室本体6的上端设置有预燃室喷油器61及预燃室火花塞62。所述预燃室喷油器61用于在发动机的压缩冲程向所述预燃室内腔60喷入少量的燃料，以在所述预燃室内腔60中形成可燃混合气。所述预燃室火花塞62用于在压缩冲程末端，活塞2将要到达上止点时，点火引燃所述预燃室内腔60中的油气混合物，使所述预燃室内腔60的压力上升，从而使得所述预燃室内腔60中的高温混合气体只能通过所述预燃室喷射孔63喷进入所述主燃室8，以点燃所述主燃室8内的混合压缩气体。
50.所述预燃室安装孔33为阶梯形圆孔，所述预燃室本体6为阶梯形圆管，所述阶梯形圆管的外周面与所述阶梯形圆孔形状匹配，所述预燃室本体6压装在所述预燃室安装孔33。
51.本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和降温的预燃室装置，在发动机的进气冲程，进气门开启，进气环槽和导气环槽之间导通，进气管内在节气门前的高压的新鲜气体经气体连接管、缸盖引气通道、进气环槽、进气门杆环槽、导气环槽、缸盖气体通道进入预燃室安装孔环槽。进入预燃室安装孔环槽的新鲜气体一部分经预燃室扫气通道进入预燃室内腔，将预燃室内腔中的残余废气挤出进入到主燃室，另一部分则在到达预燃室扫气通道的中部后分流进入与其连通的预燃室冷却通道，沿预燃室冷却通道流经位于预燃室扫气通道下方的预燃室本体的外壁面，最终由预燃室冷却通道位于预燃室喷射孔附近的出口进入到主燃室。在发动机的其它冲程，进气门关闭，进气环槽和导气环槽之间断开，防止主燃室内的高温高压混合气体通过上述通道反向流回到进气管。
52.因此，本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和降温的预燃室装置，既可以将预燃室内腔中的残余废气减少甚至清除，以降低预燃室内腔的残余废气系数，提高预燃室的着火稳定性，进而提高主燃室的燃烧稳定性；也可以利用新鲜气体与位于预燃室扫气通道下方的预燃室本体外壁面换热从而降低预燃室喷射孔附近的预燃室本体的热负荷，防止因热负荷过高而引起开裂及烧蚀。并且，本实用新型一实施例提供的进气管气体扫气和降温的预燃室装置用以实现扫气和降温的结构简单，整体制造成本低。
53.另一方面，本实用新型一实施例还提供一种发动机，包括缸体1、活塞2、喷油器7及上述的进气管气体扫气的预燃室装置，所述缸盖3固定在所述缸体1上，所述缸体1上设置有气缸，所述活塞2滑动设置在所述气缸内，所述活塞2的顶面与所述预燃室本体6的底部之间形成主燃室8，所述喷油器7安装在所述缸盖3上，用于向所述进气道30或所述主燃室8喷油。优选地，所述喷油器7用于向所述进气道30喷射燃油。
54.本实用新型一实施例提供的发动机，由于采用了上述的进气管气体扫气和降温的预燃室装置，能够降低预燃室喷射孔附近的预燃室本体因热负荷过高而引起开裂及烧蚀的风险，能够提高预燃室的着火稳定性，从而使主燃室的燃烧稳定性得到提高。
55.在发动机的进气冲程，进气门开启，排气门关闭，活塞向下运动，进气管内的新鲜气体经进气门从进气道进入主燃室。此时进气门打开，进气环槽和导气环槽之间导通，进气管内在节气门前的高压的新鲜气体经气体连接管、缸盖引气通道、进气环槽、进气门杆环槽、导气环槽、缸盖气体通道进入预燃室安装孔环槽。进入预燃室安装孔环槽的新鲜气体一
部分经预燃室扫气通道进入预燃室内腔，将预燃室内腔中的残余废气挤出进入到主燃室，另一部分则在到达预燃室扫气通道的中部后分流进入与其连通的预燃室冷却通道，沿预燃室冷却通道流经位于预燃室扫气通道下方的预燃室本体的外壁面，最终由预燃室冷却通道位于预燃室喷射孔附近的出口进入到主燃室。
56.在发动机的压缩冲程，进气门、排气门均关闭，活塞向上运动压缩主燃室内的混合气体。主燃室内的油气混合物被压入预燃室内腔中。此时，进气门处于关闭状态，进气环槽和导气环槽之间断开。预燃室本体上设置的预燃室喷油器向预燃室内腔喷入少量的燃料，以在预燃室内形成可燃混合气。
57.在压缩冲程的末端，活塞将要到达上止点时，预燃室本体上设置的预燃室火花塞点火引燃预燃室内腔的油气混合物。预燃室内腔的压力上升，另外进气环槽和导气环槽之间断开，预燃室内被点燃的高温混合气体只能通过预燃室喷射孔喷进主燃室，并点燃主燃室内的被压缩的高温高压混合气体。
58.在发动机的做功冲程，主燃室内的高温高压混合气体被从预燃室喷射孔喷出的高温混合气体点燃，快速燃烧，压力和温度快速增加，推动活塞向下运功。
59.在发动机的排气冲程，排气门开启，活塞向上运动，已经燃烧过的废气从主燃室经排气门进入排气道，从而排出主燃室。
60.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。