发动机预燃烧室结构、发动机及其汽车的制作方法

1.本发明属于汽车发动机技术领域，特别是涉及一种发动机预燃烧室结构、发动机及其汽车。


背景技术：

2.汽车发动机是汽车上的重要组成部件，发动机的性能决定着汽车的动力性、排放性以及经济性等。而具有预燃烧室结构的汽车发动机，可以实现燃油快速而稳定的燃烧，从而显著降低了汽车发动机燃烧时的燃料损失；另外，发动机预燃烧室结构的设计，可实现汽车发动机的超稀薄燃烧，进而降低了汽车尾气的排放。
3.现有技术中，汽车预燃烧室只能靠活塞的运动抽出或者压入气体，其不足之处在于：汽车发动机的换气效果不理想，残留废弃量大，超稀薄燃极限的扩展受到限制等；此外，现有技术中的发动机预燃烧室结构往往体积较小，燃油在预燃烧室内会撞击预燃烧室的内壁从而导致湿壁量大，进而，由于预燃烧室的换气不佳和湿壁量大的问题，还会造成发动机预燃烧室结构内容易积碳和胶粘，造成发动机预燃烧室结构喷嘴的堵塞，从而降低了发动机预燃烧室结构的可靠性。


技术实现要素：

4.本发明解决了现有技术中发动机预燃烧室结构中的换气不佳、湿壁量大以及可靠性低等技术问题，提供了一种发动机预燃烧室结构、发动机及其汽车。
5.鉴于以上问题，本发明实施例提供的一种发动机预燃烧室结构，包括预燃烧下壳体以及连接所述预燃烧下壳体且用于安装喷油器和火花塞的预燃烧上壳体；所述预燃烧下壳体包括第一下壳体和连接所述第一下壳体的第二下壳体；所述预燃烧下壳体内形成预燃烧室；所述第一下壳体上设有与发动机主燃烧室和所述预燃烧室均连通的喷嘴；
6.所述预燃烧室的内壁上与所述第一下壳体相对的位置设有第一导流面；所述预燃烧室的内壁上与所述第二下壳体相对的位置设有滚流面；所述导流面与所述第二下壳体上背离所述滚流面的端面之间形成导流通孔，所述导流通孔连通发动机主燃烧室和所述预燃烧室并从发动机主燃烧室朝向所述预燃烧室逐渐缩径。
7.可选地，所述发动机预燃烧室结构还包括设有多个进气通孔的垫片；所述垫片过盈连接在所述导流通孔内远离发动机主燃烧室的一端。
8.可选地，所述进气通孔的直径取值范围为0.2mm～0.4mm。
9.可选地，所述预燃烧上壳体设有用于安装所述喷油器的第一安装孔，以及用于安装所述火花塞的第二安装孔；所述第一安装孔和所述第二安装孔均与所述预燃烧室连通；所述发动机预燃烧室结构还包括用于将所述喷油器压紧在所述第一安装孔内的压紧装置。
10.可选地，所述预燃烧上壳体的相对两侧壁上设有至少两个第一切面；所述压紧装置包括压紧部和连接所述压紧部的至少两个夹持部；当所述喷油器安装在所述第一安装孔内时，所述压紧部将所述喷油器压紧在所述所述预燃烧上壳体上，且至少两个所述夹持部
夹紧所述预燃烧上壳体上的至少两个所述第一切面。
11.可选地，所述预燃烧室包括设置在所述第一下壳体上与所述导流面相对位置的的第一圆柱形腔体，以及设置在所述第二下壳体上且与所述圆柱形腔体连通的半圆柱形腔体，所述第一圆柱形腔体的轴线与所述半圆柱形腔体的轴线相互垂直。
12.可选地，所述预燃烧下壳体还包括连接在所述预燃烧上壳体和所述第一下壳体之间的中间连接体；所述预燃烧室的内壁上与所述中间连接体相对的位置设有第二导流面。
13.可选地，所述预燃烧室包括设置在所述中间连接体上且与所述第一圆柱形腔体连通的第二圆柱形腔体；所述第一圆柱形腔体的轴线与所述第二圆柱形腔体的轴线重合。
14.可选地，所述第一下壳体上设有至少两个压爪，所述中间连接体的外壁上设有至少两个第二切面；所述预燃烧下壳体通过夹紧在至少两个所述第二切面上的至少两个所述压爪连接所述中间连接体。
15.可选地，所述第一下壳体上还设有定位块；所述中间连接体上还设有与所述定位块适配的定位槽；所述中间连接体的外壁上设有第一对齐标记，所述第一下壳体的外壁上设有在所述定位块位于所述定位槽中时与所述第一对齐标记对齐的第二对齐标记。
16.可选地，所述第二下壳体与所述第一导流面对应的位置还设有连通发动机主燃烧室和所述预燃烧室的排气孔。
17.本发明一实施例还提供了一种发动机，包括发动机缸盖以及所述的发动机预燃烧室结构，所述发动机预燃烧室结构安装在所述发动机缸盖上。
18.本发明一实施例还提供了一种汽车，包括所述的发动机。
19.本发明中，主燃烧室内的气体会通过导流通孔被压缩进入预燃烧室，并在导流面和滚流面的作用下形成高速的滚流，进而喷油器向预燃烧室内喷入燃油时，喷入的燃油在滚流的作用下会均匀地分布在预燃烧室内，从而减少了喷油器喷油时的湿壁量，降低喷嘴的结焦概率，提高了该发动机预燃烧室的可靠性、耐久性以及燃油的燃烧效率，进而减少了发动机的尾气排放量；同时，在预燃烧室内高速滚流的作用下，喷油器喷出的油雾输送到火花塞附近时，即可形成可燃混合气，提高了发动机点火的稳定性，降低了发动机的燃烧循环波动；另外，高速的滚流还加速了火焰的传播速度，减少了火焰的滞留期，从而提高了发动机的热效率。此外，通过喷嘴和导流通孔的设计，使得预燃烧室燃烧的油气能够很好地引燃发动机主燃烧室内未燃的燃油，并且增强了预燃烧室与主燃烧室的换气效率，降低了与燃烧室内的残余废气量；同时，该发动机预燃烧室结构采用分体式结构设计，使得加工与优化更为方便。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
21.图1为本发明一实施例提供的发动机预燃烧室结构的结构示意图；
22.图2为本发明另一实施例提供的发动机预燃烧室结构的爆炸结构示意图；
23.图3为本发明一实施例提供的发动机预燃烧室结构的预燃烧下壳体的剖视图；
24.图4为本发明一实施例提供的发动机预燃烧室结构的预燃烧下壳体的剖视图；
25.图5为本发明一实施例提供的发动机预燃烧室结构的预燃烧下壳体的俯视图；
26.图6为本发明一实施例提供的发动机预燃烧室结构的垫片的剖视图；
27.图7为本发明一实施例提供的发动机预燃烧室结构的中间连接体的剖视图；
28.图8为本发明一实施例提供的发动机预燃烧室结构安装在发动机缸盖上的局部结构示意图；
29.图9为本发明一实施例提供的发动机预燃烧室结构安装在发动机缸盖上的局部结构示意图；
30.图10为本发明一实施例提供的发动机预燃烧室结构安装在发动机缸盖上的仿真示意图。
31.说明书中的附图标记如下：
32.1、发动机预燃烧室结构；11、预燃烧下壳体；111、第一下壳体；1111、喷嘴；1112、第一导流面；1113、第一圆柱形腔体；1114、压爪；1115、定位块；112、第二下壳体；1121、滚流面；1122、半圆柱形腔体；1123、排气孔；12、预燃烧上壳体；121、第一安装孔；122、第二安装孔；123、第一切面；13、预燃烧室；14、导流通孔；15、垫片；151、进气通孔；16、压紧装置；161、压紧部；162、夹持部；17、中间连接体；171、第二导流面；172、第二圆柱形腔体；172、第二切面；2、喷油器；3、火花塞；4、发动机主燃烧室；5、发动机缸盖；6、密封垫圈；7、发动机活塞。
具体实施方式
33.为了使本发明所解决的技术问题、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，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中部”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，仅是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，因此不能理解为本发明的限制。
35.如图1至图5所示，本发明一实施例提供的一种发动机预燃烧室结构，包括：预燃烧下壳体11以及连接(螺纹连接、卡接、焊接等)所述预燃烧下壳体11且用于安装(通过螺纹连接、卡接等方式安装)喷油器2和火花塞3的预燃烧上壳体12；所述预燃烧下壳体11包括第一下壳体111和连接所述第一下壳体111的第二下壳体112；所述预燃烧下壳体11内形成预燃烧室13；所述第一下壳体111上设有与发动机主燃烧室4和所述预燃烧室13均连通的喷嘴1111；可以理解地，当所述喷油器2和所述火花塞3均安装在所述预燃烧上壳体12上时，所述喷油器2的喷油孔和所述火花塞3的电机均要伸入所述预燃烧室13内，从而可使得所述预燃烧室13内的燃油进行燃油。作为优选，所述第一下壳体111和所述第二下壳体112为一体成型式结构。进一步地，所述喷嘴1111可以根据实际需求设置为多个(例如4个、8个、12个等)。
36.作为优选，所述喷嘴1111的直径的取值范围为0.07mm～0.2mm，例如所述喷油嘴的直径为0.07mm、0.1mm、0.2mm等。所述预燃烧室13的内壁上与所述第一下壳体111相对的位置设有第一导流面1112；所述预燃烧室13的内壁上与所述第二下壳体112相对的位置设有滚流面1121；所述第一导流面1112与所述第二下壳体112上背离所述滚流面1121的端面之间形成导流通孔14，所述导流通孔14连通发动机主燃烧室4和所述预燃烧室13并从发动机主燃烧室4朝向所述预燃烧室13逐渐缩径。可以理解地，所述导流通孔14的之间沿所述预燃烧下壳体11的下端到上端组件增大，从而有利于发动机主燃烧室4内的燃油通过所述导流
通孔14进入所述预燃烧室13；并且所述导流通孔14朝向发动机主燃烧室4的一端，进而发动机主燃烧室4内的气体会被发动机活塞7压缩进所述预燃烧室13。
37.具体地，如图8至图10所示，当该发动机预燃烧室结构1安装在汽车发动机上时，该发动机预燃烧室结构1位于发动机活塞7的上方。具体地，当发动机活塞7向上运行(即发动机处于压缩行程)时，发动机主燃烧室4内的气体会被压缩，并逐渐通过所述导流通孔14进入所述预燃烧室13，所述预燃烧室13中的气流在所述第一导流面1112和所述滚流面1121的引导下生成如图10中所示的滚流，形成滚流的气流加速了预燃烧室13内的流场运动，清洁了附着在所述预燃烧室13内壁上的杂质，并减少了所述预燃烧室13内的残余废气量。
38.当所述喷油器2向所述预燃烧室13内喷入油雾时，油雾会在所述第一导流面1112和所述滚流面1121的引导下，均匀的分布在所述预燃烧室13内，进而降低了所述预燃烧室13内油雾的撞壁量，提高了油雾与气体的混合速率。通过所述火花塞3对所述预燃烧室13内的油雾点火后，预燃烧室13内均匀混合的油雾易于保证火核的形成以及火焰的发展。且所述预燃烧室13内燃烧的火焰通过所述喷嘴1111向发动机主燃烧室4射出，从而会引起发动机主燃烧室4燃油的燃烧。
39.当发动机活塞7下行(即发动机处于做功冲程)时，由于发动机主燃烧室4和所述预燃烧室13的压差，所述预燃烧室13内燃烧的产物会从所述喷嘴1111流向发动机主燃烧室4。
40.本发明中，发动机主燃烧室4内的气体会通过所述导流通孔14被压缩进入所述预燃烧室13，并在所述第一导流面1112和所述滚流面1121的作用下形成高速的滚流，进而所述喷油器2向所述预燃烧室13内喷入油雾时，喷入的油雾在滚流的作用下会均匀地分布在所述预燃烧室13内，从而减少了油雾的湿壁量，高速的滚流还降低所述喷嘴1111的结焦概率，提高了该发动机预燃烧室13的可靠性、耐久性以及燃油的燃烧效率，进而减少了发动机的尾气排放量；同时，在所述预燃烧室13内高速滚流的作用下，所述喷油器2喷出的油雾输送到所述火花塞3附近时，即可形成可燃混合气，提高了发动机点火的稳定性，降低了发动机的燃烧循环波动；另外，高速的滚流还加速了火焰的传播速度，减少了火焰的滞留期，从而提高了发动机的热效率。此外，通过所述喷嘴1111和所述导流通孔14的设计，使得所述预燃烧室13燃烧的油气能够很好地引燃发动机主燃烧室4内未燃的燃油，并且增强了所述预燃烧室13与发动机主燃烧室4的换气效率，降低了所述预燃烧室内的残余废气量；同时，该发动机预燃烧室13结构1采用分体式结构设计，使得加工与优化更为方便。
41.在一实施例中，如图6所示，所述发动机预燃烧室结构1还包括设有多个进气通孔151的垫片15(例如所述进气垫片15上均匀加工有25个、30个、40等所述进气通孔151)；所述垫片15过盈连接在所述导流通孔14内远离发动机主燃烧室4的一端。可以理解地，所述垫片15的形状是根据所述导流通孔14的形状而设定的，只需要满足所述地点可稳固地卡接在所述导流通孔14中即可。通过所述垫片15的设计，无需将所述导流通孔14设计成多个所述通孔，进而简化了该发动机预燃烧室结构1的制造工艺，并降低了该发动机预燃烧室结构1的制造成本，提高了其使用寿命。
42.在一实施例中，如图6所示，所述进气通孔151的直径取值范围为0.2mm～0.4mm。例如所述进气通孔151的直径为0.2mm、0.3mm以及0.4mm等；可以理解地，在所述火花塞3对所述预燃烧内的油雾进行点火时，所述预燃烧室13内燃烧的火焰从所述喷嘴111射向发动机主燃烧室4，进而点燃发动机主燃烧室4内的燃油，由于进气通孔151的直径很小，火焰通过
所述进气通孔151后淬熄的概率大，即使火焰通过所述进气通孔151，火焰的速率也会降低，因此不会影响所述预燃烧室13对发动机主燃烧室4的点火作用，进而提高了该发动机预燃烧室结构1的点火的稳定性。
43.在一实施例中，如图1和图2所示，所述预燃烧上壳体12设有用于安装所述喷油器2的第一安装孔121，以及用于安装所述火花塞3的第二安装孔122；所述第一安装孔121和所述第二安装孔122均与所述预燃烧室13连通；所述发动机预燃烧室结构1还包括用于将所述喷油器2压紧在所述第一安装孔121内的压紧装置16。作为优选，所述火花塞3上设有第二外螺纹，所述第二安装孔122内设有与所述第二外螺纹适配的第二内螺纹，进而可将所述火花塞3稳定的安装在所述第二安装孔122内。进一步地，所述火花塞3优选为标准火花塞3，因为发动机标准火花塞3产品更成熟、更可靠、成本更低，也可根据实际需求与用途选用特制火花塞3(如为满足扩展稀燃极限的需求选用的各种高能性火花塞3)。而所述喷油器2优选为发动机标准缸内直喷喷油器，选用该喷油器2可控制该发动机预燃烧室结构1的成本；此外，可根据实际需求，在该发动机预燃烧室13上加装用于降低所述喷油器2喷射压力的减压装置，该减压装置可将所述喷油器2喷射的压力调整至合适的范围，进而进一步提升了该发动机预燃烧室结构1的可靠性。
44.作为优选，所述喷油器2的中心线与所述预燃烧上壳体12的中心线之间的夹角的取值范围为0度至30度(例如0度、15度、30度等)。本发明中，通过所述预燃烧上壳体12的结构以及所述压紧装置16设计，可稳固的将所述火花塞3和所述喷油器2安装在该预燃烧上壳体12中，提高了该发动机预燃烧室结构1的稳定性的同时，还便于该发动机预燃烧室结构1的安装以及拆卸。
45.在一实施例中，如图1和图2所示，所述预燃烧上壳体12的相对两侧壁上设有至少两个第一切面123；所述压紧装置16包括压紧部161和连接所述压紧部161的至少两个夹持部162；当所述喷油器2安装在所述第一安装孔121内时，所述压紧部161将所述喷油器2压紧在所述所述预燃烧上壳体12上，且至少两个所述夹持部162夹紧所述预燃烧上壳体12上的至少两个所述第一切面123。作为优选，所述预燃烧上壳体12的相对两侧壁上设有两个第一切面123，所述压紧装置16的相对两端设置有两个所述夹持部162，通过所述夹持部162与所述第一切面123的过盈配合，并通过所述压紧部161将所述喷油器2固定在所述第一安装孔121内。本发明中，所述压紧装置16的结构简单，安装和拆卸方便。
46.在一实施例中，如图3至图5所示，所述预燃烧室13包括设置在所述第一下壳体111上与所述第一导流面1112相对位置的的第一圆柱形腔体1113，以及设置在所述第二下壳体112上且与所述第一圆柱形腔体1113连通的半圆柱形腔体1122，所述第一圆柱形腔体1113的轴线与所述半圆柱形腔体1122的轴线相互垂直。可以理解地，所述第一下壳体111为具有所述第一圆柱形腔体1113的中空性结构，所述第一圆柱形腔体1113的侧面形成所述第一导流面1112；而所述第二下壳体112为具有所述半圆柱形腔体1122的中空型结构，且所述半圆柱形腔体1122的侧面形成所述滚流面1121；另外，所述第一圆柱形腔体1113和所述半圆柱型腔体形成所述预燃烧室13。本发明中，通过所述预燃烧下壳体11的结构设计，提升了所述预燃烧室13的燃烧空间，使得所述喷油器2喷入所述预燃烧室13内的油雾可以得到充分的燃烧，降低了所述喷油器2喷出的油雾造成的湿壁量，以及提升了所述预燃烧室13与发动机主燃烧室4的换气效率。
47.在一实施例中，如图1和图2所示，所述预燃烧下壳体11还包括连接在所述预燃烧上壳体12和所述第一下壳体111之间的中间连接体17；所述预燃烧室13的内壁上与所述中间连接体17相对的位置设有第二导流面171。可以理解地，所述第二导流面171的设计，进入所述预燃烧室内的气体或者油雾更容易形成滚流，进而进一步提升了该发动机预燃烧室结构1的可靠性以及减少了喷油器2喷油的湿壁量。
48.在一实施例中，如图1和图2所示，所述预燃烧室包括设置在所述中间连接体17上且与所述第一圆柱形腔体1113连通的第二圆柱形腔体172；所述第一圆柱形腔体1113的轴线与所述第二圆柱形腔体172的轴线重合。该第二圆柱形腔体172的设计，进一步增大了所述预燃烧室13的内部空间，从而使得所述喷油器2喷入油雾能均匀地分布所述预燃烧室内，进而减少了喷油器2喷油的湿壁量。
49.作为优选，所述中间连接体17远离所述第一下壳体111的一端设有第三内螺纹，所述预燃烧上壳体12远离所述压紧装置16的一端设有第三外螺纹，通过第三外螺纹和所述第三内螺纹的连接，所述中间连接体17安装在所述预燃烧上壳体12上。通过所述第三外螺纹和所述第三内螺纹的设计，可将所述预燃烧上壳体12与所述中间连接体17紧密连接，且该结构简单，成本低。
50.在一实施例中，如图1至图5所示，所述第一下壳体111上设有至少两个压爪1114，所述中间连接体17外壁上设有至少两个第二切面172(例如所述压爪1114设置有2个、4个、8个等)；所述预燃烧下壳体11通过夹紧在至少两个所述第二切面172(例如所述第二切面172设置有2个、4个、8个等)上的至少两个所述压爪1114连接所述中间连接体17。可以理解地，通过多个所述压爪1114与多个所述第二切面172的过盈配合，可实现所述预燃烧下壳体11与所述中间连接体17的紧密连接，且该结构简单、易于装配、制造价格较低。
51.作为优选，如图1所述所述预燃烧上壳体12与所述中间连接体17之间，以及所述中间连接体17与所述第一下壳体111之间均设有密封垫圈6。所述密封垫圈6的设计，进一步坚强了该发动机预燃烧室结构1的密封性以及可靠性。
52.在一实施例中，如图3至图4所示，所述第一下壳体111上还设有定位块1115；所述中间连接体17上还设有与所述定位块1115适配的定位槽(图未示)。作为优选，所述定位块1115设置在一个所述压装的内壁上，该结构简单，降低了该发动机预燃烧室结构1的制造成本。可以理解地，由于所述预燃烧下壳体11不是轴对称结构，通过所述定位块1115和所述定位槽的设计，可使得所述预燃烧下壳体11与所述中间连接的精准连接，进而提高了该发动机预燃烧室结构1的可靠性。
53.所述中间连接体17的外壁上设有第一对齐标记(图未示)，所述第一下壳体的外壁上设有在所述定位块1115位于所述定位槽中时与所述第一对齐标记对齐的第二对齐标记(图未示)。可以理解地，通过所述第一对齐标记和所述第二对齐标记的对齐关系，可将所述预燃烧下壳体11精准的与所述中间连接体17连接；故所述第一标记线和所述第二标记线的设计，进一步提升了该发动机预燃烧室结构1的可靠性。
54.在一实施例中，如图4所示，所述第二下壳体112与所述第一导流面1112对应的位置还设有连通所述发动机主燃烧室4和所述预燃烧室13的排气孔1123。可以理解地，所述排气孔1123设置在所述第二下壳体112的底部，所述排气孔1123的设置，有利于所述预燃烧室13内残余废气的排出，进而提升了所述预燃烧室13内的清洁度，以及降低了所述喷嘴1111
被残余废渣封堵的概率。
55.作为优选，所述预燃烧上壳体12、所述预燃烧下壳体11以及所述中间连接体17的材料优选为氮化硅或耐热钢，因其在高温下依然具有很高的强度，以及该材料能抵抗冷热冲击、成本低；所述密封垫优选为铜，其成本低，弹性模量适中。
56.如图8所示，本发明一实施例还提高了一种发动机，其特征在于，包括发动机缸盖5以及所述的发动机预燃烧室结构1，所述发动机预燃烧室结构1安装在所述发动机缸盖上。作为优选，所述发动机缸盖5上设有与所述发动机主燃烧室4连通的用于安装发动机预燃烧室结构1的第三安装孔；所述第一下壳体111上设有第一外螺纹，所述第三安装孔内设有与所述第一外螺纹适配的第一外螺纹。可以理解地，通过所述第一内螺纹和所述第一外螺纹的螺纹连接，该发动机预燃烧室结构1可紧密的安装进所述发动机缸盖5的所述第三安装孔内。本发明中，所述预燃烧室13和发动机主燃烧室4可实现快速换气，进而提高了发动机的可靠性。
57.本发明一实施例还提供了一种汽车，包括所述的发动机。
58.以上仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。