预燃室的制作方法

1.本发明涉及内燃机技术领域，特别涉及一种预燃室。


背景技术：

2.预燃室点火能量高出普通火花塞点火几个数量级，且高速射流首先引燃燃烧室边缘的末端混合气，降低了爆震倾向，对于提高点燃式发动机热效率具有明显作用。
3.然而，预燃室和主燃烧室存在双向的气体流动，高温气体对预燃室内外部的热传递系数高，加上预燃室面容比高，为了保证预燃室的工作温度在限值之内，必须采用有效冷却措施，而冷却措施造成预燃室的传热损失增加。
4.因此，如何降低预燃室的传热损失，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种预燃室，以降低预燃室的传热损失。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种预燃室，包括预燃室体和位于主燃烧室的头部，预燃室体的内壁以及头部的内壁涂有第一隔热涂层，头部的外壁涂有第二隔热涂层；预燃室体的内部至预燃室体所对应的第一隔热涂层形成第一内传热路径，预燃室体的内部至头部内壁所对应的第一隔热涂层形成第二内传热路径；头部的外部至第二隔热涂层形成外传热路径；预燃室体的壳壁形成第一散热路径，头部的壳壁至预燃室体的壳壁形成第二散热路径。
7.在本发明的预燃室中，由预燃室体至头部的方向，第一隔热涂层的厚度逐渐变厚。
8.在本发明的预燃室中，由预燃室体至头部的方向，第一隔热涂层包括第一隔热涂层段和第二隔热涂层段，第二隔热涂层段的厚度大于第一隔热涂层段的厚度。
9.在本发明的预燃室中，第二隔热涂层段位于头部的内壁。
10.在本发明的预燃室中，第二隔热涂层的厚度相等。
11.在本发明的预燃室中，第一隔热涂层和/或第二隔热涂层为无机非金属涂层。
12.在本发明的预燃室中，无机非金属涂层为陶瓷或金属盐的氧化物加工而成，耐热温度在600℃以上。
13.在本发明的预燃室中，金属盐的氧化物为三氧化硅、氧化铝或氧化锆。
14.在本发明的预燃室中，预燃室体和头部采用导热率为-30w/mk~-50w/mk的材质加工而成。
15.在本发明的预燃室中，预燃室体和头部采用导热率为-40w/mk的材质加工而成。
16.由上述技术方案可以看出，本发明的预燃室中在预燃室体内壁和头部的内壁涂有第一隔热涂层，该第一隔热涂层可隔绝第一内传热路径和第二内传热路径传递给预燃室体的壳壁和头部的壳壁的热量；头部的外壁涂有第二隔热涂层，第二隔热涂层可隔绝外传热路径传递给预燃室体的壳壁和头部的壳壁的热量，从而降低了传热损失。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例或实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本发明应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
18.图1为本发明实施例所提供的一种预燃室的剖视示意图；图2为本发明实施例所提供的另一种预燃室的剖视示意图；图3为本发明实施例所提供的第三种预燃室的剖视示意图；图4为本发明实施例所提供的预燃室气侧温度仿真示意图；图5为本发明实施例所提供的预燃室热传递系数仿真示意图；图6a为本发明对比例所提供的预燃室采用低导热率材质时的温度分布仿真示意图；图6b为本发明对比例所提供的预燃室采用高导热率材质时的温度分布仿真示意图；图6c为本发明实施例所提供的预燃室采用低导热率材质时的温度分布仿真示意图；其中，101为预燃室体、102为头部、103为第一隔热涂层、104为第二隔热涂层、1031为第一隔热涂层段、1032为第二隔热涂层段、a为第一内传热路径、b为第二内传热路径、c为外传热路径、d为第一散热路径、e为第二散热路径。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明提供了一种预燃室，以降低预燃室的传热损失。以下结合几个实施例具体介绍。
21.参阅图1，本发明实施例所提供的预燃室，包括预燃室体101和位于主燃烧室的头部102，预燃室体101的内壁以及头部102的内壁涂有第一隔热涂层103，头部102的外壁涂有第二隔热涂层104；预燃室体101的内部至预燃室体101所对应的第一隔热涂层103形成第一内传热路径a，预燃室的内部至头部102内壁所对应的第一隔热涂层103形成第二内传热路径b；头部102的外部至第二隔热涂层104形成外传热路径c；预燃室体101的壳壁形成第一散热路径d，头部102的壳壁至预燃室体101的壳壁形成第二散热路径e。
22.本发明的预燃室中在预燃室体101内壁和头部102的内壁涂有第一隔热涂层103，该第一隔热涂层103可隔绝第一内传热路径a和第二内传热路径b传递给预燃室体101的壳壁和头部102的壳壁的热量；头部102的外壁涂有第二隔热涂层104，第二隔热涂层104可隔绝外传热路径c传递给预燃室体101的壳壁和头部102的壳壁的热量，从而降低了传热损失。
23.参阅图2，本发明的一些实施例中，由预燃室体101至头部102的方向f，第一隔热涂层103的厚度逐渐变厚。由于预燃室体101内部燃烧火焰传播的方向由预燃室体101至头部102的方向，因此，在靠近头部102的部位温度逐渐变高，为此，第一隔热涂层103的厚度逐渐变厚，能够提高预燃室内部隔热性能，即降低了预燃室内部的传热损失。
24.参阅图3，在本发明的预燃室中，由预燃室体101至头部102的方向f，第一隔热涂层103包括第一隔热涂层段1031和第二隔热涂层段1032，第二隔热涂层段1032的厚度大于第一隔热涂层段1031的厚度。由于预燃室体101内部燃烧火焰传播的方向由预燃室体101至头部102的方向，因此，在靠近头部102的部位温度逐渐变高，为此，第二隔热涂层段1032的厚度大于第一隔热涂层段1031的厚度，能够提高预燃室内部隔热性能，即降低了预燃室内部的传热损失。
25.进一步的，第二隔热涂层段1032位于头部102的内壁，即重点部位重点加厚。
26.以上各实施例中，第二隔热涂层104的厚度相等，还可不等，较优的，第二隔热涂层104的厚度相等。
27.第一隔热涂层103和/或第二隔热涂层104为无机非金属涂层。其中，无机非金属涂层为陶瓷或金属盐的氧化物加工而成，耐热温度在600℃以上。进一步的，金属盐的氧化物为三氧化硅、氧化铝或氧化锆。
28.在本发明的预燃室中，预燃室体101和头部102采用导热率为-30w/mk~-50w/mk的材质加工而成。
29.在本发明的预燃室中，预燃室体101和头部102采用导热率为-40w/mk的材质加工而成。
30.发明人经过研究发现，预燃室热传递系数和高温气侧温度分布的特点密切相关，如图4和图5所示，从仿真结果可以看到，预燃室的头部102的热传递系数和气侧温度最高，尽管头部102的总面积较预燃室体101略小，但其对传热损失的贡献明显高于预燃室体101。
31.进一步的，本发明采用了预燃室体101内壁的第一隔热涂层103不等厚度设计，即预燃室上部采用薄涂层，逐渐过渡到预燃室的头部102的较厚涂层；预燃室的头部102内外的热传递系数和气侧温度近似，因此，对于头部102采用了内外等厚度涂层设计。
32.第一隔热涂层103的隔热效果受厚度影响，第一隔热涂层103厚度越厚其隔热效果越好，但是，第一隔热涂层103厚度过大时，第一隔热涂层103在燃烧压力的冲击以及热负荷影响下易开裂，从而影响隔热效果。对于预燃室的头部102的高隔热要求，本发明在头部102的外壁涂有第二隔热涂层104，分别针对两个热源，有效降低了预燃室内部和外部热源对其的传热，并且将隔热量在双层涂层之间进行分配，降低了单一涂层的厚度。
33.具体的，由于内部和外部涂层隔绝的热源均为燃烧气体，且燃烧气体的温度相近，所以内部涂层和外部涂层可以选择相近的材料和喷涂工艺，例如，第一隔热涂层103和/或第二隔热涂层104为无机非金属涂层。无机非金属可以为陶瓷、金属盐的氧化物等，耐热温度在600℃以上。
34.导热率是预燃室材料的一个重要参数，采用低导热率材质时预燃室的头部102温度很高，且温度梯度大，存在热点点火或头部102烧蚀的风险，如图6a所示；采用高导热率材质明显降低了头部102温度，但是传热损失增加，如图6b所示；采用内外双层隔热涂层 低导热率材质能够保证较低的预燃室的头部102温度，兼顾了材料成本和传热损失，如图6c所
示。其中，高导热率材质的导热率大于-385w/mk，低导热率材质的导热率小于-40w/mk。
35.需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.应当理解，本发明中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。
37.如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
39.本发明中使用了流程图用来说明根据本发明的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
40.以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。