[发明专利]一种改善燃烧和降低热负荷的预燃室装置及发动机

说明书

本发明涉及一种改善燃烧和降低热负荷的预燃室装置及发动机，包括缸盖、进气门、进气门导管、进气管、预燃室本体、气体连接管及加热器，预燃室本体的内部形成预燃室内腔，缸盖上设置有进气道、缸盖引气通道及缸盖气体通道，进气道的外端与进气管连通，气体连接管连接在进气管与缸盖引气通道的入口之间，加热器连接在气体连接管中部，预燃室本体上设有连通缸盖气体通道的出口与预燃室内腔的预燃室扫气通道，预燃室本体上还设有上端与预燃室扫气通道的中部连通，下端与发动机的主燃室连通的预燃室冷却通道。本发明的改善燃烧和降低热负荷的预燃室装置既可以提高发动机的主燃室的燃烧稳定性也可以降低预燃室本体的热负荷。

技术领域

本发明属于汽车发动机技术领域，尤其涉及一种改善燃烧和降低热负荷的预燃室装置及发动机。

背景技术

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。

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。

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。当汽车发动机处在极低温度环境下，预燃室本体壁面以及预燃室内部的气体温度较低，并且若处在低负荷工况下预燃室内的气体流动较弱，这将导致预燃室内的点火过程非常不稳定，从而使得发动机燃烧稳定性差，甚至出现难以启动的问题。现有技术中某些带预燃室的汽车发动机为了解决低温低负荷工况下发动机启动困难和主燃室燃烧不稳定的问题，除在预燃室本体上安装有预燃室第一火花塞之外，还在缸盖上安装有第二火花塞，并且使第二火花塞在低温环境和低负荷工况下工作。此种带多个火花塞的预燃室发动机虽然在一定程度能解决低温低负荷工况下发动机启动困难和主燃室燃烧不稳定的问题，但是需要使用多个火花塞，增加了整个发动机预燃室的成本以及布置和标定的复杂性，而且不能同时有效解决预燃室内残余废气系数高的问题，同样会使发动机存在低负荷下燃烧稳定性较差的问题。另外，此种带多个火花塞的预燃室发动机在低温低负荷工况使用位于缸盖上的第二火花塞点火，其与传统发动机的工作方式没有本质意义上的差别，背离了预燃室射流点火技术的初衷，并不能够充分发挥预燃室提高发动机热效率的优势。

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。

发明内容

本发明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及低温环境下预燃室点火不稳定导致主燃室的燃烧稳定性较差和预燃室喷射孔附近的预燃室本体热负荷过高的问题，提供一种改善燃烧和降低热负荷的预燃室装置及发动机。