預燃室底部部分、預燃室、氣缸裝置以及相關方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及預燃室底部部分、預燃室、氣缸裝置、用于混合氣體和空氣并且點燃預燃室中的所述氣體-空氣混合物的方法以及用于更換預燃室的方法。
【背景技術】
[0002]預燃室尤其用于所謂的稀薄燃燒發(fā)動機，在稀薄燃燒發(fā)動機中需要強大的點火源。在這種情況下，使用預燃室來提供用于點燃主燃燒室中的稀薄氣體混合物的高能量。在預燃室中，通過噴射適當的燃料(所述燃料在過量空氣中反應并且在超過特定壓力和溫度條件下進行自燃)或者通過電熱塞或火花塞與通過在預燃室中直接添加正確量的氣體而可得到的本地理想配比的空氣-氣體混合物的結合，可點燃來自主燃燒室的稀薄基本空氣-氣體混合物。預燃室的形狀取決于實際點火方法。帶或不帶電熱塞的引燃燃料點火可提供比傳統(tǒng)火花預燃室點火系統(tǒng)高的點火能量。這要求通常將引入預燃室的基本空氣-氣體燃料混合物與待噴射引燃燃料的混合物快速且可重復的混合。盡管多種預燃室布置是已知的，但它們不能夠同時滿足上述要求。
[0003]US 5，293，851公開了一種包括預燃室的氣體發(fā)動機的燃燒系統(tǒng)。預燃室通過簡單的管道連接到主燃燒室。管道沒有在流動方面進行優(yōu)化并且包括通向預燃室的陡邊，這造成壽命短并導致正供應到氣缸中的氣體-空氣混合物的分布差，尤其是在諸如輪船發(fā)動機的大型發(fā)動機的情況下。
[0004]在DE 197 03 309中，公開了由兩個部分制成的預燃室。預燃室是對稱構成的，使得經過管道的流動將導致比有限的滾流運動更多的渦流。
[0005]W0 2009/109694公開了用于奧拓循環(huán)的預燃室布置，該預燃室布置包括用于將被點燃的氣體-空氣混合物對稱分布在氣缸燃燒室中的數個開口。這種預燃室往往會由于使開口之間的小金屬橋受損的高溫而頻繁更換包括開口的部件。

【發(fā)明內容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的是避免現(xiàn)有技術的缺陷并且形成預燃室底部部分、預燃室、氣缸裝置、用于混合氣體和空氣并且點燃氣體-空氣混合物的方法以及用于更換預燃室底部部分的方法，所述預燃室底部部分具有進入主燃燒室中的氣體-空氣混合物的優(yōu)化入口和優(yōu)化壽命。
[0007]該目的是通過用于內燃機的氣缸的預燃室的預燃室底部部分來實現(xiàn)的，該預燃室底部部分包括具有豎直軸的點火室下部，用于點燃氣體-空氣混合物。預燃室底部部分包括管道，用于將點火室下部與氣缸的主燃燒室連接。管道包括至少一個管道縱軸，并且通向點火室下部的管道的進口被形成為使得豎直軸相對于管道縱軸具有傾斜角。進口被偏心布置以使得在點火室中能形成滾流運動。管道包括至少一個出口(優(yōu)選地，確切地說是一個出口)，出口被布置成使得氣體-空氣混合物束能形成為相對于豎直軸不對稱地分布。進口處的邊緣被設計為圓滑邊緣。
[0008]這種預燃室底部部分造成氣體和空氣的優(yōu)化分布，因此，造成預燃室中和氣缸的主燃燒室中的優(yōu)化點火。此外，預燃室底部部分的壽命延長。
[0009]管道縱軸可被布置成相對于豎直軸成大致0.1°至80°的角度，優(yōu)選地相對于豎直軸成10°至45°的角度，最優(yōu)選地相對于所述豎直軸成16°至30°的角度。
[0010]這種管道造成點火室中的氣體-空氣混合物的最佳不對稱分布和優(yōu)化滾流運動。
[0011]被點燃的氣體-空氣混合物束可從所述出口被引入所述主燃燒室，僅僅在徑向環(huán)繞所述豎直軸最大成180°且與豎直軸軸向成90°的球心角體內。
[0012]這種設計能夠使主燃燒室中的被點燃的氣體-空氣混合物的分布優(yōu)化。
[0013]所述管道可包括相對于管道縱軸傾斜的管道區(qū)段。
[0014]這種設計能夠形成具有管道的流動優(yōu)化管道進口和出口的預燃室，這樣能夠使得被點燃的氣體-空氣混合物的分布不對稱。但是，得到通道內的優(yōu)化流動。
[0015]所述管道的橫截面和/或所述管道區(qū)段的橫截面可從所述進口向著所述出口漸縮。
[0016]漸縮的橫截面造成穿過管道的流動速率增大，從而將氣體-空氣混合物更遠地引入主燃燒室中。這造成更均勻的燃燒和更穩(wěn)定的過程。
[0017]所述管道區(qū)段相對于所述豎直軸的傾斜角可以在從0.2°至90°的范圍內、優(yōu)選地在從20°至70°的范圍內、更優(yōu)選地在從45°至55°的范圍內。
[0018]通常，管道區(qū)段相對于豎直軸的傾斜角和管道縱軸相對于豎直軸的傾斜角不被優(yōu)選地選擇，使得它們彼此的作用不復存在。因此，管道區(qū)段的傾斜角被優(yōu)選地選定為大于管道的傾斜角。管道區(qū)段的傾斜角造成可能將預燃室設置在氣缸中部外側并且還將氣體/空氣混合物供給到燃燒室中部內和/或供給到燃燒室內的氣體-空氣流的漩渦中。使用兩個不同的傾斜角造成預燃室底部部分的尺寸減小并且更容易制造預燃室底部部分。
[0019]可在管道和管道區(qū)段之間布置球形橫截面加寬部分。
[0020]管道和管道區(qū)段之間的球形橫截面加寬部分造成可能鉆出具有兩個不同鉆孔方向的管道和管道區(qū)段。這造成制造成本較低并且部件更精確。
[0021]所述管道可按彎曲方式設計，優(yōu)選地，所述管道的曲率半徑在與所述豎直軸垂直的所述點火室的最大橫截面的1.5倍至2倍的范圍內。
[0022]這種管道在流動方面被優(yōu)化并且造成最佳的流動速率。
[0023]優(yōu)選地，預燃室底部部分通過鑄造或精密鑄造制成。
[0024]鑄造的預燃室底部部分被更容易地制造，因此更具成本效益。此外，預燃室底部部分的設計受到更少的限制。
[0025]根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于點燃內燃機中的氣體/空氣混合物的預燃室，該預燃室包括預燃室頂部部分和如之前描述的預燃室底部部分。這種預燃室造成燃料氣體與噴射的引燃燃料被有效循環(huán)且快速混合。混合物的滾流運動造成預燃室以及主燃燒室二者中的可重復和強力的燃燒。另外，預燃室可布置在與燃燒室的中間豎直軸相距一定距離的位置，由此造成更容易構造整個氣缸裝置。
[0026]預燃室可包括延伸到點火室中的點火裝置，所述點火裝置用于點燃氣體-空氣混合物，優(yōu)選地，所述點火裝置是火花塞或電熱塞。
[0027]點火室是由預燃室底部部分的點火室下部和預燃室頂部部分構成的。
[0028]點火室造成預燃室中的氣體-空氣混合物被點燃，從而造成在燃燒穩(wěn)定性增加的情況下進行高效燃燒。
[0029]預燃室可包括燃料供給管，通過燃料供給管能將燃料供給到預燃室中。
[0030]在使用自燃的情況下，燃料供給管是點火裝置的替代方式。
[0031]點火室的容積與所有出口的橫截面之和或出口的橫截面之間的關系在200mm和1000mm之間的范圍內。
[0032]容積的這種關系造成進入氣缸裝置的燃燒室中的氣體-空氣混合物的流動和流速被優(yōu)化。
[0033]點火室的容積對應于除了管道的容積之外的預燃室的容積。
[0034]所述預燃室頂部部分相對于所述豎直軸不對稱地設計，優(yōu)選地通過與所述豎直軸相距一定距離布置的開口而不對稱地設計。
[0035]因此，預燃室頂部部分的內壁具有不對稱形狀，使得所述內壁相對于縱軸略微改變。優(yōu)選地，進口側的點火室的赤道區(qū)域處的內壁包括比該點相對的壁更小的曲率半徑。
[0036]這種設計在流動方面被優(yōu)化并且造成燃燒優(yōu)化。
[0037]根據本發(fā)明的另一方面，提供一種氣缸裝置，該氣缸裝置包括如之前描述的預燃室。
[0038]這種氣缸裝置造成更有效且穩(wěn)定的燃燒并且可用于兩沖程或四沖程的發(fā)動機。
[0039]氣缸裝置可包括兩個預燃室。優(yōu)選地，這兩個預燃室可被布置在氣缸蓋中。
[0040]使用兩個預燃室造成主燃燒室中的氣體-空氣混合物的分布被優(yōu)化，尤其是在諸如用于輪船的燃燒發(fā)動機中的大型燃燒室的情況下。
[0041]氣缸蓋中的布置造成在更換預燃室或預燃室底部部分的情況下能容易接近。
[0042]預燃室可偏心布置，優(yōu)選地接近氣缸套的內徑、優(yōu)選地接近氣缸蓋中的氣缸套的內徑。
[0043]根據本發(fā)明的接近氣缸套的內徑包括相比于氣缸裝置的中間更靠近氣缸套的內徑布置每個預燃室。
[0044]這種布置允許燃燒室中的氣體-空氣混合物的分布被優(yōu)化，從而造成燃燒更高效。
[0045]此外，甚至三個或四個預燃室可以偏心布置，接近邊緣，優(yōu)選地，均勻地分布于氣缸蓋的邊緣。
[0046]這種設計允許被點燃的氣體-空氣混合物甚至更均勻地分布。
[0047]根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于在如之前所述的氣缸裝置的預燃室中混合氣體和空氣并且點燃混合物的方法。氣體與空氣被混合以形成氣體-空氣混合物并接著被供給到所述預燃室中。所述氣體-空氣混合物接著被點燃，其中，在所述預燃室中形成滾流運動，并且被點燃的所述氣體-空氣混合物通過管道被供給到所述主燃