多室點火器的制造方法
【專利說明】多室點火器
[0001 ]優(yōu)先權(quán)要求
本申請要求2013年6月10日提交的美國專利申請?zhí)?3/913,840的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中。
【背景技術(shù)】
[0002]使用氣體燃料(諸如天然氣)的發(fā)動機通常被供應(yīng)以貧燃料混合物，其是包含過量空氣的空氣和燃料的混合物，除了該過量空氣之外，該混合物具有理想的燃燒配比。貧燃料混合物通常導(dǎo)致不良的燃燒，諸如不能起動、不充分燃燒和低燃料經(jīng)濟性。改進燃燒的努力的結(jié)果是引爆或使用會導(dǎo)致火花塞壽命短的高能量火花?？蓪?dǎo)致這類事件的一個因素是常規(guī)火花塞有效且持續(xù)地點燃運轉(zhuǎn)的發(fā)動機汽缸中的貧燃料混合物的能力不足。
【附圖說明】
[0003]圖1是包括前室中的預(yù)燃室點火塞的內(nèi)燃機的一部分的側(cè)面剖視圖；
圖2是示例性預(yù)燃室火花塞的一部分的半個側(cè)面剖視圖；
圖3A和3B是示例性預(yù)燃室點火塞和前室的一部分的半個側(cè)面剖視圖，示出在點火之前和之后流進入和離開預(yù)燃室和前室；
圖4A-G是點火塞和前室的其他示例的半個側(cè)面剖視圖，其中，圖4B示出無端帽，圖4E示出延伸到前室中的點火器的點火體，并且圖4H是有槽圓盤端帽的立體圖；以及圖5是示例性塞支架的一部分的外部立體圖，示出多個開口；
圖6是對于示例性的M18尺寸點火塞主燃燒室和點火塞中的平均壓力與曲柄角的圖表。
[0004]在不同附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
【具體實施方式】
[0005]本文的構(gòu)思涉及利用前室對發(fā)動機燃燒室中的空氣/燃料混合物進行點火。
[0006]圖1示出示例性內(nèi)燃機100的一部分的剖視圖。示例性內(nèi)燃機100是往復(fù)式發(fā)動機并包括缸蓋102、缸體122和活塞104。活塞104位于缸體122內(nèi)的汽缸內(nèi)。在發(fā)動機操作期間，活塞104能夠在汽缸內(nèi)往復(fù)運動。燃燒室106是位于汽缸內(nèi)缸蓋102和活塞104之間的空間，并且受缸體122限制。
[0007]示例性內(nèi)燃機100包括具有進入閥110的進入通道108和具有排放閥114的排放通道112。通道108、112在缸蓋102中與燃燒室106相鄰，并且閥110、114形成燃燒室106的壁的一部分。在發(fā)動機操作期間，進入閥110打開，以使一定量新鮮的空氣/燃料混合物從進入通道108流入燃燒室106。在其他示例中，進入閥110僅容許空氣進入，并且燃燒室內(nèi)的燃料噴射器容許燃料進入，以在燃燒室106中形成空氣/燃料混合物。在燃燒之后，排放閥114打開，以燃燒剩余物排出燃燒室106并進入排出通道112。雖然在此參照往復(fù)式內(nèi)燃機描述了本文的構(gòu)思，但所述構(gòu)思可應(yīng)用于其他內(nèi)燃機配置。
[0008]示例性內(nèi)燃機100包括容納點火塞124的示例性點火塞支架116。點火塞支架116是位于缸蓋102中的管狀殼，并且螺紋耦接和/或以其他方式耦接到缸蓋102。在一些示例中，點火塞支架116可延伸到燃燒室106中，與燃燒室106的壁齊平，或相對于燃燒室106的壁凹陷。示例性點火塞124被容納在示例性點火塞支架116內(nèi)，并且螺紋耦接和/或以其他方式耦接到支架。因此，支架116限定圍繞點火塞124的外部包圍結(jié)構(gòu)。
[0009]前室120是在支架116內(nèi)與燃燒室106相鄰但分開的外室。在一些示例中，前室120可形成在缸蓋102本身中，并且可省略支架116。前室120還與點火塞124的內(nèi)部相鄰但分開。在其他示例中，前室120可與點火塞124集成在一起(例如，在同一或聯(lián)合的殼或包圍結(jié)構(gòu)中)，而非位于單獨的支架中。前室120被示出具有關(guān)于支架116和點火塞124的中心線對稱的形狀，但在其他示例中，它可以是不對稱形狀。前室120被示出具有比點火塞124和殼體的最大橫向內(nèi)部尺寸大的最大橫向內(nèi)部尺寸(例如，直徑)。前室120還具有比點火塞124的流體容納空間大的內(nèi)部空間。在某些示例中，前室120的體積可以是點火塞124的流體容納空間的體積的10、20、甚至30倍。
[0010]示例性點火塞支架116包括開口 118。開口 118包括終止于支架116的外部處并標(biāo)稱位于燃燒室106內(nèi)的外端。開口 118的內(nèi)端匯聚到朝向前室120開口的中心通道126。開口 118可以是一個或多個，并且可以按從中心通道126發(fā)散的對稱或不對稱圖案位于支架116上。開口 118容許進料、火焰和剩余物在前室120和燃燒室106之間流動。如下文更詳細地論述的，在點燃前室120中的空氣/燃料混合物之后，開口 118和中心通道126用作噴射通道，以將燃燒的空氣/燃料混合物從前室噴射到發(fā)散火焰噴射器中，該噴射器深入燃燒室106并點燃燃燒室106中的進料。開口 118和中心通道126還將新鮮空氣/燃料混合物從燃燒室106噴射到點火塞124中。中心通道126沿主要導(dǎo)向點火塞124的前室120的中心將流噴射成合并的流。
[0011]點火塞124是被配置為產(chǎn)生火焰核心以點燃燃燒室中的進料的裝置，諸如火花塞、熱表面點火器、激光點火器和/或其他類型的點火器。圖1的點火塞124是“預(yù)燃室”型點火塞，它包括限定包圍火焰核心產(chǎn)生的位置的內(nèi)室的包圍結(jié)構(gòu)。此包圍結(jié)構(gòu)本身被包圍在前室120內(nèi)，并因此是內(nèi)部包圍結(jié)構(gòu)。但是，點火塞124可以是其他配置，包括端部開放式點火塞。此外，火花表面可凹陷在點火塞腔內(nèi)，該點火塞腔具有或不具有限流端帽或延伸到前室120 中。
[0012]圖2圖示可被用作點火塞124的示例性點火塞200的剖視圖?？墒褂闷渌渲玫狞c火塞。
[0013]示例性點火塞200是細長的并以縱向中心軸線206為中心。在示例性點火塞200中，中心點火體208沿縱向軸線206延伸并且從塞體或基底212進一步延伸。在示例性點火塞200中，第二點火體210是管狀的并位于殼體214內(nèi)。在點火塞是火花塞的示例中，基底212是絕緣體，并且中心點火體208和第二點火體210是在主體之間的最窄位置處形成火花隙(S卩，開始點火的點火隙)的兩個電極。在點火塞是加熱表面點火器的示例中，中心點火體208和第二點火體210中的一個或兩者是用于在主體之間的間隙中產(chǎn)生火焰核心的加熱表面。
[0014]管狀點火體210圍繞中心點火體208并且具有沿軸向向前延伸超過中心點火體208的端部的管狀部分。此管狀部分形成速度控制管224。速度控制管224是管狀結(jié)構(gòu)，在圖2中被示出延伸超過中心點火體208的端部。速度控制管224被配置為將流聚集和引導(dǎo)至中心點火體208和管狀點火體210之間的火焰核心啟動間隙(例如，火花隙)中。速度控制管224和管狀點火體210可以是圓柱形的、多邊形的或其他形狀的。中心點火體208類似地具有圓柱形形狀、多邊形形狀或其他形狀。點火體還可具有沿它們的軸向長度可變的形狀。管狀點火體210和中心點火體208可以是也可以不是相同或相對應(yīng)的形狀。此外，雖然速度控制管224和管狀點火體210都被示出是連續(xù)無間斷的，但它們不必是沒有中斷的。在某些示例中，管狀點火體210可由圍繞中心點火體208匯聚但不接觸且形成大體管狀形狀的多個接地電極形成。點火體的其他布置(即，除了圍繞中心點火體的管狀點火體之外)在本文構(gòu)思的范圍內(nèi)，包括具有J形點火體的標(biāo)準(zhǔn)J-Gap點火塞。此外，點火體(無論是管狀、J形還是其他形狀的)可設(shè)置有或不設(shè)置速度控制管224。
[0015]塞200包括是包圍結(jié)構(gòu)的一部分的殼體214。殼體214限定塞200的預(yù)燃室，預(yù)燃室是包括火焰核心啟動間隙前面的前區(qū)218和火焰核心啟動間隙后面的后區(qū)216的流體包含空間。殼體214附接到基底212并承載端帽204或噴嘴，但是如下所述，也可以在沒有端帽204的情況下起作用。端帽204構(gòu)成包圍結(jié)構(gòu)的另一部分和點火塞200的前區(qū)218的前端。在某些示例中，端帽204可集成到殼體214中(形成為單個構(gòu)件)，這與如圖所示地作為附接到殼體214上的分離構(gòu)件相反。殼體214和端帽204限定凸錐形狀，其突起到前室120中，以促進前室120內(nèi)的再循環(huán)(下面描述)。在其他示例中，端帽204可以是平坦的，具有穹頂形狀或具有另一種形狀。端帽204具有中心開口 222和多個外周開口 202。中心開口 222被配置為將進入流引導(dǎo)至前