内燃机的汽缸盖

技术领域

本发明涉及一种内燃机的汽缸盖，特别是燃气发动机的汽缸盖，包括至少一个火花塞，该火花塞具有至少一个用于形成点火火花的接地电极和预燃室部件，该预燃室部件容纳该火花塞并形成预燃室，燃料通道通向该预燃室部件，该燃料通道的出口处的燃料流动轴线定向在接地电极的方向上，因此基本上整个燃料流流向接地电极。

此外，本发明涉及一种制造这种汽缸盖的方法和带有该汽缸盖的内燃机。

背景技术

内燃机以及因此的汽缸盖通常是液体冷却的。

带有预燃室的火花塞是已知的，例如，从EP 2 894 313 A1已知用于燃气四冲程发动机(Otto engines)。在围绕火花塞的套筒中设置有燃料阀。该套筒包含孔，该孔从燃料阀延伸到预燃室。此孔与火花塞的轴线成角度布置。在此火花塞中，为了更好地混合，在火花塞和燃料阀与预燃室之间提供了引导元件。内燃机的燃烧室经由传输端口与预燃室流动连接。在这种特定的布置中，在预燃室和传输端口之间设置有立管。这种布置的缺点是，一方面，必须设置附加的引导元件以确保良好的混合。此外，燃料流的分配导致了不理想的流动条件。

由于导电元件对燃料的分配，流量更难预测。因此，当产生点火火花时，可点燃的混合物会远离接地电极，导致延迟点火、爆震、不均匀燃烧等等现象。这种影响因磨损现象而进一步加剧。

发明内容

本发明的目的是改善点火。

这一目的通过上述汽缸盖得到了解决，其中火花塞的旋转轴线从预燃室的轴线偏移，其中偏移量为预燃室最大直径的0％至15％之间。

这里的流动轴线是指将燃料通道的直径中心彼此连接的线。流动轴线的方向忽略了由于燃料阀或燃料通道下游的流动而产生的任何意外的流动效果，大约对应于流动通道中心处的未受干扰的流动方向。

鉴于汽车工业中普遍希望减少部件的尺寸，如果燃料通道的流动轴线在至少一个方向上是弯曲的，那是有利的。这种曲率可以减少燃料阀相对于预燃室轴线的倾斜度，而不必处理破坏流(distruptive flow)效应。

通过以这种方式减少倾斜度，可以减少围绕预燃室轴线的径向尺寸。减少的尺寸可以最小化重量，这反过来又导致了燃料需求的减少，这则又对环境保护有利。车辆中的包装问题也因尺寸减小而简化。此外，该曲率可以引起翻滚或漩涡，这对预燃室中的混合有积极影响。

流向接地电极的有针对性的流，使得可点燃的混合物可以更快地输送到点火火花附近。这使得预燃室的点火更快、更可控。燃烧更加均匀，预燃室中的爆震倾向也会减少。

进一步设置，火花塞的旋转轴线与预燃室的轴线偏移，其中偏移量为预燃室最大直径的0％至15％。这进一步提高了燃烧的质量，气体-空气混合物可以尽可能均匀和快速地点燃。由此实现的另外的优势是，汽缸盖中可用的安装空间被尽可能有效地利用。流向接地电极和火花塞的有针对性的流与从预燃室轴线的小偏移相结合，因此进一步加强了上述优势。

如果偏移量为0％或几乎为0％，那么在火花塞的旋转轴线和预燃室的轴线之间就没有偏移，即这两个轴线基本没有偏移地合并。

这一目标也通过具有根据本发明的汽缸盖的内燃机和制造根据本发明的汽缸盖的方法而解决。

如果火花塞的旋转轴线和预燃室的轴线之间的偏移量在0％至15％之间，特别是在0％至10％之间，最好在0％至8％之间，特别优选小于预燃室最大直径的7％，那是有利的。这使得点火和燃烧的质量得到进一步提高。因此，火花塞布置在中央。

如果火花塞的旋转轴线和燃料通道的流动轴线基本上位于一个平面中，并且流动轴线基本上在这个平面内是弯曲的，那是有利的。因此，可以实现翻转。如果燃料通道只在一个平面内有曲率，这在制造中是很有用的，因为其被因此简化了。

在本发明的背景下，短语“基本上”是指有关物品的尺寸和形状与准确的形状或尺寸有少量的偏差——例如，在制造公差的范围内的偏差——因为不可能准确实现。

当燃料通道的曲率围成从80°到160°之间的角度时，就能获得特别有利的流动条件。这对燃油阀的布置也有好处。因此，可以进一步减少安装空间。

在有利的实施例中，设置在出口区域的流动轴线基本上垂直于预燃室的轴线布置，使得点火火花的入射流基本上垂直于预燃室的轴线。这对确定的安装空间来说是有利的。

另一方面，在替代的实施例中，对于其他空间条件或安装空间，规定出口区域的流轴相对于通过预燃室轴线的法向平面基本上成角度倾斜，使得点火火花的入射流相对于通过预燃室轴线的法向平面基本上成角度倾斜，其中该角度在0至30°之间。

为了缩短接地电极和燃料通道之间的距离，如果燃料通道的出口沿预燃室的轴线与接地电极的水平线布置，那是有利的。

如果预燃室部件具有用于形成预燃室的预燃室壳体和围绕火花塞的套筒，其中预燃室壳体和套筒各与彼此形成为一体和/或相互连接，则是有利的。这样，在出现点火问题时，预燃室部件可以容易地从汽缸盖移除，使维修和更换更容易，成本更低。如果预燃室壳体和套筒是相互连接的，这可以通过例如带密封件的螺钉连接来实现。因此，可以设置套筒是一体形成的，且预燃室壳体是一体形成的，然后连接在一起。然而，也可以是套筒和预燃室套筒一起形成单件。

在特殊的实施例中，规定在预燃室部件中布置有燃料阀。通过这种方式，可以成功地避免泄漏。

为了在燃料通道中实现有利的流动，在有利的实施例中，规定在燃料通道邻接燃料阀的区域中，燃料通道的流动轴线基本上对应于燃料阀的旋转轴线。因此，燃料阀下游的湍流可以避免。然而，也可以规定燃料阀的旋转轴线与燃料通道12的轴线不同轴，而在两个轴线之间设置约0°至约0°的角度。

如果燃料阀相对于预燃室的轴线倾斜布置，则是有利的，其中该倾斜度优选对应于从-10°至+35°之间的角度。通过减少上述的倾斜度，在极端情况下可以提供0°的倾斜度，即没有倾斜。这确实会导致空间的最大节约。然而，燃料通道中与燃料阀邻接的第一区域的流动将需要弯曲或偏转，使得流动可能受到负面影响。

当偏移是平面中的，并且由于相对于预燃室轴线的偏移，接地电极被定位在远离燃料通道的位置时，这种效果会进一步增加。

为了在部件的布置方面获得最大的灵活性，设想火花塞的旋转轴线与预燃室的轴线成角度，该角度在0°和30°之间。

对于本发明的严密性和坚固性，如果燃料通道是由预燃室部件内沿流动轴线的管状凹部形成，使得燃料通道的凹部径向围绕流动轴线被预燃室部件的材料所包围，则是有利的。

为了促进生产，在该方法的有利的变型中规定，在预燃室部件中用于火花塞的火花塞螺纹切割成在拧入工序后，接地电极相对于燃料通道被布置在限定的位置中。原则上，如果汽缸盖至少有一部分是经由3D打印生产的，特别是预燃室和/或火花塞，则是有利的。特别是，汽缸盖至少有一部分是通过激光熔化的增材制造工序生产的。

附图说明

在图中参照非限制性的示例性实施例对本发明作了进一步的详细解释，其中：

图1以截面示出了第一实施例中的根据本发明的汽缸盖的细节图；

图2示出了图1中细节的放大视图；

图3示出了来自图1的替代的放大视图；

图4以截面示出了第二实施例中的根据本发明的汽缸盖的细节；以及

图5示出了第一实施例中根据本发明的汽缸盖的带有火花塞和燃料阀的预燃室部件和第三实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了第一实施例中的液冷汽缸盖1的细节。此处，汽缸盖1是作为燃气四冲程发动机(Otto engine)运行的内燃机的一部分。该细节图更详细地示出了预燃室部件2。在所示的实施例中，预燃室部件2具有套筒3和连接到套筒3的预燃室壳体4。此处，预燃室壳体4具有外螺纹，套筒3具有内螺纹。预燃室壳体4被拧紧到套筒3。在预燃室壳体4和套筒3之间有密封件。

预燃室壳体4围住大部分的预燃室5，预燃室5经由溢流开口6流动连接到燃烧室7。燃烧室7通过预燃室部件2及其他与汽缸盖1邻接，并在预燃室5的方向上被其基本封闭。

火花塞8和气体阀9被布置在套筒3内。火花塞8通过接地电极10延伸到预燃室5中。火花塞8形成点火火花的区域设置有附图标记11。

在第一实施例中，火花塞8的旋转轴线D与预燃室5的轴线A平行对齐。在所示的第一实施例中，旋转轴线D和轴线A是偏移的。在替代的实施例中，该旋转轴线D和轴线A是相同的。

燃料阀9沿轴线V布置，该轴线对应于燃料阀9的旋转轴线。该轴线V与预燃室的轴线A以一定角度对齐。

根据本发明，燃料阀9经由燃料通道12连接至预燃室5。燃料通道12沿着流动轴线S延伸。流动轴线S在其方向上对应于燃料通道12内未受干扰的流动矢量。

燃料通道12有进入预燃室5的出口13。至少在出口13处，燃料通道12的定向在点火火花11和接地电极10的方向上。因此，燃料在点火火花11的方向上流动，如箭头B所示。

燃料阀9离预燃室5有距离a。该距离a是燃料的输送点从燃料阀9进入燃料通道12，燃料通道的入口，从燃料通道12的出口13进入预燃室5的距离。

在所示的实施例中，最大预燃室直径g是在过渡到火花塞8处达到的。在这些实施例中，最大预燃室直径g比火花塞8的直径略大。在替代的实施例中，这些直径可以是相同的。

这种布置在图2中略微放大显示。这示出旋转轴线D和预燃室5的轴线A相互之间有轻微的偏移x。因此，由于偏移x，火花塞8离燃料阀9更远。在所示的实施例中，燃料阀9的轴线V和火花塞8的旋转轴线D位于平面ε，这也形成了图1至5的截平面。因此，图像平面被标记为附图标记平面ε。图2中的偏移量x小于最大预燃室直径g的10％。

燃料通道12在与气体阀9相接的入口和出口13之间有曲率12a。在这种情况下，流动轴线S在平面ε上是弯曲的。在替代的实施例中，燃料通道12的形状也可能更复杂。

为了清楚起见，图2中并非所有的部件都被标记。缺少的附图标记可以从图1中获取。

图3示出了图1和图2的剖面，其中可以清楚地看到带有接地电极10的火花塞8，以及点火火花11。

气体通过燃料阀9排入燃料通道12。燃料通道12使燃料流B基本上沿流动轴线S偏转，在出口13处，燃料流B被引导朝向接地电极10。点火火花11在接地电极10和火花塞8的主要部分之间产生。气体，即燃料，在点火火花B的方向上被该流B立即点燃。

在这种情况下，燃料通道12的出口13布置成流动轴线S在点火火花11的水平处，而燃料流B大约沿着预燃室5的轴线A的未标记的法线平面在点火火花11的方向上排出。

曲率12a因此使流动轴线S偏转角度δ。

图4示出了与图3类似的根据本发明的第二版本汽缸盖1的细节。在下文中，只解释与第一实施例的不同。相同的附图标记表示具有相同功能的部件。

与第一实施例相反，在第二个实施例中，出口13没有沿预燃室5的轴线A布置在相同高度处。在这种情况下，与第一实施例相比，出口13的流动轴线S布置为更靠近火花塞8。

流动轴线S在出口8的区域内倾斜角度β。在这种情况下，燃料流B也倾斜角度β，并指向点火火花11。

图5示出了第三个实施例中火花塞8的替代的旋转轴线d。该旋转轴线d与预燃室的轴线A有倾斜度α。

此外，该图中还画出了角度γ，即燃料阀9的轴线V与直线所成角度，该直线与预燃室的轴线A平行。燃油阀9相对于该直线倾斜角度γ。

缸盖1是液体冷却的。从图1和图2可以看出，冷却室与预燃室部件2邻接。这可以保护火花塞8、预燃室部件2和汽缸盖2的这些部件的周围环境不受热损伤，并允许散热。