预燃室总成及发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及预燃室总成及发动机。

背景技术

对于内燃机来说，更高的有效热效率成为内燃机行业的迫切需求和发展方向，而预燃室是提升内燃机热效率的重要途径之一。预燃室可以提高燃烧速度，加快燃烧室内的气流扰动，实现快速而稳定的燃烧，提高内燃机的热效率。

近年来在内燃机的研究和应用逐渐广泛，提出很多不同的预燃室设计和布置。然而，预燃室长时间在高温下工作，温度过高，会导致预燃室内的火花塞的使用寿命缩短以及喷嘴因过热而融化甚至损坏。为了解决这个问题，现有的预燃室专门设计冷却通路，通过在预燃室壳体的外部增加筒体，然后导入水流对预燃室进行冷却。但是，会导致预燃室的结构复杂，成本增加，体积过大使得在小型内燃机上无法实现布置和应用，从而影响内燃机的可靠性。

因此，亟需预燃室总成及发动机，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供预燃室总成及发动机，无需专门设计预燃室总成的冷却系统，简化结构，不用占用原本很拥挤的气缸盖空间，降低成本，并且能够降低预燃室总成的整体温度梯度，保证预燃室总成和火花塞的工作可靠性。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明采用以下技术方案：

预燃室总成，安装在气缸盖上，所述气缸盖设置有安装槽，包括：

预燃室主体，设置于所述安装槽内，所述预燃室主体包括预燃腔、安装部以及储钠腔，所述储钠腔与所述安装部间隔设置，且所述储钠腔能够容纳用于将所述预燃腔内的热量传导至所述气缸盖的金属钠，所述安装部与所述预燃腔连通设置，且所述安装部用于安装火花塞；

端盖，安装在所述预燃室主体上，所述端盖具有通孔，所述火花塞穿过所述通孔并置于所述安装部内。

优选地，所述储钠腔的数量有多个，多个所述储钠腔沿所述安装部的圆周方向间隔设置。

优选地，所述预燃腔的腔壁与所述安装槽的侧壁间隙配合。

优选地，所述预燃室总成还包括定位凸起，所述定位凸起固定连接于所述预燃室主体的外周壁上，所述安装槽的内侧壁开设有定位孔，所述定位凸起能够插接于所述定位孔。

优选地，所述端盖的底部具有焊接面，所述焊接面与所述预燃室主体焊接连接。

优选地，所述预燃室总成还包括垫片，所述安装槽的内侧壁设置有阶梯面，所述垫片被夹设于所述阶梯面和所述焊接面之间。

优选地，所述预燃室总成还包括压紧套筒，所述压紧套筒设置于所述安装槽内并套设于所述火花塞，且所述压紧套筒压紧于所述端盖。

优选地，所述安装槽的内侧壁设置有内螺纹，所述压紧套筒的外周壁设置有外螺纹，所述压紧套筒与所述气缸盖通过所述外螺纹和所述内螺纹螺纹连接。

优选地，所述端盖的顶部和底部分别设置有定位部和插接部，所述插接部插接于所述储钠腔，所述定位部用于将所述端盖和所述预燃室本体安装于所述安装槽内。

为达上述目的，本发明还提供了发动机，包括上述的预燃室总成。

本发明的有益效果为：

本发明提供的预燃室总成，预燃室总成安装在气缸盖上，气缸盖设置有安装槽，预燃室主体设置于安装槽内，储钠腔的内部填充金属钠，安装部用于安装火花塞。在火花塞的作用下，油气混合气在预燃腔内燃烧，预燃室内的压力迅速升高，促使高温燃气以火焰射流的形式经过喷孔喷向主燃烧室。预燃室总成长时间在高温下工作，金属钠融化成液态，液态的金属钠随着发动机的运转而相应的窜动，将预燃腔内油气混合气燃烧产生的热量由下往上传导至气缸盖，最后热量通过气缸盖散发至大气中。无需专门设计预燃室总成的冷却系统，简化结构，不用占用原本很拥挤的气缸盖空间，降低成本，并且能够降低预燃室总成的整体温度梯度，实现预燃腔的温度控制，从而实现火花塞工作温度和燃烧边界条件的控制，保证预燃室总成和火花塞的工作可靠性。

本发明提供的发动机，包括上述预燃室总成。该预燃室总成长时间在高温下工作，储钠腔内的金属钠融化成液态，并随着发动机的运转而相应的窜动，将预燃腔内油气混合气燃烧产生的热量由下往上传导至气缸盖，最后热量通过气缸盖散发至大气中，无需专门设计预燃室总成的冷却系统，简化结构，降低成本，并且能够降低预燃室总成的整体温度梯度，实现预燃腔的温度控制，保证发动机的工作可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中预燃室主体的结构示意图；

图2为本发明实施例中预燃室主体的剖视图；

图3为本发明实施例中预燃室主体的俯视图；

图4为本发明实施例中端盖的结构示意图；

图5为本发明实施例中端盖的俯视图；

图6为本发明实施例中端盖和预燃室主体的结构示意图；

图7为本发明实施例中预燃室总成和气缸盖的结构示意图。

附图标记：

100、气缸盖；101、安装槽；200、火花塞；

1、预燃室主体；11、预燃腔；12、安装部；13、储钠腔；14、定位凸起；15、喷孔；16、进气口；

2、端盖；21、焊接面；22、定位部；23、插接部；

3、垫片；

4、压紧套筒。

具体实施方式

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本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

现有的预燃室专门设计冷却通路，通过在预燃室壳体的外部增加筒体，然后导入水流对预燃室进行冷却。但是，会导致预燃室的结构复杂，成本增加，体积过大使得在小型内燃机上无法实现布置和应用，从而影响内燃机的可靠性。对此，本实施例提供了预燃室总成，无需专门设计预燃室总成的冷却系统，简化结构，不用占用原本很拥挤的气缸盖空间，降低成本，并且能够降低预燃室总成的整体温度梯度，保证预燃室总成和火花塞的工作可靠性。

如图1-图7所示，在本实施例中，预燃室总成包括预燃室主体1和端盖2。其中，预燃室总成安装在气缸盖100上，气缸盖100设置有安装槽101，预燃室主体1设置于安装槽101内，预燃室主体1包括预燃腔11、安装部12以及储钠腔13，储钠腔13与安装部12间隔设置，且储钠腔13能够容纳用于将预燃腔11内的热量传导至气缸盖100的金属钠，安装部12与预燃腔11连通设置，且安装部12用于安装火花塞200，端盖2安装在预燃室主体1上，端盖2具有通孔，火花塞200穿过通孔并置于安装部12内。具体地，预燃室主体1的上部的侧壁设置有储钠腔13，储钠腔13的内部填充金属钠，预燃腔11的腔壁设置有进气口16和喷孔15，油气混合气通过进气口16进入，在火花塞200的作用下，油气混合气在预燃腔11内燃烧，预燃室内的压力迅速升高，促使高温燃气以火焰射流的形式经过喷孔15喷向主燃烧室。预燃室总成长时间在高温下工作，金属钠融化成液态，具体是环境温度在97.5℃以上时会融化，液态的金属钠随着发动机的运转而相应的窜动，将预燃腔11内油气混合气燃烧产生的热量由下往上传导至气缸盖100，最后热量通过气缸盖100散发至大气中。无需专门设计预燃室总成的冷却系统，简化结构，不用占用原本很拥挤的气缸盖100空间，降低成本，并且能够降低预燃室总成的整体温度梯度，实现预燃腔11的温度控制，从而实现火花塞200工作温度和燃烧边界条件的控制，保证预燃室总成和火花塞200的工作可靠性。优选地，为了实现预燃室总成温度的精确控制，需要根据模拟计算和试验结果，综合考虑燃烧效率和零部件的许用温度，对预燃室总成进行拓扑优化，最终确定储钠腔13的大小、形状、位置和充钠量的多少。具体过程如下：第一，设计预燃室总成，并在安装部12设计一个储钠腔13；第二，对设计完成的三维模型及燃烧系统进行模拟计算分析和拓扑优化，包括以下计算：燃烧系统CFD计算、钠、预燃室、螺纹压套和气缸盖100之间热量传递的计算以及各零件在工作过程中的温度场计算；第三，计算完成后，根据模拟计算分析结果中预燃室总成不同部位温度，对储钠腔13的形状也进行相应调整，温度较高的地方储钠腔13做的大一些，温度较低的地方储钠腔13做的小一些，然后再进行迭代计算，如此反复，直到整个预燃室总成的温度均衡为止；第四，根据模拟计算分析结果，最终把储钠腔13设计在靠近安装部12的四分之一到二分之一位置。经过拓扑计算保证预燃室总成的温度均衡以及工作的可靠性。

进一步地，继续参照图1-图7，储钠腔13的数量有多个，多个储钠腔13沿安装部12的圆周方向间隔设置。具体地，在多个储钠腔13内填充金属钠，金属钠在高温条件下融化成液态，液态金属钠沿安装部12的圆周方向均匀排布，将预燃腔11内产生的热量从预燃室总成的下部传导至上部，并通过气缸盖100将热量散发至大气中，散热效果好。

进一步地，继续参照图1-图7，预燃腔11的腔壁与安装槽101的侧壁间隙配合。具体地，预燃室总成的下部预燃腔11与气缸盖100采用间隙配合，避免过多的热量由预燃腔11直接传导至气缸盖100，同时，方便拆卸。

进一步地，继续参照图1-图7，预燃室总成还包括定位凸起14，定位凸起14固定连接于预燃室主体1的外周壁上，安装槽101的内侧壁开设有定位孔，定位凸起14能够插接于定位孔。具体地，为了避免发动机运行过程中预燃室总成发生周向转动，在预燃室主体1的外周壁上设置定位凸起14，对应气缸盖100上开设有定位孔，通过定位凸起14与定位孔的插接配合，从而限制预燃室主体1的周向转动。

进一步地，继续参照图1-图7，端盖2的底部具有焊接面21，焊接面21与预燃室主体1焊接连接。具体地，端盖2与预燃室主体1通过焊接的方式固定连接，结构牢固，不易断开。

进一步地，继续参照图1-图7，预燃室总成还包括垫片3，安装槽101的内侧壁设置有阶梯面，垫片3被夹设于阶梯面和焊接面21之间。具体地，预燃室本体的下端面与气缸盖100之间采用金属垫片3进行密封，密封效果好，保证预燃室总成的工作可靠性。

进一步地，继续参照图1-图7，预燃室总成还包括压紧套筒4，压紧套筒4设置于安装槽101内并套设于火花塞200，且压紧套筒4压紧于端盖2。具体地，为了能够提供足够的压紧力来实现垫片3的密封，采用压紧套筒4拧紧在气缸盖100内，并与端盖2配合，进而压紧预燃室总成。

进一步地，继续参照图1-图7，安装槽101的内侧壁设置有内螺纹，压紧套筒4的外周壁设置有外螺纹，压紧套筒4与气缸盖100通过外螺纹和内螺纹螺纹连接。

进一步地，继续参照图1-图7，端盖2的顶部和底部分别设置有定位部22和插接部23，插接部23插接于储钠腔13，定位部22用于将端盖2和预燃室本体安装于安装槽101内。具体地，将预燃室总成安装到气缸盖100时需要使用定位部22，定位部22为多个槽形结构，方便安装和拿取预燃室总成，端盖2通过插接部23插接于储钠腔13的开口，在安装预燃室本体的同时，能够对储钠腔13进行封堵，使得储钠腔13形成密封腔体，避免金属钠泄漏。

本实施例还提供了发动机，包括上述预燃室总成。该预燃室总成长时间在高温下工作，储钠腔13内的金属钠融化成液态，并随着发动机的运转而相应的窜动，将预燃腔11内油气混合气燃烧产生的热量由下往上传导至气缸盖100，最后热量通过气缸盖100散发至大气中。无需专门设计预燃室总成的冷却系统，简化结构，不用占用原本很拥挤的气缸盖100空间，降低成本，并且能够降低预燃室总成的整体温度梯度，实现预燃腔11的温度控制，从而实现火花塞200工作温度和燃烧边界条件的控制，保证发动机的工作可靠性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。