水冷空冷式預燃點火系統的製作方法

2023-12-12 02:33:37

本發明涉及內燃機，具體涉及一種內燃機的預燃點火系統。

背景技術：

大排量燃氣內燃機一般採用預燃室點火技術，在給預燃室輸送少量的燃料氣後，預燃室殼體內的火花塞產生電火花點燃燃料氣和空氣的混合物產生火焰並通過噴嘴噴出，噴出的火焰在燃燒室中引燃大量的燃料氣體混合物，進而燃燒做功。

現有技術中，內燃機的氣缸蓋與預燃室殼體緊密貼合，形成一個整體厚度較大的結構，預燃室殼體與外界幾乎隔絕，散熱效果極差，並使得預燃室在一段時間的工作後，預燃室殼體的溫度高達幾百度，同時火花塞的溫度也非常高。

預燃室殼體的高溫會出現很多問題，一方面，過高的溫度有可能達到燃料氣體混合物的燃點，這樣會使得燃料氣體混合物在與殼體接觸時就會立即燃燒，而不受到火花塞點火的控制，也就是說，高溫的預燃室殼體會使得燃氣內燃機內部一直燃燒，而不能由火花塞點火來正常地控制並燃燒做功，即不能正常的工作了。另一方面，過高的溫度，會使得預燃室噴嘴因過熱而融化損壞或是噴孔的方向發生偏移，而導致內燃機不能正常工作；並且火花塞的使用壽命也會大大縮短。另外，火花塞的高溫也會使得點火不安全，輕則發生躥火現象，更嚴重話，可能會因熱變形而發生炸裂。

為了對預燃室殼體和火花塞進行冷卻，一種方法是進行單獨的水冷，然而，水的沸點在標準大氣壓下為100℃，當冷卻水與高達幾百度的預燃室殼體進行接觸時，預燃室腔殼體發生驟冷並有可能損壞，這樣使得預燃室腔殼體的使用壽命大大降低；另外一種方法是進行單獨的風冷，但是，空氣的比熱容非常小，在對預燃室殼體進行降溫時需要通入大量冷卻空氣，大量的冷卻空氣會稀釋預燃室腔中燃氣濃度，使得預燃室腔噴出的火焰變小變短，噴射力不足，從而使得燃燒室內的混合氣不能完全燃燒。甚至預燃室混合氣過稀而造成預燃室不能點火。

技術實現要素：

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在於提供一種散熱效率高、使用壽命長，能夠交替地通入冷卻水和冷卻空氣從而對火花塞、預燃室噴嘴進行降溫、散熱的水冷空冷式預燃點火系統。

本發明提供了一種水冷空冷式預燃點火系統，用於為具有內腔的氣缸蓋的內燃機散熱，其特徵在於，包括：預燃室腔殼體，嵌入在內腔中，內部具有預燃室腔；預燃室上座，設置在內腔中，一端與預燃室腔殼體連接，內部具有用於安裝火花塞的貫通孔；火焰噴嘴，可拆卸地安裝在預燃室腔殼體上，包括具有空腔的圓柱筒體；火花塞連接棒，設置在貫通孔內，一端與火花塞連接，該火花塞連接棒與預燃室上座的內壁之間具有第一環形間隙，該第一環形間隙作為空氣進氣通道；預燃室水套，套在預燃室腔殼體和預燃室上座上，其一端的外壁與氣缸蓋的內壁之間設置有第一通孔，該第一通孔作為進水通道；空氣進氣單元，通過進氣管路與空氣進氣通道連通，用於吸入外界的空氣並將空氣鼓入至空氣進氣通道中；以及冷卻水進水單元，具有進水端和出水端，用於輸送冷卻水，包括與進水通道連通的水循環管路以及設置在該水循環管路上的循環水泵，其中，圓柱筒體上設置有多條貫通的火焰通道和與多條火焰通道相錯開設置的若干條噴嘴冷卻水道，預燃室水套的內壁與預燃室腔殼體的外壁具有第二環形間隙，該第二環形間隙作為第一冷卻水道和噴嘴冷卻水道連通，預燃室上座的壁內設置有多個第二通孔，該第二通孔作為第二冷卻水道，其一端與第一冷卻水道連通，預燃室上座的壁內還設置有至少一個第三通孔，該第三通孔的一端與空氣進氣通道連通，另一端與預燃室腔連通，進水通道由水循環管路引入冷卻水到噴嘴冷卻水道中，該冷卻水從噴嘴冷卻水道流入到第一冷卻水道，再從第一冷卻水道流入到第二冷卻水道後排出，空氣進氣單元從外界吸入空氣後通過進氣管路將空氣鼓入至空氣進氣通道中，空氣從空氣進氣通道進入至第三通孔後再從第三通孔進入預燃室腔，並通過預燃室腔後從火焰通道排出。

在本發明提供的水冷空冷式預燃點火系統中，還可以具有這樣的特徵，還包括：至少兩個控制閥，分別設置在進氣管路和水循環管路上，用於控制。

在本發明提供的水冷空冷式預燃點火系統中，還可以具有這樣的特徵，還包括：至少兩個控制器，對應地與控制閥連接，用於控制控制閥的開啟與關閉。

在本發明提供的水冷空冷式預燃點火系統中，還可以具有這樣的特徵：其中，控制器為時間控制器，用於控制空氣進氣單元和冷卻水進水單元的通斷的持續時間和時間間隔。

在本發明提供的水冷空冷式預燃點火系統中，還可以具有這樣的特徵，還包括：預燃室壓塊，與預燃室上座的另一端固定連接，用於固定預燃室上座和預燃室水套，其上設置有進風孔，該進風孔的一端與空氣進氣通道連通，另一端與進氣管路連通。

在本發明提供的水冷空冷式預燃點火系統中，還可以具有這樣的特徵：其中，空氣進氣單元還包括儲氣罐，該儲氣罐通過進氣管路與空氣進氣通道連通，用於儲存壓縮空氣並提供空氣至空氣進氣通道中。

在本發明提供的水冷空冷式預燃點火系統中，還可以具有這樣的特徵：其中，空氣進氣單元還包括空氣壓縮機，該空氣壓縮機與儲氣罐連通，用於將外界的空氣壓縮並儲存到儲氣罐中。

在本發明提供的水冷空冷式預燃點火系統中，還可以具有這樣的特徵：其中，進氣管路上設置有壓差閥，該壓差閥用於控制進氣管路上的進氣壓力。

在本發明提供的水冷空冷式預燃點火系統中，還可以具有這樣的特徵：其中，圓柱筒體的周壁上具有六個噴孔，這六個噴孔均勻地排布在同一高度的圓柱筒體的周壁上，噴孔作為火焰通道。

在本發明提供的水冷空冷式預燃點火系統中，還可以具有這樣的特徵：其中，氣缸蓋下部的內壁設置有插槽塊，第一通孔設置在插槽塊上。

發明的作用與效果

根據本發明所涉及的水冷空冷式預燃點火系統，因為該預燃點火系統具有預燃室腔殼體、預燃室上座、火焰噴嘴、火花塞連接棒、預燃室水套、空氣進氣單元以及冷卻水進水單元，一方面進水通道能夠由水循環管路引入冷卻水到噴嘴冷卻水道，冷卻水接著從噴嘴冷卻水道流入第一冷卻水道中，再從第一冷卻水道流入到第二冷卻水道後排出；另一方面，空氣進氣單元從外界吸入空氣後通過進氣管路將空氣鼓入至空氣進氣通道中，空氣從空氣進氣通道進入至第三通孔後再從第三通孔進入預燃室腔，並通過預燃室腔後從噴孔排出。並且，空氣進氣管路和水循環管路能夠由控制器控制，所以，本發明的水套空冷式預燃點火系統不僅能夠對預燃室上座、火花塞、預燃室腔殼體以及噴嘴的降溫、散熱，而且能夠實現交替通入冷卻空氣和冷卻水，通過先通冷卻空氣對預燃室腔殼體預冷，再通入冷卻水進一步冷卻，從而能夠防止預燃室腔殼體出現驟冷的情況，增加其使用壽命。

附圖說明

圖1是本發明的實施例中水冷空冷式預燃點火系統的結構示意圖；

圖2是圖1中b-b方向的剖視放大圖；

圖3是圖1中c-c方向的剖視放大圖；

圖4是本發明的實施例中火焰噴嘴的結構示意圖，其中，圖4a為火焰噴嘴的正視圖，圖4b為圖4a的俯視圖，圖4c為圖4b中d-d方向的剖視圖，圖4d為圖4b中e-e方向的剖視圖，圖4e為圖4a中f-f方向的剖視圖；以及

圖5是本發明的變形例中水冷空冷式預燃點火系統的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，以下實施例結合附圖對本發明的水冷空冷式預燃點火系統作具體闡述。

圖1是本發明的實施例中水冷空冷式預燃點火系統的結構示意圖。

如圖1所示，水冷空冷式預燃點火系統100用來為內燃機(圖中未顯示)散熱，且內燃機的氣缸蓋200中具有內腔。水冷空冷式預燃點火系統100包括預燃室腔殼體10、預燃室上座20、火焰噴嘴30、火花塞連接棒40、預燃室水套50、預燃室壓塊60、空氣進氣單元70、冷卻水進水單元80、控制閥90以及控制器(未畫出)。

預燃室腔殼體10豎直地嵌入在氣缸蓋200的內腔中，它的內部具有一個呈倒錐形的預燃室腔11，預燃室腔殼體10的外壁上焊接有螺旋形的散熱翅片(圖中未顯示)，該散熱翅片用來增強預燃室腔殼體10傳熱。

圖2是圖1中b-b方向的剖視放大圖。

圖3是圖1中c-c方向的剖視放大圖。

如圖1、2、3所示，預燃室上座20安裝在氣缸蓋200的內腔中，它的下端與預燃室腔殼體10的上端套接固定，預燃室上座20的內部具有貫穿孔，該貫穿孔用來安裝火花塞21，火花塞21的下端與預燃室上座20內部螺紋密封。預燃室上座20的內壁與火花塞連接棒40之間具有第一環形間隙，該第一環形間隙作為空氣進氣通道22。預燃室上座20的壁內還設置有多個第二通孔23，該第二通孔23作為第二冷卻水道。此外，預燃室上座20的壁內設置有至少一個第三通孔24，第三通孔24的上端與空氣進氣通道22相連通，第三通孔24的下端與預燃室腔11相連通。在本實施例中，第三通孔24有四個，第二通孔23有六個，四個第三通孔24、第二通孔23均呈圓周排布在預燃室上座20的壁內。

預燃室上座20的壁內還設置有兩個第四通孔25，兩個第四通孔25與外界的燃氣進氣管道(圖中未顯示)相連通，兩個第四通孔25作為燃氣進氣通道且在預燃室上座20內對稱設置，兩個燃氣進氣通道、四個第三通孔24以及六個第二冷卻水道相錯設置。預燃室上座20的上部的外壁上設置有第二環形凹槽，該第二環形凹槽上套設有o形圈26，使得預燃室上座20的上部的外壁與預燃室水套50的內壁密封；預燃室上座20的下部的外壁上具有第三環形凹槽，該第三環形凹槽上套設有o型圈26，使得預燃室上座20的下部的外壁與預燃室腔殼體10的內部密封。此外，四個第三通孔24內均設置有單向閥27，使得空氣從第三通孔24內單向進入至預燃室腔11中。

圖4是本發明的實施例中火焰噴嘴的結構示意圖，其中，圖4a為火焰噴嘴的正視圖，圖4b為圖4a的俯視圖，圖4c為圖4b中d-d方向的剖視圖，圖4d為圖4b中e-e方向的剖視圖，圖4e為圖4a中f-f方向的剖視圖。

如圖4a-4e所示，火焰噴嘴30與預燃室腔殼體10的下部連接，它包括安裝套31和圓柱筒體32。

安裝套31上端的外壁具有環形槽(圖中未標出)，環形槽上設置有o型圈26與預燃室水套50的內壁密封，安裝套31的上端與預燃室腔殼體10的下端套接在一起，用來密封連接安裝套31與預燃室腔殼體10。在本實施例中，安裝套31的外徑為65mm。

圓柱筒體32的上端與安裝套31的下端連接，它的周壁上設置有寬度為1～8mm的六個噴孔，這六個噴孔在圓柱筒體32的同一高度的上均勻地排布，這六個噴孔作為火焰通道321，圓柱筒體內的火焰從火焰通道321中噴出，圓柱筒體32上還設置有和六條貫通的火焰通道321相互錯開設置若干條噴嘴冷卻水道322，在本實施例中，噴嘴冷卻水道322具有六條，圓柱筒體32的外徑35mm，圓柱筒體32與安裝套31是一體成型的，火焰通道321的寬度為5mm。

火花塞連接棒40設置在預燃室上座20的貫穿孔中，它的下端與火花塞21的上端套接，上端從預燃室壓塊60中伸出，火花塞連接棒40的下端設置有圓孔，此圓孔用來容納火花塞21，火花塞21的內壁設置有第一環形凹槽，第一環形凹槽上設置有o型圈26，使得火花塞連接棒40與火花塞21密封連接，火花塞21的上端還具有一根穿過火花塞連接棒40且與外界高壓點火線圈相連的火花塞連接線28，高壓點火線圈由內燃機的點火模塊(圖中未畫出)控制點火。在本實施例中，火花塞連接棒40採用聚四氟乙烯製成。

預燃室水套50套在預燃室腔殼體10和預燃室上座20上，它的外壁和氣缸蓋200的內壁之間設置有可以插拔的插槽塊51，插槽塊51上具有寬度為2～10mm的方形的第一通孔(圖中未畫出)，該第一通孔作為進水通道，水循環管路中的冷卻水從進水通道進入，在本實施例中，進水通道的寬度為4mm。

預燃室水套50的內壁和預燃室腔殼體10的外壁之間具有第二環形間隙，該第二環形間隙作為第一冷卻水道52，第一冷卻水道52的下端和六條噴嘴冷卻水道322連通，上端與第二冷卻水道連通。預燃室水套50的上部的外壁設置有第四環形凹槽，該凹槽上套設有o型圈26，用來和氣缸蓋200的內壁密封。

預燃室壓塊60和預燃室上座20的上端通過螺釘固定，它用來固定預燃室上座20，預燃室壓塊60內橫向設置有進風孔61，進風孔61的右端與空氣進氣通道22連通，進風孔61的左端與進氣管路連通。預燃室壓塊60上還設置有環形出水槽62，環形出水槽62和第二冷卻水道連通，換熱後的冷卻水從第二冷卻水道流到環形出水槽62中，再由環形出水槽62流出。

空氣進氣單元70通過進氣管路71與進風孔61連通，它用來吸入外界的空氣並將空氣鼓入至進風孔61中，再由進風孔61進入到空氣進氣通道22中，空氣進氣單元70包括抽氣設備72、空氣濾芯73以及空氣冷卻器74。

抽氣設備72具有進氣口和出氣口，它用來吸取外界的空氣，在本實施例中，抽氣設備72為渦輪增壓器，它由內燃機自身產生的高溫廢氣驅動，這樣，實現了資源有效合理地利用，避免了另外配置設備造成的資源浪費。

空氣濾芯73通過螺栓固定安裝在渦輪增壓器的進氣口處，它用來濾除空氣中的灰塵、沙粒。在本實施例中，空氣濾芯73為過濾式空氣濾芯。

空氣冷卻器74與渦輪增壓器的出氣口連通，它用來將渦輪增壓器吸入的空氣進行冷卻降溫。空氣冷卻器74的出氣口與進氣管路71連通。

冷卻水進水單元80包括水循環管路81和循環水泵82。

水循環管路81用來輸送冷卻水，與預燃室腔殼體10和預燃室上座20換熱後的水在水循環管路81中並通過外部的冷風機(圖中未畫出)進行冷卻，冷卻後的水再返回至進水通道、噴嘴冷卻水道322、第一冷卻通道52以及第二冷卻通道中，從而對預燃室腔殼體10和預燃室上座20再進行冷卻、降溫，實現水的循環利用，水循環管路81具有進水端和出水端，進水端與環形出水槽62連通，出水端與進水通道連通，在本實施例中，水循環管路81由不鏽鋼管連接而成，此外，還可以採用銅管或橡膠管。

循環水泵82安裝在水循環管路81上，它用來對冷卻水進行加壓並泵送冷卻水，使得冷卻水通過水循環管路81進入到進水通道中。在本實施例中，循環水泵82採用高溫磁力泵，此外，還可以採用高溫離心泵。

兩個控制閥90分別設置在進氣管路71和水循環管路81上，分別用來控制冷卻空氣和冷卻水的通入，兩個控制閥90可單獨開啟也可同時開啟。

控制器(圖中未顯示)與兩個控制閥90連接，用來控制兩個控制閥90的開啟和關閉，在本實施例中，控制器為時間控制器，它能夠控制空氣進氣單元通入冷卻空氣和控制冷卻水進水單元通入冷卻水的持續時間和時間間隔，使得冷卻水和冷卻空氣交替通入，例如，控制器工作使得進氣管路71上的控制閥90開啟，水循環管路上81的控制閥90關閉，先通入十分鐘的冷卻空氣對預燃室腔殼體進入預冷，然後控制器工作使得水循環管路上的控制閥90開啟，進氣管路71上的控制閥90關閉，接下來的十分鐘通入冷卻水，使得冷卻水和冷卻空氣交替通入，當然也可同時通入冷卻水和冷卻空氣，通入的時間也可以通過設置時間控制器進行改變。

本實施例的水冷空冷式預燃點火系統100的工作原理為：

本實施的水冷空冷式預燃裝置100分別採用冷卻水和冷卻空氣交替對火花塞連接棒40、火花塞21、預燃室上座20、預燃室腔殼體10以及火焰噴嘴30進行降溫、散熱。

圖1中較小的短箭頭表示冷卻空氣流動方向，控制器控制進氣管路71上的控制閥90開啟，水循環管路81上的控制閥90關閉，從外界空氣源吸入的冷卻空氣經過進氣管路71進入到進風孔61中，接著由進風孔61進入到空氣進氣通道22中，然後，冷卻空氣從空氣進氣通道22進入到四個第三通孔24中，再經過單向閥27的控制，進入到預燃室腔11中，在預燃室腔11中與從燃氣進氣通道通入的燃料氣混合進行點火，火焰從六條火焰通道321噴出，這一過程中，冷卻空氣實現了對火花塞連接棒30、火花塞21、預燃室上座20、預燃室腔殼體10以及火焰噴嘴30的降溫、散熱。

圖1中較大的短箭頭表示冷卻水流動方向，控制器控制進氣管路71上的控制閥90關閉，水循環管路81上的控制閥90開啟，從水循環管路81流入的冷卻水經過進水通道流入六條噴嘴冷卻水道322中，冷卻水再從噴嘴冷卻水道322流入到第一冷卻水道52中，再由第一冷卻水道52流入到第二冷卻水道，接著從第二冷卻水道流到環形出水槽62中，最後返回至水循環管路81中，這一過程，冷卻水同時對預燃室上座20、預燃室腔殼體10以及火焰噴嘴30接觸換熱，從而對預燃室上座20、預燃室腔殼體10以及噴嘴12降溫、散熱。

圖5是本發明的變形例中水冷空冷式預燃點火系統的結構示意圖。

如圖5所示，在本變形例中，對與上述實施例相同的結構本變形例給予相同的編號，並省去相同的說明。

空氣進氣單元70包括抽氣設備72、空氣濾芯73、空氣冷卻器74、儲氣罐75、空氣壓縮機76以及壓差閥77。

進氣管路71上分成兩條管道，一條管路與儲氣罐75的出氣口連通，儲氣罐75的進氣口與空氣壓縮機76連通，空氣壓縮機76作為空氣進氣源，它壓縮好的空氣進入儲氣罐75儲存起來。

另一條管路中的結構與實施例中結構相同，兩條管路之間的交叉處設置有壓差閥77，低溫冷卻空氣經壓差閥77自動調節進入進氣管道71，最後送入預燃室腔11中。在該條管路上，空氣經過空氣濾芯73吸入到渦輪增壓器，經空氣冷卻器74冷卻後的的低溫冷卻空氣作為壓差閥77的控制壓力。通過壓差閥上的調節螺母調節壓差閥77的壓差，使得壓差閥77控制後進氣管道71的壓力始終大於渦輪增壓器增壓的壓力0.2～0.5kg，這樣能夠對預燃室腔11更好地進行掃氣，從而更好地對火花塞連接棒30、火花塞21、預燃室上座20、預燃室腔殼體10以及火焰進行冷卻、降溫、散熱。

實施例的作用與效果

根據本實施例所涉及的水冷空冷式預燃點火系統，因為該預燃點火系統具有預燃室腔殼體、預燃室上座、火焰噴嘴、火花塞連接棒、預燃室水套、空氣進氣單元以及冷卻水進氣單元，一方面進水通道能夠由水循環管路引入冷卻水到噴嘴冷卻水道，冷卻水接著從噴嘴冷卻水道流入第一冷卻水道中，再從第一冷卻水道流入到第二冷卻水道後排出；另一方面，空氣進氣單元從外界吸入空氣後通過進氣管路將空氣鼓入至空氣進氣通道中，空氣從空氣進氣通道進入至第三通孔後再從第三通孔進入預燃室腔，並通過預燃室腔後從噴孔排出。並且，空氣進氣管路和水循環管路能夠由控制器控制，所以，本實施例的水套空冷式預燃點火系統不僅能夠對預燃室上座、火花塞、預燃室腔殼體以及噴嘴的降溫、散熱，而且能夠實現交替通入冷卻空氣和冷卻水，通過先通冷卻空氣對預燃室腔殼體預冷，再通入冷卻水進一步冷卻，從而能夠防止預燃室腔殼體出現驟冷的情況，增加其使用壽命。

此外，在本實施例中，由於在四個第三通孔中均設置有單向閥，冷卻空氣只能從第三通孔進入預燃室腔中，而不能逆向運動，這樣能夠保證預燃室腔內的燃氣安全混合，預燃室爆炸產生的火焰不能回火流入預燃室上座及其管路，從而保證內燃機組的安全運行。

另外，在本實施例中，由於火花塞連接棒下端將火花塞上端包住，且火花塞和連接棒用o型圈密封，這樣，能夠防止空氣從火花塞連接棒漏出，火花塞連接棒使用聚四氟乙烯材料，耐溫絕緣防止火花塞竄火。

另外，在本實施例中，由於預燃室上座的下部的外壁設有第三環形凹槽，第三環形凹槽上設有o型圈與預燃室腔殼體的內壁密封，使得預燃室上座能夠完整地與預燃室腔殼體密封貼合，防止冷卻空氣漏出，防止在預燃時發生危險，延長預燃室上座及預燃室腔殼體的使用壽命。

另外，在本實施例中，由於在氣缸蓋內壁與預燃室水套之間設置有可以插拔的插槽塊，當從內燃機循環管路長時間引入冷卻水時，冷卻水中的水垢會存留在插槽塊的通孔中，冷卻效果很可能會受影響，此時，可以拔出插槽塊並對其進行清洗，使得冷卻水能夠順暢的從進水通道進入，冷卻效率變高。

另外，在本實施例中，由於預燃室腔殼體的外壁設置有散熱翅片，一方面，使得接觸的面積增大，從而使得預燃室腔殼體上的高溫熱量能夠更快地傳到第一冷卻水道中的冷卻水中；另一方面，散熱翅片能加強水的流動，產生更強烈的亂流，傳熱係數更大，散熱效果也更好。由於這樣的設置能夠使得預燃室殼體更好地散熱，防止內燃機被燒壞。

上述實施方式為本發明的優選案例，並不用來限制本發明的保護範圍。