用于發(fā)動機的預(yù)燃室組件的噴嘴及燃料燃燒系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型通常涉及一種用于內(nèi)燃機的燃料燃燒系統(tǒng)，且尤其涉及一用于內(nèi)燃機預(yù)燃室組件的噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]—種類型的內(nèi)燃機通常使用多個汽缸，所述汽缸用來壓縮燃料和空氣的混合物，使得在與每個汽缸都相連的火花塞點火后，點燃壓縮的混合物。由此所得的膨脹燃燒氣體使汽缸內(nèi)的活塞移動。當(dāng)活塞在汽缸內(nèi)沿著一個方向行進到止點后，活塞反向來壓縮另一體積的燃料和空氣混合物。所得的機械動能可進行轉(zhuǎn)換以用于各種應(yīng)用，舉例來說，例如驅(qū)動機動車輛或發(fā)電。
[0003]另一種類型的內(nèi)燃機，稱作壓燃式發(fā)動機，其使用高壓縮氣體(如，空氣)在一個壓縮沖程內(nèi)點燃通過噴射到汽缸中的燃料。在這種內(nèi)燃機中，空氣被壓縮到一接觸燃料就會實現(xiàn)燃料自動點燃的水平。柴油燃料的化學(xué)特性特別適合這種自動點燃情況。
[0004]自動點燃的方式并不限于柴油發(fā)動機，然而，并且其同樣已經(jīng)被應(yīng)用在其他類型的內(nèi)燃機中。例如，自燃往復(fù)式內(nèi)燃機可以配置成通過往復(fù)式活塞來壓縮主燃燒室內(nèi)的燃料。為了便于啟動，每個主燃燒室都與預(yù)燃室相連，尤其在啟動低溫發(fā)動機時特別有用。燃料不僅注入到主燃燒室內(nèi)，還注入到預(yù)燃室的燃燒室內(nèi)，這樣，通過活塞的壓縮使兩個腔室內(nèi)的燃料與空氣混合物都被壓縮。預(yù)燃室內(nèi)布置電熱塞或其它類型的加熱器，用于充分提升預(yù)燃室內(nèi)的溫度以便點燃壓縮的燃料與空氣混合物。隨后，預(yù)燃室內(nèi)由點燃所得的燃燒氣體與主燃燒室連通。
[0005]其它類型的內(nèi)燃機使用天然氣作為燃料源，并且包括在各自汽缸內(nèi)往復(fù)運動的至少一個活塞。在與每個汽缸相連的汽缸蓋內(nèi)布置有火花塞，并且火花塞在一個時序電路上被點燃，這樣，當(dāng)活塞達到壓縮沖程末端的時候，火花塞被點燃，以此來點燃壓縮的燃料與空氣混合物。
[0006]在又一些類型的內(nèi)燃機中，預(yù)燃室與天然氣發(fā)動機配合使用。由于天然氣與空氣混合物的自動點燃需要極高的溫度，所以電熱塞或其它熱源，如應(yīng)用在典型柴油發(fā)動機內(nèi)的熱源，可能不起作用。更確切地說，天然氣發(fā)動機的每一個汽缸都與預(yù)燃室相連，所述預(yù)燃室設(shè)有火花塞來啟動預(yù)燃室內(nèi)的燃燒，所述預(yù)燃室隨后可與主燃燒室連通。這種火花塞點燃型的天然氣發(fā)動機預(yù)燃室布置在例如3600系列天然氣發(fā)動機中，該系列發(fā)動機可從位于美國伊利諾斯州皮奧瑞亞市的卡特彼勒公司購得。
[0007]在稀薄燃燒條件下操作這些發(fā)動機是未來的發(fā)展趨勢。稀薄燃燒是指燃料在內(nèi)燃機中有過量空氣的情況下進行燃燒(即低燃料/空氣比)。在稀薄燃燒發(fā)動機中，過量的空氣會使更多的燃料燃燒，并且減少不希望產(chǎn)生的物質(zhì)的排放。然而，低燃料/空氣比使得主燃燒室內(nèi)難以持續(xù)達到完全和徹底的燃燒。
[0008]美國專利第6,854,439號發(fā)明名稱為“預(yù)燃室燃燒系統(tǒng)” (Prechamber Combust1nSystem)并且針對具體用于大型柴油機的燃燒系統(tǒng)，其特征在于預(yù)燃室具有面向發(fā)動機主燃燒室的大體為杯形的底端尖部，并且具有與預(yù)燃室中心線基本對齊的中心傳輸通道，以及具有圍繞預(yù)燃室中心線周向布置的多個附加傳輸通道。燃燒系統(tǒng)采用的活塞在活塞頂部形成有深碗部，中心傳輸通道將預(yù)燃室的燃燒產(chǎn)物直接有力地填充進該深碗部中。
[0009]然而本技術(shù)中持續(xù)需要另外的解決方案來加強預(yù)燃室內(nèi)的燃燒以提高燃燒效率。例如，持續(xù)需要通過采用增加預(yù)燃室內(nèi)的混合物來提高預(yù)燃室內(nèi)的燃燒效率。
[0010]應(yīng)當(dāng)理解為，發(fā)明人已經(jīng)進行【背景技術(shù)】說明來幫助讀者，并不能將該【背景技術(shù)】說明視為指示，即任何指出的問題都是本領(lǐng)域所認識到的問題。在某些方面和實施例中，所描述的原理可以緩解其它系統(tǒng)所存在的問題，將理解為由附加的權(quán)利要求來限定實用新型所保護的范圍，而不是由任何公開的特征所具有的解決本文所提到的任何具體問題的能力來限定。
【實用新型內(nèi)容】
[0011]在一個實施例中，本實用新型提供了一種用于發(fā)動機預(yù)燃室組件的噴嘴。噴嘴包括具有安裝端和遠側(cè)尖端的噴嘴主體。噴嘴主體限定了在安裝端和遠側(cè)尖端之間延伸的中心縱向軸線。噴嘴主體為中空，且包括外表面和內(nèi)表面。外表面限定了第一外開口和第二外開口。內(nèi)表面限定了內(nèi)燃室、第一內(nèi)開口和第二內(nèi)開口。
[0012]噴嘴主體限定了與內(nèi)部腔室連通的第一孔口。第一孔口在第一外開口和第一內(nèi)開口之間呈第一孔口構(gòu)型延伸。噴嘴主體限定了與內(nèi)部腔室連通的第二孔口。第二孔口在第二外開口和第二內(nèi)開口之間呈第二孔口構(gòu)型延伸。第一孔口的第一孔口構(gòu)型限定了從第一內(nèi)開口延伸到內(nèi)部腔室中的第一入口投射路徑。第二孔口的第二孔口構(gòu)型限定了從第二外開口延伸到內(nèi)部腔室中的第二出口投射路徑。第一孔口的第一入口投射路徑和第二孔口的第二入口投射路徑在內(nèi)部腔室中的沖擊區(qū)域相交。沖擊區(qū)域在基本上垂直于中心縱向軸線的徑向平面中徑向偏離中心縱向軸線。
[0013]所述第一孔口包括分別布置在、并且圍繞所述第一外開口和所述第一內(nèi)開口的第一外圓角表面和第一內(nèi)圓角表面，而且所述第二孔口包括分別布置在、并且圍繞所述第二外開口和所述第二內(nèi)開口的第二外圓角表面和第二內(nèi)圓角表面。
[0014]所述第一孔口沿相對于所述中心縱向軸線的第一傾斜角延伸，并且所述第二孔口沿相對于所述中心縱向軸線的第二傾斜角延伸，所述第二傾斜角與所述第一傾斜角不同。
[0015]所述第一孔口布置在相對于所述徑向平面的第一方位角位置，并且所述第二孔口布置在相對于所述徑向平面的第二方位角位置，所述第一方位角與所述第二方位角基本上相同。
[0016]所述第一孔口的所述第一入口投射路徑和所述第二孔口的所述第二入口投射路徑中的至少一個與所述中心縱向軸線成相交關(guān)系。
[0017]所述第一孔口的所述第一入口投射路徑和所述第二孔口的所述第二入口投射路徑中的至少一個與所述中心縱向軸線成不相交關(guān)系。
[0018]所述第一孔口構(gòu)型包括具有第一圓柱軸線的第一圓柱，所述第一圓柱軸線布置為相對于所述中心縱向軸線成第一傾斜角，所述第二孔口構(gòu)型包括具有第二圓柱軸線的第二圓柱，所述第二圓柱軸線布置為相對于所述中心縱向軸線成第二傾斜角，所述第二傾斜角與所述第一傾斜角不同。
[0019]所述第一傾斜角和所述第二傾斜角限定其間的會聚角，所述會聚角為銳角。
[0020]所述第一孔口的所述第一孔口構(gòu)型限定從所述第一外開口遠離所述噴嘴主體延伸的第一出口投射路徑，且所述第二孔口的所述第二孔口構(gòu)型限定從所述第二外開口遠離所述噴嘴主體延伸的第二出口投射路徑，所述第一孔口的所述第一出口投射路徑和所述第二孔口的所述第二出口投射路徑在離開所述噴嘴主體的所述外表面的方向上彼此成分叉關(guān)系。
[0021]所述外表面限定第三外開口和第四外開口，且所述內(nèi)表面限定第三內(nèi)開口和第四內(nèi)開口，其中，所述噴嘴主體限定第三孔口，所述第三孔口與所述內(nèi)部腔室連通并且在所述第三外開口與所述第三內(nèi)開口之間呈第三孔口構(gòu)型延伸，且所述噴嘴主體限定第四孔口，所述第四孔口與所述內(nèi)部腔室連通并且在所述第四外開口與所述第四內(nèi)開口之間呈第四孔口構(gòu)型延伸，所述第三孔口的所述第三孔口構(gòu)型限定從所述第三內(nèi)開口延伸到所述內(nèi)部腔室中的第三入口投射路徑，且所述第四孔口的所述第四孔口構(gòu)型限定從所述第四內(nèi)開口延伸到所述內(nèi)部腔室中的第四入口投射路徑，所述第三孔口的所述第三入口投射路徑和所述第四孔口的所述第四入口投射路徑在所述內(nèi)部腔室中的第二沖擊區(qū)域處相交，所述第二沖擊區(qū)域在所述徑向平面中徑向偏離所述中心縱向軸線并且徑向偏離所述第一入口投射路徑和所述第二入口投射路徑的所述沖擊區(qū)域。
[0022]在又一實施例中，一種燃料燃燒系統(tǒng)包括:汽缸體和預(yù)燃室組件。汽缸體至少部分地限定主燃燒室。預(yù)燃室組件與主燃燒室連通。預(yù)燃室組件限定預(yù)燃室，所述預(yù)燃室與主燃燒室連通。
[0023]預(yù)燃室組件包括預(yù)燃室外殼、適于選擇性地點燃布置在預(yù)燃室中的燃料源的點火裝置，以及噴嘴。點火裝置安裝在預(yù)燃室外殼上。噴嘴和預(yù)燃室外殼配合以限定預(yù)燃室。
[0024]所述點火裝置包括具有電極的火花塞，所述火花塞可移除地安裝到所述預(yù)燃室外殼，使得所述電極與所述預(yù)燃室連通并且所述電極與所述中心縱向軸線對齊。
[0025]所述預(yù)燃室外殼和所述噴嘴中的至少一個限定燃料通道，所述燃料通道與所述預(yù)燃室連通并且適用于放置成與補充燃料源連通，所述燃料燃燒系統(tǒng)還包括:
[0026]控制閥，所述控制閥適用于選擇性地關(guān)閉所述燃料通道以防止燃料從所述補充燃料源流到所述預(yù)燃室。
[0027]噴嘴包括具有安裝端和遠側(cè)尖端的噴嘴主體。噴嘴主體限定了在安裝端和遠側(cè)尖端之間延伸的中心縱向軸線。噴嘴主體為中空，并包括外表面和內(nèi)表面。外表面限定第一外開口和第二外開口。內(nèi)表面限定第一內(nèi)開口、第二內(nèi)開口和內(nèi)部腔室，所述內(nèi)部腔室包括預(yù)燃室的一部分。
[0028]噴嘴主體限定了與內(nèi)部腔室和主燃燒室連通的第一孔口。第一孔口在第一外開口和第一內(nèi)開口之間呈第一孔口構(gòu)型延伸。噴嘴主體限定了與內(nèi)部腔室和主燃燒室連通的第二孔口。第二孔口在第二外開口和第二內(nèi)開口之間呈第二孔口構(gòu)型延伸。第一孔口的第一孔口構(gòu)型限定了從第一內(nèi)開口延伸到內(nèi)部腔室中的第一入口投射路徑。第二孔口的第二孔口構(gòu)型限定了從第二外開口延伸到內(nèi)部腔室中的第二入口投射路徑。第一孔口的第一入口投射路徑和第二孔口的第二入口投射路徑在內(nèi)部腔室中的沖擊區(qū)域相交。該沖擊區(qū)域在基本上垂直于中心縱向軸線的徑向平面中徑向地偏離中心縱向軸線。
[0029]在又一實施例中，提供了一種制造噴嘴的方法，該噴嘴用于發(fā)動機的預(yù)燃室組件。制造噴嘴的方法包括:制造噴嘴主體。噴嘴主體具有安裝端和遠側(cè)尖端。噴嘴主體限定了在安裝端和遠側(cè)尖端之間延伸的中心縱向軸線。噴嘴主體為中空，并包括外表面和內(nèi)表面。外表面限定第一外開口和第二外開口。內(nèi)表面限定內(nèi)部腔室、第一內(nèi)開口和第二內(nèi)開口。
[0030]限定了與內(nèi)部腔室連通的第一孔口。第一孔口在第一外開口和第一內(nèi)開口之間呈第一孔口構(gòu)型延伸。第一孔口的第一孔口構(gòu)型限定了從第一內(nèi)開口延伸到內(nèi)部腔室中的第一入口投射路徑。
[0031]限定了與內(nèi)部腔室連通的第二孔口。第二孔口在第二外開口和第二內(nèi)開口之間呈第二孔口構(gòu)型延伸。第二孔口的第二孔