本實用新型涉及內(nèi)燃機。具體地，本實用新型涉及一種用于引導一對射流在主燃燒室內(nèi)重疊的預燃室。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機在操作過程中經(jīng)常排出有害的氮氧化物（“NO_x”）。當?shù)獨夂脱鯕舛即嬖谟谟糜谌紵目諝庵?，并在主燃燒室?nèi)混合時，就形成了這些氮氧化物。通常，隨著燃燒室內(nèi)的最高燃燒溫度的增加，形成的NO_x的量也隨之增大。因此，使主燃燒室內(nèi)的最高燃燒溫度最小化通常能減少NO_x的排放量。

由于這個原因，稀薄的燃料混合物被用于降低主燃燒室中的最高燃燒溫度，從而減少有害的NO_x的排放量。當與化學計量的空氣-燃料比相比時，稀薄的燃料混合物具有相對較大的空氣-燃料比。因此，在燃料混合物中使用更多空氣可以有利地降低NO_x的排放量。

此外，大部分內(nèi)燃機在發(fā)動機循環(huán)運轉(zhuǎn)過程中使用火花塞周期性地點燃空氣/燃料混合物。但是，隨著燃燒室尺寸的增大，火花塞引起燃燒的效力降低，這部分地是因為火花塞產(chǎn)生的弧光非常局部化。在努力降低排放并提高燃料效率而配置稀薄的空氣/燃料比時，這種情況尤其嚴重。在大的燃燒室中，例如，為了使燃燒過程在整個燃燒室內(nèi)傳播可能花費不希望的時間段。另外，使用稀薄的空氣/燃料比可以導致不完全燃燒，即在主燃燒室內(nèi)的稀薄失火。而且，主燃燒室內(nèi)的湍流就可能在稀薄的空氣/燃料混合物燃燒之前熄滅點火火焰。發(fā)動機中的稀薄失火導致輸出功率下降和未燃燒燃料的量增加。在某些情況下，點火火焰的熄滅導致發(fā)動機停止工作。

為了使不完全燃燒的發(fā)生概率最小化，一些內(nèi)燃機設置了預燃燒室或預燃室。濃縮的或非濃縮的燃料都可以在這些預燃室中前進。預燃室內(nèi)燃料的點火產(chǎn)生燃燒的燃料的射流，該射流被引入主燃燒室中，從而點燃主燃燒室內(nèi)稀薄的空氣-燃料混合物。然而，來自預燃室的射流火焰可能不足以致使主燃燒室內(nèi)稀薄的空氣-燃料混合物完全燃燒。

美國3,924,582號專利公開了一種具有主燃燒室和兩個對稱設置的輔助燃燒室的內(nèi)燃機。每個輔助燃燒室具有一個噴焰器噴嘴。來自兩個輔助燃燒室的噴焰器噴嘴相對于包含輔助燃燒室的中心的平面在相對的方向上延伸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在提供一種可以防止主燃燒室稀薄失火的內(nèi)燃機。

在本實用新型的一個方面，公開了一種內(nèi)燃機，具有主燃燒室、第一預燃室、第二預燃室、第一火花塞和第二火花塞；所述主燃燒室與第一預燃室和第二預燃室流體連通，所述第一火花塞設置在第一預燃室中，用于點燃第一預燃室中的進料，以形成進入主燃燒室中的第一火焰射流；所述第二火花塞設置在第二預燃室內(nèi)，用于點燃第二預燃室中的進料，以形成進入主燃燒室中的第二火焰射流；所述第一火焰射流和第二火焰射流在主燃燒室中重疊。

其中，所述第一火花塞在所述第二火花塞點燃所述第二預燃室中的進料之前點燃所述第一預燃室中的進料，進而使所述第一火焰射流在所述第二火焰射流之前進入所述主燃燒室中。

進一步的，所述第一預燃室和所述第二預燃室設置在所述主燃燒室之外；也可以在所述內(nèi)燃機中設置主預燃室，在所述主預燃室中設置有板，以形成所述的第一預燃室和所述第二預燃室。

優(yōu)選地，所述第一預燃室和所述第二預燃室位于所述主燃燒室的中心部位，且所述第一預燃室和所述第二預燃室彼此鄰近。

進一步的，所述內(nèi)燃機還包括用于控制所述第一火花塞和所述第二火花塞點火的電子控制單元。

本實用新型通過設置兩個預燃室，并使得來自兩個預燃室的兩束火焰射流在主燃燒室中重疊，由此可以在主燃燒室中產(chǎn)生更高的溫度，使主燃燒室內(nèi)的進料更強勁的燃燒，防止主燃燒室稀薄失火。

附圖說明

圖1示出了其中一個火花塞的為致動狀態(tài)的內(nèi)燃機的截面圖；

圖2示出了另外一個火花塞為致動狀態(tài)的內(nèi)燃機的截面圖；

圖3示出了火焰射流在主燃燒室中重疊的內(nèi)燃機的截面圖；

圖4示出了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的內(nèi)燃機的截面圖；

圖5示出了點燃內(nèi)燃機中的進料的方法流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將對本實用新型的實施例做出詳細說明，其示例示出在附圖中。只要可能，相同的附圖標記將在整個附圖中用于指代相同或者相似的部分。

本實用新型涉及一種用于改進燃燒過程以及避免失火的內(nèi)燃機。圖1示出了一種示例性發(fā)動機100，其用于驅(qū)動任何車輛。在該示例性實施例中，發(fā)動機100可為用于地面作業(yè)機械的內(nèi)燃機。在多個其他實施例中，發(fā)動機100可以是靠固體、液體或氣體燃料運轉(zhuǎn)的任何發(fā)動機，該發(fā)動機可用于各種用途，例如汽車、建筑機械、任何運輸車輛等。

參考圖1，內(nèi)燃機100的第一實施例包括汽缸蓋102和汽缸體104。汽缸蓋102、汽缸體104和活塞106形成主燃燒室108。主燃燒室108用于接納燃料/空氣-燃料混合物，即進料，并燃燒進料?；钊?06用于將由燃燒的物料產(chǎn)生的驅(qū)動力傳送至輸出軸（未示出）。

主燃燒室108與第一預燃室110和第二預燃室112流體連通。第一預燃室110和第二預燃室112的容量小于主燃燒室108的容量。第一預燃室110和第二預燃室112用于接納濃縮的或非濃縮的進料。第一預燃室110和第二預燃室112內(nèi)進料的點火產(chǎn)生燃燒的進料的射流，其被引導至主燃燒室108中，從而點燃主燃燒室108內(nèi)稀薄的進料。在一個實施例中，第一預燃室110和第二預燃室112可以是球形的，以促進第一預燃室110和第二預燃室112內(nèi)的渦流。如本領域技術(shù)人員將理解的，第一預燃室110和第二預燃室112可以是本領域已知的任意其它類型或形狀。在示出的實施例中，第一預燃室110和第二預燃室112設置在主燃燒室108的基本上中心部位，并且彼此靠近。在各種其它實施例中，第一預燃室110和第二預燃室112可以在其它位置與主燃燒室108連接。在各種其它實施例中，發(fā)動機100可以具有多于兩個的預燃室。

在示出的實施例中，第一預燃室110和第二預燃室112根據(jù)主預燃室形成，如圖1所示。主預燃室具有板118，板118劃分主預燃室以形成第一預燃室110和第二預燃室112。在另選的實施例中，第一預燃室110和第二預燃室112可以彼此間隔開，如圖4所示。

第一火花塞114設置在第一預燃室110中。第二火花塞116設置在第二預燃室112中。第一火花塞114和第二火花塞116可以通過焊接或者本領域已知的其它方法與第一預燃室110和第二預燃室112連接。

第一火花塞114設置在第一預燃室110的頂部。第二火花塞116設置在第二預燃室112的頂部。在另選的實施例中，第一火花塞114和第二火花塞116分別設置在第一預燃室110和第二預燃室112的端部，靠近通向主燃燒室108的入口。在各種其它實施例中，第一火花塞114和第二火花塞116可以分別設置在第一預燃室110和第二預燃室112中的其它位置處。第一火花塞114和第二火花塞116可以是典型的J-間隙火花塞、導軌塞、延伸的電極、激光火花塞或本領域已知的任意其它類型的火花塞。

汽缸蓋102包括進氣端口120和排氣端口122。進料進氣閥124設置在進氣端口120上。進料進氣閥124可以由進氣凸輪（未示出）驅(qū)動，以控制進入主燃燒室108的進料的供給。當進料進氣閥124位于打開位置時，進氣端口120與主燃燒室108流體連通。此外，位于打開位置的進料進氣閥124有助于引入進料通過進氣端口120并且進入主燃燒室108中。當進料進氣閥124位于關(guān)閉位置時，進氣端口120與主燃燒室108相隔離，從而防止進料經(jīng)由進氣端口120進入主燃燒室108。

排氣閥126可以設置在排氣端口122上。排氣閥126可以由排氣凸輪（未示出）驅(qū)動，以控制燃燒產(chǎn)物從主燃燒室108的排放。當排氣閥126位于打開位置時，排氣端口122與主燃燒室108流體連通。此外，位于打開位置的排氣閥126允許廢氣/燃燒后的氣體從主燃燒室108前進并進入排氣端口122中。當排氣閥126位于關(guān)閉位置時，排氣端口122與主燃燒室108相隔離，防止進料離開主燃燒室108并進入排氣端口122中。

第一預燃室110和第二預燃室112通過連通通道128與主燃燒室108流體連通。從進料進氣閥124噴射的進料作為新鮮進料供應至主燃燒室108，并且還經(jīng)由連通通道128供應至第一預燃室110和第二預燃室112。

發(fā)動機100具有電子控制單元（ECU）130。電子控制單元ECU 130可以為數(shù)字計算機，其可包括中央處理單元（CPU）、只讀存儲器（ROM）、隨機存取存儲器（RAM）和輸出接口。ECU 130從各種傳感器（未示出）接收表示各種發(fā)動機操作工況的輸入信號。例如，來自加速器開度傳感器的加速器開度信號可以檢測發(fā)動機負荷，來自水溫度傳感器的水溫度信號可以檢測發(fā)動機溫度，并且來自曲柄角度傳感器的曲柄角度信號可以檢測曲軸（未示出）的角度位置，并且其可以被ECU 130使用以計算發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度（例如，發(fā)動機100的每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù)）。響應于輸入信號，ECU 130控制管理發(fā)動機100的操作的各種參數(shù)。例如，ECU 130可以控制由進料進氣閥124噴射的進料的數(shù)量和正時、第一火花塞114的點火正時和第二火花塞116的點火正時。

根據(jù)發(fā)動機100的給定操作工況，ECU 130控制第一火花塞114的點火正時（即，第一預燃室110中進料的點火）與第二火花塞116的點火正時（即，第二預燃室112中進料的點火）之間的相位差。ECU 130控制第一火花塞114和第二火花塞116的致動，使得第一火花塞114在第二火花塞116點燃第二預燃室112中的進料之前點燃第一預燃室110中的進料。

現(xiàn)在將參考圖1至圖3詳細地說明發(fā)動機100以及ECU 130的工作。ECU 130產(chǎn)生致使進料進氣閥124打開的輸出信號，從而允許濃縮的或非濃縮的進料前進至主燃燒室108、第一預燃室110和第二預燃室112中。參考圖1，一旦進料前進至主燃燒室108、第一預燃室110和第二預燃室112中，ECU 130就產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號致使第一火花塞114在第一預燃室110中產(chǎn)生火花。來自第一火花塞114的火花點燃第一預燃室110內(nèi)的進料，并引起火焰射流，即燃燒的進料的前端通過連通通道128并進入主燃燒室108中，如圖2所示。來自第一預燃室110的火焰射流引發(fā)主燃燒室108中的進料燃燒。

在致動第一火花塞114之后，ECU 130點燃第二火花塞116，使第二預燃室112中的進料點火，如圖2所示。來自第二火花塞116的火花點燃第二預燃室112內(nèi)的進料，其致使來自第二預燃室112的火焰射流穿過連通通道128并進入主燃燒室108中，如圖3所示。來自第一預燃室110和第二預燃室112的火焰射流被引導至主燃燒室108中，使得來自第一預燃室110和第二預燃室112的兩支火焰射流在主燃燒室108中重疊，如圖3所示。來自第一預燃室110的火焰射流與來自第二預燃室112的火焰射流一起有助于在發(fā)動機操作的一個循環(huán)期間完成存在于主燃燒室108中的進料的完全燃燒。

在一個實施例中，第一火花塞114的點火與第二火花塞116的點火之間的差可以驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)5-10度。在其它實施例中，第一火花塞114的點火正時與第二火花塞116的點火正時之間的差可以足以使得第一預燃室110中的進料通過第一火花塞114的點火而燃燒。該進料的燃燒將來自第一預燃室110的火焰射流引導至主燃燒室108中，從而對主燃燒室108中的進料進行加熱，并且為來自第二預燃室112的火焰射流提供更熱的混合物以更可靠地點火。

現(xiàn)在參考圖4，提供了內(nèi)燃機200的第二示例性實施例的一部分。在該實施例中，發(fā)動機200組件類似于圖1的發(fā)動機100組件。因此，在圖1中使用的許多附圖標記也可在圖4中使用。

圖4的實施例與圖1的實施例之間的一個差別在于在圖4的實施例中存在有預燃室進氣閥136。預燃室進氣閥136設置在第一預燃室110和第二預燃室112兩者上。預燃室進氣閥136使進料流進預燃室中。在示出的實施例中，ECU 130電連接至預燃室進氣閥136。ECU 130可以控制由預燃室進氣閥136噴射的進料的量和正時。

在圖4示出的實施例中，ECU 130產(chǎn)生致使進料進氣閥124打開的輸出信號，從而使?jié)饪s的或非濃縮的進料進入主燃燒室108中。此外，ECU 130可以向兩個不同的預燃室進氣閥136輸出控制信號，以將其打開以分別將新鮮進料引入第一預燃室110和第二預燃室112中。一旦進料進入主燃燒室108、第一預燃室110和第二預燃室112中，ECU 130就產(chǎn)生輸出信號，來致動第一火花塞114以在第一預燃室110中產(chǎn)生火花。此外，如在以上實施例中所述，ECU 130產(chǎn)生輸出信號，以致動第二火花塞116，以在第二預燃室112中點燃。

工業(yè)實用性

動力產(chǎn)生單元（諸如柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機和氣態(tài)燃料動力發(fā)動機）需要最優(yōu)的燃料或空氣-燃料混合物的量，以高效地產(chǎn)生高動力。然而，這些發(fā)動機在操作過程中經(jīng)常排放有害的氮氧化物（“NO_x”）。當?shù)獨夂脱鯕舛即嬖谟谟糜谌紵目諝庵?，且在主燃燒室?nèi)混合時，這些氮氧化物就形成了。因為隨著燃燒室內(nèi)最高燃燒溫度的增加，形成的NO_x的程度也隨之增加，所以可以使用較稀薄的燃料混合物來降低主燃燒室內(nèi)的最高燃燒溫度，進而減少有害的NO_x的排放量。然而，較稀薄的燃料混合物引起發(fā)動機內(nèi)由于稀薄而產(chǎn)生的失火。該失火導致動力輸出降低以及未燃燒的燃料的量增加。為了使由發(fā)動機中的燃燒過程產(chǎn)生的動力輸出最大化并且使不完全燃燒的發(fā)生概率最小化，一些內(nèi)燃機設置預燃室。預燃室內(nèi)燃料的點火產(chǎn)生燃燒燃料的射流，其被引導至主燃燒室中，從而將主燃燒室內(nèi)稀薄的空氣-燃料混合物點燃。然而，來自預燃室的火焰射流可能不能夠使存在于主燃燒室中的進料完全燃燒。

現(xiàn)在將參照圖5來詳細地描述點燃內(nèi)燃機100中的進料的方法500。在本實用新型的一個方面，圖1中公開并示出了設置在第一預燃室110和第二預燃室112上的第一火花塞114和第二火花塞116。ECU 130用于控制第一火花塞114和第二火花塞116的致動正時。ECU 130向第一火花塞114產(chǎn)生輸出信號，以在第一預燃室110中產(chǎn)生火花，如圖1所示。第一火花塞114的火花點燃第一預燃室110內(nèi)的進料，其引起第一火焰射流（即燃燒的進料的前端）通過連通通道128并進入主燃燒室108中，如圖2所示（步驟502）。這在主燃燒室108中靠近第一預燃室110的連通通道128處產(chǎn)生了一個高溫區(qū)（陰影區(qū)域），如圖2所示。由來自第一預燃室110的第一火焰射流形成的高溫區(qū)域引發(fā)主燃燒室108中的進料燃燒。這在主燃燒室108中產(chǎn)生更熱的混合物，并且使需要利用第二預燃室112的火焰射流在主燃燒室108中點燃的進料的溫度升高。

此外，如圖2所示，在致動第一火花塞114之后，ECU 130向第二火花塞116產(chǎn)生輸出信號，以在第二預燃室112中產(chǎn)生火花。第二火花塞116的這個火花點燃第二預燃室112內(nèi)的進料，并且產(chǎn)生燃燒的進料的前端，即第二火焰射流（步驟504）。第二火焰射流穿過連通通道128，進入主燃燒室108中，使得來自第二預燃室112的第二火焰射流與來自第一預燃室110的第一火焰射流在主燃燒室108中重疊（步驟506），如圖3所示。這在主燃燒室108中產(chǎn)生更高的溫度，使主燃燒室108內(nèi)的進料更強勁的燃燒，從而驅(qū)動活塞106向下運動，以產(chǎn)生機械輸出。

雖然已經(jīng)參照上述實施例對本實用新型的各個方面做出了特別展示和描述，但是本領域技術(shù)人員將了解到，在不脫離公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可以通過對公開的機械、系統(tǒng)和方法的修改而構(gòu)思出各種另外的實施例。這些實施例應該被理解為落入基于權(quán)利要求及其任何等同物所確定的本實用新型的保護范圍內(nèi)。