專利名稱：用于活塞式發(fā)動機的預燃室裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于活塞式發(fā)動機中可在發(fā)動機氣缸上部適用 的預燃室裝置。
背景技術：
當燃料與空氣的混合物在燃燒發(fā)動機中燃燒時，形成了氮氧化物
(NOx)。通常，氮氧化物的總量在燃燒溫度升高的同時也在增加。具 體而言，高極點的燃燒溫度有助于氮氧化物的形成。通過增大燃料混 合物的空氣/燃料比，即通過使用更缺乏燃料的混合物，極點燃燒溫度 可以降低，并從而減少在燃燒過程期間所形成的氮氧化物的總量。然 而，由于燃料混合物缺乏燃料，故特別是在氣缸直徑較大的活塞式發(fā) 動機中，燃燒并不完全。
為了提高燃燒效率， 一些貧燃發(fā)動機設有與氣缸的燃燒室相連的 預燃室。預燃室供有富含燃料的混合物，其被點燃并輸送到燃燒室中， 由此將點燃燃燒室中缺乏燃料的混合物。預燃室特別地用于使用氣體 作為燃料的貧燃奧圖-循環(huán)發(fā)動機。在這些情形中，預燃室設有點燃富 含燃料的混合物的火花塞。將富含燃料的混合物供送到預燃室中由預 燃室閥根據(jù)發(fā)動機循環(huán)進行控制。對于由發(fā)動機凸輪軸控制的預燃室 閥，存在單獨的閥動裝置。凸輪軸設有單獨的凸輪用于預燃室閥。由 于預燃室閥需要其自身具有凸輪、推桿以及搖臂，故這種裝置的缺點 在于其復雜性。此外，預燃室閥的升程，即極限位置之間的行程長度 較短，這會妨礙對閥的控制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種裝置，通過該裝置可改善預燃室閥的工作。
如所附權利要求1中所公開的那樣，本發(fā)明的目的得以實現(xiàn)。根 據(jù)本發(fā)明的預燃室裝置包括預燃室、設有活塞面以便將燃燒空氣與燃 料的混合物供給到預燃室中的彈簧承載型預燃室閥，以及用于點燃預 燃室中燃燒空氣與燃料的混合物的點火裝置。預燃室閥可在開啟位置 與閉合位置之間移動，并且其由彈簧壓向閉合位置。預燃室裝置包括 用于壓力介質(zhì)的腔室，以及與其成流動連通的用于壓力介質(zhì)的第二腔 室。該腔室由預燃室閥的活塞面所限定，壓力介質(zhì)的壓力作用在該活 塞面上，以使預燃室閥朝向開啟位置移動。第二腔室由可動的第二活 塞的活塞面所限定。
本發(fā)明可實現(xiàn)眾多優(yōu)點。
通過改變預燃室閥的活塞面面積與第二活塞的活塞面面積之比， 預燃室閥的升程可以期望的方式隨時間變化。然后，預燃室閥可由與 氣缸入口閥相同的促動裝置進行操作。由于并非一定需要用于凸輪軸 的單獨的凸輪以及用于將凸輪運動傳遞給預燃室閥的機構(gòu)，故該裝置 結(jié)構(gòu)可制造得更為簡單。
在下文中通過舉例的方式參照附圖對本發(fā)明進行更為詳細地闡述。
圖1至圖6示出了活塞式發(fā)動機氣缸上部以及根據(jù)本發(fā)明的一個 預燃室裝置在多個工作階段中的示意性截面圖。
圖7示出了在根據(jù)圖1至圖6的實施例中隨時間變化的預燃室閥 和入口閥的升程。
具體實施例方式
圖1至圖6示出了活塞式發(fā)動機1的一部分，更準確地說是其氣 缸的上部。為了清楚起見，省略了指示截面區(qū)域的斜剖線?；钊桨l(fā)動機1包括具有多個氣缸3的發(fā)動機組。發(fā)動機1為奧圖-循環(huán)發(fā)動機， 即由火花塞點燃燃料與燃燒空氣的混合物。在發(fā)動機中所使用的燃料
為氣體，例如天然氣。發(fā)動機1還包括氣缸蓋2，其與活塞和氣缸襯 套一起限定氣缸的燃燒室5。氣缸蓋2設有通向燃燒室5的進入口 6, 經(jīng)由該進入口，燃料與空氣的混合物引入到燃燒室5中。在進入口 6 中燃料與燃燒空氣相混合。燃料與燃燒空氣的混合物從進入口 6到燃
燒室5中的流動由入口閥7控制。氣缸蓋2還設有通向燃燒室5的排 出口 8，經(jīng)由該排出口，在燃燒期間形成的排氣從燃燒室5中排出。 從燃燒室5到排出口 8的排氣流由排出閥9控制。
促動裝置結(jié)合入口閥7和排出閥9二者一起設置以用于移動閥7、 9。用于入口閥的促動裝置包括結(jié)合入口閥7的閥桿一起布置的軛架 13和搖臂14，通過該搖臂，向下按壓軛架13并從而向下按壓入口閥 7，以便將其打開。同樣，用于排出岡的促動裝置包括結(jié)合排出閥9 的閥桿一起布置的軛架13'和搖臂14',通過該搖臂，向下按壓軛架13' 并從而向下按壓排出閥9，以便將其打開。通過凸輪軸上的凸輪來提 供搖臂14、 14'的運動，該凸輪直接地或經(jīng)由推桿間接地與搖臂14,14' 可操作地相連接。彈簧10適用于包繞閥7，9的閥桿11,12，該彈簧的 彈簧力將閥朝向根據(jù)圖1的閉合位置推動，在圖1中，閥盤11',12'抵 靠氣缸蓋2上的閥座面安置。
預燃室裝置15適于與氣缸上部即氣缸蓋2相結(jié)合。預燃室裝置 15包括圍繞預燃室17的本體16，預燃室17通過噴嘴孔18與燃燒室 5成流動連通。預燃室裝置15包括預燃室閥19，通過該預燃室閥19， 控制燃料與燃燒空氣的混合物從本體內(nèi)的燃料室25至預燃室17的供 給。此外，預燃室裝置15包括火花塞20，通過該火花塞20,點燃預 燃室17中的燃料與空氣的混合物。預燃室裝置安置在本體16內(nèi)，由 此該預燃室裝置可安裝成與氣缸蓋2相結(jié)合而作為一個單元。
預燃室閥19包括伸長的閥體21,其第一端設有閥盤22，而第二 端設有活塞23?；钊?3安置在圓柱形腔室28內(nèi)。活塞23包括限定腔室28的活塞面32。閥體21由彈簧24所包繞，彈簧24設置在活塞 23與本體16之間的腔室28中，由此彈簧將預燃室閥19推向閉合位 置，在閉合位置，閥盤22抵靠本體16上的基座面。當預燃室閥處于 閉合位置時，燃料與燃燒空氣的混合物自燃料室25到預燃室17的流 動受到阻止。當基座面與閥盤22之間存在間隙時，預燃室閥19為打 開的，由此容許燃料與燃燒空氣的混合物從燃料室25流入預燃室17。 腔室28通過連接管路26與裝入第二活塞29的第二腔室27流動 連通。可動的第二活塞29設有部分地限定第二腔室27的第二活塞面 31。腔室28和第二腔室27均填充有壓力介質(zhì)，優(yōu)選為發(fā)動機潤滑油。 第二活塞面31的面積大于活塞面32的面積。本體16內(nèi)存在管路30， 其從第二腔室27的側(cè)壁延伸至油空間34,例如氣缸蓋2的潤滑油通 路中。與入口閥7相結(jié)合的軛架13還與第二活塞29可操作地相連接， 使得軛架13同時按壓入口閥7和第二活塞29二者。因此，預燃室閥 19和入口閥7二者的運動均由同一裝置提供，即由入口閥的促動裝置。 入口閥7的定時不同于預燃室閥19的定時，即它們的開啟時間和閉 合時間彼此不同。由于分別限定腔室28和第二腔室27的活塞面32,31 的面積具有不同的大小，故預燃室閥19和入口閥7的移動速度和升 程彼此不同。
在圖1中，入口閥7和排出閥9均為閉合的，即處于其最上位置 抵靠氣缸蓋2上的閥座面。第二活塞29也處于其最上位置，由此第 二腔室27處于其最大容積。第二腔室27側(cè)壁中的管路30孔口為打 開的，由此容許用作壓力介質(zhì)的潤滑油經(jīng)由管路30流入油空間34。
在圖2中，通過入口閥的促動裝置，即由軛架13和搖臂14將入 口閥7和第二活塞29下壓。入口閥7開啟，且第二腔室27側(cè)壁中管 路30的孔口仍為打開的。第二活塞29伸入第二腔室27中，而壓力 介質(zhì)沿管路30流入油空間34中。因此，腔室23和第二腔室27的總 容積減小。預燃室閥19保持在閉合位置上，即閥盤22抵靠閥座面。
在圖3中，通過軛架13和推桿14進一步向下按壓入口閥7和第 二活塞29。于是，入口閥7進一步開啟，而第二活塞29更深地伸入第二腔室27中。當?shù)诙钊?9覆蓋通向第二腔室27側(cè)壁的管路30 孑L口時，就不再容許壓力介質(zhì)經(jīng)由管路30從腔室28,27中流出。由于 第二活塞29更深地伸入第二腔室27中，故腔室27,28中的潤滑油壓 力升高，而當作用在活塞的活塞面32上的壓力超過彈簧24的閉合力 時，則預燃室閥19開始打開。
在圖4中，通過軛架13和推桿14進一步向下按壓入口閥7和第 二活塞29。第二活塞29仍覆蓋管路30的孔口。更深地伸入第二腔室 27中的第二活塞29將來自于第二腔室27中的壓力介質(zhì)經(jīng)由連^妾管^各 26推入腔室28中。因此，活塞23在腔室28中向下移動并壓縮彈簧 24，由此使得預燃室閥19打開，而燃料混合物從燃料室25流入預燃 室17中。由于第二活塞的活塞面31的面積小于活塞面32的面積， 故相比于第二活塞29、入口閥7和軛架13的移動，預燃室閥19的移 動較慢，且升程較小。
在圖5中，軛架13和搖臂14向上移動，且入口閥7和預燃室閥 19閉合。與開啟運動期間一樣，由于活塞23和第二活塞29的各活塞 面32,31之間的面積差異，故預燃室閥19的移動慢于入口閥7。
在圖6中，第二腔室27側(cè)壁中的管路30孔口打開，且壓力介質(zhì) 經(jīng)由管路30從腔室27,28流入油空間34中。腔室27，28中的潤滑油 壓力降低，且彈簧24使預燃室閥19移動到閉合位置，由此停止燃燒 空氣與燃料的混合物從燃料室25至預燃室17的流動。在入口閥7閉 合之后，預燃室17中的混合物由火花塞20點燃。燃燒的燃料混合物 經(jīng)由噴嘴孔18從預燃室17擴散到燃燒室5中，并且其點燃了燃燒室 5中燃料較為缺乏的燃燒空氣與燃料的混合物。
如圖7中所示，預燃室閥19隨時間變化的移動，即升程，小于 入口閥7的升程。通過改變活塞的活塞面32與第二活塞的活塞面31 之間的比率，可改變相對于入口閥7升程的預燃室閥19升程。通過 改變第二腔室27側(cè)壁中的管路30孔口的閉合時刻和開啟時刻，即例 如通過改變管路30孔口在第二活塞29的運動方向(即垂直方向)上的 位置，可改變預燃室閥19開始打開和完全閉合的時刻。
權利要求
1.一種可在活塞式發(fā)動機(1)中適用于氣缸上部(2)的預燃室裝置，所述預燃室裝置包括預燃室(17)、設有活塞面(32)以便將燃燒空氣與燃料的混合物供給到所述預燃室(17)的彈簧承載型預燃室閥(19)，以及用于點燃所述預燃室(17)中的燃燒空氣與燃料的所述混合物的點火裝置(20)，所述預燃室閥(19)可在開啟位置與閉合位置之間移動，并且由彈簧(24)壓向所述閉合位置，其特征在于，所述預燃室裝置(15)包括用于壓力介質(zhì)的腔室(28)以及與所述腔室(28)成流動連通的用于壓力介質(zhì)的第二腔室(27)，所述腔室(28)由所述預燃室閥的活塞面(32)限定，所述壓力介質(zhì)的壓力作用在所述活塞面上以將所述預燃室閥(19)移向所述開啟位置，以及所述第二腔室(27)由可動的第二活塞(29)的活塞面(31)限定。
2. 根據(jù)權利要求1所述的預燃室裝置，其特征在于，所述預燃室 閥的活塞面(32)的面積大于所述第二活塞(29)的活塞面(31)的面積。
3. 根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的預燃室裝置，其特征在于， 管路(30)用于將壓力介質(zhì)輸送到所述第二腔室(27),以及用于將其從所 述第二腔室(27)排出，所述管路(30)設置成用以根據(jù)所述第二活塞(29) 的位置來關閉和開啟。
4. 根據(jù)權利要求3所述的預燃室裝置，其特征在于，所述管路(30) 的孔口設置在所述第二腔室(27)的側(cè)壁中。
5. 根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的預燃室裝置，其特征在 于，所述腔室(28)和所述第二腔室(27)適用在本體(16)內(nèi)，且其中，所 述第二活塞(29)可從所述本體(16)移動到外部。
6. —種活塞式發(fā)動機(l)，包括至少一個氣缸(3)、設有入口閥(7) 以便將燃燒空氣輸送到所述氣缸的燃燒室(5)中的進入口(6),以及用于 打開所述入口閥(7)的促動裝置(13,14)，其特征在于，根據(jù)前述權利要 求中任何一項所述的預燃室裝置(15)適用于所述氣缸(3)的上部(2)。
7. 根據(jù)權利要求6中所述的活塞式發(fā)動機，其特征在于，所述入 口閥的促動裝置(13,14)設置成用以移動所述預燃室裝置的第二活塞 (29)。
8. 根據(jù)權利要求6或權利要求7所述的活塞式發(fā)動機，包括根據(jù) 權利要求3或權利要求4的預燃室裝置，其特征在于，管路(30)與所 述發(fā)動才幾的潤滑油系統(tǒng)流動連通。
全文摘要
一種可在活塞式發(fā)動機(1)中適用于氣缸上部(2)的預燃室裝置，該預燃室裝置包括預燃室(17)、設有活塞面(32)以便將燃燒空氣與燃料的混合物供給到預燃室(17)的彈簧承載型預燃室閥(19)，以及用于點燃預燃室(17)中的燃燒空氣與燃料的混合物的點火裝置(20)，該預燃室閥(19)可在開啟位置與閉合位置之間移動，并且由彈簧(24)壓向閉合位置。預燃室裝置(15)包括用于壓力介質(zhì)的腔室(28)以及與腔室(28)流動連通的用于壓力介質(zhì)的第二腔室(27)，腔室(28)由預燃室閥的活塞面(32)限定，壓力介質(zhì)的壓力作用在活塞面(32)上以將預燃室閥(19)移向開啟位置，以及該第二腔室(27)由可動的第二活塞(29)的活塞面(31)限定。
文檔編號F02B19/10GK101583782SQ200880001708
公開日2009年11月18日 申請日期2008年1月2日 優(yōu)先權日2007年1月3日
發(fā)明者M·桑德斯滕, S·尼尼坎加斯 申請人:瓦特西拉芬蘭有限公司