專利名稱：預燃室末端的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于內燃機的預燃室組件。更具體地，本發明涉及ー種具有ー個或多個冷卻通道的預燃室末端。
背景技術：
已知的是在例如氣態燃料應用的一些內燃機應用中使用預燃室。通常，預燃室是定位在發動機缸蓋內的相對小的氣體聚集室。預燃室經由許多小孔ロ與發動機的主燃燒室流體連通。在操作過程中，火花塞點燃預燃室內的氣態燃料(與點燃主燃燒室內的氣態燃料相反)。預燃室內的氣態燃料的點燃形成噴射或通過其他方式經由孔ロ推進到主燃燒室中由此點燃其中的氣態燃料的燃燒燃料的前部。
預燃室內的溫度極熱，不利于火花塞和預燃室末端的壽命。為了降低一些預燃室部件的溫度，已知的是采用冷卻的預燃室組件。EP1091104B1公開ー種冷卻的預燃室組件，其具有第一、第二和第三主體部分。預燃室具有其螺紋孔腔部分用于安裝火花塞的火花塞接收孔腔和適用于相對于螺紋孔腔部分靠近地輸送冷卻流體流以便冷卻火花塞的火花塞冷卻通道。雖然’ 104專利中公開的組件可以適用于ー些應用，在其他應用中，該組件可以提供足夠的冷卻流體流以最佳地冷卻預燃室部件。
發明內容
在ー個方面，本發明針對ー種用于內燃機的預燃室末端，其包括具有定位其中的預燃室的第一主體部分，第一主體部分具有終端，終端的多個孔ロ被構造成將膨脹氣體引導離開預燃室，以及附接到第一主體部分的第二主體部分，第二主體部分具有外表面、形成在外表面內的冷卻流體開ロ、與冷卻流體開ロ流體連通的冷卻流體通道以及與冷卻流體開ロ相聯的凸脊，凸脊從外表面延伸并被構造成將冷卻流體流轉向到冷卻流體開口和冷卻流體通道內。在另一方面，本發明針對ー種內燃機，其包括具有至少ー個缸的發動機缸體；與發動機缸體接合以便覆蓋缸并限定主燃燒室的缸蓋，缸蓋具有缸蓋冷卻流體通道；以及安裝在缸蓋內的預燃室組件。預燃室組件包括具有定位其中的預燃室的第一主體部分，第一主體部分具有延伸到主燃燒室內并包括被構造成將膨脹氣體從預燃室引導到主燃燒室內的多個孔ロ的終端；以及附接到第一主體部分的第二主體部分，第二主體部分具有外表面、形成在外表面內的冷卻流體開ロ、與冷卻流體開ロ流體連通的冷卻流體通道以及與冷卻流體開ロ相聯的凸脊，凸脊從外表面延伸并被構造成將冷卻流體流從缸蓋冷卻流體通道轉向到冷卻流體開ロ和冷卻流體通道內。在預燃室末端的一些實施方式中，凸脊可形成冷卻流體開ロ的上邊緣，或者凸脊可包括凹入彎曲的下表面。另外，在一些實施方式中，冷卻流體開ロ可具有第一側邊緣和第ニ側邊緣，并且凸脊可從第一側邊緣的外側連續延伸到第二側邊緣的外側。另外，在ー些實施方式中，預燃室末端可具有大致柱狀的外表面并包括四個隔開的冷卻流體開口和四個凸脊，每個凸脊與相應的冷卻流體開ロ相聯。本發明的多種實施方式可只包括給出的元件和優點的分組。對于這些實施方式來說，沒有一個優點是關鍵的。任何要求保護的實施方式可在技術上與任何其他要求保護的實施方式組合。
圖I是內燃機的實施方式的示意截面圖，其中本發明的預燃室組件表示安裝在發動機的缸蓋內；圖2是更加詳細表示的圖I的預燃室組件的示意截面圖；圖3是圖I的預燃室組件的末端的立體圖；
圖4是沿著圖3的線4-4截取的示意截面圖；以及圖5是沿著圖3的線5-5截取的局部示意截面圖。
具體實施例方式現在參考附圖，發動機10的示例性實施方式在圖I中示出。發動機10可包括未示出的特征，例如燃料系統、空氣系統、冷卻系統、外設、動カ傳動部件、渦輪增壓器等。為了本發明的目的，發動機10被認為是四沖程氣態燃料發動機。但是本領域普通技術人員將理解到發動機10可以是利用預燃室的任何類型的發動機(內燃機、渦輪機、氣體發動機、柴油機、氣態燃料發動機、天然氣發動機、丙烷發動機等)。此外，發動機10可以是任意尺寸、具有任意數量的缸并且為任意構造(“V”型、直列、徑向等)。發動機10可用來向任何機器或其他裝置供以動力，包括機車應用、公路卡車或車輛、非公路卡車或機器、運土設備、發電機、航空應用、海洋應用、泵、固定設備或其他發動機供以動カ的應用。發動機10包括具有多個缸14(圖I示出其中之一)的發動機缸體12。活塞16可滑動地布置在缸14內，以便在上止點位置和下止點位置之間往復運動。連接桿18將活塞16連接到曲軸22的偏心曲柄銷20，使得活塞的往復運動造成曲軸22的轉動。發動機10還包括接合發動機缸體12以便覆蓋缸14并限定主燃燒室26的缸蓋24。缸蓋24限定分別使得氣體進入主燃燒室26和將氣體排出燃燒室的吸氣和排氣開ロ 28。發動機閥30定位成選擇性地打開和關閉開ロ。每個缸14可包括多個吸氣和排氣開ロ 28。缸蓋還限定第一冷卻流體通道32和第二冷卻流體通道34。發動機10可包括一系列閥致動組件40 (圖I示出其中之一)。每個缸14設置可多個閥致動組件40。例如，一個閥致動組件可用來打開和關閉吸氣閥，另ー閥致動組件可設置成打開和關閉排氣閥。閥致動組件40包括搖臂46。搖臂46能夠可樞轉地安裝在缸蓋24內，并在一端處附接到發動機閥30，且在另一端處附接到推桿48。搖臂46圍繞其樞轉點50的擺動使得閥30在打開位置和關閉位置之間運動。閥致動組件40還可包括朝著關閉位置偏壓閥30 (即關閉吸氣和排氣開ロ 28)的閥彈簧52。推桿48的另一端接合提升器54，提升器54接合凸輪軸56。凸輪軸56操作地接合曲軸22。凸輪軸56可以本領域普通技術人員容易明白的、使得曲軸22的轉動造成凸輪軸56轉動的任何方式與曲軸22連接。例如，凸輪軸56可以經由齒輪系(未示出)連接到曲軸22。如圖I所示，第一凸輪凸角58布置在凸輪軸56上，以便接合提升器54。本領域普通技術人員將理解到凸輪軸56可包括另外的凸輪凸角，以便與其他提升器接合，從而致動另外的發動機閥。發動機10還可包括在閥30之間定位在缸蓋24內的預燃室組件60。預燃室組件60可以多種方式構造。可以使用能夠定位在缸蓋24內以便支持主燃燒室26外部的燃燒事件并將燃燒引導到主燃燒室26內的任何組件。參考圖2，預燃室組件60表示成布置在缸蓋24內的孔腔62內。預燃室組件60從缸蓋24延伸到主燃燒室26內。在所示的實施方式中，預燃室組件60具有串聯附接的第一主體部分72、第二主體部分74和第三主體部分76。第二主體部分74和第三主體部分76限定預燃室末端77 (圖3)。在其他實施方式中，預燃室組件60可以通過多于或少于三個主 體部分形成。例如，預燃室組件可形成為單個一體単元，其中每個主體部分是所述單個單元的一部分。第一主體部分72是大致柱狀的，并具有第一端78和第二端80。凸緣84設置在第一主體部分72的第一端78處。凸緣84具有穿過其中設置以便接收緊固件(未示出)的ー對孔86，緊固件將預燃室組件60聯接到缸蓋24并防止相對于孔腔62的轉動和軸向運動。第一主體部分72可以由任何適當材料制成。例如，第一主體部分72可以由易延展的鐵鑄件(珠光體鐵素體)制成。第一主體部分72被構造成在其中安裝火花塞88，使得火花塞88的端部延伸離開第二端80。本發明的描述中的火花塞88指的是本領域可用的任何適當的點火裝置。第二主體部分74是大致柱狀的，并具有第一端90和第二端92。第一端90可通過例如銅焊或焊接的任何適當方式例如連接到第一主體部分72的第二端80。第二主體部分72可以由任何適當材料制成。例如，第二主體部分74可以由能夠經受相對高溫的不銹鋼材料(諸如精制不銹鋼合金，型號347)制成。第二主體部分74根據總體構造被優選地鋳造，并且在需要的情況下，隨后加工成最終尺寸。第二主體部分74具有延伸穿過第二主體部分的臺階孔腔96。臺階孔腔96在第一和第二端90、92處開放，并且適用于接收從第一主體部分72延伸的火花塞88。臺階孔腔96具有適用于接收火花塞88的端部的火花塞安裝孔腔98。火花塞安裝孔腔98可以具有與火花塞88的端部上的螺紋適配的螺紋。臺階孔腔96限定適用于密封地接合火花塞88的密封表面100。第三主體部分76具有通過過渡部分110連接到第二端108的第一端106。第一端106是柱狀的，第二端108是大致柱狀球拱形的，并且過渡部分110提供逐漸過渡，并在第一端和第二端106、108的不同直徑之間合井。第一端106、第二端108和過渡部分110圍繞中心軸線112布置。密封表面114在軸向沿著過渡部分110的預定位置處圍繞第三主體部分76布置。密封表面114相對于中心軸線112橫向延伸，并且設置成貼靠預設置在缸蓋24內的密封表面116密封，以便防止主燃燒室26與第一和第二冷卻流體通道32、34之間的泄漏。密封表面114接合靠近布置在缸蓋24內的孔腔120定位的密封表面116。孔腔120通向主燃燒室26內，并接收第三主體部分76的第二端108。孔腔120使得第二端108延伸到主燃燒室26內并暴露于主燃燒室26。第三主體部分76具有布置其中的預燃室122。預燃室122通常具有與第三主體部分76相同的形狀,并在第三主體部分76的第一端106處開放，以便接收火花塞88的電極端。第三主體部分76的第二端108包括多個隔開的徑向定向孔ロ 124。孔ロ 124通向預燃室122，并進入主燃燒室26。孔ロ 124將膨脹氣體從預燃室122以預定形式引導到主燃燒室26內。第三主體部分76由高溫材料制成 。例如，高溫、熱穩定和耐受環境的合金(諸如鎳-鉻-鎢-鑰合金)是適當的。理解到可以替換適當組分的其他高溫材料，而不偏離本發明。第三主體部分76可以鑄造或由棒料加工而成。第一主體部分72、第二主體部分74和第三主體部分76連接在一起以便形成預燃室組件60。特別是，第一主體部分72的第二端80連接到第二主體部分74的第一端90，并且第二主體部分74的第二端92連接到第三主體部分76的第一端106。第一主體部分72可通過任何適當方式連接到第二主體部分74。例如，第一主體部分72可以通過具有能夠經受它所暴露的環境(溫度、化學品和機械載荷)的適當組分的銅焊材料連接到第二主體部分74。銀-鎳銅焊材料可適用于這種應用。同樣，第二主體部分74可以通過任何適當方式連接到第三主體部分76。例如，可以使用例如激光或電子束焊接的受控深度熔透焊接來將第二主體部分74連接到第三主體部分76。如圖3-5清楚看到，第二主體部分74包括ー個或多個冷卻流體開ロ 130，該冷卻流體開ロ在圍繞火花塞安裝孔腔部分98并與其隔開的預定徑向位置處通向布置在第二主體部分74內的ー個或多個冷卻流體通道132。第二主體部分74布置在缸蓋24內，使得冷卻流體開ロ 130通向缸蓋的第一冷卻流體通道32，并從第一冷卻流體通道32接收冷卻流體。冷卻流體開ロ 130和冷卻流體通道132可以多種方式構造。可以使用能夠靠近火花塞88和火花塞安裝孔腔部分98輸送冷卻流體流的任何開口和通道。在所示實施方式中，火花塞安裝孔腔部分98通過被構造成圍繞火花塞88的柱狀壁134限定。第二主體部分74包括四個隔開的冷卻流體開ロ 130。每個冷卻流體開ロ 130具有寬度W(開ロ圍繞第二主體部分的周邊延伸的度數)。在一些實施方式中，每個冷卻流體開ロ 130可圍繞柱狀第二主體部分74的周圍延伸相同的度數，而在其他實施方式中，一些冷卻開ロ可延伸比其他冷卻開ロ更大的角度。冷卻流體開ロ 130通向圍繞柱狀壁134徑向向內延伸的冷卻流體通道132。冷卻流體通道132適用于將冷卻流體輸送經過第二主體部分74。冷卻流體開ロ 130和冷卻流體通道132是大致矩形的形狀。但是在其他實施方式中，冷卻流體開ロ 130和冷卻流體通道132的數量、尺寸和形狀可以變化。參考圖5，第二主體部分74具有柱狀外表面138。所述ー個或多個冷卻流體開ロ130具有高度H1，并包括下邊緣140、大致平行于下邊緣140的上邊緣142、大致垂直于下邊緣140和上邊緣142的第一側邊緣144和大致平行于第一側邊緣144的第二側邊緣146。下邊緣140被構造有相對大的半徑Rl，并且上邊緣142被構造有從外表面138延伸長度LI的凸脊150。下邊緣140上的相對大的半徑和上邊緣142上的凸脊150有助于幫助冷卻流體流入冷卻流體開ロ 130。凸脊150具有厚度Tl和帶有半徑R2的凹入彎曲的下表面152。凸脊150可以大致平行于下邊緣140，并延伸超過第一側邊緣144和第二側邊緣146，如圖3所示。但是，凸脊150的數量、構造和布置可以變化。例如，在一些實施方式中，凸脊150可以與每個冷卻流體開ロ 130相聯，而在其他實施方式中，凸脊150可以只與選擇數量的冷卻流體開ロ 130相聯，例如具有與入口開ロ相聯的凸脊，而不具有與出口開ロ相聯的凸脊。另外，雖然在所示的實施方式中，凸脊150靠近上邊緣142上的冷卻流體開ロ 130形成，但在其他實施方式中，凸脊150可形成在沿著外表面138的另一位置處。可以使用將冷卻流體流引導到冷卻流體開ロ 130內的任何位置。另外，雖然在所示實施方式中，每個凸脊150是大致平行于下邊緣140并從第一側邊緣144外側的點延伸到第二側邊緣146外側的點的連續突出部，在其他實施方式中，凸脊150可以在冷卻流體開ロ 130上不連續，可以不延伸超過側邊緣144、146，或者可以不平行于下邊緣140。另外，雖然在所示實施方式中，凸脊150包括凹入彎曲的下表面152，但在其他實施方式中，下表面152不需要是彎曲或凹入的。第二主體部分74的一種實施方式可具有凸脊150，凸脊150具有不同于第二主體 部分的另ー實施方式的厚度Tl和長度LI。但是第二主體部分74可受到較大和快速的溫度波動。具有過薄厚度的凸脊150會由于來自冷卻流體流的熱應力/循環和壓カ而出現裂紋和失效。因此，凸脊150必須具有足夠的厚度Tl而不出現裂紋和失效。另外，由于預燃室末端組件60安裝在缸蓋24內，凸脊150的長度L I必須不延伸到與缸蓋24干涉并防止適當安裝的位置。在所示實施方式中，凸脊150不徑向延伸超過第二主體部分74的第一端90。在一種實施方式中，冷卻流體開ロ 130的高度Hl在大約8毫米到大約12毫米的范圍內，冷卻流體開ロ 130的寬度W在圍繞第二主體部分74的周邊的大約34度到大約42度的范圍內，下邊緣半徑Rl在大約4毫米到大約8毫米的范圍內，凸脊150具有大約4毫米到大約8毫米范圍內的長度LI，凸脊150具有大約2毫米到大約6毫米范圍內的厚度Tl，并且下表面152具有大約3毫米到大約7毫米范圍內的半徑。凸脊150可在超過第一側邊緣144和第二側邊緣146大約5度到大約15度的范圍內延伸。在另ー實施方式中，冷卻流體開ロ 130的高度Hl是大約10毫米，冷卻流體開ロ130的寬度W是大約38度，下邊緣半徑Rl是大約6毫米，凸脊150具有大約6毫米的長度LI和大約4毫米的厚度Tl，并且下表面半徑R2是大約5毫米。第二主體部分74還包括燃料通道154 (圖4)。燃料通道154通向預燃室122，并被構造成將例如氣態燃料的燃料從燃料源(未示出)輸送到預燃室122內。エ業實用性參考附圖，并且在操作中，預燃室組件60安裝在缸蓋24內。在安裝時，預燃室末端77鄰近第一冷卻流體通道32。來自于第一冷卻流體通道32的冷卻流體流圍繞預燃室末端77流動并向上進入第二冷卻流體通道34 (向上冷卻流體流動如圖5箭頭C所示)。隨著冷卻流體向上朝著第二冷卻流體通道34流動，與冷卻流體開ロ 130相聯的凸脊150將ー些冷卻流體流轉向到冷卻流體開ロ 130和冷卻流體通道132內。另外，冷卻流體開ロ 130的下邊緣140的相對大的半徑Rl為轉向的冷卻流體提供相對小的流動阻カ路徑。因此，預燃室末端77包括有助于冷卻流體流過末端內的冷卻流體通道132的結構元件。在缸蓋24內的冷卻流體通道32、34內流動并經過第二主體部分74中的冷卻流體通道132的冷卻流體通過傳導來轉移來自于預燃室組件60的熱量而有助于預燃室末端77的冷卻。特別是，冷卻流體在靠近火花塞88和火花塞安裝孔腔部分98的位置處冷卻第二主體部分74。因此，火花塞88的電極端部處的火花塞88的溫度降低，造成火花塞壽命增カロ，并減小停機時間。另外，第二主體部分74作為其一部分的預燃室末端77的冷卻延長了第二和第三主體部分74、76的壽命。雖然這里描述的本發明的實施方式可以在不偏離權利要求范圍的情況下結合，本領域普通技術人員將明白可以進行多種變型和改型。本領域普通技術人員從說明書的考量和本發明的實踐中將明白其它的實施方式。所打算的是說明書和例子僅僅作為示例性來考 量，真實范圍通過權利要求及其等同物來指明。
權利要求
1.一種用于內燃機的預燃室末端，包括 第一主體部分，其具有定位其中的預燃室，所述第一主體部分具有終端，所述終端的多個孔口能夠將膨脹氣體引導離開所述預燃室；以及 第二主體部分，其附接到所述第一主體部分，所述第二主體部分具有外表面、形成在所述外表面內的冷卻流體開口、與所述冷卻流體開口流體連通的冷卻流體通道以及與冷卻流體開口相聯的凸脊，所述凸脊從所述外表面延伸并能夠將冷卻流體流轉向到所述冷卻流體開口和冷卻流體通道內。
2.根據權利要求I所述的預燃室末端，其中，所述凸脊形成所述冷卻流體開口的上邊緣。
3.根據權利要求I所述的預燃室末端，其中，所述凸脊包括凹入彎曲的下表面。
4.根據權利要求3所述的預燃室末端，其中，所述凹入彎曲的下表面具有在大約3毫米到大約7毫米范圍內的半徑。
5.根據權利要求I所述的預燃室末端，其中，所述凸脊具有在大約2毫米到大約6毫米范圍內的厚度和在大約4毫米到大約8毫米范圍內的徑向長度。
6.根據權利要求I所述的預燃室末端，其中，所述冷卻流體開口具有第一側邊緣和第二側邊緣，并且其中所述凸脊從第一側邊緣的外側連續延伸到第二側邊緣的外側。
7.根據權利要求I所述的預燃室末端，其中，所述第二主體部分的外表面是大致柱狀的，并且包括四個隔開的冷卻流體開口和四個凸脊，每個凸脊與相應的冷卻流體開口相聯。
8.根據權利要求I所述的預燃室末端，其中，所述第二主體部分具有能夠安裝火花塞的火花塞安裝孔腔，并且其中所述冷卻通道能夠靠近所述火花塞安裝孔腔輸送冷卻流體流。
9.根據權利要求I所述的預燃室末端，其中，所述第一主體部分和第二主體部分分別由不同金屬材料構造。
10.一種內燃機，包括 發動機缸體，具有至少一個缸； 缸蓋，與所述發動機缸體接合以便覆蓋所述缸，并限定主燃燒室，所述缸蓋具有缸蓋冷卻流體通道；以及 安裝在所述缸蓋內的根據權利要求I所述的預燃室末端，其中所述第一主體部分的終端延伸到所述主燃燒室內，使得多個孔口將膨脹氣體從預燃室引導到所述主燃燒室內。
全文摘要
一種預燃室末端，用于內燃機，具有預燃室定位其中的第一主體部分，第一主體部分具有終端，終端的多個孔口被構造成將膨脹氣體引導離開預燃室；附接到第一主體部分的第二主體部分，第二主體部分具有外表面、形成在外表面內的冷卻流體開口、與冷卻流體開口流體連通的冷卻流體通道以及與冷卻流體開口相聯的凸脊，凸脊從外表面延伸并被構造成將冷卻流體流轉向到冷卻流體開口和冷卻流體通道內。
文檔編號F01P3/12GK102840024SQ20121023008
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月21日 優先權日2011年6月22日
發明者U·霍爾斯特, H·赫羅爾德, E·J·希克西爾, F·維特 申請人:卡特彼勒發動機有限責任兩合公司