本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的預(yù)燃燒室組件，并且具體地涉及一種包括點火電極并且用在氣態(tài)燃料內(nèi)燃機中使用的預(yù)燃燒室組件。

背景技術(shù)：

已知在一些內(nèi)燃機應(yīng)用(例如，氣態(tài)燃料應(yīng)用)中采用火花點火的預(yù)燃燒室組件(在下文稱為“預(yù)燃室組件)，其包括預(yù)燃燒室(在下文稱為“預(yù)燃室”)。通常，預(yù)燃室是位于預(yù)燃室組件或發(fā)動機氣缸蓋中的相對較小的氣體積聚腔室。預(yù)燃室經(jīng)由多個小的流動通道與內(nèi)燃機的主燃燒室流體連通。在操作期間，點火電極產(chǎn)生用于點燃預(yù)燃室內(nèi)的氣態(tài)燃料和空氣的混合物(而非點燃主燃燒室中的氣體燃料)的火花。氣態(tài)燃料在預(yù)燃室中的點燃產(chǎn)生燃燒燃料的開端，燃燒燃料通過流動通道噴射或以其他方式行進到主燃燒室中，由此點燃其中的氣態(tài)燃料和空氣的混合物。

進一步已知提供關(guān)鍵形狀的點火電極。在此種情形中，點火電極可包括多個電極臂，所述多個電極臂基本上直立地從連接區(qū)段延伸到預(yù)燃室的內(nèi)部中。

在現(xiàn)有技術(shù)中，點火電極的制造過程可包括一些機械制造步驟，例如包括從金屬板中切割出關(guān)鍵部件、將每個電極臂彎曲成期望的形狀，以及將金屬涂層(例如，銥涂層)施加至經(jīng)彎曲的點火電極。然而，該機械彎曲過程可例如由于材料的屈服強度而受到限制，并且在點火電極的操作期間，電極臂可能由于所選擇的彎曲半徑對于所使用的材料以及所使用的材料厚度過小而斷裂。

us2014/0196684a1公開了一種用于內(nèi)燃機、尤其是氣體發(fā)動機的火花塞?；鸹ㄈㄖ行碾姌O和至少一個接地電極群，每個接地電極群均包括一個或多個接地電極片。中心電極包括至少一個具有中心電極表面的中心電極片，并且中心電極表面橫向于火花塞的縱向軸線的橫截面在從0°至50°的范圍內(nèi)、較佳地以至多45°的角度傾斜。接地電極群的每個接地電極片具有面向中心電極表面的接地電極表面，該中心電極表面與接地電極表面隔開并且基本上平行于接地電極表面行進。

從us2005/0211217a1已知一種預(yù)燃型火花塞，其中預(yù)燃室完全地位于氣缸蓋的底表面下方。

本發(fā)明至少部分地涉及改進或克服現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個方面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，用于內(nèi)燃機的預(yù)燃室組件可包括預(yù)燃室主體和點火電極，該預(yù)燃室主體配置成安裝于內(nèi)燃機并且限定沿著縱向軸線延伸的預(yù)燃室的至少一部分，該點火電極包括中心電極和至少一個電極臂，所述至少一個電極臂從中心電極至少部分地延伸到預(yù)燃室中。至少一個電極臂可同時相對于縱向軸線沿至少徑向方向以及相對于縱向軸線沿至少軸向方向延伸。所公開的預(yù)燃室組件可進一步包括質(zhì)量元件，質(zhì)量元件包括面向至少一個電極臂的至少一個徑向內(nèi)表面。至少一個徑向內(nèi)表面可基本上相對于縱向軸線不平行。

通過以下的說明和附圖，本發(fā)明的其它特征和方面清晰可見。

附圖說明

結(jié)合在本文并且構(gòu)成申請書一部分的附圖說明了本發(fā)明的示例性實施例并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖中：

圖1是包括質(zhì)量元件的示例性公開的預(yù)燃室組件的剖視圖；

圖2是沿著圖1的線ii–ii截取的剖視圖；

圖3是示出圖1的質(zhì)量元件的示例性公開的實施例的剖視圖；

圖4是示出質(zhì)量元件的又一示例性公開的實施例的剖視圖；

圖5是示出質(zhì)量元件的又一示例性公開的實施例的剖視圖；

圖6是又一示例性公開的預(yù)燃室組件的剖視圖。

具體實施方式

下文是本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述。這里所描述并且在附圖中說明的示例性實施例旨在教示本發(fā)明的原理，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能在許多不同的環(huán)境中并且對于許多不同的應(yīng)用來實施和使用本發(fā)明。因此，示例性實施例并不旨在并且不應(yīng)被認為是專利保護范圍的限制描述。而是，專利保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求所限定。

在本發(fā)明的含義內(nèi)，質(zhì)量元件和電極臂的徑向內(nèi)表面的基本上對應(yīng)性意指質(zhì)量元件和電極臂的徑向內(nèi)表面均相對于縱向軸線具有基本上類似的斜度。明確地說，當在穿過縱向軸線延伸的橫截面中觀察時，質(zhì)量元件和電極臂的徑向內(nèi)表面的斜度方向是基本上類似的。

此外，在本發(fā)明的含義內(nèi)，質(zhì)量元件的縱向軸線和徑向內(nèi)表面之間的不平行度意指質(zhì)量元件的徑向內(nèi)表面至少部分地相對于包括預(yù)燃室的縱向軸線的橫截面傾斜。

本發(fā)明可至少部分地基于如下發(fā)現(xiàn)：提供形成經(jīng)火花點燃的預(yù)燃室組件的接地電極的質(zhì)量元件，其中，該質(zhì)量元件具有基本上對應(yīng)于點火電極的相關(guān)聯(lián)電極臂的外部形狀的徑向內(nèi)表面，可提供產(chǎn)生火花的限定位置，用于可靠地點燃內(nèi)燃機中的空氣-燃料混合物。

本發(fā)明可進一步至少部分地基于如下發(fā)現(xiàn)：形成例如由貴金屬，例如銥、鉑、鋨或任何其合金構(gòu)成的點火電極，這可導(dǎo)致點火電極的較小磨損并且由此可增強預(yù)燃室組件的壽命。

本發(fā)明可進一步至少部分地基于如下方向：提供具有基本上遵循相關(guān)聯(lián)電極臂的外部形狀的大量突部的質(zhì)量元件，這可導(dǎo)致在預(yù)燃室組件的操作期間同時在質(zhì)量突部和相關(guān)聯(lián)電極臂處導(dǎo)致更均勻的磨損。

在開發(fā)過程中，已發(fā)現(xiàn)，例如作為用于電極臂的材料的銥可例如比鉑具有更高的熔點。然而，在此類情形中，電極和/或電極臂的磨損可能比通常由例如鎳合金形成的對應(yīng)質(zhì)量元件的磨損較輕。因此，質(zhì)量元件的較高磨損可導(dǎo)致材料凹陷，并且由此會增大質(zhì)量元件和例如由銥制成的電極臂之間的火花間隙。當超過預(yù)定閾值時，可能不再確保在質(zhì)量元件和由銥制成的電極臂之間適當?shù)禺a(chǎn)生火花。示例性公開的預(yù)燃室組件可克服所述缺點。

現(xiàn)參見附圖，在圖1中示出用在內(nèi)燃機中(例如氣態(tài)燃料內(nèi)燃機)中的預(yù)燃室組件60的示例性實施例，其用于支持內(nèi)燃機的主燃燒室(未示出)內(nèi)的燃燒事件。雖然本文的預(yù)燃室組件60參照氣態(tài)燃料內(nèi)燃機進行描述，但示例性公開的預(yù)燃室組件60可結(jié)合需要支持點燃主燃燒室的空氣-燃料混合物的裝置的任何內(nèi)燃機。

如圖1所示，預(yù)燃室組件60包括預(yù)燃燒室主體(在下文稱為“預(yù)燃室主體)62和附接于預(yù)燃室主體62的預(yù)燃燒室蓋(在下文稱為“預(yù)燃室蓋”)70。預(yù)燃室主體62包括螺紋部分64，螺紋部分64配置成與內(nèi)燃機的氣缸蓋的螺紋部分接合。

預(yù)燃室主體62和預(yù)燃室蓋70均可由鑄造形成。在示例性實施例中，預(yù)燃室主體62和預(yù)燃室蓋70可例如通過鑄造形成并且可由具有高的耐熱和抗機械應(yīng)力的材料(例如鉻鎳合金)構(gòu)成。

預(yù)燃室主體62和預(yù)燃室蓋70可繞縱向軸線90設(shè)置并且包括基本上圓柱形的橫截面。預(yù)燃室主體62限定預(yù)燃室66的第一部分68。預(yù)燃室蓋70限定預(yù)燃室66的第二部分69。第一部分68和第二部分69彼此流體連通。

點火電極80可沿著縱向軸線90延伸并且包括中心電極85，中心電極85具有至少部分地突入到預(yù)燃室66的第一部分68中的中心電極端部81。點火電極80進一步包括至少一個電極臂82，所示至少一個電極臂82同時沿相對于縱向軸線90的至少徑向方向和沿相對于縱向軸線90的軸向方向從中心電極端部81延伸。也就是說，至少一個電極臂82具有相對于縱向軸線90沿徑向方向延伸的部分和相對于縱向軸線90沿軸向方向延伸的部分。至少一個電極臂82包括遠端部分86和近端部分87，其配置成附接于連接區(qū)段88，該連接區(qū)段經(jīng)由例如焊接附接于中心電極85。在一些實施例中，電極臂82可與中心電極85一體地形成。

在一些實施例中，除了提供電極臂82以外，中心電極85可設(shè)有至少一個電極銷、至少一個突出電極峰部和/或至少一個電極突部。

預(yù)燃室組件60可進一步包括質(zhì)量元件100，質(zhì)量元件100安裝于預(yù)燃室主體62，以使得質(zhì)量元件100繞電極臂82周向地延伸。質(zhì)量元件100包括至少一個面向至少一個電極臂82的徑向內(nèi)表面104。在圖1的示例性公開的實施例中，例如在圖1中的雙點劃線所示，質(zhì)量元件100包括多個質(zhì)量突部102，每個質(zhì)量突部均朝向相關(guān)聯(lián)的電極臂82向內(nèi)徑向地延伸。在圖1中示出的示例中，點火電極80包括四個電極臂82。因此，質(zhì)量元件100包括四個質(zhì)量突部102，每個質(zhì)量突部均與其中一個電極臂82相關(guān)聯(lián)。在一些進一步的實施例中，電極臂82的數(shù)量和質(zhì)量突部102的數(shù)量可不等于四，例如，一個、兩個、三個或多于四個。在一些進一步的實施例中，電極臂82的數(shù)量可并不對應(yīng)于質(zhì)量突部102的數(shù)量。例如，電極臂82可多于或少于質(zhì)量突部102。例如，可存在與共用質(zhì)量突部102的兩個電極臂82。

質(zhì)量元件100形成用于點火電極80的接地電極。點火電極80電氣地連接于發(fā)動機控制單元(未示出)并且可配置成在由發(fā)動機控制單元提供電信號的情形下、經(jīng)由中心電極85在電極臂82和相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量突部102之間產(chǎn)生火花。

如圖1所示，可形成一個單元的電極臂82例如經(jīng)由焊接83連接于中心電極85。中心電極85由絕緣體50(例如，陶瓷絕緣體)支承。例如，焊接83可以是激光束焊接、摩擦焊接、電子束焊接或者適合于將電極臂82附接于中心電極85的任何其它焊接。

預(yù)燃室蓋70包括連接部分72和噴嘴部分74。連接部分72配置成插入到預(yù)燃室主體62的接納部分65中。如圖1所示，連接部分72和接納部分65具有基本上彼此對應(yīng)的圓柱形部分，以使得預(yù)燃室蓋70的連接部分72至少部分地形式適配于預(yù)燃室主體62的接納部分65。

預(yù)燃室蓋70借助焊接(例如，激光束焊接)固定地附接于預(yù)燃室主體62。應(yīng)理解的是，電子束焊接圍繞形成在預(yù)燃室主體62的底端和預(yù)燃室蓋70的噴嘴部分74的肩部71之間形成的整個凸緣周向地延伸。

例如在圖1中進一步示出，預(yù)燃室蓋70包括內(nèi)表面75，內(nèi)表面75形成預(yù)燃室66的第二部分69。內(nèi)表面75包括具有大體上凸起的漏斗形狀的底部。

預(yù)燃室蓋70包括外表面73，外表面73配置成至少部分地延伸到內(nèi)燃機的主燃燒室中。預(yù)燃室蓋70包括設(shè)置在噴嘴部分74處的至少一個流動通道109。明確地說，至少一個流動通道109配置成使得預(yù)燃室66與相關(guān)聯(lián)的主燃燒室流體地連接。還優(yōu)選地，至少一個流動通道109使得底部處的預(yù)燃室66與相關(guān)聯(lián)的主燃燒室流體地連接。

例如在圖1中進一步說明的是，每個電極臂82均包括縱向軸線91，縱向軸線91相對于縱向軸線90形成角度α。角度α可在從約1°至約20°的范圍內(nèi)，以使得每個電極臂82的遠端部分86比電極臂82的近端部分87離開縱向軸線更遠。在此種情形中，可確保的是，火花可在遠端部分86和質(zhì)量突部102之間的火花間隙92處產(chǎn)生，這導(dǎo)致電極臂82沿從遠端部分86至近端部分87的方向磨損。因此，可防止電極臂82從連接區(qū)段88中掉出。應(yīng)注意的是，在一些實施例中，電極臂82可包括任何其它合適的形狀，例如彎曲形狀。

參照圖2，示出沿著圖1的線ii–ii截取的剖視圖。例如在圖2中可觀察的是，電極臂82的遠端部分86設(shè)置在繞縱向軸線90延伸的圓上并且彼此等距地隔開。類似地，質(zhì)量元件100包括四個質(zhì)量突部102，所述四個質(zhì)量突部102繞基本上環(huán)形的質(zhì)量元件100的內(nèi)周緣設(shè)置并且彼此等距地隔開。每個質(zhì)量突部102均朝向相關(guān)聯(lián)的電極臂82徑向地向內(nèi)突出，且火花間隙92形成在其間。

例如，火花間隙92可在從約0.1mm至約2.0mm的范圍內(nèi)、較佳地在從約0.2mm至約0.8mm的范圍內(nèi)。

在圖1中示出的實施例中，每個質(zhì)量突部102包括面向相關(guān)聯(lián)的電極臂82的徑向內(nèi)表面104。每個電極臂82均包括面向相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量突部102的徑向外表面84，且火花間隙92形成在其間。如圖2所示，電極臂82各自具有基本上矩形的橫截面。因此，電極臂82的徑向外表面84是基本上平面的。然而，在一些實施例中，電極臂82可具有任何合適的橫截面，例如，圓形橫截面、橢圓形橫截面或者三角形橫截面。

每個質(zhì)量突部102均配置成具有沿周向方向的延伸部，該延伸部等于或大于沿相關(guān)聯(lián)電極臂82的周向方向的延伸部。也就是說，質(zhì)量突部102的徑向內(nèi)表面104基本上大于相關(guān)聯(lián)電極臂82的徑向外表面84。

參照圖3至5，更詳細地說明質(zhì)量突部102的示例性形狀。在圖3至5的每個中，處于說明的目的，電極臂82被認為是基本上圓形的彎部。然而，電極臂82可具有基本上平直的形狀并且可沿著縱向軸線91延伸(參見圖1)。

如圖3所示，質(zhì)量突部102的徑向內(nèi)表面104是基本上平面的并且相對于縱向軸線90傾斜。因此，在彎曲的電極臂82的情形下，火花間隙92在電極臂82和質(zhì)量突部102的之間部分處最小，并且沿兩個方向，即，沿電極臂82的遠端部分86的方向以及沿電極臂82的近端部分87的方向增大。然而，在本發(fā)明的含義內(nèi)，質(zhì)量突部102的徑向內(nèi)表面104被認為基本上對應(yīng)于電極臂82的徑向外表面84。

參照圖4，示出徑向內(nèi)表面104的又一示例性形狀。徑向內(nèi)表面104具有距電極臂82的遠端部分86的第一距離110和距電極臂82的近端部分87的第二距離112。在圖4中，第一距離110等于第二距離112，以使得徑向內(nèi)表面104和徑向外表面84之間的火花間隙92是基本上均勻的。例如，電極臂82的徑向外表面84的曲率半徑可基本上等于質(zhì)量突部102的徑向內(nèi)表面104的曲率半徑，且偏離兩個元件。

相反，參照圖5，第一距離110小于第二距離112。這可進一步確?；鸹ㄝ^佳地在電極臂82的遠端部分86處產(chǎn)生，使得電極臂82從遠端部分86至近端部分87磨損。例如，電極臂82的徑向外表面84的曲率半徑可不等于質(zhì)量突部102的徑向內(nèi)表面104的曲率半徑。

在圖3至5中，分別以點劃線和虛線示出電極臂82和質(zhì)量突部102的示例性和定性磨損線。在圖3至5中，點劃線示出在預(yù)燃室組件的第一次操作時間之后、徑向內(nèi)表面104的形狀和徑向外表面84的形狀，而虛線示出在預(yù)燃室組件60的第二次操作時間之后、徑向內(nèi)表面104的形狀和徑向外表面84的形狀，其中第一操作時間短于第二操作時間。

例如如圖3所示，并且如上所述，火花可在電極臂82和質(zhì)量突部102的中間部分處產(chǎn)生，從而導(dǎo)致分別在所述中間位置處磨損(參見圖3中的點劃線)。在第二次操作時間之后，磨損可增大并且可分別在電極臂82和質(zhì)量突部102處形成相應(yīng)的凹陷(參見圖3中的虛線)。因此，電極臂82可從中間部分朝向遠端部分86和近端部分87兩者磨蝕。

參見圖6，示出又一示例性公開的預(yù)燃室組件60。圖6的預(yù)燃室組件60基本上與圖1的預(yù)燃室組件60相同，而不同之處在于，質(zhì)量元件100與預(yù)燃室蓋70一體地形成。明確地說，預(yù)燃室蓋70包括用于連接于質(zhì)量元件100的連接部分76(在圖6中以雙點劃線示出)。

工業(yè)實用性

在下文中，參照圖1描述將質(zhì)量環(huán)100安裝于預(yù)燃室主體62，且點火電極80已安裝于預(yù)燃室主體62。

首先，將質(zhì)量元件100插入到預(yù)燃室主體62的接納部分65中。然后，當接近點火電極80、尤其是電極臂82時，質(zhì)量元件100由于質(zhì)量突部102具有相對于縱向軸線90傾斜的徑向內(nèi)表面104轉(zhuǎn)動，直到質(zhì)量突部102能由電極臂82通過為止(參見圖2)。具體地說，質(zhì)量突部102轉(zhuǎn)動，以使得電極臂82通過設(shè)置在周向地彼此鄰置的兩個質(zhì)量突部102之間的周向間隙。

當達到第一安裝位置時，質(zhì)量元件100再次轉(zhuǎn)動，直到每個質(zhì)量突部102均直接地面向相關(guān)聯(lián)的電極臂82，即每個徑向內(nèi)表面104面向相關(guān)聯(lián)的徑向外表面84為止(參見圖2)。然后，在所述最終組裝位置中，質(zhì)量元件100例如通過激光束焊接至預(yù)燃室主體62。具體地說，激光束焊接是繞縱向軸線90延伸的圓形焊接。

在預(yù)燃室組件60的最后組裝步驟中，預(yù)燃室蓋70例如通過焊接固定于預(yù)燃室主體62。

參照圖6中示出的實施例，包括質(zhì)量元件100的預(yù)燃室蓋70安裝于預(yù)燃室主體62基本上與質(zhì)量元件100的組裝相同，但無需將質(zhì)量元件100附加地焊接附接于預(yù)燃室主體62。

在一些實施例中，為了支持徑向內(nèi)表面104和徑向外表面84之間產(chǎn)生火花，并且為了減小質(zhì)量突部的磨損，徑向內(nèi)表面104可例如涂覆有銥。

雖然這里已描述了本發(fā)明的較佳實施例，但可包括各種改進和修改，而不會偏離以下權(quán)利要求的范圍。