КАМЕРА СГОРАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПРЯМЫМ ВСПРЫСКОМ И С НАДДУВОМ
COMBUSTION CHAMBER FOR THERMAL ENGINE WITH DIRECT INJECTION AND WITH SUPERCHARGING

Изобретение в целом касается конструкции тепловых двигателей, в частности, двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.
Требования по охране окружающей среды, предъявляемые автомобильным конструкторам, становятся все более строгими, при этом каждое изменение стандартов влечет за собой значительные технические усовершенствования и использование дополнительных и/или более сложных устройств для очистки загрязнителей, которые оказываются все более дорогими.
Будущие нормы заставляют конструкторов, прежде всего, сокращать уровень выбросов оксидов азота и частиц в выхлопных газах, чтобы избежать слишком быстрого закупоривания фильтров-улавливателей частиц, при этом конструкторы стремятся в то же время повышать или, по меньшей мере, сохранять уровень эффективности и комфортности работы двигателя.
Решения, обычно используемые для снижения уровня выбросов загрязняющих веществ двигателями, в первую очередь предполагают применение устройств для постобработки, таких как фильтры-улавливатели частиц, или изменение условий рециркуляции выхлопных газов, известной под английским сокращением EGR, которые влияют на производительность двигателей.
Настоящее изобретение призвано предложить усовершенствованную камеру сгорания, которая позволяет, в частности, сократить выбросы оксидов азота и частиц в выхлопных газах.
Объектом настоящего изобретения является поршень для двигателя внутреннего сгорания, в частности, для дизельного двигателя, содержащий корпус, ограниченный сбоку юбкой, выполненной с возможностью взаимодействия со стенками цилиндра с осью вращения С, в котором поршень может перемещаться скольжением вдоль этой оси С, при этом указанный поршень содержит фронтальную сторону, которая содержит центральное утолщение, периферический венец и чашку с осью вращения В, выполненную от центрального утолщения в направлении периферического венца, с которым она сопрягается на уровне кромки толщиной Ер, при этом указанная чашка содержит по существу под кромкой тор, предпочтительно имеющий профиль в виде сферического свода с максимальным радиусом Rt, выполненный с возможностью направления впрыскиваемого топлива на уровне зоны обратного поворота R в сторону центрального утолщения, отличающийся тем, что вершина утолщения, находящаяся на оси вращения В чашки, находится на высоте, меньшей на расстояние Dt, под уровнем периферического венца, составляющее от 5,4 мм до 8 мм и предпочтительно по существу равное 7,2 мм.
Применение поршня в соответствии с настоящим изобретением позволяет, в частности, получить следующие преимущества:
- избегают повышения сложности и стоимости систем пост-обработки;
- сокращают выбросы оксидов азота для соблюдения норм по защите окружающей среды.
Согласно частным вариантам выполнения, поршень содержит один или несколько следующих отличительных признаков:
- центральное утолщение имеет наклон в сторону тора под углом А относительно оси вращения В чашки в геометрическом направлении, составляющий от 65° до 65,7° и предпочтительно по существу равный 65°,
- чашка центрована в цилиндре, при этом ось вращения В чашки совпадает с осью вращения С цилиндра;
- толщина Ер кромки составляет от 4 мм до 6 мм и предпочтительно по существу равна 5,3 мм;
- максимальный радиус кривизны Rt тора составляет от 5 мм до 7 мм и. предпочтительно по существу равен 6 мм;
- кромка находится на расстоянии De/2 от оси вращения В чашки, при этом расстояние De составляет от 49,6 мм до 51,5 мм и предпочтительно по существу равно 50 мм;
- тор находится на расстоянии Db/2 от оси вращения В чашки, при этом расстояние Db составляет от 53,8 мм до 55,4 мм и предпочтительно по существу равно 54 мм;
- разность расстояний конца венца De/2 и конца тора Db/2 относительно оси вращения В чашки по существу равна 2 мм;
- максимальная глубина Р чашки составляет от 14,8 мм до 16,2 мм и предпочтительно по существу равна 16,2 мм.
Объектом настоящего изобретения является также двигатель внутреннего сгорания, соответствующий строгим нормам защиты окружающей среды от выбросов оксидов азота и частиц, в частности, двигатель типа дизельного, содержащий, по меньшей мере, один поршень в соответствии с настоящим изобретением.
Этот двигатель внутреннего сгорания типа дизельного двигателя содержит цилиндр с осью вращения С, верхний конец которого закрыт головкой блока цилиндров, содержащей нижнюю сторону, которая образует камеру сгорания вместе с фронтальной стороной поршня, в котором чашка поршня центрована вокруг оси вращения В, совпадающей с осью С, при этом упомянутый двигатель содержит, по меньшей мере, один впускной канал, который может перекрываться впускным клапаном, и, по меньшей мере, один выпускной канал, выполненный с возможностью перекрывания выпускным клапаном, свечу накаливания и топливный инжектор по существу на уровне оси вращения С цилиндра.
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания варианта выполнения, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематичный частичный вид в разрезе двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - частичный вид в разрезе по плоскости, содержащей ось вращения чашки поршня, с показом головки поршня в соответствии с настоящим изобретением со стороны впускного клапана.
На фиг.1 показан двигатель 100 внутреннего сгорания, в частности, дизельный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр 1 с осью вращения С, головку блока 2 и поршень 3.
В дальнейшем тексте описания будет считаться, что эта ось вращения С ориентирована вверх в сторону головки блока 2.
Поршень 3 установлен с возможностью перемещения скольжением в цилиндре 1 вдоль оси вращения С цилиндра и содержит корпус поршня, в который заходит палец для соединения поршня с головкой приводного шатуна, при этом указанный корпус ограничен сбоку юбкой 31 поршня, расположенной параллельно оси вращения С цилиндра и взаимодействующей с внутренней стенкой цилиндра 1. Кроме того, поршень содержит фронтальную сторону 32, которая вместе с нижней стороной 20 головки блока 2 ограничивает камеру сгорания цилиндра 1.
Холодный воздух или смесь холодного воздуха и рециркулируемых выхлопных газов поступает в камеру сгорания, по меньшей мере, через один впускной канал 5, выполненный в головке блока 2, который может перекрываться, по меньшей мере, одним впускным клапаном 50.
Продукты сгорания поступающей смеси воздух/топливо удаляются, по меньшей мере, через один выпускной канал 6, выполненный в головке блока 2, который может перекрываться, по меньшей мере, одним выпускным клапаном 60.
В головке блока 2 установлена свеча 4 накаливания, при этом ее конец выходит в камеру сгорания таким образом, чтобы нагревать смесь воздух/топливо во время запуска холодного двигателя.
Топливный инжектор 7 установлен в головке блока 2 и выходит в камеру сгорания по существу по оси вращения С цилиндра 1.
Как показано в частичном разрезе по осевой плоскости на фиг.2, где представлена верхняя часть поршня 3 в соответствии с настоящим изобретением, фронтальная сторона 32 содержит центральное утолщение 321, периферический венец 322 и кольцевую полость или чашку 323 с осью вращения В, совпадающей с осью вращения С цилиндра, при этом указанная чашка 323 выполнена от центрального утолщения 321 в сторону периферического венца 322, с которым она сопрягается.
В варианте чашка 323 может быть смещена от центра в цилиндре 1, при этом оси вращения С цилиндра и В чашки 323 могут быть смещены на расстояние, меньшее значения, по существу равного 3 мм.
Периферический венец 322 выполнен в боковом направлении от юбки 31 поршня 3 в сторону оси вращения В чашки 323 до конца, образующего кромку 3220, под которой чашка 323 содержит тор 3230 с профилем в виде сферического свода с максимальным радиусом кривизны Rt, составляющим от 5 мм до 7 мм и предпочтительно по существу равным 6 мм.
Кромка 3220 находится на расстоянии De/2 от оси вращения В чашки 323, при этом расстояние De составляет от 49,6 мм до 51,5 мм и предпочтительно по существу равно 50 мм.
Тор 3230 находится на расстоянии Db/2 от оси вращения В чашки 323, при этом расстояние Db составляет от 53,8 мм до 55,4 мм и предпочтительно по существу равно 54 мм.
Инжектор 7 выполнен с возможностью селективного впрыска топлива в виде направленных струй в верхнюю область тора 3230, смежную с нижним ребром кромки 3220, называемым также обратным поворотом R, таким образом, чтобы улучшить направление топливных струй, начиная от этого обратного поворота R за счет завихрения на стенках тора 3230 в сторону дна чашки, где находится кислород, во время подъема поршня 3, чтобы сократить количество дымов и подготовить циркуляцию газов к центральному утолщению 321.
Предпочтительно обратный поворот R сохраняют, поддерживая разность расстояний относительно оси вращения В чашки 323 от конца венца De/2 и от конца тора Db/2, по существу равной 2 мм.
Предпочтительно толщина Ер кромки 3220, соответствующая расстоянию обратного поворота R периферического венца 322, составляет от 4 мм до 6 мм и предпочтительно по существу равна 5,3 мм.
Максимальная глубина Р чашки 323 составляет от 14,8 мм до 16,2 мм и предпочтительно по существу равна 16,2 мм. Соотношение Db/P придает чашке 323 большую ширину, которая позволяет эффективно использовать воздух с полным напором, что позволяет добиться повышенных специфических характеристик даже с небольшими степенями завихрений, ограничивая при этом риск перекрывания струй, выходящих из инжектора 7.
Комбинация этого определения обратного поворота R, тора 3230 и максимальной глубины Р чашки 323 обеспечивает улучшенное направление топливной струи в объем воздуха, находящийся на дне чашки 323.
Вершина центрального утолщения 321, находящаяся на оси вращения В чашки, расположена на высоте, меньшей на расстояние Dt под уровнем периферического венца, причем это расстояние Dt составляет от 5,4 мм до 8 мм и предпочтительно по существу равно 7,2 мм. Расстояние Dt вершины периферического венца позволяет ограничить взаимодействия топливных струй, направляемых в сторону дна чашки, с центральным утолщением 321 и, в частности, с его вершиной, что позволяет снизить выбросы дымов и несгоревшего топлива.
Наклон центрального утолщения 321 под углом А относительно оси вращения В чашки в геометрическом направлении составляет от 65° до 65,7° и предпочтительно по существу равен 65°.
Использование такого наклона А центрального утолщения 321 позволяет извлекать сажу, образующуюся при горении на дне чашки 323, в направлении центрального утолщения 321 для улучшения последующего окисления, приводящего к сокращению дымов.
Двигатель 100 внутреннего сгорания, оборудованный поршнем 3, сочетающим в себе эти характеристики, оказывается намного лучше в применении по сравнению с двигателем внутреннего сгорания, оборудованным поршнем, адаптированным к ныне действующим нормам защиты окружающей среды типа Евро 4. Эти тесты были произведены на двигателе 100, которые имеет следующие дополнительные характеристики: внутренний диаметр цилиндра 85 мм, степень сжатия около 15 и уровень завихрения в нижней мертвой точке Nd/N около 3.
Действительно, при частичных нагрузках и при одинаковом уровне выделяемых частиц этот двигатель выделяет оксиды азота в количестве менее 15%.
-1
При постоянных мощности и температуре до наддува TAVT, при 4000 об·мин и при полной нагрузке количество дымов снижается, при этом показатель почернения дымов понижается на значение, по существу равное 0,5 fsn.