УПРАВЛЯЕМЫЙ ПАТРУБОК ЗАСАСЫВАНИЯ ВОЗДУХА ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
CONTROLLED SUCTION PIPE FOR DIESEL ENGINES

Область техники
Настоящее изобретение относится, в основном, к системам и способам для впрыска топлива.
Уровень техники/Краткое изложение
В обычных дизельных двигателях воздух поступает в камеру сгорания во время такта всасывания, путем открытия одного или нескольких впускных клапанов. Затем во время последующего такта сжатия впускные клапаны закрываются, и поршень возвратно-поступательного хода в камере сгорания позволяет сжать газы, полученные во время такта всасывания, что увеличивает температуру газов в камере сгорания. Затем впрыскивают топливо в горячую сжатую газовую смесь в камере сгорания, что приводит к сгоранию топлива. Таким образом, в дизельном двигателе топливо может воспламеняться при смешивании с воздухом в камере сгорания благодаря высокой температуре воздуха, и поэтому нет необходимости в использовании свечи зажигания для воспламенения, как в бензиновом двигателе. Воспламеняющаяся топливно-воздушная смесь может давить на поршень, приводя его в движение, которое затем может быть преобразовано в энергию вращательного движения коленчатого вала.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили возможные проблемы в таких дизельных двигателях. Например, дизельное топливо может смешиваться с воздухом в камере сгорания неравномерно, что приводит к формированию плотных топливных карманов в камере сгорания. Эти плотные области топлива могут создавать сажу при сгорании топлива. Также, обычные дизельные двигатели содержат фильтры твердых частиц для уменьшения количества сажи и других твердых частиц в выбрасываемых отработавших газах. Однако такие фильтры твердых частиц приводят к увеличению стоимости системы и увеличенному расходу топлива.
Например, указанные выше проблемы могут быть решены при использовании охлаждающего патрубка для двигателя внутреннего сгорания, причем охлаждающий патрубок расположен вне внутреннего объема цилиндра, где охлаждающий патрубок может быть соединен с внутренним объемом цилиндра посредством первого отверстия для получения газов из внутреннего объема цилиндра, и, кроме того, охлаждающий патрубок может быть дополнительно соединен с внутренним объемом цилиндра посредством второго отверстия - для возврата газов, полученных из внутреннего объема цилиндра через первое отверстие, обратно во внутренний объем цилиндра. Таким образом, температуру газов в камере сгорания, с которыми первоначально смешивается впрыскиваемое топливо, можно уменьшить за счет выхода газов из камеры сгорания. Благодаря уменьшению температуры газов, с которыми первоначально смешивается впрыскиваемое топливо, можно увеличить количество времени и/или расстояние, соответствующее периоду смешивания впрыскиваемого топлива и воздуха до начала сгорания, что, в свою очередь, позволяет уменьшить образование сажи и/или твердых частиц.
В другом варианте реализации указанные выше проблемы могут быть решены посредством способа, содержащего направление впускных газов из впускного коллектора в камеру сгорания во время такта всасывания через отверстия одного или нескольких впускных клапанов и прохождение по меньшей мере части впускных газов из камеры сгорания в смесительный канал, соединенный по текучей среде с камерой сгорания, во время такта сжатия. За счет прохождения впускных газов из камеры сгорания во время такта сжатия можно уменьшить температуру газов, с которыми первоначально смешивается впрыскиваемое топливо. Увеличение степени охлаждения газов, с которыми первоначально смешивается впрыскиваемое топливо, позволяет увеличить количество воздуха и топлива, смешивающихся до сгорания. В результате, можно увеличить длину отрыва и/или захват воздуха топливом, и, таким образом, уменьшить образование сажи во время цикла сгорания.
В другом варианте реализации указанные выше проблемы могут быть решены за счет использования двигателя, содержащего камеру сгорания и проход теплоотдачи, где проход теплоотдачи может быть соединен по текучей среде с камерой сгорания и может быть размещен вне камеры сгорания для обеспечения выхода газов из камеры сгорания: от камеры сгорания к топливному инжектору. В вышеупомянутом двигателе в качестве примера проход теплоотдачи может быть присоединен первым концом к огневому днищу камеры сгорания, где первый конец может сформировать первое отверстие в огневом днище, что обеспечивает связь по текучей среде между камерой сгорания и проходом теплоотдачи.
В другом варианте реализации двигатель может содержать камеру сгорания, впускной коллектор, соединенный по текучей среде с камерой сгорания через один или несколько впускных клапанов, выпускной коллектор, соединенный по текучей среде с камерой сгорания через один или несколько выпускных клапанов, топливный инжектор и смесительный канал, соединенный с камерой сгорания и открытый в нее для получения газов из камеры сгорания, причем смесительный канал расположен вне камеры сгорания. В некоторых примерах смесительный канал может содержать проход для охлажденного воздуха и проход для топливных брызг, где проход для охлажденного воздуха может быть присоединен первым концом к камере сгорания, а противоположным вторым концом к проходу для топливных брызг, для направления газов из камеры сгорания в проход для топливных брызг. Проход для топливных брызг может быть присоединен первым концом к камере сгорания, а противоположным вторым концом к топливному инжектору, для направления топлива, впрыснутого топливным инжектором, от топливного инжектора в камеру сгорания через второе отверстие.
Таким образом, температуру газов в камере сгорания, с которыми первоначально смешивается впрыскиваемое топливо, можно уменьшить за счет выхода газов из камеры сгорания. Газы могут отдавать тепло в окружающую среду, например, головке цилиндра и/или атмосферному воздуху. Уменьшая температуру газов, с которыми первоначально смешивается впрыскиваемое топливо, можно увеличить количество времени и/или расстояние, соответствующее периоду смешивания впрыскиваемого топлива и воздуха до начала сгорания, что позволяет увеличить количество воздуха, захваченного топливом до начала сгорания. Более тщательное и равномерное смешивание топлива и воздуха позволяет уменьшить образование твердых частиц и/или сажи. Таким образом, периодичность восстановления фильтра твердых частиц может быть увеличена, что позволяет уменьшить расход топлива. В некоторых примерах образование сажи и твердых частиц может быть уменьшено до достаточно низких уровней таким образом, что фильтр твердых частиц может не использоваться в двигателе, что уменьшает стоимость двигателя.
Следует подразумевать, что вышеприведенное краткое изложение дано для информирования в упрощенной форме о выборе решений, раскрытых далее в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации главных или существенных отличительных признаков заявленного существа изобретения, объем которого определен единственным образом формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
Краткое описание иллюстраций
На фиг. 1 показана схема примера системы двигателя, содержащей камеру для смешивания топлива и воздуха, в соответствии с реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 2А показан боковой разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной на фиг. 1, в соответствии реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 2В показан боковой разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной на фиг. 1, в соответствии реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 2С показан боковой разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной на фиг. 1, в соответствии реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 2D показан боковой разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной на фиг. 1, в соответствии реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 3А показан развернутый боковой разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной на фиг. 1, в соответствии реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 3В показан развернутый боковой разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной на фиг. 1, в соответствии реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 3С показан развернутый боковой разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной на фиг. 1, в соответствии реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 4 показан поперечный разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной фиг. 1 и содержащей различные внутренние элементы поверхности, в соответствии с реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 5 показан вид сверху разреза цилиндра системы двигателя, содержащей камеру для смешивания топлива и воздуха, изображенную фиг. 1, в соответствии с реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 6 показан боковой разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной фиг. 1, в соответствии с реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 7 показан боковой разрез камеры для смешивания топлива и воздуха, изображенной фиг. 1, в соответствии с реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 8 показан вид сверху поперечного разреза камеры для смешивания топлива и воздуха, которая может использоваться в оппозитном поршневом двигателе, в соответствии с реализацией настоящего изобретения.
На фиг. 9 показана, в качестве примера, блок-схема способа охлаждения газов камеры сгорания во время цикла сгорания двигателя, в соответствии с реализацией настоящего изобретения.
Подробное описание
Следующее раскрытие относится к системам и способам для впрыска топлива в цилиндр двигателя. В частности, следующее раскрытие относится к системам и способам для впрыска дизельного топлива. Система двигателя, например, система двигателя, показанная на фиг. 1, может содержать один или несколько цилиндров двигателя, причем каждый цилиндр может содержать по меньшей мере один топливный инжектор. Топливные инжекторы могут представлять собой инжекторы прямого впрыска, позволяющие вводить топливо непосредственно в цилиндры двигателя. Однако, дизельное топливо, введенное непосредственно в цилиндры, не может равномерно смешиваться с воздухом в цилиндрах, что приводит к образованию в цилиндрах карманов, состоящих из более плотного и/или менее окисленного топлива, и в которых может образовываться сажа во время цикла сгорания.
Для уменьшения образования сажи в двигателе, система двигателя может содержать каналы для охлаждения воздуха. Эти каналы могут охлаждать газы в камерах сгорания до впрыска топлива в камеры сгорания. В частности, каналы для охлаждения воздуха могут быть размещены снаружи и могут быть связаны по текучей среде с камерами сгорания. Таким образом, газы из камеры сгорания могут выходить из камеры сгорания также и через канал для охлаждения воздуха, отдавая тепло в окружающую среду вокруг камеры сгорания. Будучи охлажденными в канале для охлаждения воздуха, газы могут возвратиться к камерам сгорания и/или смешаться с введенным топливом.
В некоторых примерах, как раскрыто на фиг. 2А-3С, каналы для охлаждения воздуха могут располагаться между топливными инжекторами и камерами сгорания. Однако в других примерах, как раскрыто на фиг. 6-7, каналы для охлаждения воздуха могут быть размещены смежно с топливными инжекторами. Кроме того, каналы для охлаждения воздуха могут располагаться выше камер сгорания, ближе к головке цилиндра, как показано в примере на фиг. 5. Однако в других примерах, раскрытых на фиг. 8, каналы для охлаждения воздуха могут располагаться на стороне камер сгорания, например, в двигателе с оппозитными поршнями.
Воздух в камерах сгорания может проходить через каналы для охлаждения воздуха и может рассеивать тепло на головке цилиндра и окружающей среде. За счет предварительного охлаждения воздуха, с которым первоначально смешивается введенное топливо, достигается более тщательное и равномерное смешивание топлива и воздуха перед сгоранием. В частности, может быть увеличена длина отрыва, термин, обычно используемый специалистами в данной области, чтобы описать расстояние между топливными брызгами и пламенем сгорания. За счет уменьшения температуры газов в патрубках для охлаждения воздуха относительно температуры газов в камере сгорания, можно задержать начало сгорания, что даст больше времени для смешивания воздуха и введенного топлива. Таким образом, топливо может захватить больше воздуха до сгорания. Иными словами, вследствие более низкой температуры газов в камере сгорания, дизельное топливо и газы из патрубков для охлаждения воздуха могут смешиваться в течение более длительного времени и/или на большем расстоянии, до сгорания. Таким образом, значения времени и/или расстояния, учтенные от момента впрыска топлива до начала сгорания, могут быть увеличены за счет охлаждения газов, с которыми первоначально смешивается топливо, что обеспечивает более полное смешивание топлива и воздуха. В результате, сгорание может быть отсрочено, а захват воздуха топливом может быть увеличен, что приводит к более полному сгоранию, без образования сажи.
На фиг. 1 показана система 100 двигателя для автомобиля. Автомобиль может представлять собой дорожное транспортное средство, имеющее ведущие колеса, контактирующие с дорожным покрытием. Система 100 двигателя содержит двигатель 10, имеющий несколько цилиндров. На фиг. 1 подробно показан один цилиндр или камера сгорания. Электронный контроллер 12 двигателя может управлять различными компонентами двигателя 10.
Двигатель 10 содержит блок 14 цилиндров, имеющий по меньшей мере один цилиндр 20 и головку 16 цилиндра, содержащую впускные клапаны 152 и выпускные клапаны 154. В других примерах головка 16 цилиндра может содержать один или несколько впускных портов и/или выпускных портов в примерах, где двигатель 10 выполнен в виде двухтактного двигателя. Блок 14 цилиндров содержит стенки 32 цилиндра с расположенным в них поршнем 36, соединенным с коленчатым валом 40. Цилиндр 20 может быть определен как объем, расположенный между стенками 32 цилиндра. Головка 16 цилиндра может быть соединена с блоком 14 цилиндров, что позволяет сформировать внутреннее пространство цилиндра 20. Таким образом, соединенные вместе, головка 16 цилиндра и блок цилиндров могут сформировать одну или несколько камер сгорания. В частности, камера 30 сгорания может представлять собой объем, расположенный между верхней поверхностью 17 поршня 36 и огневым днищем 19 головки 16 цилиндра. Камера 30 сгорания может также быть упомянута здесь как цилиндр 30. Показано, что камера 30 сгорания может сообщаться с впускным коллектором 144 и выпускным коллектором 148 через соответствующие впускные клапаны 152 и выпускные клапаны 154. Каждым впускным и выпускным клапаном может управлять впускной кулачок 51 и выпускной кулачок 53 соответственно. В качестве альтернативы, работу одного или нескольких впускных и выпускных клапанов можно регулировать посредством узла клапана с электромеханическим управлением, содержащего обмотку и якорь. Положение впускного кулачка 51 можно определить при помощи датчика 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 можно определить при помощи датчика 57 выпускного кулачка. Таким образом, когда клапаны 152 и 154 закрыты, камера сгорания 30 и цилиндр 20 могут быть герметизированными по текучей среде таким образом, что газы не могут выходить из камеры 30 сгорания или покидать ее.
Камера 30 сгорания может быть сформирована стенками 32 цилиндра блока 14 цилиндров, поршнем 36 и головкой 16 цилиндра. Блок 14 цилиндров может содержать стенки 32 цилиндра, поршень 36, коленчатый вал 40 и т.д. Головка 16 цилиндра может содержать один или несколько топливных инжекторов, таких как топливный инжектор 66, один или несколько впускных клапанов 152, один или несколько выпускных клапанов, таких как выпускные клапаны 154, и, в некоторых примерах, смесительный канал 18, то есть, канал для смешивания топлива и воздуха. Головка 16 цилиндра может быть соединена с блоком 14 цилиндров посредством креплений, например, болтов и/или винтов. В частности, будучи соединенными, блок 14 цилиндров и головка 16 цилиндра могут образовывать герметизированный контакт друг с другом посредством прокладки, и, таким образом, блок 14 цилиндров и головка 16 цилиндра могут обеспечивать герметичность камеры 30 сгорания таким образом, что газы могут выходить из камеры 30 сгорания и/или попадать внутрь нее только через впускной коллектор 144, когда открыты впускные клапаны 152, и/или через выпускной коллектор 148, когда открыты выпускные клапаны 154. В некоторых примерах для каждой камеры 30 сгорания может использоваться только один впускной клапан и один выпускной клапан. Однако в других примерах возможно использование более одного впускного клапана и/или более одного выпускного клапана в каждой камере 30 сгорания в двигателе 10.
Стенки 32 цилиндра, поршень 36 и головка 16 цилиндра могут, таким образом, сформировать камеру 30 сгорания, где верхняя поверхность 17 поршня 36 служит донной стенкой камеры 30 сгорания, в то время как противоположная верхняя поверхность или огневое днище 19 головки 16 цилиндра формирует верхнюю стенку камеры 30 сгорания. Таким образом, камера 30 сгорания может представлять собой объем, заключенный в пределах верхней поверхности 17 поршня 36, стенки 32 цилиндра и огневого днища 19 головки 16 цилиндра.
Топливный инжектор 66 может быть установлен для впрыска топлива непосредственно в камеру 30 сгорания, что известно специалистам в данной области как прямой впрыск. В качестве альтернативы, топливо может быть впрыснуто во впускной порт, что известно специалистам в данной области как впрыск во впускные каналы. В других примерах и как показано на фиг. 1, топливный инжектор 66 может быть установлен для впрыска топлива в смесительный канал 18, расположенный между топливным инжектором 66 и камерой 30 сгорания. Таким образом, топливо может поступать из инжектора 66 через смесительный канал 18 в камеру 30 сгорания. Топливный инжектор 66 имеет возможность впрыскивать жидкое топливо в пропорции к ширине импульса впрыска ШИВ (FPW), получаемого от контроллера 12. Топливо может поступать в топливный инжектор 66 из топливной системы, (не показанной на схеме), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. Топливный инжектор 66 может функционировать за счет рабочего тока, подаваемого от электронного преобразователя 68 по команде контроллера 12.
В некоторых примерах двигатель 10 может представлять собой дизельный двигатель, и топливный бак может содержать дизельное топливо, которое может быть подано инжектором 66 в камеру 30 сгорания. Однако в других примерах двигатель 10 может быть бензиновым двигателем, и топливный бак может содержать топливо на основе бензина, которое может быть подано инжектором 66 в камеру сгорания. Кроме того, в таких примерах, где двигатель 10 представляет собой бензиновый двигатель, двигатель 10 может содержать свечу зажигания для инициирования процесса сгорания в камере 30 сгорания.
+
В некоторых примерах смесительный канал 18 для смешивания топлива и воздуха может быть установлен для уменьшения температуры воздуха, захватываемого топливом, впрыснутым инжектором 66. В частности, когда топливо покидает инжектор 66 во время впрыска топлива, оно, перед воспламенением, может двигаться на некоторое расстояние, смешиваясь с окружающими газами в смесительном канале 18 для смешивания топлива и воздуха. В настоящем раскрытии дистанция распространения брызг топлива до воспламенения может упоминаться как «длина отрыва». В частности, длина отрыва может относиться к расстоянию, пройденному впрыснутым топливом до начала процесса сгорания. Таким образом, длина отрыва может представлять собой расстояние между отверстием инжектора 66, то есть, отверстием, из которого топливо выбрасывается из инжектора 66, до некоторой точки в камере 30 сгорания, где сгорание топлива создает концентрацию ОН больше пороговой концентрации.
Смесительный канал 18 для смешивания топлива и воздуха может уменьшить температуру газов, смешивающихся с топливом до сгорания в камере 30 сгорания. Таким образом, длина отрыва топливных брызг может быть увеличена и/или количество захваченного воздуха в топливных брызгах может быть увеличено. Смесительный канал 18 для смешивания топлива и воздуха может быть размещен вне камеры 30 сгорания, но может быть соединен по текучей среде с камерой 30 сгорания таким образом, чтобы газы в камере 30 сгорания могли проходить в смесительный канал 18 и возвращаться назад в камеру 30 сгорания. Например, впускной воздух, введенный в камеру 30 сгорания во время такта всасывания, может быть вытолкнут в смесительный канал 18 во время всего такта сжатия или его части. Однако в других примерах смесительный канал 18 может быть размещен внутри камеры 30 сгорания. В других примерах смесительный канал 18 может быть частично размещен вне камеры 30 сгорания таким образом, что по меньшей мере часть смесительного канала 18 может быть размещена внутри камеры 30 сгорания.
В некоторых примерах, например, как в примере на фиг. 1, смесительный канал 18 может быть размещен вертикально выше камеры 30 сгорания относительно земли, когда он установлен в дорожном транспортном средстве. Однако в других примерах, как показано на фиг. 7, смесительный канал 18 может быть размещен на наружной части боковой стороны камеры 30 сгорания или на наружной части дна камеры 30 сгорания. В некоторых примерах, по существу, весь смесительный канал 18 может быть размещен вне камеры 30 сгорания таким образом, что никакая часть смесительного канала 18 не будет проходить внутрь камеры 30 сгорания. Однако в других примерах часть смесительного канала 18 может проходить внутрь камеры 30 сгорания.
В некоторых примерах смесительный канал 18 для смешивания топлива и воздуха может располагаться внутри блока 14 цилиндров. В частности, смесительный канал 18 может быть целиком сформирован в верхней части блока 14 цилиндров. Однако в других примерах смесительный канал 18 может располагаться внутри головки 16 цилиндра. В частности, смесительный канал 18 может быть целиком сформирован внутри головки 16 цилиндра как один или несколько полых проходов, соединяющих по текучей среде наконечник инжектора 66 с камерой 30 сгорания. В других примерах смесительный канал 18 может располагаться внутри инжектора 66. В частности, смесительный канал 18 может быть целиком сформирован вместе с корпусом инжектора 66, образуя часть корпуса или наружные стенки инжектора 66. В других примерах смесительный канал 18 может представлять собой отдельный компонент и может быть физически соединен блоком 14 цилиндров и/или головкой 16 цилиндра. В качестве другого примера, части смесительного канала 18 могут быть целиком сформированы внутри блока 14 цилиндров, в то время как другие части смесительного канала 18 могут быть целиком сформированы внутри головки 16 цилиндра.
В некоторых вариантах реализации, например, как показано на фиг. 1, смесительный канал 18 может быть размещен между топливным инжектором 66 и камерой 30 сгорания. В этом случае топливо, впрыскиваемое инжектором 66, может проходить через смесительный канал 18, прежде чем попасть в камеру 30 сгорания. В частности, инжектор 66 может быть соединен с верхней частью смесительного канала 18, причем верхняя часть смесительного канала 18 противоположна нижней части смесительного канала 18, где нижняя часть смесительного канала 18 может быть открыта в камеру 30 сгорания. Например, как изображено ниже на фиг. 2A-2D, нижняя часть смесительного канала 18 может располагаться на одном уровне с огневым днищем 19 головки 16 цилиндра и/или может целиком формировать часть огневого днища 19. Кроме того, топливо, впрыскиваемое инжектором 66, может выходить из инжектора 66 от положения вертикально выше камеры 30 сгорания и блока 14 цилиндров и вертикально выше огневого днища 19 головки 16 цилиндра.
Однако в других вариантах реализации, например, как показано ниже на фиг. 6-7, смесительный канал 18 может не быть размещен между инжектором 66 и камерой 30 сгорания, и вместо этого может быть размещен рядом с инжектором 66. Таким образом, в этих примерах, инжектор 66 может быть непосредственно соединен по текучей среде с камерой 30 сгорания, и топливо от инжектора 66 может поступать непосредственно в камеру 30 сгорания их одного или нескольких отверстий инжектора 66, не проходя через смесительный канал 18. Например, наконечник инжектора 66, содержащий одно или несколько отверстий для впрыска, может проходить внутрь камеры 30 сгорания.
Запальная свеча 92 может дополнительно использоваться для нагрева топлива, впрыснутого топливным инжектором 66, что позволяет улучшить сгорание, например, во время запуска двигателя или холодного запуска двигателя. В некоторых вариантах реализации, например, где смесительный канал 18 расположен между топливным инжектором 66 и камерой 30 сгорания, запальная свеча 92 может быть соединена со смесительным каналом 18 и может проходить внутрь смесительного канала 18. В других примерах запальная свеча 92 может быть соединена с камерой 30 сгорания и может проходить внутрь камеры 30 сгорания.
Показано, что впускной коллектор 144 соединен с дополнительным электронным дросселем 62, имеющим возможность регулирования положения дроссельной пластины 64, чтобы управлять потоком воздуха в цилиндр 30 двигателя. Этот процесс может содержать управление потоком воздуха наддува, получаемого из впускной камеры 146 наддува. В некоторых вариантах реализации дроссель 62, может быть отсутствовать, и потоком воздуха к двигателю могут управлять посредством единственного дросселя 82 системы впускного воздуха (дроссель СВВ (AIS)), соединенного с впускным патрубком 42 и расположенного выше по потоку от впускной камеры 146 наддува. В других примерах дроссель 82, может отсутствовать, и потоком воздуха к двигателю могут управлять посредством дросселя 62.
В некоторых вариантах реализации двигатель 10 может быть выполнен с возможностью обеспечения рециркуляции отработавших газов или РОГ (EGR). Если такая система используется, РОГ может обеспечиваться посредством РОГ высокого давления и/или РОГ низкого давления. В примерах, где двигатель 10 содержит РОГ низкого давления, текучая среда РОГ низкого давления может быть подана через патрубок 135 РОГ и клапан 138 РОГ к системе впускного воздуха двигателя в область ниже по потоку от дросселя 82 системы впускного воздуха (СВВ) и выше по потоку от компрессора 162, из области в выпускной системе ниже по потоку от турбины 164. Текучая среда РОГ может быть откачана из выпускной системы в систему впускного воздуха, когда существует разность давлений, обеспечивающая движение потока. Разность давлений может быть получена посредством частичного закрытия дросселя 82 СВВ. Дроссельная пластина 84 позволяет управлять давлением на воздухозаборнике компрессора 162. СВВ могут управлять электрически, и положение дроссельной пластины могут регулировать на основе показаний факультативного датчика 88 положения.
Атмосферный воздух подают в камеру 30 сгорания через впускной патрубок 42, содержащий воздушный фильтр 156. Таким образом, воздух сначала может поступать во впускной патрубок 42 через воздушный фильтр 156. Затем компрессор 162 может перекачивать воздух из впускного патрубка 42 для подачи сжатого воздуха в камеру 146 наддува через трубку выпускного отверстия компрессора (не показанную на фиг. 1). В некоторых примерах впускной патрубок 42 может содержать воздушную камеру (не показанную на схеме) с фильтром. Например, компрессор 162 может представлять собой турбонагнетатель, где мощность для компрессора 162 получают из потока выпускных газов посредством турбины 164. В частности, отработавшие газы могут раскручивать турбину 164, соединенную с компрессором 162 посредством вала 161. Перепускная заслонка 72 позволяет отработавшим газам обходить турбину 164 таким образом, чтобы давлением наддува можно было управлять при изменении условий работы. Перепускную заслонку 72 могут закрыть (или уменьшить степень открытия перепускной заслонки) в качестве реакции на увеличение требования наддува, например, во время нажатия водителем педали акселератора. Закрытие перепускной заслонки позволяет увеличить давление отработавших газов выше по потоку от турбины, что может увеличить частоту вращения турбины и пиковую выходную мощность. Это позволяет увеличить давление наддува. Кроме того, перепускную заслонку могут перевести в закрытое положение, чтобы поддерживать требуемое давление наддува, когда клапан рециркуляции компрессора частично открыт.В другом примере перепускную заслонку 72 могут открыть (или увеличить степень открытия перепускной заслонки) в качестве реакции на уменьшение требования наддува, например, во время отпускания водителем педали акселератора. Открытие перепускной заслонки приводит к уменьшению значений давления отработавших газов, что позволяет уменьшить частоту вращения турбины и ее мощность. Таким образом, можно уменьшить давление наддува.
Однако в дополнительных вариантах реализации компрессор 162 может представлять собой механический нагнетатель, где мощность для компрессора 162 может поступать от коленчатого вала 40. Таким образом, компрессор 162 может быть связан с коленчатым валом 40 посредством механического соединения, например, ремня. Также, часть вращательной энергии, произведенной коленчатым валом 40, может быть передана компрессору 162 для приведения в движение компрессора 162.
Клапан 158 рециркуляции компрессора КРК (CRV) может быть установлен в тракте 159 рециркуляции компрессора с обходом компрессора 162 таким образом, чтобы воздух мог перемещаться от выпускного отверстия компрессора к воздухозаборнику компрессора, что позволяет уменьшить перепад давлений, который может возникнуть на компрессоре 162. Охладитель 157 воздуха турбонаддува может быть размещен в камере 146 наддува, ниже по потоку от компрессора 162, для охлаждения сжатого воздуха наддува, подаваемого на вход двигателя. Однако в других примерах, как показано на фиг. 1, охладитель 157 воздуха турбонаддува может быть размещен ниже по потоку от электронного дросселя 62 во впускном коллекторе 144. В некоторых примерах охладитель 157 воздуха турбонаддува может представлять собой охладитель воздуха наддува воздушно-воздушного типа. Однако в других примерах охладитель 157 воздуха турбонаддува может представлять собой охладитель воздуха наддува жидкостного типа.
В изображенном примере тракт 159 рециркуляции компрессора выполнен с возможностью повторной подачи охлажденного сжатого воздуха из области ниже по потоку от охладителя 157 воздуха турбонаддува к воздухозаборнику компрессора. В дополнительных примерах тракт 159 рециркуляции компрессора может быть выполнен с возможностью повторной подачи сжатого воздуха из области ниже по потоку от компрессора и выше по потоку от охладителя 157 воздуха турбонаддува к воздухозаборнику компрессора. Контроллер 12 посредством электрического сигнала может открывать и закрывать КРК 158. КРК 158 может быть выполнен в виде трехпозиционного клапана, имеющего полуоткрытое положение по умолчанию, от которого он может быть перемещен в полностью открытое положение или полностью закрытое положение.
Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO) показан соединенным с выпускным коллектором 148 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Устройство снижения токсичности отработавших газов может представлять собой каталитический нейтрализатор отработавших газов, и может также упоминаться здесь как каталитический нейтрализатор 70 отработавших газов. В качестве альтернативы датчик 126 УДКОГ может быть заменен бистабильным датчиком кислорода в отработавших газах. Каталитический нейтрализатор 70 может содержать, например, несколько каталитических блоков. В другом примере может использоваться несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое с несколькими блоками. Каталитический нейтрализатор 70 может быть, например, трехкомпонентным катализатором. В то время как изображенный пример показывает датчик 126 УДКОГ выше по потоку от турбины 164, следует учитывать, что в дополнительных вариантах реализации датчик УДКОГ может быть размещен в выпускном коллекторе ниже по потоку от турбины 164 и выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70.
В некоторых примерах дизельный сажевый фильтр 74 ДСФ (DPF) может быть установлен ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов, для улавливания сажи. ДСФ 74 может быть выполнен их нескольких материалов, в том числе, кордиерита, карбида кремния и другой керамики на основе жаростойкого оксида. ДСФ 74 может периодически подвергаться регенерации для уменьшения количества отложений сажи на фильтре, препятствующих движению отработавших газов. Регенерацию фильтра могут выполнить посредством нагрева фильтра до температуры, при которой может происходить сжигание частиц сажи с более высокой скоростью, чем накопление новых частиц сажи, например, при температуре 400-600°С.
Однако в других примерах, в результате использования смесительного канала 18, ДСФ 74 может отсутствовать в двигателе 10. Таким образом, за счет использования смесительного канала 18, можно уменьшить температуру газов, первоначально контактирующих с впрыснутым топливом, и за счет этого увеличить количество воздуха, захватываемого топливом в смесительном канале 18 до начала сгорания в камере 30 сгорания. Таким образом, можно уменьшить образование сажи во время цикла сгорания. В некоторых примерах уровни сажи могут быть уменьшены до приблизительно нулевого значения за счет увеличенного смешивания топлива и воздуха до начала сгорания/воспламенения смеси в камере 30 сгорания. В результате, в некоторых примерах, двигатель 10 имеет возможность не производить почти никакой сажи (например, нулевое количество сажи) во время цикла сгорания. В других примерах, за счет использования смесительного канала 18 образование сажи может быть уменьшено и, таким образом, ДСФ 74 может реже требовать регенерации, что уменьшает расход топлива.
Во время цикла сгорания каждый цилиндр внутри двигателя 10 может работать по четырехтактному циклу, содержащему: такт всасывания, такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска. Во время такта всасывания и рабочего хода поршень 36 может перемещаться от головки 16 цилиндра к основанию цилиндра, увеличивая объем между верхней частью поршня 36 и огневым днищем 19. Положение, в котором поршень 36 расположен около основания цилиндра и в конце его такта всасывания и/или рабочего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем), как правило, упоминается специалистами в данной области как нижняя мертвая точка НМТ (BDC). И наоборот, во время тактов сжатия и выпуска поршень 36 может переместиться от НМТ к верхней части цилиндра (например, к огневому днищу 19), уменьшая объем между верхней частью поршня 36 и огневым днищем 19. Положение, в котором поршень 36 расположен около верхней части цилиндра и в конце тактов сжатия и/или выпуска (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем), как правило, упоминается специалистами в данной области как верхняя мертвая точка ВМТ (TDC). Таким образом, во время такта впуска и рабочего хода, поршень 36 имеет возможность перемещаться от ВМТ к НМТ, а во время тактов сжатия и выпуска поршень 36 имеет возможность перемещаться от НМТ к ВМТ.
Кроме того, обычно во время такта всасывания выпускные клапаны 154 закрыты, а впускные клапаны 152 открыты, чтобы обеспечить прохождение впускного воздуха в камеру 30 сгорания. Во время такта сжатия оба клапана 152 и 154 могут оставаться закрытыми, поскольку поршень 36 сжимает газовую смесь, полученную во время такта всасывания. Во время такта сжатия газы могут быть вытолкнуты из камеры 30 сгорания в смесительный канал 18 за счет положительного давления, создаваемого поршнем 36, когда он движется к смесительному каналу 18. Газы, выходящие из камеры 30 сгорания, могут рассеивать тепло через головку 16 цилиндра и/или атмосферный воздух за счет теплопроводности и/или конвекции. Таким образом, температура газов в смесительном канале 18 может уменьшиться относительно температуры газов в камере 30 сгорания.
Когда поршень 36 находится рядом с ВМТ или в ВМТ во время такта сжатия и/или рабочего хода, инжектор 66 может впрыснуть топливо в камеру 30 сгорания. Во время следующего рабочего хода клапаны 152 и 154 остаются закрытыми, поскольку расширение и сгорание топливовоздушной смеси обеспечивает движение поршня 36 к НМТ. В некоторых примерах топливо может быть впрыснуто до достижения поршнем 36 ВМТ, то есть, во время такта сжатия. Однако в других примерах, топливо может быть впрыснуто, когда поршень 36 достиг ВМТ. В других примерах топливо может быть впрыснуто после того, как поршень 36 достиг ВМТ и когда он начинает движение назад к НМТ, то есть, во время рабочего хода. В других примерах топливо может быть впрыснуто и во время такта сжатия, и во время рабочего хода.
Впрыск топлива может происходить в течение некоторого интервала времени. Количество топлива для впрыска и/или интервал времени, в течение которого впрыскивается топливо, могут изменять посредством широтно-импульсной модуляции ШИМ (PWM) согласно одному или нескольким линейным или нелинейным уравнениям. Кроме того, инжектор 66 может содержать несколько отверстий для впрыска, и количество топлива, подаваемого из каждого отверстия, может отличаться в случае необходимости.
Во время такта выпуска выпускные клапаны 154 могут открыться, чтобы выпустить сгоревшую топливовоздушную смесь в выпускной коллектор 148, а поршень 36 может переместиться к ВМТ. Отработавшие газы могут продолжить двигаться из выпускного коллектора 148 к турбине 164 через выпускной патрубок 180.
Положение и выпускных клапанов 154, и впускных клапанов 152 могут регулировать между соответствующими закрытыми первыми положениями и открытыми вторыми положениями. Кроме того, клапаны 154 и 152 могут устанавливать в любое положение между их соответствующими первыми и вторыми положениями. В закрытом первом положении впускных клапанов 152 воздух и/или топливовоздушная смесь не может проходить между впускным коллектором 144 и камерой 30 сгорания. В открытом втором положении впускных клапанов 152 воздух и/или топливовоздушная смесь может проходить между впускным коллектором 144 и камерой 30 сгорания. В закрытом втором положении выпускных клапанов 154 воздух и/или топливовоздушная смесь не может проходить между камерой 30 сгорания и выпускным коллектором 148. Однако, когда выпускные клапаны 154 находятся в открытом втором положении, воздух и/или топливовоздушная смесь может проходить между камерой 30 сгорания и выпускным коллектором 148.
Обратите внимание на то, что вышеуказанный график открытия и закрытия клапанов приведен только в качестве примера, и что моменты времени для открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов могут изменяться, например, для обеспечения положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или различных других вариантов реализации.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. Показано, что контроллер 12 имеет возможность получать различные сигналы от датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, а именно: значение температуры хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от датчика 112 температуры, присоединенного к охлаждающей гильзе 114; сигнал датчика 134 положения, соединенного с вводным устройством 130, для измерения положения педали ПП (РР) вводного устройства, которым управляет водитель 132 автомобиля; сигнал датчика детонации для определения зажигания остаточных газов (датчик не показан на схеме); сигнал измеренного давления в коллекторе двигателя ДКД (MAP) от датчика 121 давления, присоединенного к впускному коллектору 144; сигнал измеренного давления наддува от датчика 122 давления, присоединенного к камере 146 наддува; положение двигателя от датчика 118 Холла, имеющего возможность измерять положение коленчатого вала 40; измеренное значение массы воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120 (например, от термоанемометра); и измеренное положение дросселя от датчика 58. Также может быть измерено атмосферное давление (датчик не показан на схеме) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего изобретения датчик 118 Холла имеет возможность генерировать заранее заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала, на основе чего можно определить частоту вращения двигателя ЧВД (RPM). Вводное устройство 130 может содержать педаль акселератора и/или педаль тормоза. Таким образом, данные отдатчика 134 положения можно использовать для определения положения педали акселератора и/или педали тормоза в составе вводного устройства 130 и, тем самым, определить требуемый крутящий момент двигателя. Таким образом, требуемый крутящий момент двигателя согласно требованию водителя 132 можно оценить на основе положения педали вводного устройства 130.
На фиг. 2А-8 показаны различные варианты реализации смесительного канала 18 для использования в двигателе, например, в двигателе 10, раскрытом выше в отношении фиг. 1. На фиг. 2A-2D показаны разрезы смесительного канала 18, иллюстрирующие проходы, которые могут содержаться внутри смесительного канала 18. Кроме того, на фиг. 3А-3С показаны различные варианты присоединения смесительного канала 18 внутри двигателя 10. На фиг. 2А-3С показаны разрезы смесительного канала 18 и верхней части камеры 30 сгорания по диаметру камеры 30 сгорания. Кроме того, на фиг. 2А-3С показана только часть камеры 30 сгорания по диаметру. Центральная ось Х-Х', показанная на фиг. 2А, может проходить через центр камеры 30 сгорания параллельно вертикальной оси 292. Таким образом, центральная ось Х-Х' может представлять собой центральную ось камеры 30 сгорания.
На фиг. 4 показан пример элементов поверхности, которые могут содержаться в смесительном канале 18, на фиг. 5 показан разрез и вид сверху смесительного канала 18, а на фиг. 6-7 показаны примеры расположения смесительного канала 18 рядом с инжектором 66, где инжектор может быть частично расположен внутри камеры 30 сгорания. На фиг. 8 показан пример смесительного канала 18, содержащегося в поршневом двигателе с оппозитным расположением цилиндров.
На фиг. 2А-8 может быть показана система 290 осей, которую можно использовать для раскрытия относительного расположения компонентов системы двигателя. Система 290 осей может содержать вертикальную ось 292, поперечную ось 294 и продольную ось 296. Оси 292, 294 и 296 могут быть ортогональными друг другу, определяя, таким образом, трехмерную систему осей. При использовании здесь, термины «верх/низ», «верхний/нижний» и «выше/ниже» могут применяться относительно вертикальной оси 292, и могут использоваться, чтобы раскрыть расположение элементов на чертежах относительно друг друга вдоль вертикальной оси 292. Таким образом, первый компонент, раскрытый как расположенный «вертикально выше» второго компонента, может быть размещен вертикально выше второго компонента относительно вертикальной оси 292 (например, в положительном направлении вдоль оси 292 относительно второго компонента). Точно так же термины «слева/справа» и «сбоку» могут использоваться для раскрытия расположения элементов на чертежах относительно друг друга вдоль поперечной оси 294 и могут использоваться для раскрытия расположения элементов на чертежах относительно друг друга вдоль продольной оси 296. Кроме того, термины «перед» и «позади» могут применяться по отношению к продольной оси 296 и могут использоваться для раскрытия расположения элементов на чертежах относительно друг друга вдоль продольной оси 296.
На фиг. 2А показан первый боковой разрез 200 смесительного канала 18, который может использоваться в двигателе 10, раскрытом выше с использование фиг. 1. Как изображено на фиг. 2А, смесительный канал 18 может быть размещен вне камеры 30 сгорания, но может быть соединен по текучей среде с камерой 30 сгорания через одно или несколько отверстий в огневом днище 19. Кроме того смесительный канал 18 может быть размещен вертикально выше камеры 30 сгорания относительно вертикальной оси 292. Таким образом, в некоторых примерах, весь смесительный канал 18 может быть расположен вертикально выше камеры 30 сгорания таким образом, что никакая часть смесительного канала 18 не проходит в камеру 30 сгорания. Таким образом, смесительный канал 18 может быть размещен вертикально выше поршня 36 во время всего цикла сгорания таким образом, что смесительный канал 18 расположен вертикально выше поршня 36 в ВМТ и НМТ и в любом положении между ними.
В других примерах часть смесительного канала 18 может проходить в камеру 30 сгорания. Следует учитывать, что в примере на фиг. 2А стороны поршня 36 изображены как отделенные от стенок 32 цилиндра зазором, чтобы показать, что стенки 32 цилиндра и поршень 36 представляют собой различные элементы, и что поршень 36 имеет возможность перемещения относительно стенок 32 цилиндра. Однако следует учитывать, что поршень 36 может находиться в герметичном контакте со стенками 32 цилиндра, и что, по существу, никакие газы из камеры сгорания не могут присутствовать между сторонами поршня 36 и стенками 32 цилиндра. Таким образом, газы в камере сгорания могут быть ограничены объемом, сформированным выше поршня 36 между поршнем 36 и огневым днищем 19.
Смесительный канал 18 соединен по текучей среде с камерой 30 сгорания таким образом, что газы могут перемещаться между камерой 30 сгорания и смесительным каналом 18. В частности, газы в камере 30 сгорания могут вытекать из камеры 30 сгорания и попадать в смесительный канал 18. Газы, попадающие в смесительный канал 18 из камеры 30 сгорания, могут проходить через смесительный канал 18 и/или обратно в камеру 30 сгорания. Таким образом, смесительный канал 18 может способствовать рециркуляции газов из камеры 30 сгорания и обратно в камеру 30 сгорания. В частности, смесительный канал 18 может содержать проход 202 для охлажденного воздуха, имеющий возможность охлаждения (например, удаления тепла) газов из камеры сгорания, поскольку они могут рециркулировать через смесительный канал 18. В некоторых примерах смесительный канал 18 может содержать более одного прохода для охлажденного воздуха. Также, проход 202 для охлажденного воздуха может также быть упомянут здесь как проход 202 теплоотдачи.
Газы в камере 30 сгорания могут проходить в камеру 30 сгорания через один или несколько впускных клапанов (например, через впускные клапаны 152, раскрытые выше с использованием фиг. 1) и/или выпускных клапанов (например, через выпускные клапаны 154, раскрытые выше с использованием фиг. 1). Например, во время такта всасывания, один или несколько впускных клапанов могут открыться, и впускные газы могут попасть в камеру 30 сгорания, поскольку поршень 36 двигается к НМТ. Затем во время последующего такта сжатия впускные и выпускные клапаны могут оставаться закрытыми, и поршень 36 может сжать газы, полученные во время такта всасывания, поскольку поршень 36 движется обратно к ВМТ. Часть газов или все газы в камере 30 сгорания могут быть вытолкнуты в смесительный канал 18 поршнем 36, поскольку поршень 36 перемещается к ВМТ и к смесительному каналу 18.
В частности, верхняя поверхность 17 поршня 36 может иметь неоднородную геометрию. Иными словами, верхняя поверхность 17 поршня 36 может быть не плоской, а изогнутой. Однако в других примерах, верхняя поверхность 17 поршня 36 может быть плоской. Как показано в примере на фиг. 2А, верхняя поверхность 17 поршня 36 может быть изогнута таким образом, чтобы образовались пики и углубления, где пики могут располагаться ближе к огневому днищу 19, чем углубления. В частности, верхняя поверхность 17 поршня 36 может содержать центральный выступ 237, который может содержать один из пиков. Выступ 237 может быть расположен в центре поршня 36 относительно центральной оси поршня 36. Кроме того, вокруг внешнего края или периметра верхней поверхности 17 поршня 36 может быть сформирована внешняя кромка 241. Между кромкой 241 и выступом 237 может быть сформирована впадина 239, расположенная ниже кромки 241 и выступа 237. Таким образом, впадина 239 может сформировать углубление, расположенное ниже кромки 241 и выступа 237, и, таким образом, расположенное на большем расстоянии от огневого днища 19, чем выступ 237 и кромка 241. Следует учитывать, что при необходимости могут использоваться другие геометрические формы впадины поршня.
В некоторых примерах выступ 237 может быть размещен ближе к огневому днищу 19, чем кромка 241. Таким образом, вершина выступа 237 может проходить вертикально выше кромки 241. Однако в других примерах, выступ 237 может быть размещен приблизительно на таком же расстоянии от огневого днища 19, как и кромка 241. В других примерах кромка 241 может быть размещена ближе к огневому днищу 19, чем выступ 237, и, таким образом, вершина выступа 237 может находиться вертикально ниже кромки 241.
Таким образом, поршень 36 может быть приблизительно цилиндрическим, и таким образом, верхняя поверхность 17 поршня 36 может иметь приблизительно круглую форму. Кроме того, верхняя поверхность 17 может быть расположена между кромкой 241 поршня 36, формируя впадину 239. Также, расстояние между огневым днищем 19 и верхней поверхностью поршня 36 может быть меньше у выступа 237 и кромки 241, чем у впадины 239. Проход 202 для охлажденного воздуха может быть размещен вертикально выше и/или над кромкой 241 поршня 36. Объем камеры 30 сгорания, сформированный между кромкой 241 поршня 36 и проходом 202 для охлажденного воздуха, может представлять собой первую зону 246 завихрения. Проход 202 для охлажденного воздуха может быть соединен и/или открыт в камеру 30 сгорания на первом конце 236 и может быть соединен противоположным вторым концом 238 с проходом 220 для топливных брызг смесительного канала 18. Первый и второй концы 236 и 238, соответственно, могут содержать отверстия в огневом днище 19 и проход 220 для топливных брызг, соответственно. Поэтому первый конец 236 может также быть упомянут здесь как первое отверстие 236.
Таким образом, огневое днище 19 может содержать отверстия 232 и 236, позволяющие газам камеры сгорания выходить из камеры сгорания и поступать в проходы 202 и 222, соответственно, смесительного канала 18. В частности, отверстия 232 и 236 могут быть сформированы в огневом днище 19, где соединены проходы 202 и 222 и огневое днище 19. Таким образом, проход 202 для охлажденного воздуха может быть соединен по текучей среде с камерой 30 сгорания на первом конце 236 и может, таким образом, обеспечивать связь по текучей среде между камерой 30 сгорания в первой зоне 246 завихрения и проходом 220 для топливных брызг. Также, газы в камере 30 сгорания в первой зоне 246 завихрения могут поступать в проход 202 для охлажденного воздуха через первый конец 236. Газы могут двигаться через проход 202 для охлажденного воздуха и в проход 220 для топливных брызг через второй конец 238. Таким образом, газы могут поступать в проход 202 для охлажденного воздуха из первой зоны 246 завихрения через первый конец 236 прохода 202, который может быть открыт в камеру 30 сгорания. Затем газы в проходе 202 для охлажденного воздуха могут выйти из прохода 202 для охлажденного воздуха через второй конец 238 прохода 202, который может быть открыт в проход 220 для топливных брызг и/или в резервуар 226.
Кроме того, центральный воздушный проход 222 может быть размещен вертикально выше и/или над выступом 237 поршня 36. Объем камеры 30 сгорания, сформированный между выступом 237 поршня 36 и центральным воздушным проходом 222, может представлять собой вторую зону 248 завихрения. Центральный воздушный проход 222 может быть соединен с камерой 30 сгорания на первом конце 232, а противоположным вторым концом 234 может быть соединен с резервуаром 226 смесительного канала 18. Первый конец 232 и второй конец 234 могут содержать отверстия в огневом днище 19 и резервуаре 226 соответственно. Таким образом, первый конец 232 может также быть упомянут здесь как первое отверстие 232. Таким образом, центральный воздушный проход 222 может обеспечить связь по текучей среде между камерой 30 сгорания во второй зоне 248 завихрения и резервуаром 226. Также, газы в камере 30 сгорания во второй зоне 248 завихрения могут поступать в центральный воздушный проход 222 через первый конец 232, который может быть открыт в камеру 30 сгорания. Газы могут выходить из центрального воздушного прохода 222 через второй конец 234 в резервуар 226 и/или в проход 220 для топливных брызг.
Первый конец 228 прохода 220 для топливных брызг может быть размещен вертикально выше и/или над впадиной 239 поршня 36. Первый конец 228 может сформировать отверстие в огневом днище 19. Таким образом, первый конец 228 может также быть упомянут здесь как первое отверстие 228. Объем камеры 30 сгорания, сформированной между впадиной 239 поршня 36 и огневым днищем 19 и/или проходом 220 для топливных брызг может представлять собой возвратную зону 243. Проход 220 для топливных брызг может быть соединен с камерой 30 сгорания на первом конце 228 и может быть соединен противоположным вторым концом 230 с резервуаром 226 смесительного канала 18. В частности, второй конец 230 может быть размещен непосредственно перед и/или на одной линии с одним или несколькими отверстиями 272 для впрыска инжектора 66. Первый конец 228 может содержать отверстие в огневом днище 19, и второй конец 230 может быть открыт таким образом, чтобы топливо, впрыснутое из одного или нескольких отверстий 272 для впрыска, могло двигаться через проход 220 для топливных брызг и поступать в камеру 30 сгорания.
Инжектор 66 может содержать набор отверстий 272 для впрыска, через которые может быть введено топливо. Например, каждое из отверстий 272 для впрыска может быть выровнено относительно прохода 220 для топливных брызг. Таким образом, в некоторых вариантах реализации, например, как показано на фиг. 2А, смесительный канал 18 может содержать более одного прохода 220 для топливных брызг. В некоторых примерах число проходов для топливных брызг, содержащихся в смесительном канале 18, может совпадать с числом отверстий для впрыска таким образом, что только одно из отверстий 272 для впрыска может быть выровнено относительно каждого отдельного прохода 220 для топливных брызг. Однако в других примерах относительно каждого отдельного прохода 220 для топливных брызг может быть выровнено больше одного или меньше одного отверстия для впрыска. Кроме того, в некоторых примерах, в смесительном канале 18 может содержаться только один проход 220 для топливных брызг.
Инжектор 66 может содержать корпус 268 и наконечник 270. Отверстия для впрыска могут располагаться на наконечнике 270 инжектора 66. Корпус 268 может быть, по существу, цилиндрическим, но может содержать одно или несколько приспособлений для выравнивания, позволяющих ориентировать инжектор 66 таким образом, что каждое из отверстий 272 для впрыска может быть выровнено относительно соответствующего прохода 220 для топливных брызг. Однако в других примерах корпус 268 может не быть цилиндрическим и может иметь другую форму, например, одну или более из следующего: прямоугольную, овальную, треугольную, пирамидальную и т.д. Кроме того, форма поперечного сечения и/или размер корпуса 268 могут изменяться вдоль центральной оси корпуса 268. В частности, инжектор 66 может быть ориентирован таким образом, чтобы направление движения топливных брызг из каждого из отверстий 272, по существу, было параллельно проходу 220 для топливных брызг. Таким образом, по меньшей мере одно из отверстий 272 может быть выровнено относительно центральной оси каждого прохода 220 для топливных брызг таким образом, чтобы общее направление распространения топливных брызг из каждого из отверстий 272 могло быть параллельно участку прохода 220 для топливных брызг. Проще говоря, каждое из отверстий 272 соединено по текучей среде с проходом 220 для топливных брызг таким образом, что топливо, впрыснутое из отверстий 272, может двигаться через проход 220 для топливных брызг по направлению к камере 30 сгорания.
Приспособление для выравнивания может быть ввинчено в головку 16 цилиндра двигателя там, где должен быть установлен инжектор 66. Приспособление для выравнивания может иметь, по существу, ту же форму поперечного сечения, что и инжектор 66.
Наконечник 270 инжектора, содержащий отверстия 272 для впрыска, может быть размещен внутри резервуара 226. Резервуар 226 может быть сформирован в верхней части смесительного канала 18 и может быть сформирован наподобие конуса. Таким образом, наконечник 270 инжектора может проходить через верхнюю часть резервуара 226, и проходить внутрь резервуара 227. Однако в других примерах наконечник 270 может не проходить в резервуар 227, то есть, наконечник 270 и/или отверстия 272 для впрыска могут располагаться на одном уровне с верхней частью резервуара 226. Однако в других примерах, как раскрыто ниже более подробно с использованием фиг. 6-7, наконечник 270 может быть расположен внутри камеры 30 сгорания и может впрыскивать топливо непосредственно в камеру 30 сгорания, не проходя через проход 220 для топливных брызг.
В примере фиг. 2А каждое из отверстий 272 для впрыска может быть размещено на расстоянии от второго конца 230 прохода 220 для топливных брызг. Иными словами, резервуар 226 может отделять каждое из отверстий 272 для впрыска от каждого прохода 220 для топливных брызг. Однако в других примерах резервуар 226 в смесительном канале 18 может отсутствовать. В таких примерах второй конец 230 каждого прохода 220 для топливных брызг не может быть отделен от отверстий 272 для впрыска и может быть размещен у отверстий 272 для впрыска таким образом, что топливо, впрыснутое из отверстий 272, может двигаться непосредственно в каждый проход 220 для топливных брызг.
Между проходами 202, 220 и 222 смесительного канала 18 может находиться одна или несколько перегородок 260. В частности, одна из перегородок 260 может находиться между проходом 202 для охлажденного воздуха и проходом 220 для топливных брызг, а другая перегородка 260 может находиться между проходом 220 для топливных брызг и центральным воздушным проходом 222. Таким образом, проходы 202, 220 и 222 могут быть отделены друг от друга перегородкой 260. Как раскрыто выше, проходы 202, 220 и 222 могут быть полыми, для обеспечения связи по текучей среде между камерой 30 сгорания и смесительным каналом 18. Кроме того, проходы 202, 220 и 222 могут быть определены стенками 240, 242 и 244 соответственно. Перегородка 260 может быть определена как объем, содержащийся вне проходов 202, 220 и 222, между поверхностями стенок 240, 242 и 244 проходов 202, 220 и 222. В некоторых примерах одна или несколько перегородок 260 могут быть полыми, такими, что атмосферный воздух может проходить вдоль поверхностей одного или нескольких проходов 202, 220 и 222. Более конкретно, в примерах, где перегородка 260 полая, атмосферный воздух может проходить между проходами 202, 220 и/или 222 смесительного канала 18, и, таким образом, проходить через смесительный канал 18.
В других примерах одна или несколько перегородок 260 могут не быть полыми и могут быть выполнены из теплопроводящего материала, для передачи тепла от одного или нескольких проходов 202, 220 и 222 одному или нескольким компонентам двигателя (например, головке 16 цилиндра, раскрытой выше с использованием фиг. 1) и/или атмосферному воздуху, окружающему внешнюю поверхность смесительного канала 18. В других примерах, одна или несколько перегородок 260 может содержать один или несколько компонентов двигателя, например, различных компонентов головки цилиндров (например, впускных клапанов 152 и выпускных клапанов 154 раскрытых выше на фиг. 1).
В других примерах одна или несколько перегородок 260 может содержать каналы хладагента, через которые могут пропускать хладагент. Таким образом, хладагент может быть направлен через одну или несколько перегородок 260, чтобы увеличить степень охлаждения газов в смесительном канале 18. Таким образом, хладагент в одной или нескольких перегородках 260 имеет возможность поглощения тепла газов, находящихся в смесительном канале 18, увеличения переноса тепла газов в смесительном канале 18 к одной или нескольким перегородкам 260.
В других примерах одна или несколько перегородок 260 могут содержать часть головки цилиндров (например, головки 16 цилиндра, раскрытой выше с использованием фиг. 1), и могут быть целиком сформированы внутри головки цилиндров. Таким образом, одна или несколько перегородок 260 могут целиком сформировать часть головки цилиндров, где одна или нескольких перегородок 260 могут образовать единственную непрерывную часть с головкой цилиндра и могут не содержать отдельный компонент. Кроме того, одна или несколько перегородок 260 могут не содержать часть смесительного канала 18 и могут располагаться отдельно от смесительного канала 18.
В других примерах, одна или несколько перегородок 260 может содержать часть смесительного канала 18. Таким образом, одна или несколько перегородок 260 могут быть целиком сформированы внутри смесительного канала 18 и могут образовать единственную непрерывную часть со смесительным каналом 18.
Корпус или внешняя поверхность 231 смесительного канала 18 могут определить внешнюю часть смесительного канала 18. Таким образом, компоненты смесительного канала 18 могут содержаться внутри корпуса 231. В некоторых вариантах реализации, например, как показано на фиг. 2А, внешняя часть стенки 240 прохода 202 для охлажденного воздуха может определить весь корпус 231 смесительного канала 18 или его часть. В некоторых примерах головка цилиндров может быть размещена вне части или всего корпуса 231 смесительного канала 18. Однако в других вариантах реализации, например, как показано на фиг. 2А, атмосферный воздух может окружать смесительный канал 18. Таким образом, в некоторых примерах, атмосферный воздух может находиться вокруг прохода 202 для охлажденного воздуха. В частности, обращенная наружу поверхность 251 стенки 240 прохода 202 для охлажденного воздуха может взаимодействовать с атмосферным воздухом. Таким образом, атмосферный воздух может контактировать с обращенной наружу поверхностью 251 стенки 240 прохода 202 для охлажденного воздуха. Также, в примере на фиг. 2А атмосферный воздух может контактировать с обращенной наружу поверхностью 251, слева от прохода 202 относительно оси 294, и выше прохода 202 относительно оси 292. Таким образом, тепло воздуха внутри прохода 202 для охлажденного воздуха может быть передано атмосферному воздуху, обтекающему внешнюю часть прохода 202. Таким образом, воздух в проходе 202 для охлажденного воздуха может быть охлажден по пути к смешиванию с топливом в проходе 220 для топливных брызг.
Однако следует учитывать, что в других примерах головка цилиндров может быть размещена вне части или всей обращенной наружу поверхности 251 стенки 240. Таким образом, в некоторых примерах, головка цилиндров может физически контактировать с обращенной наружу поверхностью 251 прохода 202 для охлажденного воздуха и может поглощать тепло из прохода 202 для охлажденного воздуха. Таким образом, тепло воздуха, находящегося в проходе 202 для охлажденного воздуха, может быть передано головке цилиндра, поскольку воздух может проходить через проход 202 для охлажденного воздуха. Таким образом, воздух в камере 30 сгорания может быть охлажден по пути к смешиванию с топливом в проходе 220 для топливных брызг посредством передачи тепла головке цилиндра.
Таким образом, газы камеры сгорания могут проходить через проход 202 для охлажденного воздуха и/или центральный воздушный проход 222 в резервуар 226 и/или проход 220 для топливных брызг, как изображено более подробно ниже с использованием фиг. 2 В-2С.Плоскость 280 разреза определяет поперечное сечение смесительного канала 18, показанное ниже на фиг. 5.
На фиг. 2В показан второй боковой разрез 225 смесительного канала 18, где изображен пример схемы движения потока воздуха через смесительный канал 18. Поток воздуха на фиг. 2В изображен стрелками 274 потока. Таким образом, фиг. 2 В изображает тот же самый и/или аналогичный вид смесительного канала 18 и камеры 30 сгорания, как и фиг. 2А, за исключением того, что фиг. 2 В также изображает в качестве примера поток воздуха из камеры 30 сгорания в смесительный канал 18. Таким образом, стрелки 274 потока изображают пример потока воздуха из камеры 30 сгорания через смесительный канал 18, где воздух, изображенный стрелками 274 потока, может представлять собой впускной воздух, поданный в камеру 30 сгорания через отверстия одного или нескольких впускных клапанов (например, впускных клапанов 152, раскрытых выше на фиг. 1).
На фиг. 2В показан пример, в котором поршень 36 находится в ВМТ или около нее. Поскольку поршень 36 имеет возможность движения вертикально вверх к ВМТ относительно вертикальной оси 292 к смесительному каналу 18 и огневому днищу 19, повышенное давление может быть создано в первой и второй зонах 246 и 248 завихрения соответственно, относительно возвратной зоны 243. В частности, поскольку поршень 36 может двигаться вверх, объем, содержащийся между огневым днищем 19 и кромкой 241, и между огневым днищем 19 и выступом 237, может быть меньше объема, содержащегося между огневым днищем 19 и впадиной 239, так как впадина 239 расположена ниже кромки 241 и выступа 237. Благодаря наличию отверстий, сформированных в огневом днище 19 первым концом 236 прохода 202 для охлажденного воздуха и/или первым концом 232 центрального воздушного прохода 222, воздух в камере сгорания может быть вытолкнут в проход 202 для охлажденного воздуха и/или в центральный воздушный проход 222, поскольку поршень 36 может двигаться вверх к ВМТ. Кроме того, может быть создана структура завихрения во впадине 239 и возвратной зоне 243, где воздух может проходить к верхней поверхности 17 поршня 36 в центре впадины 239, и затем может двигаться от впадины 239 по направлению или к выступу 237, или к кромке 241, как изображено на фиг. 2 В. В других примерах первый конец 236 прохода 202 для охлажденного воздуха может быть размещен ближе к центру относительно оси Х-Х', чем кромка 241. Таким образом, первый конец 236 может быть размещен на меньшем расстоянии от оси Х-Х', чем кромка 241.
Поскольку воздух из камеры 30 сгорания имеет возможность двигаться в проход 202 для охлажденного воздуха и/или в центральный воздушный проход 222, воздух может рассеивать тепло, передавая его окружающей части головки цилиндров и/или атмосферному воздуху. Кроме того, воздух в проходах 202 и/или 222 может рассеивать тепло, передавая его перегородке 260, которая, как раскрыто выше с использованием фиг. 2А, может содержать часть смесительного канала 18 и/или головки цилиндров. Таким образом, температура воздуха в проходах 202 и/или 222 может быть уменьшена относительно температуры воздуха в камере 30 сгорания. Иными словами, головка цилиндров и/или атмосферный воздух могут удалять тепло из воздуха, находящегося в проходах 202 и/или 222, и, таким образом, уменьшать температуру воздуха в проходах 202 и/или 222 ниже температуры воздуха в камере 30 сгорания.
Воздух в проходах 202 и/или 222 может попасть в резервуар 226 после прохождения через проходы 202 и/или 222. Охлажденный воздух может оставаться и/или задерживаться в резервуаре 226 на некоторое время. Пока воздух находится в резервуаре 226, температура воздуха может продолжать уменьшаться, так как воздух может дополнительно отдавать тепло головке цилиндра и/или атмосферному воздуху. Таким образом, резервуар 226 может содержать объем охлажденного воздуха, имеющего более низкую температуру, чем воздух в камере 30 сгорания.
На фиг. 2С показан третий боковой разрез 250 смесительного канала 18, где изображен пример потока 252 топливных брызг. Топливные брызги 252 на фиг. 2В изображены первыми штриховыми линиями, а пламя 254 сгорания изображено вторыми штриховыми линиями. Таким образом, на фиг. 2С изображен тот же самый и/или аналогичный вид смесительного канала 18 и камеры 30 сгорания, как и на фиг. 2А и 2В, за исключением того, что на фиг. 2С также изображен пример схемы топливных брызг, показывающий впрыск топлива из инжектора 66.
Во время впрыска топлива топливо может быть введено из одного или нескольких отверстий 272 для впрыска. В примере на фиг. 2С изображены топливные брызги от одного из отверстий 272 для впрыска вдоль одного прохода 220 для топливных брызг. Однако следует учитывать, что в других примерах топливо может быть введено из нескольких отверстий 272 и/или может двигаться вниз через несколько проходов 220 для топливных брызг.
В некоторых вариантах реализации, например, как показано на фиг. 2С, топливо может поступать в резервуар 226, когда происходит впрыск из отверстий 272. В частности, топливо может проходить некоторое расстояние в резервуаре 226, прежде чем попасть в проход 220 для топливных брызг. В частности, резервуар 226 может иметь такие размеры, что второй конец 230 прохода 220 для топливных брызг может быть отделен первым расстоянием 257 от отверстий 272. В некоторых примерах расстояние 257 между по меньшей мере одним из отверстий 272 и проходом 220 для топливных брызг может иметь величину в диапазоне между 0,5 мм и 10 мм.
Однако в других примерах резервуар 226 может отсутствовать, и топливо может быть впрыснуто из отверстий 272 непосредственно в один или несколько проходов для топливных брызг. Таким образом, в некоторых примерах, отверстия 272 могут быть размещены рядом с проходами для топливных брызг или внутри проходов для топливных брызг.
Охлажденный воздух в резервуаре 226 может смешаться с топливом, впрыснутым из отверстий 272. Таким образом, топливо может захватить часть воздуха или весь воздух, содержащийся в резервуаре 226, когда топливо движется к проходу 220 для топливных брызг. Кроме того, введенное топливо может продолжать смешиваться с воздухом и захватывать воздух в проходе 220 для топливных брызг и/или воздух из одного или нескольких проходов 202 для охлажденного воздуха и/или из центрального воздушного прохода 222. Таким образом, воздух в центральном воздушном проходе 222 и/или в проходе 202 для охлажденного воздуха может смешиваться с топливом, впрыснутым из топливного инжектора 66, поскольку топливо распространяется по направлению к проходу 220 и/или через проход 220 от отверстий 272.
Диаметр потока 252 топливных брызг может увеличиться по мере движения топлива к проходу 220 от отверстий 272 для впрыска, как изображено штриховыми линиями на фиг. 2С. Поэтому диаметр потока топливных брызг может быть представлен расстоянием между двумя штриховыми линиями потока 252 топливных брызг, как показано на фиг. 2С. Таким образом, диаметр потока топливных брызг может быть меньше у отверстий 272, чем на втором конце 230 прохода 220 для топливных брызг. Однако диаметр 255 прохода 220 для топливных брызг может быть выбран таким образом, чтобы быть больше диаметра потока 252 топливных брызг на втором конце 230 прохода 220 для топливных брызг. Таким образом, топливные брызги не могут контактировать со стенками 242 прохода 220 для топливных брызг на втором конце 230 прохода 220 для топливных брызг. В некоторых примерах диаметр 255 прохода 220 для топливных брызг может иметь любую величину в диапазоне между 1 мм и 10 мм. Увеличение диаметра потока 252 топливных брызг может быть определено на основе одного или более из следующего: плотность воздуха в резервуаре 226, плотность топлива и расстояние 257 между отверстиями 272 и проходом 220 для топливных брызг.
2
2
2
2
Таким образом, охлажденные газы камеры сгорания в одном или более из следующего: резервуар 226, проход 202 для охлажденного воздуха, центральный воздушный проход 222 и/или проход 220 для топливных брызг могут смешиваться с топливом, введенным из отверстий 272 для впрыска. В частности, при движении топлива к камере 30 сгорания внутри прохода 220 для топливных брызг, введенное топливо может смешиваться с окружающими газами в проходе 220 для топливных брызг, который может содержать воздух (например, N, O, CO, HO, Ar и т.д.) и/или другие газы.
Однако топливо и/или воздух в проходе 220 для топливных брызг могут контактировать со стенками 242 прохода 220 для топливных брызг во время движения смеси топлива и/или воздуха к камере 30 сгорания. Вследствие действия сил вязкого сопротивления на смесь топлива и/или воздуха, создаваемых стенками 242 прохода 220 для топливных брызг, может быть сформирован пограничный слой в потоке смеси топлива и/или воздуха в проходе 220 для топливных брызг. В частности, может быть сформирован турбулентный пограничный слой в потоке смеси топлива и/или воздуха в проходе 220 для топливных брызг. Размер прохода 220 для топливных брызг может быть выбран таким образом, чтобы создать турбулентный пограничный слой в смеси топлива и/или воздуха, за счет использования условий прилипания между стенками 242 прохода 220 и потоком 252 топливных брызг. Увеличивая размер турбулентного пограничного слоя в топливных брызгах, можно улучшить смешивание вдоль оси 256 движения потока топливных брызг, что может, в свою очередь, уменьшить коэффициент избытка воздуха на длине отрыва. Ось 256 движения топливных брызг может определить центральную ось потока 252 топливных брызг, которая может проходить вдоль общего направления распространения потока 252 топливных брызг. Например, ось 256 движения топливных брызг может проходить от центра одного из отверстий 272, вниз по центру прохода 220 для топливных брызг, где ось 256 может быть параллельна стенкам 242 прохода 220 для топливных брызг.
1
2
Длина 253 прохода 220 может быть определена как расстояние между первым концом 228 и вторым концом 230 прохода 220 для топливных брызг или как расстояние между камерой 30 сгорания и резервуаром 226, связанными по текучей среде друг с другом посредством прохода 220 для топливных брызг. В некоторых примерах длина 253 прохода 220 для топливных брызг может зависеть от размера двигателя и/или размера (например, диаметра) камеры 30 сгорания. В некоторых примерах длина 253 прохода для топливных брызг может иметь любую величину в диапазоне между 1 мм и 25 мм. Проход 220 для топливных брызг может быть меньше чем / диаметра камеры 30 сгорания. Кроме того, длина 253 прохода 220 может быть больше, чем длина турбулентного смешивания, где длина турбулентного смешивания может представлять собой расстояние от точки впрыска топлива в отверстиях 272 до места в смесительном канале 18, где смесь топлива и/или воздуха переходит к полностью турбулентному течению. Длина турбулентного смешивания может представлять собой функцию числа Рейнольдса, коэффициента трения внутри прохода 220 и относительной шероховатости стенок 242 прохода 220. Дополнительно или в качестве альтернативы, длина 253 прохода 220 может быть меньше, чем ожидаемая длина отрыва для свободного топливного потока при тех же самых и/или подобных окружающих условиях в цилиндре, как и в проходе 220 таким образом, что внутри прохода 220 не происходит воспламенение. То есть, длина 253 прохода 220 может быть выбрана таким образом, что в проходе 220 не происходит сгорание. В других примерах длина 253 прохода 220 может быть меньше, чем длина торможения, где длина торможения может представлять собой расстояние между вторым концом 230 прохода 220 и точкой вдоль прохода 220, где скорость потока уменьшается и становится звуковой. Длина торможения может быть определена на основе одного или более из следующего: диаметр 255 прохода 220, коэффициент трения для прохода 220, входная скорость топлива и окружающей газовой смеси в проходе 220 и термодинамические условия в проходе 220.
После смешивания с воздухом в проходе 220 для топливных брызг, топливная смесь с захваченным воздухом может выйти из прохода 220 через первый конец 228, попасть в камеру 30 сгорания и затем воспламениться. Это означает, что длина прохода 220 для топливных брызг может быть выбрана таким образом, чтобы топливо не воспламенялось в проходе 220 для топливных брызг. То есть, сгорание не может происходить в проходе 220 для топливных брызг и может происходить только в камере 30 сгорания. Однако в других примерах сгорание может происходить в проходе 220 для топливных брызг. В настоящем раскрытии сгорание определено как горение топлива, позволяющее высвободить пороговое количество тепла. Дополнительно или в качестве альтернативы сгорание может быть определено как область, где окружающее световое излучение в цилиндре в диапазоне между 250 нм и 1000 нм увеличивается выше порогового значения. В некоторых примерах пороговое значение может представлять собой увеличение светового излучения на половину порядка в диапазоне длин волн между 250 нм и 1000 нм.
Кроме того, скорость, с которой топливо впрыскивается инжектором 66, может быть выбрана таким образом, чтобы скорость топлива и окружающей газовой смеси, которая не является частью теплового пограничного слоя стенок 242 прохода 220 и выходит из прохода 220, могла превысить скорость турбулентного пламени топлива и окружающей газовой смеси внутри прохода 220. Скорость турбулентного пламени может быть определена на основе одного или более из следующего: главные и второстепенные потери вдоль прохода 220, расход в отверстиях инжектора 272, фракция смеси и термодинамические условия внутри прохода 220. Дополнительно или в качестве альтернативы время пребывания или количество времени, необходимое топливу, чтобы переместиться от отверстий инжектора 272 к первому концу 228 прохода 220 для топливных брызг, не может превысить задержку воспламенения топлива при термодинамических условиях и распределении смеси внутри прохода 220. Таким образом, топливо не может воспламениться в проходе 220.
Размер, форма и геометрия прохода 220 для топливных брызг могут быть выбраны на основе геометрии инжектора 66, предсказанных термодинамических условий в цилиндре, скорости топливных брызг, плотности топлива и т.д. Проход 220 может в некоторых примерах иметь однородную площадь поперечного сечения. Однако в других примерах проход 220 может содержать одно или несколько сужений и/или отклонений значений площади поперечного сечения, впадины вдоль стенок 242, элементы плохо обтекаемого тела (то есть, ступеньку или канавку), и маленькие отверстия, создающие связь по текучей среде между камерой 30 сгорания и проходом 220 для топливных брызг. Кроме того, в некоторых примерах, проход 220 может быть, по существу, прямым и/или цилиндрическим или трубчатым, как изображено в примере на фиг. 2А-2С. Однако в других примерах проход 220 может быть изогнутым. В других примерах проход 220 может не быть цилиндрическим. Например, проход 220 может иметь одну или несколько форм из следующих: прямоугольная, эллиптическая, треугольная, пирамидальная и т.д. Кроме того, поперечное сечение прохода 220 может быть однородным вдоль его длины. Однако в других примерах форма и/или размер поперечного сечения прохода 220 могут изменяться по длине прохода 220.
Важно отметить, что один или несколько проходов 202, 220 и/или 222 смесительного канала 18 могут не быть полностью замкнутыми и могут содержать одно или более из следующего: форма конуса, полуцилиндрическое углубление или выемка, расположенные в огневом днище 19. Кроме того следует учитывать, что в смесительном канале 18 могут содержаться один или несколько вторичных проходов, связывающих по текучей среде камеру 30 сгорания с частью прохода 220 для топливных брызг. Таким образом, в стенках 242 прохода 220 для топливных брызг могут содержаться одно или несколько отверстий, которые могут быть связаны по текучей среде с камерой 30 сгорания для направления воздуха из камеры 30 сгорания в проход 220 для топливных брызг.
Также важно отметить, что в некоторых примерах один или несколько проходов 202, 220 и 222 могут быть цилиндрическими. Однако в других примерах, один или несколько проходов 202, 220 и 222 могут иметь одну или несколько форм из следующих: прямоугольная, эллиптическая, треугольная, пирамидальная и т.д. Кроме того, поперечные сечения одного или нескольких проходов 202, 220 и 222 могут быть однородными вдоль их длин. Однако в других примерах форма и/или размер поперечных сечений одного или нескольких проходов 202, 220 и 222 могут изменяться вдоль длин одного или нескольких проходов 202, 220 и 222. В некоторых примерах размер и/или форма одного или нескольких проходов 202, 220 и 222 и/или резервуара 226 могут быть определены экспериментально или смоделированы с использованием вычислительных средств для гидродинамики.
Как показано на фиг. 2С, впадина 239 может быть сформирована более мелкой и/или более широкой по сравнению с впадинами, используемыми в системах двигателя, не имеющих смесительного канала 18. Размер и/или форма впадины 239 могут быть выбраны таким образом, чтобы компенсировать размер проходов 202, 220 и 222 в смесительном канале 18, обеспечивая требуемую степень сжатия. В дополнение к обеспечению требуемой степени сжатия, более мелкая впадина может уменьшить площадь поверхности для объемного отношения внутри камеры 30 сгорания и может уменьшить теплопередачу, что может увеличить тепловой КПД двигателя. В дополнение к более мелкой впадине, искривления внешних краев впадины 239 могут быть сделаны более крутыми, чтобы перенаправить газы сгорания, выходящие из прохода 220 для топливных брызг, к центру камеры 30 сгорания. Кроме того, искривление впадины 239 рядом с выступом 237 может быть выполнено более крутым, чтобы перенаправить газы сгорания в сторону от центра камеры 30 сгорания и центрального воздушного прохода 222. Поэтому более крутые края впадины 239 ближе к кромке 241 и выступу 237 могут уменьшить и/или задержать движение потока горячих газов сгорания в один или несколько проходов 202 и 222. Таким образом, горячие газы сгорания могут оставаться внутри возвратной зоны 243 в стороне от зон 246 и 248 завихрения.
Таким образом, в то время когда поршень 36 движется к ВМТ, поршень может выталкивать впускной воздух через проходы 202 и/или 222. Однако когда поршень 36 находится около ВМТ, выступ 237 и/или кромка 241 могут заблокировать первые концы 236 и 232 проходов 202 и 222 соответственно, и в результате газы в области возвратной зоны 243 не могут проходить в зоны 246 и 248 завихрения. Таким образом, поршень 36 может ограничить движение газов в области возвратной зоны 243 и газов, выходящих из прохода 220 для топливных брызг в область возвратной зоны 243.
В частности, глубина 261 впадины 239 может быть определена как расстояние между кромкой 241 и самой нижней точкой впадины 239, и может быть выбрана таким образом, чтобы глубина 261 была достаточна для того, чтобы топливные брызги от инжектора 66 не попадали на поверхность впадины 239. Кроме того, ширина 265 впадины 239 может быть определена как расстояние между кромкой 241 и выступом 237, и может быть выбрана таким образом, чтобы ее величина была меньше радиуса камеры 30 сгорания и больше диаметра наконечника 270 инжектора. Кроме того, высота 263 выступа 237 может быть определена как расстояние между верхней частью выступа 237 и самой нижней точкой впадины 239, и может быть выбрана таким образом, чтобы выступ 237 был отделен от наконечника инжектора 270 и/или огневого днища 19 расстоянием 0,001 мм в ВМТ. Однако в других примерах высота выступа 237 может быть меньше и может быть выбрана таким образом, чтобы выступ 237 был отделен от наконечника инжектора 270 и/или огневого днища 19 расстоянием больше 0,001 мм в ВМТ. В других примерах выступ 237 может не быть приподнят относительно впадины 239.
На фиг. 2D показан четвертый боковой разрез 275 смесительного канала 18, где изображено, что проход 202 для охлажденного воздуха соединен непосредственно с резервуаром 226. Таким образом, фиг. 2D изображает тот же самый и/или аналогичный вид смесительного канала 18 и камеры 30 сгорания, как и на фиг. 2А-2С, за исключением того, что на фиг. 2D показан вариант реализации, где проход 202 может быть соединен вторым концом 238 с резервуаром 226 вместо прохода 220 для топливных брызг.
Таким образом, газы из камеры 30 сгорания могут поступать в проход 202 через первый конец 236 и могут двигаться через проход 202. Газы могут охлаждаться во время движения через проход 202 и могут выходить из прохода 202 через второй конец 238 в резервуар 226. Таким образом, второй конец 238 прохода 202 может быть соединен с резервуаром 226.
На фиг. 3А-3С показаны примеры того, как смесительный канал 18 может быть сформирован внутри одного или более из следующего: блок 14 цилиндров, головка 16 цилиндра и/или инжектор 66. В частности, на фиг. 3А-3С показаны поперечные развернутые разрезы смесительного канала 18, инжектора 66, блока 14 цилиндров и головки 16 цилиндра.
На фиг. 3А показан пятый боковой разрез 300 смесительного канала 18, где смесительный канал 18 целиком сформирован внутри верхней части блока 14 цилиндров. Таким образом, в примере на фиг. 3А смесительный канал 18 может образовывать единую непрерывную часть с блоком 14 цилиндров. В частности, корпус 231 смесительного канала 18 может представлять собой одно целое со стенками 32 цилиндра. Также, проходы 202, 220 и 222 смесительного канала 18, могут быть сформированы внутри блока 14 цилиндров, в верхней части блока 14 цилиндров, выше камеры 30 сгорания относительно вертикальной оси 292. Также, смесительный канал 18 и блок 14 цилиндров могут не быть дискретными, отдельными компонентами, соединенными друг с другом, но вместо этого могут быть сформированы как одна часть. Топливный инжектор 66 может быть сформирован как дискретная отдельная часть, которая затем может быть соединена с блоком 14 цилиндров.
На фиг. 3В показан шестой боковой разрез 325 смесительного канала 18, где смесительный канал 18 целиком сформирован внутри головки 16 цилиндра. Таким образом, в примере на фиг. 3В смесительный канал 18 может образовывать единую непрерывную часть с головкой 16 цилиндра. Также, проходы 202, 220 и 222 смесительного канала 18 могут быть сформированы внутри головки 16 цилиндра, в нижней части блока 14 цилиндров, выше камеры 30 сгорания относительно вертикальной оси 292. Таким образом, смесительный канал 18 и головка 16 цилиндра могут не быть дискретными, отдельными компонентами, соединенными друг с другом, но вместо этого могут быть сформированы как единая часть. Иными словами, проходы 202, 220 и 222 могут быть полыми каналами, расположенными в головке 16 цилиндра. Таким образом,
Таким образом, как показано в примере на фиг. 3В, блок 14 цилиндров, головка 16 цилиндра, содержащая смесительный канал 18, и инжектор 66 могут быть отдельными и различимыми компонентами, соединенными вместе. В некоторых примерах головка 16 цилиндра может быть прикреплена к блоку 14 цилиндров. Топливный инжектор 66 может быть сформирован как дискретная отдельная часть, которая затем может быть соединена с блоком 14 цилиндров.
На фиг. 3С показан седьмой боковой разрез 350 смесительного канала 18, где смесительный канал 18 сформирован как единое целое с инжектором 66. Таким образом, в примере на фиг. 3В смесительный канал 18 может образовывать единую непрерывную часть с инжектором 66. В частности, корпус 231 смесительного канала 18 может образовывать единую непрерывную часть с корпусом 302 инжектора 66. Таким образом, корпус инжектора 302 может быть сформирован таким образом, чтобы содержать один или несколько проходов 202, 220 и 222 смесительного канала 18. Таким образом, как показано в примере на фиг. 3С, инжектор 66 может содержать смесительный канал 18 и может быть соединен с головкой 16 цилиндра (не показанной на фиг. 3С).
Следует учитывать, что в других примерах смесительный канал 18 может не содержать единую часть, но может содержать несколько отдельных частей, которые могут быть целиком сформированы внутри одного или более из следующего: блок 14 цилиндров, головка 16 цилиндра и/или инжектор 66. Например, проход 202 для охлажденного воздуха может быть частично сформирован внутри блока 14 цилиндров, в то время как резервуар 226 может размещаться внутри головки 16 цилиндра. Таким образом, смесительный канал 18 может быть сформирован, когда блок 14 цилиндров и головка 16 цилиндра привинчены друг к другу, а инжектор 66 соединен с головкой 16 цилиндра. В других примерах смесительный канал 18 может представлять собой отдельный компонент, который не может быть целиком сформирован в головке 16 цилиндра, в блоке 14 цилиндров и/или в инжекторе 66. Таким образом, в некоторых примерах, смесительный канал 18 может быть сформирован отдельно и впоследствии соединен с одним или более из следующего: головка 16 цилиндра, блок 14 цилиндров и/или инжектор 66.
На фиг. 4 показан разрез 400 прохода 220 для топливных брызг с примером элементов поверхности, которые могут располагаться вдоль стенок 242 прохода 220 для топливных брызг. Таким образом, коэффициент трения стенок 242 и/или шероховатость стенок 242 могут быть выбраны посредством добавления различных элементов поверхности, изображенных на фиг. 4. Кроме того, добавление элементов поверхности может увеличить турбулентность и/или смешивание воздуха и топлива внутри прохода 220 для топливных брызг.
Например, один или несколько элементов 402 первой поверхности, могут располагаться вдоль внутренней части стенок 242 прохода 220 для топливных брызг. Элементы 402 первой поверхности могут проходить внутрь к центру прохода 220 для топливных брызг. Поэтому элементы 402 могут нарушать ламинарное течение внутри прохода 220 для топливных брызг и могут увеличивать турбулентность в потоке смеси воздуха и/или топлива в проходе 220 для топливных брызг.
В качестве другого примера, один или несколько элементов 404 второй поверхности могут располагаться вдоль внутренней части стенок 242 прохода 220 для топливных брызг. Элементы 404 второй поверхности могут содержать одно или несколько углублений 405, способных увеличить шероховатость стенок 242 прохода 220. Таким образом, за счет использования углублений 405 можно увеличить силы вязкого сопротивления, создаваемые стенками 242 для смеси воздуха и/или топлива в проходе 220, и, таким образом, можно увеличить толщину турбулентного пограничного слоя, что позволяет повысить степень смешивания топлива и воздуха до подачи их в камеру 30 сгорания.
Как изображено в примере на фиг. 4, воздух может двигаться в проход 220 для топливных брызг от второго конца 238 прохода 202 для охлажденного воздуха (не показанного на фиг. 4). Кроме того, проход 220 для топливных брызг может содержать одно или несколько отверстий 440, расположенных ближе к первому концу 228 прохода 220 для топливных брызг вдоль стенок 242 прохода 220 для топливных брызг. Отверстия 440 могут быть связаны по текучей среде с камерой 30 сгорания таким образом, что газы из камеры 30 сгорания могут двигаться в проход 220 для топливных брызг через отверстия 440. Поэтому отверстия 440 могут располагаться между проходом 220 для топливных брызг и камерой 30 сгорания, и могут быть сформированы как углубления или впадины в огневом днище 19 (не показанном на фиг. 4) камеры 30 сгорания.
На фиг. 5 показан разрез вида 500 сверху верхней части камеры 30 сгорания, содержащей проходы смесительного канала 18. В частности, вид 500 на фиг. 5 иллюстрирует поперечное сечение верхней части камеры 30 сгорания вдоль плоскости 280 разреза (не показанной на фиг. 5), раскрытой выше на фиг. 2А. Таким образом, вид 500 на фиг. 5 изображает поперечное сечение вдоль огневого днища 19 (не показанного на фиг. 5), где проходы 202, 220 и 222 соединены с камерой 30 сгорания. Таким образом, на фиг. 5 показаны отверстия, сформированные проходами 202, 220 и 222 в огневом днище 19 камеры 30 сгорания. Кроме того, плоскость 580 разреза, показанная на фиг. 5, может определить поперечное сечение смесительного канала 18 и камеры 30 сгорания, показанных выше на фиг. 2А-3С. Плоскость 580 разреза может проходить через центр камеры 30 сгорания. Таким образом, вид 500 на фиг. 5 может представлять собой поперечный разрез, с видом вниз на верхнюю поверхность 17 поршня 36 (не показанного на фиг. 5).
Как показано в примере на фиг. 5, каждый проход 202 для охлажденного воздуха может быть размещен ближе к окружности камеры 30 сгорания, ближе к стенке 32 цилиндра. В некоторых примерах для каждой камеры 30 сгорания может существовать несколько проходов для охлажденного воздуха, как изображено на фиг. 5. В некоторых примерах проходы для охлажденного воздуха могут быть равномерно расположены вдоль периметра камеры 30 сгорания и/или могут быть размещены на одинаковом или приблизительно одинаковом расстоянии от центральной оси камеры 30 сгорания. Также, в некоторых примерах, два прохода для охлажденного воздуха могут быть выровнены друг с другом относительно центра камеры 30 сгорания таким образом, что прямая линия, проведенная между двумя проходами для охлажденного воздуха, может пройти через центр камеры 30 сгорания и определить диаметр камеры 30 сгорания. Однако в других примерах, проходы для охлажденного воздуха могут не быть равномерно расположены друг относительно друга и/или могут быть расположены согласно математическому распределению. В примере на фиг. 5 для каждой камеры 30 сгорания может использоваться 8 проходов для охлажденного воздуха. Однако в других примерах для каждой камеры 30 сгорания может использоваться больше или меньше чем 8 проходов для охлажденного воздуха.
Впускные клапаны 152 и выпускные клапаны 154 могут располагаться «ближе к центру» по отношению к охлажденным воздушным проходам, то есть, ближе к центральной оси камеры 30 сгорания. Каждый проход 220 для топливных брызг может располагаться «ближе к центру» по отношению к клапанам 152 и 154, между клапанами 152 и 154 и центральным воздушным проходом 222. Таким образом, камера 30 сгорания может содержать несколько проходов для топливных брызг. В примере на фиг. 5 для каждой камеры 30 сгорания может использоваться 8 проходов для топливных брызг. Однако в других примерах для каждой камеры 30 сгорания может использоваться больше или меньше чем 8 проходов для топливных брызг. В некоторых примерах проходы для топливных брызг могут быть равномерно расположены вокруг камеры 30 сгорания и/или могут быть размещены на одинаковом расстоянии от центральной оси камеры 30 сгорания. Также, в некоторых примерах два прохода для топливных брызг могут быть выровнены друг с другом относительно центра камеры 30 сгорания таким образом, что прямая линия, проведенная между двумя проходами для топливных брызг, может пройти через центр камеры 30 сгорания и определить диаметр камеры 30 сгорания. Однако в других примерах, проходы для топливных брызг могут не быть равномерно расположены друг относительно друга и/или могут быть расположены согласно математическому распределению.
В примере на фиг. 5 центральный воздушный проход 222 может быть выровнен по центральной оси камеры 30 сгорания. Однако в других примерах центральный воздушный проход 22 может не быть выровнен по центральной оси камеры 30 сгорания. Кроме того, в некоторых примерах для каждой камеры 30 сгорания может использоваться только один центральный воздушный проход 222. Однако в других примерах для каждой камеры 30 сгорания может использоваться больше одного центрального воздушного прохода 222. Относительные размеры, форма, размещение и интервал расположения проходов 220, 222 и 202 могут быть выбраны отличными от того, что показано в качестве примера на фиг. 5.
На фиг. 6 и 7 показаны в качестве примера варианты реализации прохода 202 для охлажденного воздуха, где проход 202 для охлажденного воздуха помещен рядом с инжектором 66. Таким образом, в примерах на фиг. 6 и 7 смесительный канал 18 не может находиться между инжектором 66 и камерой 30 сгорания. Таким образом, топливо из инжектора 66 может быть впрыснуто непосредственно в камеру 30 сгорания. Однако газы в камере 30 сгорания могут быть предварительно охлаждены до сгорания вместе с топливом, впрыснутым из инжектора, за счет циркулирования газов через проход 202 для охлажденного воздуха, расположенного выше камеры 30 сгорания. Таким образом, за счет циркуляции газов через проход 202 для охлажденного воздуха, газы могут отдавать тепло головке цилиндра (например, головке 16 цилиндра, раскрытой выше на фиг. 1), и таким образом, температура газов в камере 30 сгорания может быть уменьшена.
На фиг. 6 показан разрез 600 вида сбоку камеры 30 сгорания, где проход 202 для охлажденного воздуха соединен с камерой 30 сгорания и первым концом 236, и вторым концом 238. Второй конец 238 прохода 202 для охлажденного воздуха может быть соединен с камерой 30 сгорания ближе к топливному инжектору 66 и к стенке 32 цилиндра, чем первый конец 236. Таким образом, первый конец 236 может быть соединен с камерой 30 сгорания ближе к центральной оси камеры 30 сгорания. Проход 202 для охлажденного воздуха может быть соединен первым и вторым концами 236 и 238 с камерой 30 сгорания в огневом днище 19. Таким образом, проход 202 для охлажденного воздуха может быть открыт в камеру 30 сгорания на первом и втором концах 236 и 238.
Инжектор 66 может проходить в камеру 30 сгорания таким образом, чтобы отверстия 272 для впрыска были расположены внутри и/или на одном уровне с камерой 30 сгорания. Таким образом, топливо может быть впрыснуто непосредственно в камеру 30 сгорания из инжектора 66. Газы камеры сгорания могут входить в проход 202 на первом конце 236 и могут двигаться через проход 202 ко второму концу 238. Температура газов в проходе 202 может быть уменьшена во время прохождения газов через проход 202. В частности, проход 202 может физически контактировать с атмосферным воздухом и/или головкой цилиндра, и поэтому тепло газов камеры сгорания, может быть передано головке цилиндра и/или атмосферному воздуху.
На фиг. 7 показан разрез 700 вида сбоку камеры сгорания, где проход 202 для охлажденного воздуха соединен с камерой 30 сгорания и первым концом 236, и вторым концом 238. Кроме того, инжектор 66 может располагаться вертикально выше камеры 30 сгорания и может быть соединен по текучей среде с камерой 30 сгорания через углубленный конус 702. Таким образом, в примере на фиг. 7 углубленный конус 702 может быть сформирован в верхней части камеры 30 сгорания в огневом днище 19. Таким образом, стенки 32 цилиндра и огневое днище 19 могут иметь такую форму, чтобы сформировать углубленный конус 702, где инжектор 66 соединен с камерой 30 сгорания. Таким образом, углубленный конус 702 может быть целиком сформирован как часть блока 14 цилиндров.
Второй конец 238 прохода 202 для охлажденного воздуха может быть соединен с углубленным конусом 702. Таким образом, углубленный конус 702 может быть аналогичен резервуару 226, раскрытому выше с использованием фиг. 2А-2С, поскольку может содержать часть охлажденных газов камеры сгорания или все эти газы, которые повторно входят в камеру 30 сгорания из прохода 202 для охлажденного воздуха. Таким образом, газы могут войти в проход 202 для охлажденного воздуха через первый конец 236, могут быть охлаждены в проходе 202 и затем могут выйти из прохода 202 на втором конце 238 и войти в углубленный конус 702. В других примерах углубленный конус 702 может быть целиком сформирован внутри головки цилиндров (например, головки 16 цилиндра, раскрытой выше на фиг. 1) двигателя.
На фиг. 8 показан разрез 800 вида сверху для примера оппозитного поршневого двигателя 810, который может содержать смесительный канал 18, раскрытый выше с использованием фиг. 1-7. Оппозитный поршневой двигатель 810 может содержать два поршня 836 внутри камеры 830 сгорания, сформированной стенками 832 камеры сгорания. В частности, поршни 836 могут двигаться двунаправленно вдоль продольной оси 296, или налево и направо на фиг. 8, между первыми боковыми стенками 803 из числа стенок 832 камеры сгорания. Таким образом, между поршнями 836 может быть сформирована камера 830 сгорания. Кроме того, поршни 836 могут содержать поршневые выемки 839, которые могут представлять собой впадины или углубления на поверхностях поршней 836, расположенные друг перед другом.
Два топливных инжектора 866 могут использоваться для впрыска топлива в камеру 830 сгорания от вторых боковых стенок 805 камеры 830 сгорания, где вторые боковые стенки 805 перпендикулярны первым боковым стенкам 803. Кроме того, топливные инжекторы 866 могут быть размещены на противоположных боковых стенках 805 таким образом, что каждая из боковых стенок 805 может содержать один из топливных инжекторов 866. Таким образом, вторые боковые стенки 805 могут быть параллельны направлению движения поршней 836 вдоль продольной оси 296. Также, топливные инжекторы 866 могут быть размещены таким образом, чтобы впрыскивать топливо в направлении, по существу, перпендикулярном направлению движения поршней 836.
Смесительный канал 18 может быть расположен между каждым из топливных инжекторов 866 и камерой 830 сгорания. Таким образом, два смесительных канала могут располагаться во вторых боковых стенках 805 камеры 830 сгорания. В частности, два топливных инжектора 866 могут быть размещены в боковых стенках 805 камеры 830 сгорания. Таким образом, топливо, впрыснутое инжекторами 866, может пройти через смесительный канал 18 прежде, чем попасть в камеру 830 сгорания.
Таким образом, смесительный канал 18 и топливные инжекторы 866 могут быть размещены вне камеры 830 сгорания и/или вне стенок 832 камеры сгорания. В частности, смесительный канал 18 и топливные инжекторы 866 могут быть размещены вне сторон камеры 830 сгорания, и, в частности, вне стенок 805. Каждый смесительный канал 18 может быть соединен по текучей среде с камерой 830 сгорания через соответствующее отверстие в стенке 805, сформированное концом смесительного канала 18.
В некоторых примерах смесительные каналы могут быть встроены в стенки 832 камеры сгорания, образующие камеру 830 сгорания. В частности, смесительные каналы могут быть целиком сформированы в боковых стенках 805. Таким образом, смесительные каналы не могут быть соединены с теми же сторонами камеры 830 сгорания, что и впускные и/или выпускные клапаны камеры 830 сгорания.
Размер и форма впадин 839 поршней 836 могут быть выбраны таким образом, чтобы впадины не накладывались друг на друга вдоль поперечной оси 294. Иными словами, когда поршни 836 находятся в точке максимального сближения или рядом с ней, передние края 841 впадин 839 могут наложиться друг на друга таким образом, чтобы газы не проходили между впадинами 839 этих двух поршней 836. Таким образом, брызги, взаимодействующие с одной впадиной 839, не могут достичь другой впадины.
Кроме того, как показано на фиг. 8, впадины 839 сформированы таким образом, что смесь топлива и/или воздуха, выходящая из смесительного канала 18, может оставаться внутри впадин 839, ближе к центру камеры 830 сгорания. Кроме того, более холодные окружающие газы, расположенные ближе к стенкам 832, могут быть вытолкнуты в проход 202 для охлажденного воздуха (не показанный на фиг. 8), что позволяет направить газы в проход 220 для топливных брызг (не показанный на фиг. 8).
На фиг. 9 показан пример способа 900 для управления циклом сгорания в двигателе (например, в двигателе 10, раскрытом выше с использованием фиг. 1), содержащем смесительный канал (например, смесительный канал 18, раскрытый выше с использованием фиг. 1-8), расположенный вне камеры сгорания (например, камеры 30 сгорания, раскрытой с использованием фиг. 1-4 и фиг. 6-7).
Способ 900 начинается на шаге 902, содержащем оценку и/или измерение условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут содержать требуемый водителем крутящий момент, массовый расход впускного воздуха, требуемое количество топлива для впрыска, давление топливной рампы, температуру двигателя, частоту вращения двигателя, выбор времени впрыска топлива и т.д.
Затем способ 900 переходит от шага 902 к шагу 904, содержащему подачу впускного воздуха в камеру сгорания во время такта всасывания. В частности, способ 900 на шаге 904 может содержать подачу впускного воздуха из впускного коллектора (например, из впускного коллектора 144, раскрытого выше с использованием фиг. 1) в камеру сгорания во время такта всасывания. Например, способ 900 на шаге 902 может содержать открытие одного или нескольких впускных клапанов (например, впускных клапанов 152, раскрытых выше с использованием фиг. 1) и подачу впускного воздуха из впускного коллектора во время такта всасывания, когда поршень (например, поршень 36, раскрытый выше с использованием фиг. 1-3С) камеры сгорания движется от ВМТ к НМТ.
Затем способ 900 переходит от шага 904 к шагу 906, содержащему прохождение газов из камеры сгорания в смесительный канал, расположенный вне камеры сгорания. В частности, способ 900 на шаге 906 может содержать прохождение части газов или всех газов, находящихся в камере сгорания, в смесительный канал во время всего такта сжатия или его части. Например, за счет движения поршня от НМТ к ВМТ во время такта сжатия поршень может вытолкнуть газы из камеры сгорания в смесительный канал. В частности, способ 900 на шаге 906 может содержать только движение газов, находящихся в камере сгорания, из камеры сгорания в первый внешний охладительный канал (например, проход 202 для охлажденного воздуха, раскрытый выше с использованием фиг. 2А-4 и фиг. 6-7) и/или во второй центральный охладительный канал (например, центральный воздушный проход 222, раскрытый выше с использованием фиг. 2А-4 и фиг. 6-7) смесительного канала. Кроме того, способ 900 на шаге 906 может содержать движение газов, находящихся в камере сгорания, из камеры сгорания в смесительный канал, причем смесительный канал расположен вне камеры сгорания. В некоторых примерах способ 900 на шаге 904 может содержать движение газов из камеры сгорания через одно или несколько отверстий (например, через отверстия 232 и 236, раскрытые выше с использованием фиг. 2А-7) в огневом днище (например, в огневом днище 19, раскрытом выше с использованием фиг. 1-4 и 6-7) камеры сгорания. Таким образом, способ 900 на шаге 906 может содержать движение газов, находящихся в камере сгорания, в зонах завихрения (например, в зонах 246 и 248 завихрения, раскрытых выше с использованием фиг. 2А-2С) камеры сгорания, из камеры сгорания в смесительный канал. В частности, способ 900 на шаге 906 может содержать движение газов, находящихся между краем поршня (например, кромкой 241, раскрытой выше с использованием фиг. 2А-3С) и огневым днищем, в первый охладительный канал смесительного канала и движение газов, находящихся между поршневым выступом (например, выступом 237, раскрытым выше с использованием фиг. 2А-3С) и огневым днищем, во второй охладительный канал смесительного канала. Газы в камере сгорания могут содержать впускной воздух, поступающий из впускного коллектора во время такта всасывания.
Затем способ 900 на шаге 906 может содержать охлаждение впускных газов. В частности, как раскрыто выше с использованием фиг. 2А-7, смесительный канал может быть размещен вне камеры сгорания в головке цилиндра (например, в головке 16 цилиндра, раскрытой выше с использованием фиг. 1 и 3В). Таким образом, охлаждение впускных газов может содержать передачу тепла головке цилиндра при прохождении впускных газов через смесительный канал.
Затем способ 900 на шаге 906 может содержать пропускание хладагента через головку цилиндра. В частности, способ 900 на шаге 906 может содержать пропускание хладагента между проходами смесительного канала. Например, способ 900 на шаге 906 может содержать пропускание хладагента через перегородки, разделяющие проходы смесительного канала (например, перегородки 260, раскрытые выше с использованием фиг. 2А). Пропускание хладагента между проходами смесительного канала позволяет передать тепло от смесительного канала и, таким образом, увеличить степень охлаждения газов, находящихся в смесительном канале.
После прохождения газов из камеры сгорания в смесительный канал на шаге 906, способ 900 может перейти от шага 906 к шагу 908, содержащему впрыск топлива в смесительный канал. В частности, количество топлива, которое должно быть впрыснуто, могут определить на основе одного или более из следующего: требуемый водителем крутящий момент, требуемое воздушно-топливное отношение, массовый расход воздуха и т.д. Кроме того, выбор времени впрыска могут регулировать на основе условий работы двигателя. В частности, топливо могут впрыснуть в камеру сгорания. В некоторых примерах топливо могут впрыснуть, по существу, параллельно и/или вдоль прохода для топливных брызг (например, прохода 220 для топливных брызг, раскрытого выше с использованием фиг. 2А-7) смесительного канала.
Затем способ 900 может перейти от шага 908 к шагу 910, содержащему смешивание впрыснутого топлива с газами камеры сгорания, находящимися внутри смесительного канала (например, с газами камеры сгорания, прошедшими в смесительный канал во время такта сжатия). В частности, способ может содержать смешивание впрыснутого топлива и газов камеры сгорания в проходе для топливных брызг смесительного канала. Таким образом, способ 900 на шаге 910 содержит смешивание впрыснутого топлива и газов камеры сгорания в смесительном канале, расположенном вне камеры сгорания.
Затем способ 900 переходит от шага 910 к шагу 912, содержащему направление топливно-воздушной смеси из смесительного канала в камеру сгорания. В частности, способ 900 на шаге 912 может содержать движение топливно-воздушной смеси в проходе для топливных брызг в камеру сгорания через третье отверстие (например, через отверстие 228, раскрытое выше с использованием фиг. 2А-3С) в огневом днище. В частности, топливно-воздушная смесь может проходить в область впадины возвратной зоны (например, в область возвратной зоны 243, раскрытой выше с использованием фиг. 2А-3С) камеры сгорания. Топливно-воздушная смесь может проходить в камеру сгорания во время такта сжатия и/или рабочего хода.
Затем способ 900 может перейти от шага 912 к шагу 914, содержащему воспламенение топливно-воздушной смеси в камере сгорания. В некоторых примерах топливно-воздушная смесь может спонтанно воспламеняться в результате действия температур и давления в камере сгорания. В других примерах топливно-воздушную смесь могут воспламенить запальной свечой (например, запальной свечой 92, раскрытой выше с использованием фиг. 1).
Затем способ 900 может перейти от шага 914 к шагу 916, содержащему вытеснение газов, находящихся в камере сгорания, во время такта выпуска. В частности, способ 900 на шаге 916 может содержать открытие одного или нескольких выпускных клапанов (например, выпускных клапанов 154, раскрытых выше с использованием фиг. 1) и вытеснение газов из камеры сгорания в выпускной коллектор (например, в выпускной коллектор 148, раскрытый выше с использованием фиг. 1). Способ 900 на шаге 916 может содержать только вытеснение газов из камеры сгорания в выпускной коллектор во время такта выпуска, осуществляемого поршнем. Затем способ 900 заканчивает свою работу.
Таким образом, технический эффект от уменьшения образования сажи достигается за счет использования смесительного канала, выполненного с возможностью уменьшения температуры газов, которые первоначально смешиваются с введенным топливом. Температура газов, первоначально захваченных введенными топливными брызгами и/или смешанных с введенными топливными брызгами, может быть уменьшена за счет выхода газов из камеры сгорания и прохождения через смесительный канал до впрыска топлива, где тепло от газов может быть передано атмосферному воздуху и/или головке цилиндра во время движения газов через смесительный канал, расположенный вне камеры сгорания. Более холодные газы могут увеличить количество воздуха, захватываемого топливом до сгорания. За счет увеличения захвата воздуха топливом можно создать более однородную смесь топлива и газов камеры сгорания в камере сгорания, и можно уменьшить образование сажи во время цикла сгорания. В некоторых примерах можно увеличить периодичность, с которой выполняют регенерацию фильтра твердых частиц, что уменьшает образование сажи, и, таким образом, уменьшает расход топлива и увеличивает долговечность фильтра твердых частиц. В других примерах образование сажи может быть уменьшено до достаточно низких уровней, и, таким образом, фильтр твердых частиц может не использоваться, что позволяет уменьшить стоимость и сложность выпускной системы.
В одном варианте реализации охлаждающий патрубок для двигателя внутреннего сгорания может быть размещен вне внутреннего объема цилиндра, может быть соединен с внутренним объемом цилиндра посредством первого отверстия для получения газов из внутреннего объема цилиндра и может быть дополнительно соединен с внутренним объемом цилиндра посредством второго отверстия для возвращения газов, полученных из внутреннего объема цилиндра через первое отверстие, обратно во внутренний объем цилиндра. Охлаждающий патрубок может быть соединен по текучей среде с топливным инжектором, причем охлаждающий патрубок может быть расположен между топливным инжектором и внутренним объемом цилиндра таким образом, что топливо, впрыснутое из топливного инжектора, проходит через охлаждающий патрубок по пути во внутренний объем цилиндра. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка, охлаждающий патрубок может содержать проход для охлажденного воздуха и проход для топливных брызг, причем проход для охлажденного воздуха может быть присоединен первым концом к первому отверстию и противоположным вторым концом к проходу для топливных брызг, для направления газов, находящихся в камере сгорания, из внутреннего объема цилиндра в проход для топливных брызг, и причем первый конец прохода для топливных брызг может быть соединен со вторым отверстием, а противоположный второй конец прохода для топливных брызг может быть расположен перед топливным инжектором для направления одного или нескольких видов топлива из топливного инжектора и газов из прохода для охлажденного воздуха во внутренний объем цилиндра. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка, первый конец прохода для охлажденного воздуха и первое отверстие могут быть расположены вертикально выше кромки поршня возвратно-поступательного хода, расположенного внутри внутреннего объема цилиндра, причем кромка может быть сформирована вокруг окружности верхней поверхности поршня. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка, охлаждающий патрубок может дополнительно содержать центральный воздушный проход, который может быть присоединен первым концом к третьему отверстию во внутреннем объеме цилиндра и противоположным вторым концом к проходу для топливных брызг, для направления газов из внутреннего объема цилиндра в проход для топливных брызг, причем третье отверстие центрального воздушного прохода может быть расположено вертикально выше выступа поршня возвратно-поступательного хода, расположенного внутри внутреннего объема цилиндра, причем выступ сформирован в центре верхней поверхности поршня. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка, первый конец прохода для топливных брызг и второе отверстие могут быть расположены вертикально выше впадины поршня возвратно-поступательного хода, расположенного внутри внутреннего объема цилиндра, причем впадина может быть расположена между кромкой и выступом верхней поверхности поршня, и причем впадина углублена относительно кромки и выступа таким образом, что между впадиной и вторым отверстием существует больший объем, чем между кромкой и первым отверстием. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка проход для топливных брызг может содержать один или несколько элементов поверхности, выступающих от внутренних поверхностей стенок прохода для топливных брызг. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка, охлаждающий патрубок может быть сформирован как единое целое и может располагаться внутри головки цилиндров двигателя. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка, охлаждающий патрубок может быть сформирован как единое целое и может располагаться внутри блока цилиндров двигателя, причем блок цилиндров содержит внутренний объем цилиндра. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка, охлаждающий патрубок быть сформирован как единое целое и может располагаться внутри топливного инжектора, причем охлаждающий патрубок формирует часть корпуса топливного инжектора. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка, охлаждающий патрубок может быть расположен вертикально выше внутреннего объема цилиндра, и вертикально выше поршня возвратно-поступательного хода, расположенного во внутреннем объеме цилиндра таким образом, что охлаждающий патрубок может располагаться вертикально выше внутреннего объема цилиндра во время всего хода поршня. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров охлаждающего патрубка, охлаждающий патрубок может быть расположен вне боковой стенки внутреннего объема цилиндра, причем боковая стенка внутреннего объема цилиндра может быть, по существу, параллельна направлению движения поршня возвратно-поступательного хода, расположенного во внутреннем объеме цилиндра.
В другом варианте реализации способ может содержать шаги, на которых подают впускные газы из впускного коллектора в камеру сгорания во время такта всасывания через отверстия одного или нескольких впускных клапанов и направляют по меньшей мере часть впускных газов из камеры сгорания в смесительный канал, соединенный по текучей среде с камерой сгорания, во время такта сжатия. В другом примере способ может дополнительно содержать шаги, на которых впрыскивают топливо в смесительный канал по направлению к камере сгорания. Любая одна или несколько комбинаций вышеуказанных способов могут дополнительно содержать шаги, на которых возвращают впускные газы в камеру сгорания из смесительного канала. Любая одна или несколько комбинаций вышеуказанных способов могут дополнительно содержать шаги, на которых пропускают хладагент мимо смесительного канала. Любая одна или несколько комбинаций вышеуказанных способов могут дополнительно содержать, что при направлении впускных газов из камеры сгорания в смесительный канал направляют впускные газы через одно или более из следующего: первое отверстие, сформированное в огневом днище камеры сгорания и расположенное выше внешней кромки поршня камеры сгорания, в первый внешний проход смесительного канала, и через второе отверстие, сформированное в огневом днище и расположенное выше центрального выступа поршня, во второй центральный проход смесительного канала.
В другом варианте реализации двигатель может содержать камеру сгорания и проход для передачи тепла, причем проход для передачи тепла может быть соединен по текучей среде с камерой сгорания и расположен вне камеры сгорания для обеспечения возможности движения газов, находящихся в камере сгорания, из камеры сгорания к топливному инжектору. В вышеуказанном двигателе в качестве примера проход для передачи тепла может быть присоединен первым концом к огневому днищу камеры сгорания, причем первый конец может сформировать первое отверстие в огневом днище, обеспечивающее связь по текучей среде между камерой сгорания и проходом для передачи тепла. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров двигателя проход для передачи тепла может быть соединен вторым концом с огневым днищем, причем второй конец может сформировать второе отверстие в огневом днище, обеспечивающее связь по текучей среде между камерой сгорания и проходом для передачи тепла, причем второе отверстие расположено ближе к топливному инжектору камеры сгорания, чем первое отверстие. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров двигателя, двигатель может дополнительно содержать проход для топливных брызг, расположенный вне камеры сгорания и соединенный первым концом с огневым днищем, причем первый конец прохода для топливных брызг может сформировать третье отверстие в огневом днище выше впадины поршня возвратно-поступательного хода, расположенного внутри камеры сгорания, причем проход для топливных брызг может быть расположен между топливным инжектором и камерой сгорания таким образом, что топливо, впрыскиваемое из топливного инжектора, проходит в проход для топливных брызг до попадания в камеру сгорания.
В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров двигателя, проход для передачи тепла может быть соединен вторым концом с проходом для топливных брызг таким образом, что проход для передачи тепла может обеспечить связь по текучей среде между камерой сгорания и проходом для топливных брызг.
В другом варианте реализации двигатель может содержать камеру сгорания, впускной коллектор, соединенный по текучей среде с камерой сгорания через один или несколько впускных клапанов, выпускной коллектор, соединенный по текучей среде с камерой сгорания через один или несколько выпускных клапанов, топливный инжектор и смесительный канал, соединенный с камерой сгорания и открытый в камеру сгорания для получения газов из камеры сгорания, причем смесительный канал расположен вне камеры сгорания. Смесительный канал может быть расположен между топливным инжектором и камерой сгорания таким образом, что топливо, впрыскиваемое из топливного инжектора, проходит через смесительный канал до попадания в камеру сгорания. В любой одной или нескольких комбинациях вышеуказанных примеров двигателя, смесительный канал может содержать проход для охлажденного воздуха и проход для топливных брызг, причем проход для охлажденного воздуха может быть присоединен первым концом к камере сгорания, где первый конец прохода для охлажденного воздуха содержит первое отверстие в камере сгорания, а противоположным вторым концом может быть присоединен к проходу для топливных брызг для направления газов из камеры сгорания в проход для топливных брызг, и причем проход для топливных брызг может быть присоединен первым концом к камере сгорания, где первый конец прохода для топливных брызг содержит второе отверстие в камере сгорания, и противоположным вторым концом может быть присоединен к топливному инжектору для направления топлива, впрыскиваемого топливным инжектором, от топливного инжектора в камеру сгорания через второе отверстие.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.