ПОРШЕНЬ, У КОТОРОГО ФОРМА ПОЛОСТИ СГОРАНИЯ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ТРЕБУЕМОЕ СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ СГОРАНИЯ И СОСТАВОМ ВЫХЛОПА

1. Поршень (18) для двигателя (10) внутреннего сгорания с воспламенением за счет сжатия, содержащий:
корпус (20) поршня, включающий внешнюю цилиндрическую поверхность (22), определяющую продольную ось поршня, первый осевой торец (24) поршня и второй осевой торец (26) поршня, который включает торцевую поверхность (28) полости сгорания, определяющую полость (30) сгорания, торцевая поверхность (28) полости сгорания включает сложную поверхность (32) полости, имеющую внутреннюю поверхность (34) и внешнюю поверхность (36) полости, и сложную поверхность (38) края имеющую внешнюю поверхность (42), примыкающую к внешней цилиндрической поверхности (22), и внутреннюю поверхность (42) края, примыкающую к сложной поверхности (32) полости;
торцевую поверхность(28) полости сгорания, также включающую профиль поперечного сечения, который включает профиль вращения вокруг продольной оси, причем профиль вращения имеет форму, обеспечивающую требуемое соотношение между характеристиками эффективности поршня (18), характеристикой образования NOx и характеристикой поршня (18) по образованию дыма;
профиль вращения, включающий сложный профиль полости, определяющий выпуклый криволинейный отрезок (110), соответствующий внутренней поверхности (34) полости, и делящийся пополам продольной осью, и кроме того определяющий множество вогнутых криволинейных отрезков (112, 114) снаружи выпуклого криволинейного отрезка (110) и соответствующий внешней поверхности (36) полости, выпуклый криволинейный отрезок (110) имеет относительно малый радиус кривизны, а каждый вогнутый криволинейный отрезок (112, 114) имеет средний радиус кривизны;
профиль вращения, также включающий сложный профиль края, определяющий множество прямолинейных отрезков (118), соответствующих внешней поверхности (40) края, и также определяющий множество отрезков выпуклых криволинейных отрезков (116), соответствующих внутренней поверхности (42) края, каждый из которых примыкает к одному из прямолинейных отрезков (118), каждый из множества выпуклых криволинейных отрезков (110) имеет относительно большой радиус кривизны; и
торцевую поверхность (28), также включающую первый непрерывный переход (44) от внутренней поверхности (34) к внешней поверхности (36) полости, второй непрерывный переход (46) от внутренней поверхности (42) края к внешней поверхности (40) края и резкий переход (48) от сложной поверхности (32) полости к сложной поверхности (38) края.
2. Поршень (18) по п.1, в котором первый непрерывный переход (44) включает линейный переход, второй непрерывный переход (46) включает скругленный переход (48), а резкий переход включает не имеющий выступов переход.
3. Поршень (18) по п.1, в котором внутренняя поверхность (34) полости включает поверхность (34) конического выступа, определяющую соответствующий криволинейный отрезок (110) и имеющую вершину (130), которая находится на продольной оси и расположена на первом участке оси, в котором внешняя поверхность (40) края определяет плоскость края, расположенную на втором участке оси, и в котором резкий переход (48) расположен на третьем участке оси, который расположен в осевом направлении между первым и вторым участками оси;
в котором поверхность (34) конического выступа определяет угол конуса полости (30) сгорания, находящийся в диапазоне от около 124° до около 128°, в котором осевое расстояние от первого участка оси до второго участка оси определяет высоту конуса, и в котором осевое расстояние от третьего участка оси до второго участка оси определяет высоту края, которая меньше высоты конуса.
4. Поршень (18) по п.3, в котором высота края находится в диапазоне от около 1 мм до около 3 мм, и в котором высота конуса составляет около 3 мм или более.
5. Поршень (18) по п.3, в котором резкий переход (48) включает кольцевой невыпуклый выступ.
6. Поршень (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918) для достижения требуемого соотношения между эффективностью сгорания и образованием NOx и дыма в двигателе (10) внутреннего сгорания с непосредственным впрыском и с воспламенением за счет сжатия, имеющим степень сжатия от 15:1 до 17:1, в котором двигатель (10) имеет коэффициент завихрения 1 или меньше, отношение диаметра полости сгорания к диаметру цилиндра лежит в диапазоне 0,68-0,74, и в котором угол распыления топлива при впрыске больше, чем угол конуса, определяемый коническим выступом (31) поршня (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918) в пределах полости сгорания (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930), при этом поршень (18) содержит:
корпус (20, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) поршня, имеющий внешнюю цилиндрическую поверхность (22), определяющую продольную ось поршня, осевой торец (26) поршня, который включает торцевую поверхность (28, 228, 328, 428, 528, 628, 728, 828, 928) полости сгорания, определяющую сложную полость (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания, и сложный край (38, 238, 338, 438, 538, 638, 738, 838, 938), расположенный на осевом торце поршня и идущий наружу в радиальном направлении от полости (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания к внешней цилиндрической поверхности (22);
сложную полость (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания включающую выпуклую внутреннюю поверхность (34) полости, расположенную на коническом выступе (31), и вогнутую внешнюю поверхность (36) полости и сложный край (38, 238, 338, 438, 538, 638, 738, 838, 938), включающий плоскую внешнюю поверхность (40) края, примыкающую к внешней цилиндрической поверхности(22), и выпуклую внутреннюю поверхность (42) края, примыкающую к сложной полости (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания;
в котором угол конуса имеет величину около 135° или меньшую величину, вогнутая внешняя поверхность (36) полости определяет первый радиус кривизны, который составляет 7-20 мм, и от выпуклой внутренней поверхности (34) полости к вогнутой внешней поверхности (36) полости имеется непрерывный переход; и
в котором выпуклая внутренняя поверхность (42) края резко переходит в вогнутую внешнюю поверхность (36) полости у кромки (80) сложной полости (30, 230, 330,430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания, и выпуклая внутренняя поверхность (42) края имеет второй радиус кривизны, который составляет 40-70 мм, за счет чего, кромка (80) полости (30) сгорания утоплена в осевом направлении относительно плоскости, определяемой плоской внешней поверхностью (40) края, таким образом, газы выдавливаются через щель (82), скошенную внутрь и определяемую частично головкой (14) цилиндра, а частично сложным краем (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918) когда поршень (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918) двигателя (10) находится в верхней мертвой точке.
7. Поршень (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918) по п.6, в котором кромка (80) полости (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания расположена на кольцевом невыпуклом выступе.
8. Способ работы двигателя (10) внутреннего сгорания с воспламенением за счет сжатия, содержащий этапы:
подачи воздух в цилиндр (15) двигателя (10), при которой возникает завихрение воздуха внутри цилиндра (15);
перемещения поршня (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918), имеющего сложную полость (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания в направлении верхней мертвой точки внутри цилиндра (15), при этом отношение диаметра полости (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания к диаметру цилиндра (15) составляет 0.68-0.74, и полость (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания включает выпуклую внутреннюю поверхность, имеющую непрерывный переход к внешней поверхности (34) полости, имеющей первый радиус кривизны, составляющий 7-20 мм;
вытеснение на этапе перемещения газов через щель (82), частично определяемую головкой (14) цилиндра двигателя (10) и частично сложным краем (38, 238, 338, 438, 538, 638, 738, 838, 938) поршня (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918), сложный край (38, 238, 338, 438, 538, 638, 738, 838, 938) имеет плоскую внешнюю поверхность (40) и выпуклую внутреннюю поверхность (42) края, имеющую второй радиус кривизны, который составляет 40-70 мм;
перемещения выдавленных газов над резким переходом (48) между сложным краем (38, 238, 338, 438, 538, 638, 738, 838, 938) и сложной полостью (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания; и
непосредственного впрыска топлива в цилиндр (15), при котором в нем происходит самовозгорание воздуха и топлива.
9. Двигатель (10) внутреннего сгорания с воспламенением за счет сжатия, содержащий:
корпус (12) двигателя, определяющий внутреннюю часть цилиндра и включающий впускной канал (70) и выпускной канал (72), которые гидравлически связаны с цилиндром;
головка (14) цилиндра скреплена с корпусом (12) двигателя;
топливная форсунка (16) установлена в головке (14) цилиндра, и ее конфигурация обеспечивает непосредственный впрыск топлива в цилиндр (15), при этом топливная форсунка (16) снабжена множеством распыляющих отверстий, определяющих угол распыления;
поршень (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918) для обеспечения требуемого соотношения между эффективностью сгорания и образованием NOx и дыма при сгорании смеси топлива и воздуха в цилиндре (15), поршень (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918) включает корпус (20, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) поршня, имеющий внешнюю цилиндрическую поверхность (22), определяющую продольную ось поршня, и осевой торец (26) поршня, который включает торцевую поверхность (28, 228, 328, 428, 528, 628, 728, 828, 928), определяющую сложную полость (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания, у которой отношение диаметра полости (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания к диаметру цилиндра составляет 0.68-74;
поршень (18, 218, 318,418, 518, 618, 718, 818, 918), также включающий конический выступ (31) внутри полости (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания и сложный край (38, 238, 338, 438, 538, 638, 738, 838, 938), идущий наружу в радиальном направлении от полости (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания к внешней цилиндрической поверхности (22);
сложную полость (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания включающую выпуклую внутреннюю поверхность (34) полости, расположенную на коническом выступе (31), и вогнутую внешнюю поверхность (36) полости и сложный край (38, 238, 338, 438, 538, 638, 738, 838, 938), включающий плоскую внешнюю поверхность (40) края, примыкающую к внешней цилиндрической поверхности(22), и выпуклую внутреннюю поверхность (42) края, примыкающую к сложной полости (30, 230, 330, 430, 530, 630, 730 830, 930) сгорания;
в котором конический выступ (31) определяет угол конуса, который меньше, чем угол распыления и составляет около 135° или меньше, вогнутая внешняя поверхность (36) полости имеет первый радиус кривизны, который составляет 7-20 мм, и от выпуклой внутренней поверхности (34) полости к вогнутой внешней поверхности (36) полости имеется непрерывный переход;
в котором выпуклая внутренняя поверхность (42) края резко переходит в вогнутую внешнюю поверхность (36) полости у кромки (80) полости (30) сгорания, и выпуклая внутренняя поверхность (42) края имеет второй радиус кривизны, который составляет 40-70 мм, за счет чего образуется щель (82), скошенная внутрь и определяемая частично головкой (14) цилиндра, а частично сложным краем (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918), когда поршень (18, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918) двигателя (10) находится в верхней мертвой точке.
10. Двигатель (10) по п.9, дополнительно содержащий контур (74) рециркуляции выхлопных газов, гидравлически связывающий выпускной канал (72) и впускной канал (70).