[發明專利]用于降低車輛內燃機中的碳煙排放的裝置

有效

• 申請號: 200680056852.6
• 申請日: 2006-12-28
• 公開（公告）號: CN101568709A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 讓·埃斯馬克;邁克爾·巴爾薩爾
• 申請（專利權）人: 沃爾沃拉斯特瓦格納公司
• 主分類號: F02B23/06
• 分類號: F02B23/06
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王冠宇;林月俊

技術領域

本發明涉及一種用于控制內燃機內的燃燒過程的裝置。本發明尤 其涉及這樣一種用于降低內燃機中的碳煙排放的裝置，其中，燃料/氣 缸氣體混合物通過在氣缸內生成的壓縮熱而點燃。

背景技術

碳煙微粒(或微粒子)是能夠在燃燒期間形成并隨后被氧化為二 氧化碳(CO2)的產物。在排氣中測得的碳煙微粒量是所形成的碳煙與 被氧化的碳煙之間的凈差。所述過程是非常復雜的。在高溫下通過富 含燃料、即不良混合的富集燃料/空氣混合物燃燒產生了高的碳煙形成。 如果所形成的碳煙微粒能夠與諸如氧原子(O)、氧分子(O2)、氫氧化 物(OH)的氧化物質在足夠高的溫度下置于一起以用于良好的氧化速 度，則能夠氧化碳煙微粒中的很大一部分。在柴油機中，氧化過程被 認為與所述形成處于相同的量級，這意味著凈碳煙產生量是所形成的 碳煙量與被氧化的碳煙量之差。因此能夠首先通過降低碳煙的形成和 其次能夠通過增加碳煙的氧化來影響碳煙的凈排放。來自柴油機的一 氧化碳排放(CO)和碳氫化合物排放(HC)通常非常低。然而，如果 未燃燒的燃料在相對冷的區域內結束則該百分比能夠升高。這樣的區 域特別是位于氣缸壁附近的帶有強冷卻的區域。另一個例子是活塞和 氣缸套之間的腔。

由空氣中的氮成分在熱過程中形成氮氧化物(NO_x)，氮氧化物 (NO_x)具有強的溫度相關性且取決于被加熱體積的尺寸和該過程的持 續時間。

其中燃料直接噴射到氣缸內且被氣缸內升高的溫度和壓力點燃的 燃燒過程一般稱為柴油機過程。當燃料在氣缸內點燃時，存在于氣缸 內的燃燒氣體經歷與燃燒中的燃料的湍流混合，使得形成混合物受控 的擴散火焰。燃料/氣體混合物在氣缸內的燃燒導致生熱，這導致氣缸 內的氣體膨脹并因此導致活塞在氣缸內運動。根據多個參數，例如燃 料的噴射壓力、再循環到氣缸內的排氣的量、燃料噴射的時間和氣缸 內的湍流，獲得了不同的效率和發動機排放值。

下面給出現有技術的嘗試通過控制火焰來降低碳煙和NO_x排放和 試圖抑制所熟知的碳煙排放與氮氧化物排放之間的消長關系的設備的 兩個例子，所述設備是典型的柴油發動機，且所述“消長關系”難以 影響。降低碳煙排放的多數措施增加了氮氧化物的排放。

EP1216347示出一種用于通過控制燃燒火焰來控制內燃機中的燃 燒過程的設備，其目的是降低碳煙和NO_x排放。燃料以相對高的動能 (高噴射壓力)噴射到燃燒室內以便以如下方式向噴霧提供動能，即 在燃料和氣缸氣體之間實現噴霧內部混合過程和大范圍的全面混合過 程，從而使碳煙排放保持低于選定的水平。選擇再循環排氣的比例， 使得氮氧化物排放保持低于選定的水平。

US6732703示出一種用于最小化NO_x排放和碳煙微粒的設備。在 此，在噴射期間燃料噴霧沖擊內碗底板部分以冷卻燃燒，由此減少NO_x的生成。燃料以高壓力噴射且活塞被成形為保持噴霧羽流和燃料/空氣 混合物內的動量，使得在燃燒過程后期發生可用氧和碳煙的良好混合。 當噴霧羽流沖擊內碗底板部分時，大量的動量損失了。

由于針對內燃機的即將來臨的排放法規，存在進一步降低碳煙排 放水平以滿足未來需要的需求。

發明內容

因此，本發明的一個目的是克服現有技術的缺陷并提供一種包含 被設計為充分降低不希望的碳煙排放以滿足新法規限制的燃燒室布置 結構的內燃機。因此，本發明的重要目的是通過保證在燃燒過程期間 形成的碳煙的完全燃燒/氧化而促進燃料在燃燒室內的有效燃燒來最小 化碳煙量。

本發明的另一個目的是提供一種發動機，其中包括活塞碗和噴射 噴霧角的燃燒室布置結構的各種特征的形狀、位置和尺寸導致噴霧/火 焰沖擊在外碗部分內的活塞碗表面上并接觸該活塞碗表面，且所述外 碗部分的曲線形狀使得中心軸線的所述沖擊的反射角至少在噴射開始 期間為負，以增加噴霧/火焰的切向運動和豎直向上引導的運動之間的 平衡。

本發明的又一個目的是提供一種柴油機，與例如US02發動機相 比，該柴油機能夠以顯著的碳煙排放改進而運行，同時也滿足對于商 業上可接受的發動機的機械設計約束。