[發明專利]布置成在內燃機氣缸內往復運動的活塞

有效

• 申請號: 201180009660.0
• 申請日: 2011-02-18
• 公開（公告）號: CN102770633A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 讓·埃斯馬克;邁克爾·巴爾薩爾
• 申請（專利權）人: 沃爾沃技術公司
• 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 11219
• 代理人: 陸弋;王偉

技術領域

本發明涉及一種用于控制內燃機中的燃燒過程的裝置。本發明涉及如下一種裝置，該裝置尤其用于：在燃料/氣缸氣體的混合物被氣缸內產生的壓縮熱量點燃的內燃機中，減少碳煙排放并且也減少一氧化碳和碳氫化合物。

背景技術

碳煙顆粒（或顆粒物）是在燃燒期間、可能形成并隨后被氧化為二氧化碳（CO₂）的一種產物。在排氣中測量到的碳煙顆粒的量是所形成的碳煙與被氧化的碳煙之間的凈差額。該過程非常復雜。富含燃料的燃料/空氣混合物在混合不良的情況下、在高溫下燃燒會導致大量的碳煙形成。如果能夠把所形成的碳煙顆粒與諸如氧原子（O）、氧分子（O₂）、氫氧化物（OH）等的氧化物質在足以實現良好氧化率的高溫下放在一起，則大部分碳煙顆粒可以被氧化。在柴油機中，該氧化過程被認為與形成過程處于相同的數量級，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間的差額。因此，可首先通過減少碳煙的形成并隨后通過增加碳煙的氧化來影響碳煙的凈排放。對于柴油機來說，一氧化碳排放（CO）和碳氫化合物排放（HC）通常非常低。然而，如果未燃燒的燃料結束（ends?up）于較冷區域或停滯區域（stagnation?regions）內，則上述百分比可能升高。具有強冷卻的區域可位于氣缸壁附近。可能出現停滯區域的地方的示例是：兩個行進中的焰羽（flame?plumes）發生碰撞之處，或一個行進中的焰羽與活塞壁發生碰撞之處。

在具有強的溫度依賴性且取決于被加熱體積的大小及其過程持續時間的熱過程中，由空氣中的氮成分形成氮氧化物（NOx）。

燃料直接噴射到氣缸內且被氣缸內的高溫和高壓點燃的燃燒過程一般稱為柴油機過程。當燃料在氣缸內被點燃時，氣缸內存在的燃燒氣體與燃燒中的燃料發生湍流混合（turbulent?mixing），從而形成混合物控制的擴散焰。燃料/氣體混合物在氣缸內的燃燒導致了熱量的產生，所述熱量導致氣缸內的氣體膨脹且因此導致活塞在氣缸內移動。取決于多個參數，例如燃料噴射壓力、再循環到氣缸內的排氣的量、燃料噴射時間以及氣缸內存在的湍流，可獲得不同的效率和發動機排放值。

下面給出現有技術中的、嘗試通過控制火焰來降低碳煙排放和NOx排放的設備的一個示例，該設備試圖打破碳煙排放和氮氧化物排放之間的、眾所周知的“此消彼長關系（trade?off）”，這種“此消彼長關系”是柴油機的典型特點且難以被影響。能夠減少碳煙排放的大多數措施都會增加氮氧化物的排放。

WO?2009/058055公開了一種具有燃燒室的內燃機，該內燃機包括活塞和具有多個孔口的噴射器，這些孔口被布置成用于噴射噴霧/焰羽，在大部分噴射期間，所述噴霧/焰羽都沖擊在活塞的外碗部分上。在所述噴霧/焰羽的沖擊區域之間，在與往復活塞運動大致垂直的平面內布置有突出到燃燒室內的第一類突起，該第一類突起具有平滑的形式，以保留火焰中的動能并在火焰與火焰之間的相互作用最小的情況下將周向的火焰行進改變為主要朝著活塞中心軸線的方向。在所述沖擊區域中布置有第二類突起，該第二類突起適于在火焰與活塞壁之間的相互作用最小且動能損失最小的情況下、將火焰行進的方向改變為與所述往復活塞運動大致垂直的平面內的周向火焰行進方向。

在最小化上述焰羽內的動能損失方面，所述第一類突起表現良好，但在控制所述焰羽的行進方面，根據該現有技術的第一類突起的形式不是最佳的。

因此，需要實現所述第一類突起（下文僅稱為“突起”）的更佳形式。

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包括如下燃燒室布置結構的內燃機，該燃燒室布置結構被設計為用于進一步優化焰羽的行進。這通過如下方式來實現：識別出在突起的頂部處發生流動損失的停滯區域，然后，為該突起賦予使所述停滯區域最小的形狀。

本發明的另一個目的是提高對于焰羽主流的控制的穩健性。該穩健性的提高是由于如下位置的敏感度降低所導致的：當所述焰羽朝著燃燒室中心繼續行進時，所述焰羽的主流與所述突起在該位置處分離。

本發明的另一目的是促進殘留碳煙的進一步的后氧化。對于例如柴油的燃料來說，減少碳煙是非常重要的。本發明進一步有助于減少一氧化碳（CO）排放和碳氫化合物（HC）排放。對于例如DME（二甲醚）的燃料來說，CO和HC的減少變得尤其重要。所述焰羽內的更大量的可用動能能以有用的方式用于增進殘余燃料的氧化。以此方式，燃燒過程的持續時間將更短，這使得燃料消耗減少。

本發明的另一目的是提高效率。根據本發明的燃燒室內的所述突起的設計有助于更快的燃燒過程，由此導致效率提高。