КАМЕРА СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F02B23/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к конструкции двигателей внутреннего сгорания, и в частности к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Уровень техники

Производители автомобилей сталкиваются с проблемой улучшения мощностных характеристик двигателей с одновременным обеспечением выполнения все более строгих требований к стандартов на содержание вредных веществ в выхлопах, причем каждое изменение стандарта приводит к необходимости существенных технических усовершенствований и применения дополнительных и/или более сложных устройств контроля выхлопа, что является дорогостоящим и может привести к ухудшению характеристик.

Производители пытаются повысить мощностные характеристики малолитражных двигателей, которые развивают все большую удельную мощность, в частности за счет использования двухступенчатого турбонаддува с целью увеличения количества воздуха, поступающего в камеру сгорания двигателя в широком диапазоне скоростей двигателя.

Этот тип двигателей необходимо усовершенствовать таким образом, чтобы они могли развивать высокую удельную мощность при выделении минимально возможного количества загрязняющий веществ.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является разработка усовершенствованной камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, которая позволяет существенно снизить уровень содержания в выхлопе оксидов азота и твердых частиц.

Одним объектом изобретения является поршень двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя, содержащий корпус, ограниченный в поперечном направлении юбкой, способной взаимодействовать со стенками цилиндра с осью С вращения, в котором поршень может скользить вдоль данной оси С, указанный поршень содержит поперечную грань, которая содержит центральный выступ, расположенное по периметру кольцо головки поршня и камеру с осью В вращения, которая проходит от центрального выступа к расположенному по периметру головки поршня кольцу, с которым она соединяется у выступа толщины Ер, указанная камера содержит по существу соосный в вертикальном направлении с выступом торообразный профиль, предпочтительно имеющий форму полукупола максимального радиуса Rt, способный направлять топливо, впрыскиваемое под выступ в обратную зону R по направлению к центральному выступу, отличающийся тем, что верхняя часть центрального выступа имеет плоскую зону, центр которой находится на оси В вращения камеры, шириной Lt, составляющей от 0 мм до 5 мм, а предпочтительно по существу равной 2,5 мм.

Применение поршня по изобретению в частности дает возможность получения следующих преимуществ:

- отсутствие необходимости применения более сложных и более дорогих систем доочистки;

- снижение выбросов оксидов азота для обеспечения требований стандартов на содержание вредных веществ в выхлопе.

Согласно некоторым вариантам осуществления поршень имеет один или большее число следующих признаков:

- верхняя часть выступа, расположенного на оси В вращения камеры, находится на расстоянии Dt, составляющем от 5,4 до 7 мм ниже расположенного по периметру верхнего кольца головки поршня;

- центральный выступ имеет уклон в сторону тора под углом А, отсчитываемым от оси В вращения камеры в геометрическом направлении, составляющим от 29,5° до 34,5;

- камера расположена в центре цилиндра, ось В вращения камеры совпадает с осью С вращения цилиндра;

- максимальный радиус Rt кривизны тора составляет от 5 до 7 мм;

- выступ расположен на расстоянии De/2 от оси В вращения камеры, расстояние De составляет от 49,5 до 52 мм;

- тор расположен на расстоянии Db/2 от оси В вращения камеры, расстояние Db составляет от 53,5 до 55,5 мм, а предпочтительно по существу равно 49 мм;

- разница расстояний от оси вращения камеры до края верхнего кольца De/2 и до края тора Db/2 составляет от 1,5 до 3,5 мм;

- максимальная глубина Р камеры составляет от 14,3 до 15,5 мм;

Еще одним объектом изобретения является двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого обеспечивает соблюдение строгих стандартов на состав выхлопа в части содержания в выхлопе оксидов азота и твердых частиц и, более конкретно, двигатель внутреннего сгорания дизельного типа, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, один поршень по изобретению.

Данный двигатель внутреннего сгорания дизельного типа имеет цилиндр с осью С вращения, верхний торец которого закрыт головкой цилиндров, снабженной нижней стороной, которая участвует в образовании камеры сгорания совместно поперечной гранью поршня, центр камеры которого находится на оси В вращения, которая совпадает с осью С, указанный двигатель содержит выходящий на внутреннюю сторону головки цилиндров, по меньшей мере, один впускной канал, который может перекрываться впускным клапаном и, по меньшей мере, один выпускной канал, который может перекрываться выпускным клапаном, подогревательную свечу и топливную форсунку, отверстие наконечника которой выходит в камеру сгорания и находится по существу на оси С вращения цилиндра.

Краткое описание чертежей

Прочие признаки и преимущества изобретения понятны из его описания, приводимого далее в качестве не ограничивающего примера со ссылками на следующие фигуры:

фиг.1 - показанный схематически местный поперечный разрез двигателя внутреннего сгорания по изобретению;

фиг.2 - местный разрез в плоскости, содержащей ось вращения камеры поршня, на котором показаны детали верхней части поршня по изобретению с впускной стороны.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 показан двигатель 100 внутреннего сгорания, а именно дизельный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр 1 с осью С вращения, головку 2 цилиндров и поршень 3.

В остальной части описания дана ось С вращения считается направленной вверх в сторону головки 2 цилиндров.

Поршень 3 установлен в цилиндре 1 таким образом, что он может скользить вдоль оси С вращения цилиндра, а конструкция корпуса поршня обеспечивает прием пальца, прикрепляющего поршень к меньшему краю приводного шатуна, указанный корпус в поперечном направлении ограничен юбкой 31, идущей параллельно оси С вращения цилиндра и взаимодействующей с внутренней стенкой цилиндра 1. Поршень также содержит поперечную грань 32, которая совместно с нижней стороной 20 головки 2 цилиндров ограничивает камеру сгорания цилиндра 1.

Свежий воздух или смесь свежего воздуха и рециркулирующих выхлопных газов впускается в камеру сгорания, по меньшей мере, через один впускной канал 5, образованный в головке 2 цилиндров, который может перекрываться, по меньшей мере, одним впускным клапаном 50.

Вещества оставшиеся после сгорания введенной топливно-воздушной смеси выводятся, по меньшей мере, через один выпускной канал 6, образованный в головке 2 цилиндров, который может перекрываться, по меньшей мере, одним выпускным клапаном 60.

Подогревательная свеча 4 установлена в головке 2 цилиндров, ее край выходит в камеру сгорания таким образом, что она может нагревать воздушно-топливную смесь при холодном запуске двигателя.

Топливная форсунка 7 установлена в головке 2 цилиндров и выходит в камеру сгорания вдоль оси С цилиндра 1.

Как показано на фигуре 2, подробно изображающей верхнюю часть поршня 3 по изобретению в местном разрезе проходящей через ось плоскостью, поперечная грань 32 содержит центральный выступ 321, расположенное по периметру кольцо 322 головки поршня и кольцевую полость или камеру 323 с осью В вращения, совпадающей с осью С вращения цилиндра, указанная камера 323 проходит от центрального выступа 321 к расположенному по периметру кольцу 322 головки поршня, с которым она соединяется.

В альтернативном варианте камера 323 может располагаться в цилиндре 1 со смещением, в результате чего ось С вращения цилиндра 1 и ось В камеры 323 могут быть смещены одна относительно другой на расстояние предпочтительно меньшее величины по существу равной 3 мм.

Расположенное по периметру кольцо 322 головки поршня отходит в поперечном направлении от юбки 31 поршня 3 в сторону оси В вращения камеры 323 до края, который образует выступ 3220 толщины Ер, соответствующей расстоянию от обратного участка R расположенного по периметру кольца 322 головки поршня, под которым камера 323 имеет форму тора 3230, профиль которого выполнен в виде полукупола с максимальным радиусом Rt кривизны, составляющим от 5 до 7 мм.

Выступ 3220 расположен на расстоянии De/2 от оси В вращения камеры 323, причем расстояние De составляет от 49,5 до 52 мм.

Тор 3230 расположен на расстоянии Db/2 от оси В вращения камеры 323, причем расстояние Db составляет от 53,5 до 55,5 мм.

Форсунка 7 обеспечивает выборочный впрыск топлива в виде струй, направленных в верхнюю часть тора 3220, примыкающую к нижней кромке выступа 3220, также известной под названием обратной кромки R, позволяющий улучшить способ направления топлива от данной обратной кромки R за счет закручивания вдоль стенок тора 3230 в направлении дна камеры, где находится кислород во время выполнения поршнем 3 хода вверх, за счет чего снижается дымообразование, что позволяет осуществить циркуляцию газов в направлении центрального выступа 321.

В предпочтительном варианте сохранение наличия обратной кромки R обеспечивается за счет поддержания разницы расстояний De/2 от оси В вращения камеры 323 до края кольца головки поршня и Db/2 до края тора в пределах 1,5-3,5 мм.

Камера 323 окружена выступом 3220 толщины Ер, соответствующей расстоянию от обратной кромки R до расположенного по периметру кольца 322 головки поршня.

Максимальная глубина Р камеры 323 составляет от 14,3 до 15,5 мм. Соотношение Db/P дает существенную ширину камеры 323, что позволяет эффективно использовать воздух при работе в режиме полной нагрузки, обеспечивая возможность достижения высоких удельных характеристик.

Сочетание такой конструкции обратной кромки R, тора 3230 и максимальной глубины Р камеры 323 обеспечивает более качественное направление струи топлива в сторону объема воздуха, задержанного на дне камеры 323.

Верхняя часть центрального выступа 321 имеет плоскую зону, центр которой находится на оси В вращения камеры 320, шириной Lt, составляющей от 0 до 5 мм, а предпочтительно по существу равной 2,5 мм. Верхняя часть центрального выступа 321 поднимается на такую высоту, что она находится ниже расположенного по периметру головки поршня кольца 320 на величину Dt, данное расстояние Dt составляет от 5,4 мм до 7 мм. За счет того, что верхняя часть центрального выступа 321 является усеченной, и имеется расстояние Dt, обеспечивается ограничение взаимодействия между струями топлива, распыляемого в направлении дна камеры 320, с центральным выступом 321, и в особенности с его верхней частью, за счет чего обеспечивается снижение выброса дыма и несгоревшего топлива.

Такое усечение верхней части центрального выступа 321 также обеспечивает создание плавного уклона центрального выступа 321 в сторону тора 323 на угол А. Угол А уклона отсчитывается от оси В вращения камеры 320 в геометрическом направлении и составляет от 29,5° до 34,5°. Это усиливает вертикальную компоненту воздействия сгорания на перемещение, которое, учитывая ширину камеры 323, в противном случае происходило бы в основном в горизонтальном направлении.

Наличие у центрального выступа 321 уклона под углом А обеспечивает удаление сажи, образующейся на дне камеры 323 при сгорании топлива, в направлении центрального выступа 321 для более качественного повторного окисления, за счет чего обеспечивается снижение дымности.

Двигатель 100 внутреннего сгорания, снабженный устройством двухступенчатого турбонаддува и поршнем 3, сочетающим данные признаки, обладает особыми преимуществами по сравнению с двигателем внутреннего сгорания без двухступенчатого турбонаддува.

Было обнаружено, что данный усовершенствованный двигатель 100 обеспечивает увеличение удельной мощности на величину порядка 25% при сохранении неизменного уровня содержания в выхлопе вредных веществ.

Изобретение относится к поршню (3) двигателя внутреннего сгорания, а именно дизельного двигателя, который содержит корпус, ограниченный в поперечном направлении юбкой (31), способной взаимодействовать со стенками цилиндра (1) с осью С вращения, в котором поршень (3) может скользить вдоль данной оси С, указанный поршень (3) содержит поперечную грань (32), которая содержит центральный выступ (321), расположенное по периметру головки поршня кольцо (322) и камеру (323) с осью вращения В, которая проходит от центрального выступа (321) к расположенному по периметру головки поршня кольцу (322), с которым она соединяется у выступа (3220) толщины Ер, указанная камера (323) содержит по существу соосный в вертикальном направлении с выступом (3220) торообразный профиль (3230), предпочтительно имеющий форму полукупола с максимальным радиусом Rt, обеспечивающий направление впрыскиваемого топлива под выступ (3220) в обратную зону R в направлении центрального выступа (321), отличающийся тем, что центральный выступ (321) имеет плоскую зону, центр которой лежит на оси В вращения камеры (320), шириной Lt, составляющей от 0 до 5 мм, а предпочтительно по существу равной 2,5 мм. Изобретение обеспечивает снижение уровня содержания оксидов азота и твердых частиц в выхлопных газах. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания, а именно дизельного двигателя, содержащий корпус, ограниченный в поперечном направлении юбкой (31), способной взаимодействовать со стенками цилиндра (1) с осью С вращения, в котором поршень (3) может скользить вдоль данной оси С, указанный поршень (3) содержит поперечную грань (32), которая содержит центральный выступ (321), расположенное по периметру головки поршня кольцо (322) и камеру (323) с осью вращения В, которая проходит от центрального выступа (321) к расположенному по периметру головки поршня кольцу (322), с которым она соединяется у выступа (3220) толщины Ер, указанная камера (323) содержит, по существу, соосный в вертикальном направлении с выступом (3220) торообразный профиль (3230), предпочтительно имеющий форму полукупола с максимальным радиусом Rt, обеспечивающий направление впрыскиваемого топлива под выступ (3220) в обратную зону R в направлении центрального выступа (321), отличающийся тем, что центральный выступ (321) имеет плоскую зону, центр которой лежит на оси В вращения камеры (320), шириной Lt, составляющей до 5 мм.

2. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что центральный выступ (321) имеет плоскую зону, центр которой лежит на оси В вращения камеры (320), шириной L_t, составляющей предпочтительно 2,5 мм.

3. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что верхняя часть выступа, расположенного на оси В вращения камеры (323), поднимается на такую высоту, что находится на расстоянии Dt, составляющем от 5,4 мм до 7 мм ниже расположенного по периметру верхнего кольца головки поршня.

4. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что центральный выступ имеет уклон в сторону тора (323) под углом А, отсчитываемым от оси В вращения камеры (320) в геометрическом направлении, составляющим от 29,5° до 34,5°.

5. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что камера (323) расположена в центре цилиндра, ось В вращения камеры (323) совпадает с осью С вращения цилиндра (1).

6. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что максимальный радиус Rt кривизны тора (3230) находится между 5 мм и 7 мм.

7. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что выступ (3220) расположен на расстоянии De/2 от оси вращения камеры (323), расстояние De составляет от 49,5 мм до 52 мм.

8. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что тор (3220) расположен на расстоянии Db/2 от оси В вращения камеры (323), расстояние Db составляет от 53,5 мм до 55,5 мм.

9. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что разница расстояний De/2 и Db/2 до оси В вращения камеры (323) от края кольца головки поршня и от края тора, по существу, составляет от 1,5 мм до 3,5 мм.

10. Поршень (3) двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что максимальная глубина Р камеры (323) составляет от 14,3 мм до 15,5 мм.

11. Двигатель (100) внутреннего сгорания дизельного типа, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, один поршень (3) по любому из пп.1-10.