IT202100000410A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH IMPROVED COMBUSTION - Google Patents

INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH IMPROVED COMBUSTION Download PDF

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IT202100000410A1
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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: of the patent for Industrial Invention entitled:

?Motore a combustione interna con combustione migliorata? ?Internal combustion engine with improved combustion?

Campo di applicazione dell?invenzione Field of application of the invention

La presente invenzione ? relativa al campo dei motori a combustione interna ed in particolare riguarda il miglioramento della combustione interna di un motore ad accensione per compressione. The present invention ? relating to the field of internal combustion engines and in particular it concerns the improvement of the internal combustion of a compression ignition engine.

Stato della tecnica State of the art

I motori ad accensione per compressione sono generalmente indicati come motori a ciclo diesel. Questi comprendono generalmente un cilindro chiuso da una testata ed un pistone mobile nel cilindro in cui ? ricavata la camera di combustione. Un esempio di camera di combustione ? mostrato in EP3517754. Compression ignition engines are generally referred to as diesel cycle engines. These generally comprise a cylinder closed by a head and a movable piston in the cylinder in which ? obtained the combustion chamber. An example of a combustion chamber? shown in EP3517754.

La miscela aria/combustibile per ogni ciclo completo del motore, nei motori diesel ? notoriamente magra. L?accensione avviene generalmente per via del favorevole rapporto aria/combustibile in un intorno delle gocce iniettate dall?iniettore, creandosi solo localmente le condizioni di combustione. Questa peculiarit? della combustione detta ?ad accensione per compressione? comporta inevitabilmente la produzione di particolato solido, legato al residuo carbonioso che si forma al centro di ciascuna goccia, e NOx, legati alle altissime temperature locali della zona di combustione in fase vapore nel volume che circonda ciascuna goccia. In questo volume vi ? una presenza residuale di ossigeno che pu? legarsi all?azoto atmosferico formando NOx termici. Un rapporto di compressione basso comporta una temperatura, a fine compressione proporzionalmente bassa, che pu? provocare misfire e/o alti HC. The air/fuel mixture for each complete engine cycle, in diesel engines? notoriously thin. Ignition generally takes place due to the favorable air/fuel ratio around the drops injected by the injector, creating the combustion conditions only locally. This peculiarity of the combustion called ?compression ignition? inevitably involves the production of solid particulate, linked to the carbon residue that forms in the center of each drop, and NOx, linked to the very high local temperatures of the combustion zone in the vapor phase in the volume surrounding each drop. In this volume there is a residual presence of oxygen that pu? bind to atmospheric nitrogen forming thermal NOx. A low compression ratio involves a temperature, at the end of compression proportionally low, which can? cause misfires and/or high HC.

Per contro, un rapporto di compressione molto alto causa una eccessiva produzione di NOx per le alte temperature medie e locali, legate al fatto che la temperatura generata dalla combustione si somma a quella di partenza dell?aria che ? proporzionale all?RC. On the other hand, a very high compression ratio causes an excessive production of NOx due to the high average and local temperatures, linked to the fact that the temperature generated by combustion adds up to the starting temperature of the air which is? proportional to the RC.

E? noto infatti che un RC basso ? vantaggioso alla riduzione di particolato e NOx, proprio per il maggior tempo a disposizione del combustibile per evaporare e miscelarsi prima di autoaccendersi, mentre ? peggiorativo per la produzione di HC a causa delle minori temperature medie dei gas che non ne favoriscono la completa ossidazione. AND? known in fact that a low RC ? advantageous for the reduction of particulate matter and NOx, precisely because of the greater time available for the fuel to evaporate and mix before self-igniting, while it is? pejorative for the production of HC due to the lower average temperatures of the gases which do not favor their complete oxidation.

Sono note, per ovviare a questi problemi di trade off, modalit? di combustione particolari, denominate con degli acronimi anglosassoni, come la PCCI (Premixed Compression Combustion Ignition) o la HCCI (Homogeneus Compression Combustion Ignition) che cercano, lavorando sui tempi di iniezione, di ottenere una combustione il pi? possibile in fase vapore, per evitare il processo di combustione localizzata attorno alle gocce liquide. Tali combustioni hanno per? il grosso limite di rendere difficilmente controllabile l?istante di inizio della combustione e di aumentare le sollecitazioni di pressione nel motore, perch? il combustibile pre-iniettato una volta arrivato nelle condizioni di preaccensione si auto-accende in contemporanea in tutta la camera di combustione. Oltre alle sollecitazioni meccaniche, misurabili dalla PCP (Peack Combustion Pressure), anche le sollecitazioni sonore diventano inaccettabili, con la rumorosit? di combustione che ?suona? come un battito in testa. Are known, to overcome these problems of trade off, mode? of particular combustion, denominated with Anglo-Saxon acronyms, such as the PCCI (Premixed Compression Combustion Ignition) or the HCCI (Homogeneus Compression Combustion Ignition) which seek, working on the injection times, to obtain a combustion as pi? possible in the vapor phase, to avoid the localized combustion process around the liquid droplets. These combustions have for? the big limit of making it difficult to control the moment of the beginning of the combustion and to increase the stresses of pressure in the engine, why? the pre-injected fuel, once it reaches the pre-ignition conditions, self-ignites simultaneously throughout the combustion chamber. In addition to the mechanical stresses, measurable by the PCP (Peack Combustion Pressure), even the sound stresses become unacceptable, with the noisiness? of combustion that ?sounds? like a knock on the head.

Infatti secondo l?arte nota, mano a mano che il pistone si muove verso il punto morto superiore (TDC), il combustibile si propaga, per la spinta dell?iniezione, verso la periferia anulare della camera di combustione, dove al crescere della pressione e della temperatura, si determina la combustione della miscela. In fact according to the prior art, as the piston moves towards the top dead center (TDC), the fuel propagates, due to the injection thrust, towards the annular periphery of the combustion chamber, where as the pressure increases and the temperature, the combustion of the mixture is determined.

La combustione, pertanto, si propaga dalla periferia verso il centro della camera di combustione, il cui volume ? cos? poco utilizzato da essere per lo pi? riempito da una protrusione solida del pistone a forma tronco conica. The combustion, therefore, spreads from the periphery towards the center of the combustion chamber, whose volume is what? little used to be mostly? filled by a solid protrusion of the piston in the form of a truncated cone.

La dispersione del combustibile all?interno della camera di combustione dipende essenzialmente dalla forma della stessa camera di combustione, dai tempi e dalla pressione di iniezione e dalla posizione reciproca tra l?iniettore ed il pistone. The dispersion of the fuel inside the combustion chamber essentially depends on the shape of the combustion chamber itself, on the times and on the injection pressure and on the reciprocal position between the injector and the piston.

Il cono centrale aiuta a disperdere verso la periferia il combustibile anche quando il pistone risulta in posizione prossimale rispetto all?iniettore, ed ha normalmente la funzione di riempire il volume per aiutare a raggiungere un alto RC. The central cone helps disperse fuel outwards even when the piston is proximal to the injector, and normally has the function of filling the volume to help achieve high RC.

In tutto questo, i tempi di iniezione assumono un ruolo fondamentale: secondo l?arte nota, non risulta possibile anticipare eccessivamente l?iniezione, in quanto, il combustibile evaporato prima di raggiungere le condizioni di autoaccensione si accende tutto insieme al raggiungimento di queste ultime con il rischio di battito in testa (knock) e/o eccessiva PCP. Questo perch? l?RC minimo del motore deve essere necessariamente tenuto sopra un certo valore, tipicamente 15-15.5:1, che garantisce sempre l?accendibilit? anche con quantit? minime di combustibile iniettato. In all of this, the injection times play a fundamental role: according to the known art, it is not possible to anticipate the injection excessively, since the evaporated fuel before reaching the self-ignition conditions lights up all together when the latter are reached with the risk of knocking and/or excessive PCP. This why? the minimum RC of the engine must necessarily be kept above a certain value, typically 15-15.5:1, which always guarantees the ignition? even with quantity? minimum amount of fuel injected.

Si ritiene che la strategia di combustione dell?arte nota sia migliorabile. It is believed that the combustion strategy of the prior art can be improved.

Se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio che segue, quanto descritto nel presente capitolo ? da considerarsi come parte integrante della descrizione di dettaglio. Unless specifically excluded in the detailed description that follows, what is described in this chapter ? to be considered as an integral part of the detailed description.

Sommario dell?invenzione Summary of the invention

Scopo della presente invenzione ? quello di indicare una strategia di iniezione di combustibile che consente di evitare la formazione di particolato carbonioso, ma al tempo stesso consente di mantenere relativamente alto il rapporto di compressione. Purpose of the present invention? that of indicating a fuel injection strategy which avoids the formation of carbonaceous particles, but at the same time allows the compression ratio to be kept relatively high.

L?idea di base della presente invenzione ? quella di eseguire una pre-iniezione di combustibile tra la conclusione della fase di scarico e l?inizio del conseguente fase di aspirazione, in modo da ottimizzare l?evaporazione del combustibile nel comburente. The basic idea of the present invention ? that of performing a pre-injection of fuel between the conclusion of the exhaust phase and the beginning of the consequent intake phase, in order to optimize the evaporation of the fuel in the comburent.

Preferibilmente, tale pre-inizione ? realizzata quando le valvole di scarico risultano chiuse, in quanto la presente invenzione descrive iniezioni di combustibile destinato ad essere integralmente bruciato nel motore. Preferably, this pre-initiation ? carried out when the exhaust valves are closed, as the present invention describes injections of fuel intended to be fully burned in the engine.

Preferibilmente, il pistone si trova in una posizione rispetto all?iniettore tale che il getto di combustibile generato dall?iniettore complisce esclusivamente il pistone. Preferably, the piston is in a position with respect to the injector such that the jet of fuel generated by the injector affects only the piston.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di permettere un rapporto aria/combustibile pi? magro rispetto all?arte nota, minimizzando i rischi di mancate accensioni e di incremento della produzione di NOx. Another object of the present invention ? to allow a ratio of air/fuel more? lean compared to the prior art, minimizing the risks of misfires and increased NOx production.

Secondo una variante preferita dell?invenzione il cono centrale ? modificato in modo da realizzare, in esso, un secondo volume di combustione che consente di ottenere un effetto sinergico rispetto alla esecuzione della preiniezione. According to a preferred variant of the invention, the central cone ? modified so as to create, in it, a second combustion volume which allows to obtain a synergistic effect with respect to the execution of the pre-injection.

L?iniettore ? disposto nella testa del motore in posizione circa centrale e comprende aperture anulari per generare getti di combustibile distribuiti su una superficie a forma di cono, il cui vertice ? circa nella punta dell?iniettore e la base incide sulla cosiddetta corona del pistone. The injector ? arranged in the engine head in an approximately central position and comprises annular openings for generating fuel jets distributed over a cone-shaped surface, the vertex of which is approximately in the tip of the injector and the base affects the so-called crown of the piston.

Lo spray colpisce prevalentemente il secondo volume di combustione, disposto centralmente, quando il pistone ? prossimo al punto morto superiore, mentre, lo spray colpisce sempre pi? il primo volume di combustione, a forma toroidale ed anulare rispetto al secondo volume di combustione e sempre meno il secondo volume di combustione, mano a mano che il pistone si allontana dal punto morto superiore. The spray predominantly affects the second combustion volume, centrally arranged, when the piston ? next to the top dead center, while, the spray affects more and more? the first combustion volume, having a toroidal and annular shape with respect to the second combustion volume and less and less of the second combustion volume, as the piston moves away from the top dead centre.

Preferibilmente, nella fase di compressione, viene realizzata una ulteriore prima iniezione di combustibile volta ad disperdere combustibile nel primo volume, cio? nella periferia della camera di combustione. Pertanto, il pistone si trova in una posizione intermedia tra il punto morto inferiore ed il punto morto superiore. Preferably, in the compression phase, a further first injection of fuel is carried out aimed at dispersing fuel in the first volume, i.e. in the periphery of the combustion chamber. Therefore, the piston is in an intermediate position between bottom dead center and top dead center.

Successivamente viene eseguita una ulteriore seconda iniezione di combustibile nel secondo volume di combustione in modo da raggiungere un rapporto locale aria/combustibile idoneo a garantire l?incendiabilit? della miscela e preferibilmente prossimo, coincidente o leggermente maggiore del rapporto stechiometrico. Subsequently, a further second fuel injection is performed in the second combustion volume so as to reach a local air/fuel ratio suitable for guaranteeing flammability? of the mixture and preferably close to, coinciding with or slightly greater than the stoichiometric ratio.

Mentre il combustibile iniettato in fase di pre-iniezione, cio? circa al punto morto superiore tra fase di scarico e fase di aspirazione, ha il tempo di evaporare e disperdersi nell?intera camera di combustione, il combustibile iniettato circa al punto morto superiore (PMS) nella fase di compressione resta sostanzialmente localizzato fino alla sua neutralizzazione per combustione. While the fuel injected in the pre-injection phase, cio? approximately at top dead center between the exhaust and intake strokes, has time to evaporate and disperse throughout the combustion chamber, the fuel injected approximately at top dead center (TDC) in the compression stroke remains substantially localized until it is neutralized by combustion.

Preferibilmente, una ulteriore terza iniezione di combustibile nel primo volume ? realizzata nella fase di espansione, vale a dire quando il pistone si muove verso il punto morto inferiore in modo da raggiungere un preordinato rapporto aria/combustibile globale. Preferably, a further third injection of fuel in the first volume is achieved in the expansion phase, i.e. when the piston moves towards the bottom dead center in order to reach a preordained global air/fuel ratio.

Per preordinato rapporto aria/combustibile si intende il rapporto che si ottiene globalmente in un intero ciclo. By preordained air/fuel ratio we mean the ratio that is obtained globally in an entire cycle.

Vantaggiosamente, il secondo volume consente di ottenere un preordinato rapporto aria combustibile relativamente ricco rispetto al primo volume di combustione, in quanto confina il combustibile iniettato in esso evitandone il rimescolamento con il resto della carica, e garantendo che la prima accensione avviene in esso, quando il pistone ? prossimo al PMS, innescandosi una diffusione del fronte di fiamma dal centro alla periferia della camera di combustione, cio? in modo opposto alle soluzioni dell?arte nota. Advantageously, the second volume allows to obtain a prearranged fuel-air ratio relatively rich with respect to the first combustion volume, since it confines the fuel injected into it, avoiding its mixing with the rest of the charge, and guaranteeing that the first ignition takes place in it, when the piston ? next to the TDC, triggering a diffusion of the flame front from the center to the periphery of the combustion chamber, cio? in the opposite way to the solutions of the prior art.

A questo punto, la ulteriore terza iniezione di combustibile, che ? la quarta contando la pre-iniezione, ? realizzata mentre la combustione ha gi? avuto inizio, cooperando con la diffusione del fronte di fiamma verso la periferia della camera di combustione con l?effetto di ottenere una completa ed ottimale ossidazione del combustibile e di raggiungere un rilevante aumento di potenza del motore, bench? il rapporto aria/combustibile resti globalmente magro. At this point, the further third injection of fuel, which ? the fourth counting the pre-injection, ? made while the combustion has already? started, cooperating with the diffusion of the flame front towards the periphery of the combustion chamber with the effect of obtaining a complete and optimal oxidation of the fuel and of reaching a significant increase in power of the engine, although? the air/fuel ratio remains overall lean.

La ulteriore terza iniezione, oltre ad aumentare la potenza del motore, favorisce anche la completa combustione della miscela dispersa dalla pre-iniezione, propagando verso l?esterno della camera gocce di combustibile infuocate che fungono da ulteriori inneschi di accensione per la miscela, magra, che risulta fortemente dispersa e poco reattiva. The further third injection, in addition to increasing the engine power, also favors the complete combustion of the mixture dispersed by the pre-injection, spreading burning fuel drops outwards from the chamber which act as further ignition triggers for the lean mixture, which is highly dispersed and not very reactive.

Anche se il rapporto aria/combustibile nel primo volume di combustione ? sotto il rapporto di autoaccendibilit?, il secondo volume di combustione, innescando la combustione, determina un aumento di temperature e pressioni nell?intera camera di combustione forzando la combustione anche nel primo volume di combustione. Even if the air/fuel ratio in the first combustion volume ? under the self-ignition ratio, the second combustion volume, by triggering combustion, causes an increase in temperatures and pressures in the entire combustion chamber, forcing combustion also in the first combustion volume.

L?aspetto pi? rilevante della presente variante dell?invenzione ? che l?iniezione di combustibile nel secondo volume di combustione avviene in prossimit? del PMS, questo significa che ? possibile controllare in modo molto preciso l?istante di accensione della miscela locale ovviando ai problemi di incontrollabilit? dell?arte nota. Secondo una ulteriore variante preferita dell?invenzione, viene eseguita una ulteriore pre-inizione in fase di aspirazione per ottenere una dispersione ottimale di combustibile in tutta la camera di combustione. The most relevant of the present variant of the invention? that the injection of fuel in the second volume of combustion takes place near? of the PMS, does this mean that ? is it possible to control in a very precise way?the moment of ignition of the local mixture obviating the problems of uncontrollability? of the known art. According to a further preferred variant of the invention, a further pre-injection is performed in the intake phase to obtain optimal fuel dispersion throughout the combustion chamber.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono varianti preferite dell?invenzione, formando parte integrante della presente descrizione. The dependent claims describe preferred variants of the invention, forming an integral part of the present description.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui: Further objects and advantages of the present invention will become clear from the detailed description that follows of an embodiment of the same (and of its variants) and from the annexed drawings given for purely explanatory and non-limiting purposes, in which:

nella figura 1 ? mostrata una vista secondo una sezione longitudinale di una camera di combustione secondo una variante preferita della presente invenzione; in figure 1 ? shown is a view according to a longitudinal section of a combustion chamber according to a preferred variant of the present invention;

nella figura 2 ? mostrata una vista dall?alto della faccia del pistone in cui ? ricavata la camera di combustione secondo la variante di figura 1; in figure 2 ? shown a view from? top of the face of the piston in which ? obtained the combustion chamber according to the variant of figure 1;

nelle figure 3 e 4 sono mostrate due condizioni operative differenti della variante secondo le figure 1 e 2, in cui vengono eseguite iniezioni di combustibile. Figures 3 and 4 show two different operating conditions of the variant according to Figures 1 and 2, in which fuel injections are performed.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti o funzioni. The same reference numbers and letters in the figures identify the same elements or components or functions.

Si dovrebbe anche notare che i termini "primo", "secondo", "terzo", "superiore", "inferiore" e simili possono essere usati qui per distinguere vari elementi. Questi termini non implicano un ordine spaziale, sequenziale o gerarchico per gli elementi modificati a meno che non sia specificatamente indicato o desumibile dal testo. It should also be noted that the terms "first", "second", "third", "superior", "inferior" and the like may be used herein to distinguish various elements. These terms do not imply a spatial, sequential, or hierarchical order for the modified items unless specifically indicated or inferred from the text.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite, inclusi i disegni, possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall?ambito di protezione della presente domanda come descritta di seguito. The elements and characteristics illustrated in the various preferred embodiments, including the drawings, can be combined with each other without however departing from the scope of protection of the present application as described below.

Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione Detailed description of examples of implementation

Secondo la presente invenzione si prevede una cosiddetta pre-iniezione di combustibile nel cilindro tra la conclusione della fase di scarico e l?inizio del conseguente fase di aspirazione, in modo da ottimizzare la miscelazione del combustibile nel comburente. According to the present invention, a so-called pre-injection of fuel into the cylinder is provided between the end of the exhaust phase and the beginning of the consequent intake phase, so as to optimize the mixing of the fuel in the combustion agent.

Il pistone, in tale condizione operativa, si trova in posizione prossimale al punto morto superiore (PMS), e maschera completamente le pareti del cilindro, nel senso che quando l?iniettore ? operativo, i relativi getti di combustibile colpiscono esclusivamente il pistone. The piston, in this operating condition, is in a position proximal to the top dead center (TDC), and completely masks the walls of the cylinder, in the sense that when the injector? operational, the related fuel jets hit the piston only.

Infatti, il combustibile ha un tempo relativamente lungo per omogeneizzarsi ed evaporare nel comburente. Questo porta a minimizzare la formazione di particolato e contestualmente si ha una migliore distribuzione del calore nella camera di combustione che porta ad una pi? bassa formazione di NOx. In fact, the fuel has a relatively long time to homogenize and evaporate in the comburent. This leads to minimizing the formation of particulates and at the same time there is a better distribution of heat in the combustion chamber which leads to a more? low NOx formation.

Con riferimento alle figure 1 ? 4 viene mostrato un motore E a combustione interna ad accensione per compressione dotato di un iniettore N disposto centralmente nella testa H del motore, in cui il pistone P ?, in modo noto, accoppiato scorrevolmente ad un cilindro L chiuso dalla testa H. With reference to figures 1 ? 4 shows a compression-ignition internal combustion engine E equipped with an injector N centrally located in the head H of the engine, in which the piston P is, in a known manner, slidingly coupled to a cylinder L closed by the head H.

Secondo la presente invenzione nel pistone P ? definita una camera di combustione T essenzialmente rotazionalmente simmetrica con l'asse X del pistone P. Questa camera di combustione T, come si vede dalle figure 1, 3 e 4, che rappresentano sezioni assiali del cilindro L, ha una forma circa toroidale. According to the present invention in the piston P ? a combustion chamber T is defined which is essentially rotationally symmetrical with the axis X of the piston P. This combustion chamber T, as can be seen from figures 1, 3 and 4, which represent axial sections of the cylinder L, has an approximately toroidal shape.

Tale forma toroidale ? anulare rispetto ad una porzione centrale CP di elevazione avente forma preferibilmente circa tronco conica. This toroidal shape? annular with respect to a central elevation portion CP preferably having an approximately truncated conical shape.

Secondo la presente invenzione, nella porzione centrale CP di elevazione ? definito un secondo volume di combustione C avente un?apertura rivolta verso una testa H del motore a combustione interna. According to the present invention, in the central elevation portion CP ? defined a second combustion volume C having an opening facing a head H of the internal combustion engine.

L?iniettore N con le relative aperture di eiezione di combustibile J disposte in modo che in un primo intervallo R1 di posizioni assiali del pistone, il combustibile ? iniettato prevalentemente nel primo volume T di combustione ed in un secondo intervallo R2 di posizioni assiali del pistone il combustibile ? iniettato prevalentemente nel secondo volume C di combustione. The injector N with the relative fuel ejection openings J arranged so that in a first interval R1 of axial positions of the piston, the fuel is? injected mainly in the first volume T of combustion and in a second interval R2 of axial positions of the piston, the fuel ? predominantly injected into the second combustion volume C.

Le aperture di eiezione del combustibile sono disposte per realizzare un getto complessivo circa conico con il vertice del cono prossimale all?iniettore stesso. The fuel ejection openings are arranged to form an approximately conical overall jet with the apex of the cone proximal to the injector itself.

Evidentemente, la forma del getto di combustibile non varia nel tempo. Perci?, quello che consente di colpire prevalente il primo volume di combustione T oppure il secondo volume di combustione C?? la posizione reciproca tra pistone ed iniettore. Evidently, the shape of the fuel jet does not change over time. Therefore, the one that allows the first combustion volume T or the second combustion volume C to be predominantly affected?? the reciprocal position between piston and injector.

Pertanto, quanto maggiore ? la distanza tra il pistone e l?iniettore tanto maggiore ? la quantit? di combustibile iniettabile prevalentemente nel volume anulare ricavato nel pistone. Therefore, how much greater ? the distance between the piston and the injector much greater ? the quantity? of injectable fuel mainly in the annular volume obtained in the piston.

Nella fase di compressione, viene realizzata una ulteriore prima iniezione di combustibile volta a disperdere combustibile nel primo volume, cio? nella periferia della camera di combustione. Pertanto, il pistone si trova in una posizione intermedia tra il punto morto inferiore ed il punto morto superiore. In the compression phase, a further first fuel injection is made aimed at dispersing fuel in the first volume, i.e. in the periphery of the combustion chamber. Therefore, the piston is in an intermediate position between bottom dead center and top dead center.

Quando, in fase di compressione, il pistone ? in posizione prossimale al punto morto superiore, vale a dire nel secondo intervallo di posizioni assiali R2, viene eseguita una ulteriore seconda iniezione di combustibile, la maggior parte del combustibile ? iniettato nel secondo volume di combustione C, mentre la dispersione di combustibile nel primo volume T di combustione ? molto inferiore. Ci? risulta particolarmente vantaggioso perch?, in questa fase caratterizzata da alte pressioni della carica nel cilindro, il fatto di poter iniettare combustibile prevalentemente nel secondo volume di combustione, consente facilmente di raggiungere, in esso, un rapporto aria/combustibile idoneo ad una veloce accensione del combustibile, rapporto che tipicamente, ma non obbligatoriamente, ? prossimo al rapporto stechiometrico che risulta rappresentare la condizione di pi? alta reattivit? ed infiammabilit?. When, in the compression phase, the piston ? in a position proximal to the top dead centre, ie in the second range of axial positions R2, a further second injection of fuel is performed, most of the fuel ? injected into the second combustion volume C, while the dispersion of fuel in the first combustion volume T ? much lower. There? it is particularly advantageous because, in this phase characterized by high pressures of the charge in the cylinder, the fact of being able to inject fuel mainly in the second combustion volume, easily allows to reach, in it, an air/fuel ratio suitable for a quick ignition of the combustible, report that typically, but not necessarily, ? close to the stoichiometric ratio which appears to represent the condition of pi? high reactivity and flammability.

Questo significa che, diversamente dai motori ad accensione per compressione noti, la combustione inizia nella parte centrale per diffondersi successivamente alla periferia dell?intero volume di combustione. This means that, unlike known compression ignition engines, combustion begins in the central part and then spreads to the periphery of the entire combustion volume.

Il limite che separa gli intervalli di posizioni assiali R1 ed R2 dipende dal raggio della parete anulare che separa il primo volume T dal secondo volume C di combustione: maggiore ? il raggio e maggiore ? l?intervallo R2 in cui il combustibile ? iniettato prevalentemente nel secondo volume di combustione C. The limit that separates the intervals of axial positions R1 and R2 depends on the radius of the annular wall that separates the first volume T from the second volume C of combustion: greater ? is the radius greater? the R2 interval in which the fuel ? predominantly injected into the second combustion volume C.

Il limite che separa gli intervalli di posizioni assiali R1 ed R2 dipende anche dall?apertura del cono di eiezione che l?iniettore N definisce con le relative aperture di eiezione. The limit that separates the intervals of axial positions R1 and R2 also depends on the opening of the ejection cone which the injector N defines with the relative ejection openings.

Pertanto, minore ? l?apertura del cono di eiezione, cio? dell?angolo al vertice del cono rispetto al proprio asse di rotazione, e maggiore ? il secondo intervallo di posizioni assiali R2 in cui si colpisce prevalentemente il secondo volume di combustione C. Therefore, minor ? the opening of the ejection cone, the cio? of the vertex angle of the cone with respect to its axis of rotation, and greater? the second range of axial positions R2 in which the second combustion volume C is predominantly affected.

Secondo una strategia preferita di funzionamento del motore E a combustione interna sopra descritto, viene realizzata almeno una ulteriore prima iniezione di combustibile quando il pistone ? nel primo intervallo R1 di posizioni assiali ed almeno una ulteriore seconda iniezione di combustibile quando il pistone ? nel secondo intervallo R2 di posizioni assiali. According to a preferred operating strategy of the internal combustion engine E described above, at least one further first fuel injection is performed when the piston ? in the first interval R1 of axial positions and at least one further second injection of fuel when the piston ? in the second range R2 of axial positions.

Preferibilmente, la prima iniezione di combustibile viene effettuata nella fase di compressione ed ? essenzialmente magra e ha lo scopo di disperdere combustibile nel primo volume di combustione. Per iniezione magra si intende che il lambda ? maggiore di 2, in assenza di EGR. Se si ricircolano gas esausti (EGR) allora si pu? ridurre il lambda proporzionalmente. Preferably, the first injection of fuel is carried out in the compression phase and is essentially lean and has the purpose of dispersing fuel in the first combustion volume. For lean injection we mean that the lambda ? greater than 2, in the absence of EGR. If exhausted gas recirculation (EGR) then you can? reduce the lambda proportionally.

La ulteriore seconda iniezione di combustibile nel secondo intervallo di posizioni del pistone, come anticipato sopra, ha lo scopo di raggiungere un rapporto locale aria/combustibile relativamente pi? ricco e preferibilmente circa stechiometrico nel secondo volume di combustione. The additional second injection of fuel into the second range of piston positions, as anticipated above, is intended to achieve a relatively lower local air/fuel ratio. rich and preferably about stoichiometric in the second combustion volume.

Per fase di compressione, come noto, si intende che il moto del pistone dal punto morto inferiore al punto morto superiore mentre almeno per una porzione della corsa del pistone le valvole di aspirazione e scarico sono circa chiuse. By compression stroke, as is known, it is meant that the motion of the piston from bottom dead center to top dead center while at least for a portion of the piston stroke the intake and exhaust valves are approximately closed.

Evidentemente, ciascuna delle pre-iniezione, ulteriore prima e seconda iniezione di combustibile possono essere sotto-frazionate secondo le tecniche di frazionamento note come iniezioni multiple. Obviously, each of the pre-injections, further first and second injections of fuel can be sub-fractionated according to fractionation techniques known as multiple injections.

La carica totale per ciclo ? rappresentato pertanto dalla somma del combustibile iniettato nella pre-iniezione di combustibile, nella ulteriore prima, seconda iniezione e qualunque ulteriore iniezione di combustibile. The total charge per cycle ? therefore represented by the sum of the fuel injected in the pre-fuel injection, in the further first injection, second injection and any further fuel injection.

Anche la pre-iniezione pu? essere frazionata per ottenere una distribuzione ottimale in tutta la camera di combustione eseguendo frazioni di iniezioni nel ciclo di aspirazione in modo da colpire anche la prima camera di combustione T. Even the pre-injection pu? be fractionated to obtain an optimal distribution throughout the combustion chamber by carrying out fractional injections in the intake cycle so as to also hit the first combustion chamber T.

Preferibilmente, una ulteriore terza iniezione di combustibile nel primo volume ? realizzata nella fase di espansione, vale a dire quando il pistone si muove verso il punto morto inferiore in modo da raggiungere un preordinato rapporto aria/combustibile globale. Preferably, a further third injection of fuel in the first volume is achieved in the expansion phase, i.e. when the piston moves towards the bottom dead center in order to reach a preordained global air/fuel ratio.

Preferibilmente, il secondo volume di combustione C ? ricavato in una camera rivestita di opportuno materiale a bassa conduttivit? termica, quale ad esempio un pistone in allumino con rivestimento della camera centrale in acciaio oppure uno strato di ossido ottenuto per anodizzazione dell?alluminio. Preferably, the second combustion volume C ? obtained in a chamber lined with a suitable material with low conductivity? thermal, such as for example an aluminum piston with steel central chamber coating or an oxide layer obtained by anodizing aluminum.

Vantaggiosamente, la bassa trasmissione del calore verso l?esterno limita considerevolmente le perdite di calore verso l?esterno che sono nocive per il rendimento. Advantageously, the low heat transmission towards the outside considerably limits the heat losses towards the outside which are harmful to the efficiency.

Secondo quanto descritto, il secondo volume di combustione, essendo concentrato nel centro del pistone ha forma compatta oltre che simmetrica rotazionalmente rispetto all?asse di simmetria rotazionale X. Ci? comporta una naturale riduzione della dispersione di calore verso l?esterno. According to what has been described, the second combustion volume, being concentrated in the center of the piston, has a compact shape as well as rotationally symmetrical with respect to the X rotational symmetry axis. involves a natural reduction of heat dispersion towards the outside.

Preferibilmente, aperture di ammissione (non mostrate) sono disposte per introdurre aria fresca mediante uno swirl con asse coincidente con quello del cilindro. Preferably, inlets (not shown) are arranged to introduce fresh air by means of a swirl with an axis coinciding with that of the cylinder.

Il controllo dell?iniettore ? realizzato mediante una unit? di elaborazione (non mostrata) in s? nota. Questa ? collegata operativamente a diversi sensori tra cui almeno uno tra The control of the injector ? made through a unit? of processing (not shown) in itself? Note. This ? operationally connected to several sensors including at least one among

- un sensore di giri motore, generalmente la ruota fonica, operativamente collegata con l?albero motore(non mostrato), - an engine speed sensor, generally the phonic wheel, operatively connected to the crankshaft (not shown),

- uno o pi? sensori di fase, atto a dare informazioni sulla effettiva posizione angolare dell?albero motore, - un sensore di knock, o di pressione cilindro, atto a dare una informazione circa l?istante in cui ha inizio una combustione, - one or more phase sensors, able to give information on the effective angular position of the crankshaft, - a knock sensor, or cylinder pressure, able to give information about the instant in which combustion starts,

- Sensori di temperatura aria aspirata e gas di scarico, acqua e temperatura EGR ove presente, - Intake air and exhaust gas temperature sensors, water and EGR temperature where present,

- Sensori di pressione della carica aspirata e/o dello scarico. - Intake and/or exhaust pressure sensors.

E?evidente al tecnico del ramo che questi sensori possono essere in parte sostituiti da modelli di calcolo software atti a stimare le informazioni che tali sensori normalmente leggono in tempo reale. It is clear to those skilled in the art that these sensors can be partially replaced by software calculation models suitable for estimating the information that these sensors normally read in real time.

Dunque, secondo la variante in cui vengono realizzate la ulteriore prima, seconda e terza iniezione, si realizza la ulteriore prima iniezione molto magra, per disperdere combustibile nel primo volume di combustione, cio? in periferia della camera di combustione; la ulteriore seconda iniezione per realizzare un innesco centrale in corrispondenza del secondo volume di combustione, mentre la ulteriore terza iniezione, realizzata dopo l?innesco della carica nel secondo volume di combustione, ha lo scopo di innescare anche la miscela dispersa nel primo volume di combustione per il fatto che il combustibile iniettato attraversa il fronte di fiamma, realizzando una pluralit? di inneschi diretti verso il primo volume di combustione. Secondo una ulteriore variante preferita dell?invenzione, viene eseguita una ulteriore pre-iniezione in fase di aspirazione per ottenere una dispersione ottimale di combustibile in tutta la camera di combustione. Anche questa iniezione di combustibile contribuisce al computo totale di rapporto ara/combustibile e pu? essere soggetta a frazionamenti. Therefore, according to the variant in which the further first, second and third injections are carried out, the further first very lean injection is carried out, to disperse fuel in the first combustion volume, i.e. on the periphery of the combustion chamber; the further second injection to create a central ignition in correspondence with the second combustion volume, while the further third injection, carried out after the ignition of the charge in the second combustion volume, has the purpose of also igniting the mixture dispersed in the first combustion volume for the fact that the injected fuel crosses the flame front, realizing a plurality? of primers directed towards the first combustion volume. According to a further preferred variant of the invention, a further pre-injection is performed in the intake phase to obtain optimal fuel dispersion throughout the combustion chamber. This fuel injection also contributes to the total air/fuel ratio computation and can? be subject to splits.

La presente invenzione pu? essere vantaggiosamente realizzata tramite un programma per computer che comprende mezzi di codifica per la realizzazione di uno o pi? passi del metodo, quando questo programma ? eseguito su di un computer. Pertanto si intende che l?ambito di protezione si estende a detto programma per computer ed inoltre a mezzi leggibili da computer che comprendono un messaggio registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma per la realizzazione di uno o pi? passi del metodo, quando detto programma ? eseguito su di un computer. The present invention can be advantageously realized through a computer program which includes coding means for the realization of one or more? steps of the method, when this program ? performed on a computer. Therefore it is intended that the scope of protection extends to said computer program and further to computer-readable means which comprise a recorded message, said computer-readable means comprising program coding means for the realization of one or more steps of the method, when said program ? performed on a computer.

Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall?ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo, al contenuto delle rivendicazioni. Variants of the non-limiting example described are possible, without however departing from the scope of protection of the present invention, including all the equivalent embodiments for a person skilled in the art, to the contents of the claims.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo ? in grado di realizzare l?oggetto dell?invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi. From the description given above, the technician of the branch ? capable of realizing the object of the invention without introducing further construction details.

Claims (18)

RIVENDICAZIONI 1. Motore (E) a combustione interna ad accensione per compressione ed iniezione diretta di combustibile comprendente un cilindro a cui ? destinato ad accoppiarsi in modo scorrevole un pistone (P) definente una camera di combustione (T), ed in cui nella testa ? disposto un iniettore (N) con relative aperture di eiezione per l?iniezione di combustibile nel cilindro e mezzi di elaborazioni configurati per controllare l?iniezione di combustibile e per realizzare una pre-iniezione di combustibile tra la conclusione della fase di scarico e l?inizio di una conseguente fase di aspirazione.1. Internal combustion engine (E) with compression ignition and direct fuel injection comprising a cylinder to which ? intended to couple in a sliding way a piston (P) defining a combustion chamber (T), and in which in the head ? an injector (N) is arranged with relative ejection openings for fuel injection into the cylinder and processing means configured to control fuel injection and to carry out a fuel pre-injection between the end of the exhaust phase and the beginning of a consequent aspiration phase. 2. Motore secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di elaborazione sono ulteriormente configurati per comandare una ulteriore prima iniezione di combustibile, preferibilmente magra, nella fase di compressione, cio? prima che il pistone raggiunge il punto morto superiore, in modo da disperdere combustibile nella periferia della camera di combustione.2. Engine according to claim 1, wherein said processing means are further configured to control a further first injection of fuel, preferably lean, in the compression phase, ie. before the piston reaches TDC, so as to disperse fuel into the periphery of the combustion chamber. 3. Motore secondo la rivendicazione 1, in cui detta ulteriore prima iniezione ? eseguita in un intervallo di posizioni del pistone prossime al punto morto superiore, tale per cui getti di combustibile generati dall?iniettore colpiscono esclusivamente il pistone.3. Engine according to claim 1, wherein said further first injection is performed in a range of piston positions close to top dead centre, such that jets of fuel generated by the injector strike the piston exclusively. 4. Motore secondo la rivendicazione 3, in cui detti mezzi di elaborazione sono ulteriormente configurati per comandare una ulteriore seconda iniezione di combustibile quando il pistone ? prossimo al punto morto superiore per ottenere un rapporto aria/combustibile locale prossimo al rapporto stechiometrico.4. An engine according to claim 3 wherein said processing means is further configured to control a further second injection of fuel when the piston is ? close to top dead center to obtain a local air/fuel ratio close to the stoichiometric ratio. 5. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 - 4, in cui detti mezzi di elaborazione sono ulteriormente configurati per comandare una ulteriore preiniezione di combustibile in fase di aspirazione in modo da disperdere combustibile anche nella periferia della camera di combustione.5. Engine according to any one of the preceding claims 1 - 4, wherein said processing means are further configured to control a further pre-injection of fuel in the intake phase so as to disperse fuel also in the periphery of the combustion chamber. 6. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 ? 5, in cui detti mezzi di elaborazione sono ulteriormente configurati per comandare una ulteriore terza iniezione di combustibile durante la fase di espansione per favorire la diffusione del fronte di combustione alla periferia della camera di combustibile, in modo da raggiungere un preordinato rapporto aria/combustibile globale.6. Engine according to any one of the preceding claims 1? 5, wherein said processing means are further configured to control a further third injection of fuel during the expansion phase to favor diffusion of the combustion front to the periphery of the fuel chamber, so as to reach a predetermined global air/fuel ratio . 7. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 ? 6, in cui nel pistone ? ricavato un primo volume di combustione (T) circa toroidale, anulare rispetto ad una porzione centrale (CP) di elevazione, in cui nella porzione centrale (CP) di elevazione ? definito un secondo volume di combustione (C) avente un?apertura rivolta verso l?iniettore (N), l?iniettore avendo relative aperture di eiezione di combustibile disposte in modo che in un primo intervallo (R1) di posizioni assiali del pistone, il combustibile ? iniettato prevalentemente nel primo volume (T) di combustione ed in un secondo intervallo (R2) di posizioni assiali del pistone il combustibile ? iniettato prevalentemente nel secondo volume (C) di combustione.7. Engine according to any one of the preceding claims 1? 6, where in the piston ? obtained a first combustion volume (T) approximately toroidal, annular with respect to a central portion (CP) of elevation, in which in the central portion (CP) of elevation ? defined a second combustion volume (C) having an opening facing the injector (N), the injector having relative fuel ejection openings arranged so that in a first interval (R1) of axial positions of the piston, the combustible ? injected mainly in the first volume (T) of combustion and in a second interval (R2) of axial positions of the piston, the fuel ? mainly injected into the second combustion volume (C). 8. Motore secondo la rivendicazione 7, in cui detta preiniezione e/o detta ulteriore seconda iniezione di combustibile ? realizzata per colpire essenzialmente il secondo volume di combustione.8. Engine according to claim 7, wherein said pre-injection and/or said further second fuel injection is designed to target essentially the second combustion volume. 9. Motore secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui detta ulteriore pre-iniezione e/o detta ulteriore prima e/o detta ulteriore terza iniezione di combustibile ? realizzata per colpire essenzialmente il secondo volume di combustione. 9. Engine according to claim 7 or 8, wherein said further pre-injection and/or said further first and/or said further third fuel injection ? designed to target essentially the second combustion volume. 10. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui un rapporto aria/combustibile globale risulta magro.10. Engine according to any one of the preceding claims, wherein an overall air/fuel ratio is lean. 11. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detta testa del motore comprende aperture di ammissione disposte per introdurre aria fresca mediante uno swirl con asse coincidente con l'asse (X) del pistone (P).11. Engine according to any one of the preceding claims, wherein said engine head comprises inlet openings arranged to introduce fresh air by means of a swirl with axis coinciding with the axis (X) of the piston (P). 12. Motore a combustione interna secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la porzione centrale (CP) di elevazione ha forma circa tronco conica. 12. Internal combustion engine according to any one of the preceding claims, wherein the central elevation portion (CP) has an approximately frusto-conical shape. 13. Metodo di controllo di un iniettore (N) per l?iniezione di combustibile nella camera di combustione (T, C) di un motore a combustione interna secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 ? 10, il metodo comprendendo un primo passo di eseguire una pre-iniezione di combustibile quando il pistone ? in posizione prossimale al punto morto superiore, tra consecutive fase di scarico e conseguente fase di aspirazione, in modo da ottimizzare la miscelazione del combustibile nel comburente.13. Control method of an injector (N) for injecting fuel into the combustion chamber (T, C) of an internal combustion engine according to any one of the preceding claims 1? 10 , the method comprising a first step of performing a pre-injection of fuel when the piston is in a position proximal to the top dead center, between consecutive exhaust phases and consequent intake phases, in order to optimize the mixing of the fuel in the combustion agent. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, ulteriormente comprendenteThe method according to claim 13, further comprising + un secondo passo di eseguire una ulteriore prima iniezione di combustibile, magra, di combustione durante la fase di compressione, mentre il pistone ? in posizione intermedia tra il punto morto inferiore e superiore ed un terzo passo, immediatamente successivo al secondo, di eseguire una ulteriore seconda iniezione di combustibile quando il pistone ? prossimo al punto morto superiore, in fase di compressione, in modo da ottenere un rapporto locale aria/combustibile circa stechiometrico.+ a second step to perform a further first injection of fuel, lean, combustion during the compression phase, while the piston ? in an intermediate position between the bottom dead center and top and a third step, immediately following the second, to perform a further second injection of fuel when the piston ? close to top dead centre, in the compression phase, in order to obtain an approximately stoichiometric local air/fuel ratio. 15. Metodo secondo la rivendicazione 14, ulteriormente comprendente un quarto passo, immediatamente successivo al terzo passo di eseguire una ulteriore terza iniezione di combustibile durante la fase di espansione, in modo da ottenere un predeterminato rapporto totale di aria/combustibile.The method according to claim 14, further comprising a fourth step, immediately following the third step of performing a further third fuel injection during the expansion phase, so as to obtain a predetermined total air/fuel ratio. 16. Metodo secondo una delle rivendicazioni 13 o 15, comprendente un ulteriore passo di eseguire una ulteriore pre-iniezione di combustibile durante la fase di aspirazione, quando il pistone ? in posizione intermedia tra punto morto superiore ed inferiore, in modo da ottimizzare la miscelazione del combustibile.16. A method according to one of claims 13 or 15, comprising a further step of carrying out a further pre-injection of fuel during the intake stroke, when the piston is ? in an intermediate position between top and bottom dead centre, in order to optimize fuel mixing. 17. Programma di computer che comprende mezzi di codifica di programma atti a realizzare tutti passi di una qualunque delle rivendicazioni da 13 a 16, quando detto programma ? fatto girare su di un computer.17. A computer program comprising program coding means adapted to implement all steps of any one of claims 13 to 16, when said program is run on a computer. 18. Mezzi leggibili da computer comprendenti un programma registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma atti a realizzare tutti passi di una qualunque delle rivendicazioni da 13 a 16, quando detto programma ? fatto girare su di un computer. 18. A computer readable means comprising a recorded program, said computer readable means comprising a program coding means adapted to implement all steps of any one of claims 13 to 16, when said program ? run on a computer.
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