RU2459964C2 - Reduction device of hazardous emissions of internal combustion engine of transport vehicle - Google Patents

Reduction device of hazardous emissions of internal combustion engine of transport vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2459964C2
RU2459964C2 RU2010121961/06A RU2010121961A RU2459964C2 RU 2459964 C2 RU2459964 C2 RU 2459964C2 RU 2010121961/06 A RU2010121961/06 A RU 2010121961/06A RU 2010121961 A RU2010121961 A RU 2010121961A RU 2459964 C2 RU2459964 C2 RU 2459964C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
recess
flame
combustion chamber
interaction
Prior art date
Application number
RU2010121961/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010121961A (en
Inventor
Ян ЭЙСМАРК (SE)
Ян ЭЙСМАРК
Михаэль БАЛЬТАСАР (SE)
Михаэль БАЛЬТАСАР
Original Assignee
Вольво Ластвагнар Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вольво Ластвагнар Аб filed Critical Вольво Ластвагнар Аб
Priority to RU2010121961/06A priority Critical patent/RU2459964C2/en
Publication of RU2010121961A publication Critical patent/RU2010121961A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2459964C2 publication Critical patent/RU2459964C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: combustion chamber (7) of engine (1) in which there is piston (3) and atomiser (13) with the holes intended to inject the jets of atomised fuel/flame, which bump against external part of cavity at the piston bottom during larger part of the injection process. Between zones of interaction of atomised fuel/flame jets in plane perpendicular to direction of back-and-forth movement of the piston there located are projections of the first type, which protrude into combustion chamber (7) and have smooth shape in order to preserve kinetic energy of flame jets and in order to change the direction of circular movement of flame jets so that they can be mainly directed towards central axis of piston (3) with minimum influence of flame jets. In interaction zones there located are projections of the second type, which are meant for changing the direction of flame jets moving to interaction zone so that they can perform circular movement in the plane which is essentially perpendicular to direction of back-and-forth movement of piston, and with minimum interaction of flame jets with piston wall and with minimum loss of kinetic energy.
EFFECT: reduction of level of soot particles emissions.
7 cl, 16 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение в целом относится к устройствам управления процессом сгорания смеси в двигателе внутреннего сгорания. Более конкретно, изобретение относится к устройствам, предназначенным, прежде всего, для уменьшения выбросов сажи, но также и для снижения уровней монооксида углерода и углеводородов, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания, в котором смесь топлива с газом в цилиндрах воспламеняется за счет тепла, выделяющегося при сжатии смеси.The present invention generally relates to control devices for the combustion process of a mixture in an internal combustion engine. More specifically, the invention relates to devices designed primarily to reduce soot emissions, but also to reduce the levels of carbon monoxide and hydrocarbons emitted by an internal combustion engine, in which a mixture of fuel and gas in the cylinders is ignited by heat generated by compression mixtures.

Уровень техникиState of the art

Частицы сажи представляют собой продукт, который может формироваться в процессе сгорания и затем окисляться с образованием диоксида углерода (СО2). Количество частиц сажи, измеренное в отработавших газах, определяется как разность между образовавшейся и окисленной сажей. Процесс очень сложен. Если обогащенная смесь или плохо перемешанная смесь топлива с воздухом сгорает при высокой температуре, то образуется много сажи. Если образовавшиеся частицы сажи смешиваются с окислителями, такими как атомы кислорода (О), молекулами кислорода (O2) или гидроксидами (ОН) при достаточно высокой температуре, то большая часть частиц сажи может окислиться. Для дизельного двигателя считается, что процесс окисления примерно одинакового порядка с образованием сажи, то есть чистое количество сажи представляет собой разность между количествами образовавшейся и окислившейся сажи. Поэтому на уровень выбросов сажи можно влиять, во-первых, снижением количества образующейся сажи и, во-вторых, увеличением окисления сажи. Уровни выбросов оксида углерода (СО) и углеводородов (НС) в дизельных двигателях обычно очень низки. Однако содержание сажи может повышаться, если несгоревшее топливо оказывается в сравнительно холодных зонах. Такими зонами являются, в частности, зоны с интенсивным охлаждением, находящиеся возле стенки цилиндра. К таким зонам относятся также полости между поршнем и гильзой цилиндра.Soot particles are a product that can be formed during combustion and then oxidized to form carbon dioxide (CO 2 ). The amount of soot particles measured in the exhaust gas is determined as the difference between the resulting and oxidized soot. The process is very complicated. If an enriched mixture or a poorly mixed mixture of fuel and air burns out at high temperature, a lot of soot will form. If the soot particles formed are mixed with oxidizing agents such as oxygen atoms (O), oxygen molecules (O 2 ) or hydroxides (OH) at a sufficiently high temperature, then most of the soot particles can oxidize. For a diesel engine, it is believed that the oxidation process is of approximately the same order with the formation of soot, i.e. a net amount of soot is the difference between the amounts of soot formed and oxidized. Therefore, the level of soot emissions can be influenced, firstly, by reducing the amount of soot formed and, secondly, by increasing the oxidation of soot. Emissions of carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) in diesel engines are usually very low. However, the soot content may increase if unburned fuel is in relatively cold areas. Such zones are, in particular, zones with intensive cooling, located near the cylinder wall. Such zones also include cavities between the piston and the cylinder liner.

Оксиды азота (NOx) образуются из азота, содержащегося в воздухе, в тепловом процессе, который очень сильно зависит от температуры, а также от размеров нагретого объема и продолжительности процесса.Nitrogen oxides (NO x ) are formed from nitrogen contained in air in a thermal process that is very dependent on temperature, as well as on the size of the heated volume and the duration of the process.

Процесс сгорания, в котором топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр и воспламеняется в нем под действием повышенной температуры и высокого давления, обычно называется процессом Дизеля. Когда в цилиндре воспламеняется топливо, газообразные продукты сгорания, образующиеся в цилиндре, подвергаются турбулентному перемешиванию с горящим топливом, так что формируется диффузионное пламя, характеристики которого определяются смесью. При сгорании в цилиндре смеси топлива и газа выделяется тепло, под действием которого газ в цилиндре расширяется, в результате чего происходит движение поршня. В зависимости от различных параметров, таких как давление впрыскивания топлива, количество отработавших газов, возвращенных в цилиндр, время впрыскивания топлива и преобладающий характер турбулентности в цилиндре, могут быть получены различные значения КПД и уровни вредных выбросов двигателя.The combustion process, in which fuel is injected directly into the cylinder and ignites in it under the influence of elevated temperature and high pressure, is usually called the Diesel process. When fuel is ignited in the cylinder, the gaseous products of combustion generated in the cylinder undergo turbulent mixing with the burning fuel, so that a diffusion flame is formed, the characteristics of which are determined by the mixture. When a mixture of fuel and gas is burned in the cylinder, heat is released, under the influence of which the gas expands in the cylinder, as a result of which the piston moves. Depending on various parameters, such as the fuel injection pressure, the amount of exhaust gas returned to the cylinder, the fuel injection time and the prevailing nature of turbulence in the cylinder, various efficiency values and levels of harmful engine emissions can be obtained.

Ниже описываются два примера известных технических решений, в которых предпринимаются попытки снизить уровни выбросов сажи и NOx путем управления пламенем и ослабить обратно пропорциональную зависимость между уровнями выбросов сажи и оксидов азота, которая типична для дизельных двигателей и которую трудно изменить. Большинство способов, снижающих выбросы сажи, увеличивают выбросы оксидов азота.Two examples of known technical solutions are described below, in which attempts are made to reduce the levels of soot and NO x emissions by controlling the flame and to weaken the inverse proportion between the levels of soot and nitrogen oxides, which is typical for diesel engines and which is difficult to change. Most methods that reduce soot emissions increase nitrogen oxide emissions.

В документе ЕР 1216347 описано устройство управления процессом горения в двигателе внутреннего сгорания путем регулирования пламени с целью снизить уровни выбросов сажи и NOx. Топливо впрыскивается в камеру сгорания с достаточно высокой кинетической энергией (высокое давление впрыскивания), чтобы придать кинетическую энергию струе топлива для достижения высокой степени перемешивания топлива и газа в цилиндре в большей части внутреннего объема, в результате чего выбросы сажи поддерживаются ниже заданного уровня. Относительная часть отработавших газов, возвращаемых в цилиндр, выбирается таким образом, чтобы выбросы оксидов азота поддерживались ниже заданного уровня.EP 1216347 describes a combustion process control device in an internal combustion engine by controlling a flame in order to reduce soot and NO x emissions. Fuel is injected into the combustion chamber with a sufficiently high kinetic energy (high injection pressure) to give kinetic energy to the fuel jet to achieve a high degree of mixing of fuel and gas in the cylinder in most of the internal volume, as a result of which soot emissions are kept below a predetermined level. The relative part of the exhaust gases returned to the cylinder is selected so that the emissions of nitrogen oxides are maintained below a predetermined level.

В документе US 6732703 описывается устройство минимизации уровней выбросов NOx и частиц сажи. Это устройство обеспечивает такое впрыскивание топлива, при котором струя топлива ударяет в нижнюю поверхность цилиндра для охлаждения сгорающего топлива и, соответственно, снижения уровня выбросов NOx. Топливо впрыскивается под высоким давлением, и поршень имеет такую форму, чтобы поддерживать импульс распыляемой струи/пламени и смеси топлива и воздуха, чтобы происходило хорошее перемешивание имеющегося кислорода и сажи на поздней стадии процесса сгорания. Большая часть импульса теряется, когда распыляемая струя ударяется во внутреннюю часть углубления в дне поршня, и когда два пламени сталкиваются при развитии периферического пламени.No. 6,732,703 describes a device for minimizing emissions of NO x and soot particles. This device provides such an injection of fuel in which a fuel jet strikes the lower surface of the cylinder to cool the burning fuel and, accordingly, reduce NO x emissions. Fuel is injected at high pressure and the piston is shaped to maintain the momentum of the spray jet / flame and the mixture of fuel and air so that there is good mixing of the oxygen and soot present in the late stage of the combustion process. Most of the momentum is lost when the spray jet hits the inside of the recess in the bottom of the piston, and when two flames collide with the development of a peripheral flame.

В документе US 5215052 описывается устройство получения улучшенной смеси топлива с воздухом и снижения потери потока расширяющегося пламени в периферийном направлении в объеме, в котором происходит сгорание смеси.No. 5,215,052 describes a device for producing an improved mixture of fuel with air and reducing the loss of expanding flame flow in the peripheral direction in the volume in which the mixture is combusted.

Это осуществляется путем использования поршня с неглубокой впадиной на его днище, в которой имеются выемки, формирующие волнистую поверхность относительно направления по окружности впадины поршня и, в основном, в плоскости, перпендикулярной возвратно-поступательному движению поршня. Все же большая часть импульса будет теряться, когда пламя распространяется в направлении по окружности, которое перпендикулярно возвратно-поступательному движению поршня. Это устройство не предназначено для повышения окисления сажи на поздней стадии сгорания смеси.This is accomplished by using a piston with a shallow depression on its bottom, in which there are recesses forming a wavy surface with respect to the direction around the circumference of the piston depression and mainly in a plane perpendicular to the reciprocating movement of the piston. Yet most of the momentum will be lost when the flame propagates in a circumferential direction that is perpendicular to the reciprocating motion of the piston. This device is not intended to increase the oxidation of soot in the late stage of combustion of the mixture.

В документе JP 59010733 описывается камера 8 сгорания с выступами 10 в верхней части и внутри углубления в днище поршня. Количество выступов равно количеству струй. Каждая струя топлива направляется на свой выступ для увеличения скорости потока распыляемого топлива вдоль круговой стенки углубления днища поршня, когда струя разбивается о выступ. Большая часть импульса теряется, особенно когда соседние струи пламени сталкиваются при круговом распространении пламени.JP 59010733 describes a combustion chamber 8 with protrusions 10 in the upper part and inside a recess in the piston crown. The number of protrusions is equal to the number of jets. Each jet of fuel is directed to its protrusion to increase the flow rate of the sprayed fuel along the circular wall of the recess of the piston bottom when the jet breaks against the protrusion. Most of the momentum is lost, especially when adjacent jets of flame collide in a circular flame propagation.

В связи с ожидаемым принятием законодательных норм, касающихся вредных выбросов двигателей внутреннего сгорания, существует потребность в дальнейшем снижении уровней выбросов сажи для соблюдения ожидаемых требований законодательства.In connection with the expected adoption of legislation on the harmful emissions of internal combustion engines, there is a need to further reduce soot emissions in order to comply with the expected legal requirements.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Соответственно одной из задач, лежащих в основе настоящего изобретении, является устранение недостатков существующих технических решений и создание двигателя внутреннего сгорания, содержащего камеру сгорания, выполненную для снижения уровня нежелательных выбросов частиц сажи до величины, соответствующей новым вводимым законодательным ограничениям. Таким образом, важной целью изобретения является сведение к минимуму количества выбрасываемой сажи путем стимуляции эффективной циркуляции струй пламени по замкнутому контуру и "экономии" энергии смешивания для заключительного этапа окисления сажи и несгоревшего топлива. Снижение уровня выбросов частиц сажи особенно важно для таких топлив, как дизельное топливо. При использовании изобретения также обеспечивается снижение уровней выбросов оксида углерода (СО) и углеводородов (НС). Снижение уровней выбросов СО и НС становится особенно важной задачей для таких топлив, как диметиловый эфир.Accordingly, one of the objectives underlying the present invention is to eliminate the disadvantages of existing technical solutions and to create an internal combustion engine containing a combustion chamber designed to reduce the level of undesirable emissions of soot particles to a value that meets the new legislative restrictions. Thus, an important objective of the invention is to minimize the amount of soot emitted by stimulating the effective circulation of flame jets in a closed circuit and "saving" mixing energy for the final stage of oxidation of soot and unburned fuel. Reducing soot particle emissions is especially important for fuels such as diesel. When using the invention also provides a reduction in emissions of carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC). Reducing CO and HC emissions is becoming an especially important task for fuels such as dimethyl ether.

Другой целью изобретения является создание двигателя, в котором форма, расположение и размеры различных элементов камеры сгорания обеспечивают взаимодействие распыленной струи/пламени с внешней частью поверхности углубления поршня для оптимизации сохранения кинетической энергии струй пламени, направленных в основном в плоскости, перпендикулярной возвратно-поступательному движению поршня.Another objective of the invention is to provide an engine in which the shape, location and dimensions of the various elements of the combustion chamber allow the atomized jet / flame to interact with the outer part of the piston recess surface to optimize the conservation of the kinetic energy of the flame jets directed mainly in a plane perpendicular to the reciprocating piston .

Еще одной целью настоящего изобретения является создание дизельного двигателя, способного работать с существенным снижением уровня выбросов частиц сажи по сравнению, например, с двигателем US02, и в то же время удовлетворяющего ограничениям в отношении механической конструкции для двигателей, выпускаемых в промышленных масштабах.Another objective of the present invention is to provide a diesel engine capable of operating with a significant reduction in soot particle emissions compared to, for example, the US02 engine, while at the same time satisfying the mechanical design limitations for engines manufactured on an industrial scale.

Более конкретной целью изобретения является создание двигателя, содержащего камеру сгорания, размеры и соотношение размеры частей которой обеспечивают окисление достаточного количества сажи в процессе сгорания для минимизации содержания частиц сажи, которые выбрасываются в систему выпуска отработавших газов. Эта цель может быть достигнута без увеличения содержания NOx.A more specific objective of the invention is to provide an engine comprising a combustion chamber, the sizes and proportions of the dimensions of which provide oxidation of a sufficient amount of soot in the combustion process to minimize the content of soot particles that are emitted into the exhaust system. This goal can be achieved without increasing the content of NO x .

В соответствии с изобретением вышеуказанные и другие более подробно изложенные цели могут быть достигнуты в предлагаемом двигателе с камерой сгорания, содержащем: корпус двигателя с цилиндром и головкой блока цилиндров, формирующей внутреннюю поверхность камеры сгорания и по меньшей мере один впускной канал; поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре двигателя между положениями нижней и верхней мертвых точек, причем поршень содержит днище поршня с верхней поверхностью, обращенной в сторону камеры сгорания, а также с углублением днища поршня, сформированным полостью, открывающейся наружу, которое содержит выступающую часть с дистальным концом и внутреннюю часть поверхности углубления, отходящую вниз под положительным углом относительно плоскости, перпендикулярной к оси возвратно-поступательного движения поршня, и углубление днища поршня дополнительно содержит расширяющуюся наружу внешнюю часть, поперечное сечение которой имеет вогнутую криволинейную форму; форсунку, установленную на корпусе двигателя рядом с выступающей частью углубления днища поршня для впрыскивания топлива в камеру сгорания под высоким давлением впрыскивания и содержащую отверстия, обеспечивающие формирование распыленных струй, которые затем становятся струями пламени, ударяющими в заданных зонах взаимодействия на внешней части углубления. Предложенное в изобретении техническое решение отличается тем, что указанные зоны взаимодействия существуют на внешней части углубления в течение по существу всего процесса впрыскивания, и тем, что примерно на половине расстояния между зонами взаимодействия на внешней части углубления и в плоскости, по существу перпендикулярной направлению указанного возвратно-поступательного движения, расположены выступы первого типа, отходящие внутрь камеры сгорания и имеющие сглаженную форму, которые предназначены для сохранения кинетической энергии струй пламени и для изменения направления их распространения по периферии, так чтобы струи пламени распространялись в основном к центральной оси поршня с минимальным взаимодействием между ними.In accordance with the invention, the above and other more detailed objectives can be achieved in the proposed engine with a combustion chamber, comprising: an engine housing with a cylinder and a cylinder head forming an inner surface of the combustion chamber and at least one inlet channel; a piston mounted with the possibility of reciprocating movement in the engine cylinder between the positions of the lower and upper dead points, the piston comprising a piston bottom with a top surface facing the combustion chamber, and also with a piston crown recess formed by a cavity opening outwardly which contains the protruding part with a distal end and the inner part of the surface of the recess, extending downward at a positive angle relative to the plane perpendicular to the axis of the reciprocating The motion of the piston, the piston head and the recess further comprises a flared outwardly an outer portion whose cross section has a concave curved shape; an injector mounted on the engine housing next to the protruding part of the piston crown recess for injecting fuel into the combustion chamber at a high injection pressure and containing openings for the formation of spray jets, which then become flame jets that strike in predetermined interaction zones on the outer part of the recess. The technical solution proposed in the invention is characterized in that the said interaction zones exist on the external part of the recess during essentially the entire injection process, and in that approximately half the distance between the interaction zones on the external part of the recess and in a plane essentially perpendicular to the direction indicated - translational motion, protrusions of the first type are located, extending into the combustion chamber and having a smoothed shape, which are designed to preserve the kinetic energy ergium of flame jets and for changing the direction of their distribution along the periphery, so that the flame jets propagate mainly to the central axis of the piston with minimal interaction between them.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения в указанной зоне взаимодействия расположены выступы второго типа. Эти выступы второго типа, которые предназначены для изменения направления распространения струй пламени, двигающихся к зоне взаимодействия таким образом, чтобы они распространялись по периферии в плоскости, по существу перпендикулярной направлению возвратно-поступательного движения поршня, и с минимальным взаимодействием струй пламени со стенкой поршня и с минимальной потерей кинетической энергии.In accordance with one embodiment of the invention, protrusions of the second type are located in said interaction zone. These protrusions are of the second type, which are designed to change the direction of propagation of the flame jets moving towards the interaction zone so that they propagate along the periphery in a plane essentially perpendicular to the direction of reciprocating motion of the piston, and with minimal interaction of the flame jets with the piston wall and with minimal loss of kinetic energy.

Еще в одном варианте выступы имеют форму продольных гребней, которые проходят только по внешней части углубления в плоскости, примерно параллельной возвратно-поступательному движению поршня. В другом варианте поперечное сечение верхней части гребня, перпендикулярное направлению гребня, формируется кривой линией, средний радиус которой составляет по меньшей мере 1/20 радиуса углубления днища поршня. В другом варианте осуществления изобретения выступы первого типа в большей степени входят в камеру сгорания по сравнению с выступами второго типа.In another embodiment, the protrusions are in the form of longitudinal ridges, which extend only along the outer part of the recess in a plane approximately parallel to the reciprocating motion of the piston. In another embodiment, the cross section of the upper part of the ridge, perpendicular to the direction of the ridge, is formed by a curved line, the average radius of which is at least 1/20 of the radius of the recess of the piston bottom. In another embodiment, the protrusions of the first type are more likely to enter the combustion chamber than the protrusions of the second type.

Предложенный в изобретении двигатель внутреннего сгорания может иметь первую точку взаимодействия в зоне взаимодействия в начале процесса впрыскивания и вторую точку взаимодействия в зоне взаимодействия в конце процесса впрыскивания. Указанный гребень может проходить по меньшей мере от первого положения, находящегося в первой плоскости, являющейся общей плоскостью для первой точки взаимодействия и первого положения, и до второго положения, находящегося во второй плоскости, являющейся общей плоскостью для второй точки взаимодействия и второго положения. Первая и вторая плоскости перпендикулярны направлению возвратно-поступательного движения поршня.The internal combustion engine proposed in the invention may have a first interaction point in the interaction zone at the beginning of the injection process and a second interaction point in the interaction zone at the end of the injection process. The specified ridge can extend from at least the first position located in the first plane, which is the common plane for the first interaction point and the first position, and to the second position, located in the second plane, which is the common plane for the second interaction point and the second position. The first and second planes are perpendicular to the direction of reciprocating motion of the piston.

В другом предпочтительном варианте центральная ось проходит так, чтобы она пересекала внешнюю часть углубления в течение всего процесса впрыскивания.In another preferred embodiment, the central axis extends so that it intersects the outer part of the recess during the entire injection process.

Еще в одном предпочтительном варианте впускной канал формируется в головке блока цилиндров таким образом, чтобы засасываемый воздух направлялся в процессе работы в камеру сгорания с малыми завихрениями или вообще без завихрений. Еще в одном предпочтительном варианте вихревое отношение для указанных завихрений находится в диапазоне от 0 до 0,7.In another preferred embodiment, the inlet channel is formed in the cylinder head so that the sucked air is directed during operation into the combustion chamber with little or no turbulence. In another preferred embodiment, the vortex ratio for these vortices is in the range from 0 to 0.7.

Еще в одном предпочтительном варианте геометрия поверхности внутренней части углубления относительно оси струи такова, что имеется достаточное пространство и расстояние между поверхностью внутренней части и осью струи, так что предотвращается нарушающий струю контакт между частью распыленной и еще не горящей струи возле рабочей головки форсунки и внутренней частью углубления.In another preferred embodiment, the geometry of the surface of the inner part of the recess relative to the axis of the jet is such that there is sufficient space and distance between the surface of the inner part and the axis of the jet, so that disruptive contact between the part of the sprayed and not yet burning jet near the nozzle head and the inner part is prevented. recesses.

Еще в одном предпочтительном варианте топливо впрыскивается таким образом, чтобы в камере сгорания обеспечивалось формирование его смеси с всасываемым воздухом, и чтобы происходило самовоспламенение смеси при ее сжатии поршнем.In another preferred embodiment, the fuel is injected in such a way that in the combustion chamber the formation of its mixture with the intake air is ensured, and that self-ignition of the mixture occurs when it is compressed by the piston.

Еще в одном предпочтительном варианте двигатель устроен таким образом, что в нем обеспечивается добавление определенной части рециркулируемых отработавших газов к всасываемому воздуху, причем эта часть выбирается таким образом, чтобы уровень выбросов оксидов азота, образующихся при сгорании, не превышал выбранной небольшой величины.In another preferred embodiment, the engine is arranged in such a way that it provides the addition of a certain part of the recirculated exhaust gas to the intake air, and this part is selected so that the level of emissions of nitrogen oxides generated by combustion does not exceed a selected small amount.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Настоящее изобретение будет рассмотрено ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых в качестве примеров иллюстрируются другие предпочтительные варианты осуществления изобретения и предшествующий уровень техники и на которых показано:The present invention will be discussed below in more detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate as examples other preferred embodiments of the invention and the prior art and which show:

на фиг.1 - схематический вид сечения поршня и цилиндра двигателя внутреннего сгорания в одном из вариантов осуществления изобретения;figure 1 is a schematic sectional view of a piston and cylinder of an internal combustion engine in one embodiment of the invention;

на фиг.2 - схематический вид правой половины поршня фиг.1 с углом отражения центральной геометрической оси распыляемой струи;figure 2 is a schematic view of the right half of the piston of figure 1 with the angle of reflection of the Central geometric axis of the sprayed jet;

на фиг.3а - схематический вид сверху поршня фиг.1 с потоками распыляемой струи и пламени по одному из вариантов осуществления изобретения;on figa is a schematic top view of the piston of figure 1 with the flows of the spray jet and flame according to one embodiment of the invention;

на фиг.3б - схематический вид другого варианта, отличающегося от варианта фиг.3а;on figb is a schematic view of another variant that is different from the variant of figa;

на фиг.4а - схематический вид сбоку потоков распыляемой струи и пламени для фиг.3а;on figa is a schematic side view of the flows of the spray jet and flame for figa;

на фиг.4б - схематический вид сбоку потоков распыляемой струи и пламени для фиг.3б;on figb is a schematic side view of the streams of the sprayed jet and flame for figb;

на фиг.5а-5и - схематические виды в перспективе поршня в соответствии с изобретением, на которых показаны девять различных последовательных состояний в процессе впрыскивания и сгорания топлива;on figa-5i are schematic perspective views of a piston in accordance with the invention, which shows nine different successive states in the process of injection and combustion of fuel;

на фиг.6 - вид в перспективе варианта, показанного на фиг.3а и 4а.in Fig.6 is a perspective view of the variant shown in Fig.3A and 4A.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Отличительные особенности физических характеристик камеры 7 сгорания в соответствии с настоящим изобретением иллюстрируются на фиг.1 и 2, на которых указаны различные физические характеристики или параметры, которые необходимы для достижения неочевидного снижения уровня вредных выбросов.Distinctive features of the physical characteristics of the combustion chamber 7 in accordance with the present invention are illustrated in FIGS. 1 and 2, which indicate various physical characteristics or parameters that are necessary to achieve an unobvious reduction in the level of harmful emissions.

На фиг.1 приведен схематический вид двигателя 1 внутреннего сгорания, работа которого осуществляется в соответствии с процессом Дизеля. Двигатель 1 содержит цилиндр 2 и поршень 3, который осуществляет возвратно-поступательное движение в цилиндре 2 и соединен с коленчатым валом 4, так что поршень 3 перемещается в цилиндре 2 между положениями верхней и нижней мертвых точек. Как обычно, один конец полости цилиндра закрыт головкой 14 блока цилиндров двигателя. На верхней поверхности 5 поршня 3 имеется углубление 6, которое формирует камеру 7 сгорания вместе с внутренней поверхностью 21 головки 14 блока цилиндров и стенками цилиндра 2. В головке 14 блока цилиндров имеется один или несколько впускных каналов 9. Соединение между соответствующим впускным каналом 9 и цилиндром 2 может открываться и закрываться впускным клапаном 10, расположенным в каждом впускном канале 9. В головке блока цилиндров также имеется один или несколько выпускных каналов 11. Соединение между соответствующим выпускным каналом 11 и цилиндром 2 может открываться и закрываться выпускным клапаном 12, расположенным в каждом выпускном канале 11. Открытие и закрытие клапанов 10 и 11 может осуществляться механическим кулачковым приводом, гидравлической приводной системой или любой другой системой привода, обеспечивающей высокую степень точности синхронизации работы клапанов с возвратно-поступательным движением поршня 3.Figure 1 shows a schematic view of an internal combustion engine 1, the operation of which is carried out in accordance with the Diesel process. The engine 1 comprises a cylinder 2 and a piston 3, which reciprocates in the cylinder 2 and is connected to the crankshaft 4, so that the piston 3 moves in the cylinder 2 between the positions of the upper and lower dead points. As usual, one end of the cylinder cavity is closed by the head 14 of the engine block. On the upper surface 5 of the piston 3 there is a recess 6, which forms a combustion chamber 7 together with the inner surface 21 of the cylinder head 14 and cylinder walls 2. In the cylinder head 14 there is one or more inlet channels 9. The connection between the corresponding inlet channel 9 and the cylinder 2 can be opened and closed by an inlet valve 10 located in each inlet channel 9. The cylinder head also has one or more outlet channels 11. The connection between the corresponding outlet channel 11 and the cylinder 2 can be opened and closed by the exhaust valve 12 located in each exhaust channel 11. The opening and closing of the valves 10 and 11 can be carried out by a mechanical cam drive, a hydraulic drive system or any other drive system that provides a high degree of accuracy of synchronizing the operation of the valves with reciprocating piston movement 3.

В головке 14 блока цилиндров располагается по меньшей мере одна топливная форсунка 13, через которую топливо впрыскивается в цилиндр 2 в форме распыленной струи, так что топливо смешивается с газом, сжатым в цилиндре 2, для формирования смеси топлива и газа, которая воспламеняется теплом сжатия, создаваемого в цилиндре 2. Загоревшаяся часть струи формирует пламя. В процессе впрыскивания часть распыленной струи, находящаяся ближе всего к форсунке и содержащая только что впрыснутое топливо, еще не загорается. Топливо впрыскивается предпочтительно под высоким давлением. Форсунка 13 содержит множество небольших отверстий (не показаны) в нижней части узла рабочей головки, через которые топливо под высоким давлением подается из полости рабочей головки в камеру 7 сгорания под очень высоким давлением, так что обеспечивается хорошее перемешивание топлива с сжатым воздухом, имеющим высокую температуру в камере 7 сгорания. Необходимо понимать, что может использоваться форсунка 13 любого типа, способная впрыскивать топливо под высоким давлением через множество мелких отверстий в камеру 7 сгорания, как это будет описано ниже. Кроме того, форсунка 13 может содержать плунжер с механическим приводом, расположенный в корпусе форсунки для создания высокого давления в такте сжатия узла плунжера. В другом варианте высокое давление в форсунке 13 может создаваться внешним источником высокого давления, таким как, например, насосная система, содержащая один или несколько насосов высокого давления, и/или аккумулятор высокого давления, и/или распределитель-дозатор топлива. Форсунка 13 может содержать клапан управления с электронным управлением, который обеспечивает подачу топлива под высоким давлением в узел клапана рабочей головки для его открытия, или управляет спуском топлива под высоким давлением из полости клапана рабочей головки для создания разности давлений на клапане, в результате чего он открывается и закрывается, формируя цикл впрыскивания топлива. Например, клапан форсунки может представлять собой обычный подпружиненный закрытый клапан, который открывается давлением топлива. Топливная форсунка 13 предпочтительно размещается по центру цилиндра в головке блока цилиндров, так чтобы геометрическая центральная ось форсунки совпадала с центральной геометрической осью 15 цилиндра, которая является также осью возвратно-поступательного движения поршня 3, как показано на фиг.3.At least one fuel nozzle 13 is located in the cylinder head 14, through which fuel is injected into the cylinder 2 in the form of a spray jet, so that the fuel is mixed with gas compressed in the cylinder 2 to form a mixture of fuel and gas, which is ignited by compression heat, created in the cylinder 2. The ignited part of the jet forms a flame. During the injection process, the part of the sprayed jet closest to the nozzle and containing the fuel just injected does not light up yet. The fuel is preferably injected at high pressure. The nozzle 13 contains many small holes (not shown) in the lower part of the working head assembly through which high pressure fuel is supplied from the working head cavity to the combustion chamber 7 under very high pressure, so that fuel is well mixed with high temperature compressed air in the combustion chamber 7. It should be understood that any type of nozzle 13 can be used, capable of injecting fuel under high pressure through a plurality of small openings into the combustion chamber 7, as will be described below. In addition, the nozzle 13 may include a plunger with a mechanical drive located in the body of the nozzle to create high pressure in the compression stroke of the plunger assembly. In another embodiment, high pressure in the nozzle 13 may be generated by an external high pressure source, such as, for example, a pump system comprising one or more high pressure pumps and / or a high pressure accumulator and / or a fuel dispenser-dispenser. The nozzle 13 may include an electronically controlled control valve that delivers high pressure fuel to the valve assembly of the working head to open it, or controls the release of high pressure fuel from the cavity of the working head valve to create a pressure difference across the valve, as a result of which it opens and closes, forming a fuel injection cycle. For example, the nozzle valve may be a conventional spring-loaded closed valve that opens with fuel pressure. The fuel nozzle 13 is preferably located in the center of the cylinder in the cylinder head so that the geometric central axis of the nozzle coincides with the central geometric axis 15 of the cylinder, which is also the reciprocating axis of the piston 3, as shown in FIG. 3.

Двигатель 1 внутреннего сгорания, схематически изображенный на фиг.1, работает по четырехтактной схеме. Двигатель 1 предпочтительно содержит несколько цилиндров 2, в каждом из которых находится поршень 3, соединенный с общим коленчатым валом 4 с помощью шатуна, в результате чего при вращении коленчатого вала 4 двигателя поршень может осуществлять возвратно-поступательное движение по прямолинейному пути внутри цилиндра 2.The internal combustion engine 1, schematically depicted in figure 1, operates on a four-stroke circuit. The engine 1 preferably contains several cylinders 2, each of which has a piston 3 connected to a common crankshaft 4 by means of a connecting rod, as a result of which, when the crankshaft 4 of the engine is rotated, the piston can reciprocate along a straight path inside cylinder 2.

На фиг.1 показано положение поршня 3, находящегося на угловом расстоянии примерно 45° перед верхней мертвой точкой (ВМТ). Положение ВМТ достигается, когда коленчатый вал перемещает поршень в положение, наиболее удаленное от оси вращения коленчатого вала. Обычно поршень перемещается из положения ВМТ в положение нижней мертвой точки (НМТ) в тактах впуска и расширения. Для целей настоящего описания указание "вверх" соответствует направлению от коленчатого вала двигателя, и указание "вниз" соответствует направлению в сторону коленчатого вала или положения нижней мертвой точки поршня.Figure 1 shows the position of the piston 3, located at an angular distance of approximately 45 ° in front of the top dead center (TDC). The TDC position is reached when the crankshaft moves the piston to the position farthest from the axis of rotation of the crankshaft. Typically, the piston moves from the TDC position to the bottom dead center (BDC) position in the intake and expansion strokes. For the purposes of the present description, the “up” indication corresponds to the direction from the engine crankshaft, and the “down” indication corresponds to the direction towards the crankshaft or the position of the piston bottom dead center.

В самом верхнем положении, ВМТ, поршень 3 только закончил движение вверх в такте сжатия, в котором заряд воздуха, вошедшего в камеру 7 сгорания из впускного канала 9, сжимается, в результате чего его температура повышается и превышает температуру воспламенения топлива двигателя. Это положение является положением 360°, в котором начинается такт расширения/сгорания полного четырехтактного цикла поршня 3, охватывающего 720°. Количество воздуха в заряде, вошедшем в камеру сгорания, может быть увеличено за счет увеличения давления во впускном трубопроводе двигателя. Это повышение давления может быть обеспечено, например, турбонагнетателем (не показан), приводимым турбиной, которая вращается отработавшими газами двигателя, или может иметь привод от коленчатого вала двигателя.In the highest position, TDC, the piston 3 has only finished its upward movement in a compression stroke in which the charge of the air entering the combustion chamber 7 from the inlet 9 is compressed, as a result of which its temperature rises and exceeds the ignition temperature of the engine fuel. This position is a 360 ° position at which the expansion / combustion cycle of the full four-stroke cycle of the piston 3 spanning 720 ° begins. The amount of air in the charge entering the combustion chamber can be increased by increasing the pressure in the intake manifold of the engine. This pressure increase can be provided, for example, by a turbocharger (not shown) driven by a turbine that rotates with engine exhaust, or can be driven by a crankshaft of the engine.

Предлагаемый в настоящем изобретении двигатель содержит компоненты и признаки камеры сгорания, имеющие такие размеры и формы и расположенные таким образом относительно друг друга, как это описано ниже, чтобы обеспечивалось снижение уровней содержания твердых частиц, чтобы они не превышали уровней, устанавливаемых новыми стандартами, и в то же время поддерживался приемлемый расход топлива. Изобретение направлено в первую очередь на снижение выбросов частиц сажи. Частицы сажи - это одна часть вышеуказанных твердых частиц.The engine proposed in the present invention contains components and features of a combustion chamber having such dimensions and shapes and arranged in such a way relative to each other as described below, so as to reduce the levels of particulate matter so that they do not exceed levels set by the new standards, and at the same time, acceptable fuel consumption was maintained. The invention is primarily aimed at reducing emissions of soot particles. Soot particles are one part of the above solid particles.

Предпочтительно общие размеры, форма и/или относительное расположение компонентов и признаков камеры сгорания таковы, что импульс струи топлива и пламени газа, сгорающего в цилиндре, сохраняется как можно дольше на пути от форсунки в направлении вниз в соответствии с формой внутренней части 19 углубления и внешней части 20 углубления и дальше вверх до столкновения с внутренней поверхностью 21 головки блока цилиндров, в результате чего обеспечивается достаточное окисление сажи на более поздней стадии процесса сгорания.Preferably, the overall dimensions, shape and / or relative arrangement of the components and features of the combustion chamber are such that the impulse of the fuel jet and the flame of the gas burning in the cylinder is retained as long as possible in the downward direction from the nozzle in accordance with the shape of the inner part 19 of the recess and the outer part 20 of the recess and further upward until it collides with the inner surface 21 of the cylinder head, which ensures sufficient soot oxidation at a later stage of the combustion process.

Кроме того, размеры, форма и/или относительное расположение компонентов и признаков камеры сгорания таковы, что достигается заданный баланс между вертикальной (в основном вверх) и тангенциальной (направленной в плане перпендикулярно оси 15) составляющей импульса распыленной струи топлива и пламени. Достижение такого баланса важно для получения очень низких уровней выбросов сажи. Параметры, управляющие этим балансом, выбираются таким образом, чтобы струя топлива/пламени после соударения с внешней частью 20 углубления была в основном направлена вверх в сторону внутренней поверхности 21 головки блока цилиндров для минимизации потери импульса.In addition, the dimensions, shape and / or relative arrangement of the components and features of the combustion chamber are such that a predetermined balance is achieved between the vertical (mainly upward) and tangential (directed perpendicular to the axis 15) component of the pulse of the sprayed fuel jet and flame. Achieving such a balance is important for obtaining very low soot emissions. The parameters controlling this balance are selected so that the fuel / flame stream after impact with the outer part 20 of the recess is mainly directed upward towards the inner surface 21 of the cylinder head to minimize impulse loss.

Предпочтительно вертикальная и тангенциальная составляющие импульса пламени формируют веерообразный рисунок (см. также фиг.5г, описанную ниже) сразу после столкновения с внешней частью 20 углубления, где примерно 1/3 импульса пламени направлена вверх, как указано Y на фиг.4, а остальная часть направлена в тангенциальном (горизонтальном) направлении, как указано ХR для частей пламени, отходящих направо, и указанных ХL для частей пламени, отходящих налево, как показано на фиг.3а и 3б. Настоящее изобретение направлено прежде всего на оптимизацию изменения направления горизонтальных составляющих пламени, то есть, когда пламя, двигающееся в направлении внешней части углубления, изменяет направление движения на тангенциальное, и дальнейшее изменение тангенциального движения на движение, направленное в сторону оси 15, что можно видеть на фиг.3а и 3б.Preferably, the vertical and tangential components of the flame pulse form a fan-shaped pattern (see also FIG. 5g, described below) immediately after collision with the outer part 20 of the recess, where approximately 1/3 of the flame pulse is directed upward, as indicated by Y in FIG. 4, and the rest the part is directed in a tangential (horizontal) direction, as indicated by X R for parts of the flame extending to the right, and indicated X L for parts of the flame extending to the left, as shown in FIGS. 3a and 3b. The present invention is primarily aimed at optimizing the change in the direction of the horizontal components of the flame, that is, when the flame moving in the direction of the outer part of the recess, changes the direction of motion to tangential, and further change the tangential movement to movement directed towards the axis 15, which can be seen on figa and 3b.

Размеры, форма и/или относительное расположение компонентов и признаков камеры сгорания, описанные ниже, обеспечивают формирование такой камеры сгорания, которая может формировать, направлять, управлять и создавать такую схему потоков впрыснутого топлива и большей части сгорающей смеси топлива с газом в цилиндре внутри камеры 7 сгорания как на начальных стадиях впрыскивания топлива, так и на стадии начала сгорания и расширения образующихся газов в такте рабочего хода поршня 3 и в конце процесса впрыскивания топлива, что обеспечивается существенное снижение уровней вредных выбросов, прежде всего сажи, но также и оксида углерода и углеводородов.The dimensions, shape and / or relative arrangement of the components and features of the combustion chamber described below provide the formation of such a combustion chamber that can form, direct, control and create such a flow pattern of injected fuel and most of the combustible mixture of fuel with gas in the cylinder inside the chamber 7 combustion both at the initial stages of fuel injection, and at the stage of the beginning of combustion and expansion of the generated gases at the stroke of the piston stroke 3 and at the end of the fuel injection process, which is ensured by Significant reduction in levels of harmful emissions, especially soot, but also carbon monoxide and hydrocarbons.

Более конкретно, речь идет, прежде всего, о верхней части поршня 3, называемой днищем 16 поршня. Днище 16 поршня содержит верхнюю поверхность 5, формирующую часть камеры 7 сгорания, и углубление 6 поршня, сформированное полостью, открытой вверх. Углубление 6 поршня содержит выступающую часть 17, которая предпочтительно располагается в центре углубления 6 или возле центра. Выступающая часть 17 содержит дистальный конец 18, который в предпочтительном варианте, показанном на фиг.1, располагается в центре углубления 6 поршня и отходит вдоль оси 15 возвратно-поступательного движения поршня 3. Выступающая часть 17 также содержит внутреннюю часть 19 поверхности углубления, отходящую от выступающей части 17 вниз под углом α к плоскости, перпендикулярной оси возвратно-поступательного движения поршня 3, как показано на фиг.1.More specifically, we are talking primarily about the upper part of the piston 3, called the piston bottom 16. The piston bottom 16 comprises an upper surface 5 forming a part of the combustion chamber 7, and a piston recess 6 formed by a cavity open upward. The piston recess 6 comprises a protruding portion 17, which is preferably located in the center of the recess 6 or near the center. The protruding part 17 comprises a distal end 18, which, in the preferred embodiment shown in FIG. 1, is located in the center of the piston recess 6 and extends along the axis 15 of the reciprocating movement of the piston 3. The protruding part 17 also contains an internal part 19 of the recess surface extending from the protruding part 17 downward at an angle α to a plane perpendicular to the axis of the reciprocating motion of the piston 3, as shown in Fig.1.

Углубление 6 поршня также содержит внешнюю часть 20 поверхности углубления, которая отходит раструбом вверх и имеет в целом в поперечном сечении вогнутую криволинейную форму. Внешняя часть 20 углубления эффективно формирует и направляет поток смеси топлива с воздухом или пламени внутри камеры сгорания, и особенно в направлении вверх (как лучше всего показано на фиг.4).The piston recess 6 also includes an external part 20 of the recess surface, which extends upwardly in a bell and has a generally concave curved shape in cross section. The outer part 20 of the recess effectively forms and directs the flow of the mixture of fuel with air or flame inside the combustion chamber, and especially in the upward direction (as best shown in figure 4).

На фиг.2 приведен схематический вид правой половины поршня фиг.1 с углом γ отражения центральной геометрической оси 30 распыляемой струи (ниже указывается как "ось струи") и углом β оси струи (ниже указывается как "угол струи"). Внешняя часть 20 углубления имеет определенный радиус R1 и определенное расположение центра CR1 окружности. D1 обозначает расстояние между дистальным концом 18 и точкой С пересечения нескольких осей струй, создаваемых форсункой 13. D2 указывает расстояние, на котором меняется направление движения струи от точки пересечения ее оси с внешней частью 20 при движении поршня 3 вниз. Положение начала и конца D2 зависит от продолжительности (количество впрыскиваемого топлива) и моментов начала и окончания впрыскивания. Начало впрыскивания находится на нижнем конце расстоянии D2, а конец впрыскивания находится на верхнем конце D2. R2 обозначает радиус на кромке или краю, соединяющем внешнюю часть 20 углубления с верхней поверхностью 5 поршня 3. Центр окружности радиуса R2 обозначен CR2. R3 обозначает радиус углубления поршня. Хотя общая форма камеры сгорания уже известна, она имеет некоторые особенности, и, что более важно, ниже указываются критические размеры и отношения размеров в соответствии с настоящим изобретением, которые в результате обеспечивают улучшение характеристик работы.FIG. 2 is a schematic view of the right half of the piston of FIG. 1 with a reflection angle γ of the central geometric axis 30 of the sprayed jet (hereinafter referred to as a “jet axis”) and an angle β of the jet axis (indicated below as a “jet angle”). The outer part 20 of the recess has a certain radius R 1 and a certain location of the center CR 1 of the circle. D 1 denotes the distance between the distal end 18 and the intersection point C of several axis of the jets created by the nozzle 13. D 2 indicates the distance at which the direction of the jet from the point of intersection of its axis with the outer part 20 changes when the piston 3 moves down. The position of the beginning and end of D 2 depends on the duration (amount of fuel injected) and the moments of the beginning and end of injection. The start of injection is at the lower end of the distance D 2 , and the end of injection is at the upper end of D 2 . R 2 denotes the radius at the edge or edge connecting the outer part 20 of the recess with the upper surface 5 of the piston 3. The center of the circle of radius R 2 is designated CR 2 . R 3 denotes the radius of the piston recess. Although the general shape of the combustion chamber is already known, it has some features, and, more importantly, the critical dimensions and dimension ratios in accordance with the present invention, which result in improved performance, are indicated below.

Значение угла отражения в процессе впрыскивания топлива, кроме момента и продолжительности впрыскивании, существенно зависит от выбора нескольких геометрических параметров, таких как D1, R1, β и радиус R3 углубления поршня.The value of the angle of reflection in the process of fuel injection, in addition to the moment and duration of injection, significantly depends on the choice of several geometric parameters, such as D 1 , R 1 , β and the radius R 3 of the piston recess.

В соответствии с настоящим изобретением и, как уже указывалось выше, на фиг.3а и 3б представлены два предпочтительных варианта осуществления изобретения, причем на фиг.3а показан вариант, в котором используется только первый тип выступов 40, равномерно распределенных по окружности внешней части углубления 6. Эти выступы первого типа располагаются примерно посередине между зонами 41 удара соседних струй пламени (на фиг.3а и 3б указывается двумя самыми большими стрелками).In accordance with the present invention and, as already mentioned above, FIGS. 3a and 3b show two preferred embodiments of the invention, FIG. 3a shows an embodiment in which only the first type of protrusions 40 are used uniformly distributed around the circumference of the outer part of the recess 6 These protrusions of the first type are located approximately in the middle between the zones 41 of the impact of the adjacent jets of flame (Figs. 3a and 3b are indicated by the two largest arrows).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения эти выступы первого типа имеют форму гребня, который отходит в вертикальном направлении, поэтому на фиг.3а и 3б выступы видны на поперечном сечении сверху. На этом поперечном сечении может формироваться горизонтальная линия (не показана) на фиг.2, которая пересекает зону удара струи, обозначенную D2 на фиг.2. Таким образом, эти выступы первого типа располагаются в той же горизонтальной плоскости, что и зоны удара различных струй пламени. Предпочтительно размер гребня выступа первого типа соответствует длине зоны удара струи. Таким образом, гребень выступа первого типа проходит по меньшей мере от первого положения, находящегося в первой горизонтальной плоскости, которая является общей для первой точки удара струи (нижняя точка расстояния D2) и этого первого положения, и до второго положения, находящегося во второй горизонтальной плоскости, которая является общей для второй точки удара струи (верхняя точка расстояния D2) и этого второго положения. Все указанные плоскости перпендикулярны направлению возвратно-поступательного движения поршня 3 или центральной геометрической оси 15 цилиндра.In a preferred embodiment of the invention, these protrusions of the first type have a ridge shape that extends in the vertical direction, therefore, in FIGS. 3a and 3b, the protrusions are visible in a cross section from above. In this cross section, a horizontal line (not shown) in FIG. 2 can be formed that intersects the jet impact zone indicated by D 2 in FIG. 2. Thus, these protrusions of the first type are located in the same horizontal plane as the impact zones of various jets of flame. Preferably, the size of the ridge of the protrusion of the first type corresponds to the length of the zone of impact of the jet. Thus, the ridge of the protrusion of the first type extends from at least the first position located in the first horizontal plane, which is common to the first point of impact of the jet (lower point of distance D 2 ) and this first position, and to the second position located in the second horizontal a plane that is common to the second point of impact of the jet (the highest point of distance D 2 ) and this second position. All of these planes are perpendicular to the direction of reciprocating movement of the piston 3 or the central geometric axis 15 of the cylinder.

Указанные выступы, которые показаны на поперечных сечениях фиг.3а и 3б, могут иметь разные формы. В одном из вариантов верхняя часть гребня может быть более заостренной (не показана). В другом варианте конец основания гребня может быть менее острым с более плавной переходной частью между гребнем и кольцевой формой внешней части углубления (не показано). Также возможно сочетание более острой вершины гребня и более плавной переходной части между гребнем и кольцевой формой внешней части углубления (не показано). Каждая половина ширины 43 основания гребня может быть увеличена, например, примерно до 1/3 общей ширины 42 сектора струи вдоль окружности внешней части углубления.These protrusions, which are shown in cross sections of FIGS. 3a and 3b, may have different shapes. In one embodiment, the top of the ridge may be more pointed (not shown). In another embodiment, the end of the base of the ridge may be less sharp with a smoother transition between the ridge and the annular shape of the outer part of the recess (not shown). A combination of a sharper crest apex and a smoother transitional part between the crest and the annular shape of the outer part of the recess (not shown) is also possible. Each half of the width 43 of the base of the ridge can be increased, for example, to about 1/3 of the total width 42 of the jet sector along the circumference of the outer part of the recess.

На фиг.3б показан вариант осуществления изобретения с выступом первого типа и выступом 50 второго типа. Выступ второго типа изменяет горизонтальное движение струи пламени, направленное в сторону внешней части углубления (зона удара струи), так что струя пламени будет направлена тангенциально по направлениям XR и XL.FIG. 3b shows an embodiment of the invention with a protrusion of the first type and a protrusion 50 of the second type. The protrusion of the second type changes the horizontal movement of the flame stream, directed towards the outer part of the recess (the zone of impact of the stream), so that the flame stream will be directed tangentially in the directions X R and X L.

В одном из вариантов осуществления изобретения на сечении, перпендикулярном гребням выступов первого или второго типа, раскрывается вершина гребня, имеющая криволинейную форму со средним радиусом закругления, который составляет по меньшей мере 1/20 радиуса R3 углубления поршня. Форма одного такого сечения может состоять из нескольких математических кривых.In one embodiment of the invention, at the cross section perpendicular to the ridges of the protrusions of the first or second type, the tip of the ridge is disclosed having a curved shape with an average radius of curvature that is at least 1/20 of the radius R 3 of the piston recess. The shape of one such section can consist of several mathematical curves.

В другом варианте осуществления изобретения выступы первого типа в большей степени входят в камеру 7 сгорания по сравнению с выступами второго типа. Также возможен и обратный вариант, или же выступы первого и второго типов могут иметь одинаковые размеры.In another embodiment, the protrusions of the first type are more likely to enter the combustion chamber 7 compared to the protrusions of the second type. The opposite is also possible, or the protrusions of the first and second types may have the same dimensions.

Вершина выступа первого или второго типов является частью, которая глубже всего входит в камеру 7 сгорания. В одном из вариантов осуществления изобретения вершина выступа первого типа расположена посередине между зоной удара струи и вдоль расстояния D2, если смотреть в вертикальном направлении. В другом варианте осуществления изобретения вершина выступа второго типа расположена в середине зоны удара струи и вдоль расстояния D2.The top of the protrusion of the first or second type is the part that is the deepest part of the combustion chamber 7. In one embodiment of the invention, the tip of the protrusion of the first type is located in the middle between the zone of impact of the jet and along the distance D 2 when viewed in the vertical direction. In another embodiment, the tip of the protrusion of the second type is located in the middle of the zone of impact of the jet and along the distance D 2 .

Также возможен вариант, в котором используются только выступы второго типа.It is also possible that only projections of the second type are used.

Как было указано, топливо должно впрыскиваться под высоким давлением впрыскивания. Давление впрыскивания может находиться в диапазоне от 300 бар до 4000 бар, и в другом варианте осуществления изобретения оно может быть в интервале от 1500 бар до 2500 бар. Давление впрыскивания является важным параметром, определяющим большую величину импульса потока распыленного топлива и пламени при его движении вдоль внутренней части поверхности углубления, вдоль внешней части поверхности углубления, при ударе потока во внутреннюю поверхность головки блока цилиндров и особенно при движении газа в цилиндре после окончания впрыскивания.As indicated, fuel must be injected at high injection pressure. The injection pressure may be in the range of 300 bar to 4000 bar, and in another embodiment, it may be in the range of 1500 bar to 2500 bar. Injection pressure is an important parameter that determines the large momentum of the flow of atomized fuel and flame during its movement along the inner part of the surface of the recess, along the outer part of the surface of the recess, when the flow hits the inner surface of the cylinder head and especially when the gas moves in the cylinder after injection is completed.

Другим параметром камеры сгорания, обеспечивающим снижение уровней вредных выбросов, является вихревое отношение потока воздуха, выходящего из впускных каналов 9. Вихревое отношение SR представляет собой отношение тангенциальной скорости воздуха, совершающего вращательное движение в камере 7 сгорания, к скорости работы двигателя. То есть вихревое отношение является мерой тангенциального движения воздуха, когда он поступает в цилиндр двигателя из впускных каналов 9 головки 14 блока цилиндров. Более точно, термин "вихревое отношение" относится к средней угловой скорости воздуха при закрытии впускного клапана, деленной на угловую скорость поршня в цилиндре. Например, если двигатель работает на скорости 1800 об/мин с головкой блока цилиндров, формирующей движение воздуха с вихревым отношением 2, то это означает, что воздух в цилиндре в момент закрытия впускного клапана вращается со средней угловой скоростью 3600 об/мин. Чем больше вихревое отношение, тем выше эффект вихревого движения воздуха или смеси воздуха с топливом, и напротив, чем меньше вихревое отношение, тем ниже этот эффект. Завихрения в основном представляют собой тангенциальное движение, которое при сжатии поршнем 3 создает турбулентность, способствующую процессу сгорания.Another parameter of the combustion chamber, which ensures reduction of levels of harmful emissions, is the vortex ratio of the air flow leaving the inlet channels 9. The vortex ratio SR is the ratio of the tangential velocity of the air that rotates in the combustion chamber 7 to the engine speed. That is, the vortex ratio is a measure of the tangential movement of air when it enters the engine cylinder from the intake channels 9 of the cylinder head 14. More specifically, the term “vortex ratio” refers to the average angular velocity of air when closing the intake valve divided by the angular velocity of the piston in the cylinder. For example, if the engine runs at a speed of 1800 rpm with a cylinder head forming air movement with a vortex ratio of 2, this means that the air in the cylinder rotates at an average angular speed of 3600 rpm at the time of closing the intake valve. The larger the vortex ratio, the higher the effect of the vortex movement of air or a mixture of air and fuel, and on the contrary, the smaller the vortex ratio, the lower this effect. The turbulence is basically a tangential movement, which when compressed by the piston 3 creates turbulence that contributes to the combustion process.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения для обеспечения управления движением струи распыленного топлива и пламени в течение всего процесса горения нарушения импульса, создаваемого давлением впрыскивания, должны быть как можно меньше. Таким образом, в соответствии с изобретением предпочтительно более низкое вихревое отношение, при котором достоинства настоящего изобретения проявляются в максимальной степени, когда выступы первого и второго типов симметричны, как уже было указано и показано на чертежах. В настоящем описании величина вихревого отношения, не превышающая 1,0, считается низкой. Было найдено, что предпочтительной является величина вихревого отношения, не превышающая 0,7, и более предпочтительной является величина вихревого отношения, не превышающая 0,5, и ниже вплоть до нуля в вышеописанных вариантах.In accordance with one embodiment of the invention, in order to control the movement of the jet of atomized fuel and flame throughout the combustion process, the disturbances in the impulse created by the injection pressure should be as small as possible. Thus, in accordance with the invention, a lower vortex ratio is preferred in which the advantages of the present invention are manifested to the maximum extent when the protrusions of the first and second types are symmetrical, as already indicated and shown in the drawings. In the present description, the magnitude of the vortex ratio, not exceeding 1.0, is considered low. It has been found that a vortex ratio value not exceeding 0.7 is preferable, and a vortex ratio value not exceeding 0.5 is more preferable, and down to zero in the above embodiments.

В другом варианте осуществления изобретения могут допускаться более высокие величины вихревого отношения. В таком варианте форму выступов первого и второго типов изменяют для обеспечения работы для определенного диапазона величин вихревого отношения. Такое изменение формы может заключаться в том, что выступ (особенно его вершина) выпячивается до некоторой степени в направлении движения вихря. Таким образом, такие выступы будут несимметричными.In another embodiment, higher vortex ratio values may be allowed. In this embodiment, the shape of the protrusions of the first and second types is changed to ensure operation for a certain range of values of the vortex ratio. Such a change in shape may consist in the fact that the protrusion (especially its apex) protrudes to some extent in the direction of movement of the vortex. Thus, such protrusions will be asymmetrical.

Величина R1 должна быть достаточно большой для формирования кривизны внешней части 20 углубления, которая практически сохраняет импульс распыленной струи и пламени. Кроме того, внешняя часть 20 углубления устроена таким образом, чтобы предотвращался избыточный импульс распыленной струи и пламени в одном или нескольких направлениях, которые могли бы вызвать слишком интенсивное распространение распыленной струи и пламени в определенном направлении по сравнению с другими направлениями, что может приводить к нежелательной стагнации распыленной струи и пламени, в результате чего будет повышаться уровень выбросов сажи. При определении размеров и формы выступов первого и/или второго типов должна также учитываться необходимость предотвращения возникновения избыточного импульса распыленной струи и пламени.The value of R 1 should be large enough to form the curvature of the outer part 20 of the recess, which practically preserves the momentum of the sprayed jet and flame. In addition, the outer part 20 of the recess is designed so that an excessive impulse of the sprayed jet and flame is prevented in one or more directions, which could cause the sprayed spray and flame to propagate too much in a certain direction compared to other directions, which can lead to undesirable stagnation of the sprayed jet and flame, as a result of which the level of soot emissions will increase. When determining the size and shape of the protrusions of the first and / or second types, the need to prevent the occurrence of an excess pulse of the sprayed jet and flame must also be taken into account.

Как уже указывалось косвенно, важным аспектом является ориентирование центральной оси каждого отверстия рабочей головки форсунки под углом β распыления, измеряемым между плоскостью, перпендикулярной оси возвратно-поступательного движения поршня, и центральной осью 30 каждой распыляемой струи (фиг.2), так что ось 30 струи пересекается с внешней частью 20 углубления по меньшей мере в течение части процесса впрыскивания топлива. Геометрия поверхности внутренней части 19 углубления относительно оси 30 струи такова, что имеется достаточное пространство и достаточная длина между поверхностью внутренней части и осью 30 струи, так что предотвращается мешающий контакт между частью распыленной струи возле рабочей головки и внутренней частью углубления. Результатом является то, что ось 30 струи направляется в сторону внешней части 20 углубления с минимальным контактом с внутренней частью углубления, и, таким образом, предотвращается нарушение воспламенения распыленной струи. Таким образом, обеспечивается дополнительное сохранение импульса распыленной струи и пламени до момента соударения с внешней частью углубления.As already indicated indirectly, an important aspect is the orientation of the Central axis of each hole of the working head of the nozzle at an angle β of spraying, measured between a plane perpendicular to the axis of the reciprocating movement of the piston, and the Central axis 30 of each sprayed jet (figure 2), so that the axis 30 the jet intersects with the outer part 20 of the recess at least during part of the fuel injection process. The geometry of the surface of the inner part 19 of the recess relative to the axis 30 of the jet is such that there is sufficient space and sufficient length between the surface of the inner part and the axis 30 of the jet, so that interfering contact between the part of the sprayed jet near the working head and the inner part of the recess is prevented. The result is that the axis 30 of the jet is directed toward the outer part 20 of the recess with minimal contact with the inner part of the recess, and thus, ignition failure of the sprayed jet is prevented. Thus, additional conservation of the momentum of the sprayed jet and flame is ensured until the moment of impact with the external part of the recess.

Другим важным параметром камеры сгорания, существенно влияющим на уровень выбросов сажи, является число распылительных отверстий рабочей головки форсунки 13. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения для подачи топлива в камеру 7 сгорания используются по меньшей мере четыре распылительных отверстия. В двигателях внутреннего сгорания, предназначенных для больших грузовых автомобилей, предпочтительно может использоваться от пяти до семи таких отверстий. В двигателях с увеличенным диаметром поршней имеется больше пространства для большего количества распылительных отверстий. Число распылительных отверстий зависит от того, как близко располагаются друг от друга зоны ударов двух соседних распыляемых струй. Число N распылительных отверстий является критичным для создания уже упоминавшегося необходимого баланса между вертикальной и тангенциальной составляющими движения распыленной струи и пламени. Если используется слишком много распылительных отверстий, то расстояние между разными точками пересечения осей струй с внешней частью углубления становится слишком малым, так что плавный разворот движения струи в горизонтальной плоскости будет ограничен, и вертикальное движение вверх становится слишком интенсивным, что может приводить к формированию зон распыленных струй и пламени, в которых полностью теряется импульс движения, так что интенсивность последующего окисления сажи снижается. Другим важным параметром, который влияет на обратный поток, является интенсивность подачи топлива.Another important parameter of the combustion chamber, which significantly affects the level of soot emissions, is the number of spray holes of the nozzle head 13. In accordance with one embodiment of the present invention, at least four spray holes are used to supply fuel to the combustion chamber 7. In internal combustion engines designed for large trucks, preferably five to seven such openings can be used. Engines with larger piston diameters have more space for more spray holes. The number of spray holes depends on how closely the impact zones of two adjacent spray jets are located. The number N of spray holes is critical for creating the necessary balance already mentioned between the vertical and tangential components of the motion of the spray jet and flame. If too many spray holes are used, then the distance between the different points of intersection of the axis of the jets with the outer part of the recess becomes too small, so that a smooth turn of the jet in the horizontal plane will be limited, and the vertical upward movement will become too intense, which can lead to the formation of spray zones jets and flames, in which the momentum of motion is completely lost, so that the intensity of the subsequent oxidation of soot decreases. Another important parameter that affects the return flow is the fuel supply rate.

Для иллюстрации предложенного в изобретении управления распыленной струей и пламенем в горизонтальной плоскости на фиг.5а-5и показаны схематические виды в перспективе поршня 3 в цилиндре 2 в девяти различных последовательных положениях процесса впрыскивания топлива и сгорания, то есть примерно с 5° угла поворота коленчатого вала до момента поздней стадии сгорания, то есть на достаточно большом угловом расстоянии от ВМТ. Необходимо отметить, что выступы в соответствии с изобретением на фиг.5а-5и не показаны. Эти иллюстрации предназначены для визуализации процесса распространения двух соседних потоков пламени. Начала осей 30 двух соседних распыляемых струй показаны на фиг.5а-5и пунктирной линией. Для наглядности на фиг.5а-5и показаны только две струи.5a-5i show schematic perspective views of the piston 3 in the cylinder 2 in nine different consecutive positions of the fuel injection and combustion process, that is, from about 5 ° of the crankshaft rotation angle, to illustrate the horizontal spray plane and flame control proposed in the invention. until the late stage of combustion, that is, at a sufficiently large angular distance from TDC. It should be noted that the protrusions in accordance with the invention are not shown in FIGS. 5a-5i. These illustrations are intended to visualize the propagation process of two adjacent streams of flame. The beginnings of the axes 30 of two adjacent spray jets are shown in FIGS. 5a-5 and with a dashed line. For clarity, only two jets are shown in FIGS. 5a-5i.

На фиг.5а показан момент начала впрыскивания (НВ). Между НВ и воспламенением топлива имеется некоторая задержка.On figa shows the moment of start of injection (HB). There is some delay between the HB and the ignition of the fuel.

На фиг.5б показано начало горения (НГ). Белым на чертежах показаны зоны распространяющегося пламени газа, сгорающего в цилиндре. На фиг.5в показан момент, когда пламя ударяется во внешнюю часть 20 углубления в днище поршня. Направление движения пламени слева (соответствующее пламени справа) показано стрелкой. Таким образом, зоны пламени перемещаются от форсунки 13 в направлении внешней части 20 углубления. На фиг.5г показан момент, когда зоны пламени сталкиваются. Столкновение показано двумя стрелками из четырех, которые указывают в направлении друг друга. Важный баланс между вертикальной и тангенциальной составляющими может быть достигнут, когда зоны пламени после первого соударения с внешней частью углубления (фиг.5в) начинают расширяться веерообразно, как показано на фиг.5г. Это достигается выбором параметров камеры сгорания в заданных пределах. Вертикальные стрелки на фиг.5г соответствуют Y на фиг.4а и 4б, стрелка, указывающая направо на фигуре 5 г, соответствует XR на фиг.3а или 3б и, наконец, стрелка, указывающая налево на фиг.5г, соответствует ХL на фиг.3а и 3б.On figb shows the beginning of combustion (NG). White in the drawings shows the zones of the propagating flame of a gas burning in a cylinder. On figv shows the moment when the flame hits the outer part 20 of the recess in the piston bottom. The direction of movement of the flame on the left (corresponding to the flame on the right) is shown by the arrow. Thus, the flame zones move from the nozzle 13 in the direction of the outer part 20 of the recess. Fig. 5g shows the moment when the flame zones collide. The collision is shown by two of the four arrows that point in the direction of each other. An important balance between the vertical and tangential components can be achieved when the flame zones after the first collision with the outer part of the recess (Fig. 5c) begin to expand fan-shaped, as shown in Fig. 5d. This is achieved by choosing the parameters of the combustion chamber within the specified limits. The vertical arrows in FIG. 5g correspond to Y in FIGS. 4a and 4b, the arrow pointing to the right in FIG. 5g corresponds to X R in FIGS. 3a or 3b, and finally, the arrow pointing to the left in FIG. 5g corresponds to X L in figa and 3b.

На фиг.5д показан момент, когда зоны пламени ударяются во внутреннюю поверхность 21 головки 14 блока цилиндров. Это показано на фиг.5д пунктирными линиями. Внутри этой зоны, выделенной пунктиром, пламя находится в контакте с внутренней поверхностью 21 головки блока 14 цилиндров. Две стрелки слева показывают основные составляющие движения пламени вдоль внутренней поверхности 21.Fig. 5d shows the moment when the flame zones hit the inner surface 21 of the cylinder head 14. This is shown in FIG. 5e by dashed lines. Inside this dotted line, the flame is in contact with the inner surface 21 of the cylinder head 14. Two arrows on the left show the main components of the movement of the flame along the inner surface 21.

На фиг.5е показан важный момент циркуляции пламени по замкнутой траектории, вызываемой взаимодействием пламени с головкой блока цилиндров и с соседним потоком пламени, что является результатом прежде всего выбора параметров камеры сгорания в заданных пределах, так что достигается упомянутый баланс между вертикальной и тангенциальной составляющими движения пламени. Параметры, определяющие размеры вышеуказанных выступов в соответствии с изобретением, представляют собой несколько параметров, которые могут использоваться для управления пламенем. Определенный выбор этих параметров обеспечивает управление синхронизацией и положением циркуляции пламени по замкнутым траекториям, показанным прежде всего на фиг.5е, а также на фиг.5ж, 5з и 5и. Выступы в соответствии с изобретением дополнительно увеличивают положительные эффекты циркуляции пламени по замкнутым траекториям. В частности, симметричное взаимодействие соседних потоков пламени создает вихри циркуляции, положительно влияющие на процесс горения. Стрелки показывают направление циркуляции пламени по замкнутым траекториям, которые направлены назад в камеру 7 сгорания. Здесь нижнее завихрение косвенно является причиной более интенсивного перемешивания смеси благодаря вихрям, возникающим в результате взаимодействия симметричных потоков пламени. Поскольку остается достаточно энергии (импульса) для перемешивания смеси, то такая циркуляция потока по замкнутой траектории улучшает перемешивание и сгорание последней впрыснутой части топлива (с образованием сажи), в результате чего обеспечивается окисление сажи на поздней стадии горения смеси.Figure 5e shows an important moment of flame circulation along a closed path caused by the interaction of the flame with the cylinder head and the adjacent flame flow, which is the result of first of all the selection of the combustion chamber parameters within the given limits, so that the mentioned balance between the vertical and tangential components of the movement is achieved flame. The parameters determining the dimensions of the above protrusions in accordance with the invention are several parameters that can be used to control the flame. A certain selection of these parameters provides control over the synchronization and position of the flame circulation along closed paths, shown primarily in FIG. 5e, as well as in FIGS. 5g, 5z and 5i. The protrusions in accordance with the invention further increase the positive effects of flame circulation along closed paths. In particular, the symmetric interaction of adjacent flame flows creates vortices of circulation that positively affect the combustion process. The arrows indicate the direction of circulation of the flame along closed paths that are directed back to the combustion chamber 7. Here, the lower vortex is indirectly the cause of more intensive mixing of the mixture due to vortices arising as a result of the interaction of symmetrical flame flows. Since there is enough energy (impulse) to mix the mixture, such a circulation of the flow along a closed path improves mixing and combustion of the last injected part of the fuel (with the formation of soot), resulting in the oxidation of soot at a late stage of combustion of the mixture.

На фиг.5ж показан момент конца впрыскивания, когда импульс, создаваемый давлением впрыскивания, прекращается, и дальнейшее движение газа в цилиндре зависит большей частью от импульса, созданного ранее давлением впрыскивания. На фигуре 5з показан процесс окисления сажи и исчезновения распыленных струй после окончания впрыскивания благодаря интенсивному перемешиванию пламени и продуктов сгорания. На фиг.5 показано положение после окисления образовавшейся сажи, на повышение которого направлено настоящее изобретение, за счет улучшенного управления горизонтальными составляющими движения распыленной струи и пламени для обеспечения как можно более длительного сохранения импульса в цилиндре, в том числе и после окончания впрыскивания.Fig. 5g shows the moment of the end of injection when the pulse created by the injection pressure stops, and the further movement of the gas in the cylinder depends mainly on the pulse created earlier by the injection pressure. Figure 5h shows the process of soot oxidation and the disappearance of atomized jets after injection is completed due to intensive mixing of the flame and combustion products. Figure 5 shows the position after oxidation of the resulting soot, the increase of which the present invention is directed to, due to the improved control of the horizontal components of the motion of the sprayed jet and flame to ensure the longest possible preservation of the pulse in the cylinder, including after the end of injection.

Важной полезной особенностью изобретения является то, что последующее повышенное низкотемпературное окисление сажи может происходить без существенного образования оксидов азота (NOx). Различные варианты осуществления изобретения для снижения уровня выбросов частиц, включая сажу, могут использоваться вместе с различными существующими устройствами последующей очистки для снижения уровня выбросов NOx (вместе с сажевыми фильтрами), для дополнительного снижения выбросов NOx. Изобретение может также использоваться вместе с устройством рециркуляции отработавших газов, и в этом случае уровень выбросов NOx может регулироваться почти независимо от уровней выбросов частиц, включая сажу (см., например, ЕР 1216347).An important useful feature of the invention is that subsequent increased low-temperature soot oxidation can occur without significant formation of nitrogen oxides (NO x ). Various embodiments of the invention to reduce particulate emissions, including soot, can be used in conjunction with various existing after-treatment devices to reduce NO x emissions (together with particulate filters) to further reduce NO x emissions. The invention can also be used in conjunction with an exhaust gas recirculation device, in which case the NO x emission level can be controlled almost independently of the emission levels of particles, including soot (see, for example, EP 1216347).

Комбинации вышеуказанных параметров камеры сгорания, выбранных в заданных пределах, обеспечивают снижение уровней выбросов частиц, включая сажу, по сравнению с традиционными конструкциями двигателя, в частности, до уровней, устанавливаемых новыми стандартами. Камера 7 сгорания в соответствии с изобретением, кроме вышеуказанных новых форм выступов, в частности, включает положительный угол γ отражения, небольшое завихрение и высокое давление впрыскивания, а также положительные эффекты изобретения могут быть дополнительно увеличены надлежащим выбором одного или нескольких вышеуказанных параметров.Combinations of the above parameters of the combustion chamber, selected within predetermined limits, provide a reduction in particle emissions, including soot, in comparison with traditional engine designs, in particular, to levels established by new standards. The combustion chamber 7 in accordance with the invention, in addition to the aforementioned new forms of protrusions, in particular, includes a positive reflection angle γ, a slight swirl and high injection pressure, as well as the positive effects of the invention can be further enhanced by the appropriate selection of one or more of the above parameters.

Настоящее изобретение может применяться в двигателях, работающих на топливах, например на дизельном топливе, на диметиловом эфире и др.The present invention can be applied in engines running on fuels, for example diesel fuel, dimethyl ether, etc.

Описанное изобретение может применяться в двигателях самых разных размеров, от двигателей легковых автомобилей до двигателей больших кораблей.The described invention can be applied to engines of various sizes, from passenger car engines to engines of large ships.

Изобретение не должно считаться ограниченным вышеописанными вариантами его осуществления, более того, в пределах объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой, могут быть реализованы и различные другие варианты.The invention should not be considered limited by the above-described variants of its implementation, moreover, within the scope of the invention defined by the attached claims, various other variants can be realized.

Claims (7)

1. Двигатель (1) внутреннего сгорания с камерой (7) сгорания, содержащий: корпус двигателя с цилиндром (2) и головкой (14) блока цилиндров, формирующей внутреннюю поверхность (21) камеры (7) сгорания и по меньшей мере один впускной канал (9); поршень (3), установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре (2) двигателя между положениями нижней и верхней мертвых точек, причем поршень имеет днище (16) поршня с верхней поверхностью (5), обращенной в сторону камеры сгорания, а также с углублением (6) днища поршня, сформированным открывающейся наружу полостью и включающим выступающую часть (17) с дистальным концом (18) и внутреннюю часть (19) поверхности углубления, отходящую вниз под положительным углом (α) относительно плоскости, перпендикулярной к оси (15) возвратно-поступательного движения поршня (3), и при этом углубление днища поршня дополнительно включает расширяющуюся наружу внешнюю часть (20), поперечное сечение которой имеет вогнутую криволинейную форму; форсунку (13), установленную на корпусе двигателя в области выступающей части углубления поршня, предназначенную для впрыскивания топлива в камеру сгорания под высоким давлением и содержащую группу отверстий, обеспечивающих формирование распыленных струй, образующих затем струи пламени, ударяющие в заданные зоны взаимодействия на внешней части (20) углубления, отличающийся тем, что зоны взаимодействия присутствуют на внешней части (20) углубления в течение большей части процесса впрыскивания, причем, по существу, на половине расстояния между зонами взаимодействия на внешней части (20) углубления и в плоскости, по существу, перпендикулярной направлению указанного возвратно-поступательного движения, расположены выступы первого типа, имеющие сглаженную форму и выступающие внутрь камеры (7) сгорания для сохранения кинетической энергии струй пламени и для изменения направления их распространения по периферии, так чтобы струи пламени распространялись в основном в направлении к центральной оси поршня (3) с минимальным взаимодействием струй друг с другом, причем каждый выступ имеет форму продольного гребня, который проходит только во внешней зоне упомянутого углубления в плоскости, по существу, параллельной направлению указанного возвратно-поступательного движения.1. An internal combustion engine (1) with a combustion chamber (7), comprising: an engine housing with a cylinder (2) and a cylinder head (14) forming an inner surface (21) of the combustion chamber (7) and at least one inlet channel (9); a piston (3) mounted with the possibility of reciprocating movement in the cylinder (2) of the engine between the positions of the lower and upper dead points, the piston having a piston bottom (16) with the upper surface (5) facing the combustion chamber, and also a recess (6) of the piston bottom, formed by a cavity opening outward and including a protruding part (17) with a distal end (18) and an inner part (19) of the surface of the recess extending downward at a positive angle (α) relative to a plane perpendicular to the axis (15) reciprocating the movement of the piston (3), and the recess of the piston bottom further includes an outwardly extending outer part (20), the cross section of which has a concave curvilinear shape; an injector (13) mounted on the engine casing in the region of the protruding part of the piston recess, designed to inject fuel into the combustion chamber under high pressure and containing a group of holes that provide the formation of atomized jets, then forming flame jets, striking into predetermined interaction zones on the outer part ( 20) recesses, characterized in that the interaction zone is present on the outer part (20) of the recess during most of the injection process, and essentially at half the distance besides the interaction zones on the outer part (20) of the recess and in a plane essentially perpendicular to the direction of said reciprocating motion, there are protrusions of the first type having a smoothed shape and protruding into the combustion chamber (7) to preserve the kinetic energy of the flame jets and to change directions of their distribution along the periphery, so that the flame jets propagate mainly in the direction to the central axis of the piston (3) with minimal interaction of the jets with each other, with each protrusion the shape of a longitudinal ridge that extends only in the outer zone of said recess in a plane substantially parallel to the direction of said reciprocating movement. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение верхней части упомянутого гребня, перпендикулярное направлению гребня, формируется кривой линией, средний радиус которой составляет по меньшей мере 1/20 радиуса (R3) углубления поршня (3).2. The engine according to claim 1, characterized in that the cross section of the upper part of the said ridge, perpendicular to the direction of the ridge, is formed by a curved line, the average radius of which is at least 1/20 of the radius (R 3 ) of the piston recess (3). 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в зоне взаимодействия имеется первая точка взаимодействия в начале процесса впрыскивания и вторая точка взаимодействия в конце процесса впрыскивания, причем гребень проходит по меньшей мере от первого положения, находящегося в первой плоскости, являющейся общей плоскостью для первой точки взаимодействия и этого первого положения, и до второго положения, находящегося во второй плоскости, являющейся общей плоскостью для второй точки взаимодействия и этого второго положения, причем указанные первая и вторая плоскости перпендикулярны направлению возвратно-поступательного движения поршня (3).3. The engine according to claim 1, characterized in that in the interaction zone there is a first interaction point at the beginning of the injection process and a second interaction point at the end of the injection process, the crest extending from at least the first position in the first plane, which is a common plane for the first interaction point of this first position, and to the second position located in the second plane, which is a common plane for the second interaction point and this second position, and the first I and the second plane are perpendicular to the direction of reciprocating motion of the piston (3). 4. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что центральная ось (30) отверстий расположена таким образом, чтобы упомянутое столкновение струй с внешней частью (20) углубления происходило в течение всего процесса впрыскивания.4. An engine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the central axis (30) of the holes is positioned so that the said collision of the jets with the outer part (20) of the recess occurs throughout the entire injection process. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вихревое отношение для завихрений находится в диапазоне от 0 до 0,7.5. The engine according to claim 1, characterized in that the vortex ratio for vortices is in the range from 0 to 0.7. 6. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что геометрия внутренней части (19) поверхности углубления относительно оси (30) струи такова, что имеется достаточное пространство и расстояние между внутренней частью поверхности углубления и осью (30) струи, так что предотвращается нарушающий поток контакт между частью распыленной и еще не горящей струи возле рабочей головки форсунки и внутренней частью углубления.6. The engine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the geometry of the inner part (19) of the surface of the recess relative to the axis (30) of the jet is such that there is sufficient space and distance between the inner part of the surface of the recess and the axis (30) of the jet, so that disruptive contact between the part of the sprayed and not yet burning stream near the nozzle working head and the inside of the recess is prevented. 7. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что топливо впрыскивается таким образом, чтобы в камере сгорания обеспечивалось образование его смеси с всасываемым воздухом и самовоспламенение этой смеси при ее сжатии поршнем. 7. The engine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the fuel is injected in such a way that the formation of its mixture with the intake air and self-ignition of this mixture when it is compressed by the piston is ensured in the combustion chamber.
RU2010121961/06A 2007-10-30 2007-10-30 Reduction device of hazardous emissions of internal combustion engine of transport vehicle RU2459964C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010121961/06A RU2459964C2 (en) 2007-10-30 2007-10-30 Reduction device of hazardous emissions of internal combustion engine of transport vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010121961/06A RU2459964C2 (en) 2007-10-30 2007-10-30 Reduction device of hazardous emissions of internal combustion engine of transport vehicle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010121961A RU2010121961A (en) 2011-12-10
RU2459964C2 true RU2459964C2 (en) 2012-08-27

Family

ID=45405065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010121961/06A RU2459964C2 (en) 2007-10-30 2007-10-30 Reduction device of hazardous emissions of internal combustion engine of transport vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2459964C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2164701A (en) * 1984-09-18 1986-03-26 Ford Motor Co Piston for direct injection diesel engine
SU1305415A1 (en) * 1985-04-08 1987-04-23 Предприятие П/Я В-2302 Compression ignition internal combustion engine
SU1576697A1 (en) * 1988-04-18 1990-07-07 Производственное Объединение "Челябинский Тракторный Завод Им.В.И.Ленина" Intake combustion diesel engine
EP0464497A1 (en) * 1990-06-29 1992-01-08 Isuzu Motors Limited Diesel engine
US5215052A (en) * 1991-08-21 1993-06-01 Mercedes-Benz Ag Internal-combustion engine with predominantly swirl-free air inflow into a shallow combustion space

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2164701A (en) * 1984-09-18 1986-03-26 Ford Motor Co Piston for direct injection diesel engine
SU1305415A1 (en) * 1985-04-08 1987-04-23 Предприятие П/Я В-2302 Compression ignition internal combustion engine
SU1576697A1 (en) * 1988-04-18 1990-07-07 Производственное Объединение "Челябинский Тракторный Завод Им.В.И.Ленина" Intake combustion diesel engine
EP0464497A1 (en) * 1990-06-29 1992-01-08 Isuzu Motors Limited Diesel engine
US5215052A (en) * 1991-08-21 1993-06-01 Mercedes-Benz Ag Internal-combustion engine with predominantly swirl-free air inflow into a shallow combustion space

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010121961A (en) 2011-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5226795B2 (en) A device that reduces the exhaust of a vehicle combustion engine
US7210448B2 (en) Internal combustion engine producing low emissions
JP6100916B2 (en) Piston for internal combustion engine cylinder
US6966294B2 (en) Internal combustion engine producing low emissions
JP5748156B2 (en) Piston arranged to reciprocate in the combustion engine cylinder
US7918206B2 (en) Device for reducing soot emissions in a vehicle combustion engine
US10731544B2 (en) Internal combustion engine and method for its operation
RU2459964C2 (en) Reduction device of hazardous emissions of internal combustion engine of transport vehicle