用于内燃机的高压火花点火及分层设备制造技术

根据本发明专利技术，用于内燃机(1)的高压火花点火和分层设备(2)包括：·分层阀(20)，其关闭通向分层预燃室(79)的分层导管(23)，所述导管也通向分层室(24)，该分层室通过分层喷射导管(39)连接到内燃机(1)的燃烧室(9)，所述导管的开口靠近火花塞(25)的突出电极(26)，所述电极被放置在所述燃烧室中；·分层致动器(27)，其负责提升分层阀(20)；·分层管线(28)，其将分层预燃室(79)连接到分层压缩机(29)的出口；·分层燃料喷射器(33)；·用于再循环预先冷却的排气的装置(40)。

【技术实现步骤摘要】
本申请是国际申请日为2013年2月5日、进入国家阶段日为2014年8月5日的名称为“用于内燃机的高压火花点火及分层设备”的中国专利申请201380008361.4(PCT/FR2013/050246)的分案申请。
本专利技术涉及往复式内燃机的高压火花点火和分层设备，其中高度稀释的充气使用已知为“外部冷却的EGR”装置的装置再循环预先冷却的排气。
技术介绍
往复式内燃热机的热力学效率取决于多种因素，包括，第一，燃烧的持续时间和定相，该燃烧旨在提高被压缩后再收集在燃烧室中的气体的温度；第二，与所述发动机内壁接触的所述气体的损失；以及第三，所述气体的膨胀率，所述膨胀允许所述气体对所述发动机的活塞施加推力，以便将所述燃烧所释放的热能转化成机械功。然而，通过所述气体在其膨胀时对所述活塞的推力所产生的正功在其可用于热机的输出轴之前，就部分地损失。这是由于通过所述发动机零件之间的机械摩擦，和通过驱动所述发动机的附件和辅助设备，在热机的各种进气导管和排气回路中泵送和传送所述气体所产生的负功或阻力功所致。因此，对于所消耗的给定量的燃料，往复式内燃热机的效率随着由气体压缩-膨胀循环对所述发动机的活塞所做的正功的增加而提高，和随着所述气体进出所述发动机而产生的负功或阻力功和由所述发动机的机械装置及其附件所产生的功的同时减少而提高。为了尽可能有效地将燃烧释放的热转化成机械功，可取的是在靠近所述发动机活塞的上止点，也就是说在等容下快速燃烧引入到热机的气缸内的燃料空气混合物。只要气体温度未达到高的致使所述气体和发动机燃烧室的内壁之间的热交换变得过多的水平，上述仍然为真。只要由燃烧产生的气压梯度未导致过度噪音并且不是由爆燃造成的，其也仍然为真。爆燃是在压力和温度的组合效应下发生在一定时期后的自发气体燃烧，并且产生非常大的压力波，尤其是通过分离覆盖在所述壁表面的绝缘空气层，该压力波还倾向于增加所述气体和所述壁之间的热交换。因此爆燃是不合需要的现象，降低了热机的效率，也因热力和机械过载而倾向于损害发动机的内部构件。在往复式内燃热机的燃烧室中启动燃烧的主要方法之中，能够对火花点火、喷射前端的燃料自燃和压缩点火进行区分，其中燃料自燃为柴油发动机的特性，而压缩点火使用以缩写词CAI(用于受控自动点火)或HCCI(用于均化充量压燃)为人熟知的方法。受控点火发动机的燃烧速率主要取决于在被引入到所述发动机燃烧室的空气燃料混合物中的空燃比和残留燃烧气体的内容物，取决于为了燃烧所有所述混合物而必须被火焰覆盖的距离，并且取决于所述混合物内的微湍流，火焰传播速度与所述湍流大约成正比。在狄赛尔循环中，燃烧速率主要由柴油燃料的喷射质量和所述柴油燃料的十六烷值确定。在CAI或HCCI中，压缩比、燃料空气混合物的初始温度和燃烧气体的内容物、所使用的燃料的特性和充气的同质性都是确定燃烧的启动和速率的因素。不管启动燃烧的方法，所述燃烧的速率确定能量释放的速率，其通常表达成燃烧开始和结束之间的曲轴的旋转度，遵循根据曲轴角位置示出燃烧的燃料的累积分数的曲线，一次一度。不管往复式内燃热机的燃烧模式，实际上当热气和所述发动机内壁之间的热交换最少时，其效率总是较高。应当该指出的是，如果所述气体和所述壁之间存在小的温差，如果存在少量的或不存在增加以上所述功率交换的湍流对流，其中所述功率交换由简单的热传导和辐射所致，以及如果所述气体的单位体积质量低，那么所述热交换减少。为减少热气和往复式内燃热机的内壁之间的温差，可提高所述壁的温度，和/或可降低所述气体的温度。然而，这两种布置在改善受控点火往复式内燃热机的效率中迅速达到其极限。这是因为增加往复式内燃热机的燃烧室内壁的温度具有降低其填充能力的缺点：获得与所述热壁接触的冷空气或气体混合物立即膨胀，从而降低所述发动机在进气阶段的体积效率，因此降低其整体效率。此外，通过这种方法过热的冷空气或气体混合物使得发动机更易于爆燃，其必须通过提供较低的压缩比/膨胀比，和/或提供延迟点火来弥补，尽管这两种布置也降低了所述发动机的效率。为提高燃烧室内壁的温度，已进行过各种测试，如Toyota制造的具有陶瓷燃烧室和气缸的所谓“绝热”发动机的情况。该发动机就效率方面提供了非常有限的优点，值得注意的是因为，毕竟，与其他发动机相比，过于高的壁温往往增加了所述壁上的气体的热损失，而在其他发动机中，冷却器壁对覆盖了所有往复式内燃热机内壁的隔热空气薄层的维护和功效更为有利。鉴于这些原因，“绝热”发动机并未发展超越实验阶段。作为提高燃烧室内壁温度的替代形式，能够通过使用添加的空气或可以或不可预先冷却的排气将气体稀释以降低其温度，而这些排气是由前一循环或多次循环获得。通过使用未参与燃烧的气体来稀释被引入到往复式内燃热机燃烧室中的燃料空气充气，能够增加所述充气的总热容，以便降低由所述燃烧释放的给定能量的平均温度。此外，不管所使用的稀释气体，其有助于将燃烧释放的热转化成机械功。然而，在受控火花点火发动机的情况下，燃料或氧过贫的混合物中的火焰传播要么太慢要么是不可能的。因为燃烧在非等容下发展至过分程度，这导致热力学效率降低，以及高度不稳定燃烧和点火失败。为稀释被引入受控点火往复式内燃热机的气缸中的充气，而不会过分受到最后所提缺点的影响，存在将所述充气分层的可替代途径；也就是说，创建了以所述发动机点火点为中心的可燃的燃料空气混合物的气袋，其中所述气袋被贫油混合物环绕，以所述贫混合物仍然大部分可燃的比例，用冷空气和/或排气使贫油混合物高度稀释。值得注意的是，由所述发动机燃烧室内的气体运动形成所述气袋，所述运动特别是通过所述发动机进气导管和所述室壁的几何形状，以及通过直接喷射到所述室内的燃料射流的动力和形状引起。这种被称为“分层充气”方法的方法，通常要求使用直接燃料喷射，并且导致点火点周围的充气富油、剩余区域的充气贫油、以及自始自终充气富氧，从而在现代发动机中引起各种问题，特别是根据污染排放条例。这是因为以这种方式分层的所述充气必须包含足够的氧气，以确保点火点周围一部分充气的燃烧的良好启动，以及在包括贫油区域的点火点周围的剩余部分必须包含足够的氧气，以确保贯穿整个发动机燃烧室体积的所述燃烧及其传播的良好发展。过量氧气使通过三元催化剂降低氮氧化合物成为不可能，其中过量氧气是根据现有技术的分层充气发动机的操作的特征，三元催化剂一般用于受控点火发动机的排气的后处理。为弥补这个既影响分层充气发动机又影响用过量氧气操作贫混合物的发动机的问题，必须使用在氧化介质中对氮氧化合物进行后处理的系统，诸如NOx捕集器或SCR(选择性催化还原)，但是所述系统特别昂贵并且对燃料的质量和硫含量敏感，而且笨重。应该指出的是，与分层充气有关的问题包括燃料的延迟的直接喷射，其中该燃料是形成以点火点为中心的富油气袋所需的，所述延迟的喷射导致产生大量危害健康的微粒。与分层充气方法关联的另一个问题是其操作范围在低载荷下过于受限，因此限制其在降低当前使用的机动车辆的燃料消耗方面的功效，特别是那些相对于其重量具有小气缸容量的发动机的车辆。通过提供如在CAI和HCCI方法中提出的充气的压缩点火，而不是火花点火，可避免涉及在氧化介质中对氮氧化合物进行后处理的后一问题。这些点火方法导致几乎不产生氮氧化合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃机(1)的高压火花点火和分层设备，所述发动机包括具有至少一个燃烧室(9)的气缸盖(8)，在该燃烧室(9)中有打开与进气增压室(19)连通的进气导管(11)，以及与排气歧管(18)和后处理污染物的催化转换器(75)连通的排气导管(10)，所述发动机还包括加压的润滑回路(14)、冷却回路(17)和ECU计算机，其特征在于所述高压火花点火和分层设备包括：·容纳在所述内燃机(1)的所述气缸盖(8)中的至少一个分层阀(20)，所述阀门通过至少一个弹簧(22)与底座(21)保持接触，并且所述阀门关闭至少一个分层导管(23)的第一端，所述第一端通向分层预燃室(79)，而所述导管包括的第二端通向分层室(24)，所述分层室(24)通过至少一个分层喷射导管(39)连接到所述内燃机(1)的所述燃烧室(9)，所述喷射导管(39)通向所述燃烧室(9)，该燃烧室靠近被固定在所述内燃机(1)的所述气缸盖(8)中的火花塞(25)的突出电极(26)，所述电极放置在所述发动机(1)的所述燃烧室(9)中；·由所述内燃机(1)的所述ECU计算机控制的至少一个分层致动器(27)，所述致动器负责提升所述分层阀(20)离开其底座(21)，保持其打开，并且将所述分层阀返回到其底座；·将所述分层预燃室(79)连接到分层压缩机(29)的所述出口的至少一个分层管线(28)，其中分层压缩机(29)的所述进口直接或间接连接到大气分层空气供给导管(30)，所述供给导管、所述压缩机及其所述进口与出口、所述管线、所述预燃室和所述分层导管(23)组合形成所述分层室(24)的大气供给回路(31)，并且所述室本身形成所述回路的主要部分；·由所述内燃机(1)的所述ECU计算机控制的至少一个分层燃料喷射器(33)，所述喷射器能够在所述分层室(24)的所述大气供给回路(31)内的所述回路任何点处，或在所述分层喷射导管(39)内，或在所述回路和所述导管内产生燃料射流；·所述分层喷射导管(39)由至少一个分层喷射毛细管(16)组成，所述毛细管形成于所述火花塞(25)包括的中心电极(47)内部，使得所述毛细管的所述第一端与所述分层室(24)连通，并且所述毛细管的所述第二端在所述中心电极(47)的端部处打开。...

【技术特征摘要】
2012.02.06 FR 12510781.一种用于内燃机(1)的高压火花点火和分层设备，所述发动机包括具有至少一个燃烧室(9)的气缸盖(8)，在该燃烧室(9)中有打开与进气增压室(19)连通的进气导管(11)，以及与排气歧管(18)和后处理污染物的催化转换器(75)连通的排气导管(10)，所述发动机还包括加压的润滑回路(14)、冷却回路(17)和ECU计算机，其特征在于所述高压火花点火和分层设备包括：·容纳在所述内燃机(1)的所述气缸盖(8)中的至少一个分层阀(20)，所述阀门通过至少一个弹簧(22)与底座(21)保持接触，并且所述阀门关闭至少一个分层导管(23)的第一端，所述第一端通向分层预燃室(79)，而所述导管包括的第二端通向分层室(24)，所述分层室(24)通过至少一个分层喷射导管(39)连接到所述内燃机(1)的所述燃烧室(9)，所述喷射导管(39)通向所述燃烧室(9)，该燃烧室靠近被固定在所述内燃机(1)的所述气缸盖(8)中的火花塞(25)的突出电极(26)，所述电极放置在所述发动机(1)的所述燃烧室(9)中；·由所述内燃机(1)的所述ECU计算机控制的至少一个分层致动器(27)，所述致动器负责提升所述分层阀(20)离开其底座(21)，保持其打开，并且将所述分层阀返回到其底座；·将所述分层预燃室(79)连接到分层压缩机(29)的所述出口的至少一个分层管线(28)，其中分层压缩机(29)的所述进口直接或间接连接到大气分层空气供给导管(30)，所述供给导管、所述压缩机及其所述进口与出口、所述管线、所述预燃室和所述分层导管(23)组合形成所述分层室(24)的大气供给回路(31)，并且所述室本身形成所述回路的主要部分；·由所述内燃机(1)的所述ECU计算机控制的至少一个分层燃料喷射器(33)，所述喷射器能够在所述分层室(24)的所述大气供给回路(31)内的所述回路任何点处，或在所述分层喷射导管(39)内，或在所述回路和所述导管内产生燃料射流；·所述分层喷射导管(39)由至少一个分层喷射毛细管(16)组成，所述毛细管形成于所述火花塞(25)包括的中心电极(47)内部，使得所述毛细管的所述第一端与所述分层室(24)连通，并且所述毛细管的所述第二端在所述中心电极(47)的端部处打开。2.根据权利要求1所述的用于内燃机的高压火花点火和分层设备，其特征在于，所述高压火花点火和分层设备包括至少一个再循环预先冷却排气的装置，该装置被称为“外部冷却的EGR”装置(40)，所述装置由所述内燃机(1)的所述ECU计算机控制，并且能够从所述发动机的所述排气导管(10)中放出排气，并且在通过至少一个冷却器(41)预先冷却所述气体之后，再将所述气体再次引入到所述发动机的进气侧。3.根据权利要求1所述的用于内燃机的高压火花点火和分层设备，其特征在于，所述分层阀(20)的所述底座(21)具有朝向所述分层预燃室(79)的所述外部取向的正面，使得所述分层致动器(27)只有通过移动所述阀门远离或逼近所述预燃室才能够提升所述阀门离开所述底座。4.根据权利要求1所述的用于内燃机的高压火花点火和分层设备，其特征在于，所述分层致动器(27)由导线(50)的至少一个线圈组成，所述导线(50)被固定到所述内燃机(1)的所述气缸盖(8)，所述线圈在电流流过所述线圈时吸引磁芯或叶片(51)，使得所述至少一个芯或叶片纵向平移所述分层阀(20)，其中所述芯或叶片通过线圈推拉装置(42)连接所述分层阀。5.根据权利要求1所述的用于内燃机的高压火花点火和分层设备，其特征在于，所述分层致动器(27)由至少一个压电层(52)叠层组成，当所述层经受电流通过时，所述压电层的厚度变化，使得所述叠层纵向平移所述分层阀(20)，其中所述叠层通过叠层推拉装置(80)和/或通过至少一个杠杆连接到所述分层阀(20)，所述杠杆使所述叠层给予所述阀门的位移倍增。6.根据权利要求1所述的用于内燃机的高压火花点火和分层设备，其特征在于，所述分层致动器(27)由包括气动分层接收室和气动分层接收活塞的气动分层致动气缸组成，所述活塞固定到所述分层阀(20)或者通过气动活塞推拉装置连接到所述分层阀(20)，而所述气动室能够经安放通过至少一个电磁阀与高压空气储备室或空气连通，或者与低压空气储备室连通。7.根据权利要求1所述的用于内燃机的高压火花点火和分层设备，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·拉比，
申请(专利权)人：V·拉比，
类型：发明
国别省市：法国;FR