具有沿进气运动方向的直接燃料喷射的内燃机制造技术

本发明专利技术涉及一种内燃机，包括设置有单个进气门(2)、单个排气门(3)、两个火花塞(4a、4b)和燃料喷射器(5)的燃烧室。此外，该燃烧室包括用于在燃烧室中形成进气空气动力学涡流运动结构的装置。此外，燃料喷射器(5)定向成，将燃料沿空气动力学涡流运动结构的方向喷射入燃烧室的中心区域中。

【技术实现步骤摘要】
具有沿进气运动方向的直接燃料喷射的内燃机
本专利技术涉及直接燃料喷射内燃机领域。这种类型的发动机一般至少包括气缸、在该气缸中以往复直线运动滑动的活塞、用于氧化剂的进气装置、已燃烧气体排气装置、燃烧室和用于将燃料直接注入燃烧室中的喷射装置。在设计发动机时，性能、污染物排放和燃烧室机械强度的约束越来越高，而用于满足这些约束的手段可能是不兼容的。因此，性能增加一般会导致排放的增加且导致更高的机械应力。为了克服这些应力且为了保证在整个发动机运行范围内的低污染物排放和令人满意的机械强度，通过氧化剂使用燃烧室中存在的全部燃料是非常重要的，氧化剂例如包括环境压力下的空气、增压空气、或空气(增压或未增压)和再循环的已燃烧气体的混合物。实际上，燃烧室中的燃料混合物(氧化剂/燃料)需要尽可能均质化。此外，为了确保良好的效率和燃烧率，期望的是具有高湍流度，且更具体是在点燃燃料混合物时的高湍动能级。存在不同的技术用于实施这种湍流，这些技术被称作涡流(纵向运动)、滚流(横向运动)、涡滚流(涡流和滚流)以及挤流(突然运动)。涡流是燃料混合物围绕与气缸轴线共线的轴线的宏观旋转运动，涡流的特征在于，进气过程期间、且更具体是在活塞上升期间的良好运动保持。这是一种通常用于压燃式内燃机的空气动力学宏观运动，对于压燃式内燃机而言，这是使燃料混合物均质化的良好方式。滚流也是燃料混合物的宏观旋转运动，但围绕基本上垂直于气缸轴线的轴线。其具有的特定特征在于，当气缸提升时，转化成产生湍流的微观空气动力学运动。这是一种通常用于火花点火式内燃机的空气动力学宏观运动，对于火花点火式内燃机而言，这是获得可接受的燃烧率的良好方式。此外，在扩散以及最大升程高度方面，该运动对于燃烧室几何形状和升程规则相当敏感。涡滚流是包含涡流和滚流的运动。使用涡滚流允许受益于以上详细描述的两种空气动力学结构的优势并因而受益于出色的均质化和更好的燃烧率，这是由于在进气阶段期间比最好的现有火花点火式发动机所观察到的湍流度更高的湍流度。挤流是当空气从死区容积快速“排出”时出现的突然的空气动力学运动。
技术介绍
为了实施这些现象，已完成各种燃烧室设计。例如，专利US-2005/241,612描述了一种直喷式高挤流燃烧室，其点燃通过至少一个火花塞发生。然而，气门、喷射器和火花塞的布置未被优化以促进涡滚流，从而改善发动机性能(效率和燃烧率)。根据另一示例，专利PH-2010/000,186描述了一种燃烧室，其通过接近椭圆形的特定形状生成挤流。然而，对于该燃烧室，燃料喷射不是直接的，这不促进涡滚流和发动机性能(效率和燃烧率)。此外，在具有进气的湍流空气动力学结构(即具有涡流和/或滚流和/或挤流)的这些燃烧室的情况下，为了促进均质化，燃料喷射器布置成产生与进气空气动力学运动逆流的射流，这在空气动力学结构中产生中断。为了克服这些缺陷，本专利技术提供了一种内燃机，该内燃机包括设置有单个进气门、单个排气门、两个火花塞和燃料喷射器的燃烧室。此外，该燃烧室包括用于在燃烧室中形成进气的湍流空气动力学运动结构的装置。此外，燃料喷射器定向成，将燃料沿湍流空气动力学运动结构的方向喷射入燃烧室的中心区域中。因而，该同向燃料喷射允许避免中断进气的空气动力学结构，同时由于湍流度而保持良好的燃料混合均质性。
技术实现思路
本专利技术涉及一种内燃机，包括活塞在其中运动的至少一个气缸，所述气缸与燃烧室相关联，燃烧室设置有单个进气门、单个排气门、燃料喷射器和两个火花塞。所述燃烧室包括用于在所述燃烧室内形成具有湍流的进气空气动力学运动结构的装置，且所述燃料喷射器定向成将燃料沿所述进气空气动力学运动结构的方向在所述两个火花塞之间喷射到所述燃烧室的中心区域中。根据本专利技术的一种实施例，所述燃料喷射器布置在所述进气门与所述火花塞之间。根据本专利技术的一种实施方式，所述燃料喷射器具有圆筒形状的机加工零件。有利地，所述燃料喷射器相对于气缸轴线的方向以小于15°、优选地在6°至10°之间的范围内、且更优选地基本上等于8°的角度倾斜。根据一方面，所述燃料喷射器布置在燃烧室中，接近所述燃烧室的周界。根据一种特征，所述火花塞定位在所述进气门与所述排气门之间。根据一种实施例，所述燃料喷射器定位在距所述进气门5至15mm之间、更具体地9至10mm之间范围的距离处，且距排气门20至40mm之间、更具体地25至30mm之间范围的距离处。有利地，所述火花塞间隔开所述气缸直径的30％至50％之间、优选地所述气缸直径的35％至45％之间范围的距离。根据一种实施方式，所述火花塞和所述进气门和所述排气门定位成使得其各中心构成正方形的各顶点。优选地，所述正方形具有24至31mm之间范围内的长度的边(缘)。根据一种实施例，最接近所述燃料喷射器的火花塞相对于气缸轴线的方向以25°至30°之间、优选地28°至29°之间范围内的角度倾斜。根据一方面，离所述燃料喷射器最远的火花塞相对于所述气缸轴线的方向以25°至35°之间、更具体地28°至32°之间范围内且优选地大致30°的角度倾斜。根据一种特征，燃烧室具有大致椭圆形形状，所述进气门和所述排气门布置在椭圆的长轴的各端部处，且所述火花塞接近椭圆的短轴布置。根据一种实施方式，用于形成所述进气空气动力学运动结构的所述装置(措施)涉及所述燃烧室的形状和/或进气管的形状。此外，本专利技术涉及根据以上特征中的一个的内燃机用于米勒循环的用途。附图说明通过阅读下文通过非限制性示例并参考附图给出的描述，根据本专利技术的系统的其他的特征和优点将会变得清晰，在附图中：－图1示出了根据本专利技术的实施例的燃烧室；－图2是根据本专利技术的实施例的内燃机的剖视图；－图3是根据本专利技术的实施例的内燃机的剖视图；－图4示出了根据本专利技术的实施例的借助燃烧室形成于气缸中的涡滚流的结构；－图5示出了根据本专利技术的实施例的进入燃烧室中的燃料喷射；以及－图6示出了根据本专利技术的实施例的在燃烧室中的燃烧情况下火焰前锋的演变。具体实施方式本专利技术涉及一种内燃机。该内燃机包括：-活塞在其中运动的至少一个气缸；-与气缸相关联的燃烧室，燃烧室包括：ο单个进气门，其允许气体混合物在燃烧阶段之前递送至燃烧室；ο单个排气门，其允许在燃烧阶段之后排放已燃烧气体；ο单个燃料喷射器，其允许燃料直接喷射入燃烧室中；ο两个火花塞(也称作点火装置)，其允许在燃烧室中点燃气体/燃料混合物；以及ο在燃烧室中形成具有湍流的进气的空气动力学运动结构的装置(换言之，允许在燃烧室中形成涡滚流和/或挤流的装置)。气体混合物可包括增压或未增压空气、或者增压或未增压空气与再循环的已燃烧气体的混合物。特别地，燃料可为汽油或柴油燃料。根据本专利技术，燃料喷射器定向成将燃料沿进气空气动力学运动结构的方向喷射，同时防止打湿各壁。在该情形中，燃料喷射器朝向燃烧室的中心定向，以便促进两个点火装置之间的燃料喷射。因而，该同向燃料喷射允许防止中断进气的空气动力学结构，同时由于湍流度而保持良好的燃料混合均质性。使用仅两个气门(一个用于进气且另一个用于排气)涉及若干设计优势。实际上，这种发动机价格更低(具有受限的零件数)、更轻且更紧凑。此外，该设计为火花塞和喷射器提供更多空间。使用单个进气门便于涡滚流的产生。实际上，更困难的是借助两个分配进气管产生涡滚流。根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃机，包括活塞在其中运动的至少一个气缸(11)，所述气缸(11)与燃烧室相关联，所述燃烧室设置有单个进气门(2)、单个排气门(3)、燃料喷射器(5)和两个火花塞(4a、4b)，其特征在于，所述燃烧室包括用于在所述燃烧室内形成具有湍流的进气空气动力学运动结构的装置，且所述燃料喷射器(5)定位成将燃料沿所述进气空气动力学运动结构的方向在所述两个火花塞(4a、4b)之间喷射到所述燃烧室的中心区域中。

【技术特征摘要】
2017.09.29 FR 17590561.一种内燃机，包括活塞在其中运动的至少一个气缸(11)，所述气缸(11)与燃烧室相关联，所述燃烧室设置有单个进气门(2)、单个排气门(3)、燃料喷射器(5)和两个火花塞(4a、4b)，其特征在于，所述燃烧室包括用于在所述燃烧室内形成具有湍流的进气空气动力学运动结构的装置，且所述燃料喷射器(5)定位成将燃料沿所述进气空气动力学运动结构的方向在所述两个火花塞(4a、4b)之间喷射到所述燃烧室的中心区域中。2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器(5)布置在所述进气门(2)与火花塞(4a)之间。3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器(5)具有圆筒形状的机加工零件。4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器(5)相对于所述气缸(11)的轴线的方向以小于15°、优选地在6°至10°之间的范围内、且更优选地基本上等于8°的角度倾斜。5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器(5)布置在所述燃烧室中，接近所述燃烧室的周界。6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的内燃机，其特征在于，所述火花塞(4a、4b)定位在所述进气门(2)与所述排气门(3)之间。7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器(5)定位在距所述进气门(2)5至15mm之间、更具体地9至10mm之间范围的距离处，且距所述排气门(3)2...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·安布拉扎斯，X·戈特罗，O·拉吉特，J·特罗斯特，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR