Un pistón posicionado para movimiento de vaivén en un cilindro de motor de combustión.

Un pistón (3) dispuesto para movimiento de vaivén en un cilindro de motor de combustión (2) entre una posición de punto muerto inferior y una posición de punto muerto superior,

dicho pistón (3) incluyendo una cabeza de pistón (16) comprendiendo una superficie superior orientada a una cámara de combustión (7), dicha cabeza de pistón (16) conteniendo un rebaje de pistón conformado mediante una cavidad con una abertura hacia fuera, dicho rebaje de pistón comprendiendo una sección de rebaje externa ensanchada hacia el exterior (20) que tiene una forma cóncava curvilínea en sección transversal, dicho pistón (3) teniendo un área de impacto (41) de un frente de llama en progresión en dicha sección de rebaje externo (20), y en el que sensiblemente a mitad de camino entre dichas áreas de impacto (41) y en un plano sensiblemente perpendicular a dicho movimiento de vaivén están dispuestas unas protuberancias (70) que sobresalen en la cámara de combustión (7) y que tienen una forma suave adaptada para conservar la energía cinética en un frente de llama y en el que cada una de dichas protuberancias (70) tiene una forma de un resalte longitudinal que se extiende solo en el área de rebaje externo en un plano sensiblemente paralelo a o casi paralelo a dicho movimiento de vaivén, y en el que dicho resalte comprende un flanco lateral izquierdo (80), una sección superior (81) y un flanco lateral derecho (82) cuando se ve en un plano perpendicular a dicho movimiento de vaivén, en el que dichas protuberancias (70) están dispuestas para redirigir el progreso circular de la llama principalmente hacia un eje central (15) del pistón (3) con una interacción mínima de llama a llama, y en el que está dispuesta una sección de transición (83) entre cada uno de dichos flancos laterales (80, 82) y la sección superior (81) caracterizado por el hecho de que dicha sección de transición (83) comprende un borde de desviación (71) a fin de minimizar las pérdidas de flujo.

Un pistón posicionado para movimiento de vaivén en un cilindro de motor de combustión CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo para controlar el proceso de combustión en un motor de combustión. La invención se refiere a dicho dispositivo para reducir especialmente las emisiones de hollín pero también las de monóxido de carbono y de hidrocarburos en motores de combustión en los cuales la mezcla de combustible / gas del cilindro se enciende por el calor de compresión generado en el cilindro.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN:

Las partículas de hollín (o material particulado) son un producto que, durante la combustión, se pueden tanto formar como posteriormente oxidar en dióxido de carbono (CO2). La cantidad de partículas de hollín medida en los gases de escape es la diferencia neta entre el hollín formado y el hollín oxidado. El proceso es muy complicado. Una combustión con una mezcla de combustible / gas del cilindro rica en combustible, con un mezclado pobre a temperaturas altas produce una elevada formación de hollín. Si las partículas de hollín formado se pueden juntar con sustancias oxidante tales como átomos de oxígeno (O), moléculas de oxígeno (O2), hidróxido (OH) a unas temperaturas suficientemente altas para una relación de oxidación buena, entonces se puede oxidar una mayor parte de las partículas de hollín. En un motor diésel, el proceso de oxidación se considera que está en el mismo orden de magnitud que la formación, lo cual significa que la producción neta de hollín es la diferencia entre la cantidad formada de hollín y la cantidad oxidada de hollín. La emisión neta de hollín puede estar por lo tanto influenciada primero por la reducción de la formación de hollín y segundo por el incremento de la oxidación del hollín. Las emisiones de monóxido de carbono (CO) y emisiones de hidrocarburos (HC) normalmente son muy bajas desde un motor diésel. Los porcentajes pueden subir todavía si el combustible sin quemar acaba en regiones relativamente frías o regiones de estancamiento. Las regiones con un enfriamiento intenso se pueden situar cerca de la pared del cilindro. Un ejemplo en donde puede surgir una zona de estancamiento, es donde dos frentes de llama en progresión colisionan o donde un frente de llama en progresión colisiona con una pared del pistón.

Los óxidos de nitrógeno (NOx) se forman a partir del contenido de nitrógeno en el aire en un proceso térmico que tiene una fuerte dependencia de la temperatura y depende del tamaño del volumen calentado y la duración del proceso.

A un proceso de combustión en el cual el combustible se inyecta directamente en el cilindro y que se enciende por la temperatura y la presión incrementadas en el cilindro, se le refiere en general como el ciclo diésel. Cuando se enciende el combustible en el cilindro, los gases de combustión presentes en el cilindro experimentan un mezclado turbulento con el combustible que está quemando, de manera que se forma una llama de difusión controlada por la mezcla. La combustión de la mezcla de combustible / gas en el cilindro proporciona un incremento en la generación de calor, lo cual provoca que se expanda el gas en el cilindro y que por lo tanto provoque que el cilindro se mueva en el cilindro. Dependiendo de un número de parámetros, tales como la presión de inyección del combustible, la cantidad de gases de escape recirculados al cilindro, el tiempo de inyección del combustible y la turbulencia existente en el cilindro, se obtienen diferentes valores de eficiencia y emisiones del motor.

A continuación sigue un ejemplo de una instalación del estado de la técnica que intenta reducir tanto las partículas como las emisiones de NOx mediante el control de la llama, y que trata de frenar la compensación bien conocida entre las emisiones de hollín y las emisiones de óxido de nitrógeno, lo cual es típico del motor diésel, y es difícil influir sobre dicha compensación. La mayoría de medidas que reducen las emisiones de hollín incrementan las emisiones de óxido de nitrógeno.

El documento W29/5855 divulga un motor de combustión con una cámara de combustión que comprende un pistón, un inyector con una pluralidad de orificios dispuestos para inyectar frentes de pulverizado / llama, que impactan sobre una sección de rebaje externa de pistón durante la mayor parte de la inyección. Entre las áreas de impacto del frente de pulverizado / llama y en un plano sensiblemente perpendicular al movimiento de vaivén del pistón están dispuestos un primer tipo de protuberancias que sobresalen en la cámara de combustión, que tienen un forma suave para conservar la energía cinética en la llama y para redirigir el progreso de la llama circular principalmente hacia un eje central del pistón con la mínima interacción de llama a llama. Un segundo tipo de protuberancias están dispuestas en las áreas de impacto, estando adaptadas para redirigir el progreso de la llama a una dirección circular de progreso de la llama en un plano sensiblemente perpendicular a dicho movimiento de vaivén del pistón y con una interacción mínima entre la llama y la pared de pistón y una pérdida mínima de energía cinética.

Dicho primer tipo de protuberancias funciona bien en relación a la minimización de la pérdida de energía cinética en el frente de llama, pero la forma del primer tipo de protuberancias de acuerdo con la técnica anterior no es óptima cuando se trata de controlar el progreso del frente de llama.

De este modo, hay una necesidad para lograr una forma más óptima de dicho primer tipo de protuberancias (denominadas en lo sucesivo sólo como protuberancias).

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Es, en consecuencia, un objeto de la presente invención superar las deficiencias de la técnica anterior y proporcionar un motor de combustión interna que contenga una instalación de cámara de combustión diseñada para optimizar además el progreso del frente de llama. Esto se hace mediante la identificación de una zona de estancamiento donde las pérdidas de flujo suceden en la parte superior de una protuberancia y al proporcionar a la protuberancia una forma que minimiza dicha zona de estancamiento.

Un objeto adicional de la presente invención es incrementar la robustez en el control del flujo principal del frente de llama. La robustez incrementada es debida a la sensibilidad reducida a la posición en la que el flujo principal del frente de llama se separa de la protuberancia cuando dicho frente de llama continua su progresión hacia el centro de la cámara de combustión.

Otro objeto de la presente invención es facilitar además una oxidación posterior del hollín restante. La reducción de hollín es especialmente importante para combustibles tales como por ejemplo diésel. La invención contribuye además a la reducción de emisiones de monóxido de carbono (CO) y emisiones de hidrocarburos (HC). La reducción de CO y de HC se vuelve especialmente importante para combustibles tales como por ejemplo el DME (dimetiléter). Se puede usar una cantidad mayor de la energía cinética disponible en el frente de llama de una forma útil para la oxidación incrementada del combustible restante. De esta manera la duración del proceso de combustión será más corta, lo cual tiene como resultado un consumo de combustible más reducido.

Otro objeto de la presente invención es Incrementar la eficiencia. El diseño de la protuberancia en la cámara de combustión de acuerdo con la presente Invención contribuye a un proceso de combustión más rápido y por lo tanto tiene como resultado una eficiencia incrementada.

La satisfacción de los objetos mencionados anteriormente tiene como resultado el hecho de que los efectos conocidos cuando se usa, por ejemplo, una cantidad Incrementada de Recirculación de Gas de Escape, se puedan compensar por lo menos parcialmente por la presente invención.

De acuerdo con la invención, los objetos anteriores y otros objetos más detallados se pueden lograr al proporcionar un pistón dispuesto para movimiento de vaivén en un cilindro de motor de combustión entre una posición de punto muerto inferior y una posición de punto muerto superior. Dicho pistón incluyendo una cabeza de pistón comprendiendo una superficie superior orientada a una cámara de combustión. Dicha cabeza de pistón conteniendo un rebaje de pistón, conformado mediante una cavidad con una abertura hacia fuera, y en el que dicho rebaje de pistón comprendiendo una sección de rebaje externa ensanchada hacia el exterior que tiene una forma cóncava curvilínea en sección transversal, dicho pistón teniendo un área de impacto de un frente de llama en progresión en dicha sección de rebaje externo, y en el que sensiblemente... [Seguir leyendo]

1. Un pistón (3) dispuesto para movimiento de vaivén en un cilindro de motor de combustión (2) entre una posición de punto muerto inferior y una posición de punto muerto superior, dicho pistón (3) incluyendo una cabeza de pistón (16) comprendiendo una superficie superior orientada a una cámara de combustión (7), dicha cabeza de pistón (16) conteniendo un rebaje de pistón conformado mediante una cavidad con una abertura hacia fuera, dicho rebaje de pistón comprendiendo una sección de rebaje externa ensanchada hacia el exterior (2) que tiene una forma cóncava curvilínea en sección transversal, dicho pistón (3) teniendo un área de impacto (41) de un frente de llama en progresión en dicha sección de rebaje externo (2), y en el que sensiblemente a mitad de camino entre dichas áreas de impacto (41) y en un plano sensiblemente perpendicular a dicho movimiento de vaivén están dispuestas unas protuberancias (7) que sobresalen en la cámara de combustión (7) y que tienen una forma suave adaptada para conservar la energía cinética en un frente de llama y en el que cada una de dichas protuberancias (7) tiene una forma de un resalte longitudinal que se extiende solo en el área de rebaje externo en un plano sensiblemente paralelo a o casi paralelo a dicho movimiento de vaivén, y en el que dicho resalte comprende un flanco lateral izquierdo (8), una sección superior (81) y un flanco lateral derecho (82) cuando se ve en un plano perpendicular a dicho movimiento de vaivén, en el que dichas protuberancias (7) están dispuestas para redirigir el progreso circular de la llama principalmente hacia un eje central (15) del pistón (3) con una interacción mínima de llama a llama, y en el que está dispuesta una sección de transición (83) entre cada uno de dichos flancos laterales (8, 82) y la sección superior (81) caracterizado por el hecho de que dicha sección de transición (83) comprende un borde de desviación (71) a fin de minimizar las pérdidas de flujo.

2. Un pistón (3) como en la reivindicación 1, en el que cada uno de dichos flancos laterales (8, 82) tiene una superficie lateral (84) y dicha sección superior (81) tiene una superficie superior (85), caracterizado por el hecho de que un ángulo de separación (86) entre una tangente de la superficie lateral (87) y una tangente de la superficie superior (88) en dicha sección de transición (83), donde cada una de dichas superficies laterales (84) se encuentra con dicha superficie superior (85) y conformando dicho borde de desviación (71), está entre 9 y 16 grados.

3. Un pistón (3) como en la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que dicho ángulo de separación (86) está entre 12 y 15 grados.

4. Un pistón (3) como en una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado por el hecho de que se define un ángulo de desviación (88) como el ángulo entre una línea (89), paralela a una línea central de la protuberancia (7) y dicha tangente de la superficie lateral (87).

5. Un pistón (3) como en la reivindicación anterior, caracterizado por el hecho de que dicho ángulo de desviación (88) está entre - 3 y + 3 grados.

6. Un pistón (3) como en una de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado por el hecho de que se pueden combinar diferentes valores del ángulo de desviación (88) con diferentes valores del ángulo de separación (86).

7. Un pistón (3) como en una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que cada uno de dichos flancos laterales (8, 82) tiene una forma cóncava curvilínea con un primer radio (Rs) y dicha sección superior (81) tiene una forma convexa curvilínea con un segundo radio (Rt) cuando se ve en un plano perpendicular a dicho movimiento de vaivén.

8. Un pistón (3) como en una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho borde de desviación (71) está dispuesto a lo largo de toda la extensión del resalte.