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

Un motor de combustión interna que comprende un pistón (3) posicionado para el movimiento recíproco en un cilindro del motor de combustión

(2) entre una posición de punto muerto inferior y una posición de punto muerto superior, incluyendo dicho pistón una corona del pistón (16) que comprende una superficie superior frente a una cámara de combustión (7), conteniendo dicha cabeza del pistón (16) una cubeta de pistón formada por una cavidad abierta hacia fuera, comprendiendo dicha cubeta de pistón una sección de cubeta exterior ensanchada hacia fuera (20) que tiene una forma curvilínea cóncava en sección transversal, al menos un puerto de admisión (10, 12) dispuesto para proporcionar la cámara de combustión (7) con aire de admisión sustancialmente sin remolino, un inyector (13) dispuesto para inyectar combustible en la cámara de combustión (7) desde una posición adyacente a un centro geométrico (15) de dicha cámara de combustión (7) y que tiene un área de impacto de una emisión de llama que progresa en dicha sección de cubeta exterior (20) y donde sustancialmente a medio camino entre dichas zonas de impacto y en un plano sustancialmente perpendicular a dicho movimiento recíproco están dispuestos un primer tipo de salientes (60, 70, 81, 140) que sobresale en la cámara de combustión (7) de la sección de cubeta exterior (20) y que tiene una forma lisa adaptada para la conservación de la energía cinética en una emisión de llama y donde cada uno de dicho primer tipo de salientes (60, 70, 81, 140) tiene una forma de un reborde longitudinal que se extiende solamente en la sección de cubeta exterior (20) y donde dicho primer tipo de salientes (60, 70, 81, 160) que tiene un flanco lateral izquierdo (71) y un flanco lateral derecho (72) de dicho reborde cuando se ve desde dicho inyector (13) y donde dicho flanco lateral izquierdo (71) está formado de manera diferente en comparación a dicho flanco lateral derecho (72) con el fin de redirigir el movimiento de una emisión de llama progresando hacia dicho flanco lateral izquierdo (71) en un plano perpendicular a dicho movimiento recíproco de manera diferente en comparación con la correspondiente emisión de llama que progresa hacia dicho flanco lateral derecho (72), caracterizado porque una parte superior (145) de dicho reborde, se posiciona lejos de una parte inferior de dicha cubeta de pistón, que tiene una forma que se barre en una primera dirección (103 o 104) en un plano (101) perpendicular a un eje de movimiento alternativo del pistón (3) y cuando se ve desde dicho inyector (13), y una parte inferior (146) de dicho reborde, se posiciona cerca de dicha parte inferior de dicha cubeta de pistón, que tiene una forma que se barre en una dirección opuesta (103 o 104) a dicha primera dirección cuando se ve desde dicho inyector (13) y en otro plano (102) perpendicular a dicho eje de movimiento alternativo del pistón (3), y donde una distancia (105) paralela a un eje de movimiento alternativo del pistón (3) y entre dichos planos (101, 102) es al menos la mitad de una longitud total (93) de dicho reborde.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/000780.

Solicitante: VOLVO TECHNOLOGY CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: 405 08 GÖTEBORG SUECIA.

Inventor/es: EISMARK,JAN, BALTHASAR,MICHAEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DE PISTONES; MOTORES... > Otros motores   caracterizados por   la... > F02B23/06 (estando el espacio de combustión colocado en el pistón (F02B 23/04 tiene prioridad))

PDF original: ES-2539852_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

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

La presente invención se refiere a un dispositivo para controlar el procedimiento de combustión en un motor de combustión. La invención se refiere a un dispositivo de este tipo para reducir las emisiones de hollín y también de monóxido de carbono y de hidrocarburos en motores de combustión en los que la mezcla de combustible/gas del cilindro es encendida por el calor de compresión generado en el cilindro. La invención también se refiere a un dispositivo que tiene una alta eficiencia de combustión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN:

Las partículas de hollín (o partículas) son un producto que, durante la combustión, pueden ser tanto formado como posteriormente oxidado 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. La combustión con una mezcla rica en combustible, de combustible/aire con un mezclado pobre a alta temperatura produce una alta formación de hollín. Si las partículas de hollín formadas pueden ser llevadas junto con sustancias oxidantes tales como átomos de oxígeno (O), moléculas de oxígeno (2), hidróxido (OH) a temperatura suficientemente alta para una buena velocidad de oxidación, a continuación, una mayor parte de las partículas de hollín puede oxidarse. En un motor diésel, el proceso de oxidación se considera que está en el mismo orden de magnitud que la formación, lo que significa que la producción neta de hollín es la diferencia entre la cantidad de hollín formado y la cantidad de hollín oxidada. Por lo tanto, la emisión neta de hollín puede ser influenciada en primer lugar mediante la reducción de la formación de hollín y en segundo lugar mediante el aumento de la oxidación de hollín. Las emisiones de monóxido de carbono (CO) y las emisiones de hidrocarburos (HC) son normalmente muy bajas de un motor diésel. Sin embargo los porcentajes pueden aumentar si el combustible no quemado termina en regiones relativamente frías. Tales regiones son, en particular, las zonas con refrigeración intensa situadas cerca de la pared del cilindro. Otro ejemplo son las cavidades entre el pistón y la camisa del cilindro.

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.

Un procedimiento de combustión en el que el combustible se inyecta directamente en el cilindro y es encendido por aumento de la temperatura y la presión en el cilindro se denomina generalmente como el procedimiento diésel. Cuando el combustible se enciende en el cilindro, los gases de combustión presentes en el cilindro se someten a un mezclado turbulento con el combustible que se quema, de modo que se forma una llama de difusión de mezcla controlada. La combustión de la mezcla de combustible/gas en el cilindro da lugar a la generación de calor, lo que causa que el gas en el cilindro se expanda y lo que por lo tanto causa que el pistón se mueva en el cilindro. Dependiendo de una serie de parámetros, tales como la presión de inyección del combustible, la cantidad de gases de escape recirculada al cilindro, el tiempo de inyección del combustible y la turbulencia que prevalece en el cilindro, se obtienen diferentes valores de eficiencia y de emisiones del motor.

A continuación sigue un ejemplo de disposición del estado de la de la técnica que intenta reducir tanto el hollín como las emisiones de NOx mediante el control de la llama y trata de frenar la conocida "correlación" entre las emisiones de hollín y las emisiones de óxido de nitrógeno, que es típica del motor diésel y cuya "correlación" es difícil de influenciar. La mayoría de las medidas que reducen las emisiones de hollín aumentan 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 pluralidad de orificios dispuestos para inyectar emisiones de pulverización/de llama, que inciden en una sección de la cubeta exterior del pistón durante la mayor parte de la inyección. Entre las áreas de impacto de las emisiones de pulverización/llama y en un plano sustancialmente perpendicular al movimiento recíproco del pistón están dispuestos un primer tipo de salientes que sobresalen en la cámara de combustión, que tienen una forma suave para la conservación de la energía cinética en la llama y para redirigir el progreso de llama circunferencial principalmente hacia un eje central del pistón con mínima interacción de llama a llama. Un segundo tipo de salientes están dispuestos en las áreas de impacto, que están adaptadas para redirigir el progreso de la llama en una dirección de progreso de la llama circunferencial en un plano sustancialmente perpendicular a dicho movimiento del pistón recíproco y con interacción mínima de pared llama a pistón y una mínima pérdida de energía cinética. Se menciona que ambos tipos de dichos salientes se pueden adaptar a girar por tener una forma asimétrica que es barrida hasta un cierto grado en la dirección de flujo del remolino. Esto es con el fin encontrarse con la emisión de pulverización afectada por dicho remolino en la posición correcta cuando choca en dicha área de impacto.

Debido a la próxima futura legislación de emisiones para motores de combustión existe la necesidad de reducir aún más los niveles de emisión con el fin de satisfacer las próximas demandas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Por lo tanto, es un objeto de la presente invención superar las deficiencias de la técnica anterior y proporcionar un motor de combustión interna que contiene una disposición de cámara de combustión diseñada para reducir aún más las emisiones de hollín Indeseables. Esto se hace promoviendo la oxidación posterior del hollín que queda. La reducción de hollín es especialmente Importante para combustibles tales como por ejemplo dlésel. La Invención además contribuye a la reducción de las emisiones de monóxido de carbono (CO) y de las emisiones de hidrocarburos (HC). La reducción de CO y HC llega a ser especialmente importante para combustibles tales como por ejemplo DME (éter de dimetilo).

Otro objeto de la presente Invención es aumentar la eficiencia. El diseño de la cámara de combustión según la presente invención da como resultado una combustión más rápida.

La satisfacción de los objetos anteriormente mencionados resulta también en que los efectos conocidos cuando se utiliza, por ejemplo, una mayor cantidad de reclrculaclón del gas de escape que al menos en parte puede ser compensada por la presente invención.

Según la invención, los objetos anteriores y otros objetos más detallados pueden conseguirse proporcionando un pistón posicionado para un movimiento recíproco en un cilindro del motor de combustión entre una posición de punto muerto inferior y una posición de punto muerto superior, dicho pistón incluyendo una corona de pistón que comprende una superficie superior frente a una cámara de combustión, conteniendo dicha corona del pistón una cubeta de pistón formada por una cavidad abierta hacia fuera, comprendiendo dicho pistón una sección de cubeta exterior exteriormente acampanada que tiene una forma curvilínea cóncava en sección transversal, al menos un puerto de admisión dispuesto para proporcionar la combustión con cámara de admisión de aire sustancialmente sin remolino, un inyector dispuesto para Inyectar combustible en la cámara de combustión desde una posición adyacente a un centro... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un motor de combustión interna que comprende un pistón (3) posicionado para el movimiento recíproco en un cilindro del motor de combustión (2) entre una posición de punto muerto inferior y una posición de punto muerto superior, incluyendo dicho pistón una corona del pistón (16) que comprende una superficie superior frente a una cámara de combustión (7), conteniendo dicha cabeza del pistón (16) una cubeta de pistón formada por una cavidad abierta hacia fuera, comprendiendo dicha cubeta de pistón una sección de cubeta exterior ensanchada hacia fuera (2) que tiene una forma curvilínea cóncava en sección transversal, al menos un puerto de admisión (1, 12) dispuesto para proporcionar la cámara de combustión (7) con aire de admisión sustancialmente sin remolino, un inyector (13) dispuesto para inyectar combustible en la cámara de combustión (7) desde una posición adyacente a un centro geométrico (15) de dicha cámara de combustión (7) y que tiene un área de impacto de una emisión de llama que progresa en dicha sección de cubeta exterior (2) y donde sustancialmente a medio camino entre dichas zonas de impacto y en un plano sustancialmente perpendicular a dicho movimiento recíproco están dispuestos un primer tipo de salientes (6, 7, 81, 14) que sobresale en la cámara de combustión (7) de la sección de cubeta exterior (2) y que tiene una forma lisa adaptada para la conservación de la energía cinética en una emisión de llama y donde cada uno de dicho primer tipo de salientes (6, 7, 81, 14) tiene una forma de un reborde longitudinal que se extiende solamente en la sección de cubeta exterior (2) y donde dicho primer tipo de salientes (6, 7, 81, 16) que tiene un flanco lateral izquierdo (71) y un flanco lateral derecho (72) de dicho reborde cuando se ve desde dicho inyector (13) y donde dicho flanco lateral izquierdo (71) está formado de manera diferente en comparación a dicho flanco lateral derecho (72) con el fin de redirigir el movimiento de una emisión de llama progresando hacia dicho flanco lateral izquierdo (71) en un plano perpendicular a dicho movimiento recíproco de manera diferente en comparación con la correspondiente emisión de llama que progresa hacia dicho flanco lateral derecho (72), caracterizado porque una parte superior (145) de dicho reborde, se posiciona lejos de una parte inferior de dicha cubeta de pistón, que tiene una forma que se barre en una primera dirección (13 o 14) en un plano (11) perpendicular a un eje de movimiento alternativo del pistón (3) y cuando se ve desde dicho inyector (13), y una parte inferior (146) de dicho reborde, se posiciona cerca de dicha parte inferior de dicha cubeta de pistón, que tiene una forma que se barre en una dirección opuesta (13 o 14) a dicha primera dirección cuando se ve desde dicho inyector (13) y en otro plano (12) perpendicular a dicho eje de movimiento alternativo del pistón (3),

y donde una distancia (15) paralela a un eje de movimiento alternativo del pistón (3) y entre dichos planos (11, 12) es al menos la mitad de una longitud total (93) de dicho reborde.

2. Un motor de combustión interna como en la reivindicación 1, caracterizado porque una de dichas partes superiores o inferiores barridas en primera dirección que tiene una primera parte superior de la sección de reborde (147) donde la extensión de dicha primera parte superior de la sección de reborde coincide con un primer plano (11) que es paralelo a dicho movimiento recíproco y en la que dicho primer plano (11) coincide con dicho eje central geométrico del cilindro del motor de combustión y donde la otra de dichas partes superiores o inferiores barridas en dirección opuesta que tienen una segunda parte superior de la sección de reborde (148) donde la extensión de dicha segunda parte superior de la sección de reborde (148) coincide con un segundo plano (111) que también es paralelo a dicho movimiento recíproco y donde dicho segundo plano (111) también coincide con dicho eje central geométrico del cilindro del motor de combustión,

y donde una primera distancia (112) entre dicho primer plano (11) y dicho segundo plano (111), medida sustancialmente en una posición de dicho reborde o primer tipo de saliente (6, 7, 81, 14), es menor que una segunda distancia correspondiente a una anchura de la base de dicho primer tipo de saliente (6, 7, 81, 14) en una porción de dicho primer tipo de saliente (6, 7, 81, 14) que tiene la anchura más grande.

3. Un motor de combustión interna como en la reivindicación 1, caracterizado porque tiene una parte superior de dicho reborde donde la extensión de dicha parte superior de dicho reborde coincide con un plano (12) que tiene un ángulo (121) a un eje central geométrico (15) del cilindro del motor de combustión y donde dicho plano (12) coincide solo en un punto (122) con dicho eje central geométrico del cilindro del motor de combustión.

4. Un motor de combustión interna como en la reivindicación 3, caracterizado porque dicho ángulo está entre y 3 grados.

5. Un motor de combustión interna como en una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un segundo tipo de salientes (82) está dispuesto en la zona de impacto entre dicho primer tipo de salientes (6, 7, 81, 14) y donde dicho segundo tipo de salientes (82) están adaptándose para redirigir el progreso de la llama dirigida hacia el área de impacto principalmente en una dirección de progreso de la llama circunferencial en un plano sustancialmente perpendicular a dicho movimiento recíproco y con interacción de la pared de llama a pistón mínima y con una pérdida de energía cinética mínima.

6. Un motor de combustión interna como en una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho primer tipo de salientes (6, 7, 81, 14) están dispuestos para redirigir el progreso de la llama circunferencial principalmente hacia un eje central (15) del pistón (3) con un mínimo de interacción de llama a llama.