[发明专利]用于降低车辆内燃机排放的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制内燃机内的燃烧过程的装置。本发明特别涉及用于特别降低内燃机中的碳烟排放以及一氧化碳和碳氢化合物排放的这种装置，在内燃机中燃料/气缸气体混合物通过气缸内由压缩生成的热而点燃。

背景技术

碳烟微粒(或粒子)是燃烧期间能够形成且基本上能够被氧化为二氧化碳(CO₂)的产物。排气内测量到的碳烟微粒的量是所形成的碳烟和被氧化的碳烟之间的净差。过程非常复杂。在高温下以不良混合的燃料富集的燃料/空气混合物进行的燃烧产生高的碳烟形成。如果将所形成的碳烟微粒能够与例如氧原子(O)、氧分子(O₂)、羟基(OH)的氧化物质在对于良好的氧化速度足够高的温度下置于一起，则碳烟微粒的更多部分能够被氧化。在柴油发动机中，氧化过程被考虑为处于与形成相同的量级，这意味着净碳烟产物是碳烟的形成量和碳烟的氧化量之间的差异。因此能够首先通过降低碳烟的形成且其次通过增加碳烟的氧化来影响碳烟的净排放。来自柴油机的一氧化碳排放(CO)和碳氢化合物排放(HC)通常非常低。但如果未燃烧的燃料在相对冷的区域内结束则能够升高百分比。这样的区域特别是位于靠近气缸壁的具有强化冷却的区。另一个例子是活塞和气缸套之间的腔。

氮氧化物(NO_X)由空气内的氮成分在热过程中形成，所述氮氧化物的形成具有强的温度依赖性，且取决于被加热的体积和过程的持续时间。

其中燃料直接喷射到气缸内且通过气缸内升高的温度和压力而被点燃的燃烧过程一般称为柴油机过程。当燃料在气缸内被点燃时，存在于气缸内的燃烧气体经历与燃烧中燃料的湍流，使得形成由混合物控制的扩散火焰。燃料/气体混合物在气缸内的燃烧导致生热，这导致气缸内的气体膨胀，且所述膨胀因此导致活塞在气缸内移动。根据多个参数，例如燃料喷射压力、再循环到气缸内的排气的量、燃料喷射时间和气缸内存在的湍流获得了不同的效率值和发动机排放值。

如下给出了两个现有技术的设备的例子，所述设备通过控制火焰且试图抑制碳烟排放和氮氧化物排放之间的已熟知的“消长关系”而力图降低碳烟和NO_X排放，所述碳烟排放和氮氧化物排放在柴油机中是典型的，且难于影响所述“消长关系”。降低碳烟排放的大多数措施使氮氧化物排放升高。

EP1216347示出了用于通过控制燃烧火焰来控制内燃机内的燃烧过程的设备，其目的是降低碳烟和NO_X的排放。带有足够高的动能(高喷射压力)的燃料被喷射到燃烧室内，以向喷雾提供动能，其方式使得实现了喷雾内混合过程以及燃料和气缸气体之间的大程度全局混合过程，因此将碳烟排放保持为低于选择的水平。再循环的排气的部分被选择，使得将氮氧化物的排放保持为低于选择的水平。

US6732703示出了用于最小化NO_X排放和碳烟微粒的设备。在此，在喷射期间燃料喷雾撞击内部碗状底部部分，以将燃烧冷却且因此降低NO_X的生成。燃料以高压喷射且活塞成形为保持喷雾羽流/火焰和燃料/空气混合物的动量，使得在燃烧过程后期发生可利用的氧与碳烟的良好混合。在周向火焰行进期间，当喷雾羽流撞击内部碗状底部部分时且当两个邻近的火焰相互撞击时损失了大量动量。

US5215052披露了用于改进燃料/空气混合物的设备和燃烧空间内周向方向上降低的火焰膨胀流动损失。这通过如下方式实现，即为活塞提供浅的活塞凹陷且在凹陷底部提供沉陷，使得沉陷具有相对于活塞凹陷的周向方向且主要在垂直于活塞往复运动的平面内的皱褶形状。当火焰在垂直于活塞往复运动的周向方向上行进时仍将损失大量动量。此布置不适合于促进后期碳烟的氧化。

JP59010733披露了在活塞碗状部的顶部和内侧处带有突起10的燃烧室8。对于每个喷雾存在一个突起。每个燃料喷雾指向其突起，以当喷雾溅射在突出时增加喷雾沿活塞碗状部的周向壁的流动速度。特别地，在周向火焰行进期间当邻近的火焰相互撞击时，大量动量损失。

鉴于内燃机的未来排放法规，存在进一步降低碳烟排放水平以满足未来需要的需求。

发明内容