发明名称 用于内燃机之燃烧室及使用自由基类燃料燃烧之程序
摘要 一种供一内燃引擎所用的活塞,该活塞有一反应室,以便在该内燃引擎的压缩循环中产生自由基类燃料,以供该引擎在下一个压缩循环中使用。该反应室靠近一活塞冠凹部,并透过多个不连续的通道而接通该内燃引擎的主燃烧室,这些通道被用来分别控制进入喷射给油式引擎的反应室的燃料及空气供应量,这些通道也被用来强化在吸油式引擎的反应室功能。不连续的燃料与空气控制通道对于高转速、直接喷射给油式燃烧室特别有效益。
申请公布号 TW218404 申请公布日期 1994.01.01
申请号 TW082104561 申请日期 1993.06.07
申请人 新尼士研究公司 发明人 卡罗.利多.迪.皮罗;安卓A.保林;西卓P.耐顿;威廉P.迈克康;理查士C.法拉;博德R.包伯
分类号 F02F3/28 主分类号 F02F3/28
代理机构 代理人 林镒珠 台北巿长安东路二段一一二号九楼
主权项 1﹒一反覆运动活塞内燃引擎,该引擎包括一个有封闭端点的汽缸,燃料与空气注入物定期地被供应至该汽缸内,该汽缸内有一活塞反覆运动,而形一个有可理容积的燃烧室,燃料与空气注入物的燃烧循环进行于这个有可变容积的燃烧室内,该燃烧循环包括进汽、压缩、燃烧、膨胀与排气等部分,该活塞冠包括一四部,在该烧室处于最小容积时,该四部容纳该注入物的大部分,其中:该活塞包括至少一反应室与一阵列不连续通通,该反应室形成于该活塞之内,且有一弯曲侧壁(由剖面视图观之),该多値不连续通道提供该凹部与该反应室之间的沟通,由于该反应室与该多値通道的形状与尺寸,在每一次燃烧循环的压缩冲程中,该注入物的一部分经由该多个通道被送入该反应室,且在该压缩冲程的至少一部分中,该注入物的任何气体部分的流动被阻塞;被送入反应室的液体在接触该反应室侧壁时形成涡流以影响热传导进入被导入的注入物与影响反应室内液体的部分氧化;任何从该燃烧室逼近该反应室的焰前前破淬火;在每一个燃烧循环的膨张与排气冲程的至少一部分,从该反应室进入该燃烧室包含自由基类燃料的可压溶气体被阻塞;因此,产生自由基类燃料,该自由基类燃料于一燃烧循环的燃烧,膨胀与排气冲程中,被暂时保留在该反应室内,该自由基类燃料在该排气冲程结束后被送入该活塞四部,至少在下一次燃烧循环的压缩冲程之前该自由基类燃料必须被送入该活塞四部,必须有足够的自由基类燃料被送入该活塞凹部,以调理下一次进入燃烧室的注入物,以获得预先选定的点火与燃烧特性,至少一个不连续通道(燃料控制通道)被定位来控制燃料在每一燃烧循环中进入该反应室,至少有另一个不连续通道(空气控制通道)被安排来控制空气于每一燃烧循环中进入该反应室,该燃料与空气控制通道在不同的位置穿入该反应室,另有一装置以导引每一次注入物的燃料的一部分向着该燃料控制通道,该空气控制通道于每一燃烧循环的进汽与压缩冲程中接收空气。2﹒如申请专利范围第1项所述之引擎,其中该用以导引每一次注入物的燃料的一部分向着该燃料控制通道的装置包括一燃料喷射器以直接将液体燃料喷入该活塞四部并包括一喷嘴以导引从该喷嘴出来的燃料沿着该燃料控制通道的方向移动。3﹒如申请专利范围第2项所述之引擎,更包括一通道连通于该燃料控制通道,以提供该燃料控制通道与该反应室之间的沟通;该道通的方位配合从该燃料喷射器朝着该燃料控制通道的方向。4﹒如申请专利范围第1.2或3项所述之引擎,其中该燃料控制通道与该空气控制通道环绕该活塞凹部而彼此分开,并包括一种装置以迫使在每一个燃烧循环中正进入燃烧室的注入物在该活塞四部内产生一种依着圆形路径的涡流,其中以该涡流的方向为准,该燃料控制通道是在该空气控制通道的上游。5﹒如申请专利范围第1.2或3项所述之引擎,其中该凹部是由沿着活塞轴向而凸起的侧壁所围成,其中该燃料控制通道被安排来提供该反应室与该沿着活塞轴向凸起的侧壁的一部分之间的沟通。6﹒如申请专利范围第1.2或3项所述之引擎,更包括一极装置可根据下列方程式在每一燃烧循环中在该反应室内进行自由基类燃料的产生:ROUT=R GEN﹒+RlN─RRET﹒RCRII其中:ROUT=从反应室进入活塞凹部的自由基类燃料;R GEN﹒=每一个燃烧循环中在反应室内所产生的自由基类燃料;RIN=每一个燃烧循环中从反应室被散播回到燃烧室的自由基类燃料;RRET﹒=每一个燃烧循环中被保留在反应室内的自由基类燃料RCRIT﹒=每一个燃烧循环中需要被保留在反应室内的自由基类燃料的最小量,以便持续而稳定地散播于进入燃烧室约燃料与空气,藉此获得供引擎所用的燃料与空气的一种预定的点火与燃烧特性。8﹒如申请专利范围第1.2项所述之引擎,更包括一催化剂被放入一反应室,催化剂提升该自由基类燃料的产生。9﹒如申请专利范围第8项所述之引擎,其中该催化剂被涂在该反应室的壁表面。10﹒如申请专利范围第1或2项所述之引擎,更包括一个次要燃料控制通道在该燃料控制通道附近,其中该用以导引每一次注入物的燃料的一部分向着该燃料控制通道的装置,至少在某些预定的引擎作业情况中,也导引每一次注入物的燃料的一部分向着该次要燃料控制通道。11﹒如申请专利范围第1项所述之引擎,更包括至少一个次要空气控制通道于每一个燃烧循环中接收空气。12﹒如申请专利范围第10项所述之引擎,更包括至少一个次要空气控制通道于每一个燃烧循环中接收空气。13﹒如申请专利范围第1项所述之引擎,其中该活塞包括一冠部,其中该空气控制通道穿入该活塞冠。14﹒一反覆运动活塞内燃引擎,该引擎包括一个有封闭端点的汽缸,燃料与空气注入物定期地被供应至该汽缸内,该汽缸内有一活塞反覆运动,而形一个有可理容积的燃烧室,燃料与空气注入物的燃烧循环进行于这个有可变容积的燃烧室内,该燃烧循环包括进汽、压缩、燃烧、膨胀与排气等部分,该活塞冠包括一凹部,在该烧室处于最小容积时,该凹部容纳该注入物的大部分,其中:该活塞包括至少一反应室与一阵列不连续通道,该反应室形成于该活塞之内,且有一弯曲侧壁(由剖面视图观之),该多値不连续通道成为该凹部与该反应室之间的沟通,由于该反应室与该多値通道的形状与尺寸,在每一次燃烧循环的压缩冲程中,该注入物的一部分经由该多个通道被送入该反应室,且在该压缩冲程的至少一部分中,该注入物的任何气体部分的流动被阻塞;被送入反应室的液体在接触该反应室侧壁时形成涡流以影向热传导进入被导入的注入物与影响反应室内液体的部分氧化;任何从该燃烧室遍近该反应室的焰前被淬火;在每一个燃烧循环的膨胀与排气冲程的至少一部分,从该反应室进入该燃烧室包含自由基类燃料的可压缩气体被阻塞;因此,产生自由基类燃料,该自由基类燃料于一燃烧循环的燃烧、膨胀与排气冲程中,被暂时保留在该反应室内,该自由基类燃料在该排气冲程结束后被送入该活塞凹部,至少在下一次燃烧循环的压缩冲程之前该自由基类燃料必须被送入该活塞凹部,必须有足够的自由基类燃料被送入该活塞四部,以调理下一次进入燃烧室约注入物,以获得预先选定的点火与燃烧特性。15﹒如申请专利范围第14项所述之引擎,其中该凹部是由沿着活塞轴向而凸起的侧壁所围成,该阵列包括至少一不连绝通道与该沿着活塞轴向凸起的侧壁的一部分沟通。16﹒如申请专利范围第15项所述之引擎,其中该阵列包括至少一个次要不连续通道与在该凹部外围的活塞冠沟通。17﹒如申请专利范围第14或15项所述之引擎,更包括一注入物准备装置、一进气歧管以提供该注入准备装置与该燃烧室之间的沟通、一注入物进汽控制阀装置以定期输送注入物进入该烧室、一火星点火器在该燃烧室内以点燃从该燃料准备装置定期进入该燃烧室的注入物。18﹒如申请专利范围第项所述之引擎,更包括一种装置以造成该注入物在该燃烧室内沿着该活塞的轴向而分层。19﹒如申请专利范围第1或3项所述之引擎,其中该活塞依着其纵向中心线而对称,该空气控制通道延伸于一垂直于该活塞纵向中心线并从该活塞从向中心线向外辐射之假想平面中。20﹒如申请专利范围第1项所述之引擎,其中该反应室是球形。21﹒如申请专利范围第20项所述之引擎,更包括多个球形反应室,其中邻近的反应室的该燃料控制通通极靠近彼此地穿入该活塞凹部。22﹒如申请专利范围第1项所述之引擎,其中该反应室为圆周长形,该燃料控制通迅与该空气控制通道在该活塞凹部周围不同的位置与该活塞凹部沟通。23﹒如申请专利范围第1项所述之引擎,更包括多个反应室沿着该活塞冠部之圆周分开,其中邻近的反应室的该燃料控制通道极靠近彼此地穿入该活塞凹部,邻近的反应室的该空气控制通道位在该燃料控制通道的任一侧。24﹒如申请专利范围第4项所述之引擎,其中该反应室及一圆周长形室,该燃料控制室与该空气控制室朝着该反应室的相反端。25﹒如申请专利范围第24项所述之引擎,更包括至少两个空气控制通道沿着圆周彼此分开。20﹒如申请专利范围第25项所述之引擎,其中该多个空气控制通道中至少两个也相对于该活塞纵向中心线纵向地分开。27﹒如申请专利范围第24项所述之引擎,其中该燃料控制通道与该空气控制通道相对于该活塞纵向中心线纵向地分开。28﹒一种用以散播自由基类燃料于进入一反覆运动活塞内燃引擎的注入物的方法,该引擎包括一个活塞与一燃料供应系统,该活塞在其冠有一个凹部,在燃烧室处于最小容积时,该凹部形成该燃烧室的大部分,该燃料供应系统供应燃料进入该燃烧室以进行一燃烧循环,该燃烧循环包括进汽,压缩、燃烧、膨胀与别气等部分,该方法包括下列步骤:提供一反应室于该活塞冠部靠近该凹部周边处,该活塞包括至少一反应室与一阵列不连续通道,该反应室至少绕行该凹部周边的一部分;提供一阵列不连横通通,该多値不连续通通提供该凹部与该反应室之间的沟通,至少一通道沿着该弯曲侧壁的切线方向穿透该弯曲侧壁,因此,在每一个燃烧循环中,燃料流从该凹部经由该通道被导入该反应室时,在该反应室内产生一涡流;每一个燃烧循环中,导引每一次注入物的燃料部分进入至少一个不连续通道(燃料控制通道) 并透过该燃料控制通道来控制燃料进入该反应室,并使用该阵列中与该燃料控制通道分开的至少一个分开的通通(空气控制通道)并透过该空气控制通道来控制空气进入该反应室;选择该多个通道的尺寸、构造与位置,因此,从该燃烧室逼近该反应室的火焰在其进入反应室之前即被该通道淬火,因此,由于在膨胀、排气与压缩冲程的一部分期间中溢出该通道时的不同压力条件,该可压缩气绝从该燃烧室进入该反应室或离开该反应室进入该燃烧室的流动被阻塞,如此,在该反应室内的压力高低变化永远跟随着在该燃烧室内的压力高低变化,因此,在一燃烧循环中,在该反应室内产生的自由基类燃料,在该燃烧循环的燃烧、膨胀与排气冲程中,部分被保留于该反应室内,而在下一次燃烧循环的压缩冲程将开始前,部分被释入该凹部;将每一个燃烧循环所用的燃料注入物的一部分入该反应室,并在该反应室内使该注入物的部分发生反应,以产生自由基类燃料,而混合物接触室侧壁时产生涡流,并在上述的被阻塞的外流的条件下,透过该通道阵列,释放在该反应室内所产生的自由基类燃料的一部分到该凹部内;在该反应室内进行自由基类燃料的产生,并依据下列方程式来管理该反应室内的自由基顿燃料:ROUT=RGEN﹒+RlN─RRET﹒RCKlT其中:ROUT=从反应室进入活塞凹部的自由基类燃料;R GEN﹒=每一个燃烧循环中在反应室内所产生的自由基类燃料;RlN=每一个燃烧循环中从反应室被散播回到燃烧室的自由基类燃料;RRET﹒=每一个燃烧循环中被保留往反应室内的自由基类燃料RCRIT﹒=每一个燃烧循环中需要被保留在反应室内的自由基类燃料的最小量,以便持续而稳定地散播于进入燃烧室的燃料与空气,藉此获得供引擎所用的燃料与空气的一种预定的点火与燃烧特性。29﹒如申请专利范围第28项所述之方法,更包括在每一燃烧循环中将液体燃料直接喷入该活塞的该凹部,并在每一燃烧循环的点火冲程中利用压缩点火来点火,其中该预先选择的点火特性包括在每一个燃烧循环中一致、可预测的点火正时。30﹒如申请专利范围第29项所述之方法,更包括将被喷射的液体燃料的一部分导向该燃料控制通道,同时维持该空气控制通道在被喷射的液体燃料的喷洒范之外。图示简单说明:图1是如前案所述之一种直接喷射给油压缩点火内燃引擎的燃烧室的一垂直剖面视图图2是如图1所示的燃烧室加上如本发明所述之改装后的一垂直剖面视图。图3是沿着图4之线三—三所收的一活塞冠的放大的等尺寸剖面视图。图4是一个采用如本发明所述之反应室之最佳实施例的活塞冠的顶视图。图5是如本发明所述之反应室之另一实施例的一顶视图。图6是介于活塞凹部及反应室之间的一通道的另一实施例的一放大视图。图7是连通该反应室及该活塞冠之一通道的另一实施例的一放大视图。图8a—8d是与本发明的该反应室相联的通道的各种实施例的视图。图9是本发明的另一实施例的一垂直剖面视图,该实施例被应用于一火星塞点火式引擎。图10是本发明的另一实施例的一剖面等尺寸视图,显示另一种形式的活塞凹部及反应室构造。图11是本发明的另一实施例的一垂直剖面视图,显示一活塞冠,其具备燃料及空气不连续通道及一燃料冲撞区间。图12是本发明的另一实施例的一垂直剖面示意图,显示另一种安排的燃料及空气不连续通道,该燃料及空气不连续通道图13是沿着图12之线13—13所取的一剖面视图。图14是本发明的另一实施例的一垂直剖面示意图。图15是沿着图14之线15—15所取的一副面视图。图16是本发明的另一实施例的一顶视图。图17是沿着图16之线17—17所取的一剖面视图。图18是本发明的另一实施例的一顶视图,其使用一球状的反应室。图19是本发明的另一实施例的一顶视图,其使用一种不同安排的燃料及空气不连续通道。
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