Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (варианты) - RU2719518C1
Код документа: RU2719518C1
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.
Уровень техники
Например, в публикации US 2016/0097360 A1 раскрыта технология управления двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, чтобы стимулировать предварительное смешивание топлива и заряда воздуха в камере сгорания двигателя.
Согласно методу, описанному выше, патрубок, сконфигурированный посредством полой трубки, размещается поблизости от отверстия (т.е., соплового отверстия) участка наконечника устройства впрыска топлива, которое раскрывается в камеру сгорания. Топливо, которое впрыскивается из отверстия, проходит через этот патрубок и впрыскивается в камеру сгорания из патрубка.
Сущность изобретения
Патрубок двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, описанный в US 2016/0097360 A1, раскрыт в камеру сгорания. Вследствие этого, возникает проблема в том, что, в результате подвергания патрубка воздействию высокотемпературного газа горения, температура патрубка может становиться более высокой. Кроме того, предполагается, что различные виды весов или нагрузок могут многократно прикладываться к патрубку вследствие воздействия (такого как воздействие вибрации, создаваемой самим двигателем внутреннего сгорания, воздействие давления в цилиндре, которое повышается и понижается в течение цикла, или воздействие давления впрыска топлива).
Настоящее изобретение было выполнено, чтобы устранять проблему, описанную выше, и целью настоящего изобретения является предоставление двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, который включает в себя участок стенки канала для направляющего поток канала, по которому топливо, которое впрыскивается из соплового отверстия сопла для впрыска топлива, или газ внутри цилиндра проходят, и который может улучшать надежность сохранения формы участка стенки канала, а также уменьшать увеличение температуры поверхности стенки направляющего поток канала.
Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно одному аспекту настоящего изобретения включает в себя: сопло для впрыска топлива, включающее в себя участок наконечника, раскрытый в камеру сгорания, и сопловое отверстие, сформированное в участке наконечника; и формирующий канал элемент, формирующий направляющий поток канал, по которому топливо, впрыснутое из соплового отверстия, проходит. Формирующий канал элемент включает в себя участок стенки канала, расположенный радиально наружу из направляющего поток канала. Участок стенки канала включает в себя первый слой, который является базовым участком, соединенным с головкой цилиндра, и второй слой, расположенный радиально наружу или радиально внутрь от первого слоя. Прочность первого слоя выше прочности второго слоя. Теплопроводность второго слоя ниже теплопроводности первого слоя.
Второй слой может быть расположен радиально наружу от первого слоя.
Зазор может быть сформирован между выходом соплового отверстия и впускным отверстием направляющего поток канала. Теплоемкость на единицу объема второго слоя может также быть меньше теплоемкости на единицу объема первого слоя.
Одно или более соединительных отверстий, которые вынуждают направляющий поток канал сообщаться с камерой сгорания, могут быть сформированы в участке стенки канала. Теплоемкость на единицу объема второго слоя может быть меньше теплоемкости на единицу объема первого слоя.
Формирующий канал элемент может дополнительно включать в себя опорный участок, вставленный между первым слоем и головкой цилиндра. Участок стенки канала может также состоять из первого слоя и второго слоя и быть сформирован в цилиндрической форме.
Формирующий канал элемент может быть сформирован как одно целое с головкой блока цилиндров.
Формирующий канал элемент может быть прикреплен к потолку камеры сгорания головки блока цилиндров.
Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно другому аспекту настоящего изобретения включает в себя: сопло для впрыска топлива, включающее в себя участок наконечника, раскрытый в камеру сгорания в центральной части потолка камеры сгорания, и сопловое отверстие, сформированное в участке наконечника; и поршень, размещенный в цилиндре и включающий в себя верхний участок, где направляющий поток канал, по которому проходит газ в цилиндре, формируется. Направляющий поток канал проходит от впускного отверстия, раскрытого в камеру сгорания на стороне стенки ствола цилиндра, по направлению к выпускному отверстию, раскрытому в камеру сгорания на стороне центра ствола. Поршень включает в себя участок стенки канала, расположенный на стороне потолка камеры сгорания относительно направляющего поток канала. Участок стенки канала включает в себя первый слой, который является базовым участком, соединенным с поршнем, и второй слой, расположенный на стороне поршня или стороне потолка камеры сгорания относительно первого слоя. Прочность первого слоя выше прочности второго слоя. Теплопроводность второго слоя ниже теплопроводности первого слоя.
Теплоемкость на единицу объема второго слоя может быть меньше теплоемкости на единицу объема первого слоя.
Согласно двигателю внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия в одном аспекте настоящего изобретения, участок стенки канала для направляющего поток канала, по которому топливо, которое впрыскивается из соплового отверстия, проходит, включает в себя первый слой и второй слой, расположенный радиально наружу или радиально внутрь от первого слоя. Также, первый слой соединяется с головкой блока цилиндров, и прочность первого слоя выше прочности второго слоя. В результате, даже если вес или нагрузка, описанные выше, многократно прикладывается к участку стенки канала, форма участка стенки канала может легко поддерживаться в течение длительного времени. Кроме того, теплопроводность второго слоя ниже теплопроводности первого слоя. В результате, может не допускаться перенос тепла, переносимого на внешнюю стенку участка стенки канала от высокотемпературного газа горения вокруг участка стенки канала, на внутреннюю стенку участка стенки канала (т.е., поверхность стенки направляющего поток канала). Как только что описано, согласно одному аспекту настоящего изобретения, надежность сохранения формы участка стенки канала может быть благоприятно улучшена, и увеличение температуры поверхности стенки направляющего потока канала может быть благоприятно уменьшено.
Кроме того, согласно двигателю внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия в другом аспекте настоящего изобретения, направляющий поток канал формируется, на верхнем участке поршня, так, чтобы проходить от впускного отверстия, раскрытого в камеру сгорания на стороне стенки ствола цилиндра, по направлению к выпускному отверстию, раскрытому в камеру сгорания на стороне центра ствола. Поршень включает в себя участок стенки канала, расположенный на стороне потолка камеры сгорания относительно этого направляющего поток канала. Участок стенки канала включает в себя первый слой и второй слой, расположенный на стороне поршня или стороне потолка камеры сгорания относительно этого первого слоя. Также, первый слой соединяется с поршнем, и прочность первого слоя выше прочности второго слоя. В результате, даже если вес или нагрузка, описанные выше, многократно прикладывается к участку стенки канала, форма участка стенки канала может легко поддерживаться в течение длительного времени. Кроме того, теплопроводность второго слоя ниже теплопроводности первого слоя. В результате, может не допускаться перенос тепла, переносимого на стенку участка стенки канала на стороне потолка камеры сгорания от высокотемпературного газа горения около участка стенки канала, на стенку участка стенки канала на стороне поршня (т.е., поверхность стенки направляющего поток канала). Как только что описано, согласно другому аспекту настоящего изобретения, аналогично одному аспекту, описанному выше, надежность сохранения формы участка стенки канала может быть благоприятно улучшена, и увеличение температуры поверхности стенки направляющего потока канала может быть благоприятно уменьшена.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует конфигурацию в и около камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - укрупненный вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует один патрубок на фиг. 1 и вокруг этого патрубка;
Фиг. 3 - вид в поперечном разрезе патрубка с фиг. 1;
Фиг. 4 - схематичный чертеж для описания другого примера конфигурации первого и второго слоев участка стенки канала;
Фиг. 5 - схематичный чертеж для описания еще одного примера конфигурации первого и второго слоев участка стенки канала;
Фиг. 6 - схематичный чертеж для описания конфигурации канала согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 - схематичный чертеж для описания конфигурации канала согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 8 - вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует конфигурацию в и около камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 9 - вид в поперечном разрезе, полученном посредством разрезания участка стенки канала по линии A-A с фиг. 8;
Фиг. 10 - вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует конфигурацию в и около камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 11 - вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует конфигурацию в и около камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 12 - вид поршня с направляющей поток пластиной, показанной на фиг. 11, прикрепленной к нему, который рассматривается со стороны верхней поверхности поршня;
Фиг. 13 - укрупненный вид, который иллюстрирует конфигурацию вокруг направляющей поток пластины, показанной на фиг. 11;
Фиг. 14 - схематичный чертеж для иллюстрации потока воздуха в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, имеющего поршень согласно сравнительному примеру без какой-либо направляющей поток пластины;
Фиг. 15 - схематичный чертеж для иллюстрации потока воздуха в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, имеющего поршень согласно шестому варианту осуществления с направляющей поток пластиной, показанной на фиг. 11, прикрепленной к нему; и
Фиг. 16 - схема для описания другого примера конфигурации первого слоя и второго слоя направляющей поток пластины (участка стенки канала).
Подробное описание изобретения
В последующих вариантах осуществления настоящего изобретения одинаковые компоненты на чертежах обозначаются одинаковыми ссылочными номерами, и их избыточные описания пропускаются или упрощаются. Кроме того, должно быть понятно, что, даже когда число, количество, величина, диапазон или другой числовой атрибут элемента упоминается в последующем описании вариантов осуществления, настоящее изобретение не ограничивается упомянутым числовым атрибутом, пока явно не описано иное, или пока настоящее изобретение явно не определяется числовым атрибутом теоретически. Кроме того, структуры или этапы или т.п., которые описываются вместе с последующими вариантами осуществления, необязательно являются неотъемлемыми для настоящего изобретения, пока явно не показано иное, или пока настоящее изобретение явно не определяется структурами, этапами или т.п. теоретически.
1. Первый вариант осуществления
Первый вариант осуществления согласно настоящему изобретению и примеры его модификации будут описаны со ссылкой на фиг. 1-5.
1-1. Конфигурация внутри и вокруг камеры сгорания
Фиг. 1 представляет собой вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует конфигурацию внутри и вокруг камеры 12 сгорания двигателя 10 внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (далее в данном документе просто сокращен как "двигатель внутреннего сгорания") согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. В качестве примера, двигатель 10 внутреннего сгорания, показанный на фиг. 1, является дизельным двигателем.
Как показано на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания снабжается блоком 14 цилиндров, поршнями 16 и головкой 18 цилиндров. Поршни 16 выполняют возвратно-поступательное движение внутри соответствующих цилиндров, сформированных в блоке 14 цилиндров. Головка 18 блока цилиндров размещается на блоке 14 цилиндров. Камера 12 сгорания, главным образом, определяется поверхностью 14a ствола цилиндра блока 14 цилиндров, верхней поверхностью 16a поршня 16, поверхностью потолка 18a камеры сгорания головки 18 блока цилиндров, и донными поверхностями впускных и выпускных клапанов (не показаны).
Двигатель 10 внутреннего сгорания дополнительно снабжается соплом 20 для впрыска топлива и патрубками 30. Сопло 20 для впрыска топлива размещается в центре потолка 18a камеры сгорания. Сопло 20 для впрыска топлива имеет участок 20a наконечника, который раскрывается в камеру 12 сгорания. Множество (например, восемь) сопловых отверстий 22 формируются в участке 20a наконечника. Эти восемь сопловых отверстий 22 формируются так, что топливо впрыскивается радиальным образом по направлению к поверхности 14a ствола цилиндра.
Патрубки 30 соответственно предусматриваются относительно восьми сопловых отверстий 22. Вследствие этого, число патрубков в примере, показанном на фиг. 1, равно восьми. Каждый из патрубков 30 формируется в цилиндрической форме. Направляющий поток канал 32 формируется внутри каждого из патрубков 30. Топливо, впрыскиваемое из каждого из сопловых отверстий 22, впрыскивается в камеру 12 сгорания после прохождения через соответствующий направляющий поток канал 32. Следует отметить, что число "направляющих поток каналов" согласно одному аспекту настоящего изобретения может не всегда быть таким же, что и число сопловых отверстий, и может быть предусмотрено только для части из множества сопловых отверстий. Здесь, конкретная структура внутри и вокруг патрубков 30 будет описана подробно со ссылкой на фиг. 2 и 3.
1-1-1. Пример конкретной формы внутри и вокруг патрубка
Фиг. 2 представляет собой укрупненный вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует один патрубок 30 на фиг. 1 и вокруг этого патрубка 30. Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном разрезе патрубка 30, показанного на фиг. 1. Согласно примеру, показанному на фиг. 2, патрубок 30 прикрепляется (т.е., свисает) к потолку 18a камеры сгорания головки 18 блока цилиндров с опорным участком 34, вставленным между ними. Патрубок 30 размещается так, что центральная осевая линия направляющего поток канала 32 совмещается с осевой линией L1 соплового отверстия 22. Другими словами, патрубок 30 формируется так, чтобы проходить прямо по осевой линии L1 соплового отверстия 22. Кроме того, как показано на фиг. 3, поперечное проточного канала патрубка 30 является круглым в качестве примера, и, таким образом, патрубок 30 (более конкретно, участок 36 стенки канала, описанный ниже) формируется в цилиндрической форме.
Согласно настоящему варианту осуществления, патрубок 30, свисающий с потолка 18a камеры сгорания с опорным участком 34, вставленным между ними, соответствует примеру "формирующего канал элемента", который формирует направляющий поток канал 32. Патрубок 30 включает в себя участок 36 стенки канала, расположенный радиально наружу от направляющего поток канала 32, и опорный участок 34, описанный выше. Участок 36 стенки канала имеет двухслойную структуру, состоящую из первого слоя 36a и второго слоя 36b.
Первый слой 36a соответствует базовому участку (базовому слою), соединенному с потолком 18a камеры сгорания головки 18 блока цилиндров с опорным участком 34, вставленным между ними. Т.е., первый слой 36a патрубка 30 поддерживается посредством опорного участка 34. Согласно примеру, показанному на фиг. 2, хотя первый слой 36a и опорный участок 34 формируются как одно целое с потолком 18a камеры сгорания, любые два или все из них могут альтернативно быть отделены друг от друга. Другими словами, первый слой 36a только неразъемно или отдельно соединен с головкой 18 блока цилиндров.
Второй слой 36b располагается радиально наружу (т.е., на внешней периферийной стороне) от первого слоя 36a. Также, согласно примеру, показанному на фиг. 2, второй слой 36b формируется так, чтобы покрывать не только первый слой 36a, но также опорный участок 34. Кроме того, согласно примеру, показанному на фиг. 2, первый слой 36a и второй слой 36b, оба формируются в цилиндрической форме. Кроме того, первый слой 36a формируется так, чтобы проходить поверх всего участка 36 стенки канала в продольном направлении направляющего поток канала 32 и покрывать весь первый слой 36a. Кроме того, второй слой 36b покрывает весь первый слой 36a также в его круговом направлении.
Кроме того, согласно примеру, показанному на фиг. 2, внешняя поверхность участка 20a наконечника, имеющего сопловое отверстие 22, не находится в соприкосновении с патрубком 30. Другими словами, зазор G формируется между выпуском соплового отверстия 22 и впускным отверстием направляющего поток канала 32. Кроме того, не только выпускное отверстие патрубка 30 (направляющего поток канала 32), но также его впускное отверстие раскрывается в камеру 12 сгорания. Газ (т.е., рабочий газ) в камере 12 сгорания использует этот зазор G, чтобы протекать в направляющий поток канал 32, также как и топливо, впрыскиваемое из соплового отверстия 22.
1-1-2. Конкретный пример материала патрубка, имеющего двухслойную структуру
Первый слой 36a и второй слой 36b патрубка 30 удовлетворяют следующим соотношениям относительно прочности и теплопроводности своих материалов. Т.е., прочность первого слоя 36a, который является базовым слоем патрубка 30, выше прочности второго слоя 36b, который является его внешним слоем. Также, теплопроводность второго слоя 36b ниже теплопроводности первого слоя 36a. Примером материала первого слоя 36a, который удовлетворяет этим соотношениям, является металл (такой как алюминий или железо), а примером материала второго слоя 36b является нитрид кремния (Si3N4). Следует отметить, что "прочность", упомянутая здесь, означает свойства стойкости относительно разламывания материала, и одним из конкретных показателей ее является вязкость разрушения.
Более конкретно, второй слой 36b может быть получен в результате нанесения нитрида кремния, формируемого на первом слое 36a, с помощью, например, термического напыления. Поскольку теплопроводность второго слоя 36b ниже теплопроводности первого слоя 36a, как описано выше, второй слой 36b функционирует в качестве теплозащитной пленки.
1-2. Полезные результаты
1-2-1. Полезные результаты использования патрубка (направляющего поток канала)
Согласно двигателю 10 внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, топливо впрыскивается из сопла 20 для впрыска топлива, когда воздух, заряженный в камеру 12 сгорания, находится в сжатом состоянии. Является благоприятным, что, после того как впрыснутое топливо смешивается с заряженным воздухом, и гомогенизация концентрации топлива стимулируется, выполняется сгорание с воспламенением от сжатия. Однако, в примере без содержания патрубка 30, существует беспокойство, что топливо, впрыскиваемое из сопла 20 для впрыска топлива, может получать тепло камеры 12 сгорания, чтобы быстро перегреваться, и, в результате, самовоспламенение топлива может выполняться, прежде чем топливо достаточно смешивается с заряженным воздухом. В результате, дым может создаваться вследствие сжигания чрезмерно богатого топлива, или тепловой КПД может быть снижен вследствие продления времени дожига топлива.
Согласно двигателю 10 внутреннего сгорания первого варианта осуществления, для того, чтобы устранять проблему, описанную выше, патрубок(-ки) 30 размещается в камере 12 сгорания. Согласно этому виду конфигурации, струя топлива, впрыскиваемого из соплового отверстия 22 сопла 20 для впрыска топлива, вводится внутрь патрубка 30 (т.е., в направляющий поток канал 32). Кроме того, поскольку впускное отверстие патрубка 30 раскрывается в камеру 12 сгорания, заряженный воздух в камере 12 сгорания также направляется внутрь патрубка 30 из его впускного отверстия. В результате, внутри патрубка 30, чья температура, в основном, является более низкой по сравнению с его окружающим пространством, струя топлива и заряженный воздух смешиваются, в то же время охлаждаясь, и, таким образом, гомогенизация концентрации топлива стимулируется без раннего самовоспламенения струи топлива. Кроме того, после того как воздушно-топливная смесь достаточно предварительно смешивается, она впрыскивается из выпускного отверстия патрубка 30. Впрыснутая воздушно-топливная смесь получает тепло от камеры 12 сгорания, чтобы самовоспламеняться и сгорать.
Как описано выше, с установкой патрубка(ов) 30 (направляющего поток канала(ов) 32), в ходе струи топлива, которое впрыскивается, проходя через патрубок 30, предварительное смешивание струи топлива и заряженного воздуха может быть стимулировано, в то время как возникновение самовоспламенения снижается. В результате, становится возможным уменьшать возникновение дыма вследствие того факта, что очень богатое топливо перед гомогенизацией самовоспламеняется. Кроме того, с установкой патрубка(ов) 30, поскольку возникновение самовоспламенения уменьшается во время прохождения топлива через патрубок 30, момент самовоспламенения может быть задержан. Вследствие этого, время дожига топлива сокращается, и тепловой КПД может, таким образом, быть улучшен.
1-2-2. Проблема, касающаяся установки патрубка (направляющего поток канала)
Патрубок, как и патрубок 30, раскрывается в камеру сгорания. Т.е., этот вид патрубка размещается в месте, в котором его температура легко должна становиться выше вследствие того факта, что патрубок подвергается воздействию высокотемпературного газа горения. Если температура поверхности стенки направляющего поток канала (т.е., внутренней стенки патрубка) становится высокой вследствие тепла, получаемого от газа горения, струя топлива, проходящая через патрубок, нагревается вследствие тепла, получаемого от поверхности стенки направляющего поток канала. В результате, задержка зажигания сокращается (т.е., вышеописанный результат задержки момента самовоспламенения снижается), и, таким образом, сгорание начинается, когда смешивание струи топлива и заряженного воздуха является недостаточным. Вследствие этого, существует проблема в том, что может затрудняться правильное снижение возникновения дыма.
Кроме того, предполагается, что различные виды весов или нагрузок могут многократно прикладываться к патрубку вследствие воздействия (такого как воздействие вибрации, создаваемой самим двигателем внутреннего сгорания, воздействие давления в цилиндре, которое повышается и понижается в течение цикла, или воздействие давления впрыска топлива). Т.е., требуется, чтобы были выполнены контрмеры, относящиеся к уменьшению увеличения температуры поверхности стенки направляющего поток канала (т.е., внутренней стенки патрубка), так что, даже если вес или нагрузка многократно прикладывается к патрубку, форма патрубка может более надежно поддерживаться в течение длительного времени.
1-2-3. Применение патрубка, имеющего двухслойную структуру
Принимая во внимание проблему, описанную выше, согласно участку 36 стенки канала патрубка 30 настоящего варианта осуществления, первый слой 36a конфигурируется в качестве участка основания патрубка 30, который соединяется с головкой 18 блока цилиндров (потолком 18a камеры сгорания) с опорным участком 34, вставленным между ними. Кроме того, материалы этого первого слоя 36a и второго слоя 36b выбираются так, что прочность первого слоя 36a становится выше прочности второго слоя 36b. В результате, даже если вес или нагрузка, описанные выше, многократно прикладываются к патрубку 30, форма патрубка 30 (участка 36 стенки канала) может легко поддерживаться в течение длительного времени.
Кроме того, материалы первого слоя 36a и второго слоя 36b выбираются так, что теплопроводность второго слоя 36b, расположенного на внешней периферийной стороне первого слоя 36a, становится ниже теплопроводности первого слоя 36a. В результате, может не допускаться перенос тепла, перенесенного на внешнюю стенку участка 36 стенки канала (т.е., внешнюю стенку второго слоя 36b) от высокотемпературного газа горения вокруг патрубка 30, на внутреннюю стенку участка 36 стенки канала (т.е., поверхность стенки направляющего поток канала 32). Вследствие этого, когда топливо проходит через направляющий поток канал 32, расположенный на внутренней стороне участка 36 стенки канала, увеличение температуры топлива может быть уменьшено. В результате, снижение эффекта задержки момента самовоспламенения может быть уменьшено.
Как описано до сих пор, согласно двигателю 10 внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления, надежность удержания формы патрубка 30 (участка 36 стенки канала) может быть благоприятно улучшена, а также увеличение температуры поверхности стенки направляющего поток канала 32 может быть благоприятно уменьшено.
Кроме того, согласно патрубку 30 настоящего варианта осуществления, опорный участок 34 также покрывается вторым слоем 36b. Вследствие этого, перенос тепла на первый слой 36a (т.е., участок, который служит в качестве внутренней стенки направляющего поток канала 32) от высокотемпературного газа горения с опорным участком 34, вставленным между ними, может также быть эффективно уменьшен.
1-3. Примеры модификации, касающиеся первого варианта осуществления
1-3-1. Другой пример двухслойной структуры патрубка
Фиг. 4 представляет собой схематичный чертеж для описания другого примера конфигурации первого и второго слоев участка стенки канала. Следует отметить, что фиг. 4 показывает только один из патрубков 40, и это также применяется к фиг. 5-7. Согласно примеру, показанному на фиг. 4, патрубок 40 (т.е., формирующий канал элемент) включает в себя участок 42 стенки канала вместе с опорным участком 34. Участок 42 стенки канала включает в себя первый слой 42a и второй слой 42b, расположенные радиально наружу от первого слоя 42a.
Согласно примеру патрубка 30, показанному на фиг. 2, первый слой 36a формируется так, чтобы проходить поверх всего участка 36 стенки канала в продольном направлении направляющего поток канала 32, и второй слой 36b формируется так, чтобы покрывать весь первый слой 36a. В отличие от этого, согласно примеру патрубка 40, показанного на фиг. 4, первый слой 42a не проходит поверх всего участка 42 стенки канала в продольном направлении направляющего поток канала 32, и, на крайнем участке направляющего поток канала 32 на его выпускной стороне, внутренняя стенка направляющего поток канала 32 конфигурируется посредством второго слоя 42b.
Как показано посредством примера, описанного выше, "первый слой" согласно одному аспекту настоящего изобретения, может не всегда проходить поверх всего участка стенки канала в продольном направлении направляющего поток канала, и это также применятся ко "второму слою". Другими словами, двухслойная структура может быть предусмотрена не для всего патрубка (участка стенки канала), а только для части патрубка, при условии, что, для того, чтобы улучшать надежность удержания формы первого слоя, соединение между первым слоем и головкой блока цилиндров не разрушается вторым слоем. Кроме того, это также применяется к другим второму-шестому вариантам осуществления, описанным ниже.
1-3-2. Еще один пример двухслойной структуры патрубка
Фиг. 5 представляет собой схематичный чертеж для описания еще одного примера конфигурации первого и второго слоев участка стенки канала. Согласно примеру, показанному на фиг. 5, патрубок 50 (т.е., формирующий канал элемент) включает в себя участок 52 стенки канала вместе с опорным участком 54. Участок 52 стенки канала включает в себя первый слой 52a и второй слой 52b, расположенные радиально внутрь от первого слоя 52a, в противоположность примеру патрубка 30, показанного на фиг. 2.
Согласно конфигурации, в которой второй слой 52b, соответствующий теплозащитной пленке, как описано выше, размещается на внутренней стороне первого слоя 52a (т.е., базового слоя), может не допускаться перенос тепла, которое переносится на внешнюю стенку участка 52 стенки канала (т.е., внешнюю стенку первого слоя 52a) от высокотемпературного газа горения вокруг патрубка 50, на внутреннюю стенку участка 52 стенки канала (т.е., поверхность стенки направляющего поток канала 32). Когда легкость создания участка стенки канала также принимается во внимание, конфигурация, в которой второй слой 36b располагается радиально наружу, как в патрубке 30, показанном на фиг. 2, является лучшей. Однако, с точки зрения достижения полезных результатов снижения увеличения температуры поверхности стенки направляющего поток канала 32, конфигурация, которая показана на фиг. 5, может альтернативно быть использована.
2. Второй вариант осуществления
Затем, второй вариант осуществления согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на фиг. 6.
2-1. Отличие от первого варианта осуществления
Фиг. 6 представляет собой схематичный чертеж для описания конфигурации патрубка 60 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления является отличным, в следующих моментах, от двигателя 10 внутреннего сгорания согласно первому варианту осуществления.
Патрубок 60, показанный на фиг. 6, включает в себя участок 62 стенки канала вместе с опорным участком 34. Участок 62 стенки канала включает в себя первый слой 62a и второй слой 62b. Форма и материал первого слоя 62a являются такими же, что и форма и материал первого слоя 36a, показанного на фиг. 2. С другой стороны, второй слой 62b имеет ту же форму, что и второй слой 36b, показанный на фиг. 2, но второй слой 62b и второй слой 36b различаются по материалу, как описано ниже.
Более конкретно, примером материала второго слоя 62b является двуокись циркония (ZrO2). Второй слой 62b, имеющий двуокись циркония в качестве исходного материала, может быть получен посредством формирования слоя двуокиси циркония на первом слое 62a с помощью, например, термического напыления. Второй слой 62b и первый слой 62a, чьи материалы выбираются таким способом, удовлетворяют следующим соотношениям относительно прочности и теплопроводности и теплоемкости на единицу объема для этих материалов. Т.е., соотношения относительно прочности и теплопроводности во втором варианте осуществления являются такими же, что и соотношения в первом варианте осуществления, и, таким образом, прочность первого слоя 62a выше прочности второго слоя 62b, и теплопроводность второго слоя 62b ниже теплопроводности первого слоя 62a. На этой основе, теплоемкость на единицу объема второго слоя 62b меньше теплоемкости на единицу объема первого слоя 62a.
2-2. Полезные результаты
Согласно двигателю внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления, который включает в себя патрубок(ки) 60, описанный до сих пор, надежность удержания формы патрубка 60 (участка стенки канала) может также быть благоприятно улучшена, и увеличение температуры поверхности стенки направляющего поток канала 32 может также быть благоприятно уменьшено. На этой основе, согласно настоящему варианту осуществления, дополнительная проблема, описанная ниже, может также быть устранена.
Т.е., в двигателе внутреннего сгорания, включающем в себя патрубок, как и патрубок 30 или 60, заряженный воздух (рабочий газ) вокруг патрубка всасывается внутрь (в направляющий поток канал) патрубка из зазора между сопловым отверстием и впускным отверстием патрубка (зазор G, показанный на фиг. 2 и 6, соответствует этому зазору). Увеличение температуры внутренней стенки первого слоя 36a (т.е., поверхности стенки направляющего поток канала 32) может быть уменьшено с помощью патрубка 30 согласно первому варианту осуществления, который включает в себя второй слой 36b с низкой теплопроводностью. Если, однако, теплоемкость на единицу объема материала второго слоя 36b является большой (например, нитрид кремния), температура внешней стенки патрубка 30 (т.е., внешней периферийной стенки второго слоя 36b) всегда становится более высокой. В результате, когда патрубок 30 всасывает заряженный воздух вокруг патрубка 30, заряженный воздух нагревается посредством внешней стенки. Вследствие этого, существует беспокойство, что эффект уменьшения самовоспламенения с помощью патрубка (т.е., эффект задержки момента самовоспламенения) не может быть в достаточной степени достигнут.
В виду дополнительной проблемы, описанной выше, согласно патрубку 60 (участку 62 стенки канала) настоящего варианта осуществления, материалы первого слоя 62a и второго слоя 62b выбираются так, что второй слой 62b, соответствующий внешней стенке патрубка 60, становится меньше по теплоемкости на единицу объема по сравнению с первым слоем 62a. В результате, температура второго слоя 62b становится легко увеличивающейся и уменьшающейся в ассоциации с температурой газа в цилиндре, увеличивающейся и уменьшающейся в течение одного цикла. Это может не допускать постоянного повышения температуры второго слоя 62b. Таким образом, согласно патрубку 60 настоящего варианта осуществления, нагрев заряженного воздуха, который всасывается в патрубок 60 через зазор G (см. фиг. 6), может быть уменьшен, в то время как полезные результаты снижения увеличения температуры поверхности стенки направляющего поток канала 32 (т.е., внутренней стенки первого слоя 62a) достигаются аналогично первому варианту осуществления. Вследствие этого, результат уменьшения самовоспламенения с помощью патрубка 60 (т.е., результат задержки момента самовоспламенения) может быть более эффективно достигнут по сравнению с результатом первого варианта осуществления.
3. Третий вариант осуществления
Затем, третий вариант осуществления согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на фиг. 7.
3-1. Отличие от второго варианта осуществления
Фиг. 7 представляет собой схематичный чертеж для описания конфигурации патрубка 70 согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления отличается от двигателя внутреннего сгорания согласно второму варианту осуществления в следующих моментах.
В частности, согласно второму варианту осуществления, зазор G формируется между выпуском соплового отверстия 22 и впускным отверстием патрубка 60 (т.е., впускным отверстием направляющего поток канала 32), как показано на фиг. 6. В отличие от этого, согласно настоящему варианту осуществления, как показано на фиг. 7, этот вид зазора G не предусматривается, и внешняя стенка участка 20a наконечника, имеющая сопловое отверстие 22, находится в соприкосновении с впускным отверстием патрубка 70 (т.е., впускным отверстием направляющего поток канала 32). Кроме того, участок 72 стенки канала патрубка 70 выступает из внешней стенки участка 20a наконечника вдоль осевой линии L1 соплового отверстия 22.
Участок 72 стенки канала включает в себя первый слой 72a и второй слой 72b. Материал первого слоя 72a является таким же, что и материал первого слоя 62a, и материал второго слоя 72b является таким же, что и материал второго слоя 62b. Однако, как показано на фиг. 7, в участке 72 стенки канала, желаемое число (например, три) соединительных отверстий 74 формируется для того, чтобы вынуждать направляющий поток канал 32 сообщаться с камерой 12 сгорания. Соединительные отверстия 74 проникают сквозь первый слой 72a и второй слой 72b. Согласно патрубку(ам) 70, включающим в себя этот вид соединительные отверстия 74, заряженный газ вокруг патрубка 70 втекает в направляющий поток канал 32, также как топливо, впрыснутое из соответствующего соплового отверстия(ий) 22, через эти соединительные отверстия 74.
3-2. Полезные результаты
Как описано до сих пор, материалы первого слоя 72a и второго слоя 72b патрубка 70 согласно настоящему варианту осуществления являются такими же, что и материалы первого слоя 62a и второго слоя 62b согласно второму варианту осуществления. Вследствие этого, согласно патрубку(ам) 70 настоящего варианта осуществления, полезные результаты, аналогичные результатам второго варианта осуществления, могут также быть достигнуты. Т.е., результаты снижения увеличения температуры поверхности стенки направляющего поток канала 32 (т.е., внутренней стенки первого слоя 72a) достигаются, и нагрев заряженного газа, который всасывается в патрубок 70 через соединительные отверстия 74, уменьшается.
Следует отметить, что, хотя патрубок(ки) 70 согласно третьему варианту осуществления, описанному выше, используют соединительные отверстия 74, патрубок, который размещается так, чтобы иметь зазор G в дополнение к этому соединительному отверстию 74, может также добиваться результатов, аналогичных результатам второго и третьего вариантов осуществления.
4. Четвертый вариант осуществления
Затем, четвертый вариант осуществления согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на фиг. 8 и 9.
4-1. Отличие от второго варианта осуществления
Фиг. 8 представляет собой вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует конфигурацию в и около камеры 82 сгорания двигателя 80 внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 9 - это вид в поперечном разрезе, полученном посредством разрезания участка 88 стенки канала по линии A-A на фиг. 8. Двигатель 80 внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления отличается от двигателя внутреннего сгорания согласно второму варианту осуществления в следующих моментах.
В частности, двигатель 80 внутреннего сгорания оснащается головкой 84 блока цилиндров, имеющей потолок 84a камеры сгорания. В потолке 84a камеры сгорания направляющий поток канал 86, имеющий функцию, аналогичную функции направляющего поток канала 32, показанного на фиг. 6, формируется. Другими словами, согласно настоящему варианту осуществления, "формирующий канал элемент", формирующий направляющий поток канал 86, формируется как одно целое с головкой 84 блока цилиндров (потолком 84a камеры сгорания).
Как показано на фиг. 8 и 9, потолок 84a камеры сгорания включает в себя участок 88 стенки канала, расположенный радиально наружу от направляющего поток канала 86. Участок 88 стенки канала включает в себя первый слой 88a и второй слой 88b. Первый слой 88a является участком основания, который соединяется с головкой 84 блока цилиндров (потолком 84a камеры сгорания). Т.е., первый слой 88a формируется как одно целое с головкой 84 блока цилиндров. Кроме того, первый слой 88a формируется так, чтобы выступать в сторону камеры 12 сгорания из поверхности 84a1 основания потолка 84a камеры сгорания.
Второй слой 88b находится радиально наружу от первого слоя 88a. Согласно примеру, показанному на фиг. 9, второй слой 88b формируется так, чтобы покрывать первый слой 88a, который выступает из поверхности 84a1 основания потолка 84a камеры сгорания. Кроме того, согласно этому примеру, второй слой 88b формируется так, чтобы также покрывать торцевую поверхность 88a1 первого слоя 88a, расположенного на впускной стороне направляющего поток канала 86.
Материалы первого слоя 88a и второго слоя 88b участка 88 стенки канала согласно настоящему варианту осуществления являются такими же, что и материалы первого слоя 62a и второго слоя 62b согласно второму варианту осуществления, в качестве примера. Кроме того, согласно настоящему варианту осуществления, зазор G также формируется между выпуском соплового отверстия 22 и впускным отверстием направляющего поток канала 86. Двигатель 80 внутреннего сгорания может включать в себя соединительные отверстия, аналогичные соединительным отверстиям 74 (см. фиг. 7), вместо этого вида зазора G или в дополнение к нему.
4-2. Полезные результаты
Согласно двигателю 80 внутреннего сгорания, включающему участок 88 стенки канала, описанному до сих пор, полезные результаты, аналогичные результатам двигателя внутреннего сгорания согласно второму варианту осуществления, включающему в себя патрубок(ки) 60, могут также быть достигнуты. Кроме того, согласно примеру, показанному на фиг. 8, второй слой 88b формируется так, чтобы также покрывать торцевую поверхность 88a1 первого слоя 88a, расположенного на впускной стороне направляющего поток канала 86. В результате, увеличение температуры поверхности стенки направляющего поток канала 86 вследствие тепла, привносимого в торцевую поверхность 88a1 от высокотемпературного газа горения, может также быть уменьшено.
Следует отметить, что, в качестве материала второго слоя 88b патрубка 60 согласно настоящему варианту осуществления, может быть использован нитрид кремния (т.е., пример материала, который не удовлетворяет вышеописанному соотношению относительно теплоемкости), который является таким же, что и материал второго слоя 36b согласно первому варианту осуществления. Кроме того, в этом примере (т.е., в примере, в котором результат уменьшения нагрева заряженного воздуха, всасываемого в патрубок через зазор G (см. фиг. 6) или соединительное отверстие, не требуется), второй слой 88b может альтернативно быть размещен радиально внутрь от первого слоя 88a, вместо примера, показанного на фиг. 8. Это также применяется к пятому варианту осуществления, описанному ниже.
5. Пятый вариант осуществления
Затем, пятый вариант осуществления согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на фиг. 10.
5-1. Отличие от четвертого варианта осуществления
Фиг. 10 представляет собой вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует конфигурацию в и около камеры 92 сгорания двигателя 90 внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения. Двигатель 90 внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления отличается от двигателя 80 внутреннего сгорания согласно четвертому варианту осуществления в следующих моментах.
В частности, двигатель 90 внутреннего сгорания оснащается головкой 94 блока цилиндров, имеющей потолок 94a камеры сгорания. В потолке 94a камеры сгорания формирующий канал элемент 98, который формирует направляющий поток канал 96, имеющий функцию, аналогичную функции направляющего поток канала 86, показанного на фиг. 8, прикрепляется с помощью крепежа (не показан). Т.е., согласно настоящему варианту осуществления, формирующий канал элемент 98 отдельно размещается от головки 94 блока цилиндров. Формирующий канал элемент 98 включает в себя участок 100 стенки канала, имеющий первый слой 100a и второй слой 100b. Участок 100 стенки канала конфигурируется аналогично участку 88 стенки канала, показанному на фиг. 8. Кроме того, первый слой 100a соединяется с головкой 94 блока цилиндров через поверхность крепления, расположенную между участком 100 стенки канала и головкой 94 блока цилиндров.
5-2. Полезные результаты
Как описано до сих пор, участок 100 стенки канала согласно настоящему варианту осуществления формируется в формирующем канал элементе 98, отдельно размещенном от головки 94 блока цилиндров. Согласно двигателю 90 внутреннего сгорания, имеющему этот вид конфигурации, полезные результаты, аналогичные результатам двигателя внутреннего сгорания согласно второму варианту осуществления, имеющему патрубок 60, могут также быть достигнуты.
6. Шестой вариант осуществления
Затем, шестой вариант осуществления согласно настоящему изобретению и примеры его модификации будут описаны со ссылкой на фиг. 11-16.
6-1. Конфигурация внутри и вокруг камеры сгорания
Фиг. 11 представляет собой вид в продольном разрезе, который схематично иллюстрирует конфигурацию в и около камеры 112 сгорания двигателя 110 внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения. Последующее объяснение будет сфокусировано на отличии двигателя 110 внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления относительно двигателя 10 внутреннего сгорания согласно первому варианту осуществления.
Как показано на фиг. 11, двигатель 110 внутреннего сгорания оснащается поршнем 116, размещенным внутри цилиндра 114. Полость 118 формируется в центральной части поршня 116. Эта полость 118 также является частью камеры 112 сгорания. Сопло 120 для впрыска топлива размещается в центре потолка 120a камеры сгорания головки 120 блока цилиндров.
Верхний участок поршня 116 снабжается направляющей поток пластиной 122. Направляющая поток пластина 122 прикрепляется к поршню 116 с предварительно определенным расстоянием (зазором) от полости 118, сформированной в верхней поверхности поршня 116. В последующем, конфигурация поршня 116 с направляющей поток пластиной 122, прикрепленной к ней будет описана более подробно со ссылкой на фиг. 12 и 13.
Фиг. 12 представляет собой вид поршня 116 с направляющей поток пластиной 122, показанной на фиг. 11, прикрепленной к нему, который рассматривается со стороны верхней поверхности поршня 116. Фиг. 13 представляет собой укрупненный вид, который иллюстрирует конфигурацию вокруг направляющей поток пластины 112, показанной на фиг. 11. Как показано в этих видах, направляющая поток пластина 122 имеет кольцеобразную форму с конической поверхностью и покрывает коническую поверхность 124, включенную в поверхности полости 118, которая наклоняется вниз по направлению к внешней периферийной стороне поршня 116. Направляющая поток пластина 122 проходит на постоянном расстоянии от конической поверхности 124 и прикрепляется к поршню 116 посредством опорных участков 126.
Опорные участки 126 располагаются между соседними струями F топлива и радиально проходящую от внутреннего края направляющей поток пластины 122, имеющего кольцеобразную форму, по направлению к ее внешнему краю. Согласно этому виду конфигурации, под каждой струей F топлива, направляющий поток канал 132, имеющий впускное отверстие 128, расположенное на стороне внешнего края (т.е., стороне стенки ствола цилиндра 114), и выпускное отверстие 130, расположенное на стороне внутреннего края (т.е., стороне центра ствола цилиндра 114) формируется в зазоре между направляющей поток пластиной 122 и конической поверхностью 124. Впускное отверстие 128 и выпускное отверстие 130 раскрываются в камеру 112 сгорания.
6-1-1. Направляющая поток пластина (участок стенки канала), имеющая двухслойную структуру
Направляющая поток пластина 122 располагается на стороне потолка 120a камеры сгорания относительно направляющего поток канала 132. Согласно двигателю 100 внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления, эта направляющая поток пластина 122 соответствует примеру "участка стенки канала" согласно другому аспекту настоящего изобретения. Как показано на фиг. 13, направляющая поток пластина (участок стенки канала) 122 имеет двухслойную структуру, состоящую из первого слоя 122a и второго слоя 122b.
Первый слой 122a соответствует участку основания (слою основания), соединенному с поршнем 116 с опорными участками 126, вставленными между ними. Т.е., первый слой 122a направляющей поток пластины (участка стенки канала) 122 поддерживается посредством опорных участков 126.
Второй слой 122b располагается на стороне потолка 120a камеры сгорания относительно первого слоя 122a. Более подробно, в качестве примера, второй слой 122b формируется так, чтобы покрывать весь первый слой 122a. Кроме того, в качестве примера, материалы первого слоя 122a и второго слоя 122b являются такими же, что и материалы первого слоя 36a и второго слоя 36b согласно первому варианту осуществления. Т.е., прочность первого слоя 122a выше прочности второго слоя 122b, и теплопроводность второго слоя 122b ниже теплопроводности первого слоя 122a.
6-2. Полезные результаты
6-2-1. Полезные результаты использования направляющей поток пластины (участка стенки канала)
Сначала, результаты и преимущества направляющей поток пластины 122 будут описаны со ссылкой на фиг. 14 и 15. Фиг. 14 - это схематичный чертеж для иллюстрации потока воздуха в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, имеющего поршень 200 согласно сравнительному примеру без какой-либо направляющей поток пластины. Фиг. 15 - это схематичный чертеж для иллюстрации потока воздуха в камере 112 сгорания двигателя 110 внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, имеющего поршень 116 согласно шестому варианту осуществления с направляющей поток пластиной 122, показанной на фиг. 11, прикрепленной к нему.
Сначала, в сравнительном примере, поток воздуха в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, имеющего поршень 200 без направляющей поток пластины 122, будет описан. Как показано на фиг. 14, в двигателе внутреннего сгорания без направляющей поток пластины 122, газ в цилиндре (более подробно, свежий воздух в камере сгорания) забирается в верхней по потоку части струи F топлива, в то же время смешиваясь с высокотемпературным отработавшим газом. В результате, возникает опасение, что, поскольку струя F топлива смешивается с отработавшим газом при высокой температуре после воспламенения, впрыскиваемое топливо может воспламеняться слишком рано. Вследствие этого, может возникать проблема (такая как, возникновение дыма в результате сгорания богатого топлива или снижение теплового КПД в результате продления периода дожига топлива).
В отличие от вышесказанного, для того, чтобы устранять проблему, описанную выше, двигатель 110 внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления включает в себя поршень 116, снабженный направляющей поток пластиной 122. Как показано на фиг. 15, направляющий поток канал 132 формируется в зазоре между конической поверхностью 124 поршня 116 и направляющей поток пластиной 122. Струя F топлива, впрыснутая из сопла 20 для впрыска топлива, распыляется в полость 118 вдоль верхней поверхности направляющей поток пластины 122 (т.е., поверхности, расположенной на потолке 120a камеры сгорания). В ассоциации с этим, свежий воздух в камере 112 сгорания вводится в направляющий поток канал 132 через впускное отверстие 128. Направляющий поток канал 132 изолируется от струи F топлива посредством направляющей поток пластины 122. Вследствие этого, свежий воздух, привнесенный в направляющий поток канал 132 через впускное отверстие 128, выходит из выпускного отверстия 130, в то же время не смешиваясь со значительной частью отработавшего газа при высокой температуре. В результате, свежий воздух, поддерживаемый при низкой температуре, забирается в верхней по потоку части струи F топлива, и это, таким образом, занимает некоторое время для того, чтобы впрыснутое топливо воспламенилось. Следовательно, сгорание богатого топлива может быть предотвращено, и возникновение дыма или уменьшение теплового КПД в результате продления периода дожига топлива может, таким образом, быть предотвращено.
Кроме того, поскольку двигатель 110 внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления включает в себя направляющий поток канал 132, расположенный на нижней стороне (т.е., стороне поршня 116) струй F топлива, низкотемпературный свежий воздух, выходящий из выпускного отверстия 130, может эффективно захватываться в верхней по потоку части струй F топлива.
6-2-2. Проблема установки направляющей поток пластины (участка стенки канала)
Направляющая поток пластина, как и направляющая поток пластина 122, раскрывается в камеру сгорания. Т.е., аналогично примеру патрубка 30 согласно первому варианту осуществления, направляющая поток пластина 122 размещается в местоположении, в котором его температура легко должна становиться более высокой вследствие того факта, что направляющая поток пластина 122 подвергается воздействию высокотемпературного газа горения. Если температура самой поверхности стенки направляющего поток канала (т.е., самой поверхности стенки направляющей поток пластины, расположенной на стороне поршня) становится более высокой вследствие тепла, получаемого от газа горения, свежий воздух, который проходит через направляющую поток пластину, нагревается посредством тепла, получаемого от направляющей поток пластины. В результате, задержка зажигания сокращается (т.е., эффект задержки момента самовоспламенения снижается), и, таким образом, сгорание может начинаться прежде, чем струя топлива достаточно смешивается с заряженным воздухом. Вследствие этого, существует проблема в том, что может затрудняться правильное снижение возникновения дыма.
Кроме того, в примере направляющей поток пластины (участка стенки канала), аналогично примеру патрубка, требуется, чтобы контрмеры, касающиеся уменьшения увеличения температуры направляющей поток пластины, были выполнены, так что, даже если вес или нагрузка многократно прикладываются к направляющей поток пластине, форма направляющей поток пластины может более надежно поддерживаться в течение длительного времени.
6-2-3. Применение направляющей поток пластины (участка стенки канала), имеющей двухслойную структуру
Принимая во внимание проблему, описанную выше, согласно направляющей поток пластине (участку стенки канала) 122 настоящего варианта осуществления, первый слой 122a конфигурируется в качестве участка основания, который соединяется с поршнем 116 с опорными участками 126, вставленными между ними. Также, материалы первого слоя 122a и второго слоя 122b выбираются так, что прочность первого слоя 122a становится выше прочности второго слоя 122b. В результате, даже если вес или нагрузка, описанные выше, многократно прикладываются к направляющей поток пластине 122, форма направляющей поток пластины 122 может более надежно поддерживаться в течение длительного времени.
Кроме того, материалы таких слоев 122a и 122b направляющей поток пластины 122 выбираются так, что теплопроводность второго слоя 122b становится ниже теплопроводности первого слоя 122a. В результате, может не допускаться перенос тепла, перенесенного на стенку направляющей поток пластины 122, расположенную на стороне потолка 120a камеры сгорания (т.е., внешнюю стенку второго слоя 122b) от высокотемпературного газа горения вокруг направляющей поток пластины 122, на стенку направляющей поток пластины 122, расположенную на стороне поршня 116 (т.е., поверхность стенки направляющего поток канала 132). Вследствие этого, когда газ в цилиндре (свежий воздух) проходит через направляющий поток канал 132, расположенный на стороне поршня 116 направляющей поток пластины 122, увеличение температуры свежего воздуха может быть уменьшено. В результате, снижение эффекта задержки момента самовоспламенения может быть уменьшено.
Как описано до сих пор, согласно двигателю 110 внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления, надежность поддержания формы направляющей поток пластины 122 (участка стенки канала) может быть благоприятно улучшена, и увеличение температуры поверхности стенки направляющего поток канала 132 может быть благоприятно уменьшено.
Кроме того, в качестве материала второго слоя 122b, материал, который имеет меньшую теплоемкость на единицу объема по сравнению с первым слоем 122a, может альтернативно быть выбран аналогично второму слою 62b согласно второму варианту осуществления. В результате, может не допускаться сохранение высокой температуры второго слоя 122b, и, таким образом, увеличение температуры поверхности стенки направляющего поток канала 132 может быть уменьшено более эффективно.
6-3. Примеры модификации, касающиеся шестого варианта осуществления
6-3-1. Другой пример двойной структуры для участка стенки канала
Фиг. 16 представляет собой схема для описания другого примера конфигурации первого слоя и второго слоя направляющей поток пластины (участка стенки канала). Согласно примеру, показанному на фиг. 16, направляющая поток пластина 140 (участок стенки канала) включает в себя первый слой 140a, который является участком основания, и второй слой 140b, расположенный на стороне поршня 116 относительно первого слоя 140a. Двухслойная структура для участка стенки канала может быть изменена, как только что описано.
6-3-2. Другой пример конфигурации участка стенки канала
Направляющий поток канал 132 согласно шестому варианту осуществления, описанному выше, формируется между направляющей поток пластиной 122 и полостью 118. Однако, "направляющий поток канал", сформированный в верхнем участке поршня согласно другому аспекту настоящего изобретения, может быть сквозным отверстием, которое непосредственно формируется в участке стенки, имеющем полость поршня, вместо конфигурации, описанной выше. В этом примере часть участка стенки полости, имеющей форму двойного дна, которая располагается на стороне потолка камеры сгорания, соответствует примеру "участка стенки канала" согласно другому аспекту настоящего изобретения.
7. Другие варианты осуществления
7-1. Другие примеры выбора материала второго слоя
В другом примере "второго слоя", который удовлетворяет вышеописанным соотношениям, касающимся не только прочности и теплопроводности, но также теплоемкости на единицу объема, последующее может быть использовано вместо двуокиси циркония (ZrO2), описанной выше. Т.е., когда алюминиевый сплав используется в качестве материала "первого слоя", второй слой может быть анодированной алюминиевой пленкой, сформированной посредством выполнения анодирующей обработки по поверхности первого слоя. Согласно анодированной алюминиевой пленке, пористая структура, имеющая поры, которые формируются в процессе анодирующей обработки, достигается, и, таким образом, второй слой служит в качестве теплозащитной пленки, которая имеет более низкую теплопроводность и меньшую теплоемкость на единицу объема по сравнению с первым слоем.
Кроме того, в еще одном примере "второго слоя", пленка керамического напыления, полученная посредством выполнения термического напыления другой керамики (такой как силикат циркония (ZrSiO4), двуокись кремния (SiO2), нитрид кремния (Si3N4), окись иттрия (Y2O3) или окись титана (TiO2)) могут быть использованы вместо двуокиси циркония (ZrO2), описанной выше. Эти напыленные пленки имеют внутренние воздушные пузырьки, которые формируются в процессе термического напыления, и, таким образом, служат в качестве теплозащитных пленок, имеющих более низкие теплоемкости на единицу объема по сравнению с металлом (таким как алюминий или железо, используемые в качестве материала первого слоя), аналогично анодированной алюминиевой пленке.
Кроме того, в еще одном примере "второго слоя", теплоизолирующая пленка (теплозащитная пленка), имеющая следующую структуру, может быть использована, пока весь второй слой удовлетворяет вышеописанным соотношениям, касающимся прочности, теплопроводности и теплоемкости на единицу объема. Т.е., эта теплозащитная пленка включает в себя первый теплоизолятор и второй теплоизолятор. Первый теплоизолятор имеет теплопроводность ниже теплопроводности базового материала (т.е., первого слоя), а также имеет теплоемкость на единицу объема меньше теплоемкости на единицу объема материала основания. Второй теплоизолятор имеет теплопроводность, более низкую или равную материалу основания. Кроме того, первый теплоизолятор имеет теплопроводность ниже теплопроводности второго теплоизолятора, и первый теплоизолятор имеет теплоемкость на единицу объема, меньшую по сравнению с теплоемкостью на единицу объема второго теплоизолятора. На этой основе, конкретные примеры первого теплоизолятора включают в себя полые керамические шайбы, полые стеклянные шайбы, теплоизолирующий материал, имеющий микропористую структуру, силикагель или любое желаемое их сочетание. Также, конкретные примеры второго теплоизолятора включают в себя окись циркония, кремний, титан, цирконий, другие керамики, керамические волокна или любое желаемое их сочетание. Следует отметить, что детали теплозащитных пленок, имеющих эти виды конфигураций, описываются в JP 5629463 B.
7-2. Другой пример двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия
Согласно первому-шестому вариантам осуществления, описанным выше, дизельные двигатели используются в качестве примера двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Однако, в другом примере, двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия согласно настоящему изобретению может быть двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия предварительной смеси, который использует бензин в качестве своего топлива, вместо дизельного двигателя.
7-3. Примеры многослойной структуры, отличной от двухслойной
В других примерах участок стенки канала для направляющего поток канала согласно настоящему изобретению может не всегда иметь двухслойную структуру как в первом-шестом вариантах осуществления, описанных выше, и может иметь многослойную структуру из трех или более многочисленных слоев, пока он включает в себя "первый слой" и "второй слой" согласно настоящему изобретению. Т.е., например, участок стенки канала может иметь трехслойную структуру, включающую в себя полый слой, расположенный между "первым слоем" и "вторым слоем". Кроме того, например, для того, чтобы увеличивать прочность участка стенки канала или уменьшать величину теплопереноса, участок стенки канала может иметь третий слой, выполненный из другого материала, расположенный между "первым слоем" и "вторым слоем" или расположенный на стороне "первого слоя", противоположной "второму слою", или расположенный на стороне "второго слоя", противоположной "первому слою". Примеры этих видов третьих слоев включают в себя слой, имеющий материал для упрочнения связывания между первым слоем и вторым слоем или материал для упрочнения покрытия второго слоя на первом слое.
7-4. Другой пример участка стенки канала
"Участки стенки канала" согласно настоящему изобретению и имеющие первый слой, соединенный с головкой блока цилиндров, также включают в себя участок стенки канала без какого-либо зазора G (см. фиг. 2) и соединительного отверстия 74 (см. фиг. 7) в противоположность первому-пятому вариантам осуществления, описанным выше. Т.е., с помощью этого вида участка стенки канала, участок стенки канала может альтернативно быть сконфигурирован так, чтобы включать в себя "первый слой" и "второй слой" для того, чтобы уменьшать увеличение температуры поверхности стенки направляющего поток канала.
Варианты осуществления и примеры модификации, описанные выше, могут быть объединены способами, отличными от способов, явно описанных выше, как требуется, и могут быть модифицированы различными способами без отступления от рамок настоящего изобретения.
Реферат
Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия содержит сопло для впрыска топлива, включающее в себя участок наконечника, раскрытый в камеру сгорания. Сопловое отверстие сформировано в участке наконечника. А также включает формирующий канал элемент, формирующий направляющий поток канал, по которому проходит топливо, впрыснутое из соплового отверстия. При этом формирующий канал элемент включает в себя участок стенки канала, расположенный радиально наружу от направляющего поток канала. Причем участок стенки канала включает в себя первый слой, который является участком основания, соединенным с головкой блока цилиндров, и второй слой, расположенный радиально наружу или радиально внутрь от первого слоя. При этом прочность первого слоя выше прочности второго слоя, а теплопроводность второго слоя ниже теплопроводности первого слоя. Также раскрыт вариант двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Технический результат заключается в уменьшении температуры поверхности стенки направляющего поток канала. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 16 ил.
