專利名稱：帶有燃燒室中的催化燃燒的直接噴射式柴油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)，尤其涉及直接噴射式柴油機(jī)。
為了改善燃燒狀況并減少有害氣體的排放，已經(jīng)提出通過在陶瓷支承上提供催化劑而在燃燒室中實(shí)現(xiàn)催化燃燒。例如，文獻(xiàn)EP1 132 59A2一般地提出了為柴油發(fā)動機(jī)的燃燒室或者預(yù)燃室提供涂層，涂層由少量能夠在陶瓷襯底上用作催化劑的金屬構(gòu)成，從而促進(jìn)催化燃燒反應(yīng)。所述文獻(xiàn)并未公開具體實(shí)施例解決方案，但是其參考帶有燃燒預(yù)熱室的柴油發(fā)動機(jī)的情況，提及了在預(yù)熱室的壁上提供陶瓷層及其涂層，該涂層帶有單獨(dú)適用或者呈合金形式的少量銠、鉑、和鈀，同時可能帶有其他用于類似催化劑作用的金屬，如銅、銀、鋁、鎂、鋅等等。
文獻(xiàn)US-A-4 715 347公開了一種帶有催化燃燒預(yù)熱室的發(fā)動機(jī)，其中所提供的催化床由不同的催化材料的分層構(gòu)成，例如交替的覆蓋著鉑的鋁層與鎂氧化物層。
文獻(xiàn)US-A-4 245 589公開了一種汽油發(fā)動機(jī)，其中，為了提高效率，每個噴射器帶有包括覆蓋著催化劑的陶瓷主體的適配器，其被電預(yù)熱至其放熱活性水平并且其用作從噴射器噴出的汽油噴流的偏轉(zhuǎn)器，從而加熱所述噴流。
還提出了在柴油機(jī)中的預(yù)熱塞的加熱段的表面上提供催化劑層(參看文獻(xiàn)JP-A-59 167 6359)。文獻(xiàn)JP-A-4 347 329中還提出了帶有覆蓋著催化劑層的燃燒預(yù)熱室的柴油機(jī)的解決方案。
盡管已經(jīng)提出了在柴油機(jī)的燃燒室中實(shí)現(xiàn)催化燃燒的一般原理，但是上述現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中尚沒有一個能夠在燃燒室內(nèi)部實(shí)現(xiàn)有效的催化燃燒，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)際上減少有害氣體的排放。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種柴油機(jī)，其包括至少一個氣缸、能夠在氣缸中滑動的活塞、與氣缸相關(guān)聯(lián)的燃燒室、用于將燃料噴入燃燒室的噴射裝置、以及用于促進(jìn)燃燒室中的燃料的催化燃燒的裝置，其特征在于，所述用于促進(jìn)催化燃燒的裝置包括覆蓋著催化劑的支承，該支承按照至少部分占據(jù)著燃燒室內(nèi)部空間的方式放置。
在這個實(shí)施例中，所述支承可以例如呈與氣缸同軸放置并且占據(jù)著氣缸的整個橫截面的盤的形式。
在第一實(shí)施例中，所述盤具有多個通孔，其用于在活塞到達(dá)上止點(diǎn)附近時容放形成于活塞頂冠上的相應(yīng)軸向突起。在第二實(shí)施例中，用作催化劑支承的上述盤沒有貫通開口，只是在其下表面上帶有腔，用于容放形成于活塞頂冠上的相應(yīng)軸向突起。
在這種情況或者在兩種情況下，盤的材料可具有足夠的孔隙度以容許氣體通過其中。盤的結(jié)構(gòu)可為蜂窩結(jié)構(gòu)，其可以由高熔點(diǎn)金屬和/或合金、或者由陶瓷和/或金屬性陶瓷材料構(gòu)成。催化劑可以由大量的通常用于此目的一種或多種金屬構(gòu)成。
為了改善結(jié)果，活塞的上表面也可以覆蓋著催化劑，尤其是在容放于盤開口中的軸向突起的表面上載有催化劑。
在第二實(shí)施例中，催化劑的支承可以由介于活塞頂冠和氣缸的頂面之間的一個或多個彈性裝置構(gòu)成，所述彈性裝置覆蓋著催化劑。
如上所述，一種或多種具有這種性質(zhì)的已知金屬可以用作催化劑。在具體的實(shí)施例中，上述彈性裝置為螺旋彈簧形式，其相對端分別連接于活塞和氣缸頂面上。這些彈簧也可以由高熔點(diǎn)的金屬或合金或者由陶瓷和/或金屬性陶瓷材料構(gòu)成。更具體而言，彈簧的相對端直接連接于支承元件上，支承元件又分別緊固于活塞和氣缸的頭部上。緊固于氣缸頭部上的元件自然具有必要的開口以免妨礙進(jìn)氣和排氣門以及噴射器的操作。
也可以提供一種不同催化劑的分層來代替單一催化劑。而且，如果在第一實(shí)施例中，催化劑支承盤中的開口可以是任意形狀和設(shè)置。
通過閱讀僅作為非限制性實(shí)例提供的參照附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點(diǎn)將會容易得到清楚了解，圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的柴油發(fā)動機(jī)氣缸的示意性剖面圖；以及圖2示出了與本發(fā)明第二實(shí)施例相對應(yīng)的圖1的變型。
在附圖中，直接噴射式柴油發(fā)動機(jī)的氣缸整體地表示為數(shù)字1，與活塞桿3(只部分示出)相關(guān)聯(lián)的活塞2滑動地安裝于氣缸中。任意類型的本身已知的噴射器4與氣缸1相關(guān)聯(lián)，其將燃料直接噴入限定于氣缸的頂部與活塞2的頂冠之間的燃燒室5中。
圖1中示出了處于與上止點(diǎn)隔開一定距離的中間位置上的活塞。參考數(shù)字6、7分別表示與氣缸相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣門與排氣門。由于它們可以按照任何已知的方式構(gòu)成，所以圖中并未示出進(jìn)氣管路或者排氣管路或者上面所提及的不同部件的構(gòu)成細(xì)節(jié)。而且，從圖中去掉所述細(xì)節(jié)會使得這些圖更加易于理解。
根據(jù)本發(fā)明，氣缸1內(nèi)部的與其頂部相鄰的空間被具有蜂窩結(jié)構(gòu)的盤8所占據(jù)，該盤由具有高熔點(diǎn)的金屬和/或合金、或者由陶瓷材料、或者由金屬性陶瓷材料構(gòu)成，并且覆蓋著一層或更多層由一種或更多種催化劑所形成的層，所述催化劑選自本領(lǐng)域中用于此目的的常用金屬。在所示實(shí)施例中，盤8具有多個通孔9，其用于在活塞到達(dá)其上止點(diǎn)附近時容放形成于活塞2的頂冠上的相應(yīng)軸向突起10。
如上所述，通孔9完全可以按照任意方式設(shè)置。而且，可以提供一種變型，其中孔9并不貫通，而是由盤8的下表面上帶有的腔構(gòu)成，這些腔用于容放形成于活塞的頂冠的與上止點(diǎn)位置相對應(yīng)的互補(bǔ)突起10。在這種情況中，如同在前面的情況中也可能出現(xiàn)一樣，蜂窩結(jié)構(gòu)可具有足夠的孔隙度以容許在進(jìn)氣階段過程中空氣通過其中并且在排氣階段過程中燃燒氣體通過其中。當(dāng)然，盤8安裝于距氣缸頂部足夠遠(yuǎn)的距離處，以便不會妨礙噴射器4的閥6、7的正確操作。為了改善催化燃燒狀況，優(yōu)選地，活塞頂冠覆蓋著一個或多個催化劑層，其至少與軸向突起相對應(yīng)。
在運(yùn)行時，進(jìn)氣階段過程中，活塞向下運(yùn)動，并且通過進(jìn)氣門6進(jìn)入氣缸的空氣通過盤8的孔9在氣缸的下部中流動。在隨后的壓縮階段結(jié)束時，當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時，噴射器4將燃料噴入燃燒室，從而在接近盤8的蜂窩結(jié)構(gòu)處啟動催化燃燒，沿著活塞的軸向突起10傳播。在隨后的排氣階段，廢氣受到推動以便通過蜂窩結(jié)構(gòu)回流，從而繼續(xù)進(jìn)行催化燃燒，并且因此急劇減少有害氣體的排放。
圖2示出了本發(fā)明的第二個實(shí)施例，其不同之處在于，在這種情況下，催化劑材料的支承由一個或多個螺旋彈簧11構(gòu)成，其可由與圖1的盤8所用的材料相同的材料制成，并且覆蓋著一個或多個催化劑層。彈簧11的相對端分別連接于支承盤11A、11B上，支承盤11A、11B分別緊固于氣缸的頂部和活塞2的頂冠上。當(dāng)然，實(shí)例示出的情況是彈簧為螺旋彈簧形式，但也可以采用其它的彈簧構(gòu)造與設(shè)置。支承盤11A具有孔12、13，以用于在進(jìn)氣階段與排氣階段過程中流過流體以及用于噴射器4的安裝。
在圖2的變型的情況下，當(dāng)活塞接近其上止點(diǎn)時，彈簧11處于其最小長度構(gòu)型，并且在不與氣缸的軸線保持對齊的情況下，它們隨意放置，幾乎占據(jù)了整個燃燒室。在燃料由噴射器4噴射的情況下，催化燃燒啟動時沒有火焰并且產(chǎn)生較少的有害氣體。最后，在排氣階段過程中，彈簧受到活塞的壓縮，這引起催化燃燒繼續(xù)進(jìn)行，并且進(jìn)一步減少了有害氣體的排放。
當(dāng)然，在不改變本發(fā)明原理的情況下，構(gòu)造細(xì)節(jié)和實(shí)施例可以由此處僅舉例描述和示例說明的內(nèi)容做出大大地變化。
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)，包括至少一個氣缸(1)，滑動地安裝于氣缸(1)中的活塞(2)，與氣缸(1)相關(guān)聯(lián)的燃燒室(5)，用于將燃料噴入燃燒室(5)中的噴射裝置(4)，用于促進(jìn)燃燒室中的催化燃燒的裝置，其特征在于，所述用于促進(jìn)催化燃燒的裝置包括覆蓋著催化劑并且按照占據(jù)著燃燒室(5)的內(nèi)部空間的至少一部分的方式放置的支承(8、11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述支承為與氣缸同軸放置并且占據(jù)著氣缸的整個橫截面的盤(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述盤(8)具有蜂窩結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述盤由選自高熔點(diǎn)金屬和/或其合金、陶瓷材料、金屬性陶瓷材料的材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述盤(8)具有通孔(9)，用于在活塞到達(dá)其上止點(diǎn)附近時容放形成于活塞(2)的頂冠上的相應(yīng)軸向突起(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述盤(8)在其下表面上具有腔(9)，用于在活塞到達(dá)其上止點(diǎn)附近時容放形成于活塞(2)的頂冠上的軸向突起(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的柴油機(jī)，其特征在于，活塞(2)的頂冠覆蓋著催化劑，至少與所述軸向突起(10)相對應(yīng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的柴油機(jī)，其特征在于，催化劑選自銠、鉑、鈀及其合金，可能添加有其它具有催化作用的金屬，如銅、銀、鋁、鎂、鋅。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的柴油機(jī)，其特征在于，有多個不同催化劑的層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述支承由介于氣缸的頂部與活塞(2)之間的彈性裝置(11)構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述彈性裝置由一個或多個螺旋彈簧構(gòu)成，該彈簧的端部分別連接于氣缸(1)的頂部上和活塞(2)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述螺旋彈簧(11)的相對端分別連接于支承盤(11A、11B)上，支承盤又緊固于氣缸的頂部上和活塞(2)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述緊固于氣缸頂部上的支承盤(11A)具有開口(12、13)，與進(jìn)氣和排氣門(6、7)相對應(yīng)以及與同氣缸相關(guān)聯(lián)的噴射器(4)相對應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的柴油機(jī)，其特征在于，所述彈簧由選自以下的材料制成高熔點(diǎn)的金屬或其合金、陶瓷材料、金屬性陶瓷材料。
全文摘要
一種直接噴射式柴油機(jī)帶有覆蓋著催化劑材料的支承(8)，其占據(jù)著氣缸(1)內(nèi)的空間的至少一部分，以便促進(jìn)催化燃燒并且減少有害氣體的排放。
文檔編號F02B51/02GK1692215SQ200380100506
公開日2005年11月2日 申請日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者V·托爾戈夫, P·珀洛 申請人:C.R.F.阿西安尼顧問公司