CS243421B1

CS243421B1 - Internal combustion piston-type engine with direct fuel injection

Info

Publication number: CS243421B1
Application number: CS8410212A
Authority: CS
Inventors: Josef Lencar
Original assignee: Josef Lencar
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1986-06-12
Also published as: CS1021284A1

Abstract

Řešení se týká spalovacího pístového motoru s přímým vstřikem paliva vstřikovací tryskou a a hlavním spalovacím prostorem vytvořeným v pístu, v němž je zároveň uspořádána vzduchová komora propojená s hlavním spalovacím prostorem. Podstata spočívá v tom, že vzduchová komora v pístu tvoří souvislou dutinu obklopující hlavní spalovací prostor a je s hlavním spalovacím prostorem spojena souvislou průtokovou štěrbinou. V průtokové Štěrbině jsou uspořádány směrovací lopatky, svírající svou částí přiléhající k hlavnímu spalovacímu prostoru s tečnou kružnice opsané ze středu hlavního spalovacího prostoru úhel menší než 90°.The solution relates to a combustion piston engine with direct injection fuel injection and the main combustion chamber formed in the piston in which it is arranged at the same time air chamber connected to main combustion space. The essence is that air the chamber in the piston forms a continuous cavity surrounding the main combustion chamber and is the main one connected by the combustion space flow slot. In The Flow Slot routing vanes are provided part of the main combustion space with tangent circle circumscribed from the center of the main combustion chamber angle less than 90 °.

Description

(54) Spalovací pístový motor s přímým vstřikem paliva(54) Direct injection internal combustion piston engine

Řešení se týká spalovacího pístového motoru s přímým vstřikem paliva vstřikovací tryskou a a hlavním spalovacím prostorem vytvořeným v pístu, v němž je zároveň uspořádána vzduchová komora propojená s hlavním spalovacím prostorem.The invention relates to an internal combustion piston engine with a direct injection of fuel by an injection nozzle and a main combustion chamber formed in the piston, in which an air chamber interconnected with the main combustion chamber is also arranged.

Podstata spočívá v tom, že vzduchová komora v pístu tvoří souvislou dutinu obklopující hlavní spalovací prostor a je s hlavním spalovacím prostorem spojena souvislou průtokovou štěrbinou. V průtokové Štěrbině jsou uspořádány směrovací lopatky, svírající svou částí přiléhající k hlavnímu spalovacímu prostoru s tečnou kružnice opsané ze středu hlavního spalovacího prostoru úhel menší než 90°.The principle is that the air chamber in the piston forms a continuous cavity surrounding the main combustion chamber and is connected to the main combustion chamber by a continuous flow slot. Directional vanes are provided in the flow slot, with a portion adjacent to the main combustion chamber with a tangential circle circumscribed from the center of the main combustion chamber of less than 90 °.

Vynález ee týká spalovacího pístového motoru s přímým vstřikem paliva vstřikovací tryskou a a hlavním spalovacím prostorem vytvořeným v pístu, v němž je zároveň uspořádána vzduchová komora propojená s hlavním spalovacím prostorem.The invention relates to an internal combustion piston engine with a direct injection of fuel by an injection nozzle and a main combustion chamber formed in the piston, in which an air chamber is also connected to the main combustion chamber.

U známých provedení spalovacího pístového motoru s přímým vstřikem paliva vstřikovaného jedno- nebo víceotvorovou tryskou do spalovacího prostoru vytvořeného v pístu motoru je nutné zajistit dostatečné, nejlépe tangenciální víření rotující vzduchové náplně přibližně v rovinách kolmých k ose válce a ose pístu.In known embodiments of a direct-injection internal combustion piston engine of a fuel injected by a one or more orifice nozzle into the combustion chamber formed in the engine piston, it is necessary to provide sufficient, preferably tangential swirling of the rotating air charge approximately in planes perpendicular to the cylinder axis and the piston axis.

Toto víření se dosahuje tangenciálním směrováním výtoku vzduchu z kanálů hlav válců přes ventily při vtékání vzduchu nebo směsi v době plnění válce motoru. Víření se musí zachovat i v době kompresního zdvihu pistu, jehož intensita však vlivem vnitřních ztrát slábne. Toto víření a jeho vytvoření je energeticky ztrátové a jeho využití je pouze v prvních okamžicích, resp. na počátku doby spalování, kdy je jednak dostatek vzduchu ke spalování a jednak lze přes určitá ztráty v době kompresního zdvihu udržet ještě dostatečné tangenciální víření.This swirl is achieved by tangentially directing the air outlet from the cylinder head ducts through the valves as the air or mixture flows at the time of engine cylinder filling. The turbulence must be maintained even at the time of the compression stroke of the piston, but its intensity decreases due to internal losses. This swirl and its creation is energy loss and its use is only in the first moments, respectively. at the beginning of the combustion period, on the one hand, there is sufficient air for combustion and, on the other hand, a sufficient tangential swirl can be maintained despite some losses during the compression stroke.

Toto víření se však po průletu vstřikovaných paprsků paliva a v průběhu počáteční doby spalování dále značně zeslabuje, až se ke konci hoření prakticky ztrácí.However, this turbulence further weakens considerably after passing the injected fuel jets and during the initial combustion period until it is virtually lost at the end of the combustion.

Známá spalovací pístové motory se vyznačuji nevýhodou, spočívající v tom, že neumožní optimální spalování s dostatečným vířením na konci doby spalování. Touto nevýhodou je omezováno spalování relativně větších dávek paliva za účelem dosažení vyěších měrných výkonů při splnění pžadovanýeh limitů na kouřivost motoru a škodlivé exhalace obsažené ve výfukových plynech.The known internal combustion piston engines have the disadvantage that they do not allow optimal combustion with sufficient turbulence at the end of the combustion period. This disadvantage limits the combustion of relatively larger proportions of fuel in order to achieve higher specific powers, while meeting the required limits for engine smoke and harmful exhaust emissions.

Tím ae zvyěuje i měrná spotřeba paliva a a tim spojená nepříznivá vlivy karbonizace spalovacího prostoru se všemi nepříznivými dopady na funkci spalovacího motoru, na jeho životnost a spolehlivost.Thus, ae also increases the specific fuel consumption and the associated adverse effects of carbonization of the combustion chamber with all adverse impacts on the operation of the internal combustion engine, its service life and reliability.

U některých dalších známých provedení spalovacího pístového motoru s hlavním spalovacím prostorem v pístu jsou vytvořeny nimo tento prostor vzduchové komůrky, propojené s hlavním spalovacím prostorem propojovacím kanálem.In some other known embodiments of an internal combustion piston engine having a main combustion chamber in the piston, this air chamber chamber is connected to the main combustion chamber through a communication channel.

Výhodou těchto vzduchových komůrek možnost dodatečného rozvíření náplně ve spalovacím prostoru v době, kdy začíná expansní píatu. U provedení, kdy tyto přídavné vzduchové komůrky jaou provedeny v pístu, je jejich celkový objem poměrně malý, takže nedochází k dostatečnému rozvíření náplně v hlavním spalovacím prostoru při vytékáni vzduchu z těchto komůrek v době expanzního zdvihu píatu, kdy^^gházl ke snižování tlaku náplně.The advantage of these air chambers is the possibility of additional expansion of the charge in the combustion chamber at the time when the expansion flap begins. In the embodiment where these additional air chambers are provided in the piston, their total volume is relatively small, so that the charge in the main combustion chamber is not sufficiently swollen when air flows out of these chambers during the expansion stroke of the piston when the charge pressure is reduced. .

Požadované rozvíření je pak déle tlumeno škrcením průtoku vzduchu v propojovacím kanálu mezi hlavním spalovacím prostorem a vzduchovými komůrkami.The desired swirl is then attenuated for a longer period by throttling the air flow in the interconnecting duct between the main combustion chamber and the air chambers.

Cílem vynálezu je vytvoření spalovacího prostoru zajišťujícího ve zlepšení míře udržení víření náplně ve spalovacím prostoru i ne konci doby spalování jak v samotném hlavním spalovacím prostoru v pístu, tak i v prostoru válce při pohybu pístu z horní úvrati.It is an object of the present invention to provide a combustion chamber to improve the amount of turbulence in the combustion chamber, even at the end of the combustion time, both in the main combustion chamber itself and in the cylinder space as the piston moves from top dead center.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že vzduchová komoře v pístu tvoří souvislou dutinu, obklopující hlavní spalovací prostor, a je s hlavním spalovacím prostorem spojena souvislou průtokovou štěrbinou.The principle of the invention is that the air chamber in the piston forms a continuous cavity surrounding the main combustion chamber and is connected to the main combustion chamber by a continuous flow slot.

V průtokové štěrbině jsou uspořádány směrovací lopatky, svírající svou částí přiléhající k hlavnímu spalovacímu prostoru s tečnou kružnice opsané ze středu hlavního spalovacího prostoru úhel menší než 90°.Directional vanes are provided in the flow slot, with a portion adjacent to the main combustion chamber with a tangential circle circumscribed from the center of the main combustion chamber of less than 90 °.

Vzduchová komora je ze střeny čela pístu zakryta uzavírací deskou, jejíž vnitřní okraj přesahuje přilehlý obvod hlavního spalovacího prostoru. Vnitřní okraj uzavírací desky je opatřen ostrou hranou.The air chamber is covered from the piston face by a closing plate, the inner edge of which extends beyond the adjacent periphery of the main combustion chamber. The inner edge of the closure plate is provided with a sharp edge.

Výhodou provedení podle vynálezu je udržení dostatečného víření náplně ve spalovacím prostoru během celého spalovacího procesu, čímž se docílí zvýšení měrných výkonů a snížení spotřeby paliva spalovacího motoru, sníží se kouřivost motoru a karbonizace spalovacího prostoru a zvýší se rovněž životnost a spolehlivost spalovacího motoru.An advantage of embodiments of the invention is to maintain sufficient swirl of the charge in the combustion chamber throughout the combustion process, thereby increasing the specific performance and reducing the fuel consumption of the internal combustion engine, reducing the engine smoke and carbonization of the combustion chamber, and increasing the service life and reliability of the internal combustion engine.

Vzduchová komora zabraňuje intenzivnějšímu průchodu tepla do oblasti pístních kroužků, a zlepšuje tak jejich funkci, zvláště jejich těsnicí vlastnosti, životnost a spolehlivost.The air chamber prevents heat passage into the piston rings region more intensively and thus improves their function, especially their sealing properties, durability and reliability.

Příklad provedení části spalovacího motora podle vynálezu je znázorněn na přiložených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje v podélném řezu píst a hlavním spalovacím prostorem a vzduchovou komorou a obr. 2 příčný řez pístu z obr. 1. V pístu χ opatřeném pístními kroužky fi je uspořádán hlavní spalovací prostor 2 rotačního tvaru, který je ve spojení přes průtokovou StSrbin«fc£ se vzduchovou komorou fi. Vzduchová komora fi obklopuje celý hlavní spalovací prostor 2, rovněž tak průtoková Štěrbina £ vyúaluje po eeléraobvodu hlavního spalovacího prostoru XV průtokové Štěrbině £ jsou uspořádány směrovací lopatky fi, které svou výstupní částí do hlavního spalovacího prostoru X svírají úhel oC menší než 90° s tečnou ke kružnici X opsané ze středu hlavního apalovacího prostora.An exemplary embodiment of a part of an internal combustion engine according to the invention is shown in the accompanying drawings, wherein FIG. 1 shows a longitudinal section of the piston and main combustion chamber and air chamber; and FIG. 2 shows a cross section of the piston of FIG. a main combustion chamber 2 of a rotary shape, which is connected via the flow-through StSrbin to the air chamber fi. The air chamber fi surrounds the entire main combustion chamber 2, as well as the flow slot 6 extends along the eelery of the main combustion space XV to the flow slot 6, directional vanes fi are provided which exit into the main combustion space X with an angle o less than 90 ° with a circle X circumscribed from the center of the main burning area.

Kružnice k leží v rovině kolmé k ose pístu J. a protíná směrovací lopatky fi. Vzduchová komora fi je z vrchní strany zakryta uzavírací deskou fi, jejíž vnitřní okraj přesahuje horní okraj hlavního spalovacího prostoru X a je opatřen ostrou hranou 2·The circle k lies in a plane perpendicular to the axis of the piston J and intersects the direction vanes fi. The air chamber fi is covered from the top by a closing plate fi, the inner edge of which exceeds the upper edge of the main combustion chamber X and has a sharp edge 2 ·

Uzavírací deska 2 je připevněna k pietu l pomoci upevňovacích Šroubů fi. Při plnicím, resp. nasávacím zdvihu pístu 1 při jeho pohybu ve smyslu od horní k dolní úvrati se plní. válec pracovním prostředím, tj. vzduchem nebo libovolnou směsí.The closure plate 2 is attached to the piet 1 by means of fastening screws fi. When filling, respectively. the intake stroke of the piston 1 as it moves from upper to lower dead center is filled. the cylinder by the working environment, ie air or any mixture.

Vlivem vhodně upraveného sacího kanálu, ventilů a sedel ventilů vzniká tangenciální víření, které se zachová i při kompresním zdvihu pístu £ při jeho pohybu va smyslu od dolní k horní úvrati a vzniká do hlavního apalovacího prostora χ vytvořeného v pietu 1.Due to a suitably arranged intake duct, valves and valve seats, a tangential swirl is produced which is retained even during the compression stroke of the piston 6 as it moves in the sense of lower to upper dead center and is formed into the main burning space χ formed in the pit 1.

Toto tangenciální víření se využije na počátku spalování při vstřiku paprsků paliva do hlavního spalovacího prostoru 2 před horní úvrati pietu £.This tangential turbulence is utilized at the start of combustion when fuel jets are injected into the main combustion chamber 2 prior to the top dead center of the piet.

Během kompresního zdvihu se vzduch nebo směs stlačuje a plní jak hlavní spalovací prostor £, tak proniká i průtokovou Štěrbinou £ do vzduchové komory fi. Po vatřiknutí paprsků paliva a po začátku hoření v hlavním spalovacím prostoru X stoupá dále tlak pracovního prostředí a jeho zásobě ve vzduchová komoře fi je připravena pro dále pokeačujicí a konečnou fázi spalování paliva v hlavním spalovacím prostoru fi v pietu £.During the compression stroke, the air or mixture is compressed and fills both the main combustion chamber 6 and the flow slot 6 into the air chamber. After injection of the fuel jets and after the start of combustion in the main combustion chamber X, the pressure of the working environment continues to rise and its supply in the air chamber fi is ready for the further progressing and final phase of fuel combustion in the main combustion chamber fi at pit.

Při pohybu pístu 1 v oblasti horní úvratě motoru a po překonání nejvySSlch tlaků ve válci při pohybu pietu l ve smyslu od horní úvrati k dolní úvrati a v další pokračující a konečné fázi spalováni poklesne tlak ve válci a v hlavním spalovacím prostoru χ a zásobní pracovní vzduch nebo aašs začne proudit průtokovou Štěrbinou £ mezi směrovacími lopatkami fi a způsobuje dalSl tangenciální obvodové víření v hlavním spalovacím prostoru χ.When the piston 1 moves in the region of the top dead center of the engine and after overcoming the highest pressures in the cylinder during the movement of the piston 1 in the sense from the top dead center to the bottom dead center. or as it begins to flow through the flow slot mezi between the direction vanes a and causes a tangential circumferential swirl in the main combustion chamber χ.

Při výtoku rozvířených spalin v konečné fázi apelování z hlavního apalovacího prostora X do válce motora vytékají tyto spaliny zúženým průřezem v uzavírací desce fi a při obtékání ostré hrany 2 nastává intenzívní víření ve výtokové oblasti s expanzi a míšením, které umožní vySSí účinek promíaení spalin, vzduchu a paliva, zvláStS v konečných fázích spalování.As the turbulent flue gas flows in the final stage of appealing from the main combustion chamber X to the engine cylinder, these flue gas flow through a narrowed cross-section in the closing plate fi and by the sharp edge 2 flows intense vortex in the outlet area with expansion and blending. and fuels, especially in the final stages of combustion.

Hlavní spalovací prostor v pístu nemusí být rotačně symetrický, je možný prakticky jeho libovolný tvar, podstatné je, aby směrovací lopatky umožnily proudění sésobnlho pracovního prostředí do hlavního spalovacího prostoru v tangenciálním am6ru.The main combustion chamber in the piston need not be rotationally symmetrical, virtually any shape is possible;

Vzduchová komora může být vytvořena jako uzavřená komora i ze vrchní strany materiálem pístu, při použití uzavírací desky je možno použít různých způsobů jejího připevnění k pístu, např. jejím zalitím do pietu.The air chamber may be formed as a closed chamber also from the top side by the material of the piston. By using the closing plate it is possible to use different ways of its attachment to the piston, eg by embedding it into a Piet.

Claims

object of the invention

An internal combustion piston engine with a direct injection fuel injector and a main combustion chamber formed in a piston, in which an air chamber is also connected to the main combustion chamber, characterized in that the air chamber (3) in the piston (1) forms a continuous cavity surrounding a main combustion chamber (2) and is connected to the main combustion chamber (2) by a continuous flow slot (4).

An internal combustion piston engine according to claim 1, characterized in that directing vanes (5) are arranged in the flow sterbin (14), forming a part adjacent to the main combustion chamber (2) with a tangential circle circumscribed from the center of the main combustion chamber (2). less than 90 °.

Internal combustion piston engine according to Claims 1 and 2, characterized in that the air chamber (3) is covered from the face of the piston (1) by a closing plate (6), the inner edge of which extends beyond the adjacent periphery of the main combustion chamber (2).

Internal combustion piston engine according to Claim 3, characterized in that the inner edge of the closure plate (6) is provided with a sharp edge (7).