CS257547B1

CS257547B1 - Combustion chamber for spark-ingition engines

Info

Publication number: CS257547B1
Application number: CS8610187A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Kurz; Jiri Riha; Gaehard Boettger
Original assignee: Zdenek Kurz; Jiri Riha; Gaehard Boettger
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1988-05-16
Also published as: CS1018786A1

Abstract

Řešení se týká konstrukce spalovacího prostoru zážehového motoru určeného k provozu na chudé směsi. Řeší problémy se zápaiností chudých směsí a vylučuje snižování mechanické účinnosti motoru. Uvedené problémy jsou do značné míry odstraněny konstrukcí spalovacího prostoru s radiální nebo jinou štěrbinou podle vynálezu, jehož podstatou je to, že hlava válce je opatřena výstupkem, jehož horní plocha tvoří dno spalovacího prostoru, přičemž ve výstupku je uspořádán alespoň jeden kanálek spojující štěrbinu pod výstupkem se spalovacím prostorem. Vyústění kanálku do spalovacího prostoru je pod jiskřištěm zapalovací svíčky. Kanálky mají definovaný tvar a polohu, dno pístu může být tvarované. Řešení je možné využít u všech zážehových motorů, zejména tam, kde je požadováno používání chudých palivových směsíThe solution relates to the construction of the combustion chamber gasoline engine intended to be operated on lean mixtures. They solve the problems of the poor mixtures and eliminates mechanical reduction efficiency of the engine. These issues are up to largely eliminated by the combustion design space with radial or other slit according to of the invention, the essence of which is that of the head the cylinder is provided with a protrusion whose upper surface forming the bottom of the combustion chamber, wherein at least one channel is arranged in the protrusion connecting the slit under the projection to the combustion space. Outlet of the channel to the combustion the space is under the spark plug of the spark plug. Channels have defined shape and position, bottom the piston may be shaped. The solution can be used for all petrol engines, especially where where the use of lean fuel is required mixtures

Description

Vynález se týká spalovacího prostoru zážehového motoru, zejména pro spalování chudých směsí, tvořeného vnitřním povrchem hlavy válce, který se dnem pístu v horní úvrati vytváří štěrbinu na straně ventilů, která je kolmá nebo různoběžná k ose válce a dále výstupkem hlavy válce na straně zapalovací svíčky s jiskřištěm a spodní plocha společně s plochou částí dna pístu v horní úvrati vytváří štěrbinu kolmou nebo různoběžnou k ose válce.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a combustion chamber of a positive-ignition engine, in particular for lean combustion, comprising an inner surface of a cylinder head which forms a slot on the valve side perpendicular to or parallel to the cylinder axis. with the spark gap and the lower surface together with the flat part of the bottom of the piston at the top dead center creates a slot perpendicular or parallel to the cylinder axis.

Dosud známé konstrukce spalovacích prostorů určených ke spalování chudých směsí využívají převážně principu komůrek vytvořených dodatečně ve spalovacím prostoru, do kterých je přiváděna bohatší směs kanálkem ze zvláštního karburátoru nebo je do nich směs přiváděna z hlavního spalovacího prostoru zvláštními kanálky, které způsobí v komůrce turbulenci směsi, nutnou ke vznícení chudé směsi. Zapalovací svíčky jsou umístěny v těchto komůrkách, výjimečně v kanálku spojujícím komůrku s hlavním spalovacím prostorem. Používají se i složitější systémy, které vyžadují aplikaci víceventilového rozvodu, kde se jednotlivé ventily postupně vypínají. Ostatní známé způsoby spočívají zejména v úpravě sacího potrubí nebo použití obtoku sacího kanálu, které má způsobit turbulenci chudé směsi postačující k jejímu vznícení.The previously known lean combustion chamber designs utilize the principle of chambers additionally formed in the combustion chamber into which the richer mixture is fed through a channel from a separate carburetor, or the mixture is fed to it from the main combustion chamber through special channels which cause turbulence in the chamber. necessary to ignite a lean mixture. Spark plugs are located in these chambers, exceptionally in a channel connecting the chamber with the main combustion chamber. Even more complex systems are used that require the application of a multi-valve manifold, where the individual valves gradually turn off. Other known methods consist, in particular, in the treatment of the suction line or in the use of a suction channel bypass, which is to cause turbulence of the lean mixture sufficient to ignite it.

Nevýhodou těchto konstrukcí je jednak nízká účinnost, která nedovoluje spalování těch chudých směsí, které by zaručily splnění stále se zpřísňujících limitů škodlivin ve výfukových plynech a u konstrukcí s komůrkou, které jsou z velké části dostatečně účinné, jsou zásadní nevýhodou hydraulické ztráty vznikající prouděním směsi do komůrek a po jejím vznícení hořící směsi zpět do hlavního spalovacího prostoru. To způsobuje snížení mechanické účinnosti motoru.The disadvantage of these designs is the low efficiency, which does not allow combustion of those lean mixtures which would guarantee the ever increasing limits of pollutants in the exhaust gases, and the structures with the chamber, which are largely effective enough, are a major disadvantage of the hydraulic losses caused by the mixture flow and after it ignites the burning mixture back into the main combustion chamber. This reduces the mechanical efficiency of the motor.

Cílem vynálezu je dosažení dostatečné turbulence směsi a odstranění ztrát vznikajících prouděním hořící směsi kanálkem do spalovacího prostoru při zachování jednoduchosti uspořádání běžného spalovacího prostoru.The object of the invention is to achieve sufficient turbulence of the mixture and to eliminate losses resulting from the flow of the burning mixture through the channel into the combustion chamber, while maintaining the simplicity of the arrangement of a conventional combustion chamber.

Cíl vynálezu je dosažen konstrukcí spalovacího prostoru zážehového motoru, kde hlava válce je opatřena výstupkem podle vynálezu, jehož podstatou je to, že ve výstupku, jehož horní plocha tvoří část dna spalovacího prostoru, je uspořádán nejméně jeden kanálek spojující štěrbinu se spalovacím prostorem, kde vyústění kanálku do spalovacího prostoru je pod jiskřištěm zapalovací svíčky. Kanálek má válcový tvar a na straně bližší k pístu je kuželovité rozšířen. Osa kanálku svírá s horní plochou výstupku úhel 85° až 95°. Vzdálenost této osy od jiskřiště zapalovací svíčky se rovná nejméně jedné polovině nejmenšího průměru kanálku. Je-li použito kanálků více, jsou uspořádány tak, že kanálek s osou bližší jiskřišti zapalovací svíčky má menší největší průměr, než je největší průměr kanálku s osou vzdálenější jiskřišti zapalovací svíčky.The object of the invention is achieved by the construction of the combustion chamber of a positive-ignition engine, wherein the cylinder head is provided with a protrusion according to the invention, characterized in that at least one channel connecting the slot with the combustion chamber is arranged in the protrusion. The duct to the combustion chamber is under the spark gap of the spark plug. The channel has a cylindrical shape and is conically widened on the side closer to the piston. The channel axis forms an angle of 85 ° to 95 ° with the upper surface of the projection. The distance of this axis from the spark plug spark gap is at least one half of the smallest diameter of the channel. If multiple channels are used, they are arranged such that the channel with the axis closer to the spark gap of the spark plug has a smaller largest diameter than the largest diameter of the channel with the axis distal to the spark gap of the spark plug.

Takto uspořádané kanálky zaručují dostatečné proudění směsi do prostoru jiskřiště zapalovací svíčky a její vznícení. Hořící směsi kanálky umožňují omezený zpětný průchod pod výstupek hlavy válce v takovém obsahu, aby nemohlo dojít ke zhášení plamene v této oblasti. Dno pístu může být opatřeno výčnělkem odpovídajícímu vybrání ve výstupku hlavy válce nebo deflektorem. Takto uspořádané dno pístu omezuje únik stlačované směsi ze štěrbiny pod výstupkem přímo do spalovacího prostoru. Dno pístu může být rovněž tvarované a opatřené hranou, kterou je ukončena štěrbina mezi pístem a hlavou válce na straně ventilů. Tvarované dno pístu s hranou způsobuje rotaci celé náplně spalovacího prostoru při kompresním zdvihu.The channels thus arranged guarantee sufficient flow of the mixture into the spark gap of the spark plug and its ignition. The burning conduits allow a limited return passage below the protrusion of the cylinder head in such a content that flame quenching in this region is prevented. The piston bottom may be provided with a protrusion corresponding to a recess in the cylinder head projection or a deflector. The piston bottom thus arranged limits the escape of the compressed mixture from the slot below the projection directly into the combustion chamber. The bottom of the piston may also be shaped and provided with an edge which terminates the slot between the piston and the cylinder head on the valve side. The shaped edge of the piston with the edge causes the entire charge of the combustion chamber to rotate during the compression stroke.

Výhodou uvedeného uspořádání je dosažení plně postačující turbulence chudé směsi v prostoru jiskřiště zapalovací svíčky, která umožňuje používání směsí se součinitelem přebytku vzduchu 1,4 i větším. Při aplikaci uvedených parametrů kanálků a uspořádání dna pístu, je turbulence dostatečná při všech režimech práce motoru, tedy i při velmi malých otáčkách motoru. Uspořádání dna pístu totiž znemožňuje již 20° v natočení klikového hřídele před horní úvrati pístu únik směsi ze Štěrbiny pod výstupkem přímo do spalovacího prostoru. Nejpozději v této úhlové poloze klikového hřídele před horní úvrati je Štěrbina pod výstupkem uzavřena.The advantage of this arrangement is to achieve a fully sufficient turbulence of the lean mixture in the spark gap of the spark plug, which allows the use of mixtures with an excess air coefficient of 1.4 or more. Applying the above-mentioned channel parameters and piston bottom configuration, turbulence is sufficient in all engine operating modes, even at very low engine speeds. The arrangement of the bottom of the piston precludes the 20 ° rotation of the crankshaft before the top dead center of the piston prevents leakage of the mixture from the slot under the projection directly into the combustion chamber. At the latest in this angular position of the crankshaft before the top dead center, the slot below the projection is closed.

Konkrétní příklady provedení spalovacího prostoru zážehového motoru podle vynálezu jsou znázorněny na připojených obrázcích, kde na obr. 1 je vertikální řez spalovacím prostorem, kde dno pístu je vybaveno výstupkem, na obr. 2 je spalovací prostor z obr. 1, kde dno pístu je vybaveno deflektorem, na obr. 3 je pohled na vnitřní povrch hlavy válce zespoda a na obr.Specific embodiments of the combustion space of a spark ignition engine according to the invention are shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a vertical cross-section of the combustion space where the piston bottom is provided with a projection. 3 is a bottom view of the inner surface of the cylinder head; and FIG.

je vertikální řez spalovacím prostorem, kde dno pístu je tvarované a opatřené hranou a deflektorem.is a vertical section through the combustion chamber where the bottom of the piston is shaped and provided with an edge and a deflector.

Na obr. 1 je vertikální řez válcem £ s hlavou £ a pístem £. Spalovací prostor £ je vymezen vnitřním povrchem 21 hlavy £ válce £, s čely ventilů £, zapalovací svíčkou 6 s jiskřištěm 61, dále výstupkem £ hlavy £, jehož horní plocha 71 tvoří dno spalovacího prostoru £ a dolní plocha 72 společně s plochou částí dna 31 pístu £ tvoří radiální štěrbinu ££, která je součástí spalovacího prostoru £. Na straně ventilů £ tvoří dno 3£ pístu £ společně s tvarovaným vnitřním povrchem 21 hlavy £ radiální štěrbinu 42. Ve výstupku £ je uspořádán kanálek £ s kuželovitým rozšířením na straně bližší pístu £. Dno 31 pístu £ je opatřeno výčnělkem ££, odpovídajícímu vybrání 73 ve spodní ploše 72 výstupku £.Fig. 1 is a vertical cross-sectional view of a cylinder 6 with a cylinder 6 and a piston 6. The combustion chamber 8 is delimited by the inner surface 21 of the cylinder head 6, with the valve faces 6, the spark plug 6 with the spark gap 61, the projection 6 of the head 6, the upper surface 71 forming the bottom of the combustion space 6 and the lower surface 72 together with the flat part of the bottom 31. the piston 4 forms a radial slot 6 which is part of the combustion chamber 6. On the valve side 4, the bottom 31 of the piston 4 together with the shaped inner surface 21 of the head 6 forms a radial slot 42. In the projection 4 there is a channel 8 with a conical extension on the side closer to the piston. The bottom 31 of the piston 6 is provided with a protrusion 54 corresponding to a recess 73 in the lower surface 72 of the projection 6.

Na obr. 2 je vertikální řez spalovacím prostorem zážehového motoru z obr. 1, kde dno ££ pístu £ je vybaveno deflektorem 33.Fig. 2 is a vertical cross-sectional view of the combustion chamber of the spark-ignition engine of Fig. 1, wherein the piston base 60 is equipped with a deflector 33.

Na obr. 3 je pohled na vnitřní povrch 21 hlavy £ z obr. 1 s ventily £ a výstupkem £, v jehož spodní ploše 72 je vytvořeno vybrání ££. Ve vybrání 73 jsou vstupní otvory kanálků £. Výstupek £ zakrývá v tomto pohledu částečně vyznačenou zapalovací svíčku £.FIG. 3 is a view of the inner surface 21 of the head 6 of FIG. 1 with the valves 6 and the protrusion 6 in the bottom surface 72 of which a recess 60 is formed. In the recess 73 there are inlet openings of the channels 8. The protrusion 4 covers in this view the partially lit spark plug 4.

Na obr. 4 je vertikální řez spalovacím prostorem zážehového motoru z obr. 2, kde tvarované dno 31 pístu £ je opatřeno hranou £ a tvoří společně s klínovitým vnitřním povrchem 21 hlavy £ štěrbinu 42 různoběžnou k ose válce £.Fig. 4 is a vertical cross-sectional view of the combustion space of the spark ignition engine of Fig. 2, wherein the shaped bottom 31 of the piston 6 is provided with an edge 8 and forms a slot 42 parallel to the wedge-shaped inner surface 21.

Funkce spalovacího prostoru zážehového motoru vytvořeného podle vynálezu, konkrétně podle obr. 4, spočívá v tom, že chudá palivová směs nasátá sacím ventilem £ je při kompresním zdvihu pístu £ stlačována směrem ke spalovacímu prostoru £. Radiální štěrbina 41 je deflektorem 33 dna 31 pístu £ uzavřena již v úhlové poloze nevyznačeného klikového hřídele 20° před horní úvratí pístu £ a stlačovaná směs je v prostoru pod výstupkem £ hlavy £ válce £ nucena proudit kanálkem £ do oblasti jiskřiště 61 zapalovací svíčky £. Současně se zmenšuje prostor mezi tvarovaným dnem 31 pístu £ s hranou £ a šikmou plochou vnitřního povrchu 21 hlavy £, odkud směs op,ět proudí směrem k zapalovací svíčce £ a zpět přes povrch tvarovaného dna ££, čímž dochází k rotaci hlavní části náplně spalovacího prostoru £.The function of the combustion chamber of the spark-ignition engine according to the invention, in particular of FIG. 4, is that the lean fuel mixture sucked in by the inlet valve 4 is compressed towards the combustion chamber 4 during the compression stroke of the piston. The radial slot 41 is closed by the deflector 33 of the piston base 31 already in the angular position of the unmarked crankshaft 20 ° before the top dead center of the piston and the compressed mixture is forced into the spark gap 61 of the spark plug. At the same time, the space between the shaped bottom 31 of the piston 4 with the edge 6 and the inclined surface of the inner surface 21 of the head 6 is reduced, from where the mixture again flows towards the spark plug 4 and back through the shaped bottom surface. space £.

V základním provedení spalovacího prostoru £ s plochým dnem 31 pístu £ je k zajištění dostatečné zápalnosti směsi ve všech režimech motoru, zejména při nízkých otáčkách, nutné vytvořit ve výstupku £ kanálek £ nebo více kanálků £ s dostatečným průtočným průřezem, aby objem chudé směsi natlačené kanálky £ do oblasti jiskřiště 61 zapalovací svíčky £ byl postačující k její dobré zápalnosti a dostatečně rychlému šíření plamene z oblasti nestíněného jiskřiště 61 do celého spalovacího prostoru £.In the basic design of the combustion chamber with the flat bottom 31 of the piston, in order to ensure sufficient ignition of the mixture in all engine modes, in particular at low engine speeds, it is necessary to provide channels 8 or more channels 8 with sufficient flow cross section. To the spark gap area 61 of the spark plug was sufficient for its good ignitability and sufficiently rapid flame spread from the unshielded spark gap area 61 to the entire combustion chamber.

U nejvýhodnějšího provedení podle obr. 4, kde kromě turbulence v oblasti jiskřiště 61 hlavní část náplně spalovacího prostoru £ nad dnem 31 pístu £ rotuje, je rychlost šíření plamene největší.In the most preferred embodiment of FIG. 4, in addition to the turbulence in the spark gap region 61, the main portion of the combustion chamber charge above the bottom 31 of the piston 6 rotates, the flame propagation rate is greatest.

Tvar kanálků £ umožňuje části hořící směsi proniknout beze ztrát zpět pod výstupek £, což zabrání případnému zhášení plamene v této oblasti během expanzního zdvihu.The shape of the ducts 8 allows portions of the burning mixture to penetrate back underneath the projection 4 without loss, thereby preventing a possible flame extinguishing in this region during the expansion stroke.

popsané řešení je vhodné k použití u čtyřdobých, ale i dvoudobých zážehových motorů, kde se ke splnění limitů škodlivin ve výfukových plynech vyžaduje spalování chudých palivových směsí. Konstrukce spalovacího prostoru zaručuje dobrou zápalnost směsi ve všech pracovních režimech motoru.The described solution is suitable for use in four-stroke as well as two-stroke spark ignition engines where the combustion of lean fuel mixtures is required to meet the exhaust emission limits. The design of the combustion chamber guarantees good ignition of the mixture in all engine operating modes.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. A combustion chamber of a positive-ignition engine, in particular for lean combustion, comprising an inner surface of the cylinder head which, with the piston bottom at the top dead center, forms a slot on the valve side perpendicular or parallel to the cylinder axis; and the lower surface of the projection together with the flat portion of the bottom of the piston at the top dead center forms a slot perpendicular or parallel to the cylinder axis, characterized in that in the projection (7) whose upper surface (71) forms the bottom with the bottom (31) of the piston (3) at least one channel (8) connecting the slot (41) to the combustion chamber (4) is provided in the combustion chamber (4), the opening of the channel (8) into the combustion chamber (4) being below the spark gap (61) of the spark plug.

The combustion chamber of a positive-ignition engine according to claim 1, characterized in that the channel (8) has a cylindrical shape and is conically widened on the side closer to the piston (3).

3. The combustion chamber of a positive-ignition engine according to claims 1 and 2, characterized in that the axis of the channel (8) forms an angle of 85 [deg.] To 95 [deg.] With the upper surface (71) of the projection (7).

4. The combustion chamber of a positive-ignition engine according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the distance between the axis of the channel (8) and the spark gap (61) of the spark plug (6) is equal to at least one half of the smallest diameter of the channel (8).

5. The combustion chamber of a spark-ignition engine according to claim 4, characterized in that at least two channels (8) are arranged between the slot (41) and the combustion chamber (4), the channel (8) having an axis closer to the spark gap (61). ) has a smaller diameter than the channel (8) with the axis of the distant spark gap (61) of the spark plug (6).

6. The combustion chamber of a positive-ignition engine according to claim 1, wherein a protrusion (32) is formed in the bottom (31) of the piston (3) and extends into the recess (73) in the projection (7) of the head (2).

7. The combustion chamber of a positive-ignition engine according to claim 1, characterized in that a deflector (33) is formed in the bottom (31) of the piston (3), the lower surface (72) of the projection (7) of the head (2) being below the deflector ( 33).

8. Internal combustion engine combustion chamber according to claims 1 to 7, characterized in that the bottom (31) of the piston (3) is shaped and the slot (42) on the side of the valves (5) is terminated by the edge ( 9) a shaped bottom (31) of the piston (3).