CS257626B1

CS257626B1 - Combustion space in diesel engine piston

Info

Publication number: CS257626B1
Application number: CS866723A
Authority: CS
Inventors: Rudolf Vykoukal
Original assignee: Rudolf Vykoukal
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1986-09-17
Publication date: 1988-05-16
Also published as: CS672386A1

Abstract

Řešení se týká oboru vznětových spalovacích motorů a řeší vytvoření spalovacího prostoru v pístu s ohledem na snížení spotřeby a škodlivin ve výfukových plynech. Podstata řešení spočívá v tom, že u spalovacího prostoru v pístu vznětových motorů, který má válcový povrch s obloukovitými vybráními po obvodu svírají osy těchto vybrání s osou spalovacího prostoru ostrý úhel. Řešení je využitelné u všech vznětových motorů so spalovacím prostorem v pístuThe solution relates to the field of diesel engines and solves the problem of creating a combustion chamber in the piston with a view to reducing consumption and pollutants in exhaust gases. The essence of the solution lies in the fact that in the combustion chamber in the piston of diesel engines, which has a cylindrical surface with arc-shaped recesses around the circumference, the axes of these recesses form an acute angle with the axis of the combustion chamber. The solution is applicable to all diesel engines with a combustion chamber in the piston

Description

U vznětových motorů s přímým vstřikem paliva se používá spalovacího prostoru v pístu, což zaručuje snížení spotřeby paliva 10 až 15% oproti motorům komůrkovým.In direct injection diesel engines, a combustion chamber is used in the piston, which guarantees a reduction in fuel consumption of 10 to 15% compared to the cellular engines.

Kromě vstřikovacího zařízení a spirálového sacího kanálu má na snížení spotřeby paliva i na tvorbě kouře a škodlivých emisí ve spalinách motorů, značný podíl i tvar spalovacího prostoru.In addition to the injection device and the spiral intake duct, the shape of the combustion chamber also has a considerable share in reducing fuel consumption, as well as in the generation of smoke and harmful emissions in the engine flue gas.

U vznětových motorů se značně rozšířil spalovací prostor ve tvaru omega. V poslední době se začíná uplatňovat prostor se svislými stěnami, který se v odborné literatuře označuje jako prostor W.In diesel engines, the omega-shaped combustion chamber has expanded considerably. Recently, a space with vertical walls, which is referred to as space W in the literature, has started to be applied.

Snaha o další zlepšení spalovacího prostoru vznětového motoru, kde by se dosáhlo dalšího snížení spotřeby paliva i zmenšení škodlivých emisí (CO, NO, NOX), vedla k úpravám prostoru W. Jednou z těchto úprav >je zavedení obloukovitých vybrání do svislé kruhové stěny spalovacího prostoru W. Dosahuje se tím zlepšeného rozvíření kroužícího vzduchu ve spalovacím prostoru a to hlavně v obloukovitých vybráních, do nichž směřují jednotlivé paprsky vstřikovaného paliva.Efforts to further improve the combustion chamber of the diesel engine, which would further reduce fuel consumption and reduce harmful emissions (CO, NO, NOX), have led to space W modifications. One of these modifications is the introduction of arcuate recesses into the vertical circular wall of the combustion space. W. This results in an improved swirling of the circulating air in the combustion chamber, especially in the arcuate recesses, into which the individual spokes of the injected fuel are directed.

Je známo několik provedení těchto obloukovitých vybrání ve svislé stěně spalovacího prostoru. Tato vybrání jsou rovnoběžná se svislou osou spalovacího prostoru a zasahují až do dna tohoto prostoru, jak je uvedenp ve zveřejněné přihlášce vynálezu GB 2 143 585 A.Several embodiments of these arcuate recesses in the vertical wall of the combustion chamber are known. These recesses are parallel to the vertical axis of the combustion chamber and extend to the bottom of the combustion chamber as disclosed in GB 2 143 585 A.

Podle této přihlášky jsou obloukovitá vybrání ve svislé stěně spalovacího prostoru omezena na velikost vybrání od 0,1 do 0,2 poloměru spalovacího prostoru.According to this application, the arcuate recesses in the vertical wall of the combustion chamber are limited to the size of the recesses from 0.1 to 0.2 of the combustion chamber radius.

Vybrání ve stěně kruhovitého spalovacího prostoru podle uvedené přihlášky má následující nevýhody:The recess in the wall of the circular combustion chamber of the present application has the following disadvantages:

Obloukovitá vybrání, jdoucí rovnoběžně se svislou osou spalovacího prostoru v celé jeho hloubce až do dna spalovacího prostoru, způsobují při rotačním pohybu vzduchu ve spalovacím prostoru jeho rozvíření v celé výšce spalovacího prostoru.The arcuate recesses extending parallel to the vertical axis of the combustion chamber all the way down to the bottom of the combustion chamber cause it to swirl over the entire height of the combustion chamber when the air is rotating in the combustion chamber.

Pro správné hořeni paliva ja toto rozvíření potřebné jen v určité délce hloubky spalovacího prostoru, dané předvstřikem paliva, tj. 20 až 28° před HÚ.For the proper combustion of the fuel, this vortexing is only required within a certain length of the depth of the combustion chamber, given by the fuel pre-injection, ie 20 to 28 ° in front of the DGR.

Jestliže hořící směs paliva a vzduchu víří v důsledku obloukovitých vybrání až ke dnu spalovacího prostoru, nastává zvýšený přenos tepla do stěn spalovacího prostoru. Odtud se pak toto teplo odvádí stěnou pístu a pístními kroužky do stěn vložky válců a do chladicí kapaliny. U petiotvorové vstřikovací trysky je pět obloukovitých vybrání ve stěně spalovacího prostoru, čímž se zvýší jeho obvod až o 50 %. Bude proto píst v provedení dle britské přihlášky 2 143 585 A vyžadovat pro zajištění provozu vhodné teploty pístu, zvýšení účinku celého chladicího zařízení motoru, včetně postřiku vnitřního dna pístu olejem.If the burning fuel-air mixture swirls to the bottom of the combustion chamber due to the arcuate recesses, there is an increased heat transfer to the combustion chamber walls. From there, this heat is then removed through the piston wall and piston rings into the cylinder liner walls and into the coolant. In a five-hole injection nozzle, there are five arcuate recesses in the combustion chamber wall, thereby increasing its perimeter by up to 50%. Therefore, a piston in the design of British application 2,143,585 A will require an increase in the effect of the entire engine cooling device, including oil spraying of the inner piston bottom, to ensure proper piston temperature operation.

Cílem vynálezu je uvedené nevýhody odstranit a zajistit rozvíření vzduchu ve spalovacím prostoru jen do potřebné vzdálenosti od čelní plochy pístu a zabránit tak zvýšenému odvodu tepla ze spalovacího prostoru pístem.It is an object of the present invention to overcome these disadvantages and to ensure that the air in the combustion chamber is only circulated to the required distance from the piston face, thus preventing increased heat dissipation from the combustion chamber through the piston.

Toho se dosahuje spalovacím prostorem v pístu vznětových motorů, tvořeným válcovým povrchem s oljloukovitými vybráními po obvodu podle vynálezu tím, že osy vybrání svírají s osou spalovacího prostoru ostrý úhel. Velikost tohoto úhlu leží v rozmezí 20 až 35°.This is achieved by the combustion space in the piston of the compression ignition engines, formed by a cylindrical surface with rectangular recesses around the periphery of the invention, in that the recess axes make an acute angle with the combustion space axis. The size of this angle is in the range of 20 to 35 °.

Vybrání bud navazují tangenciálně na poloměr zaoblení dna spalovacího prostoru, nebo vyúsřují do spalovacího prostoru ve vzdálenosti od jeho dna, která je větší než poloměr zaoblení dna spalovacího prostoru. Hloubka vybrání v rovině čela pístu je větší než 0,2 poloměru spalovacího prostoru.The recesses either extend tangentially to the radius of curvature of the bottom of the combustion chamber or lead to the combustion chamber at a distance from its bottom which is greater than the radius of curvature of the bottom of the combustion chamber. The recess depth in the plane of the piston face is greater than 0.2 of the combustion chamber radius.

Kromě výhod plynoucích přímo z cíle vynálezu jsou vybrání spalovacího prostoru snadno vyrobitelná pouhým posuvem kruhového nástroje ve směru osy vybrání.In addition to the advantages arising directly from the object of the invention, the recesses of the combustion chamber can be easily produced by simply moving the circular tool in the direction of the recess axis.

Příklady uspořádání spalovacího prostoru podle vynálezu jsou znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 je řez svislou osou pístu a úpravou vybrání ve spalovacím prostoru, obr. 2 je pohled na upravený spalovací prostor se shora, obr. 3 je jiný sklon vybrání ve svislé stěně spalovacího prostoru a jeho ukončení o míru y od dna spalovacího prostoru, obr. 4 znázorňuje proudění v novém spalovacím prostoru a obr. 5 představuje proudění a víření v jednotlivých vybráních při pohledu shora.Examples of the combustion chamber arrangement according to the invention are shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a cross-sectional view of the vertical axis of the piston and modification of the recesses in the combustion chamber. Fig. 4 shows the flow in the new combustion space and Fig. 5 shows the flow and turbulence in the individual recesses as seen from above.

Kruhovitý spalovací prostor 1 o průměru D je v horní části 6 pístu 2 oproti středu pístu přesazen do středu S₂, který je asi na poloviční vzdálenosti vyústění vstřikovací trysky 2, se středem S.j. Dno spalovacího prostoru 2 přechází poloměrem R₁ do svislé kruhovité stěny spalovacího prostoru o průměru D.An annular combustion chamber 1 having a diameter D in the upper part 6 of the piston 2 over center of the piston is offset to the center S _2, which is about half the spacing of the injection nozzle 2, with the middle Sj bottom of the combustion chamber 2 passes radius R ₁ to the vertical annular wall of the combustion space with diameter D.

Po obvodu spalovacího prostoru průměru p je umístěno pět vybráni p, vytvořených kruhovým nástrojem o poloměru R₂ skloněným o úhel alfa oproti ose 0-0.; Kruhový nástroj o poloměru R₂ vytvoří na čelní ploše pístu 8 obloukovitá vybráni o poloměru Rj, jehož velikost je dána vztahem r₂ Five recesses p are formed around the periphery of the combustion chamber of diameter p, formed by a circular tool having a radius R ₂ inclined by an angle alpha relative to the axis 0-0; A circular tool with a radius R ₂ forms on the face of the piston 8 an arcuate recess with a radius Rj whose size is given by the relation r ₂

R, = --3 cos <6Rf = - 3 cos <6

Úhel alfa je určen tak, že obrys válcové plochy vybrání 5_ o poloměru R₂ a hloubkou vybrání' h, je tečnou k poloměru spodního zaoblení spalovacího prostoru R.. Přitom je výška vybrání h D větší než 0,2 poloměru spalovacího prostoru · Vstřikované paprsky paliva £ představují dopad paliva na konci zdvihu. Paprsky 4/znázorňují dopad paliva při počátku vstřiku, tj.The angle alpha is determined so that the contour of the cylindrical surface of the recess 5 having a radius R ₂ and the depth of the recess H is tangent to the lower curvature radius R of the combustion chamber .. The height of the recess H D is greater than 0.2 the radius of the combustion chamber injection jets · Fuel £ represents the impact of fuel at the end of the stroke. The rays 4 / show the impact of the fuel at the start of the injection, i.

až 28° před Ηθ. V obr. 2 je vidět, že osy jednotlivých vybrání 2 směřují do středu £>2* Vstřikovací tryska 2 ^se středem asi dvojnásobnou vzdálenost středu spalovacího prostoru S₂ od středu pístu 2. Vstřikovací tryska 3 je opatřena pěti výstřikovými otvory, z nichž proudí palivo paprsky £ asymetricky rozdělenými vůči středu .up to 28 ° before Ηθ. It can be seen in FIG. 2 that the axes of the individual recesses 2 are directed towards the center. The injection nozzle 2 ^{has a} center approximately two times the distance of the center of the combustion chamber S ₂ from the center of the piston. beams as asymmetrically distributed relative to the center.

Velikost úhlu beta^ beta₂ beta^, který svírají jednotlivé paprsky 2 proti středu je dána požadavkem, aby každý paprsek 2 měl stejný objem vzduchu plochy spalovacího prostoru _1 o průměru D. Proto mají delší paprsky £ menší vzájemný úhel beta^ a beta₂ než kratší paprsky £, které mají větší vzájemný úhel beta^.The angular size of the beta-beta-beta _2, which is formed by two individual beams towards the center is given by the requirement that each beam 2 had the same volume of air surface of the combustion chamber diameter D. _1 therefore have longer rays £ smaller relative angle _beta-2 and beta than shorter beams 6 having a greater angle?

Poloha jednotlivých vybrání 2 je určena úhly betabeta₂ beta., jednotlivých paprskůThe position of the individual recesses 2 is determined by the angles of the beta ₂ beta of the individual beams

4, přičemž je střed oblouku vybrání 5. o poloměru R^ před dopadajícím paprskem 4, který je rotačním vírem vzduchu ve směru P natočen zhruba do středu vybrání 2· Hloubka vybrání h od kruhové plochy spalovacího prostoru JL o poloměru -j- větší než 0,2 poloměru ÍJ.4, wherein the center of the arc of the recess 5 of radius R R in front of the incident beam 4, which is rotated by the rotary air vortex in the direction P approximately to the center of the recess 2. 2 radius.

Na obr. 1 je nakresleno 5 vybrání 5. v pístu 2 jako příkad. Vybrání _5 mohou být podle počtu vstřikovacích paprsků 2 také v jiném počtu, například čtyři nebo tři.FIG. 1 shows 5 recesses 5 in the piston 2 as examples. Depending on the number of injection jets 2, the recesses 5 may also be in a different number, for example four or three.

Na obr. 3 je znázorněna jiná alternativa se šikmými vybráním 5, přičemž vybrání nekončí tečnou k poloměru R.j , ale je o míru y vysunuto vzhůru vzhledem ke dnu Ί. pístu 2. Přitom se úhel alfa zvětší na úhel alfa.In FIG. 3, another alternative is provided with an inclined recess 5, wherein the recess does not end tangent to the radius R, but extends by a degree y with respect to the bottom Ί. The angle alpha increases to the angle alpha.

V obr. 4 je vidět jak se jednotlivé proudnice vzduchu při vniknutí do šikmého vybrání 5 odklánějí směrem vzhůru a srážejí se s vodorovnými proudnicemi, čímž vzniká dokonalé víření, zaručující dostatek vzduchu pro hoření jednotlivých kapiček paliva paprsků 4/a 2·Fig. 4 shows how the individual air jets deflect upward when collecting into the inclined recess 5 and collide with the horizontal jets, creating a perfect swirl, guaranteeing enough air to burn the individual fuel droplets of the rays 4 / and 2 ·

Toto víření se směrem ke dnu 2 spalovacího prostoru 2 postupně zmenšuje. Tam, kde končí šikmé vybrání _5 už nenastává víření hořícího paliva, ale pouze jeho rotační pohyb ve spalovacím prostoru o průměru D. Tím je zaručen zmenšený přenos tepla do stěn spalovacího prostoru 1 oproti spalovacím prostorům majícím vybrání rovnoběžné s osou spalovacího prostoru a zasahujícím až do dna spalovacího prostoru.This turbulence gradually decreases towards the bottom 2 of the combustion chamber 2. Where the oblique recess 5 ends, no more turbulence of the burning fuel occurs, but only its rotary movement in the combustion chamber of diameter D. This ensures a reduced heat transfer to the walls of the combustion chamber 1 compared to combustion spaces having recesses parallel to the combustion chamber axis and extending up to bottom of the combustion chamber.

V obr. 5 je vidět krouživý pohyb jednotlivých proudnic vzduchu v půdoryse. Směr proudnic vzduchu P je určen tvarem spirálového sacího kanálu. Jednotlivé proudnice vznikají do vybráníFIG. 5 shows a circular motion of the individual air jets in a plan view. The direction of the air streams P is determined by the shape of the spiral suction channel. Individual nozzles are formed into recesses

5, kde dochází k jejich tříštění a intenzivnímu promíchání s kapičkami vstřiknutého paliva.5, where they are shattered and intensively mixed with the fuel droplets.

Claims

Combustion chamber in a piston engine of a cylindrical surface having circumferential recesses equal to the number of injected fuel sprays, characterized in that the axes of the recesses (5) form an acute angle (alpha) with the axis of the combustion chamber (1).

Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the angle (alpha) lies in the range of 20 to 35 °.

Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the recesses (5) are connected tangentially to the radius (R R) of the bottom (7) of the combustion chamber (1).

4. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the recesses (5) open into the combustion chamber (1) at a distance t1 which is greater than the radius (R1) of the curvature of the bottom (7) of the combustion chamber (1).

Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the depth of the recess in the plane of the face (6) of the piston (2) is greater than 0.2 of the radius of the combustion chamber (1).