CS271006B1

CS271006B1 - Combustion chamber

Info

Publication number: CS271006B1
Application number: CS871346A
Authority: CS
Inventors: Stefan Ing Csc Kotoc
Original assignee: Kotoc Stefan
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1990-08-14
Also published as: CS134687A1

Abstract

In the piston of an internal combustion engine is a combustion space with bottom and a rotation wall coming out of it into the face of the piston through an opening vertically or conically under a diameter of the opening less or more than the rotation wall diameter. The rotation wall perimeter is provided with recessed separated rectifying channels identically directed from the piston front askew to the bottom of combustion space and ending tangentially to the rotation wall surface with their recessed surfaces, which at their penetration, creates edges with the rotation wall. The front edge at the tangential transition of the dropped-in surface and eventually the entire its upper part along the directing channel is arranged so that (except for allowed 5 degrees) an overlap of the piston face is basically avoided. The purpose of front edge levelling and front edge overlap avoiding is the suppression or elimination of the vortex rotation sense change of the gas filling between pressing into the combustion space during compression stroke and working gases expansion and their leakage from the combustion space during the piston expansion stroke whereby the aerodynamic losses in the motor cylinder get decreased.<IMAGE>

Description

Vynález se tvká spalovacího prostoru v pístu spalovacího motoru se dnem a z něj vystupující rotační stěnou, v jejímž obvodu jsou zahloubeny oddělené usměrňovači kanály, sloužící к uvedení stlačované náplně válce do rotace uvr.itř spalovacího prostoru při kompresním zdvihu pístu.The invention relates to a combustion chamber in a piston of an internal combustion engine with a bottom and a rotating wall extending therefrom, in the circumference of which there are recessed rectifier channels for actuating the compressed cylinder charge within the combustion chamber during the compression stroke of the piston.

Řešeným problémem je snížení aerodynamických ztrát při proudění plynů ve válci.The problem solved is to reduce aerodynamic losses in the gas flow in the cylinder.

Cílem řešení podle vynálezu je potlačení zpětné rotace plynů unikajících ze spalovacího prostoru při expanzním zdvihu pístu.The aim of the solution according to the invention is to suppress the reverse rotation of gases escaping from the combustion chamber during the piston expansion stroke.

Pro vytvoření rotační složky pohybu náplně ve válcích motorů jsou stěny spalovacích prostorů v pístech opatřeny šikmými kanály nebo hranami. Při kompresním zdvihu pístu se spalovacím prostorem takto upraveným vtéká část plynné náplně po čele pístu šikmými kanály nebo přes šikmé hrany do spalovacího prostoru, uvádí se přitom do rotačního pohybu a uvnitř spalovacího prostoru strhává do rotace i zbývající plynnou náplň, která byla dovnitř vtlačena jeho otevřeným středem. К roztočení náplně tak dochází i bez působení tvaru sacího kanálu nebo sacího ventilu, nebo se rotace, dosažená jimi při sacím zdvihu pístu, dále podporuje a zesiluje. Získaný rotační vír náplně zajišťuje příznivé podmínky pro směšování vzduchu s palivem. Výsledkem je dokonalejší prohoření pohonné směsi snižující obsah škodlivin ve výfukových plynech, zvyšující hospodárnost motoru v Širokém rozpětí jeho otáček a zatížení a u vznětových motorů snižující kouřivost a obsah pevných částic ve výfukových plynech.To create a rotational component of the charge movement in the engine cylinders, the walls of the combustion spaces in the pistons are provided with oblique channels or edges. During the compression stroke of the piston with the combustion chamber thus treated, a portion of the gaseous charge flows through the piston face through oblique channels or through the inclined edges into the combustion chamber, moving in rotation and entraining within the combustion chamber the remaining gaseous charge. in the middle. Thus, the rotation of the filling takes place without the action of the shape of the suction channel or the suction valve, or the rotation achieved by them during the suction stroke of the piston is further supported and intensified. The resulting rotary charge vortex provides favorable conditions for mixing air with fuel. The result is improved fuel burn-off, reducing the pollutant content of the exhaust gas, increasing fuel economy over a wide range of engine speeds and loads, and reducing the smoke and particulate matter in diesel exhaust engines.

Dostavují se také dobré výsledky v omezování zápachu spalin, zejména proto, že v samotném válci motoru nemusí být víření náplně intenzivní a olejová vrstva na jeho stěnách, která zápach spalin způsobuje, je potom v menší míře strhávána a směšována s náplní.There are also good results in reducing flue gas odor, especially since the engine cylinder itself does not have to be intense and the oil layer on its walls causing the flue gas odor is to a lesser extent entrained and mixed with the cartridge.

Známá provedení spalovacích prostorů v pístech motorů mají šikmé drážkové kanály ústící do spalovacích prostorů nebo přímo provedené v jejich stěnách.Known embodiments of combustion chambers in engine pistons have oblique groove channels leading to or directly formed in the combustion chambers.

Spalovací prostor vznětového motoru podle francouzské přihlášky vynálezu číslo 2 559 837 se zúženým hrdlem přecházejícím do čela pístu má šroubovicové drážkou kanály provedené přímo v zúženém prstencovém hrdle. Dolní konce kanálů vycházejí ze stěny spalovacího prostoru rotačního tvaru s vejčitým průřezem a jsou v axiálním směru půdorysně překryty horními konci kanálů vyúsťujícími v Čele pístu.The combustion chamber of a diesel engine according to French Patent Application No. 2,559,837 with a tapered throat extending into the piston face has a helical groove channels formed directly in the tapered annular throat. The lower ends of the ducts extend from the wall of the combustion chamber of rotary shape with an egg-shaped cross section and are axially overlapped by the upper ends of the ducts leading to the face of the piston.

Při kompresním zdvihu se náplň vtlačuje hluboce zaříznutými kanály do spalovacího prostoru s poměrně úzkým hrdlem, a tím se dosahuje intenzivní vír stlačeného vzduchu, rotující v jednom směru. Při expanzním zdvihu pracovní plyny z převážné části unikají ze spalovacího prostoru do prostoru nad pístem také drážkovými kanály a přitom mění smysl své rotace do opačného směru.During the compression stroke, the charge is forced through deeply cut channels into a combustion chamber with a relatively narrow throat, thereby achieving an intense vortex of compressed air rotating in one direction. During the expansion stroke, the working gases largely escape from the combustion chamber into the space above the piston also through groove channels, changing the direction of their rotation in the opposite direction.

Válcový spalovací prostor zážehového motoru pedle britské přihlášky vynálezu číslo 2 ol9 936, vytvořený v pístu nebo v prostoru mezi čelem pístu a hlavou válce, je vzhledem к ose pístu umístěn značně excentricky. V Čele pístu Jsou provedeny nestejně velké spirálové drážky в profilem V” nebo U”, postupně se rozšiřující a prohlubující, a zaústěné svými největšími průřezy do stěny spalovacího prostoru. Největší z drážek zabírá více než polovinu průměru čela pístu.The cylindrical combustion chamber of the positive ignition engine of the British Patent Application No. 2,919,936, formed in the piston or in the space between the piston face and the cylinder head, is positioned substantially eccentrically with respect to the piston axis. In the Piston Face Unevenly large spiral grooves in the V ”or U” profile are made, gradually expanding and deepening, and opening into the combustion chamber wall with their largest cross-sections. The largest of the grooves occupies more than half the diameter of the piston face.

Při kompresním zdvihu se náplň dostává do drážek a vlivem jejich zakřivení vstupuje do válcového spalovacího prostoru tangenciálně a vytváří v něm rotující vír. Vzhledem к obsahu drážek Je spalovací prostor tvořen i těmito drážkami, které nepředstavují nejvhodnější tvar z hlediska šíření plamene a prohoření palivové směsi. Při expanzním zdvihu pracovní plyny unikají axiálně z drážkové i válcové Části spalovacího prostoru převážně přímo a změna smyslu rotace expandujících plynů nezasahuje celou plynovou náplň.During the compression stroke, the charge enters the grooves and, due to their curvature, enters the cylindrical combustion chamber tangentially and creates a rotating vortex therein. Due to the content of the grooves, the combustion chamber is also formed by these grooves, which do not represent the most suitable shape in terms of flame propagation and combustion of the fuel mixture. During the expansion stroke, the working gases escape axially from the groove and cylindrical parts of the combustion chamber mainly directly and the change of rotation direction of the expanding gases does not affect the entire gas charge.

Je známo také řešení spalovacího prostoru podle Čs. autorského osvědčení č. 186326. Spalovací prostor s válcovou stěnou má polokulové dno a ve stěně v místě dopadu paprskuIt is also known the solution of combustion space according to Cs. The combustion chamber with a cylindrical wall has a hemispherical bottom and in the wall at the point of impact of the beam.

CS 271oo6 B1 vstřikovaného paliva vytvořeny stupňovitě uspořádané a na sebe napojené drážky в ostrými hranami ve ěroubovici procházející od čela pietu až do středu dna spalovacího prostoru.CS 271oo6 B1 injected fuel are formed by staggered and connected grooves in sharp edges in the helix extending from the face of the pit to the center of the combustion chamber bottom.

Šroubovice drážek nebrzdí rotaci náplně vtlačované do spalovacího prostoru. Drážky svými ostrými hranami trhají film paliva, tekoucí ve směru rotace po stěně, a napomáhají tak к promísení částeček paliva ве vzduchem.The groove helix does not hinder the rotation of the cartridge being forced into the combustion chamber. The grooves, with their sharp edges, tear off the film of fuel flowing in the direction of rotation along the wall, helping to mix the fuel particles in the air.

Nevýhodou známých provedení spalovacích prostorů se šikmými kanálovými drážkami v jejich stěnách je, že při expanzním zdvihu pístu musí spaliny ze spalovacího prostoru unikat také těmito drážkami. Protože je smysl pohybu spalin drážkovými kanály opačný, než byl pohyb náplně při kompresním zdvihu, mění se i smysl rotace víru plynů, a tím dochází к aerodynamickým ztrátám. Kinetická energie plynů se maří, a to působí nepříznivě i na pohybovou energii pístu 8 výsledným účinkem na snižování výkonu motoru a zvyšování přestupu tepla ze spalin do pietu.A disadvantage of the known embodiments of combustion chambers with oblique channel grooves in their walls is that during the expansion stroke of the piston, the combustion gases must also escape from the combustion chamber through these grooves. Since the sense of movement of the flue gas through the groove channels is opposite to the movement of the charge during the compression stroke, the sense of rotation of the vortex of the gases also changes, resulting in aerodynamic losses. The kinetic energy of the gases is frustrated, and this also adversely affects the kinetic energy of the piston 8 resulting in a reduction in engine power and an increase in heat transfer from the flue gas to the pit.

Uvedené nevýhody odstraňuje spalovací prostor v pístu spalovacího motoru podle vynálezu 8 rotační stěnou, v jejímž obvodu jsou zahloubeny oddělené usměrňovači kanály, vytvářející v retační stěně hrany. Podstata vynálezu spočívá v tom, že tečná rovina zahloubeného povrchu usměrnovacího kanálu, přiložená v bodě průniku zahloubeného povrchu s rotační stěnou spalovacího prostoru a a čelem pístu, svírá a rovinou kolmou na osu spalovacího prostoru úhel cc v rozsahu S5 až llo° vzhledem к vnitřku spalovacího prostoru.These drawbacks are eliminated by the combustion chamber in the piston of the internal combustion engine according to the invention 8 by a rotating wall, in which circumferentially separated separate rectifier channels form edges in the retention wall. SUMMARY OF THE INVENTION The tangent plane of the depressed surface of the rectifier channel provided at the point of intersection of the depressed surface with the rotary wall of the combustion chamber and the piston face forms an angle cc in the range S5 to lloo relative to the combustion chamber .

Výhodou řešení podle vynálezu je, že při expanzním zdvihu pístu unikají rozpínající se pracovní plyny ze spalovacího prostoru při zachování smyslu rotace víru vzniklého při kompresním zdvihu, protože narovnaná přední hrana usměrňovacího kanálu a popřípadě odstraněný převis čela pístu nenutí plyny vnikat zpětně do usměrňovacího kanálu. Pracovní plyny nemění smysl své rotace a ztráty pohybové energie pístu jsou menší.The advantage of the solution according to the invention is that in the expansion stroke of the piston, the expanding working gases escape from the combustion chamber while maintaining the sense of rotation of the vortex produced by the compression stroke. The working gases do not change the sense of their rotation and the losses of the piston's motional energy are smaller.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na připojeném výkrese, kde na obr, 1 je podélný řez pístem a spalovacím prostorem, na obr. 2 je půdorys pístu a spalovacího prostoru a na obr. 3 je příčný řez spalovacím prostorem vedený rovinou A-A v obr. 2.1 is a longitudinal cross-sectional view of the piston and combustion chamber, FIG. 2 is a plan view of the piston and combustion chamber, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the combustion chamber taken along line A-A in FIG. 2.

V pístu 2 spalovacího motoru je spalovací prostor 1^ se dnem 11 a z něj vystupující rotační stěnou 8, která se při přechodu do čela 9 pístu 2 kuželovité rozšiřuje 8 kuželovitostí přibližně do lo°. Po obvodu rotační stěny 8 jsou zahloubeny oddělené usměrňovači kanály 4, směrované pod úhlem 5 až 7o° souhlasné z čela 9 Šikmo ke dnu 11. Podélná osa každého usměrňovacího kanálu 4 je rovná a rovnoběžná s rovinou, proloženou osou 5 spalovacího prostoru L· Osa 5 je vyosena od osy pístu 2 z důvodu, který nesouvisí s předmětným vynálezem, právě tak jako nestejnoměrné rozteče rozmístění usměrňovačích kanálů 4 po obvodu rotační stěny 8,In the piston 2 of the internal combustion engine, there is a combustion chamber 1 with a bottom 11 and a rotating wall 8 extending therefrom, which widens 8 conically to approximately 10 ° when passing into the face 9 of the piston 2. Along the periphery of the rotary wall 8, separate rectifier channels 4 are recessed, directed at an angle of 5 to 70 ° coincident from the face 9 at an angle to the bottom 11. The longitudinal axis of each rectifier channel 4 is straight and parallel to the plane intersected by the combustion chamber axis 5. is offset from the axis of the piston 2 for a reason not related to the present invention, as well as uneven spacing of the distribution of the baffle channels 4 along the circumference of the rotary wall 8,

Usměrňovači kanál 4 má do rotační stěny 8 zapuštěný svůj zahloubený povrch 3, který ohraničuje spolu s rotační stěnou 8 a dnem 11 objem spalovacího prostoru 1. Průřez zahloubení samotného usměrňovacího kanálu 4 do rotační stěny 8 se ve směru jeho podélné osy od čela 9 postupně zmenšuje. Usměrňovači kanál 7 tím vytváří v rotační stěně 8 v místě většího zahloubení zadní hranu 7 a u tangenciálního přechodu svého zahloubeného povrchu 3 do rotační stěny 8 přední hranu 6. Obě hrany jsou plynule napojeny vlivem rádiusového výběhu zahloubení usměrňovacího kanálu £.The deflection channel 4 has a recessed surface 3 embedded in the rotary wall 8, which, together with the rotary wall 8 and the bottom 11, limits the volume of the combustion chamber 1. The cross-section of the recess channel 4 itself into the rotary wall 8 gradually decreases . The deflection channel 7 thus forms a trailing edge 7 at the location of a larger recess 7 and at the tangential transition of its recessed surface 3 into the rotary wall 8 a leading edge 6. Both edges are continuously connected due to the radius of the recess of the recess channel 8.

U spalovacího prostoru s průřezem profilu typu ω , u kterého přechází největší průměr rotační stěny 8 do menšího průměru otevřeného vyústění v čele 9 pístu 2 kuželem s kuželovitostí přibližně do 7o°, je převis čela 9 u horní části předního konce usměrňovacího kanálu 4 odstraněn.In a combustion chamber with a cross-section of the ω-type profile, in which the largest diameter of the rotating wall 8 passes into a smaller diameter orifice in the face 9 of the piston 2 with a cone of approximately 7 °, the overhang of the face 9 is removed.

Také tak je odstraněn podobný převis čela 9 u spalovacího prostoru typu jestliže usměrňovači kanál 4 se zahloubeným povrchem 3 zakřiveného průřezu je zaříznut do rotační stěny 8. Odstraněná horní část předního konce usměrňovacího kanálu 4, popřípadě celá horní část nad nejhlubším zahloubením zahloubeného povrchu 3 zakřiveného průřezu, je tvořena rovinou sledující podélně zahloubený povrch 3 usměrňovacího kanálu 4. Tato rovina vychází z tečné roviny zahloubeného povrchu 3_t která je přiložena v bodě průniku zahloubeného povrchu £ s rotační stěnou 8 a s čelem 9 a která svírá s rovinou kolmou na osu 5, spalovacího prostoru £ úhel v rozsahu 85 až llo°, přičemž úhel 85° představuje přípustný maximální převis horní části zahloubeného povrchu 3·Similarly, a similar overhang of the face 9 of the combustion chamber type is removed if the deflection channel 4 with the recessed surface 3 of the curved cross section is cut into the rotating wall 8. The upper part of the front end of the deflection channel 4 or the entire upper part above the deepest recess of the recessed surface 3 This plane is formed by a plane following the longitudinally recessed surface 3 of the deflection channel 4. This plane originates from the tangent plane of the recessed surface _3t which is applied at the point of intersection of the recessed surface 8 with the rotating wall 8 and face 9 and an angle θ in the range of 85 ° to 10 °, with an angle of 85 ° being the permissible maximum overhang of the top of the recessed surface 3 ·

Ve vztahu к vynálezu nemá tvar samotného usměrňovacího kanálu 4 rozhodující vliv. V závislosti na použitém způsobu jeho vytváření může být rovný nebo zakřivený, a to jak spirálovitě v půdorysném pohledu, tak šroubovicovitě v podélném řezu, přičemž šroubovice může být lineární nebo s postupně se zvětšujícím stoupáním* Důležité však je, aby byl dodržen převažující směr přední hrany 6, protože ani tato hrana nemusí být rovná, jedná-li se o zakřivený průřez usměrňovacího kanálu 4 a rotační stěny 8, a dále aby byla odstraněna horní převislá část čela 9 nad předním koncem zahloubeného povrchu 3, popřípadě celá horní část zahloubeného povrchu 3 se zakřiveným průřezem* U příkladu provedení vynálezu byl usměrňovači kanál 4 vytvořen lineárním šikmým posuvem stopkové frézy směrem ke dnu 11 spalovacího prostoru £ a následným axiálním vyjetím к čelu 9 pístu 2* Ve velkosériové výrobě se však předpokládá vytváření usměrňovačích kanálů přímo při odlévání pístů, také z toho důvodu, že umožňují rozmanitější tvarování profilu zahloubeného povrchu 3.In relation to the invention, the shape of the channel 4 itself does not have a decisive influence. Depending on the method used, it may be straight or curved, either spirally in plan view or helically in longitudinal section, with the helix being linear or with gradually increasing pitch * However, it is important that the prevailing direction of the leading edge is maintained 6, since even this edge need not be straight when the curved cross-section of the deflection channel 4 and the rotary wall 8 is removed, and further to remove the upper overhanging portion of the face 9 above the front end of the recessed surface 3 or In the exemplary embodiment of the invention, the baffle channel 4 was formed by linearly sliding the end mill towards the bottom 11 of the combustion chamber 4 and subsequently axially extending towards the face 9 of the piston 2. Piston sowing, also because they allow more diverse shaping of the recessed surface profile 3.

Řešením podle vynálezu je dosaženo, že při kompresním zdvihu pístu 2 je náplň vzduchu nebo spalovací směsi vtlačována do spalovacího prostoru £ jak přímo, tak i většinou usměrňovacími kanály 4. Náplň se známým způsobem uvede do otáčivého pohybu a na konci kompresního zdvihu vytvoří uvnitř spalovacího prostoru £ rotující vír*The solution according to the invention achieves that during the compression stroke of the piston 2, the charge of air or combustion mixture is pushed into the combustion space 4 both directly and mostly through the deflection channels 4. The charge is rotated in a known manner and forms inside the combustion space at the end of the compression stroke. £ rotating vortex *

Při expanzním zdvihu unikají pracovní plyny do zřeáovacího prostoru nad pístem 2 ze spalovacího prostoru £ v axiálním směru jeho vyústěním přímo a jejich radiální část při doznívajícím rotačním pohybu přetéká přes 2adní hranu 7 usměrňovacího kanálu 4 a přes srovnaný tangenciální přechod přední hrany 6* Plyny nejsou již odstraněnou původně převislou záběrovou částí zahloubeného povrchu 3 vtlačovány do usměrňovacího kanálu 4 a smysl jejich rotace se nemění.During the expansion stroke, the working gases escape directly into the agitating space above the piston 2 from the combustion chamber 6 in the axial direction through its outlet and their radial part overflows the rectangular edge 7 of the rectifying channel 4 and the aligned tangential transition of the front edge 6 removed by the initially overhanging engagement portion of the recessed surface 3 are pressed into the deflection channel 4 and their sense of rotation remains unchanged.

Claims

Combustion space in the piston of an internal combustion engine with a bottom and a rotating wall extending therefrom in transition to the piston face in the form of a cylinder or cone at the top above or below the piston face, with separate rectifier channels recessed along the perimeter of the rotary wall. and forming edges therein, characterized in that the tangent plane of the recessed surface (3) of the deflection channel (4), applied at the point (lo) of the intersection of the recessed surface (3) with the rotating wall (8) the combustion chamber (1) and with the face (9) of the piston (2) forming a plane perpendicular to the axis (5) of the combustion chamber- (1) an angle (&) of 85 to 110 ° relative to the interior of the combustion chamber (1) ).