RU1753758C

RU1753758C - Compression ignition internal combustion engine

Info

Publication number: RU1753758C
Authority: RU
Inventors: В.Г. Плющев; О.А. Замараев; В.Н. Осауленко; А.Ю. Волков; Е.Г. Пономарев
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "АДВИ-АЛМАС"
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has cylinder 1, pistons 2 and 3, combustion chamber 4 defined by hollows 5 and 6 in bottoms of pistons 2 and 3 respectively, and fuel nozzles 7. Ring baffle 8 is mounted on bottom of piston 2 around hollow 5. When the pistons is in the top dead center, the baffle enters hollow 6 of piston 3 to define slot 9 of varying cross-section. One of the part of the cross-section is throttle ring nozzle 10 which separate combustion chamber 4 from accumulating space 11 defined by bottoms of pistons about the ring baffle 8. The coaxial diffuser is provided in the base of the baffle. The diffuser defines ring nozzle 10 and serves for directing the flow. By-passing valves 12 are received in the hollows of the pistons. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к дизелям с противоположно движущимися поршнями. The invention relates to engine building, in particular to diesels with oppositely moving pistons.

Известен двухтактный ДВС с воспламенением от сжатия, содержащий цилиндр, установленные в нем топливные форсунки, оси распыливающих отверстий которых направлены тангенциально в камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах противоположно движущихся поршней, и кольцевой перегородкой, выполненной на днище впускного поршня вокруг углубления и расположенной в углублении днища выпускного поршня при положении поршней во внутренней мертвой точке (ВМТ), причем кольцевая перегородка снабжена пазами, соосными с распыливающими отверстиями форсунок. A two-stroke compression-ignition internal combustion engine is known, comprising a cylinder, fuel nozzles installed therein, the axis of the spraying holes of which are directed tangentially into the combustion chamber bounded by coaxial recesses made in the ends of the opposing pistons, and an annular partition made on the inlet piston bottom around the recess and located in the recess of the bottom of the exhaust piston with the position of the pistons in the internal dead center (TDC), and the annular partition is provided with grooves coaxial with pylivayuschimi hole injectors.

Однако наличие пазов, необходимых для организации процесса в данном устройстве, не позволяет отделить камеру сгорания от периферийного межпоршневого пространства вблизи ВМТ, в результате чего в известном двигателе невозможно создание условий для двустадийного выжигания топлива и снижения токсичности отработавших газов. Кроме того, из-за наличия пазов в кольцевой перегородке и постоянного перетекания заряда через пазы не может быть осуществлено разделение заряда на зоны с разным обогащением для увеличения индикаторного КПД. However, the presence of the grooves necessary for organizing the process in this device does not allow to separate the combustion chamber from the peripheral piston space near the top dead center, as a result of which it is impossible to create conditions for two-stage burning of fuel and reduction of toxicity of exhaust gases in a known engine. In addition, due to the presence of grooves in the annular partition and the constant flow of charge through the grooves, the charge cannot be divided into zones with different enrichment to increase the indicator efficiency.

Известен двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенными в нем противоположно движущимися поршнями, по меньшей мере одну топливную форсунку с распылительными отверстиями, установленную в цилиндре, камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах поршней, и кольцевой сплошной перегородкой, размещенной на днище одного из поршней вокруг его углубления и расположенной в углублении днища другого поршня при расположении поршней во внутренней мертвой точке с образованием между ними аккумулирующей полости, охватывающей перегородку и соединенной с камерой сгорания при помощи кольцевой щели между внешней поверхностью перегородки и боковой стенкой углубления, органы впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов. A compression ignition internal combustion engine is known, comprising at least one cylinder with oppositely moving pistons located therein, at least one fuel nozzle with spray holes mounted in the cylinder, a combustion chamber bounded by coaxial recesses formed in the piston bottoms, and an annular solid partition placed on the bottom of one of the pistons around its recess and located in the recess of the bottom of the other piston when the pistons are in the inner dead th point to form a cavity therebetween accumulating embracing septum and connected to the combustion chamber by means of an annular gap between the outer surface of the partition and the side wall recess bodies fresh charge intake and exhaust of exhaust gases.

Однако в известном устройстве длина кольцевой щели равна высоте кольцевой перегородки, а сечение щели постоянно по всей ее длине. В результате разъединение аккумулирующей полости и камеры сгорания начинается при сближении поршней на расстояние, равное высоте перегородки, что приводит к потерям, связанным с перетеканием газов в камеру сгорания при дальнейшем сжатии. Если же сечение щели увеличить для снижения этих потерь, то полностью изолировать камеру сгорания от аккумулирующей полости не удается и сохраняются все недостатки, присущие известному ДВС. Кроме того, расположение форсунки в двигателе не позволяет осуществлять разделение заряда для увеличения индикаторного КПД и уменьшения токсичности отработавших газов. However, in the known device, the length of the annular gap is equal to the height of the annular partition, and the cross section of the gap is constant along its entire length. As a result, the separation of the storage cavity and the combustion chamber begins when the pistons approach each other at a distance equal to the height of the baffle, which leads to losses associated with the flow of gases into the combustion chamber during further compression. If the cross section of the gap is increased to reduce these losses, then it is not possible to completely isolate the combustion chamber from the accumulating cavity and all the disadvantages inherent in the known ICE remain. In addition, the location of the nozzle in the engine does not allow charge separation to increase the indicator efficiency and reduce exhaust toxicity.

Цель изобретения повышение индикаторного КПД и снижение токсичности отработавших газов. The purpose of the invention is to increase the indicator efficiency and reduce exhaust emissions.

Цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащем по меньшей мере один цилиндр с размещенными в нем противоположно движущимися поршнями, по меньшей мере одну топливную форсунку с распылительными отверстиями, установленную в цилиндре, камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах поршней, и кольцевой сплошной перегородкой, размещенной на днище одного из поршней вокруг его углубления и расположенной в углублении днища другого поршня при положении поршней во внутренней мертвой точке с образованием между ними аккумулирующей полости, охватывающей перегородку и соединенной с камерой сгорания при помощи кольцевой щели между внешней поверхностью перегородки и боковой стенкой углубления, органы впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов, щель выполнена с переменным по длине сечением и снабжена дросселирующим кольцевым соплом, а оси распылительных отверстий форсунки направлены на внешнюю поверхность перегородки при положении поршней во внутренней мертвой точке. Орган впуска свежего заряда может быть выполнен в виде центральных тарельчатых клапанов, размещенных в углублениях поршней, дно которых образовано тарелками клапанов. The goal is achieved in that in a compression ignition internal combustion engine comprising at least one cylinder with oppositely moving pistons located therein, at least one fuel nozzle with spray holes installed in the cylinder, a combustion chamber limited by coaxial recesses made in the piston bottoms, and an annular solid partition placed on the bottom of one of the pistons around its recess and located in the recess of the bottom of the other piston when the pistons are in dead center with the formation of an accumulation cavity between them, covering the partition and connected to the combustion chamber by means of an annular gap between the outer surface of the partition and the side wall of the recess, fresh charge inlet and exhaust gases, the slot is made with a cross-section with a variable length and equipped with a throttling ring nozzle, and the axis of the spraying holes of the nozzle are directed to the outer surface of the baffle when the pistons are in internal dead center. The fresh charge inlet body can be made in the form of central poppet valves located in the recesses of the pistons, the bottom of which is formed by valve plates.

Положительный эффект, достигаемый в результате указанных изменений конструкции, обусловлен тем, что дросселирующее кольцевое сопло щели, обеспечивающее высокие скорости поступления воздуха в камеру сгорания и истечения из нее горящих газов в полость цилиндра, сохраняется лишь тогда, когда это нужно: в период нахождения поршней вблизи ВМТ. При подобном дросселировании скорость воздуха, поступающего в камеру сгорания (в т.ч. на режимах малых нагрузок), значительно увеличивается, достигая скорости звука, что вызывает интенсивную турбулизацию заряда и позволяет существенно улучшить воспроизводимость циклов. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет осуществить разделение заряда, в результате чего в камере сгорания накапливается обогащенная смесь, а во временно отделенной аккумулирующей полости (АП) обедненная смесь. Это позволяет расширить пределы общего эффективного обеднения и соответственно повысить индикаторный КПД двигателя на частичных нагрузках. Важно, что в предлагаемом устройстве кратковременное разделение рабочего объема на две камеры происходит именно в тот период, когда это полезно для сгорания, тогда как в остальное время какие-либо потери, связанные с перетеканием газов, отсутствуют. The positive effect achieved as a result of these structural changes is due to the fact that the throttling annular nozzle of the slot, which ensures high rates of air entering the combustion chamber and the outflow of burning gases into the cylinder cavity, is preserved only when it is needed: when the pistons are near TDC. With such throttling, the speed of the air entering the combustion chamber (including at low load conditions) increases significantly, reaching the speed of sound, which causes intense charge turbulence and can significantly improve the reproducibility of cycles. In addition, the proposed device allows for the separation of charge, as a result of which an enriched mixture accumulates in the combustion chamber, and a depleted mixture in a temporarily separated storage cavity (AP). This allows you to expand the limits of the overall effective depletion and, accordingly, increase the indicator engine efficiency at partial loads. It is important that in the proposed device, the short-term separation of the working volume into two chambers occurs precisely at a time when it is useful for combustion, while the rest of the time there are no losses associated with the flow of gases.

Другим важным положительным эффектом, вытекающим из особенностей работы двигателя с временно разделенными камерами разного обогащения, является снижение токсичности отработавших газов путем двухстадийного выжигания топлива. Another important positive effect arising from the features of the engine with temporarily separated chambers of different enrichment is the reduction of toxicity of exhaust gases by two-stage burning of fuel.

На чертеже представлен двигатель, разрез по оси цилиндра. The drawing shows the engine, a cut along the axis of the cylinder.

Двигатель содержит цилиндр 1, поршни 2 и 3, камеру 4 сгорания, ограниченную углублениями 5 и 6 в днищах поршней 2 и 3 соответственно, и топливные форсунки 7. На днище поршня 2 вокруг углубления 5 размещена кольцевая перегородка 8, которая при положении поршней во ВМТ входит в углубление 6 поршня 3 с образованием щели 9 переменного сечения, на одном из участков которого образуется дросселирующее кольцевое сопло 10, отделяющее камеру сгорания 4 от аккумулирующей полости (АП) 11, образованной днищами поршней вокруг кольцевой перегородки 8. В основании перегородки имеется соосное расширение, профилирующее кольцевое сопло 10 и служащее для направления потока. В углублениях поршней размещены перепускные клапаны 12. The engine contains a cylinder 1, pistons 2 and 3, a combustion chamber 4 bounded by recesses 5 and 6 in the piston heads 2 and 3, respectively, and fuel nozzles 7. On the piston bottom 2 around the recess 5 there is an annular partition 8, which, when the pistons are in TDC enters the recess 6 of the piston 3 with the formation of a gap 9 of variable cross section, on one of the sections of which a throttling annular nozzle 10 is formed, separating the combustion chamber 4 from the accumulation cavity (AP) 11 formed by the piston bottoms around the annular partition 8. towns has a coaxial extension, profiling annular nozzle 10 and serves to direct the flow. In the recesses of the pistons placed bypass valves 12.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

Во время приближения поршней 2 и 3 в ВМТ при расположении кольцевой перегородки 8 под распыливающими отверстиями форсунок 7 производится впрыск топлива на поверхность перегородки 8 до начала вхождения ее в горловину углубления 6. Сближение поршней вызывает интенсивное вращательное движение заряда вокруг кольцевой перегородки и передавливание его в камеру 4 сгорания. При этом происходит обдув и испарение пленки топлива с поверхности перегородки и перенос топливовоздушной смеси (ТВС) вдоль перегородки в камеру 4. По мере сближения поршней щель 9 изменяет свое сечение, сужаясь, в то время как давление в АП 11 возрастает. Это приводит к тому, что последние порции богатой топливом ТВС перетекают в камеру 4 со скоростью, близкой к скорости звука, что вызывает интенсивную турбулизацию заряда и эффективное испарение пленки топлива. When pistons 2 and 3 are approaching TDC, when the annular partition 8 is located under the spray holes of the nozzles 7, fuel is injected onto the surface of the partition 8 before it enters the neck of the recess 6. The approach of the pistons causes an intense rotational movement of the charge around the annular partition and transfers it into the chamber 4 combustion. In this case, the fuel film is blown off and evaporated from the baffle surface and the fuel-air mixture (FA) is transported along the baffle to the chamber 4. As the pistons approach each other, the slot 9 changes its section, narrowing, while the pressure in the AP 11 increases. This leads to the fact that the last portions of fuel-rich fuel assemblies flow into chamber 4 at a speed close to the speed of sound, which causes intense charge turbulence and efficient evaporation of the fuel film.

При положении поршней во внутренней мертвой точке в щели 9 образуется сопловое отверстие кольцевого сечения, создающее значительное газодинамическое сопротивление, кратковременно отсекающее АП 11, в которой остался обедненный заряд, от камеры 4, содержащей более богатую смесь. When the pistons are in internal dead center in the slot 9, a nozzle hole of annular cross-section is formed, which creates a significant gas-dynamic resistance and briefly cuts off the AP 11, in which the depleted charge remains, from the chamber 4 containing a richer mixture.

Начальные стадии сгорания развиваются в камере 4 в условиях интенсивного перемешивания при значениях коэффициента α избытка воздуха, существенно меньших единицы, при которых образование NO_x практически исключено.The initial stages of combustion develop in chamber 4 under conditions of intensive mixing at values of the coefficient α of excess air, significantly less than unity, at which the formation of NO _{x is} practically excluded.

В начале такта расширения начинается истечение частично сгоревших и горящих газов с высокой скоростью через профилированное сопло 10, причем скорость потока уменьшается по мере расхождения поршней. Такое истечение газов из камеры сгорания в среду с обедненной ТВС в АП 11 способствует быстрому завершению сгорания. Причем догорание в полости цилиндра происходит при сильно пониженных температурах, что также способствует снижению концентрации окислов азота в отработавших газах. Истечение газов по поверхности кольцевой перегородки после воспламенения обеспечивает очищение ее от остатков топлива и выжигание их при смешении с обедненной ТВС. At the beginning of the expansion stroke, the outflow of partially burnt and burning gases begins at a high speed through the shaped nozzle 10, and the flow rate decreases as the pistons diverge. This exhaustion of gases from the combustion chamber into the environment with depleted fuel assemblies in the AP 11 contributes to the rapid completion of combustion. Moreover, afterburning in the cylinder cavity occurs at very low temperatures, which also helps to reduce the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gases. The outflow of gases on the surface of the annular partition after ignition provides its purification from fuel residues and burning them when mixed with depleted fuel assemblies.

Claims

1. INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH COMPRESSION Ignition, comprising at least one cylinder with opposing pistons placed therein, at least one fuel nozzle with spray holes mounted in the cylinder, a combustion chamber bounded by coaxial recesses made in the piston bottoms and an annular solid partition located on the bottom of one of the pistons around its recess and located in the recess of the bottom of the other piston when the pistons are in internal dead center with the formation of an accumulation cavity between them, covering the partition and connected to the combustion chamber by means of an annular gap between the outer surface of the partition and the side wall of the recess, the fresh charge inlet and exhaust gas bodies, characterized in that, in order to increase the indicator efficiency and reduce exhaust gas toxicity , the slot is made with a cross-section that is variable in length and is equipped with a throttling annular nozzle, and the axis of the spraying nozzle openings are directed to the outer surface of the partition when the pistons are in internal dead center.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the fresh charge inlet body is made in the form of central poppet valves located in the recesses of the pistons, the bottom of which is formed by valve plates.