RU2028470C1 - Controlled spiral outlet passage in cylinder head of internal combustion engine - Google Patents
Controlled spiral outlet passage in cylinder head of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2028470C1 RU2028470C1 SU904819775A SU4819775A RU2028470C1 RU 2028470 C1 RU2028470 C1 RU 2028470C1 SU 904819775 A SU904819775 A SU 904819775A SU 4819775 A SU4819775 A SU 4819775A RU 2028470 C1 RU2028470 C1 RU 2028470C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- chamber
- channel
- internal combustion
- cylinder head
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к ДВС с регулируемым впускным каналом в головке цилиндра, и может быть использовано при стендовой доводке и в производстве ДВС, преимущественно высокооборотных дизельных транспортного назначения. The invention relates to engine building, and in particular to internal combustion engines with an adjustable inlet channel in the cylinder head, and can be used in bench tuning and in the production of internal combustion engines, mainly high-speed diesel vehicles.
Известен регулируемый спиральный канал в головке цилиндра ДВС, содержащий входной участок, сопряженный с надклапанной камерой закручивания, выходная горловина которой является впускным отверстием в цилиндр двигателя, установленный в направляющей клапан и регулирующий орган, связанный с приводом и размещенный в камере закручивания. Регулирующий орган выполнен в виде ширмы, закрепленной на подвижной вдоль оси направляющей клапана. При перемещении (с помощью исполнительного устройства привода) направляющей в сторону тарелки клапана ширма уменьшает высоту поперечного сечения на отдельном участке камеры закручивания и этим пережимает в ней кольцевую струю вплоть до разрушения. Known adjustable spiral channel in the cylinder head of the internal combustion engine, containing an inlet section interfaced with an over-valve twisting chamber, the outlet of which is an inlet to the engine cylinder, a valve installed in the guide and a regulating body associated with the actuator and located in the twisting chamber. The regulatory body is made in the form of a screen mounted on a valve guide movable along the axis. When moving (using the actuator actuator) the guide towards the valve plate, the screen reduces the height of the cross section in a separate section of the swirl chamber and thereby compresses the annular stream in it until it breaks.
Недостатком известного канала служит возможность перемещения регулирующего органа только вдоль клапана. При этом независимо от места расположения этого органа (ширмы) в камере закручивания, включая участок, примыкающий к срезу боковой поверхности, его перемещения к тарелке клапана, обеспечивающие снижение интенсивности закрутки заряда в цилиндре, не могут сопровождаться возрастанием входного сечения камеры и потому существенным снижением сопротивления канала. Другой не менее существенный недостаток известного устройства, связанный с осевыми перемещениями регулирующего органа, заключен в повышенной конструктивно-технологической сложности реализации и пониженной надежности работы двигателя. Так в исходном состоянии канала для достижения максимально возможной интенсивности, создаваемой им закрутки, ширма должна быть выведена из камеры закручивания в специально выполненную в теле головки цилиндра прорезь, усложняющую и разупрочняющую головку. Подвижность направляющей впускного клапана связана с дополнительными радиальными зазорами, опасностью биения и неплотности клапана, повышенными протечками масла и др. И, наконец, в существующих конструкциях головок цилиндра направляющая клапана снаружи изолирована клапанными пружинами, поэтому осуществление ее осевых перемещений, равно как и размещение исполнительных устройств привода, весьма проблематично. A disadvantage of the known channel is the ability to move the regulatory body only along the valve. In this case, regardless of the location of this organ (screen) in the swirling chamber, including the section adjacent to the side surface cut, its movement to the valve plate, which ensures a decrease in the charge twist intensity in the cylinder, cannot be accompanied by an increase in the inlet section of the chamber and therefore a significant decrease in resistance channel. Another no less significant drawback of the known device associated with axial movements of the regulatory body lies in the increased structural and technological complexity of implementation and reduced reliability of the engine. So in the initial state of the channel, in order to achieve the maximum possible intensity of the twist created by it, the screen should be brought out of the twisting chamber into a slot specially made in the body of the cylinder head, complicating and softening the head. The mobility of the intake valve guide is associated with additional radial clearances, the risk of beating and leaks of the valve, increased oil leaks, etc. And, finally, in the existing cylinder head designs, the valve guide is insulated from the valve springs from the outside, so its axial movements, as well as the placement of actuators drive, very problematic.
Цель изобретения - повышение эффективности регулирования закрутки заряда в цилиндре двигателя и упрощении конструкции. The purpose of the invention is to increase the efficiency of regulation of the charge twist in the engine cylinder and simplify the design.
Поставленная цель достигается тем, что в регулируемом спиральном впускном канале в головке цилиндра ДВС, содержащем входной участок, сопряженный с надклапанной камерой закручивания, выходная горловина которой является впускным отверстием в цилиндр двигателя, установленный в направляющей клапан и регулирующий орган, связанный с приводом и размещенный в камере закручивания, регулирующий орган выполнен в виде части боковой стенки камеры закручивания, установленной с возможностью перемещения в сторону клапана и перекрытия камеры. This goal is achieved by the fact that in an adjustable spiral inlet channel in the cylinder head of the internal combustion engine, which contains an inlet section conjugated with a nadkvalnoy twisting chamber, the outlet neck of which is an inlet to the engine cylinder, installed in the valve guide and a regulating body associated with the actuator and placed in the twisting chamber, the regulatory body is made in the form of a part of the side wall of the twisting chamber, mounted to move towards the valve and overlap the chamber.
Регулирующий орган выступает во входной участок канала. The regulatory body acts in the input section of the channel.
Регулирующий орган выполнен в виде изогнутой лопатки, закрепленной одним концом на оси. The regulatory body is made in the form of a curved blade fixed at one end to the axis.
На фиг.1 представлен вариант исполнения канала, характеризуемого неизменным коэффициентом сопротивления; на фиг.2 - другой вариант канала, характеризуемого "идеальной" зависимостью; на фиг.3 - вариант выполнения саморегулируемого канала. Figure 1 shows an embodiment of a channel characterized by a constant resistance coefficient; figure 2 is another version of the channel, characterized by an "ideal" dependence; figure 3 is an embodiment of a self-regulating channel.
Дизельный двигатель имеет в головке цилиндра спиральный впускной канал, содержащий входной участок 1, сопряженную с ним надклапанную камеру 2 закручивания со спиралевидной боковой стенкой 3. Канал снабжен клапаном 4 с неподвижной направляющей 5 и горловиной 6, являющейся выходным сечением камеры 2 закручивания. Напротив входного участка 1 в камере 2 установлен регулирующий орган, выполненный в виде перемещаемой части 7 боковой стенки 3 камеры закручивания. Часть 7 имеет форму прямоугольной тонкостенной и изогнутой по профилю боковой стенки 3 лопатки, закрепленной одним концом на оси 8, параллельной оси клапана 4, и с помощью тяги 9 выведенной наружу из головки цилиндра для связи с приводом. The diesel engine has a spiral inlet channel in the cylinder head, comprising an inlet section 1, a super-valve
Вариант канала, представленного на фиг.2, отличается местом расположения регулирующего органа, который выполнен в виде подвижной части 10 боковой стенки 3, примыкающей к ее срезу 12. В этом варианте часть 10 также изогнута, например, по радиусу горловины 6 и выполнена тонкостенной, одним концом закреплена на оси 11, а другим свободным, являющимся срезом 12 боковой стенки 3, выступает во входной участок 13. Свободный конец 12 части 10 в исходном ее положении (на фиг.2 показано основными линиями) расположен в плоскости оси клапана 4, параллельной линиям тока (не показаны во входном участке 13). Этим обусловлена возможность расширения входного участка на величину δ (фиг.2) вплоть до пунктирной линии. Часть 10 с помощью тяги выведена из головки цилиндра наружу, например, через входной участок 13 для связи с приводом. Штрих-пунктирной линией на фиг.2 изображен вариант камеры закручивания с заглубленными по отношению к горловине 6 боковой стенкой и ее подвижным элементом. The variant of the channel shown in figure 2, differs in the location of the regulatory body, which is made in the form of a
Вариант канала по фиг.3 отличается от варианта на фиг.2 только тем, что вместо выходящей наружу тяги часть 10 связана с шарнирно закрепленным во входном участке 13 поршневым демпфером 14, содержащем корпус 15, шток 16 с легким поршеньком 17, пружину 18 и шариковый клапан 19 в коническом отверстии 20, а также калиброванное отверстие 21. The channel variant of FIG. 3 differs from the variant of FIG. 2 only in that instead of the outgoing thrust,
При работе дизельного двигателя на режимах максимального крутящего момента на пониженных частотах вращения коленчатого вала или вначале стендовых доводочных испытаний на контрольном режиме подвижная часть 7 (10) находится в исходном положении, образуя плавную линию боковой поверхности 3 камеры 2. При этом на тактах впуска воздух в камере 2 совершает замкнутое кольцевое вращение и, получая таким образом значительную тангенциальную компоновку скорости в горловине 6, истекает в цилиндр с наибольшим моментом количества движения, что обусловливает к концу такта сжатия наивысшую интенсивность вращения заряда в камере сгорания (фиг.1 и 2). When the diesel engine is operating at maximum torque at reduced rotational speeds of the crankshaft or at the beginning of bench testing in the control mode, the movable part 7 (10) is in the initial position, forming a smooth line on the
При повышении частоты вращения коленчатого вала и (или) снижении нагрузки, или при поиске оптимальной настройки канала в ходе стендовых испытаний двигателя подвижную часть 7(10) боковой стенки 3 поворотом вокруг оси 8(10) с помощью тяги (9) перемещают к центру камеру 2, вплоть до соприкосновения с направляющей 5 клапана 4. При этом происходит пережатие кольцевого вихря в камере 2 закручивания и трансформация течений в горловине 6 от закрученного к спрямленному (фиг.1) или частично закрученному (фиг.2). When increasing the speed of the crankshaft and (or) reducing the load, or when searching for the optimal channel setting during bench tests of the engine, the movable part 7 (10) of the
Во втором случае к слабо закрученной винтообразной струе добавляется отраженная от наружной стенки подвижной части 10 плоская струя, заполняющая переднюю часть горловины 6. В известном устройстве с газодинамическим пережимом аналогичную функцию выполняет крутой наклон сверху расположенного дополнительного входного участка канала. В этом же (фиг.2) варианте исполнения изобретения перемещение части 10 к центру камеры 2 сопровождается раскрытием входного сечения камеры закручивания, что в совокупности с полным использованием сечения клапанной щели обеспечивает значительное снижение сопротивления канала. In the second case, a plane jet reflected from the outer wall of the
В варианте на фиг.3, предназначенном преимущественно для наиболее высокооборотных дизелей (имеющих повышенные скорости течений во впускном канале и не требующих коррекции закрутки по нагрузке), работа осуществляется также как и по варианту фиг.2 с той разницей, что перемещения части 10 осуществляются под действием перестановочного усилия, возникающего от разности сил давления набегающего потока и сжатия пружины 18. In the embodiment of FIG. 3, designed primarily for the most high-speed diesels (having increased flow rates in the inlet channel and not requiring correction of the swirl over the load), the operation is carried out as in the case of FIG. 2 with the difference that the movements of
Сила давления потока (максимальная за период впуска) пропорциональна квадрату частоты вращения коленчатого вала, поэтому саморегулирование СВК обладает высокой чувствительностью. The pressure force of the flow (maximum for the intake period) is proportional to the square of the crankshaft speed, therefore, self-regulation of the ICS is highly sensitive.
Колебательный процесс части 10 от переменных в цикле сил давления набегающего потока гасится демпфирующим устройством 14, обеспечивающим почти безынерционные перемещения части 10 к центру камеры 2 за счет открытия клапаном 19 большого отверстия 20, на заторможенные обратные перемещения под действием пружины 15 за счет закрытия клапаном 19 отверстия 20 и вытеснения воздуха поршеньком 17 через малое калиброванное отверстие 21. The oscillatory process of
Таким образом, изобретение позволяет в обычном однозаходном спиральном впускном канале с помощью просто устанавливаемого и перемещаемого регулирующего органа, например, изогнутой лопатки, получить наиболее широкий диапазон варьирования интенсивности закрутки заряда в цилиндре, при либо стабилизированном коэффициенте расхода (сопротивления), либо "идеально" переменном его характере. Изобретение устраняет существенные недостатки известных спиральных впускных каналов с воздействием на кольцевую струю в камере закручивания, но объединяет и усиливает их функциональные достоинства. Thus, the invention allows in a conventional single-input spiral inlet channel with the help of a simply mounted and movable regulating body, for example, a curved blade, to obtain the widest range of variation in the intensity of the charge swirl in the cylinder, with either a stabilized coefficient of flow (resistance) or "ideally" variable his character. The invention eliminates the significant disadvantages of the known spiral inlet channels with an effect on the annular jet in the swirl chamber, but combines and enhances their functional advantages.
Выполнение регулирующего органа в виде пристеночной лопатки в случае ее расположения по варианту фиг.2 создает ряд дополнительных преимуществ. The implementation of the regulatory body in the form of a parietal scapula in the case of its location according to the variant of figure 2 creates a number of additional advantages.
Во-первых, позволяет в готовом канале откорректировать максимальную интенсивность закрутки как в сторону уменьшения - подрезкой торца 12 лопатки 10 или перемещением его к центру с последующей фиксацией, так и в сторону увеличения - удлинением тела лопатки 10. Если последней процедуры оказывается недостаточно, то следует дообработкой заглубить камеру закручивания, как это показано штрих-пунктирной линией на фиг.2. Во-вторых, может служить уникальным средством оптимизации формы однорежимного спирального впускного канала непосредственно в ходе доводочных испытаний ДВС, так как после фиксации оптимального положения лопатки остается сохранить полученную форму каналу, а в соответствующем стержне для литья достаточно сделать незначительные сглаживания перегибов. И наконец, позволяет ввести по меньшей мере в дизелях повышенной оборотности саморегулирование канала (фиг.3) и отказаться от применения весьма сложных удорожающих двигатель приводов регулирующего органа, включающих датчики управляющих сигналов, блок управления с элементами памяти и исполнительными механизмами электро-гидро- или пневмомеханического типов. Firstly, it allows you to adjust the maximum twist intensity in the finished channel, both downward - by cutting the
Фактический диапазон регулирования интенсивности закрутки заряда в цилиндре двигателя обусловливается возможным радиальным перемещением и относительными размерами подвижного элемента боковой поверхности К.3, которые, в свою очередь, зависят от отступления формы К.3 от цилиндрической с плоскопараллельными торцами. The actual range of regulation of the intensity of the charge twist in the cylinder of the engine is determined by the possible radial movement and the relative dimensions of the movable element of the side surface K.3, which, in turn, depend on the deviation of the form K.3 from a cylindrical one with plane-parallel ends.
Чем ярче проявляется спиралевидность и винтообразность камеры закручивания, тем меньше в ней размеры кольцевого вихря и тем меньше располагаемый диапазон регулирования закрутки. На моделях различных СВК авторами получены 1,5-7-кратные диапазоны изменения параметра закрутки. The more pronounced the helical and helical nature of the swirl chamber, the smaller the size of the ring vortex in it and the smaller the available range of swirl control. On models of various ICS, the authors obtained 1.5-7-fold ranges of variation of the spin parameter.
Подвижная часть боковой поверхности камеры закручивания в спиральном впускном канале, кроме поворотной лопатки, может быть выполнена в виде вращаемого эксцентрика, в виде возвратно-поступательного плоского или Г-образного (для "парусности") шибера и т.п. The movable part of the side surface of the swirling chamber in the spiral inlet channel, in addition to the rotary blade, can be made in the form of a rotatable eccentric, in the form of a reciprocating flat or L-shaped (for “sailing”) gate, etc.
Саморегулируемый канал может содержать, например, вместо жесткой лопатки 10 с осью 11 и пружины 18 плоскую пружину, прикрепленную к боковой стенке 3, а также другие типа демпферов. The self-regulating channel may contain, for example, instead of a
Результатов применения предложенного устройства на дизельном двигателе, не требующего в отличие от известных решений каких-либо принципиальных изменений в конструкции головки цилиндра, является сокращение времени и удешевление опытно-конструкторских работ и существенное повышение технико-экономических показателей при эксплуатации в транспортных условиях. The results of the application of the proposed device on a diesel engine, which, in contrast to the known solutions, does not require any fundamental changes in the design of the cylinder head, is to reduce the time and cost of experimental design work and significantly increase the technical and economic indicators when operating in transport conditions.
В области низкочастотных режимов работы дизеля предложенный спиральный впускной канал в отличие от однорежимного спирального впускного канала позволяет за счет усиления закрутки заряда существенно повысить крутящий момент, снижая дымность и удельный расход топлива. В высокочастотной области режимов работы, включая номинальный, предложенный канал в отличие от однорежимного позволяет за счет ослабления закрутки и понижения коэффициента сопротивления повысить мощность с сохранением максимальных давлений цикла при одновременном снижении удельного расхода топлива и эмиссии. Причем эти улучшения значительнее, чем в случае применения известного канала с ширмой на подвижной направляющей за счет меньшего сопротивления и большего коэффициента наполнения и чем в случае применения спирального впускного канала с дополнительным входным участком за счет пониженной интенсивности закрутки и также большего коэффициента наполнения. In the field of low-frequency diesel operation modes, the proposed spiral inlet channel, in contrast to the single-mode spiral inlet channel, can significantly increase the torque by increasing the charge swirl, reducing smoke and specific fuel consumption. In the high-frequency range of operating modes, including the nominal one, the proposed channel, in contrast to the single-mode one, allows increasing the power with decreasing the twist and lowering the drag coefficient while maintaining maximum cycle pressures while reducing specific fuel consumption and emissions. Moreover, these improvements are more significant than in the case of using the known channel with a screen on the movable rail due to lower resistance and a higher fill factor, and than in the case of using a spiral inlet channel with an additional input section due to the reduced twist intensity and also a larger fill coefficient.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904819775A RU2028470C1 (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Controlled spiral outlet passage in cylinder head of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904819775A RU2028470C1 (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Controlled spiral outlet passage in cylinder head of internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2028470C1 true RU2028470C1 (en) | 1995-02-09 |
Family
ID=21511263
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904819775A RU2028470C1 (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Controlled spiral outlet passage in cylinder head of internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2028470C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594395C2 (en) * | 2012-03-23 | 2016-08-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Controlled valves of device for internal combustion engine |
RU2682937C1 (en) * | 2016-10-21 | 2019-03-22 | Форд Глобал Текнолоджиз, Ллк | Engine system with rotary inlet channel |
-
1990
- 1990-04-27 RU SU904819775A patent/RU2028470C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент Японии N 60-85220, кл. F 02b 31/00, 1985. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594395C2 (en) * | 2012-03-23 | 2016-08-20 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Controlled valves of device for internal combustion engine |
RU2682937C1 (en) * | 2016-10-21 | 2019-03-22 | Форд Глобал Текнолоджиз, Ллк | Engine system with rotary inlet channel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4815423A (en) | Method for controlling the working cycle of an internal combustion engine | |
US5105784A (en) | Rotary valve and system for duration and phase control | |
US4539947A (en) | Resonator for internal combustion engines | |
US6053134A (en) | Cam operating system | |
US5622144A (en) | System for operating internal combustion engine | |
US4592310A (en) | Intake device for internal combustion engine | |
US5000144A (en) | Internal combustion engine | |
JPH09112284A (en) | Reciprocation-piston internal combusion engine | |
EP0088106A1 (en) | Control means of the combustion cycle in an internal combustion engine. | |
US5205247A (en) | Infinitely variable lift cam follower with consistent dwell position | |
US5211146A (en) | Inlet control mechanism for internal combustion engine | |
US4309969A (en) | Induction system with high-swirl intake valve | |
RU2028470C1 (en) | Controlled spiral outlet passage in cylinder head of internal combustion engine | |
US5992362A (en) | Variable lift and timing system for valves | |
RU2391519C2 (en) | Gas-distributing mechanism of internal combustion engine | |
JPS588904Y2 (en) | Internal combustion engine intake system | |
WO2000009868A1 (en) | Variable lift and timing system for valves | |
US4643142A (en) | Squish control engine | |
JP2001263108A (en) | Intake valve driving control device for internal combustion engine | |
JPH03501044A (en) | pendulum piston engine | |
US4491098A (en) | Device for altering cam profile | |
GB1587842A (en) | Internal combustion piston engine | |
KR0149364B1 (en) | Swirl generation device of internal combustion engine | |
CN209385200U (en) | A kind of inlet valve means of spinning air-flow | |
JPS6211178B2 (en) |