RU2176737C2 - Gas internal combustion engine with spark ignition converted from diesel engine - Google Patents

Gas internal combustion engine with spark ignition converted from diesel engine Download PDF

Info

Publication number
RU2176737C2
RU2176737C2 RU99106114/06A RU99106114A RU2176737C2 RU 2176737 C2 RU2176737 C2 RU 2176737C2 RU 99106114/06 A RU99106114/06 A RU 99106114/06A RU 99106114 A RU99106114 A RU 99106114A RU 2176737 C2 RU2176737 C2 RU 2176737C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
gas
engine
diameter
piston
Prior art date
Application number
RU99106114/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99106114A (en
Inventor
И.Г. Багдасаров
Ю.А. Бакиров
А.В. Брагин
Г.С. Савельев
Original Assignee
ОАО "Газпром"
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ОАО "Газпром", Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ" filed Critical ОАО "Газпром"
Priority to RU99106114/06A priority Critical patent/RU2176737C2/en
Publication of RU99106114A publication Critical patent/RU99106114A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2176737C2 publication Critical patent/RU2176737C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B69/00—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types
    • F02B69/02—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different fuel types, other than engines indifferent to fuel consumed, e.g. convertible from light to heavy fuel
    • F02B69/04—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different fuel types, other than engines indifferent to fuel consumed, e.g. convertible from light to heavy fuel for gaseous and non-gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0675—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston the combustion space being substantially spherical, hemispherical, ellipsoid or parabolic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • 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
    • 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
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: in gas engine recess in piston for combustion chamber is form by conjugated spherical surface and surface of truncated cone and/or cylinder pointed with its base to intake channel which is made profiled to create directed motion of gas-air mixture around cylinder axis. Diameter of base exceeds diameter of sphere, and spherical surface in form of semisphere can smoothly blend into surface of truncated cone and/or cylinder. Spark plug can be installed in spark plug channel at tilting relative to cylinder axis to form conical space in channel under spark plug. Vertex of cone is arranged in zone of lower part of spark plug, and base is arranged in plane of gas joint of cylinder head completely above recess in piston. EFFECT: improved performance of converted engine at reduced labour input for converting. 2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к конвертированию дизельных двигателей в газовые двигатели с искровым зажиганием. The invention relates to engine building, in particular, to converting diesel engines into gas engines with spark ignition.

Известен конвертированный из дизеля газовый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, который для повышения эффективности рабочего процесса в нем оснащен запальным устройством с форкамерой (авт.свид. СССР N 767380, МПК A 02 B 69/04, 1980 г.). Недостатками известного двигателя являются существенное усложнение его конструкции и удорожание производства. A gas-ignited internal combustion engine converted from a diesel engine with spark ignition is known, which is equipped with an ignition device with a prechamber to increase the efficiency of the working process (ed. Certificate of the USSR N 767380, IPC A 02 B 69/04, 1980). The disadvantages of the known engine are a significant complication of its design and the cost of production.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по его технической сущности является газовый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, конвертированный из дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, в котором выполнена выемка под камеру сгорания, и головку цилиндра, в котором выполнены впускной и выпускной каналы с установленными в них впускным и выпускным клапанами и канал для установки в нем свечи зажигания. Выемка в поршне под камеру сгорания представляет собой часть сферы, диаметр которой составляет более 85% от диаметра поршня. Электроды свечи, утопленные в свечном канале, расположены вблизи от оси цилиндра. В головке цилиндра выполнена полость, сообщенная соединительным каналом с камерой сгорания в поршне (заявка Германии N 3842430, МКИ F 02 B 69/00, опубл. 1990 г.). Closest to the claimed invention in its technical essence is a gas internal combustion engine with spark ignition, converted from a diesel internal combustion engine, containing at least one cylinder with a piston disposed in it, in which a recess is made for the combustion chamber, and a cylinder head, in which made the inlet and outlet channels with installed inlet and outlet valves and a channel for installing spark plugs in it. The notch in the piston under the combustion chamber is part of a sphere whose diameter is more than 85% of the diameter of the piston. Candle electrodes recessed in the candle channel are located close to the axis of the cylinder. A cavity is made in the cylinder head, communicated by a connecting channel with a combustion chamber in the piston (German application N 3842430, MKI F 02 B 69/00, publ. 1990).

Известный газовый двигатель с искровым зажиганием конвертирован из дизеля путем доработки камеры сгорания в поршне для уменьшения степени сжатия (дизель имел тороидальную камеру сгорания с зауженной горловиной), замены дизельной топливоподающей аппаратуры на газовую систему питания и установки системы искрового зажигания. Предусмотрена возможность использования для газового двигателя головки цилиндра от дизеля, при этом для установки свечи зажигания используется канал, в котором была установлена форсунка дизеля, а в гнездо свечи накаливания дизеля, которая была установлена в упомянутой выше полости, выполненной в головке цилиндра, ввернута резьбовая заглушка. A well-known gas engine with spark ignition is converted from a diesel engine by finalizing the combustion chamber in the piston to reduce the compression ratio (the diesel engine has a toroidal combustion chamber with a narrowed neck), replacing the diesel fuel supply equipment with a gas power system and installing a spark ignition system. It is possible to use a cylinder head for a gas engine from a diesel engine, while for installing the spark plug, a channel is used in which the diesel nozzle was installed, and a threaded plug is screwed into the socket of the diesel glow plug, which was installed in the above cavity made in the cylinder head .

Конвертирование дизеля в газовый двигатель с искровым зажиганием позволило в определенной степени реализовать положительные качества газового топлива, однако известный двигатель имеет ряд недостатков. Выполнение камеры сгорания в сферической выемке в поршне обуславливает повышенную тепловую напряженность поршня и головки из-за повышенной плотности теплового потока при горении топливовоздушной смеси в ее объеме. Относительно неблагоприятное отношение величины поверхности сферической камеры в поршне к ее объему является причиной повышенных тепловых потерь и токсичности отработавших газов. При диаметре сферы, составляющей более 85% от диаметра поршня, ничтожной оказывается величина поверхности вытеснителя и, как следствие, практически отсутствует турбулизация заряда на такте сжатия и ухудшается процесс сгорания топливовоздушной смеси. Принятая форма выемки под камеру сгорания увеличивает трудоемкость технологической доработки и доводки ее объема при оптимизации величины степени сжатия газового двигателя в процессе его конвертации из дизеля, а наличие дополнительной полости в головке цилиндра, в которой была установлена свеча накаливания дизеля, усложняет технологию изготовления головки, а также уменьшает эффективность процесса сгорания в нем и повышает токсичность отработавших газов, поскольку горение попадающей туда газовоздушной смеси протекает с низкой эффективностью. Расположение электродов свечи зажигания близко к центру выемки в поршне повышает теплонапряженность межклапанной перемычки при одновременном расположении клапанов по разные стороны от оси цилиндра, а доработка форсуночного клапана для установки свечи до большего, чем распылитель, диаметра, ослабляет перемычку, что может привести к ее растрескиванию. Converting a diesel engine to a gas engine with spark ignition allowed to some extent to realize the positive qualities of gas fuel, however, the known engine has several disadvantages. The implementation of the combustion chamber in a spherical recess in the piston causes increased heat stress of the piston and the head due to the increased density of the heat flux during combustion of the air-fuel mixture in its volume. The relatively unfavorable ratio of the surface of the spherical chamber in the piston to its volume is the reason for the increased heat loss and toxicity of the exhaust gases. With a sphere diameter of more than 85% of the piston diameter, the size of the displacer surface is negligible and, as a result, charge turbulence at the compression stroke is practically absent and the combustion process of the air-fuel mixture worsens. The adopted form of a recess for the combustion chamber increases the complexity of technological refinement and refinement of its volume while optimizing the compression ratio of the gas engine during its conversion from diesel, and the presence of an additional cavity in the cylinder head in which the diesel glow plug was installed complicates the manufacturing technology of the head, and also reduces the efficiency of the combustion process in it and increases the toxicity of exhaust gases, since the combustion of the air-gas mixture entering there proceeds with a low efficiency tivnosti. The location of the electrodes of the spark plug close to the center of the recess in the piston increases the heat stress of the inter-valve jumper while the valves are located on opposite sides of the cylinder axis, and the completion of the nozzle valve to install the spark plug to a larger diameter than the atomizer weakens the jumper, which can lead to cracking.

Отмеченные недостатки известного газового двигателя являются причиной того, что у него существенно снижены мощностные и экономические показатели по сравнению с исходным дизелем, отмечаются большие выбросы токсичных веществ с отработавшими газами и пониженный ресурс работы, а также повышается трудоемкость конвертации и изготовления. The noted disadvantages of the known gas engine are the reason that it has significantly reduced power and economic indicators compared to the original diesel engine, there are large emissions of toxic substances with exhaust gases and a reduced service life, as well as the complexity of conversion and manufacturing.

Задачей заявляемого изобретения является конвертирование дизеля в газовый двигатель с искровым зажиганием, имеющий мощностные и экономические показатели, близкие к показателям дизеля, низкие выбросы токсичных веществ с отработавшими газами и большой ресурс работы при пониженной трудоемкости конвертирования и изготовления с использованием технологического оборудования для механической обработки деталей дизеля. Последнее возможно при сохранении камеры сгорания в поршне, прежнем местоположении свечи зажигания на месте впрыскивающей форсунки. The task of the invention is to convert a diesel engine into a gas engine with spark ignition, having power and economic indicators close to those of a diesel engine, low emissions of toxic substances with exhaust gases and a long service life with reduced laboriousness of converting and manufacturing using technological equipment for machining diesel parts . The latter is possible while maintaining the combustion chamber in the piston, the former location of the spark plug in place of the injection nozzle.

Поставленная задача решается тем, что в газовом двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, конвертированном из дизеля и содержащем по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, в котором выполнена выемка под камеру сгорания, и головку цилиндра, в которой выполнены впускной и выпускной клапаны с установленными в них впускным и выпускным клапанами и канал для установки свечи, выемка в поршне под камеру сгорания образована сопряженными между собой сферической поверхностью и поверхностью усеченного конуса и/или цилиндра, обращенного своим основанием, диаметр которого превышает диаметр сферы, к выполненному профилированным для создания направленного движения газовоздушной смеси вокруг оси цилиндра впускному каналу. The problem is solved in that in a gas internal combustion engine with spark ignition converted from a diesel engine and containing at least one cylinder with a piston located in it, in which a recess is made for the combustion chamber, and a cylinder head in which the intake and exhaust valves are made with inlet and outlet valves installed in them and a channel for installing a candle, a recess in the piston under the combustion chamber is formed by a spherical surface and a surface of a truncated cone and / or cylinder a core facing its base, the diameter of which exceeds the diameter of the sphere, is made to the inlet channel profiled to create a directed movement of the gas-air mixture around the axis of the cylinder.

Упомянутая сферическая поверхность в виде полусферы плавно сопряжена с поверхностью усеченного конуса и/или цилиндра. The mentioned hemispherical spherical surface smoothly mates with the surface of the truncated cone and / or cylinder.

Диаметр полусферы и высота усеченного конуса составляют соответственно 0,45 - 0,5 и 0,165 - 0,215 от диаметра поршня, а угол наклона образующей усеченного конуса к оси цилиндра составляет 30 - 40 град. При вариантном исполнении двигателя диаметр полусферы и диаметр и высота цилиндрического участка выемки составляют соответственно 0,45 - 0,5, 0,65 - 0,85 и 0,22 - 0,25 от диаметра поршня. The diameter of the hemisphere and the height of the truncated cone are respectively 0.45 - 0.5 and 0.165 - 0.215 of the diameter of the piston, and the angle of inclination of the generatrix of the truncated cone to the cylinder axis is 30 - 40 degrees. In a variant embodiment of the engine, the hemisphere diameter and the diameter and height of the cylindrical section of the recess are 0.45-0.5, 0.65-0.85 and 0.22-0.25 of the piston diameter, respectively.

Свеча зажигания установлена в наклонном к оси цилиндра свечном канале таким образом, что под свечой в этом канале образована конусообразная полость, при этом вершина конуса расположена в зоне нижней части свечи, а основание - в плоскости газового стыка головки цилиндра полностью над выемкой в поршне. The spark plug is installed in a candle channel inclined to the cylinder axis so that a conical cavity is formed under the candle in this channel, with the top of the cone located in the area of the lower part of the candle and the base in the plane of the gas joint of the cylinder head completely above the recess in the piston.

Кратчайшее расстояние от точки пересечения оси свечного канала с основанием образующего выемку тела вращения, обращенным к впускному каналу, до оси цилиндра составляет 0,18 - 0,23 от диаметра поршня. Благодаря тому, что в газовом двигателе с искровым зажиганием, конвертированном из дизеля, выемка в поршне под камеру сгорания образована сопряженными между собой поверхностями тел вращения, например, сферической поверхностью и поверхностью усеченного конуса и/или цилиндра, обращенного своим основанием, диаметр которого превышает диаметр сферы, к выполненному профилированным для создания направленного движения газовоздушной смеси вокруг оси цилиндра впускному каналу, обеспечиваются мощностные и экономические показатели газового двигателя, близкие к показателям дизеля, низкие выбросы токсичных веществ с отработавшими газами и большой ресурс работы при пониженной трудоемкости конвертирования и изготовления, поскольку при совместном использовании упомянутых выше существенных признаков обеспечиваются благоприятные условия для воспламенения и сгорания газовоздушной смеси в цилиндре двигателя, снижение механических и тепловых потерь, тепловых и механических напряжений в головке цилиндра, а также облегчаются технологическая доработка и доводка объема камеры сгорания при оптимизации величины степени сжатия газового двигателя в процессе его конвертации из дизеля. Плавное сопряжение упомянутых поверхностей тел вращения, образующих выемку под камеру сгорания, оптимизация геометрических соотношений ее элементов и расположения свечи зажигания обеспечивают дополнительное улучшение мощностных экономических и экологических показателей двигателя и повышают ресурс его работы. The shortest distance from the point of intersection of the axis of the candle channel with the base of the body of revolution forming the recess facing the inlet channel to the cylinder axis is 0.18 - 0.23 of the piston diameter. Due to the fact that in a gas engine with spark ignition converted from a diesel engine, the recess in the piston under the combustion chamber is formed by the surfaces of the bodies of revolution mating with each other, for example, a spherical surface and the surface of a truncated cone and / or cylinder facing its base, the diameter of which exceeds the diameter spheres made to the inlet channel profiled to create the directed movement of the gas-air mixture around the axis of the cylinder, the power and economic indicators of the gas engine are provided igniter, close to diesel performance, low emissions of toxic substances with exhaust gases and a long service life with reduced complexity of conversion and manufacturing, since when using the essential features mentioned above, favorable conditions are provided for ignition and combustion of the gas-air mixture in the engine cylinder, reduction of mechanical and thermal losses, thermal and mechanical stresses in the cylinder head, as well as facilitated technological refinement and refinement of the volume of the chamber anija when optimizing the magnitude of compression degree of the gas engine in the process of conversion of a diesel engine. The smooth conjugation of the mentioned surfaces of the bodies of revolution, forming a recess for the combustion chamber, optimization of the geometric ratios of its elements and the location of the spark plug provide an additional improvement in the power economic and environmental indicators of the engine and increase its service life.

Расположение камеры сгорания в поршне, сохранение расположения клапанов как в конвертируемом дизеле и размещение свечи зажигания на месте прежней впрыскивающей форсунки позволяют использовать для производства головки цилиндров газового двигателя то же технологическое оборудование, что и для производства дизеля. The location of the combustion chamber in the piston, the preservation of the valve arrangement as in a convertible diesel engine and the placement of the spark plug in place of the previous injection nozzle make it possible to use the same technological equipment for the production of the cylinder heads of a gas engine as for the production of diesel engines.

На фиг. 1 показан двигатель, поперечный разрез /фрагмент/; на фиг. 2 - вид на головку цилиндра со стороны ее огневого днища; на фиг. 3 показана геометрия камеры сгорания; на фиг. 4 - 9 представлены ее возможные варианты. In FIG. 1 shows an engine, cross section / fragment /; in FIG. 2 - view of the cylinder head from the side of its fire bottom; in FIG. 3 shows the geometry of the combustion chamber; in FIG. 4 - 9 present its possible options.

Газовый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, конвертированный из дизеля, содержит по меньшей мере один цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2 и головку 3 цилиндра, в которой выполнены впускной 4 и выпускной 5 каналы с установленными в них впускным 6 и выпускным 7 клапанами и наклонный к оси цилиндра канал 8 для установки в нем свечи зажигания 9. В поршне 2 выполнена осесимметричная выемка 10 под камеру сгорания. В описываемом примере выполнения выемка 10 образована сопряженными между собой поверхностями полусферы 11 и расположенного над ней усеченного конуса 12. Его меньшее основание 13 имеет диаметр, равный диаметру полусферы, а большее основание 14 обращено к впускному каналу, который выполнен профилированным, например, винтовым для создания направленного движения газовоздушной смеси вокруг оси цилиндра. Полусфера 11 и усеченный конус 12 плавно сопряжены по радиусу. Диаметр 15 полусферы 11 и высота 16 усеченного конуса 12 составляют соответственно 0,45 - 0,5 и 0,165 - 0,215 от диаметра 17 поршня 2, а угол наклона 18 образующей усеченного конуса к оси цилиндра двигателя составляет 30-40 град. При этом степень сжатия двигателя находится в пределах 11-13. Свеча зажигания 9 в свечном канале 8 установлена таким образом, что под свечой в этом канале образована конусообразная полость 19, вершина 20 конуса расположена в зоне нижней части свечи, а основание 21 в плоскости 22 газового стыка головки 3 цилиндра - полностью над большим основанием 14 усеченного конуса 12. Кратчайшее расстояние 23 от точки 24 пересечения оси свечного канала 8 с обращенным к впускному каналу 4 большим основанием 14 усеченного конуса 12 до оси цилиндра 1 составляет 0,18-0,23 от диаметра поршня. При положении поршня вблизи от в.м.т. между торцевыми плоскостями 25 его днища и 26 головки цилиндра образован защемленный объем 27. Боковой электрод 28 свечи зажигания 9 расположен по существу в зоне плоскости 22 газового стыка. A spark-ignited gas internal combustion engine converted from a diesel engine comprises at least one cylinder 1 with a piston 2 located therein and a cylinder head 3 in which inlet 4 and outlet 5 channels are made with inlet 6 and outlet 7 valves installed and a channel 8 inclined to the axis of the cylinder for installing the spark plug 9 therein. An axially symmetric recess 10 is made in the piston 2 for the combustion chamber. In the described embodiment, the recess 10 is formed by the mating surfaces of the hemisphere 11 and the truncated cone 12 located above it. Its smaller base 13 has a diameter equal to the diameter of the hemisphere, and the larger base 14 faces the inlet channel, which is made profiled, for example, screw to create directional movement of the gas mixture around the axis of the cylinder. The hemisphere 11 and the truncated cone 12 are smoothly conjugated along the radius. The diameter 15 of the hemisphere 11 and the height 16 of the truncated cone 12 are respectively 0.45 - 0.5 and 0.165 - 0.215 of the diameter 17 of the piston 2, and the angle of inclination 18 of the generatrix of the truncated cone to the axis of the cylinder of the engine is 30-40 degrees. In this case, the compression ratio of the engine is in the range of 11-13. The spark plug 9 in the candle channel 8 is installed so that under the candle in this channel a conical cavity 19 is formed, the top 20 of the cone is located in the lower part of the candle, and the base 21 in the plane 22 of the gas joint of the cylinder head 3 is completely above the large base 14 of the truncated cone 12. The shortest distance 23 from the point 24 of intersection of the axis of the candle channel 8 with the large base 14 of the truncated cone 12 facing the inlet channel 4 to the axis of the cylinder 1 is 0.18-0.23 of the piston diameter. With the position of the piston close to VMT between the end planes 25 of its bottom and 26 of the cylinder head a pinched volume 27 is formed. The side electrode 28 of the spark plug 9 is located essentially in the area of the plane of the gas joint 22.

Газовый двигатель при конвертации его из дизеля снабжается газовоздушным смесителем с регулирующим органом количества подаваемой в двигатель газовоздушной смеси, газоподающей аппаратурой вместо дизельной топливной аппаратуры и системой искрового зажигания (не показаны). When converting it from a diesel engine, the gas engine is supplied with a gas-air mixer with a regulating body of the amount of gas-gas mixture supplied to the engine, gas-supplying equipment instead of diesel fuel equipment and a spark ignition system (not shown).

При работе газового двигателя газовоздушная смесь, поступающая через винтовой впускной канал 4 и впускной клапан 6, получает вращение вокруг продольной оси цилиндра 1, а при такте сжатия вытесняется из защемленного объема 27 с периферии цилиндра в выемку поршня. При выполнении выемки в виде сопряженных между собой полусферы 11 и усеченного конуса 12, обращенного своим большим основанием 14 к впускному каналу 4, обеспечивается необходимая для эффективного сгорания гомогенного газовоздушного заряда интенсивность его турбулизации при небольших аэродинамических потерях. Кроме того, обеспечиваются благоприятные с точки зрения достижения высокого КПД и минимизации вредных выбросов в отработавших газах величины отношения поверхности камеры сгорания к ее объему и защемленного объема 27, а также снижается плотность теплового потока, передаваемого в головку при горении газовоздушной смеси в объеме камеры сгорания. Следствием отмеченного являются высокие мощностные и экономические показатели газового двигателя, низкая токсичность отработавших газов и повышенный ресурс работы. When the gas engine is in operation, the air-gas mixture entering through the screw inlet channel 4 and the intake valve 6 receives rotation around the longitudinal axis of the cylinder 1, and during the compression stroke it is forced out of the clamped volume 27 from the periphery of the cylinder into the piston recess. When making a recess in the form of a hemisphere 11 conjugated to each other and a truncated cone 12 facing its inlet 14 to the inlet channel 4, the turbulence intensity necessary for efficient combustion of a homogeneous gas-air charge is ensured with small aerodynamic losses. In addition, the ratio of the surface of the combustion chamber to its volume and the pinched volume 27, favorable from the point of view of achieving high efficiency and minimizing harmful emissions in the exhaust gases, is provided, and the density of the heat flux transmitted to the head during combustion of the gas-air mixture in the volume of the combustion chamber is reduced. The consequence of the aforementioned is the high power and economic performance of the gas engine, low toxicity of exhaust gases and an increased service life.

Плавное радиусное сопряжение полусферы 11 и усеченного конуса 12 дополнительно уменьшает аэродинамические потери при движении заряда в камере сгорания, а при оптимизации основных конструктивных соотношений ее элементов, кроме того, дополнительно уменьшаются тепловые потери, а также обеспечиваются оптимальные значения степени сжатия (11-13) и отношения поверхности камеры к ее объему (0,78-0,8) и создаются условия для благоприятного расположения электродов свечи зажигания. Все это обеспечивает дополнительное улучшение условий для воспламенения и более полного и эффективного сгорания газовоздушной смеси. Smooth radial conjugation of the hemisphere 11 and the truncated cone 12 further reduces aerodynamic losses during charge movement in the combustion chamber, and when optimizing the main structural ratios of its elements, in addition, heat losses are additionally reduced, and optimal compression ratios are also provided (11-13) and the ratio of the surface of the chamber to its volume (0.78-0.8) and conditions are created for a favorable arrangement of the electrodes of the spark plug. All this provides an additional improvement in the conditions for ignition and more complete and efficient combustion of the gas-air mixture.

При отклонении значений упомянутых параметров в сторону увеличения или уменьшения относительно указанного диапазона интенсивность турбулизации заряда в конце сжатия оказывается либо недостаточной для эффективного сгорания газовоздушной смеси и имеет место ее недогорание и повышенный выброс окиси углерода и углеводородов, либо оказывается излишней, чем это требуется в газовом двигателе (в отличие от дизеля с камерой сгорания в поршне), но при этом возникают большие аэродинамические потери. Кроме того, при отклонении значений упомянутых параметров от указанного диапазона имеют место повышенные тепловые потери, концентрация тепловых и механических напряжений в элементах головки цилиндра и поршня и другие нежелательные явления. If the values of the mentioned parameters deviate in the direction of increasing or decreasing relative to the indicated range, the charge turbulization intensity at the end of compression is either insufficient for effective combustion of the air-gas mixture and its combustion and increased emission of carbon monoxide and hydrocarbons occur, or it is excessive than is required in a gas engine (unlike a diesel engine with a combustion chamber in the piston), but large aerodynamic losses occur. In addition, when the values of the mentioned parameters deviate from the specified range, there are increased heat losses, the concentration of thermal and mechanical stresses in the elements of the cylinder head and piston and other undesirable phenomena.

Доработка свечного канала 8 в головке цилиндра с образованием под свечой конусообразной полости 19 обеспечивает улучшение продувки объема в зоне электродов свечи свежим зарядом и условий для формирования начального очага воспламенения. Оптимальное размещение электродов свечи относительно оси цилиндра двигателя, кроме благоприятного воздействия на протекание процесса сгорания, способствует уменьшению теплонапряженности и улучшению условий работы межклапанной перемычки в головке. The refinement of the candle channel 8 in the cylinder head with the formation of a conical cavity 19 under the candle improves the purge of the volume in the zone of the candle electrodes with a fresh charge and the conditions for the formation of the initial ignition focus. The optimal placement of the plug electrodes relative to the axis of the engine cylinder, in addition to the beneficial effect on the course of the combustion process, helps to reduce heat stress and improve the working conditions of the inter-valve jumper in the head.

При этом камера сгорания заявляемого газового двигателя чрезвычайно проста в изготовлении. Упрощению изготовления двигателя способствует и отсутствие в головке цилиндра, в отличие от прототипа, дополнительной полости. При выбранном профиле выемки под камеру сгорания упрощается доводка ее объема при оптимизации степени сжатия двигателя. Доработка камеры сгорания в процессе конвертации газового двигателя из дизеля осуществляется на токарном станке. Moreover, the combustion chamber of the inventive gas engine is extremely simple to manufacture. The simplification of engine manufacturing is also facilitated by the absence of an additional cavity in the cylinder head, in contrast to the prototype. With the selected profile of the recess under the combustion chamber, the refinement of its volume is simplified while optimizing the compression ratio of the engine. Refinement of the combustion chamber during the conversion of a gas engine from a diesel engine is carried out on a lathe.

Особенностью камеры сгорания на фиг. 4 является плавное сопряжение усеченного конуса 12 и полусферы 11 по касательной и некоторое уменьшение поверхности вытеснителя (или защемленного объема), а камеры сгорания на фиг. 5 - наличие в выемке цилиндрического участка 29 малой высоты, сопряженного с усеченным конусом 12 со стороны его большего основания 14. При этом варианте несколько увеличивается глубина камеры сгорания под электродами свечи зажигания. При обоих вариантах упрощаются доводка объема камеры сгорания и оптимизации степени сжатия. A feature of the combustion chamber in FIG. 4 is a smooth tangential conjugation of the truncated cone 12 and the hemisphere 11 and a slight decrease in the surface of the displacer (or pinched volume), and the combustion chamber in FIG. 5 - the presence in the recess of the cylindrical section 29 of low height, coupled with a truncated cone 12 from the side of its larger base 14. In this embodiment, the depth of the combustion chamber under the electrodes of the spark plug increases slightly. Both options simplify the refinement of the volume of the combustion chamber and optimize the degree of compression.

В конструкции, приведенной на фиг. 6, выемка под камеру сгорания, как и в конструкции, приведенной на фиг. 3, осесимметричная, но в отличие от нее полусфера 11 сопряжена не с усеченным конусом, а с цилиндром 30. В этом варианте диаметр полусферы, диаметр и высота цилиндрического участка составляют соответственно 0,45 - 0,5; 0,65 - 0,85 и 0,22 - 0,25 от диаметра поршня. Эта конструкция позволяет легко получить при доводке необходимую степень сжатия, увеличивая объем камеры в поршне 6 при тех же размерах максимального диаметра камеры и ее глубины, что и в базовом варианте (фиг. 3). Наличие острой входной кромки у цилиндра 30 способствует увеличению интенсивности турбулизации заряда при его перетекании в камеру сгорания на такте сжатия при той же площади вытеснителя, что и в базовом варианте (фиг. 3). In the construction of FIG. 6, a recess for the combustion chamber, as in the construction of FIG. 3, axisymmetric, but in contrast to it, the hemisphere 11 is associated not with a truncated cone, but with a cylinder 30. In this embodiment, the hemisphere diameter, diameter and height of the cylindrical section are 0.45 - 0.5, respectively; 0.65 - 0.85 and 0.22 - 0.25 of the piston diameter. This design makes it possible to easily obtain the necessary compression ratio when tuning, increasing the volume of the chamber in the piston 6 with the same dimensions of the maximum diameter of the chamber and its depth as in the basic version (Fig. 3). The presence of a sharp inlet edge at the cylinder 30 contributes to an increase in the intensity of turbulence of the charge when it flows into the combustion chamber on the compression stroke with the same area of the displacer as in the basic version (Fig. 3).

Камера сгорания, показанная на фиг. 7, отличается от предыдущего варианта тем, что полусфера 11 по одну сторону от оси цилиндра сопряжена с соосным ей цилиндром 31, а по другую сторону от оси с цилиндром 32, ось которого не совпадает с осью сферы. Эта конструкция камеры сгорания позволяет оптимизировать расположение электродов свечи зажигания при смещенном относительно центра цилиндра ее положении. The combustion chamber shown in FIG. 7, differs from the previous version in that the hemisphere 11 is mated to a cylinder 31 coaxial to it on one side of the cylinder axis and cylinder 32 on the other side of the axis, whose axis does not coincide with the axis of the sphere. This design of the combustion chamber allows you to optimize the location of the electrodes of the spark plug when its position is shifted relative to the center of the cylinder.

На фиг. 8 и 9 показаны камеры сгорания, образованные осесимметричными конической и сферической поверхностями, в которых со стороны большего основания конуса выполнены дополнительные цилиндрические проточки, центры которых смещены относительно центра камеры сгорания в сторону свечи зажигания. Дополнительные цилиндрические проточки позволяют улучшить расположение электродов свечи зажигания в камере при положении поршня вблизи в.м.т. In FIG. 8 and 9 show combustion chambers formed by axisymmetric conical and spherical surfaces, in which additional cylindrical grooves are made from the side of the larger base of the cone, the centers of which are offset from the center of the combustion chamber toward the spark plug. Additional cylindrical grooves make it possible to improve the location of the electrodes of the spark plug in the chamber when the piston position is close to high

В камере сгорания, показанной на фиг. 8, центр цилиндрической проточки 33 лежит в диаметральной плоскости камеры сгорания, перпендикулярной плоскости, проходящей по оси поршневого пальца. Цилиндрическая проточка вписывается в окружность большего основания конической поверхности камеры. В камере сгорания, показанной на фиг. 9, центр цилиндрической проточки 34 лежит в вертикальной плоскости, проходящей по оси свечи зажигания, которая не совпадает с вертикальной диаметральной плоскостью камеры, перпендикулярной плоскости, проходящей по оси поршневого пальца. Цилиндрическая проточка выходит за габариты, описываемые окружностью большего основания конуса. Эти конструкции камер сгорания, как и конструкция, приведенная на фиг. 7, позволяют оптимизировать расположение электродов свечи зажигания в процессе конвертации газового двигателя из дизеля. In the combustion chamber shown in FIG. 8, the center of the cylindrical groove 33 lies in the diametrical plane of the combustion chamber, perpendicular to the plane passing along the axis of the piston pin. The cylindrical groove fits into the circumference of the larger base of the conical surface of the chamber. In the combustion chamber shown in FIG. 9, the center of the cylindrical groove 34 lies in a vertical plane passing along the axis of the spark plug, which does not coincide with the vertical diametrical plane of the chamber perpendicular to the plane passing along the axis of the piston pin. A cylindrical groove extends beyond the dimensions described by the circumference of the larger base of the cone. These designs of combustion chambers, like the design shown in FIG. 7, allow to optimize the location of the electrodes of the spark plug during the conversion of a gas engine from a diesel engine.

Работа двигателя с различными вариантами камер сгорания, приведенными на фиг. 4 - 9, по существу не отличается от работы двигателя с камерой сгорания, показанной на фиг. 1 - 3 и описанной выше. The operation of the engine with various versions of the combustion chambers shown in FIG. 4 to 9 are essentially the same as operating the engine with the combustion chamber shown in FIG. 1-3 and described above.

Таким образом, заявляемый газовый двигатель, конвертированный из дизеля, имеет мощностные и экономические показатели, близкие к показателям дизеля, и низкие выбросы токсичных веществ с отработавшими газами. Максимальный эффективный КПД газового двигателя, конвертированного согласно изобретению из автобусного дизеля Раба Ман и устанавливаемом на автобусах "Икарус" составляет η emax = 0,36, а содержание несгоревших углеводородов и окиси углерода в отработавших газах на этом режиме не превышает соответственно 97 ррт и 0,69% без применения нейтрализатора. При использовании 3-компонентного каталитического нейтрализатора обеспечиваются нормативы по токсичности отработавших газов на уровне Евро-2. Наряду с этим обеспечен повышенный ресурс работы двигателя при пониженной трудоемкости конвертирования и изготовления с обеспечением возможности использования технологического оборудования для механической обработки как деталей дизеля, так и газового двигателя.Thus, the inventive gas engine, converted from a diesel engine, has power and economic indicators close to those of a diesel engine, and low emissions of toxic substances with exhaust gases. The maximum effective efficiency of a gas engine converted according to the invention from a Rab Dahn bus diesel engine and installed on Ikarus buses is η e max = 0.36, and the content of unburned hydrocarbons and carbon monoxide in the exhaust gases in this mode does not exceed 97 ppm and 0, respectively , 69% without the use of a converter. When using a 3-component catalytic converter, exhaust emission standards of Euro-2 are provided. Along with this, an increased engine operating life is provided with a reduced complexity of conversion and manufacturing, with the possibility of using technological equipment for machining both diesel parts and a gas engine.

Claims (6)

1. Газовый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, конвертированный из дизеля, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, в котором выполнена выемка под камеру сгорания, и головку цилиндра, в которой выполнены впускной и выпускной каналы с установленными в них впускным и выпускным клапанами и канал для установки свечи зажигания, отличающийся тем, что выемка в поршне под камеру сгорания образована сопряженными между собой сферической поверхностью и поверхностью усеченного конуса и/или цилиндра, обращенного своим основанием, диаметр которого превышает диаметр сферы, к выполненному профилированным для создания направленного движения газовоздушной смеси вокруг оси цилиндра впускному каналу. 1. A gas internal combustion engine with spark ignition, converted from a diesel engine, comprising at least one cylinder with a piston disposed therein, in which a recess is made for the combustion chamber, and a cylinder head in which the inlet and outlet channels are provided with an inlet and exhaust valves and a channel for installing a spark plug, characterized in that the recess in the piston under the combustion chamber is formed by a spherical surface and a surface of a truncated cone and / or cylinder, interfaced schennogo its base, whose diameter exceeds the diameter of the sphere to the profiled configured to create directed motion of the gas-air mixture around the cylinder axis of the inlet channel. 2. Газовый двигатель по п.1, отличающийся тем, что упомянутая сферическая поверхность в виде полусферы плавно сопряжена с поверхностью усеченного конуса и/или цилиндра. 2. The gas engine according to claim 1, characterized in that said hemispherical spherical surface smoothly mates with the surface of a truncated cone and / or cylinder. 3. Газовый двигатель по п.2, отличающийся тем, что диаметр полусферы и высота сопряженного с ней усеченного конуса составляют соответственно 0,45-0,5 и 0,165-0,215 от диаметра поршня, а угол наклона образующей усеченного конуса к оси цилиндра двигателя составляет 30-40o.3. The gas engine according to claim 2, characterized in that the hemisphere diameter and the height of the truncated cone mating with it are 0.45-0.5 and 0.165-0.215 of the piston diameter, respectively, and the angle of inclination of the generatrix of the truncated cone to the cylinder axis of the engine is 30-40 o . 4. Газовый двигатель по п.2, отличающийся тем, что диаметр полусферы и диаметр и высота сопряженного с ней цилиндрического участка выемки составляют соответственно 0,45-0,5, 0,65-0,85 и 0,22-0,25 от диаметра поршня. 4. The gas engine according to claim 2, characterized in that the diameter of the hemisphere and the diameter and height of the cylindrical section of the recess mating with it are 0.45-0.5, 0.65-0.85 and 0.22-0.25, respectively on piston diameter. 5. Газовый двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что свеча зажигания установлена в наклонном к оси цилиндра двигателя свечном канале таким образом, что под свечой в этом канале образована конусообразная полость, при этом вершина конуса расположена в зоне нижней части свечи, а основание - в плоскости газового стыка головки цилиндра полностью над выемкой в поршне. 5. A gas engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the spark plug is mounted in a candle channel that is inclined to the axis of the engine cylinder so that a conical cavity is formed under the candle in this channel, with the top of the cone located in the lower part candles, and the base is in the plane of the gas joint of the cylinder head completely above the recess in the piston. 6. Газовый двигатель по пп.1-5, отличающийся тем, что кратчайшее расстояние от точки пересечения оси свечного канала с основанием образующего выемку тела вращения, обращенным к впускному каналу, до оси цилиндра двигателя составляет 0,18-0,23 от диаметра поршня. 6. A gas engine according to claims 1 to 5, characterized in that the shortest distance from the point of intersection of the axis of the candle channel with the base forming the recess of the body of revolution facing the inlet channel to the axis of the engine cylinder is 0.18-0.23 of the piston diameter .
RU99106114/06A 1999-03-26 1999-03-26 Gas internal combustion engine with spark ignition converted from diesel engine RU2176737C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99106114/06A RU2176737C2 (en) 1999-03-26 1999-03-26 Gas internal combustion engine with spark ignition converted from diesel engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99106114/06A RU2176737C2 (en) 1999-03-26 1999-03-26 Gas internal combustion engine with spark ignition converted from diesel engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99106114A RU99106114A (en) 2001-08-20
RU2176737C2 true RU2176737C2 (en) 2001-12-10

Family

ID=20217671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99106114/06A RU2176737C2 (en) 1999-03-26 1999-03-26 Gas internal combustion engine with spark ignition converted from diesel engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2176737C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114810412A (en) * 2022-05-20 2022-07-29 潍柴动力股份有限公司 Piston and gas engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114810412A (en) * 2022-05-20 2022-07-29 潍柴动力股份有限公司 Piston and gas engine
CN114810412B (en) * 2022-05-20 2024-04-16 潍柴动力股份有限公司 Piston and gas engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9670827B2 (en) Pre-chamber
EP2638266B1 (en) Spark ignited radical injection system
US9677459B2 (en) Internal combustion engine with shrouded injection valve and precombustion chamber system
US4444166A (en) Method and apparatus for reducing the operating compression ratios of compression ignition engines
US6832589B2 (en) Cylinder assembly for an aircraft engine
JP4972030B2 (en) Engine and spark plug for engine
US7284524B2 (en) Cylinder head assemblies
KR20070043774A (en) Pre-chamber spark plug
JP5022298B2 (en) Engine and spark plug for engine
WO2009054154A1 (en) Multi-point ignition engine
US5224449A (en) Lean-burn internal combustion system
US3923015A (en) Combustion chamber of spark ignition internal combustion engine
RU96124762A (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH INJECTION IN THE CYLINDER
RU2176737C2 (en) Gas internal combustion engine with spark ignition converted from diesel engine
KR100400101B1 (en) Ignition plug having multi-ignition pole
EP3833859A1 (en) Prechamber arrangement
CN109312709A (en) The igniter of internal combustion engine
US5313921A (en) High efficiency combustion chamber system
RU2816179C1 (en) Internal combustion engine
RU2310764C1 (en) Swirl prevombustion chamber of internal cobustion engine
SU1300164A2 (en) Four-stroke internal combustion engine with side valve arrangement
WO2022199830A1 (en) A piston for a lean-burn gasoline engine
EP0081549A1 (en) Ignition chamber for low compression auto-ignition internal combustion engines using low cetane fuels
RU99106114A (en) SPARK IGNITION GAS INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONVERTED FROM DIESEL
KR20030026585A (en) Combustion chamber of diesel engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070327