RU2177553C2 - High-speed direct-injection diesel engine - Google Patents
High-speed direct-injection diesel engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2177553C2 RU2177553C2 RU99121391/06A RU99121391A RU2177553C2 RU 2177553 C2 RU2177553 C2 RU 2177553C2 RU 99121391/06 A RU99121391/06 A RU 99121391/06A RU 99121391 A RU99121391 A RU 99121391A RU 2177553 C2 RU2177553 C2 RU 2177553C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exhaust
- cylinder
- engine
- inlet
- vortex
- 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
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателестроении при разработке рабочего процесса дизельных двигателей с непосредственным впрыском топлива. The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in the engine industry in the development of the working process of diesel engines with direct fuel injection.
В существующих дизельных двигателях с неразделенными камерами сгорания для эффективного сжигания впрыскиваемого через топливную форсунку топлива применяют закрутку воздушного потока на впуске. Это обеспечивает создание устойчивого вихря в цилиндре двигателя, который сохраняется до окончания сжатия свежего воздушного заряда и обеспечивает хорошее перемешивание топлива с окислителем (воздухом) при умеренной скорости выгорания топлива. Чрезмерно быстрое сгорание приводит к ударным нагрузкам на детали двигателя, что увеличивает шум, уменьшает ресурс дизельного двигателя и увеличивает вредные выбросы окислов азота, а медленное горение приводит к ухудшению КПД, перегреву двигателя и увеличению доли несгоревшего топлива (углеводородов). In existing diesel engines with undivided combustion chambers, air inlet swirling is used to efficiently burn the fuel injected through the fuel nozzle. This ensures the creation of a stable vortex in the cylinder of the engine, which remains until the compression of fresh air charge is completed and ensures good mixing of the fuel with the oxidizing agent (air) at a moderate rate of fuel burnup. Excessively fast combustion leads to shock loads on engine parts, which increases noise, reduces the life of a diesel engine and increases harmful emissions of nitrogen oxides, and slow combustion leads to a decrease in efficiency, overheating of the engine and an increase in the proportion of unburned fuel (hydrocarbons).
При разработке двигателя всегда определяется приемлемый компромисс по скорости завихрения воздушного потока на впуске в цилиндр для получения хороших показателей по мощности, расходу топлива и обязательному выполнению законодательных норм на вредное воздействие на окружающую среду (шум, токсичность). Однако поиск такого компромисса для быстроходного автомобильного дизельного двигателя дело очень трудоемкое и по многим параметрам противоречивое. Для двигателей, работающих в стационарных, или близких к этому, режимах найти такое решение относительно несложно. Другое дело, когда это касается автомобильного двигателя с широким диапазоном изменения нагрузки от холостого хода до максимальной мощности и оборотов от 700...800 до 4500... 5000 об/мин. Требуемое быстрое изменение оборотов в таком широком диапазоне приводит к необходимости значительного усложнения конструкции двигателя, в частности впускной системы и газовых каналов в головке цилиндров. Для низких оборотов двигателя требуется увеличенный вихрь на впуске. Это связано и с уменьшением давления впрыскивания топлива традиционным топливным насосом высокого давления, а следовательно, худшим распылением топливной струи, вытекающей из форсунки, и увеличением времени протекания рабочего такта (цикла), т. е. времени теплопотерь в систему охлаждения. Эти составляющие ухудшают КПД двигателя и разработчики быстроходных двигателей стремятся увеличить давление впрыскивания топлива (эта проблема особо хорошо решается при применении топливной аппаратуры аккумуляторного типа, не имеющей прямой зависимости давления топлива от оборотов двигателя) и увеличить скорость горения для сокращения потерь в окружающую среду. Этого можно достигнуть увеличением завихрения воздуха на впуске. Однако при увеличении оборотов двигателя происходит перезавихрение воздушного потока в цилиндре, т.к. впускной тракт (газовые каналы) переходит в режим больших расходов воздуха и его формообразующая поверхность чрезмерно интенсифицирует вихревую составляющую воздушного потока. В идеальном случае для каждого режима оборотов и нагрузки двигателя требуется своя форма газовых каналов. Поскольку реальная возможность осуществления этого пока отсутствует, то газовые каналы проектируются на какое-то среднее значение оборотов, обычно это режим максимального крутящего момента, поэтому на режимах низких оборотов возникает недозавихрение, а на высоких - перезавихрение. Для расширения диапазона оборотов с оптимизированным вихрем применяют устройства регулирования вихря на впуске. Известен способ настройки впускного газового канала на низкий диапазон оборотов (см. патент США N 4834035 от 30.05.89 г., МКИ F 02 В 31/00). На высоких оборотах через дополнительный канал подают воздух, который уменьшает вихреобразующую способность главного канала (т.е. дополнительный поток воздуха противодействует основному). Для управления этим процессом в дополнительном канале установлена заслонка, которая управляется по взаимосвязи с оборотами и нагрузкой двигателя. When developing an engine, an acceptable compromise is always determined on the speed of turbulence of the air flow at the inlet to the cylinder to obtain good performance in terms of power, fuel consumption and the mandatory implementation of legislative standards for harmful effects on the environment (noise, toxicity). However, the search for such a compromise for a high-speed automobile diesel engine is very time-consuming and controversial in many respects. For engines operating in stationary, or close to this modes, to find such a solution is relatively easy. Another thing when it comes to a car engine with a wide range of load changes from idle to maximum power and revolutions from 700 ... 800 to 4500 ... 5000 rpm. The required rapid change in speed in such a wide range leads to the need for a significant complication of the engine design, in particular the intake system and gas channels in the cylinder head. For low engine speeds, an increased intake vortex is required. This is also due to a decrease in the fuel injection pressure with a traditional high-pressure fuel pump, and, consequently, to a worse atomization of the fuel jet flowing out of the nozzle and to an increase in the running time (cycle), i.e., the time of heat loss to the cooling system. These components worsen engine efficiency and high-speed engine developers are striving to increase the fuel injection pressure (this problem is particularly well solved by using battery-type fuel equipment that does not have a direct dependence of the fuel pressure on engine speed) and increase the burning rate to reduce environmental losses. This can be achieved by increasing the inlet air swirl. However, with an increase in engine speed, air re-turbulence occurs in the cylinder, because the inlet tract (gas channels) goes into high air flow and its shape-forming surface intensifies the vortex component of the air flow excessively. In the ideal case, for each mode of engine speed and load, its own form of gas channels is required. Since there is no real possibility of doing this, the gas channels are projected at some average rpm value, usually this is the maximum torque mode, so under-revolutions occur at low revs, and re-vortex at high revs. To expand the speed range with an optimized vortex, inlet vortex control devices are used. A known method of tuning the inlet gas channel to a low speed range (see US patent N 4834035 from 05.30.89, MKI F 02 B 31/00). At high speeds, air is supplied through an additional channel, which reduces the vortex-forming ability of the main channel (i.e., the additional air flow counteracts the main one). To control this process, a shutter is installed in the additional channel, which is controlled by the relationship with the engine speed and load.
В связи с тем, что в современных быстроходных автомобильных двигателях все чаще стали применять конструкцию с четырьмя клапанами на цилиндр (два впускных и два выпускных), то один из впускных каналов оборудуют воздушной заслонкой, которая в зависимости от режима работы двигателя обеспечивает впуск воздуха в цилиндр через один или два впускных канала. При закрытой заслонке воздух в цилиндр поступает через один канал, скорость движения воздуха в нем возрастает, что позволяет интенсифицировать вихрь на впуске. При открытой заслонке воздух поступает через два канала, поэтому в канале, который постоянно открыт, уменьшается скорость воздуха, а следовательно, и вихрь на впуске. Такое техническое решение применено на дизельных двигателях фирмы Опель серии "Экотек" (см. журнал MTZ N 9-97) и на дизельном двигателе фирмы Мерседес Бенц серии ОМ 611 (см. журнал MTZ N 10-97). Указанные выше решения требуют специальных дополнительных устройств регулирования (исполнительные устройства: заслонки в специальных проставках, пневмокамеры закрывания, клапаны управления пневмокамерами) и управления (отдельные или встроенные в общий электронный блок модули, анализирующие режим работы двигателя). Это повышает стоимость двигателя и снижает его надежность. Due to the fact that in modern high-speed automobile engines, a design with four valves per cylinder (two inlet and two exhaust) is increasingly being used, one of the inlet channels is equipped with an air damper, which, depending on the engine operating mode, provides air inlet into the cylinder through one or two inlets. When the shutter is closed, air enters the cylinder through one channel, the air velocity in it increases, which makes it possible to intensify the vortex at the inlet. When the damper is open, air enters through two channels, therefore, in the channel, which is constantly open, the air speed decreases, and therefore the vortex at the inlet. This technical solution was applied on Opel Ecotek diesel engines (see MTZ N 9-97) and on a Mercedes Benz OM 611 diesel engines (see MTZ N 10-97). The above solutions require special additional control devices (actuators: shutters in special spacers, closing pneumatic chambers, pneumatic chamber control valves) and control (separate or integrated modules analyzing the engine operating mode). This increases the cost of the engine and reduces its reliability.
Сущностью изобретения является создание конструкции быстроходного автомобильного дизельного двигателя, обеспечивающего организацию оптимального вихря внутри цилиндра перед сжатием без дополнительных устройств на впуске. The essence of the invention is the creation of the design of a high-speed automobile diesel engine, ensuring the organization of the optimal vortex inside the cylinder before compression without additional devices at the inlet.
Указанный технический результат достигается тем, что для обеспечения хорошего наполнения цилиндров свежим воздушным зарядом и хорошей очисткой от отработавших газов, фазы газораспределения для двигателя выбирают с учетом инерционных и волновых явлений, происходящих во впускном и выпускном трактах. Это приводит к тому, что у фаз газораспределения, в частности четырехтактного двигателя, происходит так называемое перекрытие фаз, т.е. фаза выпуска отработавших газов из цилиндра еще окончательно не завершена, а уже начинается фаза впуска. У четырехтактных двигателей с клапанным механизмом газораспределения это приводит к тому, что в районе нахождения поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) при еще не закрытых выпускных клапанах открываются впускные клапаны. Подавляющее большинство современных автомобильных дизельных двигателей с неразделенной камерой сгорания имеют плоскую нижнюю часть головки цилиндров и поршень с плоским днищем с размещенной в нем камерой. Такая конструкция обеспечивает максимально эффективное использование поступившего в цилиндр воздуха для сжигания (окисления) топлива, т.к. между двумя плоскими поверхностями удается создать самый минимальный паразитный объем воздуха, не поступившего непосредственно в камеру сгорания (наилучшее значение, так называемого, "к" - фактора), однако плоская поверхность поршня резко сужает границы возможного перекрытия фаз из-за вероятности столкновения поршня и клапанов, тем не менее, перекрытие фаз существует на всех двигателях. Для расширения перекрытия часто в поршне или в головке цилиндров выполняют цековки для обеспечения необходимого зазора между тарелками клапанов и днищем поршня, тем самым, ухудшая "к" - фактор. Существуют и другие способы размещения однополостных камер сгорания в дизельных двигателях, тем не менее реализация перекрытия фаз газораспределения решается практически аналогичным образом. The specified technical result is achieved in that in order to ensure good filling of the cylinders with a fresh air charge and good purification from exhaust gases, the gas distribution phases for the engine are selected taking into account the inertial and wave phenomena occurring in the inlet and outlet ducts. This leads to the fact that the valve timing, in particular a four-stroke engine, is the so-called phase overlap, i.e. the exhaust phase of the exhaust from the cylinder has not yet been finalized, but the inlet phase is already beginning. For four-stroke engines with a valve timing, this leads to the fact that in the area where the piston is located at top dead center (TDC) with the exhaust valves not yet closed, the intake valves open. The vast majority of modern automotive diesel engines with an undivided combustion chamber have a flat lower part of the cylinder head and a piston with a flat bottom with a chamber placed in it. This design ensures the most efficient use of the air received in the cylinder for combustion (oxidation) of fuel, because between the two flat surfaces it is possible to create the smallest parasitic volume of air that did not enter directly into the combustion chamber (the best value of the so-called “k” factor), however, the flat piston surface sharply narrows the boundaries of possible phase overlap due to the probability of collision between the piston and valves however, phase overlap exists on all engines. To expand the overlap, often in the piston or in the cylinder head, tapping is performed to provide the necessary clearance between the valve plates and the piston bottom, thereby worsening the "k" factor. There are other ways to place single-cavity combustion chambers in diesel engines, however, the implementation of the overlapping of the gas distribution phases is solved in almost the same way.
Рассмотрим процессы газообмена, происходящие в районе нахождения поршня в ВМТ при завершении выпуска и начале впуска. Завершение выпуска из цилиндра сопровождается выталкиванием отработавших газов поршнем, движущимся к ВМТ. Для исключения образования повышенного давления в цилиндре за счет сжатия отработавших газов выпускные клапаны (клапан) стараются держать открытыми до полной очистки цилиндра. Так как закон движения клапанов при закрытии жестко ограничен физическими возможностями материалов клапана и седла клапана по предельной скорости посадки клапана для обеспечения необходимого ресурса этого сопряжения, то посадка происходит относительно плавно, также плавно уменьшается и кольцевой зазор между седлом и клапаном. На высоких оборотах двигателя (более 2500 об/мин) для исключения поджатия отработавших газов в цилиндре из-за ограниченного времени на процесс окончания выпуска, фазу выпуска, с учетом отмеченной выше особенности в плавной работе клапанного механизма, требуется завершать значительно позднее положения поршня в ВМТ. С целью же высокого наполнения цилиндров свежим зарядом фазу впуска требуется начинать значительно раньше достижения поршнем ВМТ. В этом случае наблюдается положение клапанов, когда и впускные (впускной) и выпускные (выпускной) клапаны открыты. На высоких оборотах за счет малого значения времени такого состояния и значительной инерционности газовых потоков перетекание газов между впуском и выпуском практически отсутствует. Однако то, что допустимо для высоких оборотов (времени для протекания процессов относительно мало) для низких оборотов приводит к значительному перетеканию газов между впуском и выпуском (время для протекания этих процессов увеличивается кратно уменьшению оборотов двигателя). Эти процессы значительно ухудшают показатели двигателя на низких оборотах двигателя. Поэтому фазы газораспределения это практически компромисс между требованиями организации работы на высоких и низких оборотах двигателя. Во многих случаях для решения этой проблемы резко ограничивают диапазон изменения оборотов от минимума до максимума. Однако для высокооборотных дизельных двигателей, которые должны работать в диапазоне от 700...800 до 4500...5000 об/мин, перетекание газов в нижнем диапазоне оборотов значительно ухудшают их показатели. Особое значение это имеет для двигателей с турбонаддувом, где фазы газораспределения играют главенствующую роль и в эффективной работе турбонагнетателя. Consider the gas exchange processes that occur in the area where the piston is located at the top dead center at the end of the release and the beginning of the inlet. The completion of the release from the cylinder is accompanied by the expulsion of exhaust gases by a piston moving towards the TDC. To avoid the formation of increased pressure in the cylinder due to compression of the exhaust gases, the exhaust valves (valve) are tried to be kept open until the cylinder is completely cleaned. Since the law of movement of the valves during closing is severely limited by the physical capabilities of the valve and valve seat materials at the maximum valve seating speed to ensure the required life of this interface, the landing is relatively smooth, and the annular gap between the seat and valve also decreases smoothly. At high engine speeds (more than 2500 rpm), in order to prevent the exhaust gases from preloading in the cylinder due to the limited time for the exhaust completion process, the exhaust phase, taking into account the above-mentioned features in the smooth operation of the valve mechanism, requires completion of the piston at TDC much later . For the purpose of high filling of cylinders with a fresh charge, the intake phase must be started much earlier than the piston TDC. In this case, the position of the valves is observed when both the inlet (inlet) and outlet (outlet) valves are open. At high speeds due to the small value of the time of this state and the significant inertia of the gas flows, there is practically no gas flow between the inlet and outlet. However, what is permissible for high revolutions (the time for processes to proceed is relatively short) for low revolutions leads to a significant flow of gases between the inlet and outlet (the time for these processes to increase is a multiple of the decrease in engine revolutions). These processes significantly degrade engine performance at low engine speeds. Therefore, the valve timing is almost a compromise between the requirements of organizing work at high and low engine speeds. In many cases, to solve this problem, the range of revolutions from minimum to maximum is sharply limited. However, for high-speed diesel engines, which must operate in the range from 700 ... 800 to 4500 ... 5000 rpm, the flow of gases in the lower speed range significantly worsen their performance. This is of particular importance for turbocharged engines, where the gas distribution phases play a dominant role in the efficient operation of the turbocharger.
В многоцилиндровых двигателях на процессы протекания газов в период перекрытия фаз газораспределения воздействуют и соседние цилиндры, поскольку обычно впускные и выпускные трубопроводы имеют общие (сообщающиеся) для двигателя подводящие и отводящие объемы (трубопроводы), через них и происходит взаимодействие между цилиндрами. Для двигателей с газотурбинным наддувом обычно турбонагнетатель размещается на выпускном коллекторе, объединяющем от 2 до 6 и более цилиндров. В этом случае часто происходит следующее явление. В цилиндр, в котором завершается процесс выпуска, из выпускного коллектора от одного из цилиндров, в котором только начинается процесс выпуска, поступает импульс давления, и часть отработавших газов возвращается обратно в цилиндр. Это так называемый заброс отработавших газов из системы выпуска в цилиндры, в которых еще не закрылись выпускные клапаны. Обычно выпускные газовые каналы выполняются так, чтобы очистка цилиндра могла быть выполнена наиболее полной, т. е. газовые каналы должны иметь малые аэродинамические потери, особенно в начальный период выпуска, когда давление в цилиндре еще высокое и в открывающейся щели между клапаном и седлом клапана истечение отработавших газов идет с огромной скоростью, на отдельных режимах превышающей скорость звука. Стремление уменьшить потери на выпуске в начальной фазе приводит к тому, что в период окончания выпуска под воздействием импульса давления от начального процесса выпуска из соседнего цилиндра, происходит заброс отработавших газов в цилиндр, где завершается выпуск. Особенно большие забросы отработавших газов происходят на низких оборотах двигателя, когда для этого процесса появляется достаточный временной отрезок. Поскольку поршень в этот период находится вблизи ВМТ, то свободный (оставшийся) объем цилиндра и камеры сгорания дополнительно заполняется отработавшими газами, причем часть отработавших газов за счет перекрытия фаз попадает и во впускные каналы. Для создания, в дальнейшем, необходимого вихря воздушного заряда в процессе впуска в цилиндр потребуются дополнительные затраты энергии для организации вращения заброшенных в цилиндр отработавших газов. Также произойдет потеря части вихря на такте сжатия при перетекании свежего заряда в камеру сгорания, уже заполненную заброшенными отработавшими газами, и эту часть потерь вихря необходимо компенсировать большим уровнем вихря на впуске. In multi-cylinder engines, adjacent cylinders also act on the processes of gas flow during the period of the gas distribution overlap, since usually the intake and exhaust pipelines have inlet (outlet) volumes (pipelines) common for the engine, through which the cylinders interact. For engines with gas turbine supercharging, the turbocharger is usually located on the exhaust manifold, combining from 2 to 6 or more cylinders. In this case, the following phenomenon often occurs. A pressure impulse enters the cylinder in which the exhaust process is completed from the exhaust manifold from one of the cylinders in which the exhaust process is just beginning, and part of the exhaust gas is returned to the cylinder. This is the so-called discharge of exhaust gases from the exhaust system into the cylinders in which the exhaust valves have not yet closed. Typically, the exhaust gas channels are designed so that the cylinder can be cleaned to the fullest extent possible, that is, the gas channels must have low aerodynamic losses, especially during the initial period of release, when the pressure in the cylinder is still high and in the opening gap between the valve and the valve seat exhaust gas comes at a tremendous speed, in separate modes exceeding the speed of sound. The desire to reduce losses at the outlet in the initial phase leads to the fact that at the end of the release under the influence of a pressure pulse from the initial process of exhausting from an adjacent cylinder, the exhaust gas is thrown into the cylinder, where the exhaust ends. Particularly large emissions of exhaust gases occur at low engine speeds, when a sufficient time period appears for this process. Since the piston is near TDC during this period, the free (remaining) volume of the cylinder and the combustion chamber is additionally filled with exhaust gases, and some of the exhaust gases also enter the inlet channels due to phase overlap. To create, in the future, the necessary vortex of an air charge during the inlet to the cylinder, additional energy will be required to organize the rotation of the exhaust gases thrown into the cylinder. There will also be a loss of part of the vortex on the compression stroke when the fresh charge flows into the combustion chamber already filled with abandoned exhaust gases, and this part of the vortex losses must be compensated for by the high level of the vortex at the inlet.
Суммируя рассмотренные явления и требования к работе впускных газовых каналов, перекрытию фаз газораспределения и наличие заброса отработавших газов в цилиндр можно отметить, что для низких оборотов требуются специальные меры по обеспечению интенсивного вихря на впуске, т.е. применения впускных газовых каналов, создающих более интенсивный вихрь. В двигателе это одновременно приведет к неоправданным потерям на высоких оборотах, в связи с повышенным аэродинамическим сопротивлением таких газовых каналов. Summarizing the phenomena considered and the requirements for the operation of the inlet gas channels, the overlap of the gas distribution phases and the presence of exhaust gas throwing into the cylinder, it can be noted that for low revolutions special measures are required to ensure an intensive vortex at the inlet, i.e. application of inlet gas channels creating a more intense vortex. In the engine, this will simultaneously lead to unjustified losses at high speeds, due to the increased aerodynamic drag of such gas channels.
Для разрешения создавшегося противоречия настоящим изобретением предлагается сформировать выпускные (выпускной) газовые каналы (канал) таким образом, чтобы заброс отработавших газов в цилиндр приводил к образованию вихря в цилиндре с направлением, соответствующим направлению вихря, создаваемого впускными (впускным) газовыми каналами. Реализовать такой процесс можно выполнив выпускные каналы следующим способом: выпускные газовые каналы должны быть направлены по ходу завихрения потока отработавших газов; один из выпускных газовых каналов выполняется ниже другого выпускного газового канала на величину, определяемую требуемой степенью завихрения, в каждом конкретном случае выбираемую экспериментально. Это позволит на низких оборотах двигателя значительно интенсифицировать вихрь газов в цилиндре и в камере сгорания, тем самым в начальный период впуска улучшить протекание этого процесса. На высоких оборотах, вследствие меньшего во времени влияния перекрытия фаз на обратный заброс, это не будет приводить к перезавихрению воздушного заряда в цилиндре и в камере сгорания. Поскольку величина обратного заряда отработавших газов в цилиндре напрямую связана с нагрузкой (т.е. цикловой подачей топлива и получившегося в результате сгорания объема газов), то это обеспечит автоматическое увеличение завихрения и по нагрузке двигателя. Впускные газовые каналы с относительно умеренным вихреобразованием, которые можно применить в этом случае, позволят улучшить их аэродинамические характеристики, т.е. увеличить коэффициент наполнения на высоких оборотах и, как следствие, повысить мощность двигателя и уменьшить расход топлива. To resolve the contradiction, the present invention proposes to form the outlet (outlet) gas channels (channel) so that the discharge of exhaust gases into the cylinder leads to the formation of a vortex in the cylinder with a direction corresponding to the direction of the vortex created by the inlet (inlet) gas channels. Such a process can be implemented by performing the exhaust channels in the following way: the exhaust gas channels should be directed along the turbulence of the exhaust gas stream; one of the exhaust gas channels is performed below the other exhaust gas channel by an amount determined by the required degree of turbulence, in each case selected experimentally. This will allow at a low engine speed to significantly intensify the vortex of gases in the cylinder and in the combustion chamber, thereby improving the flow of this process in the initial intake period. At high speeds, due to the smaller time effect of phase overlap on reverse casting, this will not lead to re-turbulence of the air charge in the cylinder and in the combustion chamber. Since the value of the reverse charge of the exhaust gases in the cylinder is directly related to the load (i.e., the cyclic supply of fuel and the resulting gas volume as a result of combustion), this will automatically increase the turbulence in the engine load. Inlet gas channels with relatively moderate vortex formation, which can be used in this case, will improve their aerodynamic characteristics, i.e. increase the filling ratio at high speeds and, as a result, increase engine power and reduce fuel consumption.
На фиг. 1 изображено устройство быстроходного дизельного двигателя с предлагаемым решением по организации рабочего процесса и завихрением газов в цилиндре, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху. Устройство быстроходного дизельного двигателя, изображенное на чертеже, состоит из следующих элементов:
- головка цилиндров 1 с впускными газовыми каналами 2, создающими завихрение воздуха на впуске в цилиндр 3, впускными клапанами 4, а также выпускными газовыми каналами 5 и 6 с выпускными клапанами 7;
- поршень 8 с камерой сгорания 9 в днище поршня 10;
- топливная форсунка 11, через которую впрыскивается топливо в камеру сгорания 9;
- выпускной коллектор 12, объединяющий выпускные каналы цилиндров многоцилиндрового двигателя.In FIG. 1 shows a device of a high-speed diesel engine with the proposed solution for organizing the working process and gas turbulence in the cylinder, front view; in FIG. 2 - the same, top view. The high-speed diesel engine device shown in the drawing consists of the following elements:
- a
- a piston 8 with a combustion chamber 9 in the piston bottom 10;
- a
-
Двигатель работает следующим образом. При подходе поршня 8 к положению ВМТ на такте выпуска заканчивается очистка цилиндра 3 от отработавших газов через выпускные каналы 5 и 6 с клапанами 7. Клапаны 7 находятся в процессе движения к закрытию, но окончательно еще не закрыты. Это делается для обеспечения хорошей очистки цилиндра 3 при высоких оборотах двигателя. Впускные клапаны 4 в это время уже открыты. Это делается для хорошего наполнения цилиндра 3 свежим зарядом воздуха при высоких оборотах двигателя. Задержка закрытия выпускных клапанов 7 и опережение открытия впускных клапанов 4 необходимы для согласования инерционных и волновых процессов впуска и выпуска и работы клапанного механизма с малыми износами. В многоцилиндровом двигателе система выпуска обычно объединяет несколько (по группам цилиндров) или все цилиндры в общую магистраль (систему) для подвода отработавших газов к глушителю шума системы выпуска, а в турбонаддувном двигателе - к турбине. В связи с этим в выпускном коллекторе 12 протекают пульсирующие потоки отработавших газов, создавая волны давления от каждого цилиндра. При равномерном порядке работы цилиндров, к которой стремятся все разработчики ДВС, для плавности и низкой шумности работы двигателя, обычно получается, что завершение процесса выпуска в одном из цилиндров совпадает с началом процесса выпуска в другом цилиндре. Это приводит к тому, что в завершающую фазу выпуска для цилиндра 3 из коллектора 12 через выпускные каналы 5 и 6 происходит заброс части отработавших газов вновь в цилиндр 3 и камеру сгорания 9. Процесс выпуска сопровождается высокой турбулентностью потоков газов. Особенно это проявляется в момент заброса отработавших газов в цилиндр 3, т.к. в этом случае потоки газов меняются на противоположное направление. Для того, чтобы в цилиндре 3 и в камере сгорания 9 в это время не создавались условия для противодействия вихрю от впускных газовых каналов 2, форма выпускных каналов 5 и 6 выполняется таким образом, чтобы они в этот период создавали вихрь в цилиндре и в камере сгорания в том же направлении, что и впускные газовые каналы 2. Для этого выпускные газовые каналы 5 и 6 должны быть направлены по ходу завихрения потока отработавших газов (см. фиг. 2); выпускной газовый канал 6 выполняется ниже выпускного канала 5 на величину, определяемую требуемой степенью завихрения, в каждом конкретном случае подбираемую экспериментально (см. фиг. 1). В период заброса впускные клапаны 4 уже приоткрыты, и часть отработавших газов устремляется и в них. Так как движение газов совпадает с направлением вихря, которое формируют эти каналы, то в горловине впускных каналов 2 направление закрутки потоков газов не изменяется, тем самым, создавая благоприятные условия для формирования интенсивного вихря в процессе впуска. К тому же этот вихрь на выпуске накладывается на уже сформированный вихрь в цилиндре 3 и камере сгорания 9, тем самым его усиливая. Чем больше интенсивность заброса отработавших газов в цилиндр 3 и в камеру сгорания 9 (пропорционально нагрузке на двигатель), тем интенсивнее получается суммарный вихрь в процессе впуска. Аналогичное усиление вихря происходит и при увеличении времени заброса отработавших газов, что характерно для низких оборотов двигателя. При высоких оборотах двигателя рассмотренные процессы течения газов изменяются в сторону сокращения интенсивности заброса отработавших газов из-за уменьшения отрезка времени на эти процессы и существенном увеличении инерционности газовых потоков. The engine operates as follows. When the piston 8 approaches the TDC position on the exhaust stroke, the cylinder 3 is cleaned of exhaust gases through the
Таким образом, за счет забросов отработавших газов происходит автоматическое регулирование изменения интенсивности вихря свежего заряда в обратной зависимости от оборотов двигателя и прямой зависимости от нагрузки, т. е. цикловой подачи топлива через форсунку 11 и соответственно от расходов отработавших газов из цилиндров двигателя. Thus, due to reflux of the exhaust gases, the change in the intensity of the vortex of the fresh charge is automatically controlled inversely with the engine speed and directly dependent on the load, i.e., the cyclic fuel supply through the
Рассмотренные процессы происходят только в период забросов отработавших газов, т.е. при малых открытиях клапанов, особенно это относится к выпускным клапанам. Поэтому форма выпускных газовых каналов выполняется с учетом того, что в процессе очистки цилиндра от отработавших газов, каналы имели бы малое сопротивление для течения газов из цилиндра в выпускной коллектор, а при забросе отработавших газов, т.е. при течении газов из выпускного коллектора в цилиндр направленное течение газов в цилиндре и камере сгорания с организацией вихря совпадало с направлением вихря во впускных газовых каналах. Изложенное выше относится и для исполнения двигателя с одним впускным и одним выпускным каналами и клапанами. The considered processes occur only during the period of exhaust emissions, i.e. with small valve openings, this especially applies to exhaust valves. Therefore, the shape of the exhaust gas channels is carried out taking into account that in the process of cleaning the cylinder of exhaust gases, the channels would have low resistance for the flow of gases from the cylinder to the exhaust manifold, and when throwing exhaust gases, i.e. when gases flow from the exhaust manifold into the cylinder, the directional gas flow in the cylinder and the combustion chamber with the organization of the vortex coincides with the direction of the vortex in the gas inlet channels. The above applies to the execution of the engine with one inlet and one outlet channels and valves.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99121391/06A RU2177553C2 (en) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | High-speed direct-injection diesel engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99121391/06A RU2177553C2 (en) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | High-speed direct-injection diesel engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99121391A RU99121391A (en) | 2001-08-10 |
RU2177553C2 true RU2177553C2 (en) | 2001-12-27 |
Family
ID=20225717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99121391/06A RU2177553C2 (en) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | High-speed direct-injection diesel engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2177553C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2877054A1 (en) | 2004-10-27 | 2006-04-28 | Renault Sas | Direct injection petrol or diesel internal combustion engine for motor vehicle, has external gas recirculation system and cylinder head in which exhaust ducts opens up via exhaust valves, where one valve is reopened during admission phase |
RU2609016C2 (en) * | 2012-01-24 | 2017-01-30 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Fuel injection method (versions) |
RU2762929C1 (en) * | 2020-05-13 | 2021-12-23 | Вэйчай Пауэр Ко., Лтд. | Rapid combustion system with weak vertical vortex flow |
-
1999
- 1999-10-12 RU RU99121391/06A patent/RU2177553C2/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2877054A1 (en) | 2004-10-27 | 2006-04-28 | Renault Sas | Direct injection petrol or diesel internal combustion engine for motor vehicle, has external gas recirculation system and cylinder head in which exhaust ducts opens up via exhaust valves, where one valve is reopened during admission phase |
RU2609016C2 (en) * | 2012-01-24 | 2017-01-30 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Fuel injection method (versions) |
RU2762929C1 (en) * | 2020-05-13 | 2021-12-23 | Вэйчай Пауэр Ко., Лтд. | Rapid combustion system with weak vertical vortex flow |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103670873B (en) | Spark-ignition direct injection engine | |
JP4783827B2 (en) | 4-cycle engine | |
US4357916A (en) | Two-stroke cycle gasoline engine | |
JP2006125388A (en) | Double bowl piston | |
US7313918B2 (en) | Alternative (reciprocating) engine with recirculation of exhaust gases intended for the propulsion of automobiles and method turbocharging these motors | |
CN103244266A (en) | Multi-cylinder internal combustion engine and method to operate such a multi-cylinder internal combustion engine | |
JP2015522122A (en) | Variable compression ratio diesel engine | |
US20130104840A1 (en) | Internal combustion engine operable in homogeneous-charge compression mode | |
JP2008031932A (en) | Direct-injection spark-ignition internal combustion engine | |
WO2007089202A1 (en) | A two-stroke combustion engine | |
CN103080507B (en) | For reducing method and the internal-combustion engine of the discharge of internal-combustion engine | |
RU2177553C2 (en) | High-speed direct-injection diesel engine | |
CN108730023B (en) | Method and device for controlling exhaust gas flow of engine | |
CN110043363B (en) | Reciprocating piston type two-stroke internal combustion engine | |
WO2016051623A1 (en) | Diesel engine | |
JP2946917B2 (en) | Internal combustion engine | |
JP5998900B2 (en) | Turbocharged engine | |
US6691672B2 (en) | Direct-injection internal combustion engine with controlled valves | |
JP2018168719A (en) | Internal combustion engine | |
JP2010031685A (en) | Spark ignition internal combustion engine | |
JP4779386B2 (en) | diesel engine | |
JP5987734B2 (en) | Compression ignition engine | |
KR101226058B1 (en) | Valve Operation Control Method for Preventing the Carbon Deposition of Spark Plug in a Direct Injection Gasoline Engine | |
JP2876756B2 (en) | Direct injection diesel engine | |
Huang | Engine Performance Technology and Applications |