RU2185518C2 - Method of mixing preset amount of liquid or gaseous fuel with air - Google Patents
Method of mixing preset amount of liquid or gaseous fuel with air Download PDFInfo
- Publication number
- RU2185518C2 RU2185518C2 RU99112127/06A RU99112127A RU2185518C2 RU 2185518 C2 RU2185518 C2 RU 2185518C2 RU 99112127/06 A RU99112127/06 A RU 99112127/06A RU 99112127 A RU99112127 A RU 99112127A RU 2185518 C2 RU2185518 C2 RU 2185518C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- volume
- prechamber
- chamber
- air
- fuel
- 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
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к предкамерам, в частности к предкамерам, которые открыты у конца, выходящего в цилиндр или цилиндры конструктивного варианта двигателя внутреннего сгорания предпочтительно двигателя с расположением цилиндров в один ряд. Эти предкамеры описаны автором настоящей заявки в предыдущих заявках на патент, в которых было раскрыто, что для обеспечения работы предкамер необходимо впрыскивать в них топливо, которое требуется насыщать по меньшей мере частью массы содержащегося в них воздуха с получением заданного обогащения. The invention relates to pre-chambers, in particular to pre-chambers that are open at the end extending into a cylinder or cylinders of a structural embodiment of an internal combustion engine, preferably an engine with cylinders arranged in a row. These pre-chambers are described by the author of this application in previous patent applications, which disclosed that in order to ensure the pre-chambers work, fuel must be injected into them, which must be saturated with at least part of the mass of air contained in them to obtain a given enrichment.
Таким образом сгорание смеси с выпуском газов, образуемых при сгорании, в остающийся воздух, находящийся в цилиндрах, в которые топливо не впрыснуто, происходит при весьма низкой температуре и при наличии достаточного избытка воздуха λ =4-10) для гарантии того, чтобы в выхлопных газах не было загрязняющих компонентов, таких как СО и NOx.Thus, the combustion of the mixture with the release of gases generated during combustion into the remaining air in the cylinders into which the fuel is not injected occurs at a very low temperature and in the presence of a sufficient excess of air λ = 4-10) to ensure that the exhaust there were no polluting components such as CO and NO x .
Хотя упомянутый принцип и обоснован, испытания, проведенные на прототипах, выявили недостаток, который сильно затрудняет получение процентного содержания загрязнителей и несгоревших продуктов, фактически равного нулю. Although the above principle is justified, tests carried out on prototypes have revealed a drawback that makes it very difficult to obtain a percentage of pollutants and unburned products that is practically zero.
Этот недостаток обусловлен тем, что после фазы "первичного" сгорания в предкамере масса несгоревших остатков, содержащихся в ней, охлаждается под действием одновременного расширения вследствие соответствующего перемещения поршня до температуры ниже предела их воспламенения, причем без усилия, способного вытолкнуть их в цилиндры, и поэтому без возможности в итоге подвергнуться "вторичному сгоранию", являющемуся отличительным признаком рассматриваемых здесь двигателей, которые обеспечивают обещанные выше результаты. This disadvantage is due to the fact that after the phase of the “primary” combustion in the prechamber, the mass of unburned residues contained in it is cooled by the simultaneous expansion due to the corresponding movement of the piston to a temperature below the limit of their ignition, and without effort capable of pushing them into the cylinders, and therefore without the possibility of ultimately undergoing "secondary combustion", which is a hallmark of the engines considered here, which provide the results promised above.
Другими словами, в случае характерного способа насыщения предкамеры в отношении состава выхлопных газов получают результаты, которые лучше, чем в случае обычных двигателей, однако нулевое значение полного процентного содержания нежелательных компонентов не достигается. Другие примеры известного уровня техники отличаются от того, что раскрыто в настоящем изобретении, причем в них даже не упоминаются отличительные признаки, на которых она основана, главным образом потому, что в них преследовалась иная цель. Задачи настоящего изобретения заключаются в сохранении температуры горения пламени ниже 1500oК, а также в полной продувке предкамеры по окончании сгорания, тогда как, например, патенты США US-A-5024193 и US-A-4926818 предназначены для улучшения воспламенения смеси, остающейся внутри цилиндров, а патент Великобритании GB-A-2123482 предназначен для улучшения перемешивания топлива с полным объемом воздуха, содержащегося внутри предкамеры, с тем, чтобы усилить сгорание.In other words, in the case of a characteristic saturation method, the prechambers with respect to the composition of the exhaust gases receive results that are better than in the case of conventional engines, however, a zero value of the full percentage of undesirable components is not achieved. Other examples of the prior art differ from what is disclosed in the present invention, and they do not even mention the distinguishing features on which it is based, mainly because they had a different purpose. The objectives of the present invention are to maintain the burning temperature of the flame below 1500 o K, as well as to completely purge the prechamber after combustion, while, for example, US patents US-A-5024193 and US-A-4926818 are intended to improve the ignition of the mixture remaining inside cylinders, and GB Patent GB-A-2123482 is intended to improve mixing of the fuel with the full volume of air contained within the prechamber so as to enhance combustion.
Предложенный способ позволяет устранить вышеупомянутые недостатки и обеспечивает процентное содержание загрязнителей в выхлопных газах, которое фактически равно нулю. The proposed method allows to eliminate the above disadvantages and provides a percentage of pollutants in the exhaust gas, which is actually equal to zero.
Предложен способ, при котором посредством воспламенения жидкого или газообразного топлива осуществляют расслоение смеси с изменяемыми уровнями ее обогащения вдоль оси предкамеры, с частью объема воздуха, содержащегося в ней, который в основном не перемешивается с топливом и который за счет расширения в течение обратного хода поршня толкает газообразные продукты сгорания, содержащиеся в предкамере, к цилиндру, перед тем как температура в последнем падает ниже их предела воспламенения. A method is proposed in which, by igniting a liquid or gaseous fuel, the mixture is stratified with variable levels of its enrichment along the axis of the prechamber, with a part of the volume of air contained in it, which is mainly not mixed with fuel and which, due to expansion during the return stroke of the piston, pushes gaseous products of combustion contained in the pre-chamber to the cylinder before the temperature in the chamber falls below their ignition limit.
В частности задача этого изобретения заключается в создании способа перемешивания заданного количества топлива согласно доотличительной части пункта 1 формулы изобретения, отличающегося отличительной частью этого пункта. In particular, the object of this invention is to provide a method for mixing a predetermined amount of fuel according to the pre-distinctive part of claim 1, characterized by the distinctive part of this paragraph.
Ниже этот способ будет описан более подробно со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
на фиг. 1 представлено продольное сечение предкамеры совместно с диаграммой обогащения смеси вдоль ее оси, получаемого посредством способа согласно изобретению (R - обогащение и Rst - стехиометрическое обогащение);
на фиг.2 представлен вид спереди отверстия и предкамеры согласно фиг. 1, причем с установленным на ней устройством, обеспечивающим воспламенение, и способным оптимизировать результаты способа, который составляет предмет изобретения.Below this method will be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which:
in FIG. 1 shows a longitudinal section of the prechamber together with the enrichment diagram of the mixture along its axis obtained by the method according to the invention (R — enrichment and R st — stoichiometric enrichment);
FIG. 2 is a front view of the opening and pre-chamber of FIG. 1, and with the device installed on it, providing ignition, and capable of optimizing the results of the method that is the subject of the invention.
Обратимся к фиг.1; топливо впрыскивают вдоль оси h-h предкамеры 1, которая в представленном случае выполнена в виде усеченного конуса и имеет круглый открытый конец 1а, обеспечивающий выход к цилиндрам от форсунки 2, которая приводится в действие давлением Δp, избыточным по отношению к давлению, которое имеет место в предкамере в течение воспламенения, и которая установлена в другом, закрытом конце 1с предкамеры 1. Turn to figure 1; fuel is injected along the hh axis of the pre-chamber 1, which in the presented case is made in the form of a truncated cone and has a round
Упомянутое топливо формирует струю 5, которая также имеет форму конуса или усеченного конуса, что зависит от типа форсунки. Mentioned fuel forms a jet 5, which also has the shape of a cone or a truncated cone, which depends on the type of nozzle.
Для осуществления способа согласно изобретению необходимо обеспечить такой размер сопел форсунки 2 и так рассчитать избыточное давление Δp впрыска, чтобы при впрыске, выполняемом в течение конечной фазы полуцикла сжатия в двигателе внутреннего сгорания, размеры формируемых капель (в случае жидкого топлива), а также их кинетическая энергия и их распределение по прямым участкам предкамеры 1 были таковы, чтобы обеспечивалось полное испарение струи 5 непосредственно до того момента, когда она достигает центр С отверстия предкамеры 1, а также обеспечивалось перемешивание паров топлива с воздухом, который находится в предкамере, за счет чего обеспечиваются повышающиеся уровни обогащения от точки А впрыска в направлении упомянутого центра С отверстия предкамеры. To implement the method according to the invention, it is necessary to ensure such a nozzle nozzle size 2 and to calculate the injection overpressure Δp so that, during the injection performed during the final phase of the compression half-cycle in the internal combustion engine, the sizes of droplets formed (in the case of liquid fuel), as well as their kinetic the energy and their distribution over the straight sections of the pre-chamber 1 were such that the jet 5 was completely evaporated immediately before it reaches the center C of the opening of the pre-chamber 1, and bespechivaet mixing of the fuel vapors with the air that is in the pre-chamber, thereby increasing levels of enrichment provided by the injection point A in the direction of said center C of the opening precombustor.
В том случае, когда используется газообразное топливо (метан или подобные ему газы), необходимо произвести упомянутые расчеты и обеспечить такие размеры, чтобы впрыскиваемый газ 5, когда он достигает центр С, перемешивался подобными средствами с воздухом, который находится в части предкамеры, расположенной далее по направлению от форсунки 2. In the case when gaseous fuel (methane or similar gases) is used, it is necessary to make the above calculations and ensure that the injected gas 5, when it reaches center C, is mixed by similar means with air, which is located in the part of the prechamber located further in the direction from the nozzle 2.
Поэтому можно представить вышеупомянутые уровни обогащения линией, приблизительно подобной кривой 7, показанной на фиг.1, и параллельной предкамере 1. Therefore, it is possible to imagine the above enrichment levels with a line approximately similar to curve 7 shown in FIG. 1 and parallel to the pre-chamber 1.
Такой подход гарантирует, что заданный объем V1 воздуха, который содержится в предкамере и находится позади ее закрытого конца 1с, где установлена форсунка 2, имеет весьма низкий средний уровень обогащения, при этом его часть по существу не перемешивается с топливом.This approach ensures that the predetermined volume V 1 of air that is contained in the pre-chamber and is located behind its closed end 1 c, where the nozzle 2 is installed, has a very low average level of enrichment, while part of it is essentially not mixed with fuel.
Если приняты меры для гарантии того, чтобы этот объем имел значение, равное или предпочтительно большее на заданную величину, чем полный объем предкамеры, разделенный на степень сжатия, которая достигается при определенном цикле двигателя внутреннего сгорания, в результате этот объем воздуха, который помимо прочего, вначале нагревается за счет излучения при сгорании, происходящем в предкамере, в определенной степени расширяется в течение фазы расширения в самом двигателе, за счет чего обеспечивается "промывка" газов, образуемых при сгорании и присутствующих в течение этой фазы, с которыми он также перемешан, при этом происходит частичное повышение отношения кислорода/СО + несгоревшие продукты перед их охлаждением и выталкивание их в цилиндры, где сами газы, образовавшиеся при горении, могут подвергаться вторичному сгоранию заданной продолжительности (например, в течение 3-4 мсек) благодаря температуре, которая преобладает в самих цилиндрах; между тем, эта температура не должна падать ниже пределов воспламенения. If measures are taken to ensure that this volume is equal to or preferably greater by a predetermined amount than the total volume of the prechamber divided by the compression ratio that is achieved with a given cycle of the internal combustion engine, this volume of air, which, among other things, at first it is heated due to radiation during combustion occurring in the pre-chamber, it expands to a certain extent during the expansion phase in the engine itself, due to which the “flushing” of gases generated during combustion is ensured In this phase, with which it is also mixed, there is a partial increase in the oxygen / CO + ratio of unburned products before cooling and pushing them into cylinders, where the gases themselves formed during combustion can undergo secondary combustion of a given duration ( for example, within 3-4 ms) due to the temperature that prevails in the cylinders themselves; meanwhile, this temperature should not fall below the ignition limits.
Рассматриваемая "промывка" также позволяет удалить любые несгоревшие НС, которые могут оставаться у стенок предкамеры 1, чтобы наилучшим образом добиться этой цели, желательно придать этим стенкам "глянец", например, посредством хромирования, шлифования или иных процессов, которые позволяют обеспечить подобные результаты. This “flushing” also allows you to remove any unburned NS that may remain near the walls of the pre-chamber 1 in order to best achieve this goal, it is desirable to give these walls a “gloss”, for example, by chromium plating, grinding or other processes that allow for similar results.
Для того, чтобы достичь осредненных величин обогащения в упомянутом объеме V1, которые подходяще низки, даже когда используется газообразное топливо, автор предлагает вставлять форсунку 2 в предкамеру 1 на заданную длину L, тем самым ограничивая упомянутый объем V1, ближе по ходу от сопла между наружными стенками форсунки и внутренней поверхностью 3 предкамеры 1 вблизи от ее закрытого конца 1с.In order to achieve averaged enrichment values in said volume V 1 , which are suitably low even when gaseous fuel is used, the author proposes to insert the nozzle 2 in the pre-chamber 1 to a predetermined length L, thereby limiting the said volume V 1 , closer downstream of the nozzle between the outer walls of the nozzle and the inner surface 3 of the pre-chamber 1 near its closed end 1c.
Другое возможное усовершенствование заключается в том, чтобы при необходимости подавать заданное количество тепла, например, посредством резистора 10 к воздуху, который находится в упомянутом объеме V1, причем таким образом, чтобы облегчить сгорание бедной смеси, с которой он перемешивается, расширяясь при этом.Another possible improvement is to supply, if necessary, a predetermined amount of heat, for example, by means of a resistor 10 to the air, which is located in said volume V 1 , in such a way as to facilitate the combustion of the lean mixture with which it is mixed, while expanding.
По ходу вышеупомянутых испытаний также было замечено, что если используется одна точка воспламенения в центре С отверстия 1а, возникает отрицательное явление, заключающееся в том, что определенная часть смеси, которая еще не сгорела, в начальной стадии вытесняется к цилиндрам 6, где температура пока несколько ниже температуры, требуемой для ее воспламенения. During the aforementioned tests, it was also noted that if one flash point is used in the center C of the
Это происходит из-за воздействия передней части первоначальной сферы пламени, которая, когда она расширяется в радиальном направлении от упомянутого центра С, оказывает давление на смесь в предкамере, которая еще не сгорела, тем самым вынуждая ее достигнуть стенки предкамеры 1 без скорости, достаточной для гарантии своевременного охвата всего сечения последней с тем, чтобы избежать выпуск несгоревших продуктов. This is due to the influence of the front of the original sphere of the flame, which, when it expands in the radial direction from the aforementioned center C, exerts pressure on the mixture in the pre-chamber, which has not yet burned, thereby forcing it to reach the wall of the pre-chamber 1 without a speed sufficient for guarantee timely coverage of the entire cross section of the latter in order to avoid the release of unburned products.
Поэтому определенная доля несгоревшей смеси, толкаемая при ее расширении вследствие перемещения поршня, достигает цилиндр 6 без ее сжигания и должна сгореть в ходе вторичного сгорания, которое происходит внутри самого цилиндра при поступлении горячих газов, уже образованных при сгорании в предкамере 1. Therefore, a certain fraction of the unburned mixture, pushed during its expansion due to the movement of the piston, reaches cylinder 6 without burning it and should burn in the secondary combustion process, which occurs inside the cylinder when hot gases are already generated during combustion in the pre-chamber 1.
Это предполагает реальное, хотя и ограниченное увеличение вероятности наличия несгоревших СО и НС в выхлопных газах. This suggests a real, albeit limited, increase in the likelihood of unburned СО and НС in exhaust gases.
Чтобы избежать этот недостаток, автор предлагаемого способа предусматривает использование определенного количества точек воспламенения 8, которые размещены в плоскости, перпендикулярной оси предкамеры 1 (см. фиг.2) и расположенной соответственно ее открытому концу 1а, предпочтительно проходя через его вышеупомянутый центр С. To avoid this drawback, the author of the proposed method involves the use of a certain number of
Наличие определенного количества точек воспламенения значительно уменьшает время (на несколько десятков миллисекунд), затрачиваемое на формирование фронта пламени, который достаточно постоянен и достаточно велик для охвата всего сечения предкамеры 1, тем самым "уплотняя его" избыточным давлением и следовательно предотвращая выпуск несгоревшей смеси. The presence of a certain number of flash points significantly reduces the time (by several tens of milliseconds) spent on the formation of the flame front, which is constant enough and large enough to cover the entire cross-section of the pre-chamber 1, thereby "sealing it" with excess pressure and therefore preventing the release of unburned mixture.
Одно из предложенных решений (фиг.2) заключается в использовании электрода с четырьмя кончиками, расположенными крестом, при этом упомянутый электрод прикреплен у отверстия предкамеры 1 посредством плеча 9, которое изготовлено из электропроводного материала, крепящегося к одному полюсу генератора разрядов постоянного тока. Каждый кончик обращен к остроконечной клемме 8, которая подсоединена к другому полюсу, только один из которых показан на чертеже (необходимые изоляционные детали не показаны). Посредством генерации разрядов в соответствии со способом зажигания при использовании катушек или электронных устройств создается четыре точки одновременного воспламенения. Очевидно, что может иметь место более четырех пар кончиков и клемм, однако заявителем установлено, что удовлетворительное решение заключается в использовании только четырех точек воспламенения, как описано выше, расположенных по окружности β, которая концентрична с отверстием 1а и имеет диаметр d, равный половине диаметра D последнего. One of the proposed solutions (Fig. 2) is to use an electrode with four tips arranged in a cross, the electrode being attached at the opening of the precamera 1 by means of a
Для надлежащего осуществления способа согласно изобретению предложено, чтобы предкамера 1 имела такой размер, при котором ее объем составляет 1/5-1/2 объема мертвого пространства, оставляемого поршнем двигателя в цилиндре 6, с которым он связан, когда поршень достигает мертвой точки, соответствующей максимальному сжатию. For the proper implementation of the method according to the invention, it is proposed that the pre-chamber 1 be of such a size that its volume is 1 / 5-1 / 2 of the volume of dead space left by the engine piston in the cylinder 6 with which it is connected when the piston reaches a dead point corresponding to maximum compression.
Таким образом получается полная λ (полное количество воздуха/стехиометрическое количество воздуха), находящаяся между 20 и 8 при средних температурах термодинамического цикла порядка 300oС, которые не требуют смазки или охлаждения двигателя.Thus, the total λ (total amount of air / stoichiometric amount of air) is obtained, which is between 20 and 8 at average temperatures of the thermodynamic cycle of the order of 300 o C, which do not require lubrication or cooling of the engine.
Очевидно, что количество топлива, которое впрыскивается в течение цикла, будет таково, что тепло, образуемое за счет его сгорания в предкамере 1, окажется достаточным для такого повышения температуры всей массы воздуха, находящейся в цилиндре или цилиндрах 6 и в предкамере 1, чтобы в течение обратного хода и расширения, выполняемых поршнем после зажигания в соответствии с заданной кривой скорости, эта температура сохранялась выше температуры зажигания топлива за заданное время (например ≥4-10 мсек). Obviously, the amount of fuel that is injected during the cycle will be such that the heat generated by its combustion in the pre-chamber 1 is sufficient to increase the temperature of the entire mass of air in the cylinder or cylinders 6 and in the pre-chamber 1 so that during the reverse stroke and expansion performed by the piston after ignition in accordance with a given speed curve, this temperature was maintained above the fuel ignition temperature for a given time (for example, ≥4-10 ms).
Описанный и показанный пример не предполагает наложение каких-либо ограничений или увязывание с другими вариантами осуществления способа, основанного на концепциях, указанных в прилагаемых пунктах формулы изобретения. Приведенные ориентировочные величины наряду с другими условиями могут изменяться в соответствии с предъявляемыми требованиями, например, в зависимости от типа используемого топлива (бензин, спирт, дизельное топливо, газ и т.д. ). При этом получаемые вышеупомянутые варианты осуществления способа должны находиться в пределах объема защиты, ограничиваемого этой заявкой на патент. The described and shown example does not imply the imposition of any restrictions or linking with other options for implementing the method based on the concepts specified in the attached claims. The indicative values given, along with other conditions, may vary in accordance with the requirements, for example, depending on the type of fuel used (gasoline, alcohol, diesel, gas, etc.). Moreover, the aforementioned process embodiments obtained must be within the scope of protection limited by this patent application.
Предпочтительно, если в случае способа согласно изобретению время окончания сжатия при перемещении поршня совпадает с моментом окончания зажигания, однако незначительное отклонение от этого условия не является существенным недостатком. Preferably, if, in the case of the method according to the invention, the end time of compression when moving the piston coincides with the end time of ignition, however, a slight deviation from this condition is not a significant drawback.
Подобным же образом можно обеспечить, чтобы момент зажигания слегка опережал момент изменения направления движения поршня на обратное с тем, чтобы согласно хорошо известным критериям добиться улучшения отдачи от термодинамического цикла. In the same way, it is possible to ensure that the ignition moment is slightly ahead of the moment the piston moves in the opposite direction, so that, according to well-known criteria, the return on the thermodynamic cycle is improved.
Целесообразно привести цифровой пример с размерами предкамеры 1 и соответствующим объемом V1, приемлемыми для осуществления описанного выше способа.It is advisable to give a digital example with the dimensions of the precamera 1 and the corresponding volume V 1 acceptable for the implementation of the above method.
Предположим, что объем "активной" части предкамеры, которая содержит воздух, предназначенный для перемешивания с топливом, составляет 5 см3, пик абсолютного давления в течение сгорания равен 25 барам (25,35 кгс/см2), а температура в цилиндрах 6 удерживается выше минимальной температуры сгорания (приблизительно 400oС) за 7 мсек после этого пика. Если также предположить, что газообразные продукты сгорания, содержащиеся в предкамере, подвергаются вторичному сгоранию, продолжающемуся 4 мсек, то проблема заключается в определении давления в цилиндре за 4 мсек до того момента, когда достигается этот предел, после чего сгорание больше не происходит.Suppose that the volume of the "active" part of the prechamber, which contains air intended for mixing with the fuel, is 5 cm 3 , the peak of absolute pressure during combustion is 25 bar (25.35 kgf / cm 2 ), and the temperature in the cylinders 6 is held above the minimum combustion temperature (approximately 400 o C) for 7 ms after this peak. If we also assume that the gaseous products of combustion contained in the prechamber undergo secondary combustion lasting 4 ms, then the problem is to determine the pressure in the cylinder 4 ms before this limit is reached, after which combustion no longer occurs.
Если допустить, что при заданной кривой скорости расширения, выполняемого поршнем в рассматриваемом случае, упомянутое давление составляет 10 бар (10,14 кгс/см2), это означает, что для обеспечения желаемой промывки предкамеры в соответствующее время упомянутый объем V1 должен быть таким, чтобы он занимал всю предкамеру (то есть "активную часть" плюс V1) после адиабатического расширения в 1,9 раза. Далее убеждаются в том, что подтверждается следующее уравнение:
общий объем предкамеры = "активный" объем + V1=1,9 V1 или V1+5см3=1,9 V1, или V1=5/0,9 см3=5,6 см3
Если степень сжатия ρ в рассматриваемом цикле составляет 8,5:1, и если, как мы видим, общий объем предкамеры (активная часть + V1) равен (5+5,6) 10,6 см, можно установить коэффициент ε, который равен соотношению между общим объемом предкамеры и ρ, и в этом случае ε =0,6/8,5=1,25.Assuming that for a given curve of the rate of expansion performed by the piston in the case under consideration, the pressure is 10 bar (10.14 kgf / cm 2 ), this means that to ensure the desired washing of the prechamber at the appropriate time, the volume V 1 must be such so that it occupies the entire pre-chamber (that is, the "active part" plus V 1 ) after an adiabatic expansion of 1.9 times. Then they are convinced that the following equation is confirmed:
total chamber volume = "active" volume + V 1 = 1.9 V 1 or V 1 + 5 cm 3 = 1.9 V 1 , or V 1 = 5 / 0.9 cm 3 = 5.6 cm 3
If the compression ratio ρ in the cycle under consideration is 8.5: 1, and if, as we see, the total volume of the prechamber (active part + V 1 ) is (5 + 5.6) 10.6 cm, we can set the coefficient ε, which equal to the ratio between the total volume of the precamera and ρ, and in this case ε = 0.6 / 8.5 = 1.25.
Как мы видим, объем V1 в 4,5 раза больше, чем вышеупомянутое значение ε.
При грубых расчетах представленного выше максимального значения не было принято во внимание ограниченное сжатие, которое объем V1 претерпевает вследствие увеличения давления между мертвой точкой максимального сжатия и вышеупомянутым пиком давления вследствие сгорания. При выполнении окончательных, более точных расчетов необходимо принять этот факт во внимание с тем, чтобы завысить объем V1.As we see, the volume of V 1 is 4.5 times larger than the above value of ε.
In rough calculations of the maximum value presented above, the limited compression that the volume V 1 undergoes due to an increase in pressure between the dead center of maximum compression and the aforementioned pressure peak due to combustion was not taken into account. When performing the final, more accurate calculations, it is necessary to take this fact into account in order to overestimate the volume of V 1 .
Кроме того, в случае выполнения описанной выше надлежащей промывки предкамеры 1 происходит осуществление способа, при котором фронт пламени, формируемый непосредственно после воспламенения вблизи отверстия 1а предкамеры 1, по существу остается в этом положении на всем протяжении сгорания так, что в течение сгорания газы, образуемые при сгорании, немедленно уходят из предкамеры, перемешиваясь при этом с воздухом, который остается в цилиндрах, причем без возможности достижения где-либо в занимаемом пространстве температуры активации (приблизительно 1500oК) реакции окисления азота.In addition, in the case of performing the proper flushing of the pre-chamber 1 described above, a method is carried out in which a flame front formed immediately after ignition near the
Для этого необходимо выполнить предкамеру 1 с такими размерами и придать ей такую форму, чтобы в течение интервала времени, когда в ней происходит первичное сгорание, упомянутый объем V1, содержащий воздух, который не перемешан с топливом, расширялся под действием наружного перемещения поршня до тех пор, пока он по существу не займет весь объем.To do this, it is necessary to pre-chamber 1 with such dimensions and give it such a shape that, during the time interval when primary combustion occurs in it, the said volume V 1 , containing air that is not mixed with fuel, expands under the action of external movement of the piston to until it essentially takes up the entire volume.
Это означает отступление фронта горения относительно предкамеры со скоростью, которая равна и противоположна скорости продвижения горения, в результате чего упомянутый фронт фактически остается постоянным на протяжении всего первичного сгорания, причем в желаемом положении, соответствующем точке или вблизи точки (зона вблизи электродов 8), где образован фронт пламени при сгорании. This means the retreat of the combustion front relative to the prechamber with a speed that is equal to and opposite to the rate of advancement of combustion, as a result of which the front actually remains constant throughout the entire primary combustion, and in the desired position, corresponding to a point or near a point (zone near electrodes 8), where a flame front is formed during combustion.
Для осуществления этого достаточно, например, чтобы отношение между полным объемом предкамеры 1 и упомянутым объемом V1, содержащим воздух, который не перемешан с топливом, фактически было равно степени сжатия, что привело бы к повышению давления при постоянном объеме, которое было бы установлено в рассматриваемом цикле благодаря воздействию сгорания, если сам цикл представляет собой цикл типа цикла Отто.To accomplish this, it is enough, for example, that the ratio between the total volume of the pre-chamber 1 and said volume V 1 containing air that is not mixed with fuel, in fact, be equal to the compression ratio, which would lead to an increase in pressure at a constant volume, which would be established in the cycle under consideration due to the effects of combustion, if the cycle itself is a cycle such as an Otto cycle.
Поскольку происходит описанный выше процесс, необходимо, чтобы при любом цикле длительность первичного сгорания была равна времени, которое требуется для выполнения поршнем вышеупомянутого расширения, и поэтому такие параметры как время впрыска и давление регулируются, и чтобы масса поршня и размеры предкамеры (которая также может быть цилиндрической), а также ее отверстие 1а имели соответствующие величины, при этом упомянутое отверстие также может быть ограничено в отношении своего конечного поперечного сечения с тем, чтобы уменьшить мертвое пространство и увеличить скорость выпуска газов, которые образуются при первичном сгорании, за счет чего увеличивается турбулентность, которую создают эти газы. Вышеупомянутое уменьшение конечного выпускного поперечного сечения предкамеры может быть получено посредством увеличения размеров электродов, которые обеспечивают рабочие воспламеняющие кончики; такое выполнение (см., например, пунктирные линии на фиг.2) уменьшает максимальную толщину пламени, за счет чего температура внутри него уменьшается в желаемой степени, при этом также получается термический маховик, который за счет излучения и конвекции поглощает образуемые термические "верхушки" пламени. Since the process described above occurs, it is necessary that for any cycle the duration of the primary combustion is equal to the time required for the piston to perform the aforementioned expansion, and therefore parameters such as injection time and pressure are regulated, and so that the mass of the piston and the dimensions of the prechamber (which can also be cylindrical), as well as its opening 1a, had corresponding values, while said opening can also be limited with respect to its final cross-section so as to reduce dead space and increase the rate of release of gases that are formed during primary combustion, thereby increasing the turbulence that these gases create. The aforementioned reduction in the final outlet cross-section of the prechamber can be obtained by increasing the size of the electrodes that provide the working flammable tips; such an embodiment (see, for example, dashed lines in FIG. 2) reduces the maximum thickness of the flame, due to which the temperature inside it decreases to the desired degree, and this also results in a thermal flywheel, which absorbs the formed thermal “tips” due to radiation and convection flame.
В том случае, когда имеются две предкамеры, представляющие собой зеркальное отражение друг друга и выходящие в центральную камеру сгорания, которая расположена между ними, электроды двух предкамер, которые также зеркально противоположны, предпочтительно могут быть установлены с заданной степенью "смещения" относительно друг друга в угловом направлении, чем обеспечивается их поворот вокруг продольной оси соответствующей предкамеры на определенный угол. In the case where there are two pre-chambers, which are mirror images of each other and exit into the central combustion chamber, which is located between them, the electrodes of the two pre-chambers, which are also mirror-opposite, can preferably be installed with a given degree of "displacement" relative to each other in angular direction, which ensures their rotation around the longitudinal axis of the corresponding precamera by a certain angle.
Этим гарантируется, что плоские пучки пламени, которые выходят через свои отверстия, формируют четко выраженные вихри, когда они встречаются в этой центральной камере сгорания (этот случай не показан). This ensures that plane flames of flame that exit through their openings form distinct vortices when they occur in this central combustion chamber (this case is not shown).
Другое обеспечивающее преимущество, усовершенствование, состоит в оснащении предкамер средствами, которые способны изменять объем V1, когда изменяется режим работы двигателя. Это может быть выполнено посредством использования технологий, которые уже известны, и применяются для изменения, например, объема воздушных подводов, предназначенных для подачи воздуха в некоторые из более современных моделей двигателей.Another advantageous improvement is to equip the pre-chambers with means that are capable of changing the volume V 1 when the engine operating mode changes. This can be accomplished by using technologies that are already known, and are used to change, for example, the volume of air inlets designed to supply air to some of the more modern engine models.
Если действовать в соответствии с изложенным, что можно обеспечить улучшение управления расположением фронта пламени в любом режиме. If you act in accordance with the foregoing, that you can provide improved control of the location of the flame front in any mode.
Claims (11)
07.11.1996 - по пп. 1, 3-10;
03.11.1997 - по п. 2;
03.02.1997 - по п. 11.Priority on points:
11/07/1996 - for PP. 1, 3-10;
11/03/1997 - under item 2;
02/03/1997 - under item 11.
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH2752/96 | 1996-11-07 | ||
| CH275296 | 1996-11-07 | ||
| CH236/97 | 1997-02-03 | ||
| CH23697 | 1997-02-03 | ||
| CH1401/97 | 1997-06-09 | ||
| CH1855/97 | 1997-08-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99112127A RU99112127A (en) | 2001-04-10 |
| RU2185518C2 true RU2185518C2 (en) | 2002-07-20 |
Family
ID=25683977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99112127/06A RU2185518C2 (en) | 1996-11-07 | 1997-11-03 | Method of mixing preset amount of liquid or gaseous fuel with air |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2185518C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2742364C1 (en) * | 2020-01-14 | 2021-02-05 | Вэйчай Пауэр Ко., Лтд. | Combustion control method and system in natural gas engine |
-
1997
- 1997-11-03 RU RU99112127/06A patent/RU2185518C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2742364C1 (en) * | 2020-01-14 | 2021-02-05 | Вэйчай Пауэр Ко., Лтд. | Combustion control method and system in natural gas engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001503832A (en) | Method for producing a fuel mixture and igniting the fuel mixture in a pre-combustion chamber open to a cylinder | |
| US4203393A (en) | Plasma jet ignition engine and method | |
| KR101942876B1 (en) | Method for starting an internal combustion engine | |
| Dale et al. | Enhanced ignition for IC engines with premixed gases | |
| AU2018207981A1 (en) | Valve-controlled ignition prechamber | |
| CA1209196A (en) | Ignition source for internal combustion engine | |
| KR0149863B1 (en) | Internal combustion engine | |
| US20190072025A1 (en) | Valve ignition prechamber | |
| CA1329780C (en) | Internal combustion engine | |
| Robinet et al. | A New Firing Concept for Internal Combustion Engines:" I'APIR" | |
| KR20220047528A (en) | Method for operating a hydrogen fuelled combustion engine | |
| US6161516A (en) | Process for the formation of a fuel mixture and for its ignition in a pre-chamber that is open toward the cylinders | |
| US4126106A (en) | Mixed cycle internal combustion engine | |
| JPS62129514A (en) | Combustion chamber for internal combustion engine | |
| BR102018013560A2 (en) | INCREASED COMPRESSION ENGINE | |
| RU2185518C2 (en) | Method of mixing preset amount of liquid or gaseous fuel with air | |
| Schumacher et al. | Pre-chamber ignition system for homogeneous lean combustion processes with active fuelling by volatile fuel components | |
| JP2009500560A (en) | Internal combustion engine operation method | |
| Agnew | Room at the piston top contributions of combustion science to engine design | |
| GB2218153A (en) | Internal combustion engine | |
| Kammerstätter et al. | Influence of prechamber-geometry and operating-parameters on cycle-to-cycle variations in lean large-bore natural gas engines | |
| Kawamura et al. | Observation of combustion process of diesel fuel spray in high temperature air | |
| CN221277862U (en) | Device for realizing combustion process of internal combustion engine based on forced circulation hot-surface ignition | |
| RU2792487C2 (en) | A.n. sergeev's cycle of control of internal combustion engine and the engine for its implementation | |
| Beck et al. | Factors that affect BSFC and emissions for diesel engines: Part II experimental confirmation of concepts presented in Part I |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061104 |