RU2231656C1

RU2231656C1 - Piston engine combustion chamber

Info

Publication number: RU2231656C1
Application number: RU2002133408/06A
Authority: RU
Inventors: А.В. Капустин (RU); А.В. Капустин; С.Б. Павлов (RU); С.Б. Павлов; К.И. Капустин (RU); К.И. Капустин
Original assignee: ГОУ СПО Новгородский гидромелиоративный техникум
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: invention relates to spark ignition internal combustion piston engines with combustion chambers divided into two and more parts. Combustion chamber is formed by flat surface of cylinder cover, part of cylinder surface and stepped surface of piston crown. Division plane of cover and cylinder block is made at angle other then 90^o to cylinder axis. Spaced is divided by ribs of piston crown into wedge-like spacers.

EFFECT: improved antiknocking properties, decreased gas dynamic losses of engine.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от искры с камерами сгорания (КС), разделенными на две части и более.The invention relates to the field of engine building, namely to piston internal combustion engines with spark ignition with combustion chambers (CS), divided into two or more parts.

Известна камера сгорания карбюраторного двигателя, образованная поверхностью крышки цилиндра, частью поверхности цилиндра и поверхностью ступенчатого днища поршня. Плоскость разъема крышки и блока цилиндра перпендикулярна оси цилиндра, и объем КС разделяется на две полости за счет выступа в крышке цилиндра (См. RU №2164301, 7 F 02 B 23/00, 2002 г.) - прототип.Known combustion chamber of a carburetor engine formed by the surface of the cylinder cover, part of the surface of the cylinder and the surface of the stepped bottom of the piston. The plane of the connector cover and the cylinder block is perpendicular to the axis of the cylinder, and the volume of the COP is divided into two cavities due to the protrusion in the cylinder cover (See RU No. 2164301, 7 F 02 B 23/00, 2002) - prototype.

Двигатели с такими КС, в которых сгорание смеси протекает в две стадии, обладают хорошими антидетонационными показателями. Однако, разделение объема КС на полости за счет выступа в крышке имеет два недостатка. Во-первых, конструктивно сложно обеспечить требуемое охлаждение выступа, чтобы не допустить его перегрева и, соответственно, калильного зажигания горючей смеси от поверхности. Во-вторых, наличие выступа в крышке приводит при прочих равных условиях к необходимости уменьшения сечения впускных и выпускных каналов, а следовательно, к увеличению газодинамических потерь двигателя.Engines with such CS, in which the combustion of the mixture proceeds in two stages, have good anti-knock performance. However, the separation of the volume of the COP into the cavity due to the protrusion in the lid has two drawbacks. Firstly, it is structurally difficult to provide the required cooling of the protrusion in order to prevent it from overheating and, accordingly, glow ignition of the combustible mixture from the surface. Secondly, the presence of a protrusion in the cover, ceteris paribus, leads to the need to reduce the cross section of the inlet and outlet channels, and therefore to increase the gas-dynamic losses of the engine.

Задача изобретения - улучшение антидетонационных свойств поршневого двигателя, снижение газодинамических потерь и обеспечение требуемого охлаждения выступающих поверхностей КС.The objective of the invention is to improve the antiknock properties of the piston engine, reduce gas-dynamic losses and ensure the required cooling of the protruding surfaces of the COP.

Для решения данной задачи предложена двухполостная камера сгорания поршневого двигателя внутреннего сгорания, образованная плоской поверхностью крышки, частью поверхности цилиндра и поверхностью ступенчатого днища поршня, причем плоскость разъема крышки и блока цилиндра выполнена под углом, не равным 90°, к оси цилиндра, а камера сгорания разделена на две или более клиновые полости ребрами ступеней днища поршня.To solve this problem, a two-cavity combustion chamber of a reciprocating internal combustion engine is proposed, formed by a flat surface of the cover, part of the cylinder surface and the surface of the stepped bottom of the piston, the plane of the cover and cylinder block being made at an angle not equal to 90 ° to the cylinder axis, and the combustion chamber divided into two or more wedge cavities by the ribs of the steps of the piston bottom.

На фиг.1 изображен общий вид камеры сгорания; на фиг.2 - вид на поверхность крышки цилиндра со стороны разъема; на фиг.3 - вид на крышку цилиндра со стороны плоскости разъема в случае установки разных по диаметру тарелок впускного и выпускного клапанов; на фиг.4 - вид со стороны разъема при разных диаметрах тарелок клапанов; на фиг.5 - схема КС с трехступенчатым днищем поршня.Figure 1 shows a General view of the combustion chamber; figure 2 is a view of the surface of the cylinder cover from the side of the connector; figure 3 is a view of the cylinder cover from the side of the plane of the connector in the case of installing different diameters of the plates of the intake and exhaust valves; figure 4 is a view from the side of the connector with different diameters of the valve plates; figure 5 - diagram of the COP with a three-stage piston bottom.

Камера сгорания (фиг.1) образована плоской поверхностью крышки цилиндра 1, частью поверхности цилиндра и поверхностью ступенчатого днища поршня 2. Особенность устройства состоит в том, что плоскость разъема крышки цилиндра 3 выполнена под углом к оси цилиндра, не равным 90° (угол γ на фиг.1), и ребро ступенями поршня делит объем КС на две клиновые полости - полость I и полость II. Такое конструктивное решение позволяет увеличить площадь впускных и выпускных каналов пропорционально величине 1/sinγ при плоской поверхности крышки цилиндра и позволяет достаточно просто обеспечить хорошее охлаждение всех поверхностей КС. При простой геометрической форме крышки цилиндра и днища поршня свободно размещаются клапаны с большими проходными сечениями и свеча зажигания 4 (фиг.2). На фиг.1 поверхность поршня, разделяющая днище на верхнюю и нижнюю ступени, расположена по оси цилиндра, и КС разделяется на две равные по объему подобные друг другу полости. В такой конструкции КС угол γ (фиг.1) зависит от степени сжатия двигателя и отношения хода поршня к его диаметру. Например, при степени сжатия 10 и отношении хода к диаметру поршня, равному 1, угол γ=66°. С увеличением степени сжатия угол γ увеличивается.The combustion chamber (Fig. 1) is formed by the flat surface of the cylinder cover 1, part of the cylinder surface and the surface of the stepped bottom of the piston 2. The feature of the device is that the plane of the cylinder cover connector 3 is made at an angle to the axis of the cylinder not equal to 90 ° (angle γ 1), and the rib by the piston steps divides the CS volume into two wedge cavities - cavity I and cavity II. Such a constructive solution allows to increase the area of the inlet and outlet channels in proportion to the value 1 / sinγ with a flat surface of the cylinder cover and makes it easy to provide good cooling of all surfaces of the COP. With a simple geometric shape of the cylinder cover and the piston bottom, valves with large flow areas and a spark plug 4 are freely placed (figure 2). In Fig. 1, the piston surface dividing the bottom into the upper and lower stages is located along the axis of the cylinder, and the CS is divided into two equally-sized cavities. In this design of the COP, the angle γ (Fig. 1) depends on the compression ratio of the engine and the ratio of the piston stroke to its diameter. For example, with a compression ratio of 10 and a stroke-to-piston diameter ratio of 1, the angle γ = 66 °. With increasing compression ratio, the angle γ increases.

На фиг.2 показан вид на поверхность крышки цилиндра со стороны плоскости разъема. При симметричном расположении двух равных по размерам клапанов свободно компонуются клапаны с диаметрами тарелок, составляющими 0,45 от диаметра поршня. При этом в ВМТ можно обеспечить подъем клапанов, равный 2 мм (при диаметре поршня 100 мм), что приемлемо для перекрытия клапанов при переходе процесса работы двигателя с выпуска на впуск.Figure 2 shows a view of the surface of the cylinder cover from the plane of the connector. With a symmetrical arrangement of two equal-sized valves, valves with plate diameters of 0.45 of the piston diameter are freely assembled. At the same time, the TDC can provide a valve lift of 2 mm (with a piston diameter of 100 mm), which is acceptable for valve closure when the engine runs from exhaust to intake.

На фиг.3 показан вид на крышку цилиндра со стороны плоскости разъема в случае установки разных по диаметру тарелок впускного и выпускного клапанов. Диаметр тарелки впускного клапана примерно на 20% больше диаметра тарелки выпускного клапана, как практикуется в двигателестроении. При такой компоновке клапанов КС разделяется на две разные по объему полости I и II (фиг.4), а впускной канал можно изготовить с диаметром, равным 46% от диаметра поршня. По аналогии можно выполнить поршень с днищем из трех ступеней и более с равными или разными по размерам полками ступеней и получить КС, разделенную на равные или разные по объему полости.Figure 3 shows a view of the cylinder cover from the plane of the connector in the case of installing different diameter plates of the intake and exhaust valves. The diameter of the inlet valve disc is approximately 20% larger than the diameter of the exhaust valve disc, as practiced in engine manufacturing. With this arrangement of valves KS is divided into two different in volume cavity I and II (figure 4), and the inlet channel can be made with a diameter equal to 46% of the diameter of the piston. By analogy, you can make a piston with a bottom of three stages or more with equal or different in size shelves of steps and get a COP divided into equal or different in volume cavities.

На фиг.5 показана схема КС с трехступенчатым днищем поршня, разделенная на три равные по объему полости I, II и III. В зависимости от места расположения свечи можно организовать двухстадийный или трехстадийный процесс сгорания.Figure 5 shows a diagram of the COP with a three-stage piston bottom, divided into three equal in volume cavity I, II and III. Depending on the location of the candle, you can organize a two-stage or three-stage combustion process.

При расположении свечи в центральной плоскости II получается двухстадийный процесс сгорания. После искрового разряда в полости II начинается первая стадия горения. Фронт пламени поджимает еще несгоревшую смесь и она вытесняется в средние I и II полости через щель между ребром ступени днища поршня и поверхностью крышки. Вслед за несгоревшими газами выбрасывается факел горящих газов, который дополнительно турбулизирует газовую смесь в полостях I, II и способствует более быстрому и полному ее дожиганию на второй, завершающей стадии сгорания.When the candle is located in the central plane II, a two-stage combustion process is obtained. After a spark discharge in cavity II, the first stage of combustion begins. The flame front presses the still unburned mixture and it is forced into the middle I and II cavities through the gap between the edge of the piston bottom stage and the cover surface. Following unburned gases, a torch of burning gases is released, which additionally turbulizes the gas mixture in cavities I, II and contributes to its more rapid and complete afterburning at the second, final stage of combustion.

При расположении свечи в крайней, например, в полости I процесс сгорания будет протекать в три стадии. На первой стадии начинается развитие горения в I полости. Несгоревшая смесь, а затем и факел горящих газов через щель между первым ребром ступени и поверхностью крышки выбрасываются во II полость, и протекает вторая стадия сгорания. Далее несгоревшая смесь и факел пламени забрасываются через щель между вторым ребром ступени поршня и поверхностью крышки в III полость, и протекает третья завершающая стадия сгорания.When the candle is located in the extreme, for example, in the cavity I, the combustion process will proceed in three stages. At the first stage, the development of combustion in the first cavity begins. The unburned mixture, and then the torch of burning gases through the gap between the first rib of the stage and the surface of the lid are ejected into the II cavity, and the second stage of combustion proceeds. Then, the unburned mixture and the flame torch are thrown through the gap between the second rib of the piston stage and the surface of the cap into the III cavity, and the third final stage of combustion proceeds.

Технический результат - улучшение антидетонационных свойств и уменьшение газодинамических потерь двигателя.EFFECT: improved antiknock properties and reduced gas-dynamic engine losses.

Claims

The combustion chamber of a piston internal combustion engine, formed by a flat surface of the cover, part of the surface of the cylinder and the surface of the stepped bottom of the piston, and the plane of the connector cover and the cylinder block is made at an angle not equal to 90 ° to the axis of the cylinder, and the combustion chamber is divided into two or more wedge cavities with ribs of the piston bottom stages.