RU2343296C1 - Combustion chamber in internal combustion engine (versions) - Google Patents
Combustion chamber in internal combustion engine (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2343296C1 RU2343296C1 RU2007130128/06A RU2007130128A RU2343296C1 RU 2343296 C1 RU2343296 C1 RU 2343296C1 RU 2007130128/06 A RU2007130128/06 A RU 2007130128/06A RU 2007130128 A RU2007130128 A RU 2007130128A RU 2343296 C1 RU2343296 C1 RU 2343296C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- combustion chamber
- air storage
- storage chamber
- piston
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а именно к двигателям с камерой сгорания, разделенной на две части, и может найти применение в карбюраторных и дизельных двигателях внутреннего сгорания.The invention relates to piston internal combustion engines, and in particular to engines with a combustion chamber, divided into two parts, and can find application in carburetor and diesel internal combustion engines.
Получить качественную смесь топлива с воздухом существующими приборами смесеобразования практически невозможно. В камеру сгорания топливо попадает, в лучшем случае, в виде капель размером в один микрон, причем в этой капле находятся миллионы молекул углерода и водорода. Эти капли нужно испарить, термически разложить на отдельные атомы и перемешать с воздухом. Капля топлива в это время представляет из себя сферу с повышенным давлением внутри сферы, состоящей из газообразного водорода и атомарного негазообразного углерода. При этом внутри сферы создаются идеальные условия для образования сажи-графита и возможно очень мелких алмазов, которые частично приклеиваются к масляной пленке на стенке цилиндра и превращают постепенно масло в картере двигателя в темную протирочную пасту на основе графита и очень мелких алмазов. При хорошем перемешивании и некотором избытке воздуха все это на последнем этапе горения топлива может сгореть и двигатель при этом покажет высокую экономичность. Однако топливо в объеме камеры сгорания дизеля распределяется с большой неравномерностью, поэтому для качественного процесса сгорания приходится применять высокие коэффициенты избытка воздуха, равные 4,70-2,20 (Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990 г., стр.108).It is almost impossible to obtain a high-quality mixture of fuel with air with existing mixing devices. At best, the fuel enters the combustion chamber in the form of droplets the size of one micron, and in this drop are millions of molecules of carbon and hydrogen. These drops must be evaporated, thermally decomposed into individual atoms and mixed with air. A drop of fuel at this time is a sphere with increased pressure inside a sphere consisting of gaseous hydrogen and atomic non-gaseous carbon. At the same time, ideal conditions are created inside the sphere for the formation of carbon black and possibly very small diamonds, which partially adhere to the oil film on the cylinder wall and gradually turn the oil in the engine crankcase into a dark wiping paste based on graphite and very small diamonds. With good mixing and some excess air, all this at the last stage of fuel combustion can burn out and the engine will show high efficiency. However, fuel in the volume of the combustion chamber of a diesel engine is distributed with great unevenness, therefore, for a high-quality combustion process, it is necessary to use high coefficients of excess air equal to 4.70-2.20 (Lebedev O.N., Somov V.A., Kalashnikov S.A. Internal combustion engines of river vessels. M.: Transport, 1990, p. 108).
Для дизелей с диаметром поршня менее 150 мм используют полуразделенные и разделенные камеры сгорания, которые обеспечивают хорошее перемешивание топлива с воздухом при коэффициенте избытка воздуха 1,5-1,7 для полуразделенных камер сгорания и 1,25-1,35 для разделенных камер сгорания (Лебедев О.Н., Сотов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990 г., стр.114, 116, 117). Однако двигатели с этими камерами сгорания имеют повышенный расход топлива, вследствие дополнительных тепловых и аэродинамических потерь (при перетекании воздуха и газов из одной полости в другую), а также увеличенных тепловых потерь из-за большой теплоперепадающей поверхности.For diesel engines with a piston diameter of less than 150 mm, semi-separated and divided combustion chambers are used, which provide good mixing of fuel with air with an air excess ratio of 1.5-1.7 for semi-separated combustion chambers and 1.25-1.35 for divided combustion chambers ( Lebedev, O.N., Sotov, V.A., and Kalashnikov, S.A., Internal Combustion Engines of River Ships, Moscow: Transport, 1990, pp. 114, 116, 117). However, engines with these combustion chambers have increased fuel consumption due to additional heat and aerodynamic losses (when air and gases flow from one cavity to another), as well as increased heat loss due to the large heat transfer surface.
Наиболее близким аналогом является камера сгорания с предкамерным смесеобразованием (Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990 г., стр.117), в которой объем сжатия разделен на основную камеру и предкамеру, которая размещена в крышке цилиндра. Камеры соединены между собой несколькими каналами. Предкамера имеет сравнительно небольшой объем 25-40% камеры сгорания. Рабочий процесс предкамерного дизеля протекает следующим образом. В процессе сжатия воздух из надпоршневого пространства через соединительные каналы поступает в предкамеру. Это перетекание происходит при значительных перепадах давления (300-600 кПа) и с высокими скоростями, вследствие чего в предкамере возникает интенсивное неупорядоченное движение воздушного заряда. Топливо впрыскивается навстречу воздушному потоку, при этом топливо хорошо перемешивается с воздухом, воспламеняется и частично сгорает. Давление в предкамере резко повышается и смесь топлива, продуктов сгорания и воздуха начинает выбрасываться в основную камеру, при этом давление в предкамере резко падает. В основной камере в это время происходит интенсивное струйное смешение истекающей из предкамеры среды с воздухом и сгорание основной части топлива.The closest analogue is a combustion chamber with precamera mixture formation (Lebedev ON, Somov VA, Kalashnikov SA Internal combustion engines of river ships. M: Transport, 1990, p. 117), in which the volume compression is divided into the main chamber and the chamber, which is placed in the cylinder cover. The cameras are interconnected by several channels. The pre-chamber has a relatively small volume of 25-40% of the combustion chamber. The working process of pre-chamber diesel proceeds as follows. In the process of compression, air from the over-piston space through the connecting channels enters the pre-chamber. This overflow occurs at significant pressure drops (300-600 kPa) and at high speeds, as a result of which an intense disordered movement of the air charge occurs in the prechamber. Fuel is injected towards the air flow, while the fuel mixes well with air, ignites and partially burns. The pressure in the pre-chamber rises sharply and the mixture of fuel, combustion products and air begins to be ejected into the main chamber, while the pressure in the pre-chamber drops sharply. In the main chamber at this time, intense jet mixing of the medium flowing from the prechamber with air occurs and the main part of the fuel is burned.
Недостатки двигателей с разделенными камерами сгорания сводятся к следующему:The disadvantages of engines with separated combustion chambers are as follows:
- низкие пусковые свойства;- low starting properties;
- повышенный расход топлива;- increased fuel consumption;
- усложнена конструкция крышки цилиндра, что связано с размещением в ней дополнительной камеры.- the design of the cylinder cover is complicated, which is associated with the placement of an additional chamber in it.
По этой причине смесеобразование в разделенных камерах сгорания нашло применение в малоразмерных высокооборотных 4-х тактных дизелях. В 2-х тактных дизелях эти способы смесеобразования не используются ввиду трудности очистки дополнительных камер от отработанных газов.For this reason, mixture formation in divided combustion chambers has found application in small-sized, high-speed 4-stroke diesel engines. In 2-stroke diesel engines, these methods of mixture formation are not used due to the difficulty of cleaning additional chambers from exhaust gases.
Поставлена задача повысить интенсивность перемешивания топлива с воздухом во время сгорания с тем, чтобы обеспечить полноту сгорания топлива и соответственно повысить экономичность и моторесурс двигателя, повысить среднее индикаторное давление цикла, снизить дымность выхлопа на режиме максимальной мощности.The task is to increase the intensity of mixing fuel with air during combustion in order to ensure complete combustion of fuel and, accordingly, increase fuel efficiency and engine life, increase the average indicator pressure of the cycle, and reduce exhaust smoke at maximum power.
Эта задача решена следующим образом.This problem is solved as follows.
В соответствии с прототипом камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, ограниченная стенкой цилиндра, крышкой цилиндра и поршня, имеет дополнительную камеру-аккумулятор воздуха.In accordance with the prototype, the combustion chamber of the internal combustion engine, limited by the cylinder wall, the cylinder cover and the piston, has an additional air storage chamber.
Согласно изобретению:According to the invention:
- по первому варианту - камера-аккумулятор воздуха размещена в поршне двигателя и соединена с камерой сгорания соплом, причем ось сопла направлена через центр камеры сгорания, а объем камеры-аккумулятора воздуха равен 20-30% объема камеры сгорания, при этом камера-аккумулятор воздуха выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например из никелированной стали или керамических материалов;- according to the first embodiment, the air storage chamber is located in the engine piston and connected to the combustion chamber by the nozzle, the nozzle axis being directed through the center of the combustion chamber, and the volume of the air storage chamber is 20-30% of the volume of the combustion chamber, while the air storage chamber made of a material with low thermal conductivity, for example, nickel-plated steel or ceramic materials;
- по второму варианту - камера-аккумулятор размещена в крышке цилиндра и соединена соплом с камерой сгорания, причем ось сопла направлена через центр камеры сгорания, а объем камеры-аккумулятора воздуха равен 20-30% объема камеры сгорания, при этом камера-аккумулятор воздуха выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например из никелированной стали или керамических материалов;- according to the second embodiment, the chamber-accumulator is located in the cylinder cover and is connected by a nozzle to the combustion chamber, the nozzle axis being directed through the center of the combustion chamber, and the volume of the air-accumulator chamber is 20-30% of the volume of the combustion chamber, while the air-chamber chamber is made from a material with low thermal conductivity, for example, from nickel-plated steel or ceramic materials;
- по третьему варианту - камера-аккумулятор воздуха размещена отдельно от крышки цилиндра и соединена соплом с камерой сгорания, причем ось сопла направлена поперек цилиндра и камеры сгорания, а объем камеры-аккумулятора воздуха 20-30% объема камеры сгорания, при этом камера-аккумулятор воздуха выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например из никелированной стали или керамических материалов.- according to the third embodiment, the air storage chamber is located separately from the cylinder cover and is connected by the nozzle to the combustion chamber, the nozzle axis being directed across the cylinder and the combustion chamber, and the volume of the air storage chamber is 20-30% of the volume of the combustion chamber, while the battery chamber air is made of a material with low thermal conductivity, for example, nickel-plated steel or ceramic materials.
Далее сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:Further, the invention is illustrated by drawings, which depict:
- на Фиг.1 - камера сгорания с поршнем в верхней мертвой точке с дополнительной камерой-аккумулятором воздуха, размещенной в поршне;- figure 1 - combustion chamber with a piston at top dead center with an additional camera-accumulator of air placed in the piston;
- на Фиг.2 поясняется, как дополнительная камера-аккумулятор воздуха по первому варианту создает вихрь, перемешивающий топливо с воздухом во время начала рабочего хода;- figure 2 explains how the additional air storage chamber according to the first embodiment creates a vortex that mixes the fuel with air at the beginning of the working stroke;
- на Фиг.3 - размещение дополнительной камеры-аккумулятора воздуха в крышке цилиндра 2-х тактного двигателя с петлевой продувкой;- figure 3 - placement of an additional camera-air accumulator in the cylinder cover of a 2-stroke engine with loop blowing;
- на Фиг.4 - размещение дополнительной камеры-аккумулятора воздуха отдельно от крышки цилиндра 4-х тактного двигателя.- figure 4 - placement of an additional camera-air accumulator separately from the cylinder cover of a 4-stroke engine.
Устройство и работа камеры сгоранияThe device and operation of the combustion chamber
В цилиндре 1 надпоршневое пространство соединено с дополнительной камерой-аккумулятором воздуха 2 соплом 3. Камера сгорания 4 размещена в крышке цилиндра 5. Дополнительная камера-аккумулятор воздуха размещена в поршне 6 (Фиг.1, 2).In the
Камера сгорания работает следующим образом:The combustion chamber operates as follows:
когда поршень 6 находится в нижней мертвой точке и в цилиндре 1 заканчивается такт продувки цилиндра 1 свежим зарядом воздуха, давления воздуха в надпоршневом пространстве и в дополнительной камере-аккумуляторе воздуха равны.when the
В процессе сжатия воздух из надпоршневого пространства через сопло 3 перетекает в дополнительную камеру 2, где и накапливается. В конце сжатия в камеру сгорания 4 впрыскивается топливо, где оно воспламеняется и в камере сгорания 4 резко повышаются давление и температура газов, при этом в дополнительную камеру 2 будут перетекать сгоревшие продукты топлива. Под действием высокого давления газов поршень 6 пойдет вниз и начнется такт рабочего хода. Камера сгорания 4 увеличится в объеме, давление в камере сгорания уменьшится и наступит момент, когда давления газов в камере сгорания 4 и давление воздуха в дополнительной камере-аккумуляторе воздуха сравняются. Вскоре давление в дополнительной камере 2 будет выше и воздух, аккумулированной в дополнительной камере 2, через сопло 3 пойдет через центр камеры сгорания 4, упрется в центр крышки цилиндра 5, разойдется по краям камеры сгорания 4 и свободной части цилиндра 1. При этом образуется вихревой тор (Фиг.2) из газов, нагретых в камере сгорания 4, и воздуха из дополнительной камеры 2. Перемешивание газов будет весьма интенсивным и будет способствовать полному сгоранию топлива при малом избытке воздуха. Подача воздуха из дополнительной камеры-аккумулятора воздуха 2 начнется, когда процесс горения еще не завершен, и будет продолжаться на протяжении всего рабочего хода. Однако основная часть воздуха покинет дополнительную камеру 2 до прихода поршня в среднее положение, обеспечив при этом полное сжигание топлива.In the process of compression, air from the over-piston space through the
Работа камеры сгорания по Фиг.3 отличается от вышеописанной работы камеры по Фиг.1 тем, что воздух из дополнительной камеры 7, размещенной в крышке цилиндра 8, через сопло 9 пойдет к центру поршня 10, потом к стенке цилиндра 11 и в камеру сгорания 12, создав вихрь газов в виде тора с направлением вращения, указанным стрелками.The operation of the combustion chamber of FIG. 3 differs from the above-described operation of the chamber of FIG. 1 in that the air from the
Работа камеры сгорания по Фиг.4 отличается от вышеописанных работ камер сгорания по Фиг.1 и Фиг.3 тем, что дополнительная камера-аккумулятор воздуха 13 размещена отдельно от крышки цилиндра 14 как самостоятельная деталь. В камеру сгорания 15 входит сопло 16, которое и во время начала рабочего хода создает струю воздуха поперек цилиндра 17, образуя два вихря в камере сгорания 15. Эти два вихря вращаются от струи воздуха: один - влево, а другой - вправо, обеспечивая перемешивание топлива и воздуха во время процесса сгорания.The operation of the combustion chamber of FIG. 4 differs from the above-described operations of the combustion chambers of FIG. 1 and FIG. 3 in that the additional
Размещение дополнительной камеры в поршне вызывает повышение термического напряжения в поршне, поэтому можно предположить, что дополнительную камеру нужно изготавливать из никелевой стали, имеющей низкую теплопроводность, или из керамических материалов. Некоторые фирмы имеют опыт применения керамики в двигателях внутреннего сгорания.Placing an additional chamber in the piston causes an increase in thermal stress in the piston; therefore, it can be assumed that the additional chamber should be made of nickel steel having low thermal conductivity, or of ceramic materials. Some firms have experience using ceramics in internal combustion engines.
Технический результат изобретения:The technical result of the invention:
- повышение интенсивности перемешивания топлива с воздухом во время сгорания;- increase the intensity of mixing fuel with air during combustion;
- обеспечение полноты сгорания топлива;- ensuring the completeness of fuel combustion;
- повышение экономичности двигателя;- increase engine efficiency;
- повышение моторесурса двигателя;- increase engine life;
- снижение токсичности и дымности выхлопных газов на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания.- reduction of toxicity and smoke of exhaust gases in all operating modes of the internal combustion engine.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007130128/06A RU2343296C1 (en) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | Combustion chamber in internal combustion engine (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007130128/06A RU2343296C1 (en) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | Combustion chamber in internal combustion engine (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2343296C1 true RU2343296C1 (en) | 2009-01-10 |
Family
ID=40374208
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007130128/06A RU2343296C1 (en) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | Combustion chamber in internal combustion engine (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2343296C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499148C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" | Ice combustion chamber with air accumulator |
US9243805B2 (en) | 2008-10-30 | 2016-01-26 | Power Generation Technologies Development Fund, L.P. | Toroidal combustion chamber |
US10401032B2 (en) | 2008-10-30 | 2019-09-03 | Power Generation Technologies Development Fund, L.P. | Toroidal combustion chamber |
-
2007
- 2007-08-06 RU RU2007130128/06A patent/RU2343296C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9243805B2 (en) | 2008-10-30 | 2016-01-26 | Power Generation Technologies Development Fund, L.P. | Toroidal combustion chamber |
US10401032B2 (en) | 2008-10-30 | 2019-09-03 | Power Generation Technologies Development Fund, L.P. | Toroidal combustion chamber |
RU2499148C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" | Ice combustion chamber with air accumulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5933698B2 (en) | Hybrid internal combustion engine (other similar devices) | |
US7905221B2 (en) | Internal combustion engine | |
WO2006024209A1 (en) | An engine of a gas-steam turbine type | |
JP2022106738A (en) | System and method with improved compression ignition engine | |
RU2343296C1 (en) | Combustion chamber in internal combustion engine (versions) | |
KR20080007029A (en) | An implosion engine using brown-gas and a method for driving the same | |
JP2018009530A (en) | Internal combustion engine | |
US4913098A (en) | Waste heat steam supercharger | |
AU751397B2 (en) | Method and device for converting heat into work | |
RU2681873C2 (en) | Method for supplying fuel into internal combustion engine (ice) and system with steam generator for implementation thereof | |
EP3462006B1 (en) | Two-valve internal combustion engine | |
CN100507232C (en) | Air preheating micro-free-piston engine for common use of intake pipe and exhaust pipe | |
JP3225780U (en) | Low-speed large engine | |
WO2007080746A1 (en) | Premixing compression self-ignition combustion engine | |
KR100964634B1 (en) | Small size engine using a vortex tube | |
KR20080042072A (en) | Combustion engine | |
Mohandas et al. | Review of six stroke engine and proposal for alternative fuels | |
Kawamura et al. | Development of an adiabatic engine installed energy recover turbines and converters of CNG fuel | |
CN207620934U (en) | A kind of combustion engine energy-saving emission reduction device | |
WO1988000649A1 (en) | Water intake device for internal combustion engines | |
RU2721765C1 (en) | Four-stroke diesel engine with external combustion chamber | |
RU2231655C2 (en) | Internal combustion engine | |
CN201354689Y (en) | Small-sized energy-saving petrol motor | |
RU2044900C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2300646C2 (en) | Design of universal fuel pollution-free two-stroke internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090807 |