RU2574697C1 - Internal combustion engine and igniter - Google Patents

Internal combustion engine and igniter Download PDF

Info

Publication number
RU2574697C1
RU2574697C1 RU2015100857/06A RU2015100857A RU2574697C1 RU 2574697 C1 RU2574697 C1 RU 2574697C1 RU 2015100857/06 A RU2015100857/06 A RU 2015100857/06A RU 2015100857 A RU2015100857 A RU 2015100857A RU 2574697 C1 RU2574697 C1 RU 2574697C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spark plug
housing
igniter
slots
outlets
Prior art date
Application number
RU2015100857/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Application granted granted Critical
Publication of RU2574697C1 publication Critical patent/RU2574697C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: claimed ICE comprises at least one cylinder with a piston, a cylinder head with a fuel-air mix injection system, at least one intake valve, and a discharge system with at least one discharge valve, and an igniter. The latter comprises a spark plug, an antechamber and means for fuel-air swirling along the cylinder axis in the combustion chamber between the cylinder head and the piston. Note here that the said swirling means is composed by the antechamber. The latter has a housing with an inlet for a spark plug to be screwed therein and tangential outlets at the housing inner part. It differs from the known designs in that it exploits the laser spark plug with its focus located at the intersection of axes of the said outlets. The claimed igniter includes the spark plug and antechamber composed of the housing with an inner chamber, a spark plug seat bore in the housing transition part and the housing inner part with outlets. The latter are inclined to the igniter axis. It differs from the known designs in that it exploits the laser spark plug with its focus located at the intersection of axes of the said outlets. The total area of the said outlets can be larger than the ignition chamber cross-section area. At least a part of the said outlets are shaped to slots. The said slots can be composed by rectangular plates. The said slots can be composed by streamline profiles. The said slots can be radial. The central part of the housing inner part can be provided with a cowl. The axial bore can be made along the cowl mirror axis.
EFFECT: decreased sizes, higher ignition efficiency, fuel saving, higher reliability.
11 cl, 9 dwg

Description

Группа изобретений относится к свечам зажигания, в частности к улучшенной свече зажигания, которая способна значительно улучшить эффективность распространения искры зажигания и эффективность сжигания топлива при использовании в двигателе внутреннего сгорания - ДВС, как карбюраторных, так и инжекторных и дизельных, а также в роторных двигателях, газопоршневых и других типах двигателей и в энергетических установках.The group of inventions relates to spark plugs, in particular to an improved spark plug, which can significantly improve the efficiency of distribution of the spark and the efficiency of fuel combustion when used in an internal combustion engine - internal combustion engine, both carbureted and injection and diesel, as well as in rotary engines, gas piston and other types of engines and in power plants.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Обычно боковой заземленный электрод свечи зажигания изогнут и имеет L-образную форму, будучи перпендикулярным к направлению осевого центрального электрода так, чтобы поперечное сечение разрядной части, так называемой «мини-форкамеры», обращенной к осевому центральному электроду, было прямоугольным.Usually the lateral grounded electrode of the spark plug is bent and L-shaped, being perpendicular to the direction of the axial central electrode so that the cross section of the discharge part, the so-called “mini-chamber”, facing the axial central electrode, is rectangular.

Когда возникает искровой разряд свечи зажигания, искра появляется между осевым центральным электродом и концевой разрядной частью заземленного электрода, расположенной ниже осевого центрального электрода. Газовая смесь в искровом промежутке, сформированном этими электродами, воспламеняется за счет искры так, что сжатая газовая смесь воспламеняется сначала в «мини-форкамере» между электродами, а потом горизонтально истекающий факел воспламеняет остальную ТВС. В обычных конструкциях высокое давление газа, вызванное воспламенением, может быть заблокировано концевой разрядной частью так, что эффект распространения горения на воздушно-топливную газовую смесь в камере сгорания является недостаточно хорошим. А запуск двигателя при отрицательных температурах вообще вызывает затруднение из-за охлаждения воспламеняющего факела от холодных металлических частей головки цилиндра.When a spark discharge occurs, the spark appears between the axial central electrode and the end discharge part of the grounded electrode located below the axial central electrode. The gas mixture in the spark gap formed by these electrodes is ignited by the spark so that the compressed gas mixture is ignited first in the “mini-chamber” between the electrodes, and then the horizontally expiring torch ignites the rest of the fuel assembly. In conventional designs, the high gas pressure caused by ignition can be blocked by the end discharge part so that the effect of the propagation of combustion on the air-fuel gas mixture in the combustion chamber is not good enough. And starting the engine at low temperatures generally causes difficulty due to the cooling of the flaming flame from the cold metal parts of the cylinder head.

Когда остаточный углерод (продукт неполного сгорания топливовоздушной смеси - ТВС) остается в искровом промежутке между электродами, то углерод может накапливаться и изменяться от фазы частиц до фазы соединения на поверхностях электродов так, что между электродами может возникнуть короткое замыкание. В таком состоянии, даже при подаче напряжения, искра может не возникать, что ведет к серьезным проблемам вплоть до остановки двигателя или выпуску топливовоздушной смеси через выхлопную трубу без сгорания. Когда несгоревшая газовая смесь выпускается в выхлопную трубу, часто проявляется эффект обратной вспышки, при этом проявляется аварийный эффект и снижается эффективность сгорания. Выход из строя одного из нескольких цилиндров может длительное время оставаться без внимания, что приводит к поломке двигателя из-за дисбаласа роторных частей.When the residual carbon (the product of incomplete combustion of the fuel-air mixture - FA) remains in the spark gap between the electrodes, carbon can accumulate and change from the phase of the particles to the phase of the connection on the surfaces of the electrodes so that a short circuit can occur between the electrodes. In this state, even when voltage is applied, a spark may not occur, which leads to serious problems up to stopping the engine or releasing the air-fuel mixture through the exhaust pipe without combustion. When an unburned gas mixture is discharged into the exhaust pipe, a reverse flash effect is often manifested, with an emergency effect and a reduced combustion efficiency. The failure of one of several cylinders can remain unattended for a long time, which leads to engine failure due to imbalance of the rotor parts.

Во время работы ДВС из-за коррозии может появиться трещина на конце осевого центрального электрода, что приводит к возникновению критического повреждения. Срок службы свечи зажигания может снизиться из-за такого дефектаDuring the operation of the internal combustion engine, a crack may appear at the end of the axial central electrode due to corrosion, which leads to critical damage. Spark plug life may be reduced due to such a defect.

Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2366053, МПК Н01Т 13/20, опубл. 27.08.2009 г. Эта свеча зажигания содержит центральный электрод и боковой электрод цилиндрической формы, между ними образуется «мини-форкамера». Искровой разряд осуществляется на цилиндрическую стенку, а выход продуктов сгорания осуществляется в кольцевой зазор.Known spark plug according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2366053, IPC Н01Т 13/20, publ. August 27, 2009. This spark plug contains a central electrode and a side electrode of cylindrical shape, between them a “mini-chamber” is formed. Spark discharge is carried out on a cylindrical wall, and the output of combustion products is carried out in an annular gap.

Недостаток этой свечи - возможное засорение кольцевого зазора из-за отложения твердых частиц продуктов сгорания на обоих электродах, особенно при работе на обогащенной смеси.The disadvantage of this candle is the possible clogging of the annular gap due to the deposition of solid particles of combustion products on both electrodes, especially when working on an enriched mixture.

Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2366052, МПК Н01Т 13/00, опубл. 27.08.2009 г. Эта свеча содержит центральный электрод и Г-образный боковой электрод, плоскость которого скручена по длине для создания вихревого движения продуктов сгорания.Known spark plug according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2366052, IPC Н01Т 13/00, publ. August 27, 2009. This candle contains a central electrode and a L-shaped side electrode, the plane of which is twisted along the length to create a vortex motion of the combustion products.

Недостаток - плохой запуск двигателя при отрицательных температурах.The disadvantage is poor engine starting at low temperatures.

Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2360342, МПК Н01Т 13/54, опубл. 27.06.2009 г. Known spark plug according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2360342, IPC Н01Т 13/54, publ. 06/27/2009

Эта свеча содержит центральный и боковой электроды и две форкамеры, установленные последовательно.This candle contains a central and side electrodes and two prechambers mounted in series.

Недостатки: конструктивная сложность свечи, ее большие осевые габариты и высокая стоимость.Disadvantages: constructive complexity of the candle, its large axial dimensions and high cost.

Известно, что для бесперебойной работы свечи зажигания нижняя часть изолятора (тепловой конус) должна иметь температуру примерно 500-600°C. При температуре ниже указанной на свече образуется слой нагара и она начинает работать с перебоями. Недостаточная температура нагрева изолятора и электродов свечи особенно сильно проявляется при запуске холодного двигателя в условиях отрицательных температур, когда пары топлива частично конденсируются и надежность воспламенения смеси обусловлена не только ее ионизацией, но и нагревом прилегающего к электродам объема газа. Для повышения надежности работы системы зажигания в условиях отрицательных температур применяют свечи с принудительным электроподогревом.It is known that for the trouble-free operation of the spark plug, the lower part of the insulator (thermal cone) should have a temperature of about 500-600 ° C. At a temperature lower than indicated on the candle, a layer of soot forms and it begins to work intermittently. The insufficient heating temperature of the insulator and the spark plug electrodes is especially pronounced when the cold engine starts at negative temperatures, when the fuel vapor partially condenses and the ignition reliability of the mixture is due not only to its ionization, but also to the heating of the gas volume adjacent to the electrodes. To increase the reliability of the ignition system in conditions of negative temperatures, candles with forced electric heating are used.

Известна, например, свеча зажигания, содержащая металлический корпус, изолятор и нагревательный элемент, размещенный в кольцевой проточке, выполненной на боковой стенке изолятора, в его части, закрытой корпусом по А.С. СССР №1802382, МПК Н01Т 13/00, опубл. 1993 г. Known, for example, a spark plug containing a metal housing, an insulator and a heating element placed in an annular groove made on the side wall of the insulator, in its part, closed by a housing according to A.S. USSR No. 1802382, IPC Н01Т 13/00, publ. 1993 year

Недостатком такой конструкции является то, что нагревательный элемент может быть встроен в свечу только при ее изготовлении. Однако актуальной является также задача модернизации уже изготовленных свечей.The disadvantage of this design is that the heating element can be integrated into the candle only during its manufacture. However, the urgent task is the modernization of already made candles.

Известна свеча зажигания, содержащая «мини-форкамеру» по патенту РФ на изобретение №2356145, МПК Н01Т 13/20, опубл. 20.05.2009 г. Known spark plug containing "mini-prechamber" according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2356145, IPC Н01Т 13/20, publ. 05/20/2009

Эта свеча зажигания содержит осевой центральный электрод для искрового разряда и боковой заземленный электрод, находящийся напротив осевого центрального электрода относительно искрового промежутка, с круглой частью в плане, имеющей центральное круглое отверстие, выполненное на разрядном конце бокового округлого электрода. При этом свеча зажигания включает множество спиральных выступов, которые выступают из внутренней стороны круглой части в направлении центрального круглого отверстия так, чтобы сформировать турбулентный поток в газовой смеси, когда газ, сжатый во время хода сжатия, подается в искровой промежуток через центральное круглое отверстие. Техническим результатом является улучшение эффективности распространения искры за счет обеспечения лучшего смешивания в искровом промежутке между электродами, обеспечение функции генерации турбулентного потока, а также увеличение силы воспламенения.This spark plug contains an axial central electrode for a spark discharge and a side grounded electrode opposite the axial central electrode relative to the spark gap, with a circular portion in plan having a central circular hole formed at the discharge end of the lateral rounded electrode. In this case, the spark plug includes a plurality of spiral projections that protrude from the inner side of the circular part in the direction of the central circular opening so as to form a turbulent flow in the gas mixture when gas compressed during the compression stroke is supplied into the spark gap through the central circular opening. The technical result is to improve the efficiency of spark propagation by providing better mixing in the spark gap between the electrodes, providing a function of generating a turbulent flow, and also increasing the ignition force.

Недостатки этого устройства: низкая эффективность искрового разряда, обусловленная несоответствием формы, размером и взаимным расположением электродов, оптимальным для электрического разряда в газовом промежутке. Недостатком является то, что площадь центрального отверстия выполнена меньше площади поперечного сечения центрального электрода. Это дает несколько отрицательных результатов: закручивающее устройство малоэффективно и не выполняет своей функции по двум причинам:The disadvantages of this device are the low efficiency of the spark discharge due to the mismatch of the shape, size and relative position of the electrodes, which is optimal for an electric discharge in the gas gap. The disadvantage is that the area of the Central hole is made smaller than the cross-sectional area of the Central electrode. This gives several negative results: the twisting device is ineffective and does not perform its function for two reasons:

- средства закрутки имеют очень маленькую высоту (из-за небольшого диаметра отверстия) и, располагаясь в пределах пограничного слоя потока, не влияют на характер движения основной массы потока, истекающего из отверстия;- the spinning means have a very small height (due to the small diameter of the hole) and, being located within the boundary layer of the stream, do not affect the nature of the movement of the bulk of the stream flowing out of the hole;

- закрутка осуществляется в горизонтальной плоскости, что не способствует внедрению факела в значительный объем камеры сгорания цилиндра ДВС, который обычно располагается ниже свечи.- the spin is carried out in a horizontal plane, which does not contribute to the introduction of the torch into a significant volume of the combustion chamber of the internal combustion engine cylinder, which is usually located below the candle.

Кроме того, этому техническому решению присущи еще несколько недостатков:In addition, this technical solution has several more disadvantages:

- отверстие малого диаметра легче забивается продуктами неполного сгорания ТВС;- a small diameter hole is more easily clogged by fuel assembly incomplete combustion products;

- отверстие выполняет роль выходного сопла «мини-форкамеры» и при малой площади отверстия мощность факела незначительна и не может обеспечить запуск ДВС при отрицательных температурах. Роль второго сопла выполняют боковые зазоры между центральным и боковым электродами, но истекающие из них вдоль головки непрогретого цилиндра продукты сгорания резко охлаждаются и не могут воспламенить весь объем камеры сгорания цилиндра. Традиционно применяемый способ запуска с обогащением ТВС приводит к перерасходу топлива, износу поршневой системы ДВС и к отложению копоти на электродах.- the hole acts as the output nozzle of the “mini-prechamber” and with a small area of the hole, the torch power is insignificant and cannot ensure the start of the internal combustion engine at low temperatures. The role of the second nozzle is played by the lateral gaps between the central and side electrodes, but the combustion products flowing out along the head of the unheated cylinder are sharply cooled and cannot ignite the entire volume of the combustion chamber of the cylinder. The traditionally used start-up method with fuel assembly enrichment leads to excessive fuel consumption, wear of the internal combustion engine piston system and deposits of soot on the electrodes.

Известен воспламенитель по патенту РФ на изобретение №2169885, МПК F23Q 9/00, опубл. 27.06.2001 г. Known igniter according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2169885, IPC F23Q 9/00, publ. 06/27/2001

Признаки, общие с предложенным техническим решением: корпус форкамеры, полость воспламенения и отверстия подачи ТВС в форкамеру и выброса факела.Signs common with the proposed technical solution: prechamber housing, ignition cavity and fuel supply holes in the prechamber and torch discharge.

Недостатки прототипа: большие габариты. Вес и конструктивная сложность из-за наличия большого количества деталей. В то же время при уменьшении габаритов форкамеры она не будет выполнять своей основной функции; надежно воспламенять ТС (топливовоздушную смесь).The disadvantages of the prototype: large dimensions. Weight and structural complexity due to the presence of a large number of parts. At the same time, with a decrease in the size of the prechamber, it will not fulfill its main function; reliably ignite the vehicle (air-fuel mixture).

Известна форкамера ДВС по св. РФ на полезную модель №60635, МПК F02D 19/10, опубл. 27.01.2007 г. Known pre-chamber ICE for St. RF for utility model No. 60635, IPC F02D 19/10, publ. 01/27/2007

Вихревая форкамера двигателя внутреннего сгорания по этому патенту содержит цилиндрический корпус с наружной и внутренней резьбами, внутренней полостью, нижним отверстием и боковыми факельными каналами, при этом боковые факельные каналы имеют три угла отклонения в пространстве форкамеры. Нижнее и боковые отверстия расположены на коническом днище.The vortex prechamber of an internal combustion engine according to this patent comprises a cylindrical body with external and internal threads, an internal cavity, a lower hole and side flare channels, while the side flare channels have three deflection angles in the chamber chamber. The lower and side openings are located on a conical bottom.

Недостаток - низкая эффективность форкамеры вследствие того, что суммарная площадь отверстий меньше площади поперечного сечения камеры воспламенения. Это приводит к дросселированию при заполнении камеры ТВС и уменьшению ее дозы и мощности факелов воспламенения. Увеличение площади отверстий технически не осуществимо из-за того, что это приведет к выступанию конического днища внутрь цилиндра двигателя внутреннего сгорания.The disadvantage is the low efficiency of the prechamber due to the fact that the total area of the holes is less than the cross-sectional area of the ignition chamber. This leads to throttling when filling the fuel assembly chamber and reducing its dose and the power of the ignition torches. The increase in the area of the holes is not technically feasible due to the fact that this will lead to the protrusion of the conical bottom inside the cylinder of the internal combustion engine.

Известна форкамера ДВС по патенту РФ на полезную модель №30396, МПК F02B 19/00, опубл. 27.06.2003 г. Known pre-chamber ICE according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 30396, IPC F02B 19/00, publ. 06/27/2003

Форкамера двигателя внутреннего сгорания содержит полость (камеру воспламенения), осевой факельный канал и боковые факельные каналы, выполненные под углом к продольной оси, боковые факельные каналы в плане выполнены под углом к радиусам, проходящим через ось форкамеры и расположены на коническом днище. Коническое днище имеет большой угол при вершине от 60 до 90 град., т.к при малых углах его длина будет велика и возможно задевание поршня в верхней мертвой точке. Так как длина конического днища ограничена, то ограничены и количество отверстий, и их площадь. Кроме того, углы установки всех боковых отверстий одинаковые, что ограничивает диаметр общего воспламеняющего факела. Эффект закрутки недостаточен, так как объем форкамеры составляет менее 1% от объема цилиндра ДВС и весь объем ТВС в полости цилиндра невозможно закрутить.The prechamber of the internal combustion engine contains a cavity (ignition chamber), an axial flare channel and side flare channels made at an angle to the longitudinal axis, side flare channels in plan are made at an angle to the radii passing through the axis of the prechamber and are located on a conical bottom. The conical bottom has a large angle at the apex from 60 to 90 degrees, because at small angles its length will be large and it is possible to touch the piston at top dead center. Since the length of the conical bottom is limited, both the number of holes and their area are limited. In addition, the installation angles of all side holes are the same, which limits the diameter of the total flammable flame. The twist effect is insufficient, since the volume of the prechamber is less than 1% of the volume of the engine cylinder and the entire volume of the fuel assembly in the cylinder cavity cannot be twisted.

Недостаток этого технического решения: низкая эффективность форкамеры вследствие того, что суммарная площадь отверстий меньше площади поперечного сечения камеры воспламенения. Это приводит к дросселированию при заполнении камеры ТВС и уменьшению ее дозы и, как следствие, мощности факелов воспламенения.The disadvantage of this technical solution is the low efficiency of the prechamber due to the fact that the total area of the holes is less than the cross-sectional area of the ignition chamber. This leads to throttling when filling the fuel assembly chamber and reducing its dose and, as a consequence, the power of the ignition torches.

Известна форкамера ДВС по патенту РФ на полезную модель №16, МПК F02B 19/16, опубл. 25.06.1994 г. Known pre-chamber ICE according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 16, IPC F02B 19/16, publ. 06/25/1994

Выносная форкамера для двигателя внутреннего сгорания с движущимся потоком топлива на воздушной смеси, содержащая корпус, полость со свечой зажигания и переходной канал, отличающаяся тем, что в сопло переходного канала помещена пластина-завихритель, закрученная на угол поворота (1/2)*пи - (2/3)*пи рад (90-120°).A remote prechamber for an internal combustion engine with a moving fuel flow in an air mixture, comprising a housing, a cavity with a spark plug and a transition channel, characterized in that a swirl plate is placed in the transition channel nozzle, twisted by an angle of rotation (1/2) * pi - (2/3) * pi rad (90-120 °).

Недостаток сложность конструкции, ненадежное воспламенение ТВС из-за малой мощности воспламеняющего факела.The disadvantage is the design complexity, unreliable ignition of the fuel assembly due to the low power of the igniting torch.

Известны двигатель внутреннего сгорания и воспламенитель по патенту JP №2011038465, МПК F02B 19/12, опубл. 24.02.2011 г. - прототип.Known internal combustion engine and igniter according to patent JP No. 20111038465, IPC F02B 19/12, publ. 02.24.2011 - the prototype.

Двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, головку цилиндров, с системой впуска топливовоздушной смеси с, по меньшей мере, одним впускным клапаном и систему выпуска с, по меньшей мере, одним выпускным клапаном и воспламенитель, содержащий, в свою очередь, свечу зажигания, форкамеру и средство закрутки для закрутки потока топливовоздушной смеси вдоль оси цилиндра в камере сгорания между головкой цилиндра и поршнем, при этом средство закрутки выполнено в виде форкамеры, имеющей корпус с входным отверстием, в которое ввернута свеча зажигания, и выходными отверстиями, выполненными тангенциально на внутренней части корпуса,An internal combustion engine comprises at least one cylinder with a piston, a cylinder head, with an air-fuel mixture intake system with at least one intake valve, and an exhaust system with at least one exhaust valve and an ignitor, comprising in turn, a spark plug, a pre-chamber and a swirl means for swirling the flow of air-fuel mixture along the axis of the cylinder in the combustion chamber between the cylinder head and the piston, while the swirl means is made in the form of a pre-chamber having a housing with an inlet it, into which is screwed the spark plug and outlet ports defined tangentially on the inner housing portion,

Задачей создания изобретения является создание простого воспламенителя малых габаритов, обеспечивающего более надежное зажигание при запуске ДВС особенно при низких температурах, более полное сгорание ТВС и надежность.The objective of the invention is to create a simple small-sized igniter that provides more reliable ignition when starting an internal combustion engine, especially at low temperatures, more complete combustion of fuel assemblies and reliability.

Достигнутый технический результат: увеличение мощности воспламеняющей струи и ее воспламеняющего эффекта.Achieved technical result: increased power of the igniting jet and its igniting effect.

Решение указанных задач достигнуто в двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, головку цилиндров, с системой впуска топливовоздушной смеси, с по меньшей мере, одним впускным клапаном и систему выпуска с, по меньшей мере, одним выпускным клапаном и воспламенитель, содержащий, в свою очередь, свечу зажигания, форкамеру и средство закрутки для закрутки потока топливовоздушной смеси вдоль оси цилиндра в камере сгорания между головкой цилиндра и поршнем, при этом средство закрутки выполнено в виде форкамеры, имеющей корпус с входным отверстием, в которое ввернута свеча зажигания, и выходными отверстиями, выполненными тангенциально на внутренней части корпуса, тем, что свеча зажигания выполнена лазерной, а фокус лазерной свечи зажигания выполнен в точке пересечения осей выходных отверстий.The solution of these problems was achieved in an internal combustion engine containing at least one cylinder with a piston, a cylinder head, with an air-fuel mixture intake system, with at least one intake valve and an exhaust system with at least one exhaust valve and an ignitor, which in turn contains a spark plug, a prechamber and a swirl means for swirling the flow of the air-fuel mixture along the cylinder axis in the combustion chamber between the cylinder head and the piston, wherein the swirl means is made in the form of amers having a housing with an inlet opening, into which is screwed the spark plug and outlet ports defined tangentially on the inside of the housing, so that the spark plug is made of laser, and focus the laser spark plug is formed at the intersection of the axes of the outlet openings.

Решение указанных задач достигнуто в воспламенителе, содержащем свечу зажигания и форкамеру, имеющую корпус с внутренней полостью, входное отверстие для установки свечи зажигания в переходной части корпуса, внутреннюю часть корпуса с выходными отверстиями в нем, выполненными под углом к оси воспламенителя, тем, что свеча зажигания выполнена лазерной, а фокус лазерной свечи зажигания выполнен в точке пересечения осей выходных отверстий.The solution of these problems has been achieved in an igniter containing a spark plug and a prechamber having a housing with an internal cavity, an inlet for installing a spark plug in the transitional part of the housing, an internal part of the housing with outlet openings made at an angle to the axis of the igniter, in that the candle The ignition is made by laser, and the focus of the laser spark plug is made at the point of intersection of the axes of the outlet openings.

Площадь выходных отверстий может быть выполнена больше площади поперечного сечения внутренней полости форкамеры. По меньшей мере, часть выходных отверстий может быть выполнена в форме щелей. Щели могут быть образованы прямоугольными пластинами. Щели могут быть образованы обтекаемыми профилями. Щели могут быть выполнены радиальными. В центральной части внутренней части корпуса может быть выполнен обтекатель. Вдоль оси симметрии обтекателя может быть выполнено осевое отверстие.The area of the outlet openings can be made larger than the cross-sectional area of the inner cavity of the prechamber. At least part of the outlet openings may be in the form of slots. Slots may be formed by rectangular plates. Slots can be formed by streamlined profiles. Slots can be made radial. A fairing may be provided in the central part of the inner part of the housing. An axial hole may be made along the axis of symmetry of the fairing.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…9, гдеThe invention is illustrated in FIG. 1 ... 9, where

- на фиг. 1 представлен воспламенитель в сборе,- in FIG. 1 shows an igniter assembly,

- на фиг. 2 приведен разрез А-А,- in FIG. 2 shows a section aa,

- на фиг. 3 приведен корпус форкамеры в сборе,- in FIG. 3 shows the housing of the prechamber assembly,

- на фиг. 4 приведен разрез В-В,- in FIG. 4 shows a section bb,

- на фиг. 5 приведена вторая деталь форкамеры, разрез В-В.- in FIG. 5 shows the second part of the prechamber, section BB.

- на фиг. 6 приведен вариант второй детали с пластинами, разрез В-В,- in FIG. 6 shows a variant of the second part with plates, section BB,

- на фиг. 7 приведен вариант второй детали с обтекаемыми профилями,- in FIG. 7 shows a variant of the second part with streamlined profiles,

- на фиг. 8 приведен разрез С-С,- in FIG. 8 shows a section CC

- на фиг. 9 приведен вариант устройства с нижней частью форкамеры в форме части эллипсоида вращения и лазерной свечой зажигания.- in FIG. Figure 9 shows a variant of the device with the lower part of the prechamber in the form of a part of an ellipsoid of revolution and a laser spark plug.

ДВС (фиг. 1…9) содержит, по меньшей мере, один цилиндр 1 с поршнем 2, головку цилиндров 3, прокладку 4. Между головкой цилиндров 3 и поршнем 2 выполнена камера сгорания 5.The internal combustion engine (Fig. 1 ... 9) contains at least one cylinder 1 with a piston 2, a cylinder head 3, a gasket 4. A combustion chamber 5 is made between the cylinder head 3 and the piston 2.

На головке цилиндров 3 выполнены системы подвода топливовоздушной смеси 6 и система выхлопа 7. Также на головке цилиндров 3 установлен, по меньшей мере, один впускной клапан 8 во впускном окне 9 и, по меньшей мере, один выпускной клапан 10 в выпускном окне 11.At the cylinder head 3, air-fuel mixture supply systems 6 and an exhaust system 7 are made. At least one inlet valve 8 in the inlet window 9 and at least one exhaust valve 10 in the outlet window 11 are also mounted on the cylinder head 3.

Кроме того, в головке цилиндров 3 установлен воспламенитель, содержащий свечу зажигания 12 и форкамеру 13, которая состоит из двух частей - переходной 14 и внутренней части 15. Во внутренней части 15 выполнена камера воспламенения 16, которая сообщается с камерой сгорания 6 выходными отверстиями 17, которые выполнены под углом к оси О1О1 воспламенителя. В системе впуска топливовоздушной смеси 6 непосредственно перед впускным(впускными) клапаном(нами) 8 установлено средство закрутки потока 18.In addition, in the cylinder head 3, an igniter is installed, containing a spark plug 12 and a pre-chamber 13, which consists of two parts - a transition 14 and an inner part 15. In the inner part 15 there is an ignition chamber 16, which communicates with the combustion chamber 6 by the outlet openings 17, which are made at an angle to the axis O1O1 of the igniter. In the air-fuel mixture intake system 6, immediately before the inlet (intake) valve (s) 8, a means for swirling the flow 18 is installed.

Кроме того, на торце 18 поршня 2 выполнено углубление 19 для размещения в нем закручивающих ТВС в момент зажигания вихрей в камере сгорания 5. Камера сгорания 5 образована внутри цилиндра 1 между поршнем 2 и головкой цилиндра 3.In addition, a recess 19 is made at the end face 18 of the piston 2 to accommodate the twisting fuel assemblies in it at the moment of ignition of the vortices in the combustion chamber 5. The combustion chamber 5 is formed inside the cylinder 1 between the piston 2 and the cylinder head 3.

Выходные отверстия 17 (все или только их часть) могут быть образованы пластинами 20 (фиг. 5) или обтекаемыми профилями 21 (фиг.6 ).The outlet openings 17 (all or only part thereof) can be formed by plates 20 (FIG. 5) or streamlined profiles 21 (FIG. 6).

В центральной части внутренней части 9 форкамеры 6 выполнен обтекатель 22, в центре которого вдоль оси симметрии О1О1 может быть выполнено осевое отверстие 23 (фиг. 7 и 8).A fairing 22 is made in the central part of the inner part 9 of the prechamber 6, in the center of which an axial hole 23 can be made along the axis of symmetry O1O1 (Figs. 7 and 8).

Внутренняя часть 15 может быть выполнена в форме части сферы (фиг. 6 и 7) или в форме части эллипсоида вращения (фиг. 8).The inner part 15 can be made in the form of part of a sphere (Fig. 6 and 7) or in the form of part of an ellipsoid of revolution (Fig. 8).

На фиг. 9 приведен вариант устройства с нижней частью форкамеры 6 в форме части эллипсоида вращения и лазерной свечой зажигания 12. Лазерная свеча зажигания 12 содержит оптическое волокно 24 и фокусирующую линзу 25 на ее нижнем торце.In FIG. 9 shows a variant of the device with the lower part of the prechamber 6 in the form of a part of an ellipsoid of revolution and a laser spark plug 12. The laser spark plug 12 contains an optical fiber 24 and a focusing lens 25 at its lower end.

Фокус А выполнен таким образом, что он находится в точке пересечения осей О2О2 выходных отверстий 16. Это уменьшает газодинамическое сопротивление выходных отверстий 17 при выходе из камеры воспламенения 16 продуктов сгорания в камеру сгорания 5.Focus A is made in such a way that it is at the intersection of the O2O2 axes of the outlet openings 16. This reduces the gas-dynamic resistance of the outlet openings 17 when exiting the ignition chamber 16 of the combustion products into the combustion chamber 5.

РАБОТА ДВСICE OPERATION

При работе ДВС и воспламенителя, входящего в состав ДВС (фиг. 1…9), куда входит воспламенитель, после впрыска ТВС (топливовоздушной смеси) большая ее часть попадает в камеру сгорания 5, ее меньшая часть (от 1% до 10%) через выходные отверстия 17 попадает в камеру воспламенения 16.During the operation of the internal combustion engine and the igniter, which is part of the internal combustion engine (Fig. 1 ... 9), which includes the igniter, after injection of the fuel assembly (air-fuel mixture), most of it enters the combustion chamber 5, its smaller part (from 1% to 10%) through the outlet 17 enters the ignition chamber 16.

В цикле «рабочий ход» продукты сгорания предварительно воспламеняются свечой зажигания 12 в камере воспламенения 16, потом продукты неполного сгорания, имеющие очень высокую температуру, проходят через выходные отверстия 17 в камеру сгорания 5 цилиндра 1 ДВС и воспламеняют весь заряд ТВС, имеющийся в ней. При этом, за счет того, что общая площадь выходных отверстий 17 больше, чем площадь поперечного камеры воспламенения 16, выходные отверстия 17 не дросселируют поток ТВС при его поступлении камеру сгорания 5. Вследствие этого объем заряда ТВС в этих камерах возрастает. В цикле рабочий ход из-за большей общей площади выходных отверстий 17 по сравнению с прототипом мощность воспламеняющего факела(факелов) возрастает. Большие поперечные габариты внутренней части 15 позволяют разместить на ней максимальное количество выходных отверстий 17 большой площади при минимальном выступании форкамеры 6 внутрь цилиндра 1 ДВС.In the “stroke” cycle, the combustion products are preliminarily ignited by the spark plug 12 in the ignition chamber 16, then the products of incomplete combustion having a very high temperature pass through the outlet openings 17 into the combustion chamber 5 of the cylinder 1 of the internal combustion engine and ignite the entire fuel assembly charge present in it. Moreover, due to the fact that the total area of the outlet openings 17 is larger than the area of the transverse ignition chamber 16, the outlet openings 17 do not throttle the fuel assembly flow when the combustion chamber 5 arrives. As a result, the charge volume of the fuel assemblies in these chambers increases. In the cycle, the stroke due to the larger total area of the outlet openings 17 as compared with the prototype, the power of the flaming torch (s) increases. The large transverse dimensions of the inner part 15 allow you to place on it the maximum number of outlet openings 17 of a large area with a minimum protrusion of the prechamber 6 into the cylinder 1 of the internal combustion engine.

Выполнение выходных отверстий 17 в форме щелей и выемки 20 на торце 19 поршня 2 позволит произвести закрутку большей массы ТВС.The implementation of the outlet holes 17 in the form of slots and recesses 20 at the end face 19 of the piston 2 will allow the spinning of a larger mass of fuel assemblies.

Такая организация процесса воспламенения ТВС обеспечит 100% воспламенение даже в самых плохих условиях при низкой температуре и высокой влажности. Также этот подход может быть применен на двигателях, работающих на криогенных топливах: водороде и сжиженном природном газе. Для воспламенения криогенного топлива, имеющего очень низкую температуру, не понадобится значительно увеличивать мощность свечи зажигания. Особенно хорошо этот эффект будет проявляться на двигателях большой мощности.Such an organization of the fuel assembly ignition process will provide 100% ignition even in the worst conditions at low temperature and high humidity. Also, this approach can be applied on engines operating on cryogenic fuels: hydrogen and liquefied natural gas. To ignite a cryogenic fuel having a very low temperature, it is not necessary to significantly increase the power of the spark plug. This effect will be especially good on high power engines.

Реализовать это в принципе в любых других форкамерах невозможно, так как, имея большие поперечные габариты нижней части форкамеры, нельзя осуществить сборку ДВС.It is impossible to realize this in principle in any other prechambers, since, having large transverse dimensions of the lower part of the prechamber, it is impossible to assemble the ICE.

В итоге применение группы изобретений позволит:As a result, the use of a group of inventions will allow:

- уменьшить осевые габаритные размеры форкамеры,- reduce the axial overall dimensions of the prechamber,

- упростить конструкцию системы зажигания за счет уменьшения числа деталей при объединении свечи зажигания и форкамеры,- to simplify the design of the ignition system by reducing the number of parts when combining the spark plug and prechamber,

- повысить мощность воспламеняющего факела и тем самым улучшить воспламенение ТВС,- increase the power of the igniting torch and thereby improve the ignition of the fuel assembly,

- улучшить зажигание при запуске непрогретого двигателя, особенно при отрицательных температурах, за счет подогрева центрального электрода,- improve ignition when starting an unheated engine, especially at low temperatures, by heating the central electrode,

- уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного более четким воспламенением ТВС в камере сгорания ДВС мощным факелом форкамеры,- reduce fuel consumption due to its more complete combustion, provided more accurate ignition of the fuel assemblies in the combustion chamber of the internal combustion engine with a powerful torch pre-chamber,

- снизить эмиссию вредных веществ вследствие полного сгорания топлива,- reduce emissions of harmful substances due to complete combustion of fuel,

- увеличить ресурс работы свечи за счет очистки от копоти ее электродов,- increase the life of the candle due to the cleaning of soot from its electrodes,

- значительно увеличить ресурс свеч и исключить обгорание их электродов.- significantly increase the life of the candles and eliminate the burning of their electrodes.

Claims (9)

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, головку цилиндров с системой впуска топливовоздушной смеси, с по меньшей мере, одним впускным клапаном и систему выпуска с, по меньшей мере, одним выпускным клапаном и воспламенитель, содержащий, в свою очередь, свечу зажигания, форкамеру и средство закрутки для закрутки потока топливовоздушной смеси вдоль оси цилиндра в камере сгорания между головкой цилиндра и поршнем, при этом средство закрутки выполнено в виде форкамеры, имеющей корпус с входным отверстием, в которое ввернута свеча зажигания, и выходными отверстиями, выполненными тангенциально на внутренней части корпуса, отличающийся тем, что свеча зажигания выполнена лазерной, а фокус лазерной свечи зажигания выполнен в точке пересечения осей выходных отверстий.1. An internal combustion engine comprising at least one cylinder with a piston, a cylinder head with an air-fuel mixture intake system, with at least one intake valve, and an exhaust system with at least one exhaust valve and an igniter, comprising in turn, a spark plug, a pre-chamber and a swirl means for swirling the flow of the air-fuel mixture along the cylinder axis in the combustion chamber between the cylinder head and the piston, while the swirl means is made in the form of a pre-chamber having a housing with an inlet the hole into which the spark plug is screwed, and the outlet openings made tangentially on the inside of the housing, characterized in that the spark plug is made of laser, and the focus of the laser spark plug is made at the point of intersection of the axes of the outlet openings. 2. Воспламенитель, содержащий свечу зажигания и форкамеру, имеющую корпус с внутренней полостью, входное отверстие для установки свечи зажигания в переходной части корпуса, внутреннюю часть корпуса с выходными отверстиями в нем, выполненными под углом к оси воспламенителя, отличающийся тем, что свеча зажигания выполнена лазерной, а фокус лазерной свечи зажигания выполнен в точке пересечения осей выходных отверстий.2. An igniter containing a spark plug and a prechamber having a housing with an internal cavity, an inlet for installing the spark plug in the transitional part of the housing, an internal part of the housing with outlet openings made at an angle to the axis of the igniter, characterized in that the spark plug is made laser, and the focus of the laser spark plug is made at the point of intersection of the axes of the outlet openings. 3. Воспламенитель двигателя внутреннего сгорания по п. 2, отличающийся тем, что площадь выходных отверстий выполнена больше площади поперечного сечения внутренней полости форкамеры.3. The ignitor of an internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the area of the outlet openings is larger than the cross-sectional area of the internal cavity of the prechamber. 4. Воспламенитель по п. 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть выходных отверстий выполнена в форме щелей.4. The ignitor according to claim 2, characterized in that at least part of the outlet openings is made in the form of slots. 5. Воспламенитель по п. 4, отличающийся тем, что щели образованы прямоугольными пластинами.5. The ignitor according to claim 4, characterized in that the slots are formed by rectangular plates. 6. Воспламенитель по п. 4, отличающийся тем, что щели образованы обтекаемыми профилями.6. The ignitor according to claim 4, characterized in that the slots are formed by streamlined profiles. 7. Воспламенитель по п. 4, отличающийся тем, что щели выполнены радиальными.7. The igniter according to claim 4, characterized in that the slots are made radial. 8. Воспламенитель по п. 4, отличающийся тем, что в центральной части внутренней части корпуса выполнен обтекатель.8. The ignitor according to claim 4, characterized in that a fairing is made in the central part of the inner part of the housing. 9. Воспламенитель по п. 8, отличающийся тем, что вдоль оси симметрии обтекателя выполнено осевое отверстие. 9. The ignitor according to claim 8, characterized in that an axial hole is made along the axis of symmetry of the fairing.
RU2015100857/06A 2015-01-12 Internal combustion engine and igniter RU2574697C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2574697C1 true RU2574697C1 (en) 2016-02-10

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113685263A (en) * 2021-08-18 2021-11-23 天津大学 Gasoline engine ignition mechanism containing guide-separating type jet hole precombustion chamber

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1320115A (en) * 1919-10-28 Flame-projector spark-plug
US3416501A (en) * 1966-01-13 1968-12-17 Renault Internal-combustion engines
US4114568A (en) * 1977-04-06 1978-09-19 Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Internal combustion engine with an auxiliary chamber
US4174679A (en) * 1976-05-27 1979-11-20 Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Internal combustion engine with a subsidiary combustion chamber
US4332224A (en) * 1977-04-09 1982-06-01 Robert Bosch Gmbh Internal combustion engine with a main combustion chamber and an ignition chamber
JPS59101532A (en) * 1982-11-30 1984-06-12 Honda Motor Co Ltd Three valve type internal-combustion engine
JP2007192204A (en) * 2006-01-23 2007-08-02 Nissan Motor Co Ltd Sub-chamber type internal-combustion engine
RU2531834C1 (en) * 2014-01-10 2014-10-27 Николай Борисович Болотин Prechamber of internal combustion engine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1320115A (en) * 1919-10-28 Flame-projector spark-plug
US3416501A (en) * 1966-01-13 1968-12-17 Renault Internal-combustion engines
US4174679A (en) * 1976-05-27 1979-11-20 Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Internal combustion engine with a subsidiary combustion chamber
US4114568A (en) * 1977-04-06 1978-09-19 Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Internal combustion engine with an auxiliary chamber
US4332224A (en) * 1977-04-09 1982-06-01 Robert Bosch Gmbh Internal combustion engine with a main combustion chamber and an ignition chamber
JPS59101532A (en) * 1982-11-30 1984-06-12 Honda Motor Co Ltd Three valve type internal-combustion engine
JP2007192204A (en) * 2006-01-23 2007-08-02 Nissan Motor Co Ltd Sub-chamber type internal-combustion engine
RU2531834C1 (en) * 2014-01-10 2014-10-27 Николай Борисович Болотин Prechamber of internal combustion engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113685263A (en) * 2021-08-18 2021-11-23 天津大学 Gasoline engine ignition mechanism containing guide-separating type jet hole precombustion chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2576691C1 (en) Igniter
US4534327A (en) Externally ignited internal combustion engine
US9739192B2 (en) Fuel combustion system, nozzle for prechamber assembly with curved orifices, and method of making same
KR100990206B1 (en) Ignition spark plug
US20240271559A1 (en) Assemblies for engines
CN110953067B (en) Engine and double-jet combustion method thereof
CN114439600A (en) Pre-chamber assembly
RU2576088C1 (en) Internal combustion engine and igniter
CN116771486A (en) Pre-combustion chamber igniter, methanol engine and cold start control method thereof
RU2545012C1 (en) Igniter of internal combustion engine
RU2574697C1 (en) Internal combustion engine and igniter
RU2531834C1 (en) Prechamber of internal combustion engine
JP7468257B2 (en) Spark plug for internal combustion engine and internal combustion engine equipped with same
RU2563561C2 (en) Internal combustion engine and igniter
RU2468220C2 (en) Internal combustion engine
RU2574191C1 (en) Internal combustion engine igniter
RU2574189C1 (en) Laser igniter
RU147897U1 (en) TORCH IGNITION CANDLE
RU138895U1 (en) CANDLE CANDLE
RU2542710C1 (en) Igniter
RU224107U1 (en) Four-stroke gasoline engine with prechamber-torch ignition
US2958313A (en) Internal combustion engine
CN113738540B (en) Prechamber gas nozzle for gas engine
RU2310764C1 (en) Swirl prevombustion chamber of internal cobustion engine
RU2645363C1 (en) Laser igniter