RU2691455C1 - Internal combustion engine for diesel, gas-diesel or gas motor fuel with spark ignition - Google Patents
Internal combustion engine for diesel, gas-diesel or gas motor fuel with spark ignition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691455C1 RU2691455C1 RU2018100432A RU2018100432A RU2691455C1 RU 2691455 C1 RU2691455 C1 RU 2691455C1 RU 2018100432 A RU2018100432 A RU 2018100432A RU 2018100432 A RU2018100432 A RU 2018100432A RU 2691455 C1 RU2691455 C1 RU 2691455C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder head
- diesel
- cylinder
- recess
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания как с принудительным воспламенением, так и с воспламенением от сжатия.The invention relates to mechanical engineering, in particular to internal combustion engines with both forced ignition and compression ignition.
Известен двигатель внутреннего сгорания, который содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, кинематически связанный с коленчатым валом, головку цилиндра с установленными в ней впускным и выпускным клапанами, камеру сгорания на днище поршня, выполненную в виде выемки от тела вращения, ось которой совпадает с осью цилиндра или располагается вблизи него, завихрители заряда в форме торцевых выступов с тангенциальными каналами располагаются вокруг камеры сгорания на днище поршня и примыкают к цилиндрической выемке в головке цилиндра и входят в нее при положении поршня в ВМТ, клапаны располагаются на выемках в головке цилиндра, глубина которых соответствует глубине выемки головки цилиндра и примерно высоте торцевых выступов, вихревое движение заряда на впуске в цилиндр совпадает по направлению с направлением тангенциальных каналов на днище поршня, и источник воспламенения, установленный в выемке головки цилиндра (RU 2537668, 2015, 13с.).Known internal combustion engine, which contains at least one cylinder with a piston placed in it, kinematically connected with the crankshaft, cylinder head with intake and exhaust valves installed in it, a combustion chamber on the bottom of the piston, made in the form of a recess from the body of rotation, axis which coincides with the axis of the cylinder or is located near it, charge swirlers in the form of end protrusions with tangential channels are located around the combustion chamber on the bottom of the piston and are adjacent to the cylindrical recess in cylinder head and enter it when the piston is in the TDC, the valves are located on the grooves in the cylinder head, the depth of which corresponds to the depth of the cylinder head notch and approximately the height of the end lugs, the vortex motion of the charge at the inlet into the cylinder coincides with the direction of the tangential channels on the bottom of the piston and an ignition source mounted in a recess of the cylinder head (RU 2537668, 2015, 13c.).
Задачей изобретения является конвертирование дизеля в газодизельный двигатель или двигатель для сжиженного или сжатого моторного топлива искровым зажиганием и максимальная унификация деталей этих двигателей и двигателей с разной степенью сжатия для использования действующего в производстве оборудования по литью и автоматических линий механической обработки деталей, а так же модернизация их для значительного улучшения потребительских параметров и характеристик: повышение мощности и крутящего момента (производительности); снижение расхода топлива; увеличение ресурса; повышение экологических показателей; надежности; пусковых свойств; рентабельности производства.The objective of the invention is to convert diesel into a gas-diesel engine or engine for liquefied or compressed motor fuel by spark ignition and maximum unification of parts of these engines and engines with different compression ratios for using current molding equipment and automatic parts machining lines in production, as well as upgrading them for a significant improvement in consumer parameters and characteristics: increased power and torque (performance); reduced fuel consumption; resource increase; improving environmental performance; reliability; starting properties; profitability of production.
Поставленная задача достигается тем, что двигатели для дизельного, или газодизельного, или газового моторного топлива с искровым зажиганием имеют унифицированную головку цилиндра с одинаковой глубиной цилиндрической выемки в головке цилиндра, а глубина выемки под клапаном соответствует глубине выемки в головке цилиндра и примерно высоте торцевых выступов на днище поршня, и унифицированные алюминиевые поршни с одинаковым диаметром цилиндра на днище поршня для запрессовки вставок с торцевыми выступами с достаточным натягом, вставки имеют дисковый поясок с наружным диаметром соответствующем диаметру поршня в зоне днища и выполняются из высоколегированной, коррозионностойкой и термостойкой стали, например, 10Х18Н9ТЛ, при этом разные степени сжатия двигателей для разных видов топлива определяется только разной глубиной выемки в стальной вставке. Вставки поршней высокооборотных двигателей с искровым зажиганием для газомоторного топлива могут выполняться из алюминиевого сплаваThe task is achieved by the fact that the engines for diesel, or gas-diesel, or gas engine fuel with spark ignition have a unified cylinder head with the same depth of the cylindrical recess in the cylinder head, and the depth of the recess under the valve corresponds to the depth of the recess in the cylinder head and approximately the height of the end lugs on piston bottom, and standardized aluminum pistons with the same diameter of the cylinder on the piston bottom for pressing in inserts with end protrusions with sufficient pressure, inserts and eyut belt disc with an outer diameter corresponding to the diameter of the piston in the bottom zone and made of high-alloy, corrosion-resistant and heat-resistant steel, for example, 10H18N9TL, with different degrees of compression engines for various types of fuel is determined only by varying the depth of the recess in the steel insert. Piston inserts for high-speed spark-ignition engines for gas engine fuel can be made of aluminum alloy
Организация вихревого движения воздуха или заряда на входе в цилиндр двигателя, совпадающая по направлению с тангенциальными каналами на днище поршня, обеспечивает эффективное охлаждение в каждом цикле торцевых выступов и днища поршня микровихрями, образующимися при огибании вихревого потока на впуске торцевых выступов на днище поршня.The organization of the vortex motion of air or charge at the entrance to the engine cylinder, which coincides in direction with the tangential channels on the bottom of the piston, provides effective cooling in each cycle of the end protrusions and the bottom of the piston by microvortexes formed by bending around the vortex flow at the inlet of the end projections on the bottom of the piston.
В одном из случаев цилиндр на днище поршня для запрессовки вставки выполняется сквозным.In one of the cases, the cylinder on the bottom of the piston for pressing in the insert is performed through.
Для обеспечения высокоскоростного горения требуется генерировать микровихри в камере сгорания в конце такта сжатия, при этом истечение заряда или воздуха из зоны вытеснения в камеру сгорания должна происходить с высокой скоростью примерно 40÷60 м/сек на оборотах номинальной мощности, такая скорость обеспечивает качественное горение на всех режимах работы двигателя. Высота торцевых выступов, количество тангенциальных каналов и их ширина определяются из условия обеспечения этой скорости.To ensure high-speed combustion, it is required to generate microvortexes in the combustion chamber at the end of the compression stroke, while the outflow of charge or air from the displacement zone into the combustion chamber should occur at a high speed of about 40 ÷ 60 m / s at the rated power revolutions, this speed ensures high-quality combustion all engine operating modes. The height of the end protrusions, the number of tangential channels and their width are determined from the condition for ensuring this speed.
Учитывая разницу в коэффициенте теплового расширения алюминиевого сплава и стали, стальная вставка может дополнительно фиксироваться штифтом, устанавливаемом на боковой стенке вставки, или применяться другие технологии для надежного крепления стальной вставки в алюминиевом поршне.Considering the difference in the thermal expansion coefficient of aluminum alloy and steel, the steel insert can additionally be fixed with a pin mounted on the side wall of the insert, or other technologies can be used to securely fasten the steel insert in the aluminum piston.
В одном из случаев торцевые выступы на днище поршня, примыкающие к тарелкам клапанов, выполняются меньшей высоты для исключения их соприкосновения при положении в ВМТ (фиг. 3 и фиг. 4)In one of the cases, the end protrusions on the bottom of the piston, adjacent to the valve plates, are made of a lower height in order to prevent them from contacting at the position at TDC (Fig. 3 and Fig. 4)
Двигатель может содержать один впускной и один выпускной клапан на 1 цилиндр, при этом источник воспламенения располагается на дне выемки в головке цилиндра.The engine may contain one intake and one exhaust valve per cylinder, while the ignition source is located at the bottom of the recess in the cylinder head.
Двигатель может содержать один выпускной клапан и два впускных клапана, источник воспламенения располагается на дне выемки в головке цилиндра.The engine may contain one exhaust valve and two intake valves, the ignition source is located at the bottom of the recess in the cylinder head.
Двигатель может содержать два впускных и два выпускных клапана, источник воспламенения располагается на дне выемки в головке цилиндра.The engine may contain two intake and two exhaust valves, the ignition source is located at the bottom of the recess in the cylinder head.
Все виды вставок на днище поршней двигателей имеют сферическую выпуклость радиусом ОR на дне вставки и радиус r перехода боковой поверхности ко дну вставки, выпуклость радиусом ОR и радиус r выполняются для обеспечения жесткости вставок и равномерного распределения топлива в камере сгорания при его впрыске в цилиндр двигателя.All types of inserts on the bottom of the engine pistons have a spherical bulge of radius OR at the bottom of the insert and radius r of the side surface transition to the bottom of the insert, bulge of radius OR and radius r are performed to ensure rigidity of the inserts and uniform distribution of fuel in the combustion chamber when it is injected into the engine cylinder.
На графике изображен ДВС для дизельного, газодизельного и газового моторного топлива, где фиг. 1 - поперечный разрез двигателя,The graph shows the internal combustion engine for diesel, gas diesel and gaseous motor fuel, where FIG. 1 is a cross section of the engine
фиг. 2 - вид на головку цилиндра со стороны поршня с одним впускным и одним выпускным клапаном,FIG. 2 - view of the cylinder head from the side of the piston with one intake and one exhaust valve,
фиг. 3 - разрез поршня с алюминиевой или стальной вставкой, имеющей сферическую выпуклость OR и радиус r.FIG. 3 shows a piston section with an aluminum or steel insert having a spherical bulge OR and radius r.
фиг. 4 - вид на поршень со стороны головки цилиндра.FIG. 4 - view of the piston from the side of the cylinder head.
Двигатель внутреннего сгорания для дизельного, газодизельного или газового моторного топлива содержит по меньшей мере один цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2, кинематически связанным с коленчатым валом (на фигурах не показан), головку 3 цилиндра с установленными в ней впускными 4 и выпускными 5 клапанами, камеру сгорания 6 в виде выемки 7 на головке цилиндра 3 и выемки 8 на днище 9 поршня 2, выемка 7 на головке цилиндра сопрягается с выемкой 8 на днище поршня при положении поршня в верхней мертвой точке.The internal combustion engine for diesel, gas diesel or gaseous motor fuel contains at least one
На выемку 8 на днище 9 поршня запрессовывается вставка 10 с дисковым пояском 11. Завихрители заряда выполнены в виде торцевых выступов 12 на вставке 10 и образуют тангенциальные каналы 13.On the
Впускной клапан 4 и выпускной клапан 5 располагаются выемках 14 и 15 на головке цилиндра, глубина выемок 14 и 15 соответствует глубине выемки 7 на головке цилиндра и примерно высоте торцевых выступов 12 на вставке 10.The
Днище вставки 10 снабжен сферической выпуклостью 16 радиусом ОR и боковая поверхность вставки сопрягается с днищем вставки радиусом r 17. Радиусы 16 и 17 обеспечивают жесткость вставки и служат для равномерного распределения топлива при впрыске его в цилиндр двигателя.The bottom of the
Учитывая разный коэффициент теплового расширения алюминиевого сплава и стали, стальная вставка 10 может дополнительно фиксироваться штифтом 18, запрессованным в боковую поверхность вставки и в корпус алюминиевого поршня 2, или могут применяться другие технологии для надежного крепления стальной вставки в алюминиевый поршень.Considering the different thermal expansion coefficients of aluminum alloy and steel, the
Для высокооборотных двигателей с искровым зажиганием вставка 19 выполняется из алюминиевого сплава.For high-speed engines with spark ignition, the
В отдельных случаях вставка как стальная, так и алюминиевая может выполняться с торцевыми выступами разной высоты h и h1 - меньшой высоты в зоне клапанов (фиг. 3 и фиг. 4).In some cases, insertion of both steel and aluminum can be performed with end protrusions of different heights h and h1 - a smaller height in the area of the valves (Fig. 3 and Fig. 4).
На выемке 7 головки цилиндра 3 располагается источник воспламенения 20. Для дизеля источником воспламенения является форсунка, для двигателя с газовым моторным топливом свеча зажигания.On the
Двигатель работает следующим образом. Во время такта сжатия при подходе поршня к ВМТ торцевые выступы 12 на вставке 10 или 19 отсекают заряд, находящийся в зоне вытеснения, от камеры сгорания. При продолжении движения поршня заряд вытесняется в камеру сгорания с большой скоростью, при этом генерируются микровихри на кромках торцевых выступов вставки. Микровихри значительно ускоряют скорость сгорания заряда и полноту сгорания. При движении поршня вниз сгорающая смесь заряда и продукты сгорания повторно подвергаются микротурбулизации. Повышение скорости тепловыделения обеспечивает повышение давления в начале движения поршня на линии расширения, что значительно увеличивает работу расширения продуктов сгорания.The engine works as follows. During the compression stroke when the piston approaches the TDC, the
Увеличение работы расширения продуктов сгорания заряда обеспечивает значительное снижение температуры выхлопных газов (на 150°÷200°С). Таки образом повышается надежность и ресурс двигателя для газодизельного и газового моторного топлива (газовое топливо горит значительно медленнее, что приводит к повышению температуры выхлопных газов, значит и температуры деталей у обычных ДВС). У дизеля повышение скорости и полноты сгорания снижает выделение твердых частиц (сажи -несгоревшего углерода), что обеспечивает существенное уменьшение износа поршня, поршневых колец, гильзы цилиндры и других деталей.The increase in the work of expanding the products of combustion of the charge provides a significant decrease in the temperature of exhaust gases (by 150 ° ÷ 200 ° C). In this way, the reliability and service life of the engine for gas diesel and gaseous motor fuels increases (gas fuel burns much slower, which leads to an increase in the temperature of exhaust gases, which means that the temperature of parts in conventional internal combustion engines). In a diesel engine, an increase in the speed and completeness of combustion reduces the release of solid particles (carbon black — unburned carbon), which provides a significant reduction in wear of the piston, piston rings, cylinder liners and other parts.
Таким образов генерирование микровихрей в камере сгорания приводит к повышению КПД (повышение крутящего момента и снижение расхода топлива на всех режимах), надежности и ресурса двигателей для всех видов топлива. Кроме того, снижается выделение СО, СН, NOx и твердых частиц при горении с высокой скоростью и улучшается запуск двигателей.Thus, the generation of microvortexes in the combustion chamber leads to an increase in efficiency (increased torque and reduced fuel consumption in all modes), reliability and engine life for all types of fuel. In addition, the emission of CO, CH, NOx and particulate matter during combustion at high speed is reduced and the engine start is improved.
Таким образом конвертирование дизеля в газодизельное или газовое моторное топливо с модернизацией этих двигателей по предлагаемому изобретению позволит улучшить все основные потребительские качества двигателей с использованием литейного оборудования и автоматических линий изготовления поршня и головки цилиндра. Обеспечивается существенное повышение рентабельности существующего производства и конкурентоспособности двигателей для всех видов топлива.Thus, converting diesel into gas-diesel or gas motor fuel with the modernization of these engines according to the invention will improve all the basic consumer qualities of engines using foundry equipment and automatic production lines for the piston and cylinder head. Provides a significant increase in the profitability of existing production and the competitiveness of engines for all types of fuel.
Кроме того, предложенное изобретение позволяет уменьшить время на изготовления поршня, т.к. переналадка литейного оборудования и больших автоматических линий обработки поршня требует много время, а изготовление вставки с разным объемом камеры сгорания на днище поршня менее трудоемка для разных двигателей - дизеля с турбонаддувом и без турбонаддува, для газодизеля с турбонаддувом и без турбонаддува, для ДВС с искровым зажиганием для газомоторного топлива. Таким образом удается избежать многократной переналадки литейного оборудования, большой линии мех. обработки поршня. Одновременно предлагаемое изобретения позволяет сохранить или уменьшить массу поршня со стальной вставкой по сравнению с алюминиевым поршнем, изготавливаемым без учета этого изобретения.In addition, the proposed invention allows to reduce the time to manufacture the piston, because readjustment of casting equipment and large automatic piston processing lines takes a lot of time, and making inserts with different volumes of the combustion chamber on the bottom of the piston is less laborious for different engines - diesel with turbocharging and without turbocharging, for gas-diesel with turbocharging and without turbocharging, for ICE with spark ignition for gas engine fuel. Thus, it is possible to avoid repeated readjustment of foundry equipment, a large line of fur. piston machining. At the same time, the invention allows preserving or reducing the mass of a piston with a steel insert compared with an aluminum piston manufactured without taking this invention into account.
Внедрение предлагаемого изобретения позволяет значительно повысить рентабельность производства дизеля и газодизеля, т.к. рабочий процесс по патенту RU 2537668 и предлагаемому изобретению обеспечивает повышение всех основных потребительских качеств дизеля и газодизеля при использовании более дешевой обычной отечественной топливной аппаратуры без применения дорогостоящего впрыска высокого давления с электронным управлением как для дизеля, так и газодизеля.The introduction of the invention allows to significantly increase the profitability of the production of diesel and gas diesel, because The working process according to patent RU 2537668 and the proposed invention enhances all the basic consumer qualities of a diesel engine and gas diesel engine when using cheaper conventional domestic fuel equipment without the use of expensive high-pressure injection with electronic control for both diesel engine and gas diesel engine.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100432A RU2691455C1 (en) | 2018-01-09 | 2018-01-09 | Internal combustion engine for diesel, gas-diesel or gas motor fuel with spark ignition |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100432A RU2691455C1 (en) | 2018-01-09 | 2018-01-09 | Internal combustion engine for diesel, gas-diesel or gas motor fuel with spark ignition |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2691455C1 true RU2691455C1 (en) | 2019-06-14 |
Family
ID=66947780
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018100432A RU2691455C1 (en) | 2018-01-09 | 2018-01-09 | Internal combustion engine for diesel, gas-diesel or gas motor fuel with spark ignition |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2691455C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4317887A (en) * | 1976-07-25 | 1982-03-02 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | Metal complexing polymers |
US4553472A (en) * | 1982-08-20 | 1985-11-19 | Robert Munro | Pistons and method for their manufacture |
EP2028357A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-02-25 | ThyssenKrupp Metalúrgica Campo Limpo Ltda. | Piston for an internal-combustion engine and method for manufacturing a piston of this type |
RU2499899C1 (en) * | 2012-04-11 | 2013-11-27 | Эмель Борисович Ахметов | Two-stroke piston diesel engine |
RU2537668C2 (en) * | 2012-08-10 | 2015-01-10 | Эмель Борисович Ахметов | Internal-combustion engine |
-
2018
- 2018-01-09 RU RU2018100432A patent/RU2691455C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4317887A (en) * | 1976-07-25 | 1982-03-02 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | Metal complexing polymers |
US4553472A (en) * | 1982-08-20 | 1985-11-19 | Robert Munro | Pistons and method for their manufacture |
EP2028357A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-02-25 | ThyssenKrupp Metalúrgica Campo Limpo Ltda. | Piston for an internal-combustion engine and method for manufacturing a piston of this type |
RU2499899C1 (en) * | 2012-04-11 | 2013-11-27 | Эмель Борисович Ахметов | Two-stroke piston diesel engine |
RU2537668C2 (en) * | 2012-08-10 | 2015-01-10 | Эмель Борисович Ахметов | Internal-combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2898646C (en) | Thermally stratified regenerative combustion chamber and method for modifying a combustion chamber in an internal combustion engine and resulting engine | |
KR20200015472A (en) | Improved Systems and Methods of Compression Ignition Engines | |
US7389755B2 (en) | Tandem-piston engine | |
US6318308B1 (en) | Increased compression ratio diesel engine assembly for retarded fuel injection timing | |
RU2691455C1 (en) | Internal combustion engine for diesel, gas-diesel or gas motor fuel with spark ignition | |
US9845766B2 (en) | Piston crown to raise compression ratio | |
US9429101B2 (en) | Combustion engine piston and engine using same | |
US10024223B2 (en) | Two-stroke internal combustion engine | |
EP0651855B1 (en) | Lean-burn internal combustion gas engine | |
Aljaberi et al. | The use of different types of piston in an HCCI engine: A review | |
US9194327B2 (en) | Cylinder liner with slots | |
RU2309271C2 (en) | Internal combustion engine | |
EP3577325B1 (en) | Engine system for emission reduction without aftertreatment | |
RU2537668C2 (en) | Internal-combustion engine | |
RU2499899C1 (en) | Two-stroke piston diesel engine | |
RU2681388C1 (en) | Engine with aluminum piston with steel insert on bottom thereof | |
EP3192994B1 (en) | Turbulators for an internal combustion engine | |
US6478006B1 (en) | Working cycle for a heat engine, especially an internal combustion engine, and an internal combustion engine | |
RU2372508C1 (en) | Cylinder-piston group of internal combustion engine | |
CN101069009A (en) | Piston for internal combustion engines | |
WO2018227257A1 (en) | Internal combustion engine comprising double-action piston compressor | |
Hupperich et al. | Time-controlled pilot injection for stationary and heavy-duty gas engines | |
US4622929A (en) | Deflector piston two-stroke engine | |
US11598246B2 (en) | Internal combustion engine and piston having piston bowl | |
Möller et al. | VEA–the new engine architecture from Volvo |