RU2727951C1 - Combustion chamber of internal combustion engine with compression ignition - Google Patents

Combustion chamber of internal combustion engine with compression ignition Download PDF

Info

Publication number
RU2727951C1
RU2727951C1 RU2019140294A RU2019140294A RU2727951C1 RU 2727951 C1 RU2727951 C1 RU 2727951C1 RU 2019140294 A RU2019140294 A RU 2019140294A RU 2019140294 A RU2019140294 A RU 2019140294A RU 2727951 C1 RU2727951 C1 RU 2727951C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
combustion chamber
partition
cylinder
piston
Prior art date
Application number
RU2019140294A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Воробьев
Владимир Владимирович Рогалев
Юрий Иосифович Фокин
Андрей Сергеевич Космодамианский
Михаил Юрьевич Капустин
Николай Николаевич Стрекалов
Александр Васильевич Самотканов
Дмитрий Николаевич Шевченко
Original Assignee
Андрей Сергеевич Космодамианский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Сергеевич Космодамианский filed Critical Андрей Сергеевич Космодамианский
Priority to RU2019140294A priority Critical patent/RU2727951C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2727951C1 publication Critical patent/RU2727951C1/en

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
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/04—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being subdivided into two or more chambers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to internal combustion engines. Combustion chamber of internal combustion engine with compression ignition is formed by cylinder surface, piston with stepped surface of bottom, and cylinder cover. In the cylinder cover a partition is installed, dividing at start-up of the engine the combustion chamber into two isolated volumes: the main and additional, in which increased compression degree is created due to that piston has ledge entering additional volume at piston position in TDC. Partition is made from material having shape memory effect. Prior to starting the engine, the partition has low temperature, is bent off the surface of the cylinder cover and is located vertically, forming an additional chamber. After starting the engine and the open flame in the cylinder, the partition is heated, a martensite transformation occurs in its material, and the partition changes its shape, is pressed to the surface of the cylinder head and is located horizontally, thus opening the entire volume of the combustion chamber.EFFECT: invention provides higher reliability of start-up of internal combustion engine.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к камерам сгорания двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine construction, and in particular to combustion chambers of internal combustion engines.

Известны камеры сгорания двигателей с установленными в них перегородками, разделяющими камеру сгорания на несколько изолированных объемов при положении поршня в ВМТ. Известна камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия [1], в которой с целью повышения экономичности двигателя установлена перегородка, выполненная с пазами, оси которых совпадают с осями распыливающих сопел форсунки. Топливные факелы проходят через пазы перегородки, при этом их горящая оболочка «срезается» перегородкой. Изобретение обеспечивает улучшение экономичности двигателя.Known engine combustion chambers with partitions installed in them, dividing the combustion chamber into several isolated volumes when the piston is in TDC. Known is a combustion chamber of an internal combustion engine with compression ignition [1], in which, in order to increase the efficiency of the engine, a partition is installed, made with grooves, the axes of which coincide with the axes of the spray nozzles of the nozzle. The fuel flares pass through the baffle grooves, while their burning shell is “cut off” by the baffle. The invention improves the efficiency of the engine.

Недостатком данного устройства является то, что при пуске двигателя на топливных факелах отсутствует горящая оболочка, в результате чего наличие перегородки изменяет коэффициент избытка воздуха в различных частях камеры сгорания и затрудняет воспламенение топлива и пуск двигателя.The disadvantage of this device is that when the engine is started on fuel flares, there is no burning shell, as a result of which the presence of a partition changes the excess air coefficient in different parts of the combustion chamber and makes it difficult to ignite the fuel and start the engine.

Известен также способ организации процесса сгорания путем временного разделения камеры сгорания перегородками на отдельные полости и независимого сгорания топливовоздушных смесей в полостях с последующим объединением полостей и догоранием смеси в общем объеме [2]. Камера сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) разделяется перегородками на две или более полости, в одной из которых установлена свеча. Горение начинается в свечной полости и протекает до момента достижения критического отношения давлений между газами в свечной и смежной с ней полостью, после чего полости объединяются, и горящие газы зажигают смесь в смежной полости. Каждая последующая полость поочередно объединяется с предыдущими, и смесь в очередной полости зажигается горящими газами из предыдущих полостей. Изобретение обеспечивает улучшение антидетонационных свойств поршневых двигателей внутреннего сгорания с зажиганием от искры.There is also known a method of organizing the combustion process by temporarily dividing the combustion chamber with partitions into separate cavities and independent combustion of air-fuel mixtures in the cavities, followed by combining the cavities and afterburning the mixture in the total volume [2]. The combustion chamber with the piston position at top dead center (TDC) is divided by partitions into two or more cavities, in one of which a candle is installed. Combustion begins in the candle cavity and proceeds until the critical pressure ratio is reached between the gases in the candle cavity and the adjacent cavity, after which the cavities are combined and the burning gases ignite the mixture in the adjacent cavity. Each subsequent cavity is alternately combined with the previous ones, and the mixture in the next cavity is ignited by burning gases from the previous cavities. EFFECT: improvement of antiknock properties of spark-ignited piston internal combustion engines.

Недостатком данного устройства является то, что разделение камеры сгорания перегородками на несколько полостей с одинаковыми степенями сжатия увеличивает площадь охлаждения рабочего тела, что затрудняет пуск двигателя.The disadvantage of this device is that the division of the combustion chamber by partitions into several cavities with the same compression ratios increases the cooling area of the working fluid, which makes it difficult to start the engine.

Наиболее близким техническим решением является камера сгорания поршневого двигателя [3], которая образована плоской поверхностью крышки цилиндра, частью поверхности цилиндра и ступенчатой поверхностью днища поршня. Плоскость разъема крышки и блока цилиндра выполнена под углом к оси цилиндра, и объем камеры сгорания делится ребрами ступеней днища поршня на клиновые полости. Изобретение обеспечивает улучшение антидетонационных свойств и уменьшение газодинамических потерь двигателя.The closest technical solution is the combustion chamber of a piston engine [3], which is formed by a flat surface of the cylinder cover, part of the cylinder surface and a stepped surface of the piston crown. The plane of the part between the cover and the cylinder block is made at an angle to the cylinder axis, and the volume of the combustion chamber is divided by the ribs of the steps of the piston crown into wedge cavities. EFFECT: improvement of anti-knock properties and reduction of gas-dynamic losses of the engine.

Недостатком этого изобретения, принятого за прототип, является большая площадь охлаждения рабочего тела, находящегося в обоих клиновых полостях камеры сгорания с одинаковыми степенями сжатия, что увеличивает потери теплоты и ухудшает пусковые качества двигателя.The disadvantage of this invention, taken as a prototype, is a large cooling area of the working fluid located in both wedge cavities of the combustion chamber with the same compression ratios, which increases heat loss and worsens the starting qualities of the engine.

Цель изобретения - повышение надежности пуска двигателя внутреннего сгорания.The purpose of the invention is to improve the reliability of starting an internal combustion engine.

Поставленная цель достигается при ступенчатой поверхности днища поршня установкой в камере сгорания перегородки, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти формы. В период пуска двигателя перегородка разделяет объем камеры сгорания на два изолированных объема, в одном из которых создается повышенная степень сжатия при минимальной поверхности охлаждения заключенного в ней рабочего тела.This goal is achieved with a stepped surface of the piston crown by installing a partition in the combustion chamber made of a material with a shape memory effect. During the engine start-up period, the partition divides the volume of the combustion chamber into two isolated volumes, in one of which an increased compression ratio is created with a minimum cooling surface of the working fluid enclosed in it.

Новым в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и ступенчатой поверхностью днища поршня является установка перегородки, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти формы, разделяющей в период пуска двигателя камеру сгорания на два изолированных объема с различной степенью сжатия.New in the combustion chamber of an internal combustion engine with compression ignition and a stepped surface of the piston crown is the installation of a partition made of a material with a shape memory effect, dividing the combustion chamber into two isolated volumes with different compression ratios during engine start-up.

На фиг. 1 представлена камера сгорания двигателя внутреннего сгорания при пуске холодного двигателя при положении поршня в ВМТ; на фиг. 2 представлена камера сгорания при работе двигателя.FIG. 1 shows the combustion chamber of an internal combustion engine when starting a cold engine with the piston in TDC; in fig. 2 shows the combustion chamber when the engine is running.

Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания (фиг. 1) образована цилиндром 1, поршнем 2 со ступенчатой поверхностью днища, и крышкой цилиндра 3. В камере сгорания установлена перегородка 4, закрепленная в крышке цилиндра 3. В период пуска двигателя перегородка 4 разделяет камеру сгорания на два изолированных объема: основной 5 и дополнительный 6. Поршень 2 имеет выступ, входящий в дополнительный объем 6 при положении поршня 2 в ВМТ. Перегородка 4 изготовлена из материала, обладающего эффектом памяти формы.The combustion chamber of an internal combustion engine (Fig. 1) is formed by a cylinder 1, a piston 2 with a stepped bottom surface, and a cylinder cover 3. A partition 4 is installed in the combustion chamber, fixed in the cylinder cover 3. During engine start-up, the partition 4 divides the combustion chamber into two isolated volumes: main 5 and additional 6. Piston 2 has a protrusion entering additional volume 6 when piston 2 is at TDC. The partition 4 is made of a material with a shape memory effect.

При пуске холодного двигателя (фиг. 1) перегородка 4 отогнута от поверхности головки цилиндра 3 и расположена вертикально. При положении поршня в ВМТ выступ поршня 2 входит в дополнительный объем 6 камеры сгорания, обеспечивая в нем повышенную степень сжатия по сравнению с основным объемом 5 камеры сгорания. Топливо впрыскивается форсункой в дополнительный объем 6, где обеспечивается надежное воспламенение рабочего тела благодаря высокой степени сжатия рабочего тела в этом объеме. При этом поверхность охлаждения рабочего тела в дополнительном объеме 6 минимальна, и, кроме того, перегородка 4 не охлаждается жидкостью из системы охлаждения двигателя, что еще больше уменьшает потери теплоты.When starting a cold engine (Fig. 1), the partition 4 is bent from the surface of the cylinder head 3 and is located vertically. When the piston is at TDC, the protrusion of the piston 2 enters the additional volume 6 of the combustion chamber, providing it with an increased compression ratio in comparison with the main volume 5 of the combustion chamber. The fuel is injected by the nozzle into an additional volume 6, where reliable ignition of the working fluid is ensured due to the high degree of compression of the working fluid in this volume. In this case, the cooling surface of the working fluid in the additional volume 6 is minimal, and, in addition, the partition 4 is not cooled by the liquid from the engine cooling system, which further reduces heat loss.

При работе двигателя (фиг. 2) перегородка 4 прижимается к поверхности головки цилиндра 3 и располагается горизонтально, открывая весь объем камеры сгорания, как это необходимо для нормальной работы двигателя.When the engine is running (Fig. 2), the baffle 4 is pressed against the surface of the cylinder head 3 and is positioned horizontally, opening the entire volume of the combustion chamber, as is necessary for normal engine operation.

Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия работает следующим образом. Перед пуском холодного двигателя перегородка 4 имеет низкую температуру, отогнута от поверхности крышки цилиндра 3 и расположена вертикально. При пуске двигателя выступ поршня при движении поршня 2 к ВМТ входит в дополнительный объем 6 камеры сгорания, образуемый крышкой цилиндра, стенкой цилиндра, выступом поршня и перегородкой, обеспечивая в дополнительном объеме более высокую степень сжатия по сравнению со степенью сжатия рабочего тела в основном объеме 5 камеры сгорания. Благодаря высокой степени сжатия топливовоздушная смесь в дополнительном объеме 6 воспламеняется и обеспечивает надежный пуск двигателя.The combustion chamber of an internal combustion engine with compression ignition works as follows. Before starting a cold engine, the partition 4 has a low temperature, is bent from the surface of the cylinder cover 3 and is located vertically. When the engine is started, the protrusion of the piston when the piston 2 moves to TDC enters the additional volume 6 of the combustion chamber formed by the cylinder cover, the cylinder wall, the protrusion of the piston and the baffle, providing in the additional volume a higher compression ratio compared to the compression ratio of the working medium in the main volume 5 combustion chambers. Due to the high compression ratio, the fuel-air mixture in the additional volume 6 is ignited and ensures reliable engine start.

После пуска двигателя и появления в цилиндре открытого пламени перегородка 4 нагревается, в ее материале происходит мартенситное превращение [4], и перегородка 4 изменяет свою форму, прижимается к поверхности головки цилиндра 3 и располагается горизонтально, открывая весь объем камеры сгорания.After starting the engine and the appearance of an open flame in the cylinder, the partition 4 heats up, a martensitic transformation occurs in its material [4], and the partition 4 changes its shape, is pressed against the surface of the cylinder head 3 and is located horizontally, opening the entire volume of the combustion chamber.

При остановке и остывании двигателя перегородка 4, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, охлаждается, и в ее материале вновь происходит мартенситное превращение [4], перегородка 4 отгибается от поверхности головки цилиндра 3 и располагается вертикально. Если пуск производится на горячем двигателе, перегородка 4 остается в рабочем (горизонтальном) положении и имеет высокую температуру, обеспечивая надежное воспламенение топлива и пуск горячего двигателя.When the engine stops and cools down, partition 4, made of a material with a shape memory effect, cools, and martensitic transformation occurs in its material [4], partition 4 is bent from the surface of cylinder head 3 and is positioned vertically. If the start is carried out on a hot engine, the partition 4 remains in the working (horizontal) position and has a high temperature, ensuring reliable ignition of the fuel and starting the hot engine.

В качестве материала перегородки может быть использован, например, никелид титана, прочностные и жаростойкие характеристики которого превосходят показатели большинства сталей [5].For example, titanium nickelide can be used as a baffle material, the strength and heat-resistant characteristics of which exceed those of most steels [5].

Высокая степень сжатия рабочего тела реализуется только в сравнительно небольшом дополнительном объеме камеры сгорания. Площадь поршня, соответствующая этому объему, невелика, что позволяет использовать в системе пуска двигателя стартер небольшой мощности.A high degree of compression of the working fluid is realized only in a relatively small additional volume of the combustion chamber. The piston area corresponding to this volume is small, which makes it possible to use a low power starter in the engine starting system.

Использование предлагаемого технического решения способствует повышению надежности пуска двигателя внутреннего сгорания.The use of the proposed technical solution improves the reliability of starting the internal combustion engine.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫLIST OF REFERENCES

1. А.С. СССР №1470986 А1, опубл. 07.04.89, бюл. №13 «Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия».1. A.S. USSR No. 1470986 A1, publ. 04/07/89, bul. No. 13 "Combustion chamber of an internal combustion engine with compression ignition".

2. Патент РФ №2232906 С1, опубл. 20.07.2004, бюл. №20 «Способ организации процесса постадийного сгорания в поршневом двигателе».2. RF patent No. 2232906 C1, publ. 20.07.2004, bul. No. 20 "Method of organizing the process of staged combustion in a piston engine."

3. Патент РФ №2231656 С1, опубл. 27.06.2004, бюл. №18 «Камера сгорания поршневого двигателя».3. RF patent No. 2231656 C1, publ. June 27, 2004, bul. No. 18 "Piston engine combustion chamber".

4. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. / А.С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова. - М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.4. Application of the shape memory effect in modern mechanical engineering. / A.S. Tikhonov, A.P. Gerasimov, I.I. Prokhorov. - M .: Mashinostroenie, 1981 .-- 80 p.

5. Никелид титана: структура и свойства / В.Н. Хачин, В.Г. Пушин, В.В. Кондратьев. - М.: Наука, 1992. - 160 с.5. Titanium nickelide: structure and properties / V.N. Khachin, V.G. Pushin, V.V. Kondratyev. - M .: Nauka, 1992 .-- 160 p.

Claims (1)

Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, образованная плоской поверхностью крышки, поверхностью цилиндра и ступенчатой поверхностью днища поршня, отличающаяся тем, что в камере сгорания установлена закрепленная в крышке цилиндра перегородка, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, которая при пуске двигателя разделяет объем камеры сгорания на два изолированных объема, в одном из которых создается повышенная степень сжатия.The combustion chamber of an internal combustion engine with compression ignition, formed by the flat surface of the cover, the surface of the cylinder and the stepped surface of the piston crown, characterized in that a partition fixed in the cylinder cover is installed in the combustion chamber, made of a material with a shape memory effect, which, when the engine is started divides the volume of the combustion chamber into two isolated volumes, in one of which an increased compression ratio is created.
RU2019140294A 2019-12-09 2019-12-09 Combustion chamber of internal combustion engine with compression ignition RU2727951C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140294A RU2727951C1 (en) 2019-12-09 2019-12-09 Combustion chamber of internal combustion engine with compression ignition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140294A RU2727951C1 (en) 2019-12-09 2019-12-09 Combustion chamber of internal combustion engine with compression ignition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2727951C1 true RU2727951C1 (en) 2020-07-27

Family

ID=71741463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019140294A RU2727951C1 (en) 2019-12-09 2019-12-09 Combustion chamber of internal combustion engine with compression ignition

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727951C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4020262A1 (en) * 1990-06-26 1992-01-09 Daimler Benz Ag Combustion chamber for IC engine - is formed by depression in piston crown
RU2231656C1 (en) * 2002-12-09 2004-06-27 ГОУ СПО Новгородский гидромелиоративный техникум Piston engine combustion chamber
RU2527925C1 (en) * 2013-07-01 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" Internal combustion engine
RU2549382C1 (en) * 2014-03-05 2015-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Internal combustion engine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4020262A1 (en) * 1990-06-26 1992-01-09 Daimler Benz Ag Combustion chamber for IC engine - is formed by depression in piston crown
RU2231656C1 (en) * 2002-12-09 2004-06-27 ГОУ СПО Новгородский гидромелиоративный техникум Piston engine combustion chamber
RU2527925C1 (en) * 2013-07-01 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" Internal combustion engine
RU2549382C1 (en) * 2014-03-05 2015-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9567896B2 (en) Method for modifying combustion chamber in a reciprocating piston internal combustion engine and resulting engine
EP2247837B1 (en) Pre-chamber arrangement
US4898135A (en) Piston and process for achieving controlled ignition and combustion of hydrocarbon fuels in internal combustion engines by generation and management of fuel radical species
CA2898646C (en) Thermally stratified regenerative combustion chamber and method for modifying a combustion chamber in an internal combustion engine and resulting engine
JP2009138718A (en) Opposed piston two-cycle engine
EP1474593B1 (en) Combustion engine
US20220112835A1 (en) Method for operating a hydrogen fuelled combustion engine
US10883413B2 (en) Pre-chamber assembly
JP2023510384A (en) Method of operating a motor vehicle, in particular an internal combustion engine of a motor vehicle
JPH0647929B2 (en) Sub-chamber alcohol engine
RU2727951C1 (en) Combustion chamber of internal combustion engine with compression ignition
Hirooka et al. Effects of high turbulence flow on knock characteristics
WO2010117713A1 (en) Crescent-shaped recess in piston of a split-cycle engine
CN106870195B (en) A kind of engine ignition mechanism and its combustion system of engine
US4126106A (en) Mixed cycle internal combustion engine
US5477822A (en) Spark ignition engine with cylinder head combustion chamber
US1913310A (en) Combustion chamber construction
RU2727953C1 (en) Combustion chamber of internal combustion engine
RU2549382C1 (en) Internal combustion engine
RU2721765C1 (en) Four-stroke diesel engine with external combustion chamber
RU2164301C2 (en) Combustion chamber of carburetor engine
RU2351777C1 (en) Ice combustion chamber with compression ignition
JP6489157B2 (en) Engine combustion chamber structure
RU99114069A (en) METHOD OF WORK OF THE MULTI-FUEL INTERNAL COMBUSTION ENGINE, THE MULTI-FUEL INTERNAL COMBUSTION ENGINE
US2050688A (en) Internal combustion engine