RU2751273C2 - Two-stroke internal combustion engine - Google Patents
Two-stroke internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751273C2 RU2751273C2 RU2020138705A RU2020138705A RU2751273C2 RU 2751273 C2 RU2751273 C2 RU 2751273C2 RU 2020138705 A RU2020138705 A RU 2020138705A RU 2020138705 A RU2020138705 A RU 2020138705A RU 2751273 C2 RU2751273 C2 RU 2751273C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ignition
- piston
- internal combustion
- prechamber
- cavity
- 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
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/16—Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
-
- 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)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в производстве двухтактных двигателей внутреннего сгорания, преимущественно для транспортных средств.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to engine construction, and can be used in the production of two-stroke internal combustion engines, mainly for vehicles.
Использование двигателей внутреннего сгорания (ДВС) приводит к загрязнению окружающей среды из-за токсичных выбросов в атмосферу продуктов неполного сгорания топлива. Особенно высокие требования предъявляются к двухтактным двигателям внутреннего сгорания, применяющимся в транспортных средствах.The use of internal combustion engines (ICE) leads to environmental pollution due to toxic emissions into the atmosphere of products of incomplete combustion of fuel. Particularly high demands are placed on two-stroke internal combustion engines used in vehicles.
Известен ДВС, содержащий форкамеру с факельными каналами (RU 30397 U1 F02B 19/00, опубл. 27.06.2003 Бюл. №18). Недостаток этого технического решения - низкая эффективность форкамеры, вследствие того, что суммарная площадь факельных отверстий ее конического днища меньше площади поперечного сечения камеры воспламенения. Это приводит к загрязнению окружающей среды выхлопными газами.Known internal combustion engine containing a prechamber with flare channels (RU 30397 U1 F02B 19/00, publ. 27.06.2003 Bull. No. 18). The disadvantage of this technical solution is the low efficiency of the prechamber, due to the fact that the total area of the flare openings of its conical bottom is less than the cross-sectional area of the ignition chamber. This leads to pollution of the environment with exhaust gases.
Используют также ДВС с приставной форкамерой (SU 229881 F1, F02B 19/02, опубл. 08.09.1970 Бюл. №12). Данный ДВС имеет сложную конструкций, токсичен.An internal combustion engine with an attached prechamber is also used (SU 229881 F1, F02B 19/02, publ. 09/08/1970 Bull. No. 12). This ICE has a complex structure and is toxic.
Известен ДВС, содержащий выносную форкамеру (RU 94021297 A1 F02B 19/16, опубл. 20.09.1996). Указанный двигатель имеет громоздкую конструкцию, загрязняет окружающую среду продуктами неполного сгорания топлива из-за низкой эффективности воспламенения основного заряда топлива.Known internal combustion engine containing a remote prechamber (RU 94021297 A1 F02B 19/16, publ. 09.20.1996). The specified engine has a bulky design, pollutes the environment with products of incomplete combustion of fuel due to the low efficiency of ignition of the main charge of the fuel.
Известен ДВС с наличием зоны первичного воспламенения, реализующий способ работы поршневого двигателя путем впрыскивания в цилиндр топлива из форсунки с одновременным наполнением его воздухом, сжатия смеси, двухступенчатого поджига, вначале источником воспламенения в зоне первичного воспламенения, затем факелом продуктов сгорания во всем объеме камеры сгорания (RU 2598120 С2, F02B 17/00, F02B 23/10, F02B 1/10, опубл. 20.09.2016 Бюл №26). Однако недостатком указанного двигателя является сложность конструкции, наличие в выхлопных газах большого количества несгоревших частиц топливной смеси, выбрасываемых в окружающую среду и приводящих к ее загрязнению. Недостаточным является и эффект распространения горения на топливовоздушную газовую смесь в камере сгорания. Кроме того, запуск двигателя при отрицательных температурах вызывает затруднения из-за охлаждения воспламеняющего факела от холодных металлических частей головки цилиндра.An internal combustion engine with the presence of a primary ignition zone is known, which implements the method of operation of a piston engine by injecting fuel into the cylinder from a nozzle while simultaneously filling it with air, compressing the mixture, two-stage ignition, first by an ignition source in the primary ignition zone, then by a torch of combustion products throughout the entire volume of the combustion chamber ( RU 2598120 C2, F02B 17/00, F02B 23/10, F02B 1/10, publ. 09/20/2016 Bulletin No. 26). However, the disadvantage of this engine is the complexity of the design, the presence in the exhaust gases of a large amount of unburned particles of the fuel mixture, emitted into the environment and leading to its pollution. The effect of combustion propagation on the air-fuel gas mixture in the combustion chamber is also insufficient. In addition, starting the engine at subzero temperatures is difficult due to the cooling of the ignition flame from the cold metal parts of the cylinder head.
Известен ДВС (RU 2044897 C1, F02B 19/00. опубл. 27.09.1995) с форкамерно-факельным зажиганием, в котором в такте впуска из распылителя в цилиндр через полость впрыскивания и полость зажигания (вместе образуют форкамеру) впрыскивается топливо. В процессе впуска и сжатия происходит его испарение и смешение с зарядом цилиндра. При этом в зоне вытеснителя под форкамерой создается зона обогащения. Смесь из упомянутой зоны направленным потоком поступает в форкамеру, вытесняя остаточные от предыдущего цикла газы, образуя легковоспламеняющуюся смесь в полости зажигания. В конце такта сжатия смесь в форкамере поджигается свечой зажигания.Known internal combustion engine (RU 2044897 C1, F02B 19/00. Publ. 09/27/1995) with prechamber-flare ignition, in which fuel is injected from the nozzle into the cylinder through the injection cavity and the ignition cavity (together form a prechamber) during the intake stroke. In the process of intake and compression, it evaporates and mixes with the cylinder charge. In this case, an enrichment zone is created in the displacer zone under the prechamber. The mixture from the mentioned zone enters the prechamber in a directed flow, displacing the residual gases from the previous cycle, forming a flammable mixture in the ignition cavity. At the end of the compression stroke, the mixture in the prechamber is ignited with a spark plug.
В это время поршень подходит к вытеснителю и через щелевой объем факел из форкамеры воспламеняет смесь во всем объеме камеры сгорания. Однако в данном двигателе не в достаточной степени реализуется возможность получения более высокого термического КПД. Указанный ДВС является достаточно токсичным с высокой степенью загрязнения атмосферы выхлопными газами.At this time, the piston approaches the displacer and, through the slotted volume, the torch from the prechamber ignites the mixture in the entire volume of the combustion chamber. However, in this engine, the possibility of obtaining a higher thermal efficiency is not sufficiently realized. The specified internal combustion engine is quite toxic with a high degree of atmospheric pollution by exhaust gases.
Указанный двигатель является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и принят за прототип.The specified engine is the closest in technical essence to the proposed invention and is taken as a prototype.
Перед изобретением была поставлена задача улучшения экологических показателей двухтактного двигателя внутреннего сгорания за счет лучшего сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания.The invention was tasked with improving the environmental performance of a two-stroke internal combustion engine due to better combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber.
Техническим результатом изобретения является улучшение экологических показателей, повышение эффективности работы двигателя.The technical result of the invention is to improve environmental performance, increase the efficiency of the engine.
Технический результат достигается за счет того, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащим цилиндр с поршнем и камерой сгорания, форкамеру, форкамера содержит установленную в камере сгорания и выполненную в виде полусферы полость зажигания, продольная ось которой совпадает с продольной осью цилиндра и которая обращена выходом в сторону поршня (открыта в кольцевую щель), при этом примерное значение расстояния от боковых стенок полости зажигания форкамеры до поршня в его верхней мертвой точке в конце такта сжатия определяют из соотношения h=R/2π мм,The technical result is achieved due to the fact that in an internal combustion engine containing a cylinder with a piston and a combustion chamber, a prechamber, the prechamber contains an ignition cavity installed in the combustion chamber and made in the form of a hemisphere, the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis of the cylinder and which faces the exit to side of the piston (open into the annular slot), while the approximate value of the distance from the side walls of the prechamber ignition cavity to the piston at its top dead center at the end of the compression stroke is determined from the ratio h = R / 2π mm,
где h - расстояние от боковых стенок полости зажигания форкамеры до поршня в его верхней мертвой точке в конце такта сжатия;where h is the distance from the side walls of the prechamber ignition cavity to the piston at its top dead center at the end of the compression stroke;
R - радиус внутренней сферической поверхности полости зажигания;R is the radius of the inner spherical surface of the ignition cavity;
π=3,14…π = 3.14 ...
На чертеже условно показан двигатель внутреннего сгорания при положении, поршня в верхней мертвой точке, поперечный разрез.The drawing conventionally shows an internal combustion engine in the position of the piston at top dead center, cross section.
ДВС содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и камерой сгорания 3, форкамеру 4 с полостью зажигания 5.The internal combustion engine contains a cylinder 1 with a
Ширина кольцевой щели h равна расстоянию от торца полости зажигания 5 форкамеры 4 до поршня 2 в верхней мертвой точке в конце такта сжатия.The width of the annular slot h is equal to the distance from the end of the
Соотношение h=R/2π мм получено расчетным путем для обеспечения наибольшего перехода потенциальной энергии топливовоздушной смеси, находящейся в полости зажигания 5, в кинетическую энергию факела воспламенения на выходе из кольцевой щели 6.The ratio h = R / 2π mm was obtained by calculation to ensure the greatest transition of the potential energy of the fuel-air mixture located in the
Из уровня техники известен насос для перекачивания жидкости различной вязкости (RU 2412374 C1, F04D 7/04, F04D 11/00, опубл. 20.02.2011 Бюл. №5).A pump for pumping liquids of various viscosities is known from the prior art (RU 2412374 C1, F04D 7/04, F04D 11/00, publ. 20.02.2011 Bull. No. 5).
Из данного источника следует, что максимальное давление на выходе насоса устанавливается при отношении площади входа в колесо к площади выхода из него (площади кольцевой щели), примерно равном числу π. Указанное в предлагаемом изобретении соответствует отношению площади входа Sвx. топливовоздушной смеси, равной πR2, к площади выхода Sвых. из щелевого зазора 6, равной 2πRh. Sвx./Sвых.=nR2/2πRh=π, откуда следует h=R/2π.From this source, it follows that the maximum pressure at the pump outlet is established when the ratio of the area of the inlet to the wheel to the area of the outlet from it (the area of the annular slot) is approximately equal to the number π. Specified in the proposed invention corresponds to the ratio of the entrance area Svx. air-fuel mixture equal to πR 2 to the outlet area Sout. from the slotted gap 6, equal to 2πRh. Svx. / Sout. = NR 2 / 2πRh = π, which implies h = R / 2π.
ДВС работает следующим образом.The internal combustion engine works as follows.
Топливовоздушная смесь одновременно впрыскивается в камеру сгорания 3 цилиндра 1 и в полость зажигания 5 форкамеры 4 для ее предварительного воспламенения. После впрыскивания топливовоздушной смеси в камеру сгорания 3 цилиндра 1 и в полость зажигания 5 форкамеры 4 происходит ее сжатие и воспламенение.The air-fuel mixture is simultaneously injected into the combustion chamber 3 of the cylinder 1 and into the
После срабатывания находящейся в полости зажигания 5 свечи зажигания (не показана) форкамеры 4 воспламеняется топливовоздушная смесь с образованием факела воспламенения. Далее факел воспламенения из полости зажигания 5 через кольцевую щель 6 попадает в камеру сгорания 3 цилиндра 1. Происходит объемное воспламенение топливовоздушной смеси, находящейся в камере сгорания 3 ДВС. Потенциальная энергия давления переходит в кинетическую энергию, образуя ударную волну, резко активизирующую процессы окисления компонентов топливовоздушной смеси.After operation of the spark plug (not shown) of the
Воздействие ударной волны на топливовоздушную смесь в предлагаемой конструкций ДВС по своим параметрам отличается от воздействия повышенного давления, создаваемого поршнем 2 в такте сжатия. Ударная волна во много раз превышает силу сжатия. Проходя через газовую смесь в камере сгорания 3, она резко и многократно повышает ее давление, плотность и температуру, и это является главной особенностью указанного процесса.The impact of the shock wave on the air-fuel mixture in the proposed ICE designs differs in its parameters from the effect of the increased pressure created by the
Высокое давление в камере сгорания 3 под воздействием ударной волны и высвобождающаяся в результате расширения образующихся при горении топливовоздушной смеси газов энергия заставляют поршень 2 перемещаться от его верхней мертвой точки в конце такта сжатия к его нижней мертвой точке в соответствии с циклом работы ДВС.The high pressure in the combustion chamber 3 under the influence of the shock wave and the energy released as a result of the expansion of the gases formed during the combustion of the fuel-air mixture force the
В предлагаемом двухтактном ДВС при ширине кольцевой щели, равной расстоянию h от боковых стенок полости зажигания 5 форкамеры 4 до поршня 2 в его верхней мертвой точке в конце такта сжатия и определяемой по формуле h=R/2π мм, обеспечивается возникновение наибольшей по величине ударной волны, воздействующей на находящуюся в камере сгорания 3 топливовоздушную смесь.In the proposed two-stroke internal combustion engine, with the width of the annular slot equal to the distance h from the side walls of the
Указанное приводит к созданию оптимальных условий для достижения заявляемого технического результата, а именно, улучшения экологических показателей, повышения эффективности работы двигателя.This leads to the creation of optimal conditions for achieving the claimed technical result, namely, improving environmental performance, increasing the efficiency of the engine.
Заявителем изготовлен и эксплуатируется опытный образец предлагаемого двухтактного ДВС.The applicant has manufactured and is operating a prototype of the proposed two-stroke internal combustion engine.
Опытный образец предлагаемого ДВС характеризуется шириной кольцевой щели h равной 2,54 мм. Объем полости зажигания 3 форкамеры 4 составляет 4,5 см3 и выполнен в пределах (10…15) % от объема камеры сгорания 3. Форкамера 4 изготовлена из жаропрочной стали, что исключило калильное зажигание. Быстрый процесс окисления углеводородов вызвал необходимость уменьшения опережения зажигания с рекомендованных (3,5 мм…4.0) мм до (1.5…2.0) мм.The prototype of the proposed internal combustion engine is characterized by the width of the annular slot h equal to 2.54 mm. The volume of the ignition cavity 3 of the
При эксплуатации двигателя наличие выхлопа практически не наблюдается, зато происходит интенсивное выделение воды.During operation of the engine, the presence of exhaust is practically not observed, but there is an intense release of water.
Таким образом, за счет предварительного поджига и сгорания ограниченной части топливовоздушной смеси, находящейся в полости зажигания 5 форкамеры 4, выполненной и установленной в камере сгорания 3 в соответствии с предложенным техническим решением повышается эффективность использования ДВС и снижается его токсичность.Thus, due to preliminary ignition and combustion of a limited part of the fuel-air mixture located in the
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020138705A RU2751273C2 (en) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | Two-stroke internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020138705A RU2751273C2 (en) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | Two-stroke internal combustion engine |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020138705A RU2020138705A (en) | 2021-04-15 |
RU2020138705A3 RU2020138705A3 (en) | 2021-06-24 |
RU2751273C2 true RU2751273C2 (en) | 2021-07-12 |
Family
ID=75495381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020138705A RU2751273C2 (en) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | Two-stroke internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2751273C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH225634A (en) * | 1939-12-14 | 1943-02-15 | Daimler Benz Ag | Internal combustion engine. |
DE898092C (en) * | 1948-10-02 | 1953-11-26 | Daimler Benz Ag | Self-igniting, air-compressing internal combustion engine with an antechamber arranged in the cylinder head |
SU1280152A1 (en) * | 1979-05-03 | 1986-12-30 | Ворошиловградский машиностроительный институт | Internal combustion engine |
RU2227835C2 (en) * | 2002-05-28 | 2004-04-27 | Брянский государственный технический университет | Internal combustion engine |
RU2576099C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-02-27 | Николай Борисович Болотин | Internal combustion engine |
WO2020105351A1 (en) * | 2018-11-20 | 2020-05-28 | ヤンマー株式会社 | Pre-chamber type diesel engine |
-
2020
- 2020-11-24 RU RU2020138705A patent/RU2751273C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH225634A (en) * | 1939-12-14 | 1943-02-15 | Daimler Benz Ag | Internal combustion engine. |
DE898092C (en) * | 1948-10-02 | 1953-11-26 | Daimler Benz Ag | Self-igniting, air-compressing internal combustion engine with an antechamber arranged in the cylinder head |
SU1280152A1 (en) * | 1979-05-03 | 1986-12-30 | Ворошиловградский машиностроительный институт | Internal combustion engine |
RU2227835C2 (en) * | 2002-05-28 | 2004-04-27 | Брянский государственный технический университет | Internal combustion engine |
RU2576099C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-02-27 | Николай Борисович Болотин | Internal combustion engine |
WO2020105351A1 (en) * | 2018-11-20 | 2020-05-28 | ヤンマー株式会社 | Pre-chamber type diesel engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2020138705A (en) | 2021-04-15 |
RU2020138705A3 (en) | 2021-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8051830B2 (en) | Two-stroke uniflow turbo-compound internal combustion engine | |
CN109798177B (en) | Pre-chamber ignition apparatus and method for internal combustion engine | |
CN102322332B (en) | Combustion chamber structure of CNG (Compressed Natural Gas) engine and fuel injection method thereof | |
EP0591161A1 (en) | Precombustion chamber assembly for engine | |
CN210239841U (en) | Pre-combustion chamber jet flow flame ignition combustion system of piston type aviation heavy oil engine | |
JP2014503740A (en) | Full expansion internal combustion engine | |
US20170284320A1 (en) | Ignition system for internal combustion engines | |
JP7451463B2 (en) | internal combustion engine | |
US4126106A (en) | Mixed cycle internal combustion engine | |
CN114439600A (en) | Pre-chamber assembly | |
CN106870195B (en) | A kind of engine ignition mechanism and its combustion system of engine | |
RU2751273C2 (en) | Two-stroke internal combustion engine | |
US20130263813A1 (en) | Cylinder head for an internal combustion engine | |
US20050133002A1 (en) | Hydrogen combustion engine | |
CN215566235U (en) | Spark ignition type internal combustion engine for inhibiting detonation based on directional injection | |
JP3225780U (en) | Low-speed large engine | |
CN114382586A (en) | Combustion prechamber for an internal combustion engine | |
EP3037646B1 (en) | Method for operating internal combustion engines | |
KR102678546B1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2169850C2 (en) | Method of operation of six-stroke internal combustion engine | |
US10082292B1 (en) | Advanced lean burn injector igniter system | |
US20220268221A1 (en) | Reheated residual gas ignitor | |
RU2080460C1 (en) | Method of operating of internal combustion engine | |
RU99114069A (en) | METHOD OF WORK OF THE MULTI-FUEL INTERNAL COMBUSTION ENGINE, THE MULTI-FUEL INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU2269657C2 (en) | Internal combustion engine |