RU31405U1

RU31405U1 - Internal combustion engine (options)

Info

Publication number: RU31405U1
Application number: RU2003104422/20U
Authority: RU
Inventors: Ю.Ф. Гортышов; С.Э. Тарасевич; В.А. Костерин; В.Л. Варсегов; И.А. Слободянский; А.А. Костерин; А.В. Борисоглебский; К.Е. Харитонов
Original assignee: Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2003-08-10

Description

2Щ31044222SCH3104422

s-r-rw ™МПКР02В 19/18 s-r-rw ™ MPKR02V 19/18

Двигатель внутреннего сгорания Internal combustion engine

Полезная модель относится к области двигателестроения, а конкретно к поршневым двигателям внутреннего сгорания, работающим на различных видах топлива и используемым прежде всего на автомобильном транспорте.The utility model relates to the field of engine building, and specifically to reciprocating internal combustion engines operating on various types of fuel and used primarily in road transport.

Известно устройство форкамерно-факельного воспламенения топливовоздушных смесей в ДВС ( и. с. СССР № 1151699, МПК F02B19/18), в котором наполнение форкамеры (камеры зажигания) горючей смесью и выброс поджигающего факела производится через факельные каналы в стенке, разделяющей камеру зажигания и основную камеру сгорания двигателя.A device for prechamber and flare ignition of air-fuel mixtures in ICE (IS USSR No. 1151699, IPC F02B19 / 18), in which the prechamber (ignition chamber) is filled with a combustible mixture and the ignition torch is ejected through the torch channels in the wall separating the ignition chamber and the main combustion chamber of the engine.

Известен способ и устройство для его осуществления (патент РФ № 2099550, МПК F02B19/18, опубл. 20.12.97) являющийся ближайщим по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятый за прототип, в котором в камеру зажигания вводится топливо-воздушная смесь бедного состава из основной камеры сгорания ДВС и дополнительно подается обогащенная смесь, формирующаяся у стенок цилиндров двигателя за счет попадания на них испарившихся капель жидкого топлива.A known method and device for its implementation (RF patent No. 2099550, IPC F02B19 / 18, publ. 12/20/97) is the closest in technical essence to the claimed utility model and adopted as a prototype in which a poor-composition fuel-air mixture is introduced into the ignition chamber an enriched mixture is formed from the main combustion chamber of the internal combustion engine and is additionally formed at the walls of the engine cylinders due to the evaporation of droplets of liquid fuel onto them.

При переходе с жидкого на газообразное и на другие виды топлива в ДВС система обогащения смеси, осуществляемая в известных устройствах не реализуется, так как газ не оседает на стенках цилиндра, не обеспечивается эффективное поджигание смеси. Необходима специальная система обогащения дополнительно подаваемой в камеру зажигания топливной смеси, для того чтобы ДВС работал на различных видах топлив, в том числе жидком, газообразном, дизельном.When switching from liquid to gaseous and to other types of fuel in an internal combustion engine, the mixture enrichment system implemented in the known devices is not implemented, since the gas does not settle on the cylinder walls, and the mixture is not effectively ignited. A special enrichment system is needed to additionally supply the fuel mixture to the ignition chamber in order for the ICE to work on various types of fuels, including liquid, gaseous, and diesel.

Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении интенсивности и полноты сгорания при использования в двигателе внутреннего сгорания различных (варианты)The technical result, the achievement of which is proposed by the proposed utility model, is to increase the intensity and completeness of combustion when used in an internal combustion engine of various (options)

видов топлив: жидкого, газообразного, дизельного, а также в повышении экономичности и экологических характеристик двигателя.types of fuel: liquid, gaseous, diesel, as well as to increase the efficiency and environmental characteristics of the engine.

Технический результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания (вариант 1), содержит основную камеру сгорания с рабочим цилиндром и поршнем, камеру зажигания, снабженную устройством зажигания и сообшаюшуюся с основной камерой сгорания, на торцевой рабочей поверхности поршня выполнен выступ, а в головке рабочего цилиндра симметрично выступу на поршне выполнено углубление с возможностью вхождения в него выступа при работе двигателя в верхней мертвой точке, углубление сообщено с камерой зажигания каналом или каналами, в которых установлены топливные форсунки. Торцевая рабочая поверхность поршня вокруг выступа выполнена плоской по периферии, йричем размер плоского участка поршня соответствует размеру плоского участка головки. Канал, сообшаюший основную камеру сгорания с камерой зажигания выполнен сужаюше - расширяюшимся. Канал или каналы, сообщающие углубление с камерой зажигания на выходе в камеру зажигания имеют острые кромки. Камера зажигания расположена соосно, или под углом относительно оси основной камеры сгорания. Выступ, на торцевой рабочей поверхности поршня и соответственно углубление в головке рабочего цилиндра выполнены в виде полукольца, или сегмента. Кроме того, оси каналов на выходе в камеру зажигания направлены по касательной к ее внутренней поверхности.The technical result is achieved in that the internal combustion engine (option 1) contains a main combustion chamber with a working cylinder and a piston, an ignition chamber equipped with an ignition device and communicating with the main combustion chamber, a protrusion is made on the end working surface of the piston, and in the head of the working cylinder symmetrically to the protrusion on the piston, a recess is made with the possibility of a protrusion entering it when the engine is running at top dead center, the recess is communicated with the ignition chamber by a channel or channels into which mounted fuel injectors. The end working surface of the piston around the protrusion is made flat on the periphery, further the size of the flat section of the piston corresponds to the size of the flat section of the head. The channel connecting the main combustion chamber with the ignition chamber is made narrower - expanding. The channel or channels communicating the recess with the ignition chamber at the exit to the ignition chamber have sharp edges. The ignition chamber is located coaxially, or at an angle relative to the axis of the main combustion chamber. The protrusion on the end working surface of the piston and, accordingly, the recess in the head of the working cylinder is made in the form of a half ring, or segment. In addition, the axis of the channels at the exit to the ignition chamber is directed tangentially to its inner surface.

Технический результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания (вариант 2) содержит основную камеру сгорания с рабочим цилиндром и поршнем, камеру зажигания, снабженную устройством зажигания и сообщающуюся с основной камерой сгорания, на торцевой рабочей поверхности поршня выполнены выступы, в головке рабочего цилиндра выполнены каналы, сообщающие рабочую полость цилиндра с камерой зажигания, при этом выступы расположены с возможностью их вхождения в соответствующие каналы при работе двигателя в верхней мертвой точке, а в каналах установлены топливные форсунки.The technical result is achieved in that the internal combustion engine (option 2) comprises a main combustion chamber with a working cylinder and a piston, an ignition chamber equipped with an ignition device and communicating with the main combustion chamber, protrusions are made on the end working surface of the piston, channels are made in the head of the working cylinder communicating the working cavity of the cylinder with the ignition chamber, while the protrusions are located with the possibility of their entry into the corresponding channels during engine operation at top dead center, and in nalah fuel injectors are installed.

Торцевая рабочая поверхность поршня выполнена плоской по периферии, причем размер плоского участка поршня соответствует размеру плоского участка головки цилиндра. Канал, сообшаюш:ий основную камеру сгорания с камерой зажигания, выполнен сужающе - расширяющимся. Каналы, сообщающие рабочую полость цилиндра с камерой зажигания на выходе в камеру зажигания имеют острые кромки. Камера зажигания расположена соосно, или под углом относительно оси основной камеры сгорания. Кроме того, оси каналов сообщающих рабочую полость цилиндра с камерой зажигания на выходе в камеру зажигания направлены по касательной к ее внутренней поверхности.The end working surface of the piston is made flat on the periphery, and the size of the flat portion of the piston corresponds to the size of the flat portion of the cylinder head. Channel, communication: the main combustion chamber with the ignition chamber is made narrowing - expanding. The channels communicating the working cavity of the cylinder with the ignition chamber at the exit to the ignition chamber have sharp edges. The ignition chamber is located coaxially, or at an angle relative to the axis of the main combustion chamber. In addition, the axis of the channels communicating the working cavity of the cylinder with the ignition chamber at the exit to the ignition chamber is directed tangentially to its inner surface.

На фиг. 1 - представлен разрез головки и цилиндра двигателя внутреннего сгорания в положении верхней л ртвой точки (сечение А-А) (вариант 1).In FIG. 1 - shows a section of the head and cylinder of an internal combustion engine in the position of the top left point (section AA) (option 1).

На фиг.2 - представлен вид Б-Б фиг. 1 (вариант 1).In Fig.2 - presents a view BB of Fig. 1 (option 1).

На фиг. 3 - представлен вид В-В фиг. 1 (вариант 1).In FIG. 3 is a view BB of FIG. 1 (option 1).

На фиг. 4 - представлен вид Г-Г фиг.1 (вариант 1).In FIG. 4 - presents a view of GG of figure 1 (option 1).

Двигатель внутреннего сгорания (вариант 1) имеет рабочий цилиндр 1, порщень 2 с полукольцевым выступом 3 на торцевой рабочей поверхности, основную камеру сгорания 4 с впускным клапаном 5, камеру зажигания 6 расположенную под углом 25 к оси цилиндра 1, снабженную устройством зажигания (свеча зажигания 7) и сообщающуюся с основной камерой сгорания 4 каналом 8. В головке рабочего цилиндра 1 симметрично полукольцевому выступу 3 на порщне 2 выполнено полукольцевое углубление 9, которое сообщено с камерой зажигания 6 каналами 10, в которых установлены топливные форсунки 11. Высота выступа 3 равна глубине углубления 9 и при работе двигателя в верхней мертвой точке выступ 3 входит в углубление 9. Выступ 3, на торцевой рабочей поверхности порщня 2 и соответственно углубление 9 в головке рабочего цилиндра 1 (в данном примере конкретного выполнения) выполнены в виде полукольца, но также могут иметь любую другую форму, например, сегмента, цилиндра. Торцевая рабочая поверхность порщня 2 двигателя внутреннего сгорания вокруг выступа 3 выполнена плоской 12, причем размер плоского участка поршня 2 соответствует размеру плоского участка головки рабочего цилиндра 1.The internal combustion engine (option 1) has a working cylinder 1, a piston 2 with a semicircular protrusion 3 on the end working surface, the main combustion chamber 4 with an inlet valve 5, the ignition chamber 6 located at an angle of 25 to the axis of the cylinder 1, equipped with an ignition device (spark plug 7) and communicating with the main combustion chamber 4 by a channel 8. In the head of the working cylinder 1, a half-ring recess 9 is made symmetrically to the half-ring protrusion 3 on the piston 2, which is in communication with the ignition chamber 6 channels 10 in which the top willow nozzles 11. The height of the protrusion 3 is equal to the depth of the recess 9 and when the engine is running at top dead center, the protrusion 3 enters the recess 9. The protrusion 3, on the end working surface of the piston 2 and, accordingly, the recess 9 in the head of the working cylinder 1 (in this particular embodiment ) made in the form of a half ring, but can also have any other shape, for example, a segment, a cylinder. The end working surface of the piston 2 of the internal combustion engine around the protrusion 3 is made flat 12, and the size of the flat portion of the piston 2 corresponds to the size of the flat portion of the head of the working cylinder 1.

Канал 8 сообщающий основную камеру сгорания 4 двигателя внутреннего сгорания с камерой зажигания 6 выполнен сужающе - расщиряющимся. Каналы 10, сообщающие рабочую полость цилиндра 1 с камерой зажигания 6 на выходе в камеру зажигания 6 имеют острые кромки 13. Кроме того, оси каналов 10 на выходе в камеру зажигания 6 направлены по касательной к ее внутренней поверхностиChannel 8 communicating the main combustion chamber 4 of the internal combustion engine with the ignition chamber 6 is made narrowing - expanding. The channels 10 communicating the working cavity of the cylinder 1 with the ignition chamber 6 at the exit to the ignition chamber 6 have sharp edges 13. In addition, the axis of the channels 10 at the exit to the ignition chamber 6 is directed tangentially to its inner surface

По варианту 2 двигатель внутреннего сгорания имеет рабочий цилиндр 1, поршень 2 с выступами 3 на торцевой рабочей поверхности, основную камеру сгорания 4 с впускным клапаном 5, камеру зажигания 6 расположенную под углом 25 к оси цилиндра 1, снабженную устройством зажигания (свеча зажигания 7) и сообщающуюся с основной камерой сгорания 4 каналом 8. В головке рабочего цилиндра 1 выполнены каналы 10, сообщающие рабочую полость цилиндра с камерой зажигания 6. В каналах 10 установлены топливные форсунки 11, При работе двигателя в верхней мертвой точке выступ 3 входят в каналы 10. Торцевая рабочая поверхность поршня 2 двигателя внутреннего сгорания выполнена плоской 12, причем размер плоского участка поршня 2 соответствует размеру плоского участка головки рабочего цилиндра 1.In option 2, the internal combustion engine has a working cylinder 1, a piston 2 with protrusions 3 on the end working surface, a main combustion chamber 4 with an intake valve 5, an ignition chamber 6 located at an angle of 25 to the axis of the cylinder 1, equipped with an ignition device (spark plug 7) and communicating with the main combustion chamber 4 by a channel 8. In the head of the working cylinder 1, channels 10 are made, communicating the working cavity of the cylinder with the ignition chamber 6. Fuel injectors 11 are installed in the channels 10, When the engine is running at top dead center, pack 3 enter the channels 10. The end working surface of the piston 2 of the internal combustion engine is made flat 12, and the size of the flat section of the piston 2 corresponds to the size of the flat section of the head of the working cylinder 1.

Двигатель работает следующим образом:The engine operates as follows:

В такте впуска, при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, открывается впускной клапан 5, через который в рабочий цилиндр 1 подается бедная топливовоздушная смесь. Одновременно с этимIn the intake stroke, when the piston moves from the top dead center to the bottom dead center, the inlet valve 5 opens, through which a poor air-fuel mixture is fed into the working cylinder 1. Simultaneously

через сужающе-расширяющийся канал 8 под действием перепада давлений между камерой зажигания 6 и увеличивающимся объемом основной камеры сгорания 4, начинается очистка камеры зажигания от остаточных газов, которые в фазе перекрытия клапанов выходят в выпускную магистраль.through a narrowing-expanding channel 8 under the action of a pressure differential between the ignition chamber 6 and the increasing volume of the main combustion chamber 4, the ignition chamber begins to be cleaned of residual gases, which exit to the exhaust manifold in the valve overlap phase.

В начале такта сжатия в рабочем цилиндре 1 и в камере зажигания 6 давление выравнивается. Большая часть свежей бедной топливовоздушной смеси попадает в камеру зажигания 6 по каналам 10, имеющим большую пропускную способность, чем канал 8, который выполнен сужающерасщиряющимся. Оси каналов 10 на выходе в камеру зажигания 6 направлены по касательной к ее внутренней поверхности, вследствие чего в камере зажигания 6 образуется вихрь. Одновременно с этим, в условиях невысокого избыточного давления, в камеру закжигания 6 осуществляют подачу обогащающей дозы топлива через топливную форсунку 11. Это топливо, попадая в зону действия вихря, смещивается с бедной топливо-воздушной смесью и образует хорошо карбюрированную топливо-воздушной смесь богатого состава. Острые кромки каналов 10 на выходе в камеру зажигания 6 действуют как газодинамические детекторы, предотвращая возврат топливо-воздушной смеси в каналы 10.At the beginning of the compression stroke in the working cylinder 1 and in the ignition chamber 6, the pressure is equalized. Most of the fresh lean air-fuel mixture enters the ignition chamber 6 through channels 10 having a higher throughput than channel 8, which is made taper-expandable. The axis of the channels 10 at the exit to the ignition chamber 6 is directed tangentially to its inner surface, as a result of which a vortex is formed in the ignition chamber 6. At the same time, under conditions of low overpressure, an enrichment dose of fuel is supplied to ignition chamber 6 through fuel nozzle 11. This fuel, falling into the vortex action zone, is displaced with a poor fuel-air mixture and forms a well-carburized fuel-air mixture of a rich composition . The sharp edges of the channels 10 at the exit to the ignition chamber 6 act as gas-dynamic detectors, preventing the return of the fuel-air mixture into the channels 10.

В конце такта сжатия полукольцевой выступ 3 в торцевой поверхности поршня 2 входит в полукольцевое углубление 9 головки рабочего цилиндра 1 (вариант 1) и перекрывает связь камеры зажигания 6 и основной камеры сгорания 4 через каналы 10. В варианте 2 выступы 3 входят непосредственно в соответствующие каналы 10, при этом также перекрывается связь камеры зажигания 6 и основной камеры сгорания 4 через каналы 10. При этом происходит дополнительное сжатие топливо-воздушной смеси в камере зажигания 6 и, следовательно, появляется перепад давления между камерой зажигания 6 и основной камерой сгорания 4. В этот момент происходит воспламенение богатой топливовоздушной смеси от свечи зажигания 7.At the end of the compression stroke, the half-ring protrusion 3 in the end surface of the piston 2 enters the semi-circular recess 9 of the head of the working cylinder 1 (option 1) and blocks the connection of the ignition chamber 6 and the main combustion chamber 4 through channels 10. In option 2, the protrusions 3 enter directly into the corresponding channels 10, the connection between the ignition chamber 6 and the main combustion chamber 4 through the channels 10 is also blocked. In this case, the fuel-air mixture is additionally compressed in the ignition chamber 6 and, therefore, a pressure differential appears between eroy plug 6 and the main combustion chamber 4. At this time ignites the rich fuel-air mixture from the spark plug 7.

С FROM

камерой сгорания 4 только сужающе-расширяющимся каналом 8, (т.к. каналы 10 остаются перекрытыми выступами 3 на торцевой поверхности поршня 2), то под действием перепада давления расширяющиеся продукты неполного сгорания с большой скоростью выбрасываются через сужаюшерасширяющийся канал 8 по всему объему основной камеры сгорания 4, инициируя первоначальные очаги горения бедной топливовоздушной смеси. Приby the combustion chamber 4 only by the narrowing-expanding channel 8, (since the channels 10 remain blocked by the protrusions 3 on the end surface of the piston 2), under the influence of the pressure drop, the expanding products of incomplete combustion are ejected at high speed through the narrowing-expanding channel 8 throughout the volume of the main chamber combustion 4, initiating the initial foci of burning a poor air-fuel mixture. At

этом образуется поджигающий факел большой мощности за счет образования химически активных продуктов неполного сгорания, которые, попадая в зону бедной топливовоздушной смеси, практически мгновенно образуют начальные очаги горения по всему объему основной камеры сгорания 4.This forms an arsonizing torch of high power due to the formation of chemically active products of incomplete combustion, which, falling into the zone of a poor air-fuel mixture, almost instantly form the initial combustion sites throughout the entire volume of the main combustion chamber 4.

Из конструктивных соображений, камера зажигания 6 повернута на 25° вправо от оси рабочего цилиндра d, а выступ 3 выполнен полукольцевым (вариант 1). Это позволяет, не изменяя размеры и расположение газораспределительных клапанов, применять предлагаемую полезную модель на реальном двигателе, например на автомобиле ВАЗ-2109.For design reasons, the ignition chamber 6 is rotated 25 ° to the right of the axis of the working cylinder d, and the protrusion 3 is made semi-ring (option 1). This allows, without changing the size and location of the gas distribution valves, to apply the proposed utility model on a real engine, for example on a VAZ-2109 car.

Таким образом, предлагаемый двигатель внутреннего сгорания при его использовании позволит повысить интенсивность и полноту сгорания, снизить удельный расход топлива при применении в двигателе различных видов топлив: жидкого, газообразного, дизельного, а также улучшить экологические показатели двигателя.Thus, the proposed internal combustion engine when using it will increase the intensity and completeness of combustion, reduce specific fuel consumption when using various types of fuel in the engine: liquid, gaseous, diesel, as well as improve the environmental performance of the engine.

..

t t

Claims

1. An internal combustion engine comprising a main combustion chamber with a working cylinder and a piston, an ignition chamber equipped with an ignition device and communicating with the main combustion chamber, characterized in that a protrusion is made on the end working surface of the piston, and a protrusion on the piston is symmetrical in the head of the working cylinder a recess is made with the possibility of a protrusion entering it when the engine is running at top dead center, the recess is communicated with the ignition chamber by a channel or channels in which fuel force is installed ounces.

2. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the end working surface of the piston around the protrusion is flat on the periphery, and the size of the flat portion of the piston corresponds to the size of the flat portion of the head.

3. The internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the channel communicating the main combustion chamber with the ignition chamber is made narrowing-expanding.

4. The internal combustion engine according to claim 1 or 2, 3, characterized in that the channel or channels communicating the recess in the cylinder head with the ignition chamber have sharp edges at the exit to the ignition chamber.

5. The internal combustion engine according to claim 1 or 2, 3, 4, characterized in that the axis of the channels communicating the recess in the cylinder head with the ignition chamber, at the exit to the ignition chamber are directed tangentially to its inner surface.

6. The internal combustion engine according to claim 1 or 2-5, characterized in that the ignition chamber is located coaxially, or at an angle relative to the axis of the main combustion chamber.

7. The internal combustion engine according to claim 1 or 2-6, characterized in that the protrusion on the end working surface of the piston and, accordingly, the recess in the head of the working cylinder are made in the form of a half ring or segment.

8. An internal combustion engine comprising a main combustion chamber with a working cylinder and a piston, an ignition chamber equipped with an ignition device and communicating with the main combustion chamber, characterized in that protrusions are made on the end working surface of the piston, channels communicating the working cylinder are made in the head of the working cylinder the cavity of the cylinder with the ignition chamber, while the protrusions are located with the possibility of their entry into the corresponding channels during engine operation at top dead center, and fuel channels are installed in the channels e nozzles.

9. The internal combustion engine of claim 8, characterized in that the end working surface of the piston is made flat on the periphery, and the size of the flat portion of the piston corresponds to the size of the flat portion of the cylinder head.

10. The internal combustion engine according to claim 8 or 9, characterized in that the channel communicating the main combustion chamber with the ignition chamber is made narrowing-expanding.

11. The internal combustion engine according to claim 8 or 9, 10, characterized in that the channels communicating the working cavity of the cylinder with the ignition chamber at the exit to the ignition chamber have sharp edges.

12. The internal combustion engine according to claim 8 or 9-11, characterized in that the axis of the channels communicating the working cavity of the cylinder with the ignition chamber, is directed tangentially to its internal surface at the exit to the ignition chamber.

13. The internal combustion engine according to claim 1 or 2-4, characterized in that the ignition chamber is located coaxially, or at an angle relative to the axis of the main combustion chamber.