CS232360B1

CS232360B1 - Combustion chamber of piston explosive engine

Info

Publication number: CS232360B1
Application number: CS822808A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Zacpal
Original assignee: Zdenek Zacpal
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1985-01-16
Also published as: CS280882A1

Abstract

Účelem spalovacího prostoru podle, vynálezu je, aby pístové výbušné motory pracovaly ve velmi širokém rozsahu režimů s optimálním kompresním poměrem až na hranici klepáni, což zajištuje významný růst tepelné účinnosti v praktickém provozu a tedy snížení spotřeby paliva. Uvedeného účelu se dosáhne v podstatě tím, že v hlavě (12) válce (1) je vytvořen navazující válec (14) menšího průměru se suyně uloženým protipístem (15), přičemž prostor ve válci (14) za suvně uloženým protipístem (15) na straně odvrácené od hlavy (12) válce (1) je propojen s akumulátorem (19) tlakového oleje.The purpose of the combustion chamber according to the invention is to allow piston internal combustion engines to operate in a very wide range of modes with an optimal compression ratio up to the knocking limit, which ensures a significant increase in thermal efficiency in practical operation and therefore a reduction in fuel consumption. The stated purpose is achieved essentially by creating a connecting cylinder (14) of smaller diameter with a slidingly mounted counter piston (15) in the head (12) of the cylinder (1), while the space in the cylinder (14) behind the slidingly mounted counter piston (15) on the side facing away from the head (12) of the cylinder (1) is connected to a pressure oil accumulator (19).

Description

Vynález se týká spalovabího prostoru pístového výbušného motoru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an internal combustion chamber of a piston engine.

V posledních létech se výrazně zvýšily ceny paliv, jimiž jsou poháněny pístové výbušné motory. Jsou proto usilovně hledány cesty, jak zvýšit tepelnou účinnost motorů a spotřebu paliva maximálně snížit zejména u vozidlových motorů.In recent years, fuel prices for piston engines have increased significantly. Therefore, ways to increase the thermal efficiency of engines and to reduce fuel consumption, especially for vehicle engines, are being sought.

Již mnoho desítek let je.známo, že tepelná účinnost pístových výbušných motorů vzrůstá spolu s růstem expanzního a v praxi tedy i kompresního poměru - z konstrukčních důvodů bývají stejné. Kompresní poměr byl tedy zvyšován až po hranici vzniku detonačního běhu. V této souvislosti byly rovněž zlepšovány antidetonační vlastnosti paliv.It has been known for many decades that the thermal efficiency of reciprocating piston engines increases with the expansion and, in practice, the compression ratio - for design reasons, they are the same. The compression ratio was thus increased up to the limit of detonation run. In this context, the anti-knock properties of fuels have also been improved.

Tímto způsobem bylo dosaženo poměrně dobré ekonomie provozu, avšak pouze při plně otevřené škrtící klapce v sacím kanálu. Při přivřené škrtící klapce při částečném zatížení nedojde k plnému naplnění válců a tedy přes geometrickými charakteristikami daný vysoký kompresní poměr se tento plně neuplatňuje; kompresní a tedy i střední efektivní tlak jsou nižší, než by palivo dovolovalo, tepelná ekonomie je snížena a měrná spotřeba paliva stoupá.In this way, a relatively good operating economy was achieved, but only with the fully open throttle in the intake duct. When the throttle is closed at partial load, the cylinders are not fully filled and therefore the high compression ratio given by the geometric characteristics does not fully apply; the compression and hence the mean effective pressure are lower than the fuel would allow, the thermal economy is reduced and the specific fuel consumption increases.

U mnohovaloových motorů se tento nedostatek částečně odstraňuje vypínáním některých válců při Částečném zatížení tak, aby zbývající válce mohly i při celkovém zatížení sníženém pracovat pokud možno na plný výkon. Toto řešení, i když přináší významné úspory paliva, má však rovněž nevýhody.In the case of multi-engine engines, this drawback is partially eliminated by switching off some of the cylinders at Partial Load, so that the remaining cylinders can operate at full power as much as possible even at reduced load. However, this solution, while bringing significant fuel savings, also has disadvantages.

Je možno je uplatnit pouze u velkých, mnohoválcových motorů, zpravidla se vstřikováním paliva. Potřebný mechanismus pro vypnutí přívodu vzduchu a paliva do válce a rozvodu je technicky ná- 2 232 360 ročný. Nepracující válce chládnou, což zhoršuje podmínky pro mazání. Celý systém regulace pracuje skokovitě a tedy ne zcela optimálně.They can only be applied to large, multi-cylinder engines, usually with fuel injection. The necessary mechanism for shutting off the air and fuel supply to the cylinder and the manifold is technically 2,232,360 years. Non-working cylinders cool, which worsens the lubrication conditions. The entire control system works step-by-step and therefore not optimally.

Dále rozvedený vynález si.klade za cíl problém ekonomického provozu pístových výbušných motorů řešit kontinuálně, v celém rozsahu zatížení a způsobem vhodným i pro malé motory s malým počtem válců, zejména vozidlové.It is an object of the present invention to solve the problem of economical operation of reciprocating internal combustion engines continuously, over the entire load range and in a manner suitable for small engines with a small number of cylinders, in particular vehicles.

Podstata spalovacího prostoru pístového výbušného motoru podle vynálezu záleží v tom, že v hlavě válce je vytvořen navazující válec menšího průměru se suvně uloženým protipístem, přičemž prostor ve válci za suvně uloženým protipístem na straně odvrácené od .hlavy válce je propojen s akumulátorem tlakového oleje.The essence of the combustion chamber of a reciprocating internal combustion engine according to the invention is that a cylinder of smaller diameter is formed in the cylinder head with a sliding counter-piston, the space in the cylinder behind the sliding counter-piston on the side facing away from the cylinder head.

Zavedení vynálezu tedy umožňuje, aby pístové výbušné motory pracovaly ve velmi širokém rozsahu režimů s optimálním kompresním poměrem až na hranici klepání, což zajišťuje významný růst tepelné účinnosti v praktickém provozu a tedy snížení provozní spotřeby paliva.Thus, the introduction of the invention allows the piston engines to operate in a very wide range of modes with an optimum compression ratio up to the knock threshold, which ensures a significant increase in thermal efficiency in practical operation and thus a reduction in operating fuel consumption.

Zavedený vynálezu rovněž umožňuje využívat u stejného motoru paliva s různými antidetonsčními vlastnostmi, což je rovněž velmi výhodné.The present invention also makes it possible to use fuel with different anti-detonation properties in the same engine, which is also very advantageous.

Sešení je schematicky znázorněno na obr.1 a obr.2. Na obr.1 je v řezu zobrazena nejjednodušší aplikace u jednoho válce dvoudobého motoru. Na obr.2 je v řezu zobra^fena aplikace u jednoho válce čtyřdobého motoru.The stitching is shown schematically in Fig. 1 and Fig. 2. 1 shows the simplest application of one cylinder of a two-stroke engine. FIG. 2 is a cross-sectional view of one cylinder of a four-stroke engine.

Dvoudobý motor na obr.1 pozůstává z válce 1 přecházejícího ve spodní části v klikovou skříň 2., uzavřenou víkem V klikové skříni 2 je uložen běžný klikový mechanismus 4, na nějž navazuje ojnice £ s pístem 6., suvně uloženým ve válci 1. Klikový mechanismus 4. obsahuje běžný setrvačník, což však není znázorněno. Válec 1 je opatře sacím kanálem 2. ^se škrtící klapkou 6, která bývá umístěna v karburátoru pokud není užito jiné zařízení pro rozprašování paliva < výfukovým kanálem 10. Prostor klikové skříně 2. je propojen s válcem I. přefukovacím kanálem 11.The two-stroke engine in FIG. 1 consists of a cylinder 1, which in the lower part is converted into a crankcase 2. closed by a lid. the mechanism 4 comprises a conventional flywheel, but this is not shown. The cylinder 1 is provided with a suction channel 2 ^{with a} throttle 6, which is usually located in the carburetor, unless another fuel atomization device is used <the exhaust channel 10. The crankcase space 2 is connected to the cylinder I through the blow channel 11.

Válec 1 je v horní části uzavřen hlavou 12 válce 1 se spalovacím prostorem 13, tvořeným válcem 14 menšího průměru než válec 1 se suvně uloženým protipístem 15. Do spalovacího prostoru 13 zasahuje zapalovací svíčka 16. Odvrácená strana válce 14 za protipístem 15 je uzavřena víčkem 17 a propojena potrubím 18 s akumulátorem 19 tla- 3The cylinder 1 is closed at the top by the head 12 of the cylinder 1 with the combustion chamber 13, consisting of a cylinder 14 of smaller diameter than the cylinder 1 with the sliding counter-piston 15. The spark plug 16 extends into the combustion chamber 13. and interconnected via line 18 with accumulator 19 of pressure

232 380 kového oleje. Do potrubí 18 je zařazen škrtící ventil 20. Tlak oleje v akumulátoru je možno měnit, což však není na obrázku znázorněno.232 380 metal oil. A choke valve 20 is included in the conduit 18. The oil pressure in the accumulator can be varied, but this is not shown in the figure.

Čtyřdobý motor na obr.2 je obdobný s tím rozdílem, že neobsahuje prvky rozvodu dvoudobého motoru na válci 1, a to sací kanál 2» výfukový kanál 10 a přefukovací kanál 11. Rovněž hlava válce 12 je v souvislosti s rozvodem čtyřdobého motoru zcela jinak řešena.The four-stroke engine in Fig. 2 is similar except that it does not include the two-stroke engine timing elements on the cylinder 1, namely the intake duct 2 »the exhaust duct 10 and the overflow duct 11. .

V hlavě válce 12 je navíc umístěn výfukový ventil 21 s návazným výfukovým kanálem 22 a sací ventil 23 s návazným sacím kanálem 24. Sací ventil 23 není z obrázku zcela zřejmý, oba ventily jsou v řadě za sebou. Rovněž není znázorněn běžný pohon ventilů vačkovým hřídelem. Sací kanál 24 je opatřen škrtící klapkou 8, obvykle umístěnou v karburátoru 9,, pokud není užito jiné zařízení pro rozprašování paliva. Spalovací prostor 13, tvořený válcem 14 menšího průměru než válec 1 se suvně uloženým protipístem 15, je z prostorových důvodů zlomen.In addition, an exhaust valve 21 with a downstream exhaust port 22 and an intake valve 23 with a downstream intake port 24 are disposed in the cylinder head 12. The intake valve 23 is not obvious from the figure, both valves are in series. Nor is the conventional camshaft actuation of the valves. The suction channel 24 is provided with a throttle 8, usually located in the carburetor 9, unless another fuel atomization device is used. The combustion chamber 13, formed by a cylinder 14 of smaller diameter than the cylinder 1 with the sliding counter-piston 15, is broken for spatial reasons.

Odvrácená strana válce 14 za protipístem 15 je jako na obr.l uzavřena víčkem 17 a propojena potrubím 18 s akumulátorem 19 tlakového oleje. Do potrubí 18 je zařazen škrátící ventil 20. Tlak oleje v akumulátoru 19 je možno změnit, což však není na obrázku znázorněno.The opposite side of the cylinder 14 behind the counter piston 15 is closed as in FIG. 1 by a cap 17 and connected via a line 18 to a pressure oil accumulator 19. A shorting valve 20 is inserted into the conduit 18. The oil pressure in the accumulator 19 can be changed, but this is not shown in the figure.

Zařízení dle vynálezu pracuje následujícím způsobem :The device according to the invention operates as follows:

Motor na obr.l pracuje v běžném pracovním cyklu dvoudobých motorů. Při otáčení klikového mechanismu 4 je prostřednictvím ojnice 5 píst 6. uváděn ve válci 1 do kmitavého pohybu. Píst 6 při pohybu směrem nahoru jednak vytváří podtlak v klikové skříni 2 a tím způsobuje nasávání směsi paliva a vzduchu z karburátoru 2 ^se škrticí klapkou 8 sacím kanálem 2 do klikové skříně 2» jednak stlačuje směs paliva a vzduchu z předchozího cyklu do spalovacího prostoru 13. Zde je stlačená směs paliva a vzduchu zapálena zapalovací svíčkou 16, teplota a tlak plynů prudce vzrostou, čímž je píst 6, vržen ve válci 1 směrem dolů. Plyny při tomto pracovním zdvihu expandují do doby než horní hrana pístu 6 odkryje ústí výfukového kanálu 10 z válce 1. Expandované plyny pak odcházejí výfukovým kanálem 10.The engine of FIG. 1 operates in the normal duty cycle of two-stroke engines. When the crank mechanism 4 is rotated, the piston 6 is oscillated in the cylinder 1 by means of a connecting rod 5. The piston 6, when moving upwards, generates a negative pressure in the crankcase 2 and thereby causes the fuel / air mixture to be sucked from the carburetor 2 ^{with the} throttle 8 through the suction channel 2 into the crankcase 2. Here, the compressed fuel-air mixture is ignited by the spark plug 16, the temperature and pressure of the gases rise sharply, thereby plunging the piston 6 down in the cylinder 1. The gases at this working stroke expand until the upper edge of the piston 6 exposes the mouth of the exhaust port 10 from the cylinder 1. The expanded gases then exit through the exhaust port 10.

Píst postupuje dále směrem dolů, spodní hranou uzavírá ;sti 'sacího kanálu 2 do válce 1 a horní hrsnou otevírá čího kanálu 11 do válce 1. Směs paliva a vzduchu, ústí přefukovalcterá byla dříve při kompresním zdvihu nasáta do klikové skříně 2.j zee při expansThe piston proceeds downward, the lower edge closes the intake duct 2 into the cylinder 1 and the upper dump opens the intake duct 11 into the cylinder 1. The fuel-air mixture, the orifice that has been previously sucked into the crankcase 2.j during the compression stroke expans

- 4 232 380 ním zdvihu stlačena, proudí přefukovým kanálem 11 nad píst 6 do válce 1. Tím je vše připraveno pro další pracovní cyklus» Pohyb všech mechanismů do kompresního zdvihu se děje na úkor energie, jež byla při pracovním zdvihu uložena v setrvačníku, který není znázorněno- 4,232,380 stroke, flows through the overflow duct 11 above the piston 6 into cylinder 1. This is all ready for the next working cycle »The movement of all mechanisms into the compression stroke is at the expense of the energy stored in the flywheel during the working stroke. not shown

Motor na obr.2 pracuje v běžném čtyřdobém pracovním cyklu.The engine in Fig. 2 operates in a normal four-stroke duty cycle.

Při otáčení klikového mechanismu 4 je prostřednictvím ojnice 2 píst 6. ve válci 1 uváděn do kmitavého pohybu. Píst 6. při pohybu směrem nahoru stlačuje směs paliva a vzduchu z předchozího cyklu do spalovacího prostoru 13, výfukový ventil 21 i sací ventil 23. .jsou zavřeny. Zde je stlačené směs paliva a vzduchu zapálena zapalovací svíčkou „16, teplota a tlak plynů prudce vzrostou, čímž je píst 6 ve válci 1 vržen směrem dolů. P|yny při tomto pracovním zdvihu expandují přibližně do dolní úvrati pohybu pístu 6, kdy se otevírá vačkovým mechanizmem, který není znázorněn, výfukový ventil 21»When the crank mechanism 4 is rotated, the piston 6 in the cylinder 1 is oscillated by the connecting rod 2. The piston 6, when moving upwards, compresses the fuel / air mixture from the previous cycle into the combustion chamber 13, the exhaust valve 21 and the intake valve 23 are closed. Here, the compressed fuel-air mixture is ignited by the spark plug 16, the temperature and pressure of the gases rise sharply, thereby plunging the piston 6 in the cylinder 1 downward. At this working stroke, the stands expand approximately to the bottom dead center of the piston 6 movement when the exhaust valve 21 is opened by a cam mechanism (not shown).

V další části cyklu se píst 6. vrací do horní úvrati a vytlačuje spálené plyny stále otevřeným výfukovým ventilem 21 a výfukovým kanálem 22. Přibližně v horní úvrati se zavírá výfukový ventil· 21 a otevírá se sací ventil 23.In another part of the cycle, the piston 6 returns to the top dead center and expels the burnt gases through the still open exhaust valve 21 and the exhaust port 22. At approximately the top dead center the exhaust valve 21 closes and the intake valve 23 opens.

sese

V další části cyklu/pét 6. vrací do horní úvrati a přes otevřený sací ventil 23 nasává sacím kanálem 24 směs paliva a vzduchu z karburátoru £ se škrtící klapkou 8. Následuje již popsaný kompres-’ ní zdvih.In another part of the cycle / five, it returns to the top dead center and, through the open intake valve 23, sucks in the carburetor fuel / air mixture 24 with the throttle 8 through the intake passage 24.

Pohyb všech mechanismů v době mimo pracovní zdvih se děje na úkor energie, jež byla při pracovním zdvihu uložena do setrvačníku, který není znázorněn.The movement of all mechanisms outside the working stroke takes place at the expense of the energy that was stored in the flywheel (not shown) during the working stroke.

Až dosud byla popisována běžná práce dvoudobého a čtyřdobého pístového výbušného motoru. U obou druhů motorů dle obr.l a obr.2 je však aplikováno řešení dle vynálezu, jež pracuje následovně.Until now, the normal work of a two-stroke and four-stroke piston engine has been described. 1 and 2, however, the solution according to the invention is applied, which works as follows.

Tlakový olej z akumulátoru 19 tlakového oleje přes potrubí 18 a škrtící ventil 20 je zaváděn přes víčko 17 do válce 14., a to na tu stranu, jež je odvrácena od hlavy 12 válce 1. Tlačí tak na protipíst 15, který se posouvá a svou polohou určuje velikost spalovacího prostoru 13 v hlavě 12 válce 1.The pressurized oil from the pressurized oil accumulator 19 through the conduit 18 and the throttle valve 20 is introduced through the cap 17 into the cylinder 14. to the side which faces away from the cylinder head 12 so that it presses against the counter piston 15 which moves position determines the size of the combustion space 13 in the head 12 of the cylinder 1.

Protipíst 13 je při provozu motoru zatížen periodicky tlakem plynů ve válci 1 z jedné strany a trvale tlakem oleje z akumulátoru 12 tlakového oleje z druhé strany.During operation of the engine, the counter piston 13 is loaded periodically by the pressure of the gases in the cylinder 1 from one side and continuously by the pressure of the oil from the pressure oil accumulator 12 from the other side.

- 5 232 3B0- 5,232 3B0

Vlivem toho, že do potrubí 18 je zařazen škrtící ventil 20, protipíst 15 sice má možnost pomalého posuvu, avšak jeho kmitání v rytmu změny tlaku plynů ve válci 1 není možné. Za této situace pak se protipíst 15 samočinně ustavuje do polohy, jež je dána středním tlakem plynů ve válci 1 a tlakem oleje v akumulátoru 19»Due to the fact that a throttle valve 20 is included in the duct 18, the counter-piston 15 has the possibility of a slow movement, but its oscillation in the rhythm of the gas pressure change in the cylinder 1 is not possible. In this situation, the counter-piston 15 automatically adjusts itself to the position given by the mean gas pressure in cylinder 1 and the oil pressure in the accumulator 19 »

Střední tlak plynů ve válci 1 závisí především na skutečném kompresním poměru, tedy na kompresním tlaku.The mean gas pressure in the cylinder 1 depends primarily on the actual compression ratio, i.e. the compression pressure.

Při částečném zatížení motoru při přivřené Škrticí klapce 8 v karburátoru £, kdy motorem prochází snížené množství směsi paliva a vzduchu pak klesá skutečný kompresní poměr a tedy i střední tlak plynů ve válci 1. Na protipístu 15 vzniká nerovnováha sil, protipíst 15 se tlakem oleje z akumulátoru 19 přesouvá, zmenšuje velikost spalovacího prostoru 13 v hlavě válce 12 tak dlouho, až vlivem zvýšení skutečného kompresního poměru střední tlak plynů Ve válci 1 vzroste a rovnováha sil na protipístu 15 se obnoví.When the engine is partially loaded while the throttle 8 is closed in the carburetor 8, the reduced fuel / air mixture passes through the engine, then the actual compression ratio and thus the mean gas pressure in the cylinder 1 decreases. The accumulator 19 shifts, decreasing the size of the combustion space 13 in the cylinder head 12 until the mean pressure of the gases in the cylinder 1 increases and the equilibrium of forces on the counter piston 15 is restored due to an increase in the actual compression ratio.

Při opětném otevření škrtící klapky 8 v karburátoru 9. průtočné množství směsi vzduchu a paliva opět vzroste. Skutečný kompresní poměr a tedy střední tlak-plynů ve válci 1 se zvýší na nepřijatelnou hodnotu z hlediska detonačního hoření,· Opět vznik ne nerovnováha sil na protipístu 15, který se posune a sníží tak skutečný kompresní poměr a tedy střední tlak plynů ve válci 1 na požadovanou hodnotu.When the throttle 8 in the carburetor 9 is reopened, the flow rate of the air / fuel mixture increases again. The actual compression ratio and hence the mean gas-pressure in cylinder 1 will increase to an unacceptable value in terms of detonation combustion. Again, a non-imbalance of forces on the counter-piston 15 will arise, which shifts to reduce the actual compression ratio and hence the mean gas pressure in cylinder 1 to setpoint.

/ · '/ · '

Nastavením vhodného tlaku oleje v akumulátoru 19 lze ovlivnit základní rovnováhu sil na protipístu 19, tedy základní kompres ní poměr. To umožňuje využívat ve stejném motoru různých paliv z hlediska odolnosti proti detonačnímu hoření,.By setting a suitable oil pressure in the accumulator 19, the basic equilibrium of forces at the counter-piston 19, i.e. the basic compression ratio, can be influenced. This makes it possible to use different fuels in terms of detonation resistance in the same engine.

Claims

1. A combustion chamber of a piston-type explosive engine bounded by a piston bottom, cylinder walls and a head, characterized in that a cylinder of smaller diameter with a sliding counter-piston (15) is formed in the cylinder head (12), the cylinder space (14) being formed. ) after the counter-piston (15) on the side facing away from the head (12) of the cylinder (1) is connected to the pressure oil accumulator.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the space in the cylinder (14) behind the counter-piston (15) on the side facing away from the head (12) of the cylinder (1) is connected by a connecting line (18) to a pressure oil accumulator. a choke valve (20) is integrated in the interconnecting line (18).