CS258875B1

CS258875B1 - Combustion chamber of piston combustion engine

Info

Publication number: CS258875B1
Application number: CS866947A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Balsik
Original assignee: Vaclav Balsik
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1988-09-16
Also published as: CS694786A1

Abstract

Řešení se týká spalovací komůrky pístového spalovacího motoru, která slouží k rozvíření zápalné Směsi před zážehem, nebo vzduchu před vstříknutím paliva. Spalovací komůrka má tvar obrácené misky a je^vymezena z vnější strany vybráním v hlavě motoru, které přechází do rovinného nebo kulovitého dna. Podstata řešení je v tom, že komůrka je z vnitřní strany vymezena čelem příruby a výstupkem vložky. Příruba vložky má větší průměr než je Vrtání pracovního válce a je pevně sevřena mezi hlavou motoru a tělesem pracovního váloe. Vložka je opatřena šikmými kanály, které navazují na vrtání pracovního válce a ústí do spalovací komůrky. Uvnitř vložky jsou vytvarovány napříč vedené chladicí kanály. Výhoda této komůrky spočívá^v tom, že při průchodu’vzdušiny přes šikmé kanály dojde při každém zdvihu pístu ke změně směru kroužení vzdušiny, což ve fázi plnění a komprese jemně rozptýlí palivo se vzduchem a tím dojde k jeho hospodárnému shoření, ve fázi expanze se utlumí tlakové špička, ve fázi výfuku §ojde ke zdokonalené výměně obsahu válce. Řešení je možno využít v automobilním průmyslu a v řadě dalších odvětví, kde se používají spalovací motoryThe solution concerns the combustion chamber of a piston internal combustion engine, which serves to stir up the combustible mixture before ignition, or air before fuel injection. The combustion chamber has the shape of an inverted bowl and is defined on the outside by a recess in the engine head, which passes into a flat or spherical bottom. The essence of the solution is that the chamber is defined on the inside by the flange face and the projection of the insert. The flange of the insert has a larger diameter than the working cylinder bore and is firmly clamped between the engine head and the working cylinder body. The insert is provided with inclined channels that continue with the working cylinder bore and open into the combustion chamber. Crosswise cooling channels are formed inside the insert. The advantage of this chamber is that when the air passes through the inclined channels, the direction of air circulation changes with each piston stroke, which finely disperses the fuel with air during the charging and compression phases, thereby ensuring its economical combustion, dampens pressure peaks during the expansion phase, and improves the exchange of cylinder contents during the exhaust phase. The solution can be used in the automotive industry and in many other sectors where combustion engines are used.

Description

Vynález se týká spalovací komůrky pístového spalovacího motoru, která slouží k rozvíření zápalné směsi před zážehem, nebo vzduchu před vstříknutím paliva.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a combustion chamber of a reciprocating internal combustion engine which serves to swirl the ignition mixture before ignition or air before fuel injection.

U dnešních pístových spalovacích motorů je patrná snaha kon struktérů po záměrném rozvíření vzdušiny, to je zápalné směsi před zážehem u zážehových motorů, nebo vzduchu před vstříknutím paliva u vznětových a také zážehových motorů. Rozvířením vzdušiny před hořením paliva se dosahuje dokonalejšího využití paliva, lepší tepelné účinnosti motoru, menší měrné spotřeby paliva, ome zení vzniku škodlivých exhalací a měkkého chodu motoru.In today's piston internal combustion engines, there is an apparent constriction of the structures after deliberately whirling up the air, i.e., the pre-ignition mixture of the spark ignition engines, or the air before fuel injection of the diesel and also the spark ignition engines. The turbulence of the air prior to the combustion of the fuel results in improved fuel utilization, improved thermal efficiency of the engine, less specific fuel consumption, limitation of harmful emissions and soft engine operation.

Rozvíření vzdušiny se dosahuje různými úpravami spalovacího prostoru a různým uspořádáním rozvodového mechanizmu. Jedno z nejstarších provedení spalovacího prostoru je patrné u motoru typu Brandis, u něhož se dosahuje rozvíření vzdušiny výstupkem ve středu pístu, který zasahuje před přední úvratí pístu do vybrání v hlavě, tvořící hlavní spalovací prostor. K víření vzdušiny doohází od okamžiku, kdy výstupek na pístu částečně uzavře před jeho přední úvratí vybrání v hlavě a vzdušina kolem výstupku je nucena pronikat mezerou ve tvaru mezikruží do hlavního spa lovaoího prostoru. Tím dojde k jejímu rozvíření, při. kterém se částečky vzdušiny pohybují v rovinách proložených osou válce a promíchají se S palivem vstříknutým do hlavního spalovacího prostoru před vrcholem komprese. Vzhledem k· jiným nedostatkům, jako je tvarově nevýhodný spalovací prostor, poloha a náhon ventilů, se tento motor už nevyrábí.The air circulation is achieved by various modifications of the combustion chamber and different arrangement of the distribution mechanism. One of the oldest embodiments of the combustion chamber is evident in a Brandis engine which achieves a swirl of air through a protrusion in the center of the piston that extends before the front dead center of the piston into a recess in the head forming the main combustion chamber. The air swirling occurs from the moment when the protrusion on the piston partially closes the head recess before its front dead center and the air around the protrusion is forced to penetrate the annular gap into the main combustion chamber. This will cause it to swirl, when. wherein the air particles are moved in planes interspersed with the cylinder axis and mixed with the fuel injected into the main combustion chamber before the peak of compression. This engine is no longer produced due to other drawbacks such as inconvenient combustion space, position and valve drive.

K jinému směru víření vzdušiny, používanému dříve u benzinových motorů, dochází u spalovacího prostoru typu Ricardo, Spalovací prostor je zde vytvořen v hlavě motoru jako klínovitá, ke konci zaoblená dutina, směřující k ventilům umístěným po straně 258875A different direction of air swirling, previously used in gasoline engines, occurs in the Ricardo combustion chamber. The combustion chamber is formed in the engine head as a wedge-shaped, end-rounded cavity facing the valves located on the side 258875

- 2 válce. Při kompresi dochází k rotaci vzdušiny a jejímu promíchání s palivem, přičemž osa rotaoe vzdušiny je kolmá ns osu váloe. Ani tento spalovací prostor ae dnes už nepoužívá, protože je vázán na zastaralý rozvodový mechanizmus označovaný jako SV, který je už překonán novějším uspořádáním ventilů v hlavě.- 2 rollers. During compression, the air mass is rotated and mixed with the fuel, the air mass rotaoe axis being perpendicular to the axis of the air. Even this combustion chamber ae is not used today, because it is bound to an outdated timing mechanism known as SV, which is already overcome by a newer arrangement of valves in the head.

U dvoudobých motorů se využívá záměrného pohybu vzdušiny nejen k lepšímu promíchání s palivem, ale i k dokonalejší výměně obsahu válce. Například u amerického dvoudobého automobilního motoru GMG s výfukovými ventily nebo i šoupátky a u podobného sovětského motoru JAZ je využito souproudého vyplachování s plnicími otvory, které jsou nasměrovány šikmo do válce, takže se dosahuje záměrného kroužení vzdušiny, to je^- rotaoe s osou shodnou s osou válce. Toto kroužení se udrží alespoň z části i při kompresi a vstříknutí paliva.In two-stroke engines, the deliberate movement of the air mass is used not only for better mixing with the fuel, but also for better exchange of the cylinder contents. For example, in US-stroke automobile engine GMG with exhaust valves or slide valves and similar Soviet motor LANG is used cocurrent rinsing with filling openings, which are directed obliquely into the cylinder, so that a deliberate swirling air mass, that is ^- rotaoe with axis coinciding with the axis of the cylinder . This circling is retained at least in part even during compression and fuel injection.

U naftových motorů, u nichž'se zápalná směs vytváří až ve válci, je rozvíření vzdušiny zvláší důležité. K tomu účelu bylo vyvinuto mnoho různých spalovacích prostorů a způsobů přívodu paliva. U motorů s přímým vstřikem paliva se dosahuje potře bnérho rozvíření vzdušiny obtížně. Aby byl stupeň rozvíření co nej*X vyšší, používá se současného působení několika vlivů. Například u motoru typu Hesselmann k tomu slouží clonka na plnicím ventilu, tangenciálně směrované paprsky vstřikovaného paliva a kuželovité vyhloubené dno pístu s převýšeným okrajem. Vzdušina zde rotuje ve dvou rovinách, v rovině proložené osou válce a současné vykonává krouživý pohyb v rovině k této ose kolmé. Tento typ motoru je dnes už také překonán jiným uspořádáním spalovacího prostoru, kde se dosahuje vyšší intenzity pohybu vzdušiny. Například u motoru typu MAN-M je dosaženo zase rotace vzduchu ve dvou rovinách, podobně jako u předešlého motoru, ale s vyšší intenzitou. Dosahuje se toho šroubovité zakřiveným plnicím kanálem, kulovitým spalovacím prostorem vyhloubeným v pístu, tangenciálním vstřikem paliva a rozdělením dávky paliva na menší, zápalnou Část, která hořením zvýší intenzitu pohybu vzdušiny a na zbývající, silovou část, vštříknutou do rozvířené vzdušiny. Tím, že paprsek paliva dopadá na horkou stěnu pístu, kde se odpařuje až téměř na molekulární Částice, dojde téměř k dokonalému promíchání paliva s vířícím vzduchem a dosud k jeho nejhospodárnějšímu spálení. U tohoto motoru bylo dosaženo zatím nejlepšíoh výsledků oo do účihnošt$, specifické spotřeby paliva a . 258875.In diesel engines, in which the ignition mixture is only produced in the cylinder, the swirling of the air mass is particularly important. Many different combustion chambers and fuel supply methods have been developed for this purpose. In engines with direct fuel injection, it is difficult to achieve the necessary air circulation. In order to increase the degree of turbulence as high as * X, several effects are used simultaneously. For example, in a Hesselmann engine, an orifice on the charge valve, tangentially directed fuel injection spokes and a tapered recessed piston bottom with a raised edge are used for this. Here, the air rotates in two planes, in a plane interspersed with the axis of the cylinder, and simultaneously performs a circular motion in a plane perpendicular to this axis. This type of engine is also now surpassed by another arrangement of the combustion chamber, where a higher intensity of air flow is achieved. For example, in the MAN-M engine, air rotation in two planes is again achieved, similar to the previous engine, but with higher intensity. This is accomplished by a helically-curved feed channel, a spherical combustion chamber recessed in the piston, by tangential fuel injection, and by splitting the fuel charge into a smaller, incendiary portion that burns to increase airflow intensity and the remaining force portion injected into the swirling airflow. As the fuel jet strikes the hot wall of the piston, where it evaporates almost to the molecular particle, the fuel and the swirling air are almost completely mixed with the most economical combustion. This engine has achieved the best results so far in terms of fuel consumption, specific fuel consumption and fuel consumption. 258875.

měkkosti chodu motoru, ale pouze za určitých, úzce vymezených· podmínek teploty spalovacího prostoru, které nelze za běžného provozu motorů dodržet.engine softness, but only under certain, narrowly defined combustion chamber temperature conditions that cannot be maintained under normal engine operation.

U jiného provedení naftového motoru, kde intenzita pohybu vzdušiny je nižší, je tento nedostatek vykompenzován neobyčejně jemným rozmizením paliva, tak zvanou atomizací, kterého se dosahuje vstřikováním paliva mimořádně vysokým tlakem až 140 MPa, jako je tomu například u amerického motoru CUMMINS. Tak vysoké tlaky kladou veliké nároky jak na vstřikovací zařízení, tak i na filtraci paliva, což je nevýhodou tohoto motoru.In another embodiment of the diesel engine, where the intensity of air flow is lower, this deficiency is compensated for by the extremely fine fuel distribution, the so-called atomization, achieved by fuel injection at extremely high pressures up to 140 MPa, such as the American CUMMINS engine. Such high pressures place great demands on both the injection device and the fuel filtration, which is a disadvantage of this engine.

U naftových motorů typu Saurer je spalovací prostor ve tvaru toroidu rovněž vyhloubený v pístu. Tento tvar spalovacího prostoru je velmi rozšířen u motorů mnoha firem. Intenzita rozvíření vzduchu, které se děje rovněž ve dvou rovinách, v rovině proloženě osou válce a v rovině kolmé na tuto osu, je ve srovnání s motorem MAN-M na nižší úrovni. Omezující podmínky pro žádoucí rozvíření vzduchu jsou dány tím, že vstup vzduchu šrou. bovým plnicím kanálem, který vyvozuje kroužení vzduchu kolem osy válce, nemá dostatečnou úhlovou rychlost, která při kompresi ve válči už jenom doznívá, a také tím, že rotace vzduchu v rovině proloženě osou válce je nejúčinnější až v přední úvrati pístu, ale to je už pozdě, protože· ke vstříknutí paliva do spalovacího prostoru došlo s určitým předstihem už dříve. Omezený pohyb vzduchu a jeho málo účinné rozvíření před vstřikem paliva jsou. tedy příčinou toho, že tento typ motoru nedosahuje ve specifické spotřebě paliva a v účinnosti· dříve uvedených parametrů motoru MAN-M.In the Saurer diesel engines, the toroid-shaped combustion chamber is also excavated in the piston. This shape of the combustion chamber is widespread in engines of many companies. The air turbulence, which also occurs in two planes, in a plane intersected by the cylinder axis and in a plane perpendicular to this axis, is at a lower level compared to the MAN-M engine. The limiting conditions for the desired air swirl are given by the air inlet screw. The air supply channel, which causes air to circulate around the cylinder axis, does not have sufficient angular velocity, which only fades when compressed in the cylinder, and also because the rotation of the air in the plane interlaced with the cylinder axis is most effective only at the front dead center. late, because the fuel was injected into the combustion chamber earlier. Restricted air movement and its poorly efficient turbulence prior to fuel injection are. therefore, this type of engine does not achieve the specific fuel consumption and efficiency of the MAN-M engine parameters listed above.

U vznětových motorů se spalovací komůrkou se dosahuje snadno vysoké intenzity rozvíření vzduchu a jeho promíchání s palivem. Spalovací komůrka tvoří oddělenou část spalovacího.prostoru, s nímž je spojena jedním širším kanálem, nebo několika úzkými škrticími otvory. V literatuře j,sou uvedeny tři typy spalovacích komůrek - vírová, tlaková a vzduchová. Z nich nejúčinnější co do intenzity, rozvíření je komůrka vírová. Mezi úspěšné, často používané vírové komůrky patří například Ricardova komůrka GOMET III, komůrka anglického motoru Perkins, nebo amerického motoru Hercules. Všechny uvedené komůrky se vyznačují tím, že mají kulový nebo kouli se blížící tvar, že jsou spo258875In compression-ignition diesel engines, it is easy to achieve a high intensity of air turbulence and mixing with the fuel. The combustion chamber forms a separate part of the combustion space to which it is connected by one wider channel or by several narrow throttle openings. In the literature, three types of combustion chambers are mentioned - vortex, pressure and air. Of these, the most effective in intensity, whirling is the vortex chamber. Successful, frequently used vortex chambers include, for example, the Ricard chamber GOMET III, the chamber of the English Perkins engine, or the American Hercules engine. All said chambers are characterized by having a spherical or ball approaching shape, that they are spo258875

- 4 jeny s válcem tangenciálním kanálem a jsou umístěny mimo osu válce, U všech vykonává vzduch při kompresi rotační pohyb s osou rotace kolmou na osu válce. U motoru Hercules je rotace vzduchu v komůrce ještě zvýšena tím, že píst v přední úvrati postupně uzavírá přepouštěcí kanál do úzké mezery, kterou se musí prodírat vzduch uzavřený mezi hlavou a dnem pístu. Do rozvířeného vzduchu je pak u všech jmenovaných motorů s komůrkou vstříknuto palivo vstřikovacím ventilem umístěným v komůrce. Vírové komůrky se vyznačují pozvolným hořením paliva, tichým spalováním a příznivou hranicí kouření.- 4 are with the cylinder tangential channel and are located off the axis of the cylinder. In all of the compressed air the rotary movement is carried out with the axis of rotation perpendicular to the axis of the cylinder. In the Hercules engine, the air rotation in the chamber is further increased by the piston at the front dead center gradually closing the transfer channel into a narrow gap through which the air enclosed between the head and the bottom of the piston must be pierced. Fuel is injected into the turbulent air of all the above-mentioned engines with a chamber by means of an injection valve located in the chamber. The vortex chambers are characterized by gradual combustion of fuel, silent combustion and favorable smoking limits.

Tlaková komůrka mívá obsah asi 20 až 50 procent spalovacího prostoru, s nímž je spojena několika malými otvory. Palivo vstřikované poměrně malým tlakem do tlakové komůrky se vznítí a jeho část shoří v komůrce. Tlakem spalin vzniklých hořením se zbytek paliva vytlačí do spalovacího prostoru, kde se.promíchá se zbývajícím vzduchem a klidně shoří. Rozvíření vzdušiny je při tom neuspořádané. Pro tichý chod se motory s tlakovou komůrkou používají u osobních automobilů. Pro nedokonalé rozvíření vzdušiny a pneumatické odpory tlakové komůrky mají tyto motory větší měrnou spotřebu paliva.The pressure chamber has a content of about 20 to 50 percent of the combustion chamber to which it is connected by several small openings. Fuel injected at relatively low pressure into the pressure chamber ignites and a portion burns in the chamber. By the pressure of the combustion gases, the rest of the fuel is forced into the combustion space, where it is mixed with the remaining air and burns calmly. The whirling of the air mass is disordered. For silent operation, pressure chamber motors are used in passenger cars. Due to the imperfect air distribution and the pneumatic resistances of the pressure chamber, these engines have a higher specific fuel consumption.

Vzduchová komůrka je kombinací přímého vstřiku a tlakové komůrky. Pro svoje nevýhody se dnes už téměř nepoužívá. Motory s komůrkou obecně ve srovnání s motory s přímým vstřikem paliva jsou složitější, nedokonale se vyplachují, mají větší měrnou spotřebu paliva, ale pracují s menším přebytkem vzduchu, mají jednodušší, méně náročné vstřikovací zařízení, nejsou citlivé na změnu paliva, mají měkký chod a. při změně zatížení málo kouří. Naproti tomu motory s přímým vstřikem paliva jsou citlivé na změnu paliva, pracují s vyššími tlaky vstřikovacího zařízení, mají tvrdý chod, ale mají výhodu v nízké měrné spotřebě paliva. Pro tuto výhodu se neustále rozšiřuje oblast jejich využití.The air chamber is a combination of direct injection and a pressure chamber. Because of its disadvantages, it is almost no longer used. In general, chambered engines are more complex, imperfectly flushed, more fuel efficient, but operate with less excess air, have simpler, less burdensome injection devices, are not susceptible to fuel change, run smoothly, • Smokes little when changing load. In contrast, direct fuel injection engines are sensitive to fuel change, operate at higher injection system pressures, have a hard run, but have the advantage of low specific fuel consumption. For this advantage, their application area is constantly expanding.

Kromě uvedených motorů a pevnou spalovací komůrkou je v poslední době známý motor se spalovací komůrkou o proměnlivém obsahu podle čs. vynálezu AO č. 248 658, použitelný pro čtyřdobé i dvoudobé motory, v níž lze dosáhnout libovolné intenzity rozvíření vzdušiny. Toho se dosahuje deflektorem mimostředně umístěným na dnu pístu, zasahujícím do kanálu ústícího do spalovací komůrky, přičemž mezi deflektorem a přilehlou stěnou kanálu je vytvořena mezera, kterou proudí vzdušina před přední úvrati pís258875In addition to the above-mentioned engines and a fixed combustion chamber, there is a recently known engine with a combustion chamber of variable content according to CS. No. AU No. 248,658, applicable to both four-stroke and two-stroke engines, in which any air vortex intensity can be achieved. This is accomplished by a deflector eccentrically positioned on the bottom of the piston extending into the duct opening into the combustion chamber, and a gap is formed between the deflector and the adjacent duct wall through which the air flows before the front dead center.

- 5 tu tečně do zaoblené komůrky. Při kompresi rotuje vzdušina s θ’sou rotace kolmou na osu váloe. Pro lepší vy plechování komůrky je v ní umístěn plnicí nebo výfukový ventil, případně oba ventily. Výhoda tohoto motoru je v tom, že lze vhodným vytvarováním deflektoru a kanálu dosáhnout optimálního rozvíření vzdušiny a tím vysokého stupně promíchání paliva se vzduchem. Další jeho výhoda je ve zdokonalené výměně obsahu válce, ale nevýhodou tohoto motoru je mimostředné umístění deflektoru na pístu, což má za následek boční pohyb pístu při každém zdvihu, zejména při prvním náporu hořící směsi.- 5 bold in a rounded chamber. When compressed, the air mass rotates with θ 'rotation perpendicular to the axis of the cylinder. A filling or exhaust valve or both valves are located in the chamber for better sheeting. The advantage of this engine is that the suitable deflector and channel can be used to achieve optimum air distribution and thus a high degree of fuel-air mixing. Another advantage is in the improved exchange of the cylinder contents, but the disadvantage of this engine is the eccentric placement of the deflector on the piston, resulting in lateral movement of the piston at each stroke, particularly at the first burst of the burning mixture.

Pro benzinové motory se vstřikováním paliva byl vyvinut způsob spalování Texaco. Vzduch přiváděný do válce se uvede do kroužení plnicím ventilem s clohk.ou, nebo šroubovitým plnicím kanálem. Vzduch krouží ve válci kolem jeho stěn.s osou shodnou s osou válce a toto kroužení doznívá i při kompresi, na jejímž konci se vstříkne palivo přímo do válce, kde se rozmlží a krouživým pohybem vzduchu je unášeno ke svíčoe umístěné o 30 až 60 úhlových stupňů od vstřikovacího ventilu, takže nastane vznícení a postupné hoření paliva. Protože v době vznícení není ve spalovacím prostoru nahromaděno větší množství směsi, nemůže vzniknout detonace ani při vysokém kompresním poměru, nebo nízkooktanovém čísle paliva. Nevýhodou tohoto motoru je to, že potřebuje jak vstřikovací, tak i zapalovací zařízení.For fuel-injected petrol engines, Texaco has been developed. The air supplied to the cylinder is circulated by a filling valve with a fixed or helical filling channel. Air circulates in the cylinder around its walls with an axis coincident with the cylinder axis, and this revolves even during compression, at the end of which the fuel is injected directly into the cylinder, where it is smeared and swirled to the candle by 30 to 60 degrees. from the fuel injector so that ignition and gradual combustion of fuel occur. Since at the time of ignition there is no large amount of mixture in the combustion chamber, detonation cannot occur even at high compression ratios or low octane fuel numbers. The disadvantage of this engine is that it needs both injection and ignition devices.

Všechny dosud uvedené a jim podobné motory se vyznačují snahou po rozvíření vzdušiny a po co nejdokonalejším promíchání s palivem. Téměř u žádného z nich však není tohoto cíle dosaženo v patřičné míře, nebo je jeho dosažení spojeno s určitými nevýhodami, které znehodnocují jeho přínos.All the engines mentioned above and similar to them are characterized by the effort to whirl the air mass and after the most intimate mixing with the fuel. However, almost none of these targets is adequately achieved or is associated with certain disadvantages that undermine its benefits.

Většina těchto nevýhod je ve značné míře odstraněna u spalovací komůrky pístového spalovacího motoru vymezené z vnější strany hlavou motoru, opatřenou v místě nad každým pracovním válcem vybráním, které přechází do rovinného, případně kulovitého dna, podle vynálezu. Podstata vynálezu je v tom, že spalovací komůrka je z vnitřní strany vymezena čelem příruby vložky a výstupkem vložky s výhodou kruhovým, který s radiální mezerou a axiální mezerou vystupuje z čela příruby do vybrání hlavy motoru s výhodou rotačního. Vložka má rovné dno, jehož okraj χ vět sím průměru než je vrtání praoovního válce a čelo příruby jsou 258875 pevně sevřeny mezi těleso pracovního válce a hlavu motoru. Do radiální mezery ústí nejméně dva vůči sobě v radiální ro'vině k ose pracovního válce ve stejné úhlové rozteči rozložené šikmé kanály o shodném stoupání šroubovice, jejichž začátek na dnu vložky navazuje na vrtání pracovního válce. Uvnitř vložky jsou vytvarovány vůči ose pracovního válce napříč vedené chladicí kanály, umístěné ve válcové ploše příruby, navazující na jedné straně na přívodní komoru chladicího média a na protilehlé straně na obdobnou odváděči komoru téhož chladicího média spalovací komůrky. Další podstata vynálezu je v tom, že výstupek vložky je na čelní ploše v místech proti ventilům opatřen odlehčením. Dal-, ší podstata vynálezu je v tom, že vložka je zhotovena z keramické hmoty. Další podstata vynálezu je v tom, že vložka je zhotovena z kovového materiálu. Další podstata vynálezu je v tom, že vložka je opatřena teplotním čidlem zapojeným do regulačního okruhu chladicího média.Most of these disadvantages are largely eliminated in the combustion chamber of a reciprocating internal combustion engine delimited from the outside by the engine head, provided with a recess at the location above each working cylinder, which passes into a planar or spherical bottom according to the invention. The invention is characterized in that the combustion chamber is defined from the inside by the face of the flange of the liner and the projection of the liner, preferably circular, which with the radial gap and the axial gap protrudes from the flange face into the recess of the engine head. The insert has a flat bottom whose edge χ is larger than the diameter of the cylinder and the flange face are tightly clamped between the work cylinder body and the engine head. At least two helical channels of equal helical pitch, the beginning of which at the bottom of the liner is connected to the bore of the working cylinder, extend into the radial gap at least two relative to each other in a radial plane to the axis of the working cylinder. Inside the liner, transversely directed cooling channels are formed in the cylindrical surface of the flange with respect to the axis of the working cylinder, adjoining on one side to the coolant supply chamber and on the opposite side to a similar exhaust chamber of the same combustion chamber coolant. It is a further object of the present invention that the protrusion of the liner is provided with relief at the face opposite the valves. Another object of the invention is that the insert is made of ceramic. Another object of the invention is that the insert is made of a metallic material. Another object of the invention is that the insert is provided with a temperature sensor connected to the coolant control circuit.

Hlavní výhoda spalovací komůrky podle vynálezu spočívá v tom, že vzdušina je před zážehem nebo vstříknutím paliva nucené uvedena do víření s předem stanovenou intenzitou, vedoucí k jemnému promíchání paliva se vzduchem, což ve srovnání s dosavadními motory způsobuje dokonalejší shoření paliva s minimálním obsahem škodlivin, menší měrnou spotřebu paliva a měkký chod motoru. V důsledku odstředivé síly při kroužení v komůrce dojde k vrstvení směsi s bohatší směsí na obvodu, tam, kde je umístěna zapalovací svíčka a tím dojde ke vznícení i chudé směsi, která se u dosavadních motorů obtížně zapaluje. Další výhoda spalovací komůrky podle vynálezu jev tom, že šikmé kanály mají vzhledem ke kanálům dosavadních motorů s komůrkou větší průřez a nekladou tudíž procházející vzdušině tak velký odpor, což vede k větší rychloběžnosti motoru a menší měrné spotřebě paliva. Rovnoměrným rozložením šikmých kanálů je dosaženo vyvážení sil působících na píst a proto nedochází k jeho vybočování. Další výhoda spalovací komůrky podle vynálezu spočívá v tom, že vzdušina při každém zdvihu pístu vykonává šroubovitý pohyb, což při fázi plnění působí zvýšení objemové účinnosti plnění, při kompresi zvyšuje intenzitu rozvíření v důsledku toho, že vzdušina jé při kompresi nucěna měnit smysl kroužení a to při průchodu z válce šikmými kanály do spalovací komůrky, načež dojde k zážehu nebo vstříknutí paliva. V důsledku intenzivního rozvíření dojde ke klidnému hoření 258875 * Ί’ paliva, které se děje v komůrce za neustálého kroužení shodného se smyslem stoupání šroubovioe šikmých kanálů. Od začátku expanze musí hořící směs znovu obrátit smysl kroužení, aby se šroubovým pohybem přes šikmé kanály dostala zpět do válce. Právě tato změna smyslu kroužení vede k utlumení prvního náporu hořící směsi na píst, což způsobuje měkký chod motoru, protože rotační energie potřebné k obrácení smyslu kroužení se odčerpá hořící směsi právě v okamžiku tlakové špičky a vydá se až v další části expanzního zdvihu jako zvýšený tlak na píst. Po skončení expanze následuje výfuk spalin, který se děje zase šroubovitým pohybem spalin přes šikmé kanály, což má za následek zvýšení podtlaku v komůrce na konci výfuku a zlepšení podmínek pro následující plnění.The main advantage of the combustion chamber according to the invention is that the air is forced into a vortex with a predetermined intensity before ignition or injection of fuel, resulting in a gentle mixing of the fuel with air, which in comparison with the previous engines causes better combustion of fuel with minimal pollutant content. lower specific fuel consumption and soft engine operation. As a result of the centrifugal force in the chamber, the mixture with the richer mixture on the perimeter is layered where the spark plug is located, which also ignites the lean mixture, which is difficult to ignite in previous engines. A further advantage of the combustion chamber according to the invention is that the oblique ducts have a larger cross-section relative to the ducts of the prior art chamber engines and thus do not impose such a high resistance to the air passing through, resulting in higher engine speed and lower specific fuel consumption. The uniform distribution of the inclined channels achieves a balancing of the forces acting on the piston and therefore does not deviate. A further advantage of the combustion chamber according to the invention is that the air at each piston stroke performs a helical movement, which in the filling phase increases the volumetric efficiency of the filling, during compression increases the vortex intensity due to the air being forced to change the sense of circling during compression. passing through the cylinder through oblique channels into the combustion chamber, after which the fuel is ignited or injected. As a result of the intense whirling, 258875 * ’paliva of fuel burns smoothly, which happens in the chamber under constant circling, consistent with the purpose of the helical slope. From the start of expansion, the burning mixture must revert the sense of circling again to bring it back into the cylinder by means of a helical movement through the inclined channels. It is precisely this change in the direction of circling that attenuates the first burst of the burning mixture onto the piston, which causes the engine to run smoothly, because the rotational energy needed to reverse the circling is drained of the burning mixture just at the pressure peak. on the piston. At the end of the expansion, the flue gas exhaust follows, which in turn is carried out by a helical movement of the flue gas through the inclined channels, resulting in an increase in the vacuum in the chamber at the end of the exhaust and improved conditions for subsequent filling.

Vzhledem k tomu, že vložka není přímo ochlazována vodou, nezpůsobuje její zvětšený povrch ve srovnání s dosavadními motory podstatný odvod tepla a nezhoršuje tudíž významným způsobem tepelnou bilanci motoru. Její teplota po ohřátí je udržována na nejvyšší možné provozní teplotě řízeným ochlazováním, například podle potřeby profukováním vzduchu přes chladicí kanály. Tím, že šikmé kanály nekladou vzdušině tak velký odpor jako kanály dosavadních motorů a komůrkou, chová se motor a komůrkou podle vynálezu kromě jiných výhod jako motor s přímým vstřikem. Vzhledem k intenzivnímu rozvíření vzdušiny a neobyčejně jemnému promíchání paliva se vzduchem jsou u motoru 9 komůrkou podle vynálezu vytvořeny podmínky pro dosažení vysoké účinnosti spalování, nízké měrné spotřeby paliva, tichého a klidného chodu motoru. Tím jsou navíc spojeny výhody motoru s přímým vstřikem s výhodami motorů s vírovou komůrkou, přičemž jejich nevýhody jsou významným způsobem potlačeny.Since the liner is not directly cooled by water, its enlarged surface does not cause significant heat dissipation compared to prior art engines and therefore does not significantly degrade the thermal balance of the engine. Its temperature after heating is maintained at the highest possible operating temperature by controlled cooling, for example by blowing air through the cooling channels as required. Since the inclined ducts do not impart as much air resistance as the air ducts of the prior art engine and chamber, the engine and chamber of the invention behave, among other advantages, as a direct injection engine. Due to the intense vortex of the air and the extremely fine mixing of the fuel with the air, the chamber 9 of the present invention creates conditions for achieving high combustion efficiency, low specific fuel consumption, quiet and smooth engine operation. This furthermore combines the advantages of the direct injection engine with the advantages of the vortex chamber engines, their disadvantages being significantly reduced.

Na připojených výkresech jsou znázorněny příklady provedení spalovací komůrky podle vynálezu. Na obr, 1 je znázorněn osový řez celkovým uspořádáním spalovací komůrky čtyřdobého spalovacího motoru s rovným dnem spalovací komůrky. Na obr. 2 je půdorys téhož motoru. Na obr. 3 je znázorněn osový řez podobného motoru jako na obr. 1, ale s dnem komůrky vyklenutým do tvaru k&lifověho· vrchlíku. Na obr. 4 je uveden osový řez dvoudobého motoru se · spalovací komůrkou podle vynálezu.The accompanying drawings show exemplary embodiments of a combustion chamber according to the invention. FIG. 1 shows an axial section through the overall combustion chamber configuration of a four-stroke internal combustion engine engine. Fig. 2 is a plan view of the same engine. FIG. 3 shows an axial section of a motor similar to that of FIG. 1, but with the bottom of the chamber domed in the shape of a canopy. Fig. 4 shows an axial section of a two-stroke combustion chamber engine according to the invention.

Na uvedených obrazech je pracovní válec 1 nebo pouzdro 2 válce, v nichž je uložen píst Pouzdro 2 válce je vloženo do 258875In the above figures, the working cylinder 1 or the cylinder sleeve 2, in which the piston is housed, is the cylinder sleeve 2 inserted in the 258875

- 8 bloku £ válců, k němuž je přišroubována hlava 2 motoru opatřená ' v tomto případě rotačním vybráním 6 s rovným dnem 7 nebo vyklenutým dnem 8, v němž je umístěn plnicí kanál 2 s plnicím ventilem 10 a výfukový kanál 11 s výfukovým ventilem 12, dále zapalovací svíčka 13 nebo vstřikovací ventil. V bloku 4 válců na obr.- a cylinder block 8 to which the engine head 2 is screwed, in this case a rotating recess 6 with a flat bottom 7 or a domed bottom 8, in which a filling channel 2 with a filling valve 10 and an exhaust channel 11 with an exhaust valve 12 is located, a spark plug 13 or an injector. In the cylinder block 4 of FIG.

1» 2, 3 je uložena vložka 14. Na obr. 4 jé vložka 14 uložena v prstenci 12· Vložka 14 se skládá z příruby 16, která je na okraji 17 dna 26 a na čele 18 neprodyšně pomocí těsnění 19, 20 sevřena mezi hlavu 2 motoru a pouzdro 2 vá^ce nebo pracovní váleo 1. Vložka 14 je opatřena výstupkem 21, v tomto případě kruhovým, který s radiální mezerou 22 a axiální mezerou 23 vyplňuje rotační vybrání 6 hlavy 2 motoru, přičemž je výstupek 21 podle potřeby například u čtyřdobého motoru opatřen v místech proti ventilům odlehčením 24« Radiální mezera 22 a axiální mezera 23 vytváří spalovací komůrku ve tvaru obrácejné misky, do jejíhož obvodu ústí šikmé kanály 25, v tomto případě čtyři. Šikmé kanály 25 procházejí přírubou 16 a navazují na dně 26 na vrtání pouzdra 2 válce nebo pracovního válce 1 a ústí do radiální mezery 22, Na válcovém obvodu 27 příruby 16 začínají a na protilehlé straně končí chladicí kahály 28 procházející napříč vložkou 14, přičemž chladicí médium je přiváděno blokem j· válců nebo prsténcem 15 do přívodní komory 29 a po průchodu chladicími kanály 28 ústí do odváděči komory 20 a z ní do volného prostoru. Zapínání a vypínání chladicího média je řízeno nezakresleným čidlem zabudovaným do vložky 14 pod její povrch. Jako chladicího média se použije vzduchu nebo oleje či oleji podobné látky. Vložka 14 může být zhotovena z keramického nebo i kovového materiálu. U dalšího neznázorněného provedení může mít vybrání 6 v hlavě 2 motoru i jiný tvar než rotační, například oválný a podobně. Tomuto tvaru vybrání 6 hlavy 2 motoru odpovídá pak tvarově Shodný výstupek f21, který s radiální mezerou 22 á axiální mezerou 23 zasahuje ďo uvedeného vybrání 6 hlavy 2 motoru.1, 2, 3, the insert 14 is disposed. In FIG. 4, the insert 14 is disposed in the ring 12. The insert 14 is comprised of a flange 16 which is sealed between the head at the edge 17 of the bottom 26 and the face 18 by a gasket 19, 20. The liner 14 is provided with a projection 21, in this case circular, which, with the radial gap 22 and the axial gap 23, fills the rotary recess 6 of the engine head 2, the projection 21 being, for example, The radial gap 22 and the axial gap 23 form a combustion chamber in the form of an inverted bowl, into whose circumference the inclined channels 25, in this case four. The inclined ducts 25 extend through the flange 16 and adjoin the bottom 26 to bore the cylinder sleeve 2 or the working cylinder 1 and open into a radial gap 22. On the cylindrical periphery 27 the flanges 16 begin and on opposite sides end cooling coils 28 passing across the insert 14; it is fed by a cylinder block 11 or a ring 15 to the supply chamber 29 and, after passing through the cooling ducts 28, flows into the discharge chamber 20 and from there to the free space. The switching on and off of the cooling medium is controlled by a sensor (not shown) built into the insert 14 below its surface. Air or oil or oil-like substances are used as cooling medium. The insert 14 may be made of a ceramic or even a metallic material. In another embodiment (not shown), the recess 6 in the engine head 2 may also have a shape other than a rotary shape, for example oval and the like. This shape of the recess 6 of the motor head 2 corresponds to the shape-identical projection f21, which extends with respect to the recess 6 of the motor head 2 with the radial gap 22 and the axial gap 23.

Motor se spalovací komůrkou podle vynálezu pracuje tak, že při plnicím zdvihu pístu 2 prochází zápalná směs na obr, 1, 2 nebo vzduch na obr. 3 kolem plnicího ventilu 10 do komůrky vytvořené radiální mezerou 22 a axiální mezerou do pracovního válce 1 šikmými kanály 25, které uvedou vzdušinu do kroužení ve smyslů A. V důsledku poněkud zvýšeného odporu vzdušiny při průchodu šikmými kanály 25 se ve válci vytvoří ve srovnání s dosavadními motory 258875The engine with combustion chamber according to the invention operates such that, during the filling stroke of the piston 2, the ignition mixture in Figs. 1, 2 or air in Fig. 3 passes around the filling valve 10 into a chamber formed by radial gap 22 and axial gap into working cylinder 1 through oblique channels 25 which cause the air to swirl in the senses A. As a result of the somewhat increased resistance of the air when passing through the inclined channels 25, a cylinder is formed in the cylinder compared to the prior art engines 258875

- 9 zpočátku větší podtlak. Po dosažení zadní úvrati se píst 2 pohybuje už dopředu, ale plnění pracovního válce 1 pokračuje ještě po určitou dobu, což je způsobeno jednak pozdějším zavíráním plnicího ventilu 10 a také setrvačností vzdušiny vykonávající šroubový pohybe Proudící vzdušina má při plnění energii jak postupnou, tak i rotační a obě se ke konci plnění změní na energii tlakovou. V důsledku toho dojde ke zvýšení objemové účinnosti plnění. Mezitím se plnicí ventil 10 uzavře, nastává komprese. Při ní krouží vzdušina 'v pracovním váloi 1 ve smyslu A á je vytlačována do komůrky šikmými kanály 25. Při průchodu těmito kanály 25 je nucena změnit smysl kroužení na B, opačný ke smyslu A. Při této změně kroužení dochází u zážehových motorů k intenzivnímu promíchání paliva se vzduchem. Práce vložená do této změny smyslu kroužení se sice děje na úkor efektivní práce motoru, ale její přínos se projeví v dokonalejším využití paliva, což představuje podstatnou výhodu. U všech druhů motoru’ s komůrkou podle vynálezu dojde v důsledku šroubového pohybu vzdušiny a změny smyslu kroužení k těsnějšímu styku·vzdušiny s komůrkou, šikmými kanály 25 i stěnou pracovního válce 1, při němž je vzdušina ohřívána při plnění a kompresi horkými stěnami komůrky a šikmých kanálů 25. Tím je jejich teplo odváděno zpět do spalovacího prostoru, oož je z hlediska tepelné účinnqsti motoru žádoucí. Z téhož důvodu je účelné, aby hlava motoru byla co nejméně ochlazována, případně jen řízenýgi of ukováním vzduchem byla udržována na horní hranici teploty přípustné z hlediska provozní spolehlivosti. Před skončením komprese nastane zážeh nebo vstříknutí paliva do vzdušiny kroužící ve spalovací komůrce ve smyslu rotace Β. V důsledku intenzivního pohybu vzdušiny a také v důsledku toho, že vzdušina není soustředěna do jednoho kompaktního prostoru, dojde k postupnému, klidnému a hospodárnému hoření paliva bez nebezpečí detonace. Po dosažení přední úvrati pístu 2 nastane expanzní fáze, při níž hořící směs proniká zpět do pracovního válce 1, oož je provázeno další změnou kroužení hořícího plynu na smysl A, vedoucí k utlumení tlakové špičky. Hoříoí směs při průchodu šikmými kanály 25 vykonává zase šroubový pohyb, při němž se postupná i rotační energie expandujícího plynu mění ve druhé polovině dráhy pístu J na tlak, podqbně jako je tomu u roztočeného setrvačníku s vřetenem u šroubového lisu. U dosavadních vznětových motorů s vírovou komůrkou dochází také k určité analogii s popsaným dějem, U vírové komůrky dojde při kompresní fázi k rotaci vzdušiny, při níž vzdušina 258875 rotuje s osou rotace kolmou k ose pracovního válce. Smysl rotace budiž G. Po vstříknutí paliva a od okamžiku expanze se obrátí smysl rotace na D, opačný ke’smyslu 0. Při tom unikající hořící směs z komůrky působí jako klín na dno pístu, ale jeho působení je místní, vzhledem k ose pístu mimostředné, což je nevýhodné. U motoru s komůrkou podle vynálezu krouží celý obsah pracovního válce 1 s osou kroužení shodnou s osou pracovního válce 1. Přídavná síla působící na píst £ od přeměny rotační energie plynu na tlak má působiště v ose pracovního válce 1 a nezpůsobuje tudíž vybočování pístu J, což je výhodné. Před dosažením zadní úvrati pístu £ se v komůrce otevře výfukový ventil 12 a spaliny ža kroužení ve smyslu B unikají do výfuku-. V důsledku tohoto kroužení zanechávají za sebou ve srovnání s dosavadními motory nižší tlak v komůrce i v pracovním válci 1, což je z hlediska dalšího plnění výhodné. Cyklus dále pokračuje už popsaným způsobem.- 9 initially greater vacuum. After reaching the rear dead center, the piston 2 moves forward, but the filling of the working cylinder 1 continues for some time, which is caused by the later closing of the filling valve 10 and also by the inertia of the air performing the helical motion. and both turn to pressure energy at the end of the filling. As a result, the volume efficiency of the filling will increase. Meanwhile, the fill valve 10 closes, compression occurs. In this way, the air mass circulates in the working roll 1 in the sense A and is pushed into the chamber through oblique channels 25. As it passes through these channels 25 it is forced to change the sense of circling to B opposite to sense A. This change of circling fuel with air. While the work involved in this change of sense of circling is at the expense of efficient engine operation, its benefits will be reflected in improved fuel efficiency, which is a significant advantage. In all types of chamber's engine according to the invention, due to the helical movement of the air mass and the change in the direction of rotation, the air mass is closer to the cell, the inclined channels 25 and the wall of the working cylinder. As a result, their heat is transferred back to the combustion chamber, which is desirable in terms of engine thermal efficiency. For the same reason, it is expedient for the engine head to be kept cool as little as possible, or possibly only to be controlled by air docking, to be kept at an upper temperature limit acceptable in terms of operational reliability. Before compression is complete, ignition or injection of fuel into the air in the combustion chamber in the sense of rotation nast occurs. Due to the intensive movement of the air mass and also due to the fact that the air mass is not concentrated into one compact space, the fuel will burn gradually, calmly and economically without danger of detonation. Upon reaching the forward dead center of the piston 2, an expansion phase occurs in which the burning mixture penetrates back into the working cylinder 1, which is accompanied by a further change in the burning of the burning gas to sense A, leading to a reduction in the pressure peak. The combustion mixture, as it passes through the inclined channels 25, in turn performs a helical movement, in which the progressive and rotational energy of the expanding gas is changed to a pressure in the second half of the piston path, similar to a rotating flywheel with a spindle. In the vortex chamber, the air phase rotates during the compression phase, in which the air 258875 rotates with the axis of rotation perpendicular to the axis of the working cylinder. The sense of rotation is G. After fuel injection and from the moment of expansion, the sense of rotation reverses to D, opposite to the sense 0. The escaping burning mixture from the chamber acts as a wedge at the bottom of the piston, but its action is local. , which is disadvantageous. In an engine with a chamber according to the invention, the entire contents of the working cylinder 1 are rotated with the axis of rotation coinciding with the axis of the working cylinder 1. The additional force acting on the piston 6 from the rotational energy of the gas to pressure has an action in the axis of the working cylinder 1. is preferred. Before reaching the rear dead center of the piston 6, the exhaust valve 12 is opened in the chamber and the flue gases that swirl in the sense of B escape into the exhaust. As a result of this swirling, they leave a lower pressure in the chamber and in the working cylinder 1, which is advantageous from the point of view of further filling. The cycle continues as described above.

Vynález je možno využít nejen v automobilním průmyslu, ale i u spalovacích velkých a stacionárních motorů, kde se používají spalovací motory zážehové, vznětové, případně i plynové, čtyřdobé i dvoudobé.The invention can be used not only in the automotive industry, but also in large and stationary internal combustion engines, where spark-ignition, compression-ignition, or even gas, four-stroke and two-stroke internal combustion engines are used.

Claims

Combustion chamber of an internal combustion piston engine, defined externally by an engine head, provided with a recess at a position above each working cylinder, which passes into a planar or spherical bottom, characterized in that it is defined from the inside by a face (18) of the flange (16) ) of the insert (14) and the projection (21) of the insert (14) that a radial gap (22) and an axial gap (23) extends from the face (18) of the flange (16) into the recess (6) of the head (5) of the motor _t said plug (14) has a flat bottom (26), the edge (17 ) of a larger diameter than the bore of the work cylinder (1) and the face (18) of the flange (16) are clamped firmly between the work cylinder body (1) and the engine head (5), in the radial plane to the axis of the working roll (1), at the same angular pitch, spaced inclined channels (25) of equal helical pitch, whose start at the bottom (26) of the insert (14) is connected to the bore of the work cylinder (1); 14) are formed with respect to the axis of the working roll (1) across the guided channels (28), located in the cylindrical surface of the flange (16), adjoining the opposite side on the coolant supply chamber (29) and on the opposite side on a similar outlet chamber (30) ) of the same cooler medium of the combustion chamber.

2. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the projection (21) of the insert (14) is provided with a relief (24) at the face opposite the valves.

Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the insert (14) is made of ceramic.

Combustion chamber according to Claim 1, characterized in that the insert (14) is made of a metallic material.

Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the insert (14) is provided with a temperature sensor connected to the coolant control circuit.