CS273773B1

CS273773B1 - Chamber combustion space

Info

Publication number: CS273773B1
Application number: CS795188A
Authority: CS
Inventors: Stefan Ing Csc Kotoc
Original assignee: Kotoc Stefan
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 1991-04-11
Also published as: CS795188A1

Abstract

The solution concerns a combustion engine with direct fuel injection, where by exchange of pistons it is possible to form antechamber type of combustion space and to adjust in this way the properties of this engine to properties of combustion engines with divided combustion chambers. The invention makes use of advantage of engines with divided combustion chambers that show low pollutant emissions levels contained in exhaust fumes, especially irritant components provoking allergic reaction of mucous membranes of eyes and air passages. As a result of this fact the engine altered in this manner is suitable for use in subsurface excavations and closed working spaces. The antechamber combustion space is in its lower bottom part formed by scale-shaped recession in the piston and in the upper part it is formed by inner wall and by ceiling of the flange insert. The flange insert is with conical circumference of its flange inserted into self-locking conical recession in piston crown and it is tightened by tightening screws. The flange insert has a central neck, to which a jetting nozzle is pointed. Slanting channels starting on the front surface of the flange insert are tangentially mouthed into the wall of flattened combusting space of rotatory shape. Together with slanting surface grooves in the central neck they serve for rotation the compressed charge into a whirling motion contributing to formation of combustion mixture with fuel. Evaporation of fuel is intensified by incandescent collar protruding on the bottom margin of the combustion engine from the flange of the flange insert.<IMAGE>

Description

Vynález se týká komůrkového spalovacího prostoru v pístu spalovacího motoru, vytvořeného v jeho přírubové vložce, připevněné šrouby ve vybrání v koruně pístu.The invention relates to a chamber combustion chamber in a piston of an internal combustion engine formed in its flange liner, fastened by screws in a recess in the piston crown.

Jde o úpravu vznětového motoru se spalovacím prostorem v pístu na komůrkový typ spa lovacího prostoru bez nutnosti konstrukční změny hlavy válce při zabudování spalovací předkomůrky nebo konstrukční změny pístu při zabudování komůrkové vložky známého provedení, které vyžaduje v důsledku prodloužení koruny pístu zkrácení ojnice nebo prodloužení válce.It is a conversion of a combustion engine in a piston chamber to a chamber type combustion chamber without the need for a structural change of the cylinder head when a combustion chamber is installed or a structural change of the piston when a chamber liner of known design is required.

Účelem řešení je snížení emise dráždivých složek výfukových plynů u motorů provozova ných v podzemních dolech unifikací motorů s přímým vstřikem paliva v hospodárné verzi pro provaz na pozemních komunikacích, a v netoxické verzi pro provoz v podzemních dolech.The purpose of the solution is to reduce the emission of irritant components of the exhaust gases of engines operated in underground mines by unifying direct fuel injection engines in an economical version for rope on the road, and in a non-toxic version for operation in underground mines.

Spalovací motory se vstřikem paliva do pracovního prostoru motoru užívají v podstatě dva způsoby vstřikování paliva a jeho spalování. Jsou to motory se vstřikem paliva do komůrky v hlavě válce a motory s přímým vstřikem paliva do válce.Basically, internal combustion engines use two methods of fuel injection and combustion. These are engines with fuel injection into the cylinder head chamber and engines with direct fuel injection into the cylinder.

Spalování v oddělené komůrce mimo prostor válce motoru se vyznačuje řadou přednosti před tvořením směsi a spalováním v otevřeném prostoru válce s přímým vstřikováním paliva. Oddělená komůrka vykazuje sice větší aerodynamické ztráty, promítající se do. snížené hospodárnosti motoru, oproti tomu však spalování v komůrce, spojené úzkým kanálem s pracovním prostorem válce motoru, je dokonalejší a méně hlučné, spaliny obsahují méně kouře a toxických složek, především dráždivých, které způsobují alergické nepříznivé reakce sliznic očí a dýchacích cest.Combustion in a separate chamber outside the engine cylinder compartment is characterized by a number of advantages over blending and combustion in the open cylinder compartment with direct fuel injection. The separate chamber exhibits greater aerodynamic losses, which translates into. the reduced fuel economy, but the combustion in the chamber connected by a narrow channel to the working space of the engine cylinder is improved and less noisy, the flue gases contain less smoke and toxic components, especially irritants, causing allergic adverse reactions of the mucous membranes of the eyes and airways.

Komůrkové spalování má proto mimořádný význam při použití spalovacích motorů v podzemních dolech. Motory s přímým vstřikováním zde sice mohou splňovat příslušné předpisy na množství emise škodlivých komponentů s limitovanými koncentracemi oxidů uhlíku, dusíku a pevných částic, jsou však nepřijatelné pro intensivní emise uvedených dráždivých složek .Cellular combustion is therefore of particular importance when using internal combustion engines in underground mines. Here, although direct injection engines may comply with the relevant regulations for the emission of harmful components with limited concentrations of carbon, nitrogen and particulate matter, they are unacceptable for the intense emissions of the irritant components.

Realizace komůrkového spalování v hlavě válců na bázi automobilových a traktorových motorů, které jsou postaveny vesměs s přímým vstřikováním paliva, je velmi obtížné. Vyžaduje podstatné úpravy v konstrukci hlavy válce a mnoha jiných dílů motoru. Vyvíjení a vyrábění takových dílů v malých počtech jen pro důlní účely je neekonomické.The realization of cellular combustion in the cylinder head based on automobile and tractor engines, which are built mostly with direct fuel injection, is very difficult. It requires substantial modifications to the design of the cylinder head and many other engine parts. Developing and manufacturing such parts in small numbers for mining purposes alone is uneconomical.

Realizace komůrkového spalování v pístu je známá jen částečně u motorů používajících tak zvaný M-proces, vyvinutý firmou MAN. Realizace je v podstatě omezena možností opracování komůrky v pístu jen při poměrně velkém průměru hrdla komůrkového spalovacího prostoru obráběcím nástrojem. Při větším průměru hrdla se ztrácí možnost docílení rotačně vířivého proudění náplně v komůrce a směs proudění je převážně radiálně toroidní. Motory s komůrkovým spalovacím prostorem typu MAN se proto vyznačují mimořádně intenzivní exhalací dráždivých složek, zejména při volnoběžném režimu chodu, kdy mají stěny spalovacího prostoru nízkou teplotu a odpařování vstřiknutého paliva ze stěn je nedostatečné. ,The realization of chamber combustion in the piston is known only partially in engines using the so-called M-process developed by MAN. The realization is essentially limited by the possibility of machining the chamber in the piston only with a relatively large diameter of the neck of the chamber combustion chamber with a machining tool. With a larger throat diameter, the possibility of rotationally swirling flow of the cartridge in the chamber is lost and the flow mixture is predominantly radially toroidal. Therefore, MAN-type combustion chamber engines are characterized by extremely intense exhalation of irritant components, especially in idle mode, when the combustion chamber walls are at a low temperature and evaporation of injected fuel from the walls is insufficient. ,

Nevýhody komůrkového spalovacího prostoru MAN v pístu motoru částečně řeší provedení uvedené v popisu evropské přihlášky číslo 0 205 000 A2. Hlavní spalovací prostor má podobu mělkého válcového vybrání v hlavě válce nebo v pístu motoru. Vířivá předkomůrka tohoto hlavního spalovacího prostoru je upravena v dvoudílné vířivé vložce s přírubou, která je pomocí šroubů připevněna do koruny pístu motoru. Předkomůrka má kulový spalovací prostor spojený s čelním povrchem vložky dvěma otvory. První otvor je nasměrován šikmo v oseThe disadvantages of the MAN combustion chamber in the engine piston are partly solved by the embodiment described in the European Application No. 0 205 000 A2. The main combustion chamber takes the form of a shallow cylindrical recess in the cylinder head or in the engine piston. The swirl pre-chamber of this main combustion chamber is provided in a two-part swirl insert with a flange, which is fixed by screws to the crown of the engine piston. The pre-chamber has a spherical combustion chamber connected to the front surface of the liner by two openings. The first opening is aligned obliquely in the axis

CS 273773 Bl vstřikovací trysky do proudu části kuželového paprsku vstřikovaného paliva, druhý otvor je nasměrován tangenciálně ve směru vířivého pohybu náplně, roztočené při průchodu sacím kanálem. V předkomůrce vzplane část paliva a spaliny uniknou oběma otvory do hlavního spa lovacího prostoru, na jehož dně se mezitím odpařovalo zbývající vstřiknuté palivo.CS 273773 B1 of the injector nozzle into the flow portion of the conical jet of the injected fuel, the second opening being directed tangentially in the direction of the swirling movement of the cartridge rotated as it passes through the intake duct. In the pre-chamber, some of the fuel ignites and flue gas escapes through both openings into the main combustion chamber, at the bottom of which the remaining injected fuel has evaporated.

Nevýhodou tohoto řešení je nedostatečné víření náplně a odpaření paliva v hlavním spalovacím prostoru a v důsledku toho nedostatečné homogenizování spalovací směsi, která při prošlehnutí plamene z předkomůrky hoří detonačně. Tím se abnormálně zvyšuje hlučnost chodu motoru. Kromě toho si předkomůrka s kulovým spalovacím prostorem v kombinaci s hlavním spalovacím prostorem v pístu vynucují zvětšeni konstrukční tlouštky koruny pístu, která návazně ovlivňuje i konstrukci dalších dílů motoru.The disadvantage of this solution is insufficient swirling of the charge and evaporation of fuel in the main combustion chamber and consequently insufficient homogenization of the combustion mixture, which burns detonatingly when the flame from the pre-chamber burns. This abnormally increases engine running noise. In addition, the pre-chamber with spherical combustion chamber in combination with the main combustion chamber in the piston force an increase in the construction thickness of the piston crown, which in turn affects the design of other engine parts.

Uvedené nevýhody odstraňuje řešení komůrkového spalovacího prostoru v pístu a jeho přírubové vložce podle vynálezu tím, že dolní část spalovacího motoru má miskovité dno rotačního tvaru upravené v hlavě pistu, které je tvarově plynule napojeno na horní část prostoru rotačního tvaru v přírubové vložce s kuželovitou vnější stěnou s kuželovitosti v rozmezí od 2°40' do 3°10', přičemž tlouštka příruby Je 0,4 až 0,5 celkové tlouátky přírubové vložky, která je upevněna přítužnými šrouby v odpovídajícím kuželovém vybrání hlavy pístu.The above-mentioned disadvantages are overcome by the solution of the combustion chamber in the piston and its flange liner according to the invention, in that the lower part of the internal combustion engine has a cup-shaped rotary bottom provided in the piston head. with a conicity ranging from 2 ° 40 'to 3 ° 10', wherein the flange thickness is 0.4 to 0.5 of the total thickness of the flange liner, which is fastened by the stiffening screws in the corresponding conical recess of the piston head.

V horní ploše přírubové vložky je proveden vstupní otvor nejméně jednoho šikmého kanálu vedeného pod ostrým úhlem tak, že jeho spodní výstupní otvor je umístěn alespoň zčásti ve stěně přírubové vložky nad štěrbinou oddělující horní a dolní spalovací prostor .In the upper surface of the flange liner, an inlet opening of the at least one oblique channel extending at an acute angle is provided such that its lower outlet opening is located at least partially in the wall of the flange liner above the slot separating the upper and lower combustion spaces.

Na povrchu stěny uvnitř středového hrdla přírubové vložky je upravena šikmá drážka nebo žlábek mezi dvěma šikmými žebírky,pod stejným úhlem jako šikmý kanál a ve stěně na její spodní ploše je proveden žárový) prstenec tvořící mezi vnější stěnou vybrání v hlavě pístu kruhový prostor spojený štěrbinou s vnitřkem spalovacího prostoru.An inclined groove or groove between the two inclined ribs is provided on the wall surface inside the center neck of the flange liner, at the same angle as the inclined channel, and in the wall at its bottom surface a ring is formed forming an annular space between the outer wall of the recess in the piston head. inside the combustion chamber.

V průchozích otvorech pro dříky př-ítužných šroubů pod zahloubeními v přírubě přírubové vložky jsou zhotoveny závity většíKo rozměru než jsou závity pro příslušné šrouby v hlavě pístu.Threads larger than the threads for the corresponding bolts in the piston head are made in the through holes for the stiffening bolts below the recesses in the flange insert flange.

Výhodou komůrkového spalovacího prostoru podle vynálezu je především možnost realizace dostatečně prostorného rotačního Spalovacího prostoru s úzkým středovým hrdlem v stropní části, aniž by se musela zvětšovat konstrukční výška koruny pístu. Malý průřez hrdla nutí vtékat náplň do komůrky převážně šikmými kanály, což ve spojení s podpůrným účinkem povrchových drážek v hrdle dává'předpoklady pro dosažení rotačně vířivého proudění náplně a strhávání filmu paliva nestříknutého centrálně umístěnou vstřikovací tryskou na stěnu spalovacího prostoru. Vstřikovací tryska zde již může být mnootvorová. Větším počtem vstřikovaných paprsků se dosáhne rovnoměrnější zaplnění prostoru a rozprostření palivového filmu v tenší vrstvě na větší ploše povrchu spalovacího prostoru, a tím iThe advantage of the chamber combustion chamber according to the invention is, in particular, the possibility of realizing a sufficiently spacious rotary combustion chamber with a narrow central throat in the ceiling part, without having to increase the construction height of the piston crown. The small cross-section of the throat forces the cartridge to flow predominantly through oblique channels, which, in conjunction with the support effect of the surface grooves in the throat, provides a prerequisite for achieving a rotationally swirling flow of the cartridge and entraining fuel film not sprayed by the centrally located injector. The injection nozzle may already be multi-hole. A higher number of injected spokes achieves a more uniform filling of the space and spreading of the fuel film in a thinner layer over a larger surface area of the combustion space, and thus

-i účinnějšího odpaření paliva, intenzifikbvaného účinkem žárového prstence stěny. Smísení s vířící náplní je dokonalejší.a more efficient evaporation of the fuel, intensified by the effect of the wall heat ring. Mixing with swirling filling is more perfect.

Intenzita víření náplně může být nižší. Tím se zmenšují aerodynamické ztráty a přestup tepla ze spalin do stěny pístu a zvyšuje hospodárnost motoru.The vortex intensity of the cartridge may be lower. This reduces the aerodynamic losses and heat transfer from the flue gas to the piston wall and increases the economy of the engine.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na výkrese, který představuje podélný řez pístem s komůrkovým spalovacím prostorem a se vstřikovací tryskou vznětového motoru.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing, which is a longitudinal section through a piston with a chamber combustion chamber and a diesel injection nozzle.

í >í>

CS 273773 BlCS 273773 Bl

V hlavě pístu £ je upraveno kuželové vybrání 2 se samosvornou kuželovitosti podle kuželů MORSE, které přechází do válcového zahloubení, v jehož středu je upraveno dno 12 miskovitého tvaru.In the piston head 6 there is provided a conical recess 2 with a self-locking conicity according to the MORSE cones, which passes into a cylindrical recess, in the center of which a cup-shaped bottom 12 is provided.

V kuželovém vybrání 2 je kuželovou vnější stěnou £ své příruby 13 uložena přírubová vložka 2 připevněná přítužnými šrouby 10 s hlavami zapuštěnými v zahloubeních 9. horní plo chy 17 přírubové vložky 2- Přítužné šrouby 10 procházejí svými dříky průchozími otvory, které jsou opatřeny závity 16 o větším průměru, než mají závitové otvory 11 v pístu 2, do nichž jsou zašroubovány.In the conical recess 2, a conical outer wall 6 of its flange 13 accommodates a flange insert 2 fastened by stiffening screws 10 with heads embedded in recesses 9. upper faces 17 of the flange insert 2- The stiffening screws 10 pass through their shafts through through holes provided with threads 16 o larger diameter than the threaded holes 11 in the piston 2 into which they are screwed.

Přírubová vložka 3 vytváří svým vnitřním povrchem stěnu 5 a strop horní části spalovacího prostoru zploštělého rotačního tvaru se zúženým středovým hrdlem 6_. Do stěny £ Ó^etangenciálně zaústěn výstupní konec nejméně jednoho šikmého kanálu 2, skloněného k rovině procházející dnem 12 spalovacího prostoru. Vstupní otvor 15 šikmého kanálu 2 je vyústěn alespoň z části v horní ploše 17 přírubové vložky £·The flange liner 3, with its inner surface, forms a wall 5 and a ceiling of the upper portion of the combustion chamber of a flattened rotational shape with a narrowed central neck 6. Wall £ o ^E tangentially connected the outlet end of at least one inclined channel 2, inclined to the plane passing through the bottom 12 of the combustion chamber. The inlet opening 15 of the inclined channel 2 extends at least in part in the upper surface 17 of the flange insert.

V zúženém středovém hrdle £ je provedena nejméně jedna povrchové drážka 10, skloněná vc šroubovici s úhlem shodným se sklonem šikmého kanálu 2· Místo povrchové drážky £2 může být proveden žlábek mezi dvěma šikmými žebírky.At least one surface groove 10 inclined in the helix at an angle coincident with the slope of the inclined channel 2 is provided in the tapered central throat 4. Instead of the surface groove 52 a groove may be provided between two inclined ribs.

Vnitřní povrch stěny £ válcového tvaru je na jejím dolním okraji tvořen s výhodou tcnkostěnným žárovým prstencem 14, který vyčnívá z příruby 13 a vytváří svým vnějším povrchem pod kuželovým vybráním 2 ve válcovém vybrání pístu 1 prstencový prostor, spojený mezerou s vnitřkem komůrkového spalovacího prostoru.The inner surface of the cylindrical wall 4 is formed at its lower edge preferably by a thick-walled heat ring 14, which protrudes from the flange 13 and forms an annular space below the conical recess 2 in the cylindrical recess of the piston 1.

Pro případ vyjmutí přírubové vložky 3 z pístu £ se používají zvláštní vytahovací šrouby se závitem 16, které se opřou o začátky závitových otvorů 11 a axiálním tahem vytáhnou přírubu 13 ze samosvorného kuželového vybrání 2.In the case of removal of the flange insert 3 from the piston 6, special threaded screws 16 are used, which are supported at the beginning of the threaded holes 11 and pull the flange 13 out of the self-locking conical recess 2 axially.

Vstřikovací tryska £ s více otvory směřuje do středového hrdla £.The multi-hole injection nozzle 8 is directed to the central orifice 6.

Komůrkový spalovací prostor je vytvořen ve dně 12 pístu £ s horní částí v přírubové vložce 2· Palivo z víceotvorové trysky £ je nastříknuté v tenké vrstvě na stěnu £, která se, zejména při užití žárového prstence £4, intenzivně odpařuje a mísí s vířicí náplní stlačeného vzduchu, který se uvedl do rotace průchodem skrze šikmé kanály 2 θ středové hrdlo £ opatřené šikmými povrchovými drážkami 18. Spalovací prostor je při provozu v podzemních dolech obvykle zatěžován jen přibližně na 30 až 60 % jmenovitého nadzemního zatížení, a to pro potlačení emise oxidů uhlíku a dusíku. Taková zatížení nemohou vyvolat erozi nebo propalování pístu ve dnu 12, nebo přírubové vložky 2 ^v jejich exponovaných částech, kterými jsou zejména středové hrdlo £ a případně i žárový prstenec 14.The combustion chamber is formed in the bottom 12 of the piston 4 with the upper part in the flange liner 2. The fuel from the multi-orifice nozzle 4 is sprayed in a thin layer onto the wall 8 which vigorously evaporates and mixes with the swirling charge Compressed air which has been rotated by passing through oblique ducts 2 θ center throat 6 provided with oblique surface grooves 18. The combustion chamber is normally only loaded at approximately 30 to 60% of the nominal above-ground load to reduce the emission of oxides when operating in underground mines. carbon and nitrogen. Such loads cannot cause erosion or burning of the piston in the bottom 12, or the flange liners 2 ⁱⁿ their exposed portions, which are in particular the central throat 6 and possibly also the heat ring 14.

S využitím vynálezu lze upravit spalovací motor a přímým vstřikem paliva do spalovacího prostoru v pístu na komůrkový typ spalovacího prostoru, výhodný zejména při provozu v podzemních dolech nebo jiných uzavřených pracovních prostorách^Using the invention, the internal combustion engine can be converted to a cell-type combustion chamber by direct injection of fuel into the combustion chamber in the piston, particularly advantageous for operation in underground mines or other enclosed work areas.

Claims

A chamber combustion chamber in a piston of an internal combustion engine formed in a flange liner housed by its flange in a recess of the pint head β parallel to the aperture of rigid nellies whose heads are recessed in recesses of the upper surface of its flange rim, the combustion chamber being connected by at least one opening with a space above the piston, characterized in that the lower part of the combustion chamber has a cup-shaped bottom (12) of rotary shape provided in the piston head (1), which is infinitely connected in shape to the upper part of the rotary shape of the flange insert (3) with a conical outer wall with a conicity ranging from 2 ° 40 'to 3 ° 10, wherein the thickness of the flange (13) is 0.4 to 0.5 of the total thickness of the flange insert (3), which is fastened by the stiffening screws (10) in the corresponding conical recess of the piston head (1) )

Chamber combustion chamber according to claim 1, characterized in that an inlet opening (15) of at least one oblique channel (B) provided at an acute angle is formed in the upper surface (17) of the flange liner (3), its lower outlet opening being a wall (5) of the flange liner (3) above the slot of the upper and lower parts of the combustion chamber,

Chamber combustion chamber according to Claims 1 and 2, characterized in that an inclined groove (18) or groove between the two inclined fins is provided at the same angle as the inclined surface on the wall surface (5) at the central neck (6) of the flange liner (3). the channel (8), and the wall (5) in the lower part is formed as a heat ring (14) forming between the outer wall of the recess in the piston head (1) a circular space connected by a slot with the interior of the combustion space.

4. The combustion chamber as claimed in claim 1, characterized in that threads (16) larger than those are made in the through holes for the stems of the stiffening screws (10) below the recesses (9) in the flange (13) of the flange insert (3). threads for the stub screws (10) in the piston head (1).