SU1404666A1 - Internal combustion engine - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к двигате л м внутреннего сгорани  с форкамер- ным зажиганием горючей смеси. Цель изобретени  - повышение экономичности двигател  путем интенсификации ультразвуковых колебаний в -канавке цилиндрического сопла. Основна  каме ра 4 сгорани  ограничена цилиндром 1,его головкой 3 и днищем 5 поршн  2.Форкамера 6 размещена в головке 3 и сообщена с камерой 4 посредством цилиндрического сопла 7, снабженного соосной с ним кольцевой канавкой 8. Отношение диаметра канавки 8 к диаметру сопла 7 составл ет 1,25 - 1,5. При прохождении воздуха, а затем обедненной смеси в форкамеру через сопло в последнем благодар  канавке 8 происходит облучение движзпцего- с  потока ультразвуковьши колебани ми , вызьшающими в форкамере улучшение смесеобразовани . Ультразвуковые колебани  генерируютс  высокочастотным вихрем, возникающим в полости канавки 8. Факельна  система зажигани  с облучателем высокочастотными колебани ми в сопле форкамеры позвол ет обеспечить наименьшую продолжительность формировани  начального очага пламени в объеме форкамеры и ускорить процесс воспламенени  и горени  основного зар да в рабочем пространстве двигател , сокраща  продолжительность загорани  основно-- го зар да в процессе расширени  и .-: увеличива  экономичность двигател . 2 ил. (Л Ю 9The invention relates to an engine of m of internal combustion with a pre-chamber ignition of a combustible mixture. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the engine through the intensification of ultrasonic vibrations in the groove of the cylindrical nozzle. The main combustion chamber 4 is bounded by cylinder 1, its head 3 and the bottom 5 of the piston 2. The chamber 6 is placed in the head 3 and communicated with the chamber 4 by means of a cylindrical nozzle 7 equipped with an annular groove 8 coaxial with it. The ratio of the diameter of the groove 8 to the nozzle diameter 7 is 1.25 - 1.5. With the passage of air and then the lean mixture into the prechamber through the nozzle in the latter, due to the groove 8, the ultrasonic flow of the ultrasound is irradiated with oscillations that result in improved formation of the mixture in the prechamber. Ultrasonic oscillations are generated by a high-frequency vortex arising in the cavity of the groove 8. A flare ignition system with an irradiator with high-frequency oscillations in the prechamber nozzle ensures the shortest formation time of the initial flame center in the prechamber volume and accelerates the process of ignition and combustion of the main charge in the engine working space, reducing the duration of the ignition of the main charge in the process of expansion and .-: increasing the efficiency of the engine. 2 Il. (L Yu 9

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности двигателестро- ению, а именно к конструкци м двигателей внутреннего сгорани  с форка- мерным зажиганием горючей смеси.The invention relates to mechanical engineering, in particular, engine-building, in particular to structures of internal combustion engines with pre-chamber ignition of a combustible mixture.

Целью изобретени   вл етс  повышение экономичности двигател  путем интенсификации ультразвуковых колебаний в канавке.The aim of the invention is to improve the efficiency of the engine by intensifying ultrasonic vibrations in the groove.

На фиг.1 представлен двигатель внутреннего сгорани  через форкймеру, продольный разрез; на фиг,2 - узел I на фиг,1,Figure 1 shows the internal combustion engine through a forkymer, longitudinal section; in FIG. 2, node I in FIG. 1,

1А1A

4666246662

НИИ первой стадии форкамерного рабочего процесса в основной камере спо- рани  заканчиваетс  расширение и продувка и начинаетс -сжатие,The scientific research institute of the first stage of the pre-chamber working process in the main chamber of the dispute ends expansion and purging and starts compression.

Втора  стади  рабочего процесса в форкамере 6 - смесеобразование и сжатие - протекает одновременно со сжатием и смесеобразованием в основной камере 4 сгорани , Форкамера 6 к началу второй стадии заполнена полностью газом, В процессе сжати  в форкамеру 6 сначала перетекает из основной камеры 4 сгорани  через соThe second stage of the working process in the prechamber 6 - mixture formation and compression - flows simultaneously with compression and mixing in the main combustion chamber 4, the Prechamber 6 is completely filled with gas to the beginning of the second stage. During compression, the prechamber 6 first flows from the main combustion chamber 4 through

00

Двигатель внутреннего сгорани  со- пло 7 воздух, а затем обедненна The engine of internal combustion is air 7 and then depleted

2020

2525

30thirty

держит по меньшей мере один цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2, головку 3 цилиндра 1 с установленными в ней. впускным и выпускным клапанаг и (не показаны),holds at least one cylinder 1 with a piston 2 placed in it, a head 3 of a cylinder 1 with installed in it. inlet and outlet valves and (not shown),

Основна  камера 4 сгорани  ограничена цилиндром 1, его головкой 3 и днищем 5 поршн  2,The main combustion chamber 4 is limited by cylinder 1, its head 3 and the bottom 5 of the piston 2,

Форкамера 6 размещена в головке 3 цилиндра, сообщена с основной камерой 4 сгорани  посредством цилиндрического сопла 7, снабженного соосной с соплом 7, кольцевой канавкой 8, причем диаметр (О) кольцевой канавки 8 и диаметр (d) сопла 7 оптимизированы в соответствии с их соотношением равным 1,25-1,5, При этом оптимальна  длина канавки (1) выполнена равной (1,2-1,6) ds В крьшзке 9 форка- меры 6 установлен газоподающий клапан 10 и свеча 11 зажигани , The chamber 6 is placed in the cylinder head 3, communicated with the main combustion chamber 4 by means of a cylindrical nozzle 7 provided with a coaxial nozzle 7, an annular groove 8, and the diameter (O) of the ring groove 8 and the diameter (d) of the nozzle 7 are optimized according to their ratio equal to 1.25-1.5. At the same time, the optimal length of the groove (1) is equal to (1.2-1.6) ds. Gasket 9 of the forkamera 6 has a gas supply valve 10 and a spark plug 11,

Двигатель работает следующим образом .The engine works as follows.

На первой стадии рабочего процесса происходит наполнение форкамеры 6 газом через автоматический газоподающий клапан 10, При этом давление газа на форкамерный клапан 10 превьш1а- ет давление отработавших газов в форкамере бив основной камере 4 сгорани . Поступающий газ вытесн ет продукты сгорани  из сферической полости форкамеры 6 через сопло 7 в основную камеру 4 сгорани , продува  форкамеру, В этот период в камере 4 сгорани  происходит процесс расширени  и поршень 2 начинает свое движение вниз.At the first stage of the working process, the prechamber 6 is filled with gas through an automatic gas supply valve 10, and the gas pressure on the prechamber chamber 10 exceeds the pressure of the exhaust gases in the prechamber to the main combustion chamber 4. The incoming gas displaces the combustion products from the spherical cavity of the prechamber 6 through the nozzle 7 into the main combustion chamber 4, blowing the prechamber. During this period, the expansion chamber takes place in the combustion chamber 4 and the piston 2 starts its downward movement.

Перва  стади  рабочего процесса в форкамере 1 заканчиваетс  в тот момент, когда давление газа в мере 6 и основной камере 4 сгорани  станет равным давлению газа на входе в сопло 7 форкамеры 6, На прот же40The first stage of the working process in the prechamber 1 ends at the moment when the gas pressure in measure 6 and the main combustion chamber 4 becomes equal to the pressure of the gas at the entrance to the nozzle 7 of the prechamber 6, on the same 40

4545

5050

5555

смесь газа с воздухом. При этом п прохождении воздуха, а затем обед ной смеси в форкамеру 6 через соп 7, в последнем благодар  кольцево канавке 8 происходит облучение дв жущегос  потока ультразвуковыми к бани ми, вызывающими в форкамере улучшение смесеобразовани . Ультр звуковые колебани  генерируютс  в сокочастотным вихрем, возникающи в полости кольцевой канавки 8, Ка ка В рассчитана таким образом, чт на этой стадии происходит облучен рабочей смеси форкамеры 6 высокочас ными колебани ми с частотой 5 - 10 кГ При этом снижаетс  турбулентность тока раб.очей смеси в форкамере за счет подавлени  ее высокочастотны колебани ми, что сокращает продол тельность формировани  начального  дра пламени способного к дальней му самопроизвольному распростран нию в период третьей стадии рабоч го процесса в форкамере - восплам нени  смеси в форкамере 6 от свеч зажигани . На прот жении второй с дии рабочего процесса клапан 10 з рыт ,gas mixture with air. In this case of air passing, and then the lunch mixture into the prechamber 6 through the cone 7, in the latter, due to the annular groove 8, a double stream is irradiated with ultrasonic to baths, causing an improvement in the mixture formation in the prechamber. Ultraviolet sound oscillations are generated in the low-frequency vortex that occurs in the cavity of the annular groove 8, ka ka B is calculated in such a way that at this stage the working mixture of the prechamber 6 is irradiated with high-frequency oscillations with a frequency of 5-10 kG. the mixture in the prechamber due to its suppression by high-frequency oscillations, which reduces the duration of the formation of the initial flame flame capable of further spontaneous propagation during the third stage of the working process in the prechamber - Neny combustible mixture in the prechamber 6 of the spark plug. During the second workflow from the second workflow valve,

На третьей стадии происходит б строе воспламенение и сгорание ча обогащенной смеси в форкамере 6, вызывает резкое повышение давлени в ней и выброс в рабочее простран во - ocHOBHjno камеру 4 сгорани  ч рез сопло 7 факела, состо щего из несгоревших, гор щих и сгоревших зов. На прот жении этой стадии да ние в форкамере 6 превьшгает давле в основной камере 4 сгорани , где в этот период заканчиваетс  сжати При этом факел из сопла 7 как бы модулируетс  частотой колебаний в р  в канавке 8 и при входе в осно ную камеру 4 сгорани  факел колебAt the third stage, rapid ignition and combustion of the enriched mixture in the prechamber 6 occurs, causes a sharp increase in pressure and release into the working space of the ocHOBHjno combustion chamber 4 through the nozzle 7 of the torch consisting of unburned, burned, and burnt calls. During this stage, the pressure in the prechamber 6 exceeds the pressure in the main combustion chamber 4, where the compression ends during this period. At the same time, the flame from the nozzle 7 is modulated by the oscillation frequency p in the groove 8 and at the entrance to the main combustion chamber 4 flame hesitate

пло 7 воздух, а затем обедненна 7 air and then depleted

смесь газа с воздухом. При этом при прохождении воздуха, а затем обедненной смеси в форкамеру 6 через сопло 7, в последнем благодар  кольцевой канавке 8 происходит облучение движущегос  потока ультразвуковыми колебани ми , вызывающими в форкамере 6 улучшение смесеобразовани . Ультразвуковые колебани  генерируютс  высокочастотным вихрем, возникающим в полости кольцевой канавки 8, Канавка В рассчитана таким образом, что на на этой стадии происходит облучение / рабочей смеси форкамеры 6 высокочастотными колебани ми с частотой 5 - 10 кГц. При этом снижаетс  турбулентность потока раб.очей смеси в форкамере за счет подавлени  ее высокочастотными колебани ми, что сокращает продолжительность формировани  начального  дра пламени способного к дальнейшему самопроизвольному распространению в период третьей стадии рабочего процесса в форкамере - воспламенени  смеси в форкамере 6 от свечи 11 зажигани . На прот жении второй стадии рабочего процесса клапан 10 закрыт ,gas mixture with air. At the same time, with the passage of air and then the depleted mixture into the prechamber 6 through the nozzle 7, in the latter, due to the annular groove 8, the moving stream is irradiated with ultrasonic vibrations, which cause an improvement in the mixture formation in the prechamber 6. Ultrasonic vibrations are generated by a high-frequency vortex arising in the cavity of the annular groove 8. Groove B is designed so that at this stage the prechamber chamber 6 is irradiated with high-frequency vibrations with a frequency of 5-10 kHz. This reduces the turbulence of the working mixture flow in the prechamber by suppressing it with high-frequency oscillations, which shortens the duration of the formation of the initial flame flame capable of further spontaneous propagation during the third stage of the working process in the prechamber — the ignition of the mixture in the prechamber 6 from the spark plug 11. During the second stage of the process, the valve 10 is closed,

На третьей стадии происходит быстрое воспламенение и сгорание части обогащенной смеси в форкамере 6, что вызывает резкое повышение давлени  в ней и выброс в рабочее пространство - ocHOBHjno камеру 4 сгорани  через сопло 7 факела, состо щего из несгоревших, гор щих и сгоревших газов . На прот жении этой стадии давление в форкамере 6 превьшгает давление в основной камере 4 сгорани , где в этот период заканчиваетс  сжатие. При этом факел из сопла 7 как бы модулируетс  частотой колебаний вихр  в канавке 8 и при входе в основную камеру 4 сгорани  факел колеблетс  с частотой 15-20 кГц, что резко увеличивает пульсационные скорости турбулизированного потока и сокращает длину начального участка факела, увеличивает эжекционнуго способность в основном участке факела, т.е. происходит генераци  турбулентности факела . При интенсивной турбулентности факела скорость распространени  пламени в основной камере 4 сг орани  определ етс  скоростью турбулентных пульсаций, скорость, с которой очаги ,  зыки пламени забрасываютс  вперед , поэтому, проход  через рабочую смесь в основную камеру 4 сгорани , факел увеличивает турбулентность и возбуждает на своем пути множество очагов воспламенени , распростран ющихс  дальше по всему объему основной камеры 4 сгорани , что сокращает продолжительность процесса сгорани  в основной камере 4 сгорани  и позвол ет более полно использовать теплоту сгорани  топлива и увеличить экономичность двигател  на частичных нагрузках путем интенсификации воспламенени  рабочей смеси в основной камере 4 сгорани .At the third stage, a rapid ignition and combustion of part of the enriched mixture in the prechamber 6 occurs, which causes a sharp increase in pressure and release into the working space - ocHOBHjno combustion chamber 4 through the flare nozzle 7 consisting of unburnt, burned and burnt gases. During this stage, the pressure in the prechamber 6 exceeds the pressure in the main combustion chamber 4, where the compression ends during this period. At the same time, the torch from the nozzle 7 is modulated by the frequency of oscillation of the vortex in the groove 8 and when entering the main combustion chamber 4, the torch oscillates at a frequency of 15-20 kHz, which dramatically increases the pulsation velocity of the turbulized flow and reduces the length of the initial torch portion the main part of the torch, i.e. torch turbulence generation occurs. With intense torch turbulence, the flame propagation speed in the main chamber 4 of the gas is determined by the speed of turbulent pulsations, the speed at which the hot spots, the tongues of the flame are thrown forward, therefore, the passage through the working mixture to the main combustion chamber 4, the torch increases the turbulence and excites its way a plurality of fires extending further along the whole volume of the main combustion chamber 4, which shortens the duration of the combustion process in the main combustion chamber 4 and allows more olno use the combustion heat of the fuel and increase the efficiency of the engine at partial load by intensifying the ignition of the working mixture in main combustion chamber 4.

Воспламенение основного зар да от развитой поверхности факела, вытекающего из сопла 7 с частотой колебаний 15-20 кГц, в основной камере 4 сгорани  приводит к быстрому и полному сгоранию даже при очень глубоком обеднении смеси, что сокращает врем  догорани  рабочей смеси в процессе расширени  в основной камере 4 сгорани  и практически исключает веро тность пропуска воспламенени  в цилиндре - этого органического недостатка рабочего процесса на частичных режимах при работе на газе.The ignition of the main charge from the developed surface of the plume flowing out of the nozzle 7 with an oscillation frequency of 15-20 kHz in the main combustion chamber 4 leads to rapid and complete combustion even with very deep depletion of the mixture, which reduces the burnout time of the working mixture during expansion the combustion chamber 4 practically eliminates the likelihood of misfiring in the cylinder — this organic disadvantage of the working process in partial modes when operating on gas.

На прот жении четвертой стадии ра- (бочего процесса в форкамере 6, совпадающей по времени со сгоранием иDuring the fourth stage of the working process (in the prechamber 6, which coincides in time with the combustion and

00

5five

5five

00

5five

00

5five

расширением, в основной камере 4 сгорани  происходит заполнение форкаме- ры отработавшими газами, при этом кольцевой вихрь в кольцевой канавке 8 сопла 7 генерирует колебани  с частотой 0,5-3 кГц, вызывающих торможение потока отработавших газов, вход щих в форкамеру, что снижает наполнение форкамеры отработавшими газамк и ускор ет наполнение газом на первой стадии из клапана 10 и улучшает качество продувки форкамеры 6, In the main combustion chamber 4, the prechamber is filled with exhaust gases, while the annular vortex in the annular groove 8 of the nozzle 7 oscillates at a frequency of 0.5–3 kHz causing deceleration of the exhaust gases entering the prechamber, which reduces the filling pre-chamber exhaust gas and accelerates the filling of gas in the first stage of the valve 10 and improves the quality of the pre-chamber purge 6,

Таким образом, факельна  система зажигани  с облучателем высокочастотными колебани ми в сопле форкамеры позвол ет обеспечить наименьшую продолжительность формировани  начального очага пламени в объеме форкамеры и ускорить процесс воспламенени  и горени  основного зар да в рабочем пространстве двигател , сокраща  продолжительность загорани  основного зар да в процессе расширени  и увеличива  экономичность двигател .Thus, a flare ignition system with an irradiator of high-frequency oscillations in the prechamber nozzle ensures the shortest formation of the initial flame in the prechamber volume and accelerates the process of ignition and combustion of the main charge in the engine working space, reducing the duration of ignition of the main charge in the process of expansion and increasing engine efficiency.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula сwith Двигатель внутреннего сгорани , содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с установленными в ней впускным и выпускным клапанами, основную камеру сгорани , ограниченную цилиндром, его головкой и днищем поршн , и форкамеру, размещенную в : головке и сообщенную с основной камерой посредством цилиндрического сопла, снабженного соосной с ним кольцевой канавкой, отличающийс  тем, что, с целью повьш1е- ни  экономичности путем интенсификации ультразвуковых колебаний в канавке отношение диаметра канавкк к диаметру сопла составл ет 1,25-155.An internal combustion engine containing at least one cylinder with a piston placed in it, a cylinder head with inlet and exhaust valves installed in it, a main combustion chamber limited by the cylinder, its head and bottom of the piston, and a prechamber placed in: the head and communicated with a main chamber by means of a cylindrical nozzle provided with an annular groove coaxial with it, characterized in that, in order to increase efficiency by intensifying ultrasonic oscillations in the groove, the ratio of the canal diameter Avc to nozzle diameter is 1.25-155. Фиг2Fig2