RU2008455C1

RU2008455C1 - Swirl combustion chamber of diesel engine

Info

Publication number: RU2008455C1
Authority: RU
Inventors: А.Л. Новоселов; В.А. Синицын; С.В. Вольских; Д.Д. Матиевский
Original assignee: Алтайский политехнический институт им.И.И.Ползунова
Priority date: 1991-01-03
Filing date: 1991-01-03
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: chamber is formed by metal shell installed in cylinder head and ceramic insert made integral with spherical screen. The latter is convex truncated body of revolution whose height is equal to 0.7-0.75 of chamber diameter. Screen forms air gap with inner surface of chamber Connecting channel is in line with outer generating surface of spherical screen. EFFECT: increased economy of fuel. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть применено в двигателях с воспламенением от сжатия. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be applied in compression ignition engines.

Известны вихревые камеры сгорания овального поперечного сечения, размещенные в головке цилиндра и соединенные профилированным каналом с полостью цилиндра. Соединительный канал направлен на свечу, расположенную, как и форсунка, в полости вихревой камеры. Форсунка расположена на удаленном от канала конце, а свеча, служащая для обеспечения пусковых качеств, расположена между каналом и форсункой. Объем вихревой камеры такой конструкции составляет 90% от объема сжатия. Known vortex combustion chambers of oval cross-section located in the cylinder head and connected by a profiled channel to the cylinder cavity. The connecting channel is directed to the candle located, like the nozzle, in the cavity of the vortex chamber. The nozzle is located at the end remote from the channel, and the candle, which serves to ensure starting qualities, is located between the channel and the nozzle. The volume of the vortex chamber of this design is 90% of the compression volume.

В таких камерах сгорания обеспечивается более полное сгорание топлива и более низкие выбросы окислов азота по сравнению с вихрекамерами сферической формы. Such combustion chambers provide a more complete combustion of the fuel and lower emissions of nitrogen oxides in comparison with spherical vortex chambers.

Известны также вихревые камеры сгорания, разделенные на два объема при помощи кольцевого участка, выполненного на внутренней стенке, объемы в которых расположены последовательно вдоль оси вихревой камеры, а их суммарный объем достигает 80% от объема сжатия. Вихревая камера соединена с полостью цилиндра каналом, расположенным по касательной к внутренней стенке ближайшего объема вихревой камеры, а на удаленной от канала стороне первого от него объема размещена свеча зажигания, искровой промежуток которой находится в углублении первого объема, соединенном с полостью цилиндра дополнительным каналом. Во втором объеме установлена форсунка. Vortex combustion chambers are also known, divided into two volumes by means of an annular section made on the inner wall, the volumes of which are arranged sequentially along the axis of the vortex chamber, and their total volume reaches 80% of the compression volume. The vortex chamber is connected to the cylinder cavity by a channel located tangentially to the inner wall of the nearest volume of the vortex chamber, and a spark plug is placed on the side of the first volume remote from the channel, the spark gap of which is located in the recess of the first volume connected to the cylinder cavity by an additional channel. The nozzle is installed in the second volume.

В таких камерах сгорания за счет местного обогащения заряда перераспределение скоростей распространения пламени при взаимодействии вихрей в двух объемах вихревой камеры, турбулизации заряда за счет соединительных каналов с пересекающимися осями и разными площадями сечений, создаются условия для качественного сгорания. In such combustion chambers, due to local enrichment of the charge, the redistribution of flame propagation velocities during the interaction of vortices in two volumes of the vortex chamber, turbulence of the charge due to connecting channels with intersecting axes and different cross-sectional areas, creates conditions for high-quality combustion.

Известны, кроме того, вихревые камеры сгорания дизеля, содержащие установленную в головке цилиндра металлическую оболочку с отверстием и внутренней сферической поверхностью, закрепленную в головке и примыкающую к оболочке вставку из жаростойкого материала с внутренней сферической поверхностью, соответствующей внутренней поверхности оболочки, соединительный канал, выполненный в нижней части вставки тангенциально ее внутренней поверхности и сообщающий полости камеры и цилиндра, и топливную форсунку, расположенную в отверстии оболочки. In addition, vortex diesel combustion chambers are known, comprising a metal shell installed in the cylinder head with an aperture and an internal spherical surface, an insert made of heat-resistant material with an internal spherical surface corresponding to the inner surface of the shell, and a connecting channel made in the lower part of the insert tangentially to its inner surface and communicating the cavity of the chamber and cylinder, and the fuel nozzle located in the hole of the shell and.

В таких вихревых камерах сгорания топливная экономичность обеспечивается за счет снижения потерь тепла в стенке. In such vortex combustion chambers, fuel economy is ensured by reducing heat loss in the wall.

Вместе с тем в таких конструкциях требуется продолжительный период на прогрев стенок вихревых камер сгорания до температур, обеспечивающих пусковые качества и протекание процессов испарения топлива. Поэтому не реализуются возможности дальнейшего увеличения топливной экономичности дизелей с вихревыми камерами сгорания. At the same time, such constructions require a long period for heating the walls of the vortex combustion chambers to temperatures that ensure starting qualities and the course of the process of fuel evaporation. Therefore, the opportunities to further increase the fuel efficiency of diesel engines with vortex combustion chambers are not realized.

Последняя конструкция принята за прототип, так как она наиболее близка по технической сущности. The latter design is taken as a prototype, since it is closest in technical essence.

Целью изобретения является повышение топливной экономичности дизелей с вихревыми камерами сгорания. The aim of the invention is to increase the fuel efficiency of diesel engines with vortex combustion chambers.

Это достигается тем, что в вихревой камере сгорания дизеля, содержащей установленную в головке цилиндра металлокерамическую оболочку с отверстием и внутренней сферической поверхностью, закрепленную в головке и примыкающую к оболочке вставку из жаростойкого материала с внутренней сферической поверхностью, соответствующей внутренней поверхности оболочки, соединительный канал, выполненный в нижней части тангенциально ее внутренней поверхности, сообщающей полости камеры сгорания и цилиндра, и топливную форсунку, расположенную в отверстии оболочки, в полости камеры расположен усеченный со стороны форсунки и соединительного канала сферический экран, выполненный заодно со вставкой из металлокерамики высотой, равной 0,70. . . 0,75 диаметра камеры, и образующий с внутренней поверхностью последний зазор, а соединительный канал соосен с внешней образующей сферического экрана. This is achieved by the fact that in the vortex combustion chamber of a diesel engine containing a ceramic-metal shell installed in the cylinder head with an aperture and an internal spherical surface, fixed to the head and adjacent to the shell is an insert made of heat-resistant material with an internal spherical surface corresponding to the inner surface of the shell, a connecting channel made in the lower part of its inner surface tangentially communicating the cavity of the combustion chamber and cylinder, and the fuel nozzle located in the hole TII shell in the chamber cavity is truncated by the nozzle communication passage and the spherical screen formed integrally with an insert of sintered metal, a height equal to 0.70. . . 0.75 of the diameter of the chamber, and forming the last gap with the inner surface, and the connecting channel is coaxial with the outer generatrix of the spherical screen.

На фиг. 1 изображен поперечный вертикальный разрез вихревой камеры по оси соединительного канала; на фиг. 2 - поперечный горизонтальный разрез металлокерамической вставки по оси стоек, удерживающих сферический экран. In FIG. 1 shows a transverse vertical section of a vortex chamber along the axis of the connecting channel; in FIG. 2 is a transverse horizontal section of a ceramic-metal insert along the axis of the uprights holding a spherical screen.

Предлагаемая вихревая камера сгорания образована металлической оболочкой 1, установленной в головке 2 цилиндра, и металлокерамической вставкой 3. Вставка 3 выполнена заодно со сферическим экраном 4, причем установлена на стойках 5, сферический экран 4 представляет собой выпуклое усеченное тело вращения высотой равной 0,70. . . 0,75 диаметра вихрекамеры. Металлокерамическая вставка 3 со сферическим экраном 4 изготовлена спеканием из жаростойкого материала Si₃N₄, имеющего малый коэффициент теплового расширения, и запрессована в головке 2 цилиндра. Сферический экран 4 образует с внутренней поверхностью вихрекамеры, состоящей из поверхности оболочки 1 и вставки 3, воздушный зазор 6. Внешняя образующая сферического экрана 4 соосна с соединительным каналом 7, расположенным в нижней части вставки 3 и направленным тангенциально внутренней поверхности вихpекамеры. В головке 2 цилиндра через отверстие 8 в оболочке 1 в вихрекамеру установлена топливная форсунка 9, шатер 10 распыливаемого топлива направлен на внутреннюю поверхность сферического экрана 4.The proposed vortex combustion chamber is formed by a metal shell 1 installed in the cylinder head 2 and a ceramic-metal insert 3. The insert 3 is integral with the spherical screen 4, and mounted on the uprights 5, the spherical screen 4 is a convex truncated body of revolution with a height of 0.70. . . 0.75 diameter vortex chambers. The ceramic-metal insert 3 with a spherical screen 4 is made by sintering from a heat-resistant material Si ₃ N ₄ having a small coefficient of thermal expansion, and is pressed into the cylinder head 2. The spherical screen 4 forms, with the inner surface of the vortex chamber, consisting of the surface of the shell 1 and insert 3, an air gap 6. The outer generatrix of the spherical screen 4 is aligned with the connecting channel 7 located in the lower part of the insert 3 and directed tangentially to the inner surface of the vortex chamber. In the cylinder head 2 through the hole 8 in the shell 1, a fuel nozzle 9 is installed in the swirl chamber, the tent 10 of the sprayed fuel is directed to the inner surface of the spherical screen 4.

Объем вихревой камеры сгорания достигает для дизелей диаметром цилиндра D_ц = (80. . . 100)мм 90% от объема сжатия, а для дизелей диаметром цилиндра D_ц = = (105. . . 120)мм - 80. . . 85% от объема сжатия. Минимальная площадь соединительного канала 7 достигает 10% от площади поршня F для дизелей с D_ц = (80. . . 100)мм и 8. . . 9% для дизелей с D_ц = (105. . . 120) мм. Характерные размеры по результатам расчетно-экспериментального анализа приведены в таблице. Степень сжатия расчетного ε = 18,35 для дизелей с D_ц = (80. . . 100) мм и ε = 17,5 с D_ц = = (105. . . 120) мм.The volume of the vortex combustion chamber reaches 90% of the compression volume for diesels with a cylinder diameter D _c = (80... 100) mm and 80. for diesels with a cylinder diameter D _c = (105.... 120) mm. . 85% of the compression volume. The minimum area of the connecting channel 7 reaches 10% of the piston area F for diesels with D _c = (80 ... 100) mm and 8.. . 9% for diesels with D _c = (105... 120) mm. Typical sizes according to the results of the calculation and experimental analysis are given in the table. The compression ratio calculated ε = 18.35 for diesel engines with D _c = (80... 100) mm and ε = 17.5 with D _c = (105... 120) mm.

Работа заявляемой конструкции осуществляется следующим образом. На такте сжатия воздушный зазор из надпоршневого пространства через соединительный канал 7 вытесняется в объем вихрекамеры. При этом поток воздуха разбивается о тупые кромки каплеобразного в сечении сферического экрана на две составляющие, одна из которых направляется по зазору 6 вдоль стенок внутренней поверхности вихревой камеры сгорания, а другая - в полость, ограниченную внутренней поверхностью сферического экрана 4. Топливо впрыскивается на внутреннюю поверхность экрана 4, перемешивается с потоком воздуха и в конце сжатия воспламеняется. Сгорание топлива поддерживается короткий промежуток, в зазоре 6 будут присутствовать горячие газы, но не будет температур, приближающихся к температурам пламени. Движущийся в зазоре воздушный заряд будет подпитывать очаги горения окислителем. В процессе расширения наблюдается обычное для подобных истечение горячих газов в полость надпоршневого пространства через соединительный канал 7 и догорание в надпоршневом пространстве. The operation of the claimed design is as follows. On the compression stroke, the air gap from the above-piston space through the connecting channel 7 is displaced into the volume of the vortex chamber. In this case, the air flow is divided into obtuse edges of a spherical screen, droplet-shaped in cross section, into two components, one of which is guided by a gap 6 along the walls of the inner surface of the vortex combustion chamber, and the other into the cavity bounded by the inner surface of the spherical screen 4. Fuel is injected onto the inner surface screen 4, is mixed with air flow and ignited at the end of compression. The combustion of fuel is maintained for a short period, in the gap 6 there will be hot gases, but there will be no temperatures approaching the temperatures of the flame. The air charge moving in the gap will fuel the burning sites with an oxidizing agent. During the expansion process, the outflow of hot gases, usual for such, into the cavity of the over-piston space through the connecting channel 7 and afterburning in the above-piston space, are observed.

Улучшение топливной экономичности объясняется тем, что предложенная конструкция обеспечивает торможение отвода тепла в основной период сгорания топлива, когда интенсивность первого достигает максимальных значений. Improving fuel economy is explained by the fact that the proposed design provides braking of heat removal in the main period of fuel combustion, when the intensity of the first reaches maximum values.

По сравнению с прототипом-дизелем 4Ч 9,5/11 Рижского дизелестроительного завода достижение более высокой топливной экономичности объясняется снижением теплоотвода в стенки камеры сгорания. Применение сферического экрана позволяет улучшить пусковые качества вихрекамерных дизелей без установки свечи накаливания. (56) Патент США N 2065025, кл. F 02 B 19/08. Compared to the prototype diesel engine 4CH 9.5 / 11 of the Riga Diesel Plant, the achievement of higher fuel efficiency is explained by a decrease in heat removal to the walls of the combustion chamber. The use of a spherical screen allows to improve the starting properties of vortex-chamber diesels without installing a glow plug. (56) U.S. Patent No. 2,065,025, cl. F 02 B 19/08.

Claims

VORTEX DIESEL COMBUSTION CHAMBER, containing a metal shell installed in the cylinder head with a hole and an internal spherical surface, fixed to the head and adjacent to the shell is an insert made of heat-resistant material with an internal spherical surface corresponding to the inner surface of the shell, a connected channel made in the lower part of the insert tangentially the inner surface and the communicating cavity of the combustion chamber and cylinder, and a fuel nozzle located in the opening of the shell, characterized in order to increase fuel economy, a spherical screen truncated from the side of the nozzle and the connecting channel is located in the chamber cavity, made at the same time as a cermet insert with a height equal to 0.70 - 0.75 of the diameter of the chamber and forming a gap with the inner surface of the latter , and the connecting channel is coaxial to the outer generatrix of the spherical screen.