RU2200869C2 - Fuel injection nozzle with prechamber - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; fuel equipment of internal combustion engines. SUBSTANCE: nozzle for injection of fuel direct into engine combustion chamber is installed between cylinder head and spark plug. Nozzle has one prechamber, three opposite orifices for fuel injection, one main and three additional mixture circulating channels. Rich fuel mixture from surface layers of fuel spray fills prechamber along additional connecting channels. EFFECT: reduced fuel consumption and toxicity of exhaust gases. 5 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего строения с искровым зажиганием топливовоздушной смеси. The invention relates to engine building, and in particular to internal structure engines with spark ignition of an air-fuel mixture.

Целью изобретения является повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработанных газов двигателя внутреннего сгорания. The aim of the invention is to increase fuel efficiency and reduce the toxicity of exhaust gases of an internal combustion engine.

Известен двигатель, содержащий камеру сгорания, образованную в цилиндре его головкой и поршнем, форкамеру, соединенную с камерой сгорания каналом, снабженную свечой зажигания и форсункой для впрыска топлива через форкамеру в камеру сгорания (SU 1359447 А1). Форсунка для впрыска топлива с форкамерой позволяет реализовать данный способ работы двигателя внутреннего сгорания. A known engine comprising a combustion chamber formed in the cylinder by its head and piston, a prechamber connected to the combustion chamber by a channel, equipped with a spark plug and an injector for injecting fuel through the prechamber into the combustion chamber (SU 1359447 A1). A nozzle for fuel injection with a pre-chamber allows you to implement this method of operation of an internal combustion engine.

Наиболее близким техническим решением является решение по патенту GB 2011539 А. В данном техническом решении говорится о форсунке для впрыска топлива или топливовоздушной смеси непосредственно в камеру сгорания двигателя, установленной между головкой цилиндра и свечой зажигания. Дополнительную топливовоздушную смесь вводят в камеру сгорания двигателя через снабженный клапаном канал под электрод свечи зажигания. Для работы двигателя необходимы два канала формирования и дозирования топливовоздушной смеси. The closest technical solution is the solution according to patent GB 2011539 A. This technical solution refers to an injector for injecting fuel or air-fuel mixture directly into the combustion chamber of an engine installed between the cylinder head and the spark plug. An additional air-fuel mixture is introduced into the combustion chamber of the engine through a channel provided with a valve under the spark plug electrode. For the engine to work, two channels of formation and dosing of the air-fuel mixture are required.

В отличие от прототипа форсунка для впрыска топлива с форкамерой позволяет в широких пределах регулировать качество топливовоздушной смеси в камере сгорания и автоматически формировать топливовоздушную смесь необходимого качества в области искрового промежутка свечи зажигания. In contrast to the prototype, a nozzle for injecting fuel with a pre-chamber allows a wide control of the quality of the air-fuel mixture in the combustion chamber and the formation of the air-fuel mixture of the required quality in the spark gap of the spark plug.

Расположение форсунки с форкамерой на двигателе показано на фиг.1, где 1,1 - форсунка с форкамерой, 1,2 - свеча зажигания, 1,3 - головка цилиндра, 1,4 - поршень. The location of the nozzle with the prechamber on the engine is shown in Fig. 1, where 1.1 is the nozzle with the prechamber, 1.2 is the spark plug, 1.3 is the cylinder head, 1.4 is the piston.

Конструкция форсунки с форкамерой изображена на фиг.2 и фиг.3, где 1 - корпус, 2 - распределительная втулка, 3 - топливо подводящая муфта, 4 - шайба, 5 - гайка, 6 - три сопла, 7 - топливные каналы, 8 - основной соединительный канал, 9 - три дополнительных соединительных канала, 10 - форкамера, образованная корпусом форсунки и свечой зажигания. The nozzle design with a pre-chamber is shown in FIG. 2 and FIG. 3, where 1 is a housing, 2 is a distribution sleeve, 3 is a fuel inlet sleeve, 4 is a washer, 5 is a nut, 6 is three nozzles, 7 are fuel channels, 8 is main connecting channel, 9 - three additional connecting channels, 10 - prechamber formed by the nozzle body and the spark plug.

Работу двигателя с форсункой поясняет фиг.4 и фиг.5. The operation of the engine with the nozzle is illustrated in figure 4 and figure 5.

Всасывающий коллектор двигателя необходимо выполнить без дроссельной заслонки, с наименьшим аэродинамическим сопротивлением для более полного наполнения цилиндра воздухом. The intake manifold of the engine must be performed without a throttle, with the lowest aerodynamic resistance for more complete filling of the cylinder with air.

В процессе такта всасывания (фиг.4) происходит наполнение цилиндра воздухом и очищение форкамеры 10, основного соединительного канала 8 и трех дополнительных соединительных каналов 9 от продуктов сгорания предыдущего рабочего хода, а также смешивание их с воздухом, заполняющим цилиндр. В конце такта всасывания - начале такта сжатия производится впрыск топлива из трех сопел, расположенных в основном соединительном канале форсунки (фиг.5). Сопла направлены в сторону камеры сгорания и встречно друг к другу таким образом, чтобы обеспечить соударение топливных факелов 11 из них на выходе из основного соединительного канала. В результате суммарный топливный факел получает сложную форму, что способствует образованию однородной топливовоздушной смеси в камере сгорания. В то же время богатая топливовоздушная смесь из поверхностных слоев топливных факелов по трем дополнительным соединительным каналам 9 заполняет форкамеру 10. Дополнительные соединительные каналы расположены вокруг основного канала параллельно ему. Качество смеси, циркулирующей в форкамере 10 по основному 8 и трем дополнительным 9 соединительным каналам, остается неизменным и не зависит от длительности (количества топлива) впрыска. В конце такта сжатия богатая топливовоздушная смесь в форкамере воспламеняется искрой свечи зажигания. Пламя, распространяясь по основному и дополнительным каналам, устремляется в камеру сгорания. Факел пламени на выходе из форсунки имеет опять же сложную форму, что способствует лучшему воспламенению бедной смеси в камере сгорания и позволяет избежать местного перегрева поршня. During the suction stroke (Fig. 4), the cylinder is filled with air and theprechamber 10, the main connectingchannel 8 and three additional connectingchannels 9 are cleaned of the combustion products of the previous working stroke, as well as mixing them with air filling the cylinder. At the end of the suction stroke - the beginning of the compression stroke, fuel is injected from three nozzles located in the main connecting channel of the nozzle (figure 5). The nozzles are directed towards the combustion chamber and counter to each other in such a way as to ensure the collision of thefuel flames 11 of them at the outlet of the main connecting channel. As a result, the total fuel torch gets a complex shape, which contributes to the formation of a homogeneous air-fuel mixture in the combustion chamber. At the same time, a rich air-fuel mixture of the surface layers of fuel flames through three additional connectingchannels 9 fills theprechamber 10. Additional connecting channels are located around the main channel parallel to it. The quality of the mixture circulating in theprechamber 10 along the main 8 and three additional 9 connecting channels remains unchanged and does not depend on the duration (amount of fuel) of the injection. At the end of the compression stroke, the rich air-fuel mixture in the pre-chamber is ignited by the spark of the spark plug. The flame, propagating through the main and additional channels, rushes into the combustion chamber. The flame torch at the outlet of the nozzle is again complex in shape, which contributes to better ignition of the lean mixture in the combustion chamber and avoids local piston overheating.

Объем форкамеры и каналов в форсунке должен обеспечивать нагрев бедной смеси в камере сгорания до температуры вспышки топлива в ней (3-5% от объема камеры). В зависимости от режима работы двигателя меняется качество топливовоздушной смеси в камере сгорания, качество смеси в форкамере остается неизменным. Таким образом, на малых и средних нагрузках двигатель работает на бедной топливовоздушной смеси, меняется количество теплоты, подведенной к неизменному количеству рабочего тела, что на малых и средних нагрузках уменьшает потери тепла и облегчает тепловой режим двигателя. The volume of the prechamber and the channels in the nozzle must ensure that the lean mixture in the combustion chamber is heated to the flash point of the fuel in it (3-5% of the chamber volume). Depending on the engine operating mode, the quality of the air-fuel mixture in the combustion chamber changes, the quality of the mixture in the prechamber remains unchanged. Thus, at low and medium loads, the engine runs on a lean air-fuel mixture, the amount of heat supplied to the constant amount of the working fluid changes, which at low and medium loads reduces heat loss and facilitates the thermal regime of the engine.

Применение форсунки с форкамерой позволяет добиться полного сгорания топлива и снизить токсичность по СО в сравнение с карбюраторным двигателем (качественное регулирование смеси, продукты неполного сгорания из форкамеры дожигаются в следующем рабочем ходе двигателя), а также токсичность по NО_# в сравнении с дизелем (низкая степень сжатия). Кроме того, при незначительных изменениях в головке цилиндров позволяет конвертировать выпускаемые промышленностью карбюраторные двигатели внутреннего сгорания.The use of a nozzle with a prechamber allows achieving complete combustion of fuel and reducing CO toxicity in comparison with a carburetor engine (high-quality regulation of the mixture, products of incomplete combustion from the prechamber are burned out in the next engine operation), as well as NO_# toxicity compared to a diesel engine (low degree compression). In addition, with minor changes in the cylinder head, it is possible to convert carburetor internal combustion engines manufactured by the industry.

Claims (1)

Translated fromRussian

Форсунка для впрыска топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя, установленная между головкой цилиндра двигателя и свечой зажигания, отличающаяся тем, что имеет одну форкамеру, три встречно направленных сопла для впрыска топлива, один основной и три дополнительных соединительных канала для циркуляции смеси, причем богатая топливная смесь из поверхностных слоев топливного факела по дополнительным соединительным каналам заполняет форкамеру. An injector for injecting fuel directly into the engine’s combustion chamber, mounted between the engine cylinder head and the spark plug, characterized in that it has one prechamber, three opposing nozzles for injecting fuel, one main and three additional connecting channels for circulating the mixture, with rich fuel mixture from the surface layers of the fuel flame through additional connecting channels fills the prechamber.

Images