Двигатель внутреннего сгорания - RU2062334C1
Код документа: RU2062334C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия с непосредственным впрыском топлива.
Известны двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и непосредственным впрыском топлива с камерой сгорания, одна из ограничивающих поверхностей которого представляет собой центрально расположенное цилиндрическое углубление в поршне, образующие боковых стенок которого параллельны оси цилиндра и плавно переходят в днище по радиусу, а также с центрально расположенной в головке цилиндра многоструйной форсункой, сопловые отверстия которой направлены на стенки углубления в поршне (Двигатели внутреннего сгорания. Учебник для вузов /Под ред. проф. В.Н. Луканина. М. Высшая школа, 1985, с. 47-56).
Такие двигатели с объемно-пленочным смесеобразованием имеют достаточно хорошие показатели по расходу топлива, но в то же время ухудшенные пусковые качества и высокую скорость повышения давления при горении, приводящую к жесткой работе двигателя, что является его недостатком.
Наиболее близким к изобретению является двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий головку цилиндра с центрально расположенной форсункой и поршень с камерой сгорания, выполненной с цилиндрической боковой стенкой, причем распылитель форсунки жестко зафиксирован относительно ее корпуса, оси его отверстий направлены на боковую стенку камеры сгорания, а последняя снабжена каталитическим покрытием (а. с. СССР N 1592535, кл. F 02 B 23/00, опубл. 1990). В двигателе на боковой стенке камеры сгорания в местах ее пересечения с осями отверстий распылителя имеются выемки, в том числе выполненные в виде кольцевой проточки, причем на их поверхности нанесен катализатор дегидрирования углеводородов.
В описанном двигателе попадающее на поверхность выемок топливо вступает в реакцию с катализатором. Эта реакция способствует ускорению предпламенных процессов, что повышает надежность пучка двигателя, а на режиме максимальной мощности каталитическое покрытие стенок способствует повышения полноты сгорания и снижению токсичности отработавших газов.
Однако этот двигатель обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что каталитическое покрытие, усложняя технологию изготовления поршня и удорожая его, в процессе эксплуатации вырабатывается и отравляется, что лишает двигатель его преимуществ по сравнению с другими. Более того, наличие выемок произвольной формы на поверхности камеры сгорания в местах попадания на них струй топливовоздушной смеси способствует дополнительному оседанию топлива на стенках и, таким образом, приводит к еще большему ухудшению пусковых и эксплуатационных качеств двигателя, которые характерны для других двигателей с объемно-пленочным смесеобразованием.
Задачей изобретения является ускорение пуска двигателя и повышение его экономичности путем улучшения смесеобразования и сгорания топливовоздушной смеси.
Поставленная задача достигается тем, что сечение кольцевой выемки на боковой поверхности цилиндрического углубления в поршне спрофилировано оптимальным образом для реализации эффекта вторичного смесеобразования, т.е. повторного выброса части топлива топливовоздушной смеси, падающей на стенку, в свободный объем камеры сгорания, что приводит к более равномерному распределению топлива, снижению его количества в пристеночной области и переводу таким образом режима смесеобразования, более близкого к объемному.
Перечисленные признаки, отличающие заявляемое устройство от известных, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо в области двигателестроения.
На фиг. 1 изображен двигатель внутреннего сгорания.
На фиг. 2 изображена схема работы двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия содержит по крайней мере один цилиндр 1, поршень 2 и головку 3 с центрально расположенной в ней форсункой 4 с сопловыми отверстиями, оси 5 которых пересекаются в одной точке 6 на оси цилиндра, составляя с ней одинаковые углы α в пределах 70-80o. Камера сгорания двигателя образована стенкой цилиндра 1, головкой 3, днищем 7 поршня 2 и центрально расположенным в поршне 2 цилиндрическим углублением 8, образующие боковых стенок 9 которого параллельны оси цилиндра 1 и по радиусу R сопряжены с его дном 10, причем отношение глубины h углубления 8 к его диаметру d составляет не менее 1/3. На боковой поверхности 9 углубления 8 образована выемка 11, сечение которой в плоскости, построенной на оси цилиндра 1 и оси 5 одного из распыливающих отверстий, представляет собой плавную вогнутую кривую 12. Обращенная к головке 3 ветвь кривой 12 пересекает образующую цилиндрической поверхности 9 углубления в точке 13, отстоящей от оси 5 на угол b 5-9o при положении поршня 2 в вертикальной мертвой точке, а касательная 14 к кривой 12 в точке 13 ее пересечения с поверхностью 9 составляет с осью 5 распыливающего отверстия угол g 20-35o. Вторая ветвь кривой 12 пересекает поверхность углубления 8 в точке 15, причем касательная 16 к кривой 12 в точке 15 составляет с образующей цилиндрической поверхности 9 углубления 8 угол x 70-110o. Ширина выемки 11 от точки 13 до точки 15 составляет a 0,1-0,2 от диаметра d углубления 8, а глубина выемки 11, обращенной в тело поршня 2, составляет b 0,05-0,1 от диаметра d углубления 8.
Двигатель работает следующим образом. Начало впрыска топлива в двигателе с воспламенением от сжатия осуществляется обычно за 5-7o до достижения поршнем верхней мертвой точки. Ко времени прихода поршня 2 в верхнее положение фронт струи 17 топливовоздушной смеси достигает боковой стенки 9 углубления 8 и, так как ядро струи имеет угол раствора w 6-10o, то оно практически полностью попадает во входной участок выемки 11 под оптимальным углом падения g 20-35o. Благодаря плавному профилю поверхности выемки 11 обеспечиваются разворот потока топливовоздушной смеси и обратный выброс ее в свободный от смеси объем углубления 8. Причем угол выброса струи, составляющий x 70-110o, установлен оптимальным, т.к. при этом обеспечивается дополнительное диспергирование топлива и веерообразное рассредоточение потока смеси в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра 1.
Использование предполагаемой конструкции обеспечивает повышение эффективности смесеобразования и сгорания, а следовательно, улучшает технико-экономические показатели двигателя.
Реферат
Использование: в двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: в головке 3 цилиндра 1 двигателя центрально установлена форсунка 4 с распылительными отверстиями, оси 5 которых пересекаются в одной точке 6 на оси цилиндра 1 под углом α = 70-80o к последней. Камера сгорания двигателя ограничена стенкой цилиндра 1, его головкой 3 и днищем 7 поршня 2 с цилиндрическим углублением 8, выполненным симметрично относительно цилиндра 1, причем боковые стенки 9 углубления по радиусу R сопряжены с его дном 10, а отношение его глубины h к диаметру d составляет не менее 1/3. На боковой стенке 9 углубления 8 выполнена кольцевая выемка 11, имеющая в сечении, построенном на оси цилиндра 1 и оси 5 одного из распыливающих отверстий, вид вогнутой плавной кривой 12. Касательная 14 и ветви кривой 12, обращенной к горловине 3, в точке 13 ее пересечения образующей цилиндрического углубления 8 отстоит от оси 5 распыливающего отверстия на угол b = 5-9o и составляет с ней угол g = 20-35o. Касательная 16 ко второй ветви кривой 12 в точке 15 ее пересечения с боковой поверхностью 9 цилиндрического углубления 8 образует с последней угол x = 70-110o, при этом ширина выемки 11 составляет a(0,1 - 0,2)d, а ее глубина b(0,05 - 0,1)d, где d - диаметр цилиндрического углубления 8. 2 ил.
