ВИХРЕКАМЕРНЫЙ ДИЗЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F02B19/04 F02B23/00 F02B23/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях с воспламенением от сжатия.

Известны двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащие блок цилиндров, гильзы цилиндров, поршень с кольцами, головку цилиндров с впускным и выпускным клапанами, втулками клапанов, седлами, впускными и выпускными клапанами, втулками клапанов, седлами, впускными и выпускными каналами, вихревыми камерами сгорания, которые сообщаются с основными камерами сгорания посредством тангенциальных каналов. В вихревые камеры имеют выход форсунки для подачи топлива и подогреватели в виде свечи накаливания. Применяются штифтовые распылители форсунок. Конструкция такого двигателя описана, например, в [1]
Недостатками этих двигателей является то, что свечи накаливания включаются только на пусковых режимах, процесс смесеобразования неуправляем и зависит от теплового состояния дизеля, частоты вращения и величины цикловой подачи топлива. Теплоотдача в охлаждающую среду велика, что приводит к низкой топливной экономичности таких дизелей.

Известны также двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащие блоки цилиндров, гильзу цилиндра, поршень с кольцами, головку цилиндров с впускными и выпускными клапанами, вихревыми камерами сгорания, которые сообщаются камерами сгорания посредством каналов, в вихревые камеры введены форсунки для подачи топлива, подогреватель в виде свечи накаливания и завихрительные штифты поворотного типа. В таких дизелях применяют как штифтовые, так и струйные распылители. Конструкция такого дизеля описана, например, в [2] на примере конструкции дизеля фирмы "Даймлер-Бенц".

Недостатками такого двигателя является то, что теплоотдача в охлаждающую среду значительна, что не дает возможности иметь высокую топливную экономичность.

Последняя конструкция принята за прототип, как наиболее близкая по технической сущности.

Сущность изобретения достигается тем, что в известном вихрекамерном дизеле, содержащем блок цилиндров, гильзы цилиндров, поршень, основную камеру сгорания, вихревую камеру сгорания с поворотным штифтом и подогревателем, выполненным в виде элемента накаливания, причем вихрекамера соединена с основной камерой сгорания в надпоршневой полости посредством тангенциального канала, форсунку, согласно изобретению внутри вихрекамеры на поворотном штифте установлена с зазором переменного сечения относительно стенок вихрекамеры металлокерамическая полая вставка, которая выполнена в виде усеченного с противоположных сторон полой сферы.

Нижняя часть сферы, обращенная к тангенциальному каналу, выполнена с острыми кромками и с горловиной, расположенной центрально в сечении относительно к оси вихрекамеры и штифта. Верхняя часть сферы, обращенная к форсунке, выполнена с зауженной в сечении горловиной за счет переменной толщины стенок вставки, ось симметрии которой сдвинута относительно осей вставки вихрекамер и поворотного штифта. Поворотный штифт смещен относительно оси вихрекамеры, а в полой металлокерамической вставке размещен элемент накаливания.

Между горловиной верхней частью и плоскостью сечения образована несимметричная фаска.

Такое выполнение вихрекамерного дизеля позволяет улучшить топливную экономичность за счет увеличения доли топлива испаряющегося с нагретых поверхностей неохлажденной металлокерамической вставки, снизить тепловую напряженность головки цилиндров за счет организации процесса в полости металлокерамической вставки, улучшить пусковые качества двигателя за счет создания локальных концентраций топлива у поверхности несимметричной фаски на металлокерамической вставке.

В известных решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих предлагаемое техническое решение и используемых с аналогичной целью, поэтому техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено: на фиг.1 - поперечный разрез камеры сгорания вихрекамерного дизеля с положением полой вставки в момент пуска и работы на холостом ходу; фиг.2 поперечный разрез камеры сгорания дизеля на режимах нагрузки.

Предлагаемый вихрекамерный дизель содержит блок цилиндров 1, гильзу цилиндров 2, поршень 3 с кольцами, головку блока 4, вихревую камеру сгорания 5 со стенками, образующими внутреннюю, например, сферическую полость 6, сообщающуюся с камерой сгорания в цилиндре тангенциальным каналом 7. Вихревая камера образована полусферической полостью в головке блока 4 и полусферической полостью в стальной ставке 8. Внутри вихревой камеры на поворотном штифте 9, смещенном вдоль ее оси к каналу 7 на расстояние δ (0,04 0,05)D, где D диаметр вихревой камеры, установлена поворотная полая металлокерамическая вставка 10, выполненная в виде усеченной с противоположных сторон полой сферы со стенками переменного сечения. Нижняя часть, обращения к тангенциальному каналу 7 выполнена с острыми кромками 11, а образуемое в сечении отверстие в нижней части имеет диаметр d_но (0,53 0,60)D и расположено соосно с полостью вихревой камеры при положении вставки, указанном на фиг.1.

Размеры диаметра отверстия обусловлены соотношениями, обеспечивающими вихревое движение воздуха в полости вставки и движение воздуха вдоль стенок внутренней полости вихрекамеры, условиями, предотвращающими процессы горения вблизи стенок внутренней полости. Острые кромки исключают торможение потока воздуха.

Верхняя часть вставки обращена к форсунке 12, установленной в головке блока 4, имеет зауженную в сечении горловину 13 диаметром d_ВО (0,42 0,45) D, ось симметрии которой смещена на величину a (0,05 0,07)D относительно оси штифта и оси вставки при положении последней, указанном на фиг.1. Между горловиной 13 и плоскостью сечения 14 образована несимметричная фаска 15, наибольшая поверхность которой обращена в сторону форсунки 12. Стенки вихревой камеры 5 и наружные стенки 16 вставки 10 образуют зазор 17 переменной величины, обусловленной смещением горизонтальной оси вставки относительно горизонтальной оси вихревой камеры на величину a (0,05 0,07)D. Во вставке 10 встроен при изготовлении нагревательный элемент 18 с выводом контактов через штифт 9 за пределы полости вихревой камеры. Нагревательный элемент представляет собой свечу накаливания.

Предлагаемый вихрекамерный дизель работает следующим образом.

Перед пуском двигателя штифтом 9 полая вставка 10 (фиг.1) поворачивается на угол a обеспечивающий параллельность оси горловины 13 с осями симметрии наружной поверхности 16 вставки и вихревой камеры. Нагревательный элемент 18 включается и прогревает вставку. При впрыске топлива в момент пуска топливо попадает на горячую фаску 15, испаряется, а разогретая поверхность фаски и самой вставки способствует устойчивому воспламенению топливо-воздушной смеси. Воздушный поток из надпоршневого пространстве перемещается по тангенциальному каналу 7, попадает в вихревую камеру, разделяется острыми кромками 11 вставки 10 на два потока, первый из которых поступает во внутреннюю полость вставки 10, закручивается и разбивает струи топлива в ее внутренней полости, готовит топливно-воздушную смесь. Второй поток идет по зазору 17 и создает завихрения в зоне фаски 15, способствующее мелкомасштабной турбулизации заряда в зоне воспламенения топлива.

При переходе на режимы нагрузки, увеличении подачи топлива нагревательный элемент 18 выключается, а полая вставка 10 разворачивается на угол a таким образом, что ось форсунки совпадает с осью внешней поверхности вставки (фиг. 2). Острая кромка 11 приближается одним краем к тангенциальному каналу 7. В этом случае воздушный заряд, поступающий из надпоршневого пространства разделяется вновь на два потока. Смесеобразование и сгорание в основном происходит в полости внутренней вставки, теплоотдача в стенки вихревой камеры незначительна. Воздушный поток перемещаемый по зазору 17 способствует распылению топлива и смесеобразованию вблизи форсунки.

Предложенный вихрекамерный дизель обеспечивает снижение токсичности отработавших газов на 25% повышение экономичности на 3-4% за счет снижения тепловых потерь в стенке камеры сгорания, улучшение пусковых качеств, особенно в условиях температур окружающей среды.

По сравнению с прототипом предлагаемый дизель обеспечивает снижение дымности отработавших газов на 30% и повышение топливной экономичности на 3-4%

Использование: в двигателестроении в двигателях с воспламенением от сжатия. Сущность изобретения: предлагаемый вихрекамерный дизель содержит блок цилиндров, поршень, форсунку, головку цилиндров с впускными и выпускными клапанами, втулками, впускными и выпускными каналами, основную камеру сгорания, вихревую камеру сгорания, сообщающуюся с основной камерой сгорания в надпоршневой полости цилиндра посредством тангенциального канала, поворотный штифт, который смещен относительно оси вихрекамеры и размещен в вихрекамере, причем на поворотном штифте установлена с зазором переменного сечения относительно стенок вихрекамеры металлокерамическая полая заготовка, выполненная в виде усеченной с противоположных сторон полой сферы. Нижняя часть сферы, обращенная к тангенциальному каналу, выполнена с острыми кромками и горловиной, расположенной в сечении центрально к оси вихрекамеры и штифта, а верхняя часть, обращенная к форсунке, выполнена с зауженной в сечении горловиной за счет переменной толщины стенок вставки и со сдвинутой осью симметрии относительно осей вставки, вихрекамеры и штифта. Кроме того, образованная между верхней горловиной и плоскостью сечения фаска выполнена несимметричной, а в теле металлокерамической вставки размещен элемент накаливания. Технический результат: позволяет снизить тепловую напряженность головки, повысить топливную экономичность и улучшить пусковые качества. 2 ил.

Вихрекамерный дизель с воспламенением от сжатия, содержащий блок цилиндров, гильзу цилиндра, поршень с поршневыми кольцами, форсунку, головку цилиндров с впускными и выпускными клапанами, втулками, впускными и выпускными каналами, основную камеру сгорания, вихревую камеру сгорания, с поворотным штифтом и подогревателем, выполненным в виде элемента накаливания, причем вихрекамера соединена с основной камерой сгорания в надпоршневой полости посредством тангенциального канала, отличающийся тем, что внутри вихревой камеры сгорания на поворотном штифте установлена в зазором переменного сечения относительно стенок вихрекамеры металлокерамическая полая вставка, выполненная в виде усеченной с противоположных сторон полой сферы, нижняя часть которой, обращенная к тангенциальному каналу, выполнена с острыми кромками и горловиной, расположенной в сечении центрально к оси вихрекамеры и штифта, а верхняя часть сферы, обращенная к форсунке, выполнена с зауженной в сечении горловиной за счет переменной толщины стенок вставки со сдвинутой осью симметрии относительно осей вставки, вихрекамеры и штифта, а образованная между горловиной и плоскостью сечения фаска выполнена несимметричной, причем поворотный штифт смещен относительно оси вихрекамеры, а в теле металлокерамической полой вставки размещен элемент накаливания.