Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1988 года по МПК F02B19/18 

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестро- ению, а именно к конструкциям двигателей внутреннего сгорания с форка- мерным зажиганием горючей смеси.

Целью изобретения является повышение экономичности двигателя путем интенсификации ультразвуковых колебаний в канавке.

На фиг.1 представлен двигатель внутреннего сгорания через форкймеру, продольный разрез; на фиг,2 - узел I на фиг,1,

1А

46662

НИИ первой стадии форкамерного рабочего процесса в основной камере спо- рания заканчивается расширение и продувка и начинается-сжатие,

Вторая стадия рабочего процесса в форкамере 6 - смесеобразование и сжатие - протекает одновременно со сжатием и смесеобразованием в основной камере 4 сгорания, Форкамера 6 к началу второй стадии заполнена полностью газом, В процессе сжатия в форкамеру 6 сначала перетекает из основной камеры 4 сгорания через со

0

Изобретение относится к двигате лям внутреннего сгорания с форкамер- ным зажиганием горючей смеси. Цель изобретения - повышение экономичности двигателя путем интенсификации ультразвуковых колебаний в -канавке цилиндрического сопла. Основная каме ра 4 сгорания ограничена цилиндром 1,его головкой 3 и днищем 5 поршня 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 составляет 1,25 - 1,5. При прохождении воздуха, а затем обедненной смеси в форкамеру через сопло в последнем благодаря канавке 8 происходит облучение движзпцего- ся потока ультразвуковьши колебаниями, вызьшающими в форкамере улучшение смесеобразования. Ультразвуковые колебания генерируются высокочастотным вихрем, возникающим в полости канавки 8. Факельная система зажигания с облучателем высокочастотными колебаниями в сопле форкамеры позволяет обеспечить наименьшую продолжительность формирования начального очага пламени в объеме форкамеры и ускорить процесс воспламенения и горения основного заряда в рабочем пространстве двигателя, сокращая продолжительность загорания основно-- го заряда в процессе расширения и .-: увеличивая экономичность двигателя. 2 ил. (Л Ю 9

Двигатель внутреннего сгорания со- пло 7 воздух, а затем обедненная

20

25

30

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),

Основная камера 4 сгорания ограничена цилиндром 1, его головкой 3 и днищем 5 поршня 2,

Форкамера 6 размещена в головке 3 цилиндра, сообщена с основной камерой 4 сгорания 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 оптимальная длина канавки (1) выполнена равной (1,2-1,6) ds В крьшзке 9 форка- меры 6 установлен газоподающий клапан 10 и свеча 11 зажигания,

Двигатель работает следующим образом.

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 сгорания. Поступающий газ вытесняет продукты сгорания из сферической полости форкамеры 6 через сопло 7 в основную камеру 4 сгорания, продувая форкамеру, В этот период в камере 4 сгорания происходит процесс расширения и поршень 2 начинает свое движение вниз.

Первая стадия рабочего процесса в форкамере 1 заканчивается в тот момент, когда давление газа в мере 6 и основной камере 4 сгорания станет равным давлению газа на входе в сопло 7 форкамеры 6, На протяже40

45

50

55

смесь газа с воздухом. При этом п прохождении воздуха, а затем обед ной смеси в форкамеру 6 через соп 7, в последнем благодаря кольцево канавке 8 происходит облучение дв жущегося потока ультразвуковыми к баниями, вызывающими в форкамере улучшение смесеобразования. Ультр звуковые колебания генерируются 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 колебаниями с частотой 5 - 10 кГ При этом снижается турбулентность тока раб.очей смеси в форкамере за счет подавления ее высокочастотны колебаниями, что сокращает продол тельность формирования начального ядра пламени способного к дальней му самопроизвольному распростран нию в период третьей стадии рабоч го процесса в форкамере - восплам нения смеси в форкамере 6 от свеч зажигания. На протяжении второй с дии рабочего процесса клапан 10 з рыт ,

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 сгорания ч рез сопло 7 факела, состоящего из несгоревших, горящих и сгоревших зов. На протяжении этой стадии да ние в форкамере 6 превьшгает давле в основной камере 4 сгорания, где в этот период заканчивается сжати При этом факел из сопла 7 как бы модулируется частотой колебаний в ря в канавке 8 и при входе в осно ную камеру 4 сгорания факел колеб

пло 7 воздух, а затем обедненная

смесь газа с воздухом. При этом при прохождении воздуха, а затем обедненной смеси в форкамеру 6 через сопло 7, в последнем благодаря кольцевой канавке 8 происходит облучение движущегося потока ультразвуковыми колебаниями, вызывающими в форкамере 6 улучшение смесеобразования. Ультразвуковые колебания генерируются 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 колебаниями с частотой 5 - 10 кГц. При этом снижается турбулентность потока раб.очей смеси в форкамере за счет подавления ее высокочастотными колебаниями, что сокращает продолжительность формирования начального ядра пламени способного к дальнейшему самопроизвольному распространению в период третьей стадии рабочего процесса в форкамере - воспламенения смеси в форкамере 6 от свечи 11 зажигания. На протяжении второй стадии рабочего процесса клапан 10 закрыт ,

На третьей стадии происходит быстрое воспламенение и сгорание части обогащенной смеси в форкамере 6, что вызывает резкое повышение давления в ней и выброс в рабочее пространство - ocHOBHjno камеру 4 сгорания через сопло 7 факела, состоящего из несгоревших, горящих и сгоревших газов. На протяжении этой стадии давление в форкамере 6 превьшгает давление в основной камере 4 сгорания, где в этот период заканчивается сжатие. При этом факел из сопла 7 как бы модулируется частотой колебаний вихря в канавке 8 и при входе в основную камеру 4 сгорания факел колеблется 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 генерация турбулентности факела. При интенсивной турбулентности факела скорость распространения пламени в основной камере 4 сг орания определяется скоростью турбулентных пульсаций, скорость, с которой очаги, языки пламени забрасываются вперед, поэтому, проходя через рабочую смесь в основную камеру 4 сгорания, факел увеличивает турбулентность и возбуждает на своем пути множество очагов воспламенения, распространяющихся дальше по всему объему основной камеры 4 сгорания, что сокращает продолжительность процесса сгорания в основной камере 4 сгорания и позволяет более полно использовать теплоту сгорания топлива и увеличить экономичность двигателя на частичных нагрузках путем интенсификации воспламенения рабочей смеси в основной камере 4 сгорания.

Воспламенение основного заряда от развитой поверхности факела, вытекающего из сопла 7 с частотой колебаний 15-20 кГц, в основной камере 4 сгорания приводит к быстрому и полному сгоранию даже при очень глубоком обеднении смеси, что сокращает время догорания рабочей смеси в процессе расширения в основной камере 4 сгорания и практически исключает вероятность пропуска воспламенения в цилиндре - этого органического недостатка рабочего процесса на частичных режимах при работе на газе.

На протяжении четвертой стадии ра- (бочего процесса в форкамере 6, совпадающей по времени со сгоранием и

0

5

5

0

5

0

5

расширением, в основной камере 4 сгорания происходит заполнение форкаме- ры отработавшими газами, при этом кольцевой вихрь в кольцевой канавке 8 сопла 7 генерирует колебания с частотой 0,5-3 кГц, вызывающих торможение потока отработавших газов, входящих в форкамеру, что снижает наполнение форкамеры отработавшими газамк и ускоряет наполнение газом на первой стадии из клапана 10 и улучшает качество продувки форкамеры 6,

Таким образом, факельная система зажигания с облучателем высокочастотными колебаниями в сопле форкамеры позволяет обеспечить наименьшую продолжительность формирования начального очага пламени в объеме форкамеры и ускорить процесс воспламенения и горения основного заряда в рабочем пространстве двигателя, сокращая продолжительность загорания основного заряда в процессе расширения и увеличивая экономичность двигателя.

Формула изобретения

с

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с установленными в ней впускным и выпускным клапанами, основную камеру сгорания, ограниченную цилиндром, его головкой и днищем поршня, и форкамеру, размещенную в : головке и сообщенную с основной камерой посредством цилиндрического сопла, снабженного соосной с ним кольцевой канавкой, отличающийся тем, что, с целью повьш1е- ния экономичности путем интенсификации ультразвуковых колебаний в канавке отношение диаметра канавкк к диаметру сопла составляет 1,25-155.

Фиг2