Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия Советский патент 1990 года по МПК F02B23/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Целью изобретения является повышение экономичности путем улучшения процессов смесеобразования и сгорания.

На чертеже представлен двигатель.

Двигатель содержит цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2, голо вку 3 цилиндра 1 и камеру 4 сгорания, образованную их поверхностями и выполненную в днище 5 поршня 2 в виде торообразной выемки 6, сопряженной с периферийной конической поверхностью 7, примыкающей к периферийному плоскому бурту 8 днища 5 поршня 2, и центральным коническим выступом 9 со скругленной вершиной В головке 3 цилиндра 1 установлена центральная топливная форсунка 10, Снабженная распылителем с сопловыми отверстиями (не показаны). Оси 11 сопловых отверстий пересекаются в точке, расположенной на оси цилиндра 1, и составляют с образующей выступа 9 острый угол, обращенный вершиной к оси цилиндра 1.

Поскольку днище 12 головки 3 в общем случае имеет сложную конфигурацию, в рассмотрение вводится плоская эквивалентная поверхность 13 головки 1, При определении ее положения необходимо учесть объемы выемок на реальной головке, в которых находится воздух, используемый при сгорании топлива. Поэтому расстояние от периферийного бурта 8 определяется зависимостью, выражающей условие равенства объема, заключенного между эквивалентной поверхностью 13 и днищем 5 поршня 2, объему, заключенному между реальным днищем 12 головки 3 и днищем 5 поршня 2

AlyczVk

лО

О)

где Vc - объем камеры сгорания;

Vk - объем выемки в днище поршня., Форма выемки 6 в поршне 2 задана двумя основными параметрами: диаметром выемки Dk и углом «между образующей 14 периферийной конической поверхности 7 и осью цилиндра. Величина Dk замеряется по линии пересечения конической поверхности 7 с периферийным буртом 8. Угол наклона конической поверхности может быть

задан диаметром D - расстоянием между противоположными точками пересечения прямолинейных образующих 14 периферийной конической поверхности 7 с эквивалентной поверхностью 13. Геометрические

параметры двигателя связаны соотношением

i +4.1(С-1)Ј )3tg(J-) Ъ

+

лО Dk

Г 1,9.

.2,1.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

где Vh - рабочий объем цилиндра;

к - степень сжатия;

Vk - объем выемки в днище поршня; D - диаметр цилиндра;

а,- угол между образующей периферийной конической поверхностью и осью цилиндра;

Vi - объем, заключенный между конусом, проходящим через оси сопловых отверстий распылителя, и днищем поршня;

Dk - диаметр выемки в днище поршня.

Для достижения наибольшей скорости, полноты сгорания и наилучшей экономичн о- сти двигателя необходимо обеспечить оптимальное соотношение топлива и воздуха во всех зонах камеры сгорания. При взаимодействии топливного факела с периферийной конической поверхностью 7 выемки 6 в поршне 2 все топливо делится на две неравные части, величина которых зависит от угла а наклона периферийной конической поверхности или величины D г. При этом распределение топлива между выемкой 6 в поршне и надпоршневом пространстве определяется направлением образующей периферийной конической поверхности 7, т.е.

соотношением D f/D. Часть топлива, попавшая в торообразную выемку 6, смешивается с воздухом, заключенным в объеме (Vi) между конусом, проходящим через оси сопловых отверстий распылителя 9, и поверхностью днища 5 поршня 2. Другая часть, отраженная в надпоршневое пространство, взаимодействует с воздухом, заключенным в остальном объеме камеры сгорания. При этом распределение воздуха между указанными частями определяется соотношением Vi/Vc.

Таким образом, одним из путей обеспечения оптимального соотношения воздуха и топлива в зонах камеры сгорания является установление зависимости

#-)

(3)

В этой связи установлено экспериментальное соотношение

EL (1 П -л D У л q vcПараметр D f, который входит в соотношение (4), является условным и в любом

(4)

случае требует дополнительных вычислений. Это создает определенные неудобства его использования при проектировании и особенно при контроле геометрических параметров двигателей.

Выполнив следующие математические

преобразования, учитывая, что выражение (1) преобразуется к виду

«Ј-)

яСС Из чертежа следует

(5)

5э

DF-DK

fn

(6)

tg(J-a)

Приравнивая выражения (5) и (6), получаем

Vh

4(grT-Vk) ()tg(g-a)

(7)

(8)

Зависимость (8) связывает условную величину Of с основными параметрами двигателя. Подставляя выражение (8) в экспериментальную зависимость (4), получаем выражение (2).

Двигатель работает следующим образом.

В ходе такта сжатия поршень 2, сжимая воздух, перемещается к верхней мертвой точке(в.м.т.). При подходе к в.м.т. в цилиндр 1 впрыскивается топливо. Образующиеся топливные факелы распространяются в обье- ме камеры А сгорания и взаимодействуют с периферийной конической поверхностью 7 поршня 2. При этом одна часть топлива от

10

15

20

25

ражается в сторону надпоршневого зазора, а другая остается в выемке 6.

Формула изобретения Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную их поверхностями и выполненную в днище поршня в виде торообрээной выемки, сопряженной с центральным коническим выступом со скругленной вершиной и периферийной конической поверхностью, примыкающей к периферийному плоскому бурту днища поршня, и центральную топливную форсунку, снабженную распылителем с сопловыми отверстиями, оси которых пересекаются в точке, расположенной на оси цилиндра, и составляют с образующей выступа острый угол, обращенный вершиной к оси цилиндра, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем улучшения процессов смесеобразования и сгорания, его геометрические параметры связаны между собой соотношением

, , Vi

Е +4,1 (Ј-1)$ +

.71

DJtg(Ј-e)

30

+Ј9...2,1.

где Vh - рабочий обьем цилиндра;

Ј-степень сжатия; Vk - объем выемки в днище поршня; D - диаметр цилиндра;

а - угол между образующей периферийной конической поверхностью днища поршня и осью цилиндра;

Vi-объем. заключенный между кону- сом, проходящим через оси сопловых отверстий распылителя, и днищем поршня;

Dk - диаметр выемки в днище поршня.

Изобретение позволяет повысить экономичность двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия путем улучшения процессов смесеобразования и сгорания. Двигатель содержит по меньшей мере один цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2, головку 3 цилиндра 1, камеру 4 сгорания, образованную их поверхностями и выполненную в днище 5 поршня 2 в виде торообразной выемки 6, сопряженной с периферийной конической поверхностью 7, примыкающей к периферийному плоскому бурту 8 днища 5 поршня 2, и центральным коническим выступом 9, и центральную топливную форсунку, снабженную распылителем 10 с сопловыми отверстиями. Геометрические параметры двигателя связаны между собой следующим соотношением: @ , где V H - рабочий объем цилиндра

ε - степень сжатия

V K - объем выемки в днище поршня

D - диаметр цилиндра

α - угол между образующей периферийной конической поверхности днища поршня и осью цилиндра

V 1 - объем, заключенный между конусом, проходящим через оси сопловых отверстий распылителя, и поверхностью днища поршня

D K - диаметр выемки сгорания в поршне. 1 ил.