Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия Советский патент 1992 года по МПК F02B23/06 F02F3/26 

Изобретение относится к двигателест- роению, в частности к выполнению двигателей внутреннего сгорания с поршнями, имеющими устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре.

Известна конструкция двигателя внутреннего сгорания, выбранная в качестве прототипа, содержащая поршень, имеющий корпус и головку с размещенной в ней камерой сгорания, отличающаяся тем, что, с целью улучшения смесеобразования, в головке поршня выполнена цилиндрическая полость, камера сгорания образована стаканом с винтовыми пазами на, его наружной поверхности, установленным в цилиндрической полости с кольцевым зазором и с возможностью поворота относительно оси. закрепленной в днище стакана и корпуса поршня, а в кольцевом зазоре концентрично стакану размещен кольцевой груз с выступами, взаимодействующими пазами на наружной поверхности стакана.

Главным и существенным недостатком данного изобретения является слабое вих- реобразование. создаваемое камерой сгорания, из-за того, что при движении поршня от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки (ВМТ) камера сгорания делает всего один оборот, так как ее движение ограничивают винтовыми пазами. Недостаточное вихреобразование ухудшает экономические и экологические показатели двигателя. Другим серьезным недостатком является то, что в камере сгорания создается дополнительная турбулизация рабочего тела, за счет ее периодического изменения направления вращения во время разных ходов поршня но как показали исследования

О

|

Ю О

многих авторов, лучшие результаты по экономичности и среднему арифметическому давлению достигаются лишь при впрыске топлива по направлению вращения заряда.

Следовательно, для увеличения полноты сгорания топлива и улучшения экономических и экологических показателей двигателя, необходимо создать более интенсивное, постоянно действующее по направлениювпрыскатопливавихреобразование.

Целью изобретения является снижение токсичности и дымности отработавших газов и повышение топливной экономичности путем уменьшения потерь тепла сгораемого топлива.

Указанная цель достигается тем, что ДВС с воспламенением от сжатия содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную головкой и расположенной в днище поршня цилиндрической полостью с горловиной и дном, в котором выполнена выемка, и имеющую топливную форсунку с распылителем, и устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре, размещенное в полости с возможностью вращения и снабженное осью, которая запрессована в шари- ковый подшипник, установленный в выемке. Устройство для создания вращательного движения заряда выполнено в виде крыльчатки, в периферийной части днища поршня выполнена проточка, ось которой тангенциальна окружности полости, а распылитель форсунки расположен в проточке при положении поршня в верхней мертвой точке. Кроме того, цель достигается тем, что крыльчатка выполнена из теплоизоляционного материала, например ситалла. С целью выравнивания давления на крыльчатку и облегчения сборки и разборки, подшипник закреплен при помощи гайки расположенной в выемке и выполненной с двумя отверстиями со стороны крыльчатки, в которой выполнено два сквозных отверстия с возможностью совмещения их осей с осями отверстий гайки, а с целью охлаждения и смазки подшипника, поршень снабжен ребрами с внутренними каналами, по одному из них смазка подводится к подшипнику, а по другому отводится.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый двигатель отличается тем, что в центре камеры сгорания поршня, образованной цилиндрической полостью с горловиной и дном, имеется устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре, размещенное в полости с возможностью

вращения и снабженное осью, которая запрессована в шариковый подшипник, установленный в выемки дна полости поршня. Причем устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре выполнено в виде крыльчатки, изготовленной из теплоизоляционного материала (например, ситалла), в периферийной части днища поршня выполнена проточка, ось которой

0 тангенциальна окружности полости, и распылитель форсунки расположен в проточке при положении поршня в верхней мертвой точке. Крыльчатка раскручивается за счет кинетической энергии впрыскиваемого топ5 лива, набрав обороты, она своими лопастями создает активную, постоянно действующую турбулизацию в цилиндре, что способствует лучшему сгоранию топлива, улучшению экономических и экологиче0 ских параметров двигателя. Кроме того, тело крыльчатки выполнено из теплоизоляционного материала и представляет собой тепловой концентратор, воспламенение вблизи которого происходит в результате

5 прогрессивного самоускорения предлла- менных реакций, что приводит к интенсификации процесса горения.

На фиг.1 показан в разрезе описываемый двигатель с устройством для создания

0 вращательного движения заряда в цилиндре; на фиг.2 - поршень предлагаемого двигателя в изометрии; на фиг.З - крепление крыльчатки в поршне; на фиг.4 - вид сверху на устройство для создания вращательного

5 движения заряда в цилиндре.

Предлагаемое устройство содержит цилиндрическую полость 1, размещенную в днище поршня 2, топливную форсунку 3. Кроме того, в центре цилиндрической поло0 сти 1 помещен шариковый подшипник 4, утопленный в выемку 5. Внешняя обойма подшипника 4 фиксируется гайкой 6. В подшипник 4 запрессована ось 7, на которой с помощью резьбового соединения крепится

5 крыльчатка 8 с изогнутыми лопастями 9. На оси 7 имеется ободок 10, тыльная сторона которого имеет проточку 11, а гайка 6 - выступ 12, входящий в проточку 11 и создающий лабиринтное уплотнение. Подшипник 4

0 снабжен обтюратором 13. Обтюратор 13 и лабиринтное уплотнение не допускают проникновения горячих газов. В теле крыльчатки 8 выполнено два сквозных отверстия 14, служащих для выравнивания давления на

5 крыльчатку 8, а также - при их совмещении с отверстиями 15 в гайке 6 можно производить сборку и разборку устройства. Такое же назначение и у шестигранного отверстия 16 в торце оси 7. Поршень 2 имеет ребра 17с внутренними каналами 18 для подвода и

отвода смазки подшипника. В периферийной части днища поршня 2 выполнена проточка 19, в которую помещается распылитель 20 форсунки 3 при положении поршня 2 в верхней мертвой точке.

Устройство работает следующим образом.

При запуске двигателя начинается впрыск топлива из распылителя 20 топливной форсунки 3 при движении поршня 2 к ВМТ (за 18-34° до ВМТ). Топливная струя попадает на лопасти 9 крыльчатки 8, которая начинает вращаться, смешивая топливо с воздухом. Крыльчатка 8 за несколько оборотов коленчатого вала двигателя набирает 18000 оборотов в минуту. Интенсивное завихрение заряда приводит к сокращению длительности горения, а также к увеличению полноты сгорания топлива, что улучшает экономические и экологические характеристики двигателя. Кроме того, интенсификация вихревого движения в камере сгорания способствует повышению давления в цилиндре, что приводит к увеличению мощности двигателя. По мере работы двигателя тело крыльчатки разогревается до высокой температуры, и топливо, попадая на лопасти 9, интенсивно испаряется и смешивается с воздухом, причем фронт пламени, возникающий от накаленной поверх- ности крыльчатки 8, распространяется по подготовленной к воспламенению смеси намного быстрее. Ускорение предпламен- ных реакций в объеме нагретой сжатием смеси в предлагаемом двигателе сущест- венно облегчается-нагретым телом крыльчатки 8 за счет снижения температур поджигания.

Во время вращения крыльчатки 8 по одному из каналов 18 подводится смазка, а по другому отводится, тем самым обеспечивается нормальная работа подшипника 4 и его охлаждение. Во время работы двигателя в цилиндре поддерживаются достаточно большие температуры и давления газов. Ла- биринтное уплотнение, создаваемое проточкой 11 на ободке 10 и выступом 12 на гайке 6, а также обтюратор 13 практически не допускают попадания горючих газов на трущиеся детали подшипника 4, а отверстия 14 в теле крыльчатки 8 разгружают подшипник 4, так как давление газов на крыльчатку 8 как сверхудак и снизу становится одинаковым.

Вращение крыльчатки 8 поддерживает- ся кинетической энергией впрыскиваемого топлива, а также энергией расширяющихся газов, движущихся по направлению впрыска топлива, способствуя увеличению угловой скорости крыльчатки 8 поэтому

вращение будет непрерывным и относительно постоянным.

Таким образом, высокая температура рабочего тела крыльчатки 8, стабилизирующая температурное поле в зоне активного горения, интенсивная турбулизация топли- вовоздушной смеси в период диффузионного догорания, а также впрыск топлива по направлению вихреобразования позволяют выполнить поставленную цель изобретения.

Формула изобретения

1.Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную головкой и расположенной в днище поршня цилиндрической полостью с горловиной и дном, в котором выполнена выемка, и имеющая топливную форсунку с распылителем, и устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре, размещенное в полости с возможностью вращения и снабженное осью, расположенной в выемке, отличающийся . тем, что, с целью снижения токсичности и дымности отработавших газов и повышения топливной экономичности путем уменьшения потерь тепла сгораемого топлива, устройство для создания вращательного движения заряда выполнено в виде крыльчатки, в периферийной части днища поршня выполнена проточка, ось которой тангенциальна окружности полости, и распылитель форсунки расположен в проточке при положении поршня в верхней мертвой точке.

2.Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что в выемке дна полости установлен шариковый подшипник, и ось запрессована в последний.

3.Двигатель по пп.1, 2, отличающийся тем, что крыльчатка выполнена из теплоизоляционного материала.

4.Двигатель по п.З. отличающий- с я тем, что в качестве теплоизоляционного материала использован ситалл.

5.Двигатель по пп.1-4, отличающийся тем, что, с целью выравнивания давления на крыльчатку и облегчения сборки и разборки, подшипник закреплен при помощи гайки, расположенной в выемке и выполненной с двумя отверстиями со стороны крыльчатки, в которой выполнено два сквозных отверстия с возможностью совмещения их осей с осями отверстий гайки.

6.Двигатель по пп.1-5. отличающийся тем, что, с целью охлаждения и смазки подшипника, поршень снабжен ребрами с внутренними каналами.

Z i 9

-L

П В 7 15 t$

/ / / . /.

Сущность изобретения: двигатель содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем 2, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную головкой и расположенной в днище поршня цилиндрической полостью 1 с горловиной и дном, в котором выполнена выемка 5, и имеющую топлирную форсунку с распылителем. и устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре, размещенное в полости 1 с возможностью вращения, и снабженное осью 7, расположенной в выемке 5. Устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре выполнено в виде крыльчатки 8, в периферийной части днища поршня 2 выполнена проточка 19 ось которой тангенциальна окружности полости 1, в которую помещается распылитель форсунки при положении поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТ). Кроме того, крыльчатка 8 выполнена из теплоизоляционного материала, например ситалла, а в теле крыльчатки 8 имеются два сквозных отверстия 14 для выравнивания давления на крыльчатку 8, а также для удобства сборки и разборки. Поршень 2 имеет ребра 17 с внутренними каналами 18. для охлаждения и смазки подшипника 4. 5 з.п. ф-лы, 4 ил. сл с

Фиг 2