Изобретение относится к области машиностроения, а именно - к двигателестро- ению, и может быть использовано преимущественно для двухтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным зажиганием, с воспламенением от сжатия, со смешанным рабочим процессом.
Известна камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, образованная сферической выемко оловки цилиндров и цилиндрической выемкой днища поршня, причем сферическая выемка головки цилиндров снабжена торцевыми выступами, образующими завихрители заряда, вблизи которых размещен источник воспламенения.. ...
Недостатком известной камеры сгорания является то, что неизвестны соотношения обьемов сферического1 углубления на головке цилиндра и днище поршня, высота торцевых выступов, влияющих на начало вихревого движения, проходное сечение завихрителей зарйда или.суммарная площадь сечений каналов, влияющих на скорость истечения заряда и его турбулентность.
Цель изобретения - повышение топливной экономичности путем уменьшения отвода тепла через стенки камеры сгорания за. счет уменьшения ее поверхности и повышения скорости сгорания усилением и оптимальной организацией турбулизации заряда в камере сгорания.
Эта цель достигается тем, что камера сгорания двигателя внутреннего сгорания образована сферическими выемка.ми на головке цилиндра и днище поршня равного радиуса, которые образуют шар при положении поршня в верхней мёртвой точке, торцевые выступы выполнены на головке цилиндра, а на днище поршня выполнена сопрягаемая и соосно с выступами цилиндрическая выемка, при положении поршня в; верхней мертвой точке торцевые выступы и цилиндрическая выемка опоясывают шар и .делят его .на равные части на головке цилиндра и днище поршня, источник воспламенения - свеча-форсунка устанавливается под углом от 0° до 45° оси цилиндра.
Причем высота торцевых выступов выполняется равной перемещению поршня при повороте коленчатого вала на угол 20°- 35° до верхней мертвой точки без учета тех- ноя.огй.ческого зазора между днищем поршня и головкой цилиндра.
.При этом суммарная площадь-проход- ный сечений завихрителей заряда определяется зависимостью
Ра . Vi -п п Pi R.-.Др т
TZL p i
V Ро )
Р2
К
Ti
где S - суммарная площадь проходных сечений завихрителей заряда;
h - высота торцевых выступов без учета технологического зазора между днищем поршня и головкой цилиндра;
а - ширина канала завихрителей заря да; .. ;..
i - количество завихрителей заряда {не менее трех);
Јф - угол поворота коленчатого вала от момента достижения поверхности днища поршня поверхности выступов на головке цилиндра (момент начала отсечения объема в зоне, вытеснителя от камеры сгорания) до положения поршня в верхней мертвой точке;
Pi и TI - давление и температура в камере сгорания при положении поршня на угол kip до верхней мертвой точки; . п - частота вращения вала двигателя при номинальной мощности;
.Vi - объем, вытесняемый поршнем через завихрители заряда за ход поршня, равный h; .. .. . Р2-давление в камере сгорания в конце сжатия;
тг-величина, равная 3,14; R -универсальная газовая постоянная; m - коэффициент, равный 0,0404 для воздуха и 0,0396 для тооливовоздушной смеси;- : ..
К- показатель политропы сжатия. А для смешанного рабочего процесса распылитель свечи-форсунки расположен соосно с осью цилиндра, а электроды свечи- форсунки расположены симметрично относительно распылителя. :
Суммарная площадь проходных сечений завихрителей заряда опеределяется на основании следующих обоснований.
Учитывая, что масса газа в полости вытеснения равна
50
г. Pi Vi G-ТГТГ
а масса газа, проходящая через каналы завихрителей со скоростью звука, равна
55
Gc - гп
Р2 -S
Т2
где Ts - температура в камере сгорания в конце сжатия в точке ВМТ.
I Масса газа G должна перетечь в центральную полость камеры сгорания за угол fy поворота коленчатого вала (п.к.в), т.е. за фемя перемещения поршня на ВМТ (верхнюю мертвую точку).5 В этом случае
г -г А/ 30 G - Gc L
п п Для адиабатического процесса
Pi T2-TY (-Ј)Р2
К
Из приведенных выше зависимостей
ледует, что
R -Ti
Т2 П Л
этсюда
S
PI Vi утТ- п п
R TI m &р 30
лли
Vi л п
V
(-Plj-nr1
Угол выбирается в пределах 20°-35° I.K.B для достижения термически оптимизи- )ованного цикла, в котором активное тепло- шделение заканчивается при 5°-15° угла I.K.B, после ВМТ в ходе расширения при фодолжитёльности. выгорания основной лассы топлива, составляющей приблизи- ельно 30° п.к.в (см. Итоги науки и техники. Двигатели внутреннего сгорания. Том 4, с.
1).
При угле меньше 20 не достигается дотаточно интенсивная закрутка заряда вмо- 1еит выгорания основной массы заряда.
При угле больше 35° получается слиш- ом большая высота выступов, что приводит повышенным тепловым потерям в стенки к высокой теплонапряженности кольце- ых выступов.
Установка источника воспламенения вечй-форсунки, которая представляет ком- инацию свечи зажигания с дополнительно строенным в нее распылителем форсунки (дополнительно к основному изобретению), ли комбинацию форсунки с дополнительно
5
10
15
20
25
30
35
о 45
rj
gg
встроенными в нее электродами свечи зажигания (дополнительно к основному изобретению в варианте с дизелем) под углом от 0° до 45° к оси цилиндра объясняется наиболее оптимальным размещением в верхней четверти камеры сгорания шарообразной формы свечи-форсунки с точки зрения как конструктора, так и технолога, эксплуатационника и т.д. Ибо верхняя часть камеры сгорания в указанных пределах есть часть головки цилиндра ДВС.
Выполнение камеры сгорания шарообразной с равным расположением ее частей в головке цилиндра и на днище поршня с обязательным- расположением завихрите- лей в средней части не известно в указанной совокупности, Такое расположение также является существенным, так как позволяет обеспечить минимальную поверхность камеры сгорания при максимальном ее объеме и с принудительной турбулизацией заряда.
На чертеже показана камера сгорания, продольное сечение.
Устройство содержит цилиндр , поршень 2, головку 3, сферическая выемка А и головке 3 цилиндра 1 и сферическая центральная часть 5 в днище поршня 2, образующие объем камеры сгорания при положении поршня в ВМТ. Сферическая выемка 4 головки 3 цилиндра 1 снабжена торцевыми тангенциально направленными выступами 6 и выемками 7, образующими завихрители заряда. На днище поршня 2 выполнена цилиндрическая выемка 8, в которую входят выступы б при подходе поршня к ВМТ.
В сферической выемке 4 головки 3 цилиндра 1 размещена свеча-форсунка 9 с распылителем 10 и электродами 11.
Камера сгорания работает следующим образом.
В процессе сжатия при подходе поршня 2 к ВМТ торцевые выступы 6 отсекают рабо- чий заряд или воздух, находящейся в зоне вытеснения, от камеры сгорания. При дальнейшем движении поршня 2 рабочий заряд вытесняется с большой энергией в камеру сгорания через тангенциальные выемки 7 и кольцевой зазор между поршнем 2 и выступами 6 на головке 3 цилиндра 1. В конце движения поршня 2 к ВМТ перетекание заряда происходит по участку кольцевых выемок 7 в направлении к основному объему камеры сгорания вголовке цилиндра 1.
Свеча-форсунка 9, размещенная в зоне достаточной интенсивности движения заряда, воспламеняет заряд, имеющей турбулентную структуру, обеспечивая высокую скорость сгорания.
Технические преимущества заявленного устройства следующие.
Оптимальная высота выступов и суммарная площадь проходных сечений завих- рителей обеспечивают термически оптимизированный цикл. Паровая форма камеры сгорания позволяет обеспечить минимальный отвод тепла от стенок камеры и уменьшит сгорание в холодной зоне близ стенок камеры сгорания. Обеспечение высокой скорости сгорания при больших степенях сжатия, уменьшение отвода тепла в стенки камеры позволяет повысить топливную экономичность ДВС.
Формул а изобреения
1. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, преимущественно двухтактного, снабженного коленчатым валом, ограниченная сферической выемкой в головке цилиндра, окруженной торцевыми выступами и выемками, образующими завихрители заряда, и днищем поршня, снабженным цилиндрической выемкой, центральная часть которой выполнена сферической и сопряженной со сферической выемкой в головке и к которой примыкают торцевые выступы при положении поршня в
верхней мертвой точке, и имеющая источник воспламенения, о т л ичающаяся тем, что, с целью повышения топливной экономичности путем уменьшения отвода тепла через станки камеры и повышения скорости сгорания, сферическая выемка в головке и сферическая центральная часть цилиндрической выемки в днище поршня выполнены с равными радиусами и объемами и с образованием сферы при положении поршня в верхней мертвой точке, а источник воспламенения установлен под углом, равным 0-45° к оси цилиндра.
2. Камера по п.1, о т л ич а ю ща я с я тем. что торцевые выступы выполнены с высотой, равной перемещению поршня при повороте коленчатого вала на угол, равный 20-35°, до верхней мертвой точки.
3. Камера по пп.1 и 2, отл и ч а ю ща я- с я тем, что она снабжена форсункой.
4. Камера по пп.1 и 2, от л и ч а ю ща я- с я тем, что в качестве источника воспламенения использована свеча-форсунка с электродами и распылителем.
5. Камера по пп.1, 2, 4, о т л и чаю щ а- я с я тем, что распылитель свечи-форсунки расположен соосно с осью цилиндра, а ее электроды расположены симметрично относительно распылителя.
Сущность изобретения: сферическая выемка 4 в головке 3 и сферическая центральная часть 5 цилиндрической выемки 8 в днище поршня 2 выполнены с равными радиусами и объемами и с образованием сферы при Положении поршня 2 в верхней мертвой точке, а источник воспламенения установлен под углом 0-45° коси цилиндра. 4 з.-п, ф-лы, 1 ил.
