Воздухоподводящий канал головки цилиндров Советский патент 1980 года по МПК F02M35/04 F02F1/42 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Известен воздухоподводящий канал головки далиндров, например, для системы всасывания двигателя внутреннего сгорания, содержащий сопряженные входной криволинейный участок, начальная плоскость которого совпадает с внешней поверхностью стенки головки цилиндра и одна из конечных точек которого лежит в плоскости поперечного сечения канала, проходящей через оси цилиндра и клапана, вертикальный спиральный участок с осью спирали, расположенной эксцентрично оси клапана в той же плоскости, а также выходной участок, подводящий газ в камеру сгорания 1. При такой конфигурации взаимосвязанных участков - входного , спирального и выходного поступающий в камеру сгорания двигателя воз дух получает определенное завихрение, способствующее более интенсивному смесеобразованию и полному сгоранию топлива. Интенсивность закрутки потока определяется преимущественно траметрами спирального участка. Однако нерациональная конфигурация выходного участка в зоне поступления газа в цилиндр (из-за наличия щарообразного расщирения) и отсутствие взаимосвязи геометрических характеристик входного и спирального участков канала предопределяет наличие значительных гидродинамических потерь давления при течении большого количества газа, что заметно снижает коэффициент наполнения рабочего цилиндра, в особенности в случае подвода воздуха в фор- . сированные двигатели. При повышенных числах циклов, характерных для дизелей, форсированных по числу оборотов, завихрение воздущного потсжа является основным фактором, гфантирующим оптимальную, с точки зрения газодинамики, организацию рабочего процесса в фазах наполнения и сгорания. Цель изобретения - повышение эффективности вихреобразования и сгорания. Это достигается согласованием геометрических характеристик всех участков воздухоподводящего канала. Это осуществляется за счет организации динакшческого зффекта вихря при закрутке воздушного потока в процессе наполнения рабо чего цилиндра. Для достижения этого входной участок воздухоподводящего канала выполнен S-образным его начальная плоскость совпадает с внешней поверхностью головки цилиндра, а спиральный участок вьшолнен с углом подъема, равным 220-360°, и постоянным расстоянием между осью спирали и боковыми стенками, переходялдами в выходной цилиндрический участок. При этом ось выходного участка совпадает с осью клапана, а его стенки параллельны оси спирали, тогда как часть боковой стенки S-образного участка, гфи мыкающая к оси спирали, выполнена в виде направ ляющей лопатки. Для плавного без срывов течения воздушного потока по меньшей мере одна из точек внутренней стенки канала лежит на прямой, проходящей через ось спирали перпендикулярно к плоскости поперечного сечения канала, высота выходного участка составляет 03-0,5 его диаметра, а сам спиральный участок имеет поперечное сечение в виде трапеции, большее основание которой обращено к отверстию вход ного участка. При такой взаимосвязи элементов канала течение потока приобретает вполне устойчивый характер. На фиг. 1 показан воздухоподводящий кана поперечное сечение; на фиг. 2 - головка цилиндра двигателя в плоскости сечения канала М на фиг. 1, разрез; на фиг. 3 - головка цилиндра в плоскости, перпендикулярной к сечению, на фиг. 2, разрез. Воздухоподводящий канал 1 состоит из трех сопряженных участков, первый из которых , считая от цилиндра 2 двигателя, выполнен в качестве выходного канала 3, второй в фор ме спирального участка 4 и третий, входной, в качестве S-образно изогнутого направляющего канала 5. Спиральный, винтообразный участок который расположен между выходным и входным участками 3 и 5, имеет винтовой подъем 6, который изгибается вокруг оси спирали Y , расположенной с внешней стороны от оси X цилиндра 2. Ось спирали У, которая расположена в плоскости поперечного сечения канала К, проходящей через оси цилиндра и клапана, сме щена на расстояние а по отношению к оси клапана V. Подъем 6 имеет угол наклона спирали а не менее 220-360° ( в данном варианте 240°) и ограничивается стенкой 7, образующей конец участка 4. Стенка 7 в виде направляющей лопатки является продолжением стенки 8 и удлинена, например, на величину, равную половине диаметра клапана. Предусмотрена в зоне оси спирали У направляющая клапана 9, которая выполнена в виде отверстия в головке 1шлиидра 10 и связана на конце с направляющей лопаткой 7 так, что ее оболочка образует внутреннюю стенку спирального участка 4. Наружнь е стенки 11 спирального участка 4 имеют приблизительно одинаковое расстояние b от оси спирали 9, так что поперечное сечение канала на участке 4 практически постоянно. Стенки 12 выходного участка 3 вследствие цилиндрического исполнения этой части канала также имеют одинаковые расстояния от оси клапана V. Примыкающий к спиралеобразному участку 4 входной S-образный участок 5 также имеет равномерное поперечное сечение, как и участок 4. Входной S-образный участок 5 канала 1 выполнен таким образом, что прямая Е, пересекающая плоскость поперечного сечения канала К, проходящую через ось спирали Y, касается внешней поверхности стенки 13 головки цилиндра 10 в зоне плоскости поперечного сечения канала К , проходящей параллельно плоскости гоперечного сечения канала К. Таким образом, прямая Е точкой касания 14 определяет положение начальной плоскости направляющего участка 5, от которой канал 1 переходит в спиральны и винтообразны и участок 4. Геометрические характеристики отдельных участков каналов, обеспечивающие оптимальное завихрение потока, выбраны экспериментально, в том числе и формы поперечного сечения участков. Длину S-образного участка целесообразно принимать равной удвоенной-утроенной величине среднего диаметра D (фиг. 1). Что касается расстояния а смещения оси спирали У го отношению к оси клапана V, то это расстояние должно быть равно 0,25-0,5 диаметра D выходного участка 3, а высота h может составлять 030,5 диаметра D. В качестве оптимального подъема 6 в спиральном участке должен быть гфинят двухкратный средний диаметр канала D на каждый оборот спирали. Указанные величины, однако, являются приближенными, полученными во время испытаний, и не исключают выбора других геометрических размеров. Оптимальные же параметры выполнения реализуются согласно экспериментальным данным при предлагаемых соотношениях размеров сопряженных участков канала. Формула изобретения 1. Воздухоподводящий канал головки цилиндров, например, для системы всасывания дви-гателя внутреннего сгорания, содержащий сопряженные входной криволинейный участок, начальная плоскость которого совпадает с внешней поверхностью стенки головки цилиндра и одна из конечных точек которого лежит в плоскости поперечного сечения канала, проходящей через ос цилиндра и клапана, спиральный участок с осью сп рали, расположенной эксцентрично оси клапана в той же плоскости, .и выходной участок, подводя щий газ в камеру сгорания, отличаюши с я тем, что, с целью повышения эффективности вихреобразования и сгорания, входной участок выполнен S-образным и его начальная плоскость совпадает с внешней поверхностью головки цилиндра, а спиральный участок имеет постоянный угол подъема, равный 220-360°, и постоянное расстояние между осью спирали и бок выми стенками, переходящими в выходной цилин рический участок. 2.Канал по п. 1,отличающийся тем, что ось выходного участка совпадает с осью клапана, а его стенки параллельны оси спирали. 3.Канал по п. 2, отличающийся тем, что часть боковой стенки S-образного участка, промыкающая к оси спирали, выполнена в виде направляющей лопатки. 4. Канал по пп. 1, 2 и 3, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что по меньшей мере одна из точек внутренней стенки канала лежит на прямой, проходящей через ось спирали перпендикулярно к плоскости поперечного сечения канала. 5.Канал по п. 1, отличающийс я тем, что высота выходного участка составляет 0,3-0,5 его диаметра. 6.Канал по пп. 1-5, отличающийс я тем, что спиральный участок имеет поперечное сечение в виде трапеции, бопьщее основание которой обращено к отверстию входного участка. Источники информацш, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Швейцарии N 434872, кл. 46 с, 4, опублик. 1967.

f

риг.2

/Twyy//////////////////////

т

I

/ //////////////////-y//

12 Фиг.5